(57)【要約】【課題】先行技術の欠点を有しない接続エレメントを備えた改善されたプレート並びにその環境に優しい製造方法を提供する。【解決手段】基板（１）の少なくとも一部の領域上に導電性構造体（２）を備えた基板（１）と、前記導電性構造体（２）の少なくとも一部の領域上にある電気接続エレメント（３）と、前記電気接続エレメント（３）を、少なくとも一部の領域で前記導電性構造体（２）と結合する無鉛はんだ材料（４）とを少なくとも有する、接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）であって、前記無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを５８質量％〜６２質量％、スズを３５質量％〜３８質量％、銀を１質量％〜３．５質量％及び銅を０．５質量％〜２質量％含有する、プレート（Ｉ）。【選択図】図１
2017100190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）の少なくとも一部の領域上に導電性構造体（２）を備えた基板（１）と、
前記導電性構造体（２）の少なくとも一部の領域上にある少なくとも１つの電気接続エレメント（３）と、
前記電気接続エレメント（３）を、少なくとも一部の領域で前記導電性構造体（２）と結合する無鉛はんだ材料（４）とを少なくとも有する、少なくとも１つの接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）であって、
前記無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを５８質量％〜６２質量％、スズを３５質量％〜３８質量％、銀を１質量％〜３．５質量％及び銅を０．５質量％〜２質量％含有する、プレート（Ｉ）。
【請求項２】
前記無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを５９質量％〜６１質量％及びスズを３５質量％〜３８質量％含有する、請求項１に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項３】
前記無鉛はんだ材料（４）は、銀を１．５質量％〜３質量％含有する、請求項１又は２に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項４】
前記無鉛はんだ材料（４）は、銅を０．８質量％〜１．８質量％、好ましくは銅を１．２質量％〜１．７質量％、特に好ましくは銅を１．４質量％〜１．６質量％含有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項５】
前記無鉛はんだ材料（４）は、ニッケルを１質量％まで、好ましくはニッケルを０．１質量％〜０．２質量％含有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項６】
前記基板（１）は、ガラス、好ましくは板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、又はポリマー、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカルボナート、ポリメチルメタクリラート及び／又はこれらの混合物を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項７】
前記接続エレメント（３）は、銅、亜鉛、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、スズ、マンガン及び／又はクロム及び／又はこれらの合金を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項８】
前記接続エレメント（３）は鋼、好ましくは特殊鋼を有する、請求項７に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項９】
前記導電性構造体（２）は銀を有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項１０】
前記接続エレメント（３）は、接触面（６）を介して全面で、導電性構造体（２）の一部の領域と結合されている、請求項１から９までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項１１】
前記無鉛はんだ材料（４）の層厚は、６００μｍ以下である、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）の製造方法において、
ａ）  接続エレメント（３）の下側に無鉛はんだ材料（４）を塗布し、
ｂ）  基板（１）に導電性構造体（２）を塗布し、
ｃ）  前記はんだ材料（４）を備えた前記接続エレメント（３）を導電性構造体（２）上に配置し、及び
ｄ）  前記接続エレメント（３）を前記導電性構造体（２）とはんだ付けする、プレート（Ｉ）の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）の、車両、航空機、船舶、建築用ガラス及び構造用ガラスのための、導電性構造体を備えた、好ましくは加熱導体及び／又はアンテナ導体を備えたプレートとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接続エレメントを備えたプレート、その経済的でかつ環境に優しい製造方法及びその使用に関する。
【０００２】
本発明は、更に、例えば加熱導体又はアンテナ導体のような導電性構造体を備えた自動車用の、電気接続エレメントを備えたプレート（窓ガラス）に関する。導電性構造体は、通常でははんだ付けされた電気接続エレメントを介してオンボード電気系と接続されている。使用された材料の熱膨張率が異なるため、製造時及び運転時に機械的応力が生じ、この機械的応力がプレートに荷重をかけ、プレートの破壊を引き起こすことがある。
【背景技術】
【０００３】
有鉛はんだは高い延性を示し、電気接続エレメントとプレートとの間で生じる機械的応力を塑性変形によって補償することができる。ただし、欧州連合内の廃車ガイドライン（Altauto-Richtlinie 2000/53/EC）に基づき、有鉛はんだを無鉛はんだに置き換えなければならない。このガイドラインは、ＥＬＶ（End of life vehicles）の略語と関連している。この際の目的は、廃棄電気製品が著しく増大する趨勢において製品からの極端に問題のある成分を排除することにある。該当する物質は、鉛、水銀、カドミウム及びクロムである。これは、特に、電気的用途におけるガラス上での無鉛はんだ材料の使用及びこれに相応する代替製品の導入に関する。
【０００４】
電子的な用途から公知の無鉛はんだ組成物は、ガラスに適用するためには適していない。一方で、ガラス上では高い付着性が必要とされるが、高い付着性はこのはんだ組成物では達成されない。他方で、電子基板に使用されるフレキシブルなはんだは、高い熱膨張係数を示すため、大きな温度変化の際に極めて容易にガラスの破壊を引き起こしてしまう。
【０００５】
ガラス上で使用するために、例えば、銀、スズ、亜鉛、インジウム、ビスマス及び／又はガリウムを含む無鉛金属合金が公知である。EP 2 339 894 A1は、接続エレメントを備えたプレート上に導電性層をはんだ付けするためにビスマス合金の使用を記載している。しかしながら、この種のビスマス合金は極めて脆性であるため、ガラス基板との組み合わせではんだ付けのために最適ではなく、かつはんだ付け箇所で高い引っ張り応力が生じる。
【０００６】
はんだ付け箇所での引っ張り応力を低減させる他の方法は、粗大粒の添加物の混入である。US 2006/0147337 A1は、例えば、粗大粒のニッケル−鉄−合金が混入されているスズ−銀−合金を開示している。それにより、このはんだの熱膨張係数を著しく低減することができる。
【０００７】
更に、ガラスの接触のための多種多様なインジウム合金の使用は公知である。インジウムは、特に適した材料であることが判明している、というのもインジウムは硬度が低いためにはんだ付け箇所での引っ張り応力が低減されるためである。WO 2000058051は、インジウム６５質量％、スズ３０質量％、銀４．５質量％及び銅０．５質量％を有する合金を開示している。この記載されたはんだ組成物は、インジウム割合が高いことにより、約１２１℃の比較的低い融点を有し、それによりはんだ付け過程でガラス基板への高すぎる熱伝達を抑制することができる。しかしながら同時に、このような低い融点が、このはんだ材料の耐老化性を悪化させるため、このはんだ付け箇所が著しく加熱された場合、例えば太陽光の照射と同時にこのプレートの加熱機能が作動する場合に、このはんだ付け箇所の損傷が生じかねない。更に、例えば融剤の封入のようなこのはんだ材料の不均質性が観察され、この不均質性の拡大に応じて、はんだ結合の構造的な故障を引き起こしかねない。更に、このはんだ組成物は、好ましくない濡れ挙動を示し、それにより、はんだ材料の均質性の悪化並びに収縮孔の形成を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、先行技術の欠点を有しない接続エレメントを備えた改善されたプレート並びにその環境に優しい製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のこの課題は、本発明の場合に、独立請求項１、１２及び１３による接続エレメントを備えたプレート、その製造方法及びその使用によって解決される。好ましい実施態様は、従属請求項から明らかである。
【００１０】
本発明のプレートは、基板の少なくとも一部の領域上に導電性構造体を備えた基板と、前記導電性構造体の少なくとも一部の領域上にある電気接続エレメントと、前記電気接続エレメントを少なくとも一部の領域で前記導電性構造体と導電性に結合する無鉛はんだ材料とを有する。この無鉛はんだ材料は、この場合、インジウムを５８質量％〜６２質量％及びスズを３５質量％〜３８質量％含有する。特に本発明によるはんだ材料は、インジウムを５８．０質量％〜６２．０質量％及びスズを３５．０質量％〜３８．０質量％含有する。スズははんだの機械的特性及びはんだの良好な濡れ特性のために、はんだの主要な成分として利用されかつ特に充填材料として使用され、その際、スズ割合は残りの成分の割合によって規定され、全ての成分は合計で１００％となる。それに対して、インジウム材料の正確な維持は、極めて重要である、というのも既に僅かなバリエーションがはんだ材料の性質に影響を及ぼし、かつはんだ材料の特に良好な特性が上記の範囲内でのみ生じるためである。
【００１１】
この無鉛はんだ材料は、欧州連合ガイドライン「2002/95/EC zur Beschraenkung der Verwendung bestimmter gefaehrlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeraeten（電気製品及び電子製品中の所定の有害物質使用制限のための２００２／９５／ＥＣ）」によると、有鉛はんだの代替物として使用可能でなければならず、かつガイドラインに沿った鉛の最大限界値０．１質量％を有する、好ましくは鉛を有しない。これは、本発明によるプレートの環境への優しさの観点で特に好ましい。無鉛のはんだ材料は、一般に有鉛はんだ材料よりも延性が低いため、接続エレメントとプレートとの間の機械的応力を一般にあまり良好には補償することができない。しかしながら、本発明による無鉛はんだ材料は、ガラス基板との組み合わせでの加工ために特に良好に適していることが判明した。
【００１２】
本発明のプレートの特に良好な実施態様の場合には、無鉛はんだ材料は、インジウム５９質量％〜６１質量％及びスズ３５質量％〜３８質量％を含有する。
【００１３】
この無鉛はんだ材料には、銀１質量％〜３．５質量％（特に銀１．０質量％〜３．５質量％）、好ましくは銀１．５質量％〜３質量％（特に銀１．５質量％〜３．０質量％）が添加される。銀は、一方で、例えば導電性構造体のような隣接する材料からはんだへの銀原子のマイグレーションを抑制する。他方で、銀の添加は、無鉛はんだ材料の機械強度を高め、かつ温度変化による疲労の発生を抑制する。
【００１４】
無鉛はんだ材料には、銅を０．５質量％〜２質量％（特に銅を０．５質量％〜２．０質量％）、好ましくは銅を０．８質量％〜１．８質量％、特に好ましくは銅を１．２質量％〜１．７質量％、殊に銅を１．４質量％〜１．６質量％の割合で添加する。この銅の割合は、融点を低下させ、温度変化に対する耐老化性を高め、かつはんだの濡れ特性を改善する。はんだ材料に直接接触する部材に銅含有の部材を使用する際に、この銅の割合は、更に相応する部材からはんだ材料への銅原子のマイグレーションを抑制する。
【００１５】
更に、無鉛はんだ材料中にニッケルが含まれていてもよい。好ましくはニッケルは最大１質量％の割合で使用される。ニッケルは、はんだをより硬質化かつより脆化させる、例えばＡｇ6Ｓｎ及びＡｇ3Ｓｎのような金属間相の抑制のために利用される。この目的のためには既に０．１質量％〜０．２質量％のニッケル割合で十分である。しかしながら、このニッケル割合は０質量％であることもできる。
【００１６】
更に、ビスマス、亜鉛、アンチモン、金、アルミニウム、ヒ素、カドミウム、クロム、炭素、マンガン、ニオブ、チタン、ゲルマニウム、鉄及び／又はリンが、無鉛はんだ材料中に含まれていてもよく、その際、カドミウム及びクロムの最大の割合は、欧州連合ガイドライン２００２／９５／ＥＣによる限界値を満たす。
【００１７】
本発明によるはんだ材料組成物は、極めて特に良好に、Ｉｎ60Ｓｎ36.5Ａｇ2.0Ｃｕ1.5、Ｉｎ60Ｓｎ36.4Ａｇ2.0Ｃｕ1.5Ｎｉ0.1、Ｉｎ59Ｓｎ36.5Ａｇ3.5Ｃｕ1.0、Ｉｎ61Ｓｎ35.5Ａｇ2.0Ｃｕ1.5、Ｉｎ61Ｓｎ37.5Ａｇ1.0Ｃｕ0.5、Ｉｎ60Ｓｎ37.4Ａｇ2.5Ｎｉ0.1、殊にＩｎ60Ｓｎ36.5Ａｇ2.0Ｃｕ1.5である。
【００１８】
このはんだ組成物の製造由来の変動幅は、使用成分のそれぞれ使用された全体量を基準として１％である。
【００１９】
基板は、好ましくはガラス、特に好ましくは板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス及び／又はソーダ石灰ガラスを有する。これとは別に、基板は、ポリマー、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカルボナート、ポリメチルメタクリラート及び／又はこれらの混合物を有していてもよい。
【００２０】
この接続エレメントは、好ましくは、銅、亜鉛、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、スズ、マンガン及び／又はクロム及び／又はこれらの合金、例えば黄銅、青銅、鋼、洋銀、コンスタンタン、インバー、コバールを有する。特に好ましくは、この接続エレメントは、鋼、特に特殊鋼、例えば、「Nirosta」の商品名で販売されているステンレス特殊鋼を含む。これとは別の実施態様の場合に、この接続エレメントは、銅を５８．０質量％〜９９．９質量％及び亜鉛を０質量％〜３７質量％含有する。例として、ここでは、黄銅合金Ｃｕ70Ｚｎ30が挙げられる。しかしながら、本発明による無鉛はんだ材料の特に好ましい組成物は、接続エレメントとして多様な材料の使用を可能にする。この接続エレメントの材料に応じて、本発明によるはんだ材料の組成は、一方で接続エレメントの最適な付着を保証するために、かつ他方では材料コストをできる限り低く維持するために合わせられる。銅割合が高い接続エレメントの場合には、インジウム富有のはんだ組成物を使用しなければならず、他方で、例えば特殊鋼接続エレメントの場合には、インジウム貧有のはんだ組成物を使用することができる。本発明によるはんだ材料組成物の範囲内でのインジウム貧有のはんだは、従って、特殊鋼製の接続エレメントとの関連で材料コストの明らかな低減を引き起こす、というのも高価なインジウムの割合を低減できるためである。接続エレメントとはんだとの間のこのような相乗効果は、接続エレメント及びはんだ組成物の材料の正確な調整によってのみ達成することができる。本発明によるはんだ材料は、特殊鋼接続エレメントと共に使用する際に、極めて良好な加工性及び安定性を示す。
【００２１】
温度変化に対するはんだ結合のできる限り高い耐久性を達成するために、関連する被接合材料とはんだとの熱膨張係数を同じオーダーにすることが好ましい。この理由から、特殊鋼接続エレメントの使用が推奨される、というのもこれは本発明によるはんだ材料と類似の熱膨張係数を有するためである。従って、ソーダ石灰ガラス製の基板、特殊鋼製の接続エレメント及び本発明によるはんだ材料組成物を有するプレートが、温度変化時のはんだ結合の安定性の観点で特に好ましい。
【００２２】
この接続エレメントは、好ましくはコーティング、特に好ましくは銀含有コーティング又はニッケル含有コーティングを有する。このコーティングは、好ましくは２μｍ〜５μｍの厚さを有する。特に、銀めっき又はニッケルめっきされた接続エレメントが使用され、この場合、銀めっき又はニッケルめっきは表面品質、コンダクタンス及び表面の濡れ性を改善する。特に特殊鋼製の接続エレメントが、好ましくは銀めっき又はニッケルめっきされる。
【００２３】
本発明によるプレートは、多様な形状の接続エレメント、例えば２つ又はそれ以上の平面で導電性構造体と接触するブリッジ状の接続エレメント、又は一貫した１つの設置面を介して導電性構造体と結合している平板状の接続エレメントを有することができる。
【００２４】
この接続エレメントは、少なくとも１つの接触面を有し、この接触面の全面を介して接続エレメントは無鉛のはんだ材料によって導電性構造体の一部の領域と結合されている。
【００２５】
プレートの少なくとも一部の領域に導電性構造体が塗布されていて、この導電性構造体は好ましくは銀、特に好ましくは銀粒子及びガラスフリットを含む。本発明による導電性構造体は、好ましくは３μｍ〜４０μｍ、特に好ましくは５μｍ〜２０μｍ、特に極めて好ましくは７μｍ〜１５μｍ、殊に８μｍ〜１２μｍの層厚を有する。この接続エレメントは１つの接触面の全面を介して導電性構造体の一部の領域と結合している。
【００２６】
この電気的接触は、この場合、無鉛はんだ材料によって行われる。この導電性構造体は、例えばプレート上に取り付けられた導線又は被覆の接触のために利用される。この場合、導電性構造体は、例えば、ブスバーの形で、このプレートの対峙する端部に取り付けられている。このブスバー上に取り付けられた接続エレメントを介して電圧を印加することができ、それにより、電流は一方のブスバーから他方のブスバーに導電性の導線又は被覆を通って流れ、プレートは加熱される。このような加熱機能とは別に、本発明によるプレートは、アンテナ導体と組み合わせて使用することもでき、又はプレートの安定な接触を必要とする他の任意な態様の場合も考えられる。
【００２７】
無鉛はんだ材料は、接続エレメントと導電性構造体との間の空間から流出し、その際、はんだは凹形のメニスカスを描き、かつ均質なはんだすみ肉を形成する。このような均質なはんだすみ肉は、特に本発明によるはんだ組成物の極端に良好な濡れ特性と見なすことができる。均質なはんだすみ肉の形成ははんだ結合についての品質基準でもある、というのもこの場合には、接続エレメントと導電性構造体との間の間隙にはんだの均質な分配を仮定することができるためである。はんだがこの間隙からはんだ粒の形で不規則に流出する場合、このはんだ粒は導電性構造体の表面の損傷を引き起こしかねない。濡れ性が悪いはんだの場合にも良好なはんだ結合を保証するために、しばしば大量のはんだが使用されるため、はんだの厚さが厚くなる。しかしながら、この場合に、はんだ材料があふれる危険性も大きくなる。この場合、上述のはんだ粒は生じないばかりか、このはんだ材料は更に接続エレメントの側面で、その表面を越えるまで盛り上がるため、接続エレメントの横側ははんだ材料で完全に取り囲まれる。しかしながら、この種のはんだ結合は、温度変化の際に極端に不安定であることが判明した。従って、本発明のはんだの良好な濡れ特性は、はんだ結合の安定性及び品質の観点で、並びに更に資源に優しくかつ費用対効果がある、原材料との関係の観点で最も好ましい。
【００２８】
電気的接続エレメントの形状は、接続エレメントと導電性構造体との空間中にはんだ溜まりを形成していてもよい。はんだ溜まり及び接続エレメントでのはんだの濡れ特性は、空間内からはんだ材料の流出を抑制する。はんだ溜まりは、直角に、角が丸められて又は多角形に構成されていてもよい。
【００２９】
無鉛はんだ材料の均質な層厚を達成するために、接続エレメントは接触面にスペーサーを有していてもよい。この場合、１つ又はそれ以上のスペーサー、好ましくは少なくとも２つのスペーサー、特に好ましくは少なくとも３つのスペーサーが接触面に取り付けられていてもよい。これらのスペーサーは、好ましくは幅０．１ｍｍ〜３ｍｍ及び高さ０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、特に好ましくは幅０．３ｍｍ〜１ｍｍ及び高さ０．２ｍｍ〜０．４ｍｍを有する。これらのスペーサーは、この関連で、好ましくは接続エレメント自体の組成に一致し、かつ異なる形に構成されていてもよく、例えばキューブ状、ピラミッド状又は球欠又は楕円の一部として構成されていてもよい。これらのスペーサーは、好ましくは接続エレメントと一体式に、例えば当初の平坦な接触面を有する接続エレメントを例えばエンボス加工又は深絞り加工により変形することにより形成されている。
【００３０】
無鉛はんだ材料の層厚は、好ましくは６００μｍ以下、特に好ましくは３００μｍ以下である。
【００３１】
電気接続エレメントと導電性構造体との電気的結合の際のエネルギーの導入は、好ましくは、スタンプ、サーモード、こて付け、マイクロフレームはんだ付けによって、好ましくはレーザーはんだ付け、熱風はんだ付け、誘導はんだ付け、抵抗はんだ付け及び／又はマイクロ波を用いて行う。
【００３２】
本発明は、更に、本発明によるプレートの製造方法に関し、その際、無鉛はんだ材料をまず接続エレメントの接触面に設ける。好ましくは、無鉛はんだ材料を、小板、球、円錐、円柱又は楕円として又はこれらの成形体の一部分として、所定の層厚、堆積及び形状で使用し、その際、はんだ量は、はんだ工程の間にはんだ材料ができる限り流出しないように設計される。基板の一部の領域には、更に導電性構造体が設けられていて、接続エレメントを無鉛はんだ材料と一緒にこの導電性構造体上に配置する。引き続き、この接続エレメントを導電性構造体とはんだ付けによって結合する。このはんだ付け工程の際に、ハロゲンフリー融剤（No Clean Flux）を一般に通常の形で使用する。この融剤は、例えばはんだ溜まりに含まれていても、又ははんだ材料と接続エレメント又は導電性構造体の間の接触面に直接塗布してもよい。
【００３３】
好ましくは、導電性構造体を設ける前にプレートの縁部領域に黒色印刷を施すことで、この黒色印刷がプレートの組み立て後に接続エレメントを覆い隠す。
【００３４】
この接続エレメントは、プレート上に取り付け後に、例えば銅製の板、撚り線又は編組と、溶接又は圧着し、かつオンボード電気系と接続する。
【００３５】
本発明は、更に、導電性構造体を備えた本発明によるプレートの、車両、建築用ガラス又は構造用ガラス、特に自動車、鉄道車両、航空機又は船舶での使用に関する。この場合、接続エレメントは、プレートの、例えば加熱導体又はアンテナ導体のような導電性構造体を、例えば増幅器、制御ユニット又は電圧源のような外部の電機系と結合するために用いる。
【００３６】
次に、本発明を、図面を用いて詳細に説明する。これらの図面は、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】接続エレメントを備えた本発明によるプレートの１実施態様を示す。
【図２】図１による接続エレメントを備えた本発明によるプレートのＡ−Ａ′での断面図を示す。
【図３】先行技術による接続エレメントを備えたプレートのＡ−Ａ′での断面図を示す。
【図４】本発明によるプレートの別の実施態様を示す。
【図５】本発明による無鉛はんだ組成のグラフを示す。
【図６】本発明による方法のフローチャートを示す。
【００３８】
図１は、接続エレメント（３）を備えた本発明によるプレート（Ｉ）を示す。熱によりプリロードがかけられた、ソーダ石灰ガラス製の厚さ３ｍｍの単板安全ガラスからなる基板（１）上に、保護スクリーン印刷層（５）が塗布されている。基板（１）は、幅１５０ｃｍ及び高さ８０ｃｍを有し、この場合、保護スクリーン印刷層（５）の範囲内の短い側面縁部に接続エレメント（３）が取り付けられている。基板（１）の表面に、導電性構造体（２）が加熱導体構造体の形で施されている。導電性構造体は銀粒子及びガラスフリットを含有し、この場合、銀の割合は９０％より高い。プレート（Ｉ）の縁部領域には、導電性構造体（２）が１０ｍｍに広がっている。この範囲内に、無鉛はんだ材料（４）が塗布されていて、この無鉛はんだ材料（４）は導電性構造体（２）を接続エレメント（３）の接触面（６）と結合している。この接触部は自動車ボディ中に組み立てた後に、保護スクリーン印刷層（５）によって覆い隠される。この無鉛はんだ材料（４）は、導電性構造体（２）と接続エレメント（３）との電気的及び機械的に持続的な結合を保証する。この無鉛はんだ材料（４）は、所定の体積及び所定の形状により、電気接続エレメント（３）と導電性構造体（２）との間に完全に配置されている。この無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを６０質量％、スズを３６．５質量％、銀を２．０質量％及び銅を１．５質量％含有する。例示的な無鉛はんだ材料（４）の場合には、インジウム６０．００質量％、スズ３６．５０質量％、銀２．００質量％及び銅１．５０質量％のできる限り正確な組成を選択する。この無鉛はんだ材料（４）は、２５０μｍの厚さを有する。電気接続エレメント（３）は特殊鋼からなる。この電気接続エレメント（３）は幅４ｍｍ及び長さ２４ｍｍである。意外にも、本発明による無鉛はんだ材料（４）と特殊鋼接続エレメントの組合せは、はんだ結合の良好な安定性及び良好な品質を示す。インジウム富有のはんだ（例えばＩｎ65Ｓｎ30Ａｇ4.5Ｃｕ0.5）のこの特性は、はんだ結合の安定性及び品質に関して、インジウム貧有のはんだ（Ｉｎ60Ｓｎ36.5Ａｇ2Ｃｕ1.5）によっても少なくとも達成できることを示すことができた。しかしながら、インジウム貧有のはんだは、この場合、資源に優しくかつ費用対効果がある、原材料との関係の観点で好ましい。更に、本発明によるはんだ材料は、改善された濡れ挙動を示す（図２及び図３参照）。インジウムをスズのような充填剤に置き換えることによるインジウム含有率の単なる低減は、この場合に十分ではない。はんだ材料の個々の成分は相互に相互作用しているため、同様の特性を達成するためには、１つの成分の変更の際には他の成分の含有率も適合させなければならないか、又は他の又は別の成分を必要とすることがある。従って、新規のはんだ材料を追求する場合には、多数のバリエーションが生じるので、この課題を解決するためには簡単な一連の試験では十分ではない。はんだ材料組成物のＩｎ60Ｓｎ36.5Ａｇ2Ｃｕ1.5の記載された好ましい特性は、当業者にとって意外でありかつ予測できなかった。
【００３９】
図２は、図１による接続エレメント（３）を備えた本発明によるプレート（Ｉ）のＡ−Ａ′での断面図を示す。無鉛はんだ材料（４）は、導電性構造体（２）と接続エレメント（３）との間の間隙から横方向に流出する。この場合、本発明による無鉛はんだ材料（４）は、その極めて良好な濡れ特性に基づいて、凹形のメニスカスを形成する。このような均質なはんだすみ肉の形成は、このはんだが良好な流動特性及び良好な濡れ特性を有し、従って接続エレメントと導電性構造体との間の間隙中でも収縮孔なしで均質な分配がなされている兆候を示す。濡れ特性が悪いはんだ材料の場合には、頻繁に、導電性構造体を損傷しかねないはんだ粒が形成されるか、又ははんだ材料が接続エレメントの側端を完全に取り囲むほどの著しいはんだ材料の流出を引き起こし、はんだ結合を弱めてしまう。この作用は、本発明による無鉛はんだ材料（４）の傑出した濡れ特性のため及び極めて良好な流動特性のために完全に回避することができ、それによりはんだ結合の品質及び安定性に関して驚くべき利点を生じさせる。更に、本発明による無鉛はんだ材料（４）は、その特に良好な流動特性に基づいて、著しく薄い層厚で使用することができるが、先行技術から公知のはんだ材料は、はんだ結合の十分な品質を保証するためには厚い層厚（６００μｍを越える）で使用しなければならない。これとは反対に、本発明による無鉛はんだ材料（４）によって所定の接続形状のために最適な層厚を自由に選択でき、この場合、薄い層厚でも均質な構造が達成される。更に、はんだ材料の節約は、資源に優しくかつ費用対効果がある、原材料との関係の観点で好ましい。
この結果は、当業者にとって意外でありかつ予測されなかった。
【００４０】
図３は、先行技術から公知の、接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）のＡ−Ａ′での断面図を示す。先行技術によるはんだ材料（８）は、この場合、インジウム６５質量％、スズ３０質量％、銀４．５質量％及び銅０．５質量％を含有する。基板（１）、保護スクリーン印刷層（５）、導電性構造体（２）、接続エレメント（３）及びはんだ材料（８）からなるプレートの全般の構造は、本発明によるプレートと同じである。このはんだ材料（８）を導電性構造体（２）に塗布し、このはんだ材料を接続エレメント（３）の接触面（６）と結合させる。このはんだ材料（８）の濡れ特性が悪いために、このはんだ材料（８）は導電性構造体（２）と接続エレメント（３）との間の間隙から液滴の形で流れ出て、凸形のメニスカスを形成する。この場合、銀層の損傷を引き起こしかねないはんだ粒が生じ、はんだ結合の故障を引き起こす。はんだ材料（８）のこのような不所望な濡れ特性は、間隙からのはんだ材料（８）の制御できない流出の他に均質性の悪化も伴う。
【００４１】
図４は、図１及び２の実施例の発展形の、本発明による接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）の別の実施形態を示し、この場合、接続エレメント（３）は、接触面（６）にスペーサー（７）を有する。この接続エレメント（３）は、図１に示された接続エレメントと同様にブリッジ形の構造を有し、その際、この接続エレメント（３）の２つの面は、基板表面に対して斜めに形成されている。無鉛はんだ材料（４）と直接接触する接触面（６）として、この実施態様では、接続エレメント（３）の平坦な面も、斜めの面も使用される。スペーサー（７）は、接続エレメント（３）の平坦な部分に配置されていて、かつ導電性構造体（２）と直接接触しているため、接続エレメント（３）は導電性構造体（２）に対して均等な距離で保持されている。それにより、均質なはんだ層の形成が促進される。半球形のスペーサー（７）は、高さｈ０．２５ｍｍ及び幅０．５ｍｍを有する。
【００４２】
図５は、本発明による無鉛はんだ組成物を示す。本発明による無鉛はんだ材料（４）は、インジウム５８質量％〜６２質量％、スズ３５質量％〜３８質量％、銀１質量％〜３．５質量％及び銅０．５質量％〜２．０質量％を含有する。はんだ組成物のインジウム含有率が高ければそれだけ、はんだの融点は低くなりかつ延性は高くなる。高い温度安定性と同時にできる限り最適な均展特性を達成するために、５８質量％〜６２質量％、好ましくは５９質量％〜６１質量％のインジウム含有率が特に適している。さらに特に好ましくは、無鉛はんだ材料（４）は、５９．５質量％〜６０．５質量％のインジウム含有率を有する。スズは、本発明による無鉛はんだ材料（４）中で、特に良好な均展特性を有する好ましい充填材料として用いられる。本発明によるはんだ材料の銀含有率は、銀原子が導電性構造体（２）からはんだ材料中へマイグレーションすることを抑制するために用いられ、かつ同時に融点も低下させる。融点の不所望な低下の観点で並びにコストの理由から、この銀含有率はこの場合できる限り低く保つのが好ましい。１質量％〜３．５質量％、好ましくは１．５質量％〜３質量％の銀含有率は、この場合に特に適していることが判明した。無鉛はんだ材料（４）への銅の添加により、最終的に融点を調節することができる。銅は、更にはんだの所定の展性を提供し、かつ被接合部材の銅含有率の低下を抑制する。本発明による無鉛はんだ材料（４）は、銅０．５質量％〜２質量％、好ましくは銅０．８質量％〜１．８質量％を含有する。更に、このはんだ材料には、僅かなニッケル含有率、最大１質量％の、好ましくは０．１質量％〜０．２質量％のニッケルを添加することができる。それによりスズと銀との間の金属間相の形成は抑制される。特に極めて好ましいはんだ組成物は、図５中で棒グラフの形で示されていて、インジウム６０．０質量％、スズ３６．５質量％、銀２．０質量％及び銅１．５質量％からなる。
【００４３】
図６は、本発明による、接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）を製造するための本発明による方法のフローチャートを示す。第１の段階で、無鉛はんだ材料（４）を分配し、電気接続エレメント（３）の接触面（６）上に配置する。基板（１）上に、導電性構造体（２）を、例えば印刷されたワイヤの形に適用する。導電性構造体（２）の一部の領域をこの場合に幅広にすることで、この領域の寸法を少なくとも接続エレメント（３）の寸法に一致させる。その後で、電気接続エレメント（３）を無鉛はんだ材料（４）と共に導電性構造体（２）上に、好ましくはこの導電性構造体（２）の幅広に形成された領域に位置決めする。この場合、この無鉛はんだ材料（４）が導電性構造体（２）に接触する。エネルギー導入により、この電気接続エレメント（３）は導電性構造体（２）と電気的及び機械的に持続的に結合する。
【符号の説明】
【００４４】
Ｉ  プレート
１  基板
２  導電性構造体
３  接続エレメント
４  無鉛はんだ材料
５  保護スクリーン印刷層
６  接触面
７  スペーサー
８  はんだ材料
Ａ−Ａ′  切断線
ｈ  スペーサー７の高さ
ｌ  スペーサー７の幅
【図１】
2017100190.tif 000003
【図２】
2017100190.tif 000004
【図３】
2017100190.tif 000005
【図４】
2017100190.tif 000006
【図５】
2017100190.tif 000007
【図６】
2017100190.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月1日(2017.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）の少なくとも一部の領域上に導電性構造体（２）を備えた基板（１）と、
前記導電性構造体（２）の少なくとも一部の領域上にある少なくとも１つの電気接続エレメント（３）と、
前記電気接続エレメント（３）を少なくとも一部の領域で前記導電性構造体（２）と結合する無鉛はんだ材料（４）と
を少なくとも有する、少なくとも１つの電気接続エレメント（３）を備えたプレート（Ｉ）であって、
前記無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを５８質量％〜６２質量％、スズを３５質量％〜３８質量％、銀を１質量％〜３．５質量％及び銅を０．８質量％〜１．８質量％含有し、かつスズの割合は残りの成分の割合によって規定され、全ての成分は合計で１００％となる、プレート（Ｉ）。
【請求項２】
前記無鉛はんだ材料（４）は、インジウムを５９質量％〜６１質量％及びスズを３５質量％〜３８質量％含有する、請求項１に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項３】
前記無鉛はんだ材料（４）は、銀を１．５質量％〜３質量％含有する、請求項１又は２に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項４】
前記無鉛はんだ材料（４）は、銅を１．２質量％〜１．７質量％含有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項５】
前記無鉛はんだ材料（４）は、ニッケルを０．１質量％〜０．２質量％含有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項６】
前記基板（１）は、ガラスであるか、又はポリマーである、請求項１から５までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項７】
前記電気接続エレメント（３）は、銅、亜鉛、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、スズ、マンガン及びクロムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有するか、又は前記元素の合金を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項８】
前記導電性構造体（２）は銀を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項９】
前記電気接続エレメント（３）は、前記導電性構造体（２）と接触している電気接続エレメント（３）の部分領域である接触面（６）の全面を介して前記無鉛はんだ材料（４）により前記導電性構造体（２）と結合されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項１０】
前記無鉛はんだ材料（４）の層厚は、６００μｍ以下である、請求項１から９までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）の製造方法において、
ａ）  電気接続エレメント（３）の下側に無鉛はんだ材料（４）を塗布し、
ｂ）  基板（１）に導電性構造体（２）を塗布し、
ｃ）  前記無鉛はんだ材料（４）を備えた前記電気接続エレメント（３）を導電性構造体（２）上に配置し、及び
ｄ）  前記電気接続エレメント（３）を前記導電性構造体（２）とはんだ付けする、プレート（Ｉ）の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載のプレート（Ｉ）の、車両、航空機、船舶、建築用ガラス又は構造用ガラスのための、導電性構造体を備えたプレートとしての使用。
【外国語明細書】
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2017100190.tif 000010
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