CN108886844A - 装有具有改善的焊接区的导电装置的窗玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由玻璃基板组成的窗玻璃，其至少一部分包含由形成电网络的导电金属膏制成并通过基于锡、银和任选的铜的焊料合金焊接到连接器上的导电轨道组成的与焊接区在同一平面上的导电元件，该窗玻璃包含与焊接区在同一平面上的单一银膏层，该单一层确保导电元件的电接触，电网络的导电金属膏和与焊接区在同一平面上的导电金属膏是具有不同组成的银膏。还描述了制造此类窗玻璃的方法及其在汽车窗玻璃领域中的用途。

Description

装有具有改善的焊接区的导电装置的窗玻璃

本发明涉及包含电连接元件的窗玻璃、其制造方法及其在汽车窗玻璃领域中的用途。

本发明更特别涉及用于机动车辆的窗玻璃，其装配有电功能，如加热或除霜窗玻璃或甚至装配有天线的窗玻璃。在包含加热网络、天线或其它传感器的窗玻璃中，在弯曲和/或回火操作前，在玻璃板表面上沉积一系列狭窄的电阻条（也称为“轨道”），以便在这些成形操作过程中进行该导电组合物的烘烤。该导电膏由银金属和玻璃料（即低熔点玻璃）在有机粘合剂中的糊状悬浮液组成。这些电阻条引向位于窗玻璃边缘附近的更宽的收集条。这些收集条（也称为母线）通常具有与电阻条相同的组成，并以相同的方式同时沉积。

这些条经由焊接到导电膏上的连接器连接到供应电力的系统上。各种元件之间的焊接是这类窗玻璃的制造工艺中的一个关键点。具体而言，由于焊接点处所用材料的热膨胀系数之间的差异，在窗玻璃的制造和处理过程中出现张力，导致窗玻璃被削弱并在窗玻璃中出现裂纹，特别是与所述连接器在同一平面上。

迄今为止采用的焊料合金因为基于铅而特别富有延展性，由此确保在进行制造商规定的电阻测试时不会出现使窗玻璃不适于期望用途的裂纹。欧盟指令目前禁止使用这些铅基合金，在寻找其它焊料合金方面已经进行了大量工作。采用含有锡、银和任选的铜取得了良好的折衷。这些合金不仅具有使其成为良好焊料的性质，还具有通过目前由汽车制造商规定的测试所要求的鲁棒性。

但是，对连接器进行的老化测试，特别是温度循环测试（TCT）的条件倾向于变得更为严格。这些测试的目的是确定窗玻璃是否能够经受连续的快速升温和降温而不被削弱。新的测试方案规定，温度可以在-40℃和+105℃之间变化，这与先前的测试中所用温度范围（其限于90℃）变化较大。循环次数也从10个循环提高到至少60个循环。最后，其中温度提高的测试阶段必须在14 V的电压下进行，这导致附加的局部加热，局部温度可能高达大约120℃。所达到的更高温度导致连接器以及焊料合金的更大热膨胀，由此使整个电连接元件受到更大的应力。

基于锡和银的合金的更大刚度导致应力更多地传递到基底上，以至于在这些更严格的测试后可能出现裂缝或裂纹，使得该窗玻璃不合格。

为了采用无铅连接器和焊料合金的窗玻璃能够通过这些新的核日益严格的测试所设定的标准，已经提出使用具有一定特性（特别是在组成、沉积厚度和电阻率方面）的银膏，加热网络和焊接区的焊丝由该银膏形成。与焊接区在同一平面上，为了确保装有连接器和合金的窗玻璃能够通过这些更严格的测试所设定的标准，已经证明必须使用两个连续的银膏层：第一膏层是连接到电网络上的层，第二层是确保焊接后更好的机械性能的层。这两层由此是叠置的，通常在能够遮蔽该组装件的黑色釉质层上。选择具有特定性质的银膏所施加的限制会导致与该膏剂的特定特性相关的附加成本。

本发明的目的是提出一种廉价的窗玻璃设计，其在使用无铅焊料合金的情况下能够满足制造商或OEM在对抗最严格的TCT测试方面日益严格的要求。

为此，本发明涉及由玻璃基板组成的窗玻璃，其至少一部分包含由形成电网络的导电金属膏制成并通过基于锡、银和任选的铜的焊料合金焊接到连接器上的导电轨道组成的与焊接区在同一平面上的导电元件，该窗玻璃包含与焊接区在同一平面上的单一银膏层，该单一层确保导电元件的电接触，电网络的导电金属膏和与焊接区在同一平面上的导电金属膏是具有不同组成的银膏。

与包含与焊接区在同一平面上的两个叠置的导电金属膏层的现有技术中描述的电连接系统相反，本发明的窗玻璃仅包含单一导电膏层。

由此能够分离一方面整体用于电网络和另一方面用于确保与导电元件电接触的焊接区的导电金属膏。使用特定的导电金属膏随之仅限于焊接区。

与焊接区在同一平面上的导电金属膏不同于用于电网络的其余部分的导电金属膏。与焊接区在同一平面上的导电金属膏层的组成因此不同于整体用于电网络的导电金属膏层的组成。因此对形成与焊接区在同一平面上的单一层的导电金属膏进行选择以便与所用连接器和无铅焊料合金相容。优选地，与焊接区在同一平面上的银膏在熔结之前包含60至88重量%的银，在熔结之后并因此在550℃至700℃的温度下烘烤后包含90至97重量%的银，其余为玻璃料。

与焊接区在同一平面上的导电金属膏有利地具有某些特性，能够确保焊料合金与连接器之间良好的相容性，并由此限制开裂的风险。该膏优选是在25℃温度下测得的电阻率低于或等于3.5 µΩ.cm的银基膏。已经证明这些值特别适于满足更严格的TCT测试的要求。有利地选择银膏的组成以实现这些电阻率值。

与焊接区在同一平面上的导电金属膏层的厚度可以不同于整体用于电网络的导电金属膏层的厚度。

优选地，与焊接区在同一平面上的导电金属膏的层具有5至20 µm的厚度，所述厚度在熔结后测得。甚至更优选地，该厚度为7至15 µm。

用于将电连接器焊接到银制成的导电轨道上的合金是基于锡、银和任选的铜的合金，特别是基于锡、银和铜的合金。合金被视为“无铅”是一个问题，满足由欧盟指令设定的标准。有利地，该合金包含90至99.5重量%的锡、优选93至99重量%和甚至更优选95至98重量%的锡。其除锡之外还优选包含0.5至5重量%的银和0至5重量%的铜。该合金还可以包含铋、铟、锌和/或锰。该焊料合金放置在电连接器的下部。焊料合金层的厚度优选小于或等于600 µm，并甚至更优选为150至600 µm。

该电连接器由金属制成，特别可以根据焊料合金来选择该金属。该连接器可以由铜制成。但是，对于无铅焊料合金而言，其优选由钢或钛制成，这些材料具有比铜低的热膨胀系数。特别优选地，该电连接器由不锈钢制成，即由包含至少10.5重量%的铬的钢制成。这类连接器的优点在于与基于锡、银和铜的焊料合金相容。具体而言，各种材料必须具有使它们能够联合使用而不具有产生过高机械应力（即导致易碎区域和裂纹蔓延的应力）的风险的热膨胀系数。结合在25℃的温度下测得的电阻率低于或等于3.5 µΩ.cm的银膏，不锈钢连接器在最严格的TCT测试条件下能够实现非常好的性能水平。

该电连接器优选具有0.1至2 mm、更优选0.2至1 mm和甚至更优选0.3至0.8 mm的厚度。其位于焊接区上，特别是在其中仅存在单个导电金属膏层的位置处。

该连接器任选在与焊料合金接触的表面上具有基于镍、铜、锌、锡、银或其合金的润湿层或涂层。优选地，该涂层基于镍和/或银。该涂层的厚度优选对镍为0.1 µm至0.3 µm，对银为3至20 µm。

该电连接器在其意在放置在基板上的下表面上可以具有至少两个垫或至少一个间隔物，其能够确保该连接器与银制成的导电层通过焊料合金正确地连接，并由此改善焊点的品质。

不言而喻的是，上述各种优选特征可以组合在一起，它们的组合能够在最严格的TCT测试条件下实现最高性能水平。为了简明起见，并未列出这些各种组合。

电连接系统放置在其上的基板优选由玻璃制成，更特别由平板玻璃制成，例如采用浮法制成的玻璃，在该方法中，将熔融的玻璃倾倒在熔融金属浴上。其可能例如由石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃和/或钠钙玻璃制成。该基板也可能是聚合物的，并可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或其共聚物或共混物。该基板优选是透明的。其具有0.5 mm至25 mm、优选0.5至10 mm的厚度。

该基板可以是回火玻璃或未回火玻璃。如果使用回火玻璃的话，将表面层加强，并因此更牢固，由此更容易观察到电连接系统的存在造成了削弱效果。

本发明还涉及制造如上所述的窗玻璃的方法。该方法包括至少以下步骤：

- 沉积导电金属轨道以便在玻璃基板的至少一部分上形成电网络；

- 在导电轨道与连接器之间沉积与焊接区在同一平面上的导电金属膏的单个层，与该单一层在同一平面上形成电接触；

- 任选干燥该导电金属膏层；

- 熔结该导电金属膏层；随后

- 焊接与焊接区在同一平面上的连接器。

使用本领域技术人员已知的方法来沉积导电金属轨道和与焊接区在同一平面上的导电金属膏层。该沉积步骤优选通过丝网印刷或通过数字印刷来进行。它们也可以通过任何其它已知技术来进行。当通过丝网印刷来进行该沉积时，不同的丝网印刷网板可用于沉积形成电网络的导电轨道和用于沉积与焊接区在同一平面上的导电金属膏层。特别根据需要在窗玻璃上沉积的层的厚度，以及根据该导电金属膏的组成来选择该丝网。

干燥导电金属膏层的步骤是任选的，取决于用于沉积该层的技术。如果通过丝网印刷来进行沉积，合意的是在熔结步骤之前进行干燥该层的步骤，优选在大约150℃下。还可以在沉积形成电网络的导电金属轨道的步骤之后和在沉积与焊接区在同一平面上的导电金属膏层之前进行一个中间干燥步骤。当导电层通过数字印刷来沉积时，并不总是需要在熔结步骤前干燥该导电层。

在上述沉积步骤之前，可以有利地在窗玻璃上，特别是在焊接区位置中沉积将一层黑色釉质以遮蔽它们并防止它们被看到。再一次，该釉质层的存在是任选的。

该熔结步骤是在空气中在550℃至700℃的温度下烘烤2至10分钟的步骤。由此熔结的银基釉质形成固体。一旦已经进行该熔结步骤，随后焊接该接触端子或连接器以便能够向导电线供应电力。

该连接器可以通过冲压、活塞焊接、微火焰焊接、激光焊接、热空气焊接、感应焊接、电阻焊接和/或超声法焊接到导电银轨道上。在本发明中，术语“焊接”用于任意地指钎焊、烧焊或软钎焊，术语“焊料”用于任意地指铜焊、焊接或焊锡。

本发明还涉及包含至少一种如上所述的电连接系统的窗玻璃在建筑或车辆，特别是机动车辆、轨道车辆或飞机中的用途。该窗玻璃特别用作加热挡风玻璃、侧窗、后挡风玻璃或车顶，或是装有天线或放置在窗玻璃上或窗玻璃中的任何其它电功能的挡风玻璃、侧窗、后挡风玻璃或车顶。

下面的图例示本发明。图1是在含铅焊料的情况下通常用于满足老化测试的要求的一种类型的电连接的图。图2至4是本发明的窗玻璃的电连接的类型的图。

图1中显示的窗玻璃是例如用作后挡风玻璃的窗玻璃1，其装备有特别用于除霜的加热导电线材2。在窗玻璃的外周上沉积黑色釉质框架3以遮蔽电连接区域。在制造此类窗玻璃的过程中，首先沉积的层是对应于框架3的层，加热线材2随即沉积在该框架中。在该图中显示了两个焊接和电连接区域4a和4b并已经放大。区域4a对应于在其上放置“按钮”形连接器的焊接区，而在区域4b中，该连接器将是长方形的。与焊接区4a在同一平面上，以与连接器形状相同的盘形式沉积组成与加热线材2相同的导电金属膏5a的层。该层随后用第二银膏6a覆盖，所述第二银膏具有允许焊接该焊料合金与该连接器自身所需的特性。与焊接区4a在同一平面上，导电金属膏的两个层5a和6a因此是叠置的，区域5a是母线区域，区域6a是该连接器的焊接区。对于焊接区4b，导电金属膏的两个连续层5b和6b是叠置的，同时使焊接区形状与连接器形状一致，区域5b是母线区域，区域6b是该连接器的焊接区。

图2显示了本发明的窗玻璃，其中焊接区7a和7b仅包含单个导电金属膏层。与焊接区在同一平面上的单个层8a、8b是经由母线区域2b与加热线材2电连接的层，所述母线区域对应于与加热线材2组成相同的导电金属膏。

图3显示了本发明的窗玻璃的连接类型的另一幅图。在该构造中，焊接区9包含由导电金属膏的单个层9a组成的部分，该部分与用于加热线材2的导电膏的条直接接触以确保电连接。该连接器定位在仅包含单个层的所述部分9a上。位于该部分9a周围的过渡区域9b是其中两层导电金属膏叠置的唯一区域。该过渡区域不对应于连接器位于其上的焊接区。

图4显示了本发明的窗玻璃的连接类型的又一幅图，其中焊接区10仅包含直接沉积在框架3的黑色釉质层上的导电金属膏的单个层10a。以与图3相同的方式，过渡区域10b是两个导电金属膏层叠置的区域，该过渡区域不是焊接区。该连接器定位在仅包含单层导电金属膏的区域10a上。

Claims (15)

1.由玻璃基板组成的窗玻璃（1），其至少一部分包含由形成电网络的导电金属膏制成并通过基于锡、银和任选的铜的焊料合金焊接到连接器上的导电轨道（2）组成的与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电元件，该窗玻璃包含与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的单一银膏层（8a、8b、9a、10a），该单一层确保导电元件的电接触，电网络（2）的导电金属膏和与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电金属膏（8a、8b、9a、10a）是具有不同组成的银膏。

2.如权利要求1中所要求保护的窗玻璃（1），其中所述焊料合金包含90至99.5重量%的锡、0.5至5重量%的银和0至5重量%的铜。

3.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的银膏（8a、8b、9a、10a）在熔结之前包含60至88重量%的银，并在550℃至700℃的温度下熔结后包含90至97重量%的银，其余为玻璃料。

4.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的银膏具有低于或等于3.5 µΩ.cm的在25℃温度下测得的电阻率。

5.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中形成电网络（2）的导电金属膏层的厚度不同于与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电金属膏（8a、8b、9a、10a）的层的厚度。

6.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电金属膏（8a、8b、9a、10a）的层具有5至20 µm和优选7至15 µm的厚度，所述厚度在熔结后测得。

7.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中焊料合金层的厚度小于或等于600 µm，特别为150至600 µm。

8.如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1），其中所述连接器由不锈钢制成。

9.制造如前述权利要求之一中所要求保护的窗玻璃（1）的方法，包括至少以下步骤：

- 沉积导电金属轨道（2）以便在玻璃基板的至少一部分上形成电网络；

- 在导电轨道（2）与连接器之间沉积与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电金属膏（8a、8b、9a、10a）的单一层，与该单一层在同一平面上形成电接触；

- 任选干燥该导电金属膏层；

- 熔结该导电金属膏层；随后

- 焊接与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的连接器。

10.如前述权利要求中所要求保护的方法，其中通过丝网印刷或通过数字印刷进行所述两个沉积步骤。

11.如权利要求9或10之一中所要求保护的方法，其中通过丝网印刷进行所述沉积步骤，在熔结步骤之前进行干燥步骤。

12.如权利要求11中所要求保护的方法，其中在沉积形成所述网络的导电轨道（2）之后和在沉积与焊接区（7a、7b、9、10）在同一平面上的导电金属膏层之前进行一个中间干燥步骤。

13.如权利要求10至12之一中所要求保护的方法，其中用不同的丝网印刷网板进行所述两个沉积步骤。

14.如权利要求1至8之一中所要求保护的窗玻璃（1）在建筑或车辆，特别是机动车辆、轨道车辆或飞机中的用途。

15.如前述权利要求中所要求保护的用途，用作加热挡风玻璃、侧窗、后挡风玻璃或车顶，或是装有天线或放置在窗玻璃上或窗玻璃中的任何其它电功能的挡风玻璃、侧窗、后挡风玻璃或车顶。