JP2017147229A - 電気的接続部材及び補償プレートを備えた板ガラス、板ガラスの製造方法および板ガラスの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された板ガラスを提供する。
【解決手段】補償プレート（３）を有する少なくとも１つの接続部材（４）を備えた板ガラスにおいて、この板ガラスは少なくとも、導電性構造体（２）が少なくとも一部分の上に設けられている基板（１）と、導電性構造体（２）の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの補償プレート（３）と、少なくとも１つの補償プレート（３）の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの電気的接続部材（４）と、補償プレート（３）を少なくとも１つのコンタクト面（７）を介して導電性構造体（２）の少なくとも一部分と接続する鉛フリーはんだ材料（５）とを含む。この場合、基板（１）と補償プレート（３）の熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、さらに接続部材（４）には、銅が含まれている。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、電気的接続部材を備えた板ガラス、及び経済的かつ環境に配慮したこの板ガラスの製造方法並びにその使用に関する。

本発明はさらに、例えば発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車両用の電気的接続部材を備えた板ガラスに関する。導電性構造体は通常、はんだ付けされた電気的接続部材を介して、車載電気系統と接続されている。

製造時及び動作中、使用される材料の熱膨張率がそれぞれ異なることに起因して、機械的応力が発生し、これにより板ガラスに負荷が加わって、板ガラスの破損が引き起こされる可能性がある。

鉛含有はんだは高い延性を有しており、これにより電気的接続部材と板ガラスとの間に発生した機械的応力を、塑性変形によって補償することができる。ただし、廃自動車に関する指令2000/53/ECに基づき、欧州共同体内では鉛含有はんだを鉛フリーはんだに置き換えなければならなくなった。この指令は、概括してELV (End of life vehicles)という略称で呼ばれる。この指令の目的は、廃棄される電子機器が大量に増加していく中で、極度に問題となる成分をそれらの製品から排除しようというものである。該当する物質は、鉛、水銀、カドミウム及びクロムである。これに関連して特に挙げられるのは、ガラスに対し電気的な用途で鉛フリーはんだ材料の使用を断行すること、そしてそれに対応する代替製品を採用することである。

従来より知られている鉛フリーはんだ材料については、例えば欧州特許出願公開第２３３９８９４号明細書及び国際公開第２００００５８０５１号に開示されているが、それらの延性は比較的低いことから、鉛と同程度に機械的応力を補償することはできない。しかしながら、銅を含有する一般的な接続部材はガラスよりも大きい熱膨張率を有していることから（ＣＴＥ（銅）＝１６．８×１０^-6／℃）、銅が熱膨張したときにガラスに損傷を与えてしまう。この理由から有利であるのは、鉛フリーはんだ材料と組み合わせて、熱膨張率の小さい接続部材を使用することであり、好ましくはソーダ石灰ガラス（０℃〜３２０℃のときに８．３×１０^-6／℃）のオーダにある熱膨張率を有する接続部材を使用することである。この種の接続部材は加熱してもほとんど膨張せず、発生する機械的応力を補償する。

欧州特許出願公開第１９４２７０３号明細書には、車両の窓ガラスに設けられた電気的接続部材が開示されている。この場合、窓ガラスと電気的接続部材の熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、接続部材は主としてチタンを含有している。十分な機械的安定性及び加工性を実現する目的で、余分なはんだ材料を使用することが提案されている。余分なはんだ材料は、接続部材と導電性構造体との間のスペースから漏れ出る。余分なはんだ材料によって、ガラス板において大きな機械的応力が引き起こされる。このような機械的応力によって、最終的に窓ガラスが破損する。しかもチタンははんだ付けしにくい。その結果、接続部材と窓ガラスとの固着が劣化してしまう。しかも接続部材を、例えば銅などの導電性材料を介して、溶接などにより車載電気系統と接続しなければならないが、チタンは溶接しにくい。

欧州特許出願公開第２４０８２６０号明細書には、鉄−ニッケル合金又は鉄−ニッケル−コバルト合金例えばコバール又はインバールなどを使用することが記載されており、これらの熱膨張率（ＣＴＥ）は低い。コバール（ＣＴＥ＝５×１０^-6／℃）もインバール（組成に応じてＣＴＥは０．５５×１０^-6／℃まで）も、ソーダ石灰ガラスよりも低い熱膨張率を有しており、機械的応力を補償する。この場合、インバールは、そのような機械的な応力の過剰補償が生じるほど、低い熱膨張率を有している。その結果、ガラスに圧縮応力が、もしくは合金に引っ張り応力が引き起こされるが、それらはクリティカルなものとはみなせない。

鉛含有はんだ材料と組み合わせて使用されていた、これまで一般的な銅から成る接続部材は、その膨張率が大きいことから、ガラスにおいて公知の鉛フリーはんだ材料を用いてはんだ付けするのには適していない。鉄又はチタンから成る接続部材の熱膨張率はたしかに比較的小さく、鉛フリーはんだ材料との両立性もあるけれども、それらの材料は本質的に変形しにくい。したがって接続部材の製造に必要とされる工具の使用可能寿命が短くなり、その結果、製造コストが増大する。さらに、接続部材の材料と形状が変わると、はんだ付けプロセスの境界条件がたえず新たに変化してしまう。しかも種々の接続部材は、引っ張り力に対してそれぞれ異なる機械的ロバストネスを有する。したがって、機械的安定性が同じまま維持されるようにし、かつ、はんだ特性が等しくなるようにするには、標準

本発明の課題は、電気的接続部材を備えた板ガラス、及びこの板ガラスを製造するための経済的かつ環境を配慮した方法において、クリティカルな機械的応力が板ガラスに発生するのを回避し、さらにはんだ付けプロセスを標準化することで、接続部材の材料及び形状に左右されることなく、製造プロセスを簡単にすることである。

本発明によればこの課題は、独立請求項１、１３及び１４に記載された、接続部材を備えた板ガラス、及びこの板ガラスの製造方法並びにその使用によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が示されている。

本発明の上述の課題は、本発明によれば補償プレートを有する少なくとも１つの接続部材を備えた板ガラスにより解決される。本発明による板ガラスは、導電性構造体が少なくとも一部分の上に設けられている基板と、導電性構造体の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの補償プレートと、補償プレートの少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの電気的接続部材と、補償プレートを少なくとも１つのコンタクト面を介して導電性構造体の少なくとも一部分と接続する鉛フリーはんだ材料とを、少なくとも含んでいる。この場合、基板と補償プレートの熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、接続部材は銅を含んでいる。

補償プレートの熱膨張率は、０℃〜３００℃の温度範囲において、有利には９×１０^-6／℃〜１３×１０^-6／℃にあり、特に有利には１０×１０^-6／℃〜１２×１０^-6／℃、さらに格別有利には１０×１０^-6／℃〜１１×１０^-6／℃にある。

本発明による補償プレートを使用することによって、これまで一般的であった銅から成る接続部材であっても、鉛フリーはんだ材料と組み合わせて使用することができる。従来技術によれば、接続部材は鉛フリーはんだ材料によって、補償プレートを用いることなく基板の導電性構造体の上にじかにはんだ付けされており、このことにより冷熱サイクル試験において基板の損傷が発生していた。この種の損傷は、本発明による板ガラスにおいては観測されることはない。その理由は、発生する応力が補償プレートによって補償されるからである。その際、補償プレートの材料は、基板と補償プレートとの熱膨張率の差が、５×１０^-6／℃よりも小さくなるように選定される。このようにすれば、基板と補償プレートは加熱されたときに同じ程度に膨張するようになり、はんだ付け部位の損傷が回避される。従来一般的であった銅含有の接続部材をそのまま使い続けることができるので、工具を置き換える必要がない。さらに銅含有の材料は通常、容易に変形可能である。これに対し、鉛フリーはんだ材料との組み合わせでも使用できる従来技術により知られている接続部材は、例えば鋼又はチタンなどのように、変形するのが困難な材料から成る。この理由から、銅含有の接続部材を変形する場合には、工具耐用年数が著しく延びる。したがって本発明のように補償プレートを使用した結果、変形プロセスにかかる製造コストが低減されることになる。

さらに、従来技術によれば鉛フリーはんだ材料を用いてはんだ付け可能であった、鋼又はチタンから成る接続部材は、慣用の銅含有接続部材よりも電気抵抗が著しく高い。はんだ付け部位の良好な耐熱性を保証する補償プレートと、高い導電率を有する銅含有の接続部材とを、本発明のように組み合わせることによって、不都合な材料特性が現れることなく、様々な材料の利点が最適なかたちで利用される。したがって、高い抵抗を有する材料の含有率を、板ガラスの耐熱性を維持しながら最小限に抑えることができる。

さらに本発明による補償プレートを使用することによって、はんだ付けプロセスの標準化が行われる。その際、補償プレートは、接続部材及びあらゆる種類の他のコネクタ部材のための接触接続の土台を成し、したがって補償部材としてだけでなく、アダプタとしての役割も果たす。常に同じ標準化された補償プレートを使用することによって、はんだ付け部位における条件も一定に保たれ、接続部材の形状及び材料が変更されても、はんだ付けプロセスを整合させる必要がない。しかも、はんだ付け部位における機械的なコンディションが一定に保たれることから、引張力は接続部材の形状に左右されない。

使用される補償プレートの個数は、接続部材の幾何学的形状に依存する。接続部材を、１つの平面のみを介して導電性構造体と接続しようとするならば、導電性構造体と接触させる接続部材の側に１つの補償プレートを設ければ、十分である。

１つの有利な実施形態によれば、電気的接続部材は、第１の補償プレート及び第２の補償プレートを介して、導電性構造体と導電接続されている。この場合、接続部材を例えばブリッジ形状に構成することができ、その際、接続部材は２つの脚部を有しており、それらの脚部の間に、導電性構造体とはじかに面接触していない盛り上がって形成された区間が存在する。接続部材が、単純なブリッジ形状を含むようにしてもよいし、複雑なブリッジ形状を含むようにしてもよい。この場合、接続部材の両方の脚部は、それぞれ１つの補償プレート上面に配置される。

補償プレートの下面にはコンタクト面が設けられ、このコンタクト面によって、補償プレートが面全体にわたり導電性構造体の上に取り付けられる。ここで有利であるのは、補償プレートとコンタクト面には角が含まれないことである。このようなデザインにすることで、角のところで最大値が生じることなく均等な引張応力分布が得られるとともに、はんだが均質に分布するようになる。

補償プレートは、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、マンガン、ニオブ及び／又はクロム、及び／又はこれらの材料から成る合金、を含んでいる。

補償プレートがクロム含有鋼を含むと有利であり、この場合、クロムの含有率は１０．５重量％以上である。モリブデン、マンガン又はニオブなど他の合金成分によって、耐食性が向上し、或いは抗張力又は冷間成形性などの機械的特性が変化する。

本発明による補償プレートは有利には少なくとも、６６．５重量％〜８９．５重量％の鉄、１０．５重量％〜２０重量％のクロム、０重量％〜１重量％の炭素、０重量％〜５重量％のニッケル、０重量％〜２重量％のマンガン、０重量％〜２．５重量％のモリブデン、０重量％〜２重量％のニオブ、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。これらに加え補償プレートは、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含むことができる。

特に有利には補償プレートは少なくとも、７３重量％〜８９．５重量％の鉄、１０．５重量％〜２０重量％のクロム、０重量％〜０．５重量％の炭素、０重量％〜２．５重量％のニッケル、０重量％〜１重量％のマンガン、０重量％〜１．５重量％のモリブデン、０重量％〜１重量％のニオブ、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。さらにこれらに加え、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含めることができる。

特に格別有利には補償プレートは少なくとも、７７重量％〜８４重量％の鉄、１６重量％〜１８．５重量％のクロム、０重量％〜０．１重量％の炭素、０重量％〜１重量％のマンガン、０重量％〜１重量％のニオブ、０重量％〜１．５重量％のモリブデン、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。これらに加え補償プレートは、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含むことができる。

クロム含有鋼、特にいわゆるステンレス鋼を、経済的なコストで利用することができる。しかもクロム含有鋼は、銅及び銅合金よりも剛性が高く、このことから補償プレートの好ましい安定性が得られるようになる。さらにクロム含有鋼から成る補償プレートが有するはんだ特性は、熱伝導率がいっそう高いことから、例えばチタンなどから成る数多くの従来の接続部材よりも良好である。

補償プレートとして用いるのに特に適した材料は、EN 10 088-2に準拠する材料番号1.4016, 1.4113, 1.4509及び1.4510のクロム含有鋼である。

有利には本発明による補償プレートの材料厚は０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、特に有利には０．４ｍｍ〜０．８ｍｍである。板ガラスが熱膨張しても、このような材料厚範囲において十分な機械的安定性と良好な応力補償が、最適な状態で確保される。補償プレートの幅と長さを、使用される接続部材及びそれらの脚部の形状に合わせて、固有に整合させることができる。ただし、補償プレートの格別有利な標準化を達成するために特に好ましいのは、丸い形状、円形又は楕円形を適用することであり、特に円形を適用することである。補償プレートが円形である特に格別有利な実施形態によれば、補償プレートの直径は２ｍｍ〜１５ｍｍであり、好ましくは４ｍｍ〜１０ｍｍである。

補償プレートには銅のほか、好ましくはチタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、マンガン、ニオブ及び／又はクロム、及び／又はこれらの材料から成る合金、が含まれている。この場合、適切な材料組成は、その電気抵抗に応じて選定される。

１つの有利な実施形態によれば、接続部材は、４５．０重量％〜９９．９重量％の銅、０重量％〜４５重量％の亜鉛、０重量％〜１５重量％のスズ、０重量％〜３０重量％のニッケル、及び０重量％〜５重量％のケイ素、を含んでいる。電解銅のほか、種々の真鍮又は青銅の合金が材料として適しており、例えば洋銀又はコンスタンタンが適している。

格別好ましくは接続部材は、５８重量％〜９９．９重量％の銅及び０重量％〜３７重量％の亜鉛を含み、特に６０重量％〜８０重量％の銅及び２０重量％〜４０重量％の亜鉛を含んでいる。

接続部材の材料の特別な例として、材料番号CW004A（以前の2.0065）の電解銅、及び材料番号CW505L（以前の2.0265）のＣｕＺｎ３０を挙げておく。

１つの有利な実施形態によれば、接続部材の材料は、１．０μΩ・ｃｍ〜１５μΩ・ｃｍの電気抵抗率を有しており、特に好ましくは１．５μΩ・ｃｍ〜１１μΩ・ｃｍの電気抵抗率を有している。これによって、ＣＴＥ（熱膨張率）が基板に整合された補償プレートと、導電性が著しく良好な接続部材との格別有利な組み合わせが得られる。従来技術による接続部材も、同様に熱膨張率が基板に整合されているけれども、電気抵抗がかなり高いので、不都合なことに大きな電圧降下が発生してしまう。

接続部材の材料厚は、好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍであり、特に好ましくは０．２〜１ｍｍ、特に著しく好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍである。１つの有利な実施形態によれば、接続部材の材料厚はそのすべての領域において一定である。このことは、接続部材の製造が容易であるという点で格別有利である。

接続部材は、自動車の車載電子系統と接続ケーブルを介して接続されている。接続部材と接続ケーブルとの電気的な接触を、はんだ接続、溶接、又はクリンプ接続によって行うことができる。

接続部材の接触接続のために使用できる接続ケーブルは基本的に、導電性の構造を電気的に接触接続させるために当業者に知られているすべてのケーブルである。導電性コア（内部導体）のほか、有利にはポリマーの絶縁性外装も接続ケーブルに含めることができ、その際、接続部材と内部導体との導電接続が可能となるよう、好ましくは接続ケーブルの終端領域において絶縁性外装が除去されている。

接続ケーブルの導電性コアが、例えば銅、アルミニウム、及び／又は銀、或いはこれらの材料の合金又は混合物を含むようにすることができる。導電性コアを、例えば撚線又は単線として実装することができる。接続ケーブルの導電性コアの断面積は、本発明による板ガラスを使用するのに必要とされる電流耐性に合わせられ、当業者が適宜選定することができる。断面積は、例えば０．３ｍｍ²〜６ｍｍ²である。

接続部材は補償プレートと導電接続されており、これらの部材を種々のはんだ技術又は溶接技術によって接続することができる。好ましくは補償プレートと接続部材とは、電極を用いた抵抗溶接、超音波溶接、又は摩擦溶接によって接続される。

１つの択一的な実施形態によれば、ねじ込み接続又は差し込み接続によって、接続部材を補償プレートに取り付けることができる。このような接触接続は、例えばねじ込みピンが設けられた補償プレートによって実現可能であり、このねじ込みピンに接続部材のねじ込みスリーブが螺合される。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、接続部材は補償プレート表面の一部分の領域だけを覆っている。このため、補償プレートの一部分は接続部材の下で側方からはみ出ており、接続部材を補償プレートに取り付けた後でも、その部分が開放されている。補償プレートを導電性構造体の上にはんだ付けする際、このようにはみ出た部分を、補償プレートの接触接続のために用いることができる。

板ガラスの少なくとも一部分に導電性構造体が取り付けられており、この導電性構造体は好ましくは銀を含んでおり、格別好ましくは銀粒子とガラスフリットを含んでいる。本発明による導電性構造体の層厚は、好ましくは３μｍ〜４０μｍ、特に好ましくは５μｍ〜２０μｍであり、さらに格別好ましくは７μｍ〜１５μｍ、特に８μｍ〜１２μｍである。接続部材が上に取り付けられた補償プレートは、コンタクト面を介して導電性構造体の一部分の領域と面全体にわたり接続されている。この場合、電気的な接触接続は、鉛フリーはんだ材料によって行われる。導電性構造体を、例えば板ガラスに被着されたワイヤ又はコーティングの接触接続に用いることができる。この場合、導電性構造体は、例えばバスバーの形状で、板ガラスの互いに反対側の周縁部に取り付けられる。補償プレートとともにバスバーに取り付けられた接続部材を介して、電圧を供給することができ、これによって導電性のワイヤもしくはコーティングを介して、一方のバスバーから他方へと電流が流れ、板ガラスが加熱される。このような加熱機能に代わる選択肢として、本発明による板ガラスをアンテナ導体と組み合わせて使用することができ、或いは板ガラスの安定した接触接続が必要とされる他の任意の形態も考えられる。

基板には好ましくはガラスが含まれ、特に好ましくは平板ガラス、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が含まれる。とはいえ、基板はポリマーを含むものであってもよく、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボナイト、ポリメチルメタクリレート、ポリスチロール、ポリブタジエン、ポリニトリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、及び／又はこれらのコポリマー又は混合物、を含むものであってもよい。好ましくは、この基板は透明である。基板の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ〜２５ｍｍであり、特に好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ、特に格別好ましくは１．５ｍｍ〜５ｍｍである。

基板の熱膨張率は、８×１０^-6／℃〜９×１０^-6／℃であるのが好ましい。基板は好ましくは、０℃〜３００℃の温度範囲おいて熱膨張率が８．３×１０^-6／℃〜９×１０^-6／℃であるガラスを含む。

オプションとして基板の上にスクリーン印刷を施すことができ、これは板ガラスが取り付けられた状態で、板ガラスの接触接続部分を隠すものであり、したがって補償プレートを有する接続部材は外側からは見えない。

導電性構造体は、鉛フリーはんだ材料を介して補償プレートと導電接続されている。この場合、鉛フリーはんだ材料は、接続部材の下面に位置するコンタクト面のところに配置されている。

鉛フリーはんだ材料の層厚は、好ましくは６００μｍ以下であり、特に好ましくは１５０μｍ〜６００μｍであり、特に３００μｍよりも薄い。

鉛フリーはんだ材料には、好ましくは鉛が使われていない。このことは、電気的な接続部材を備えた本発明による板ガラスは環境親和性があるという点で、格別に有利である。本発明の内容に即していえば、鉛フリーはんだ材料とは、電気機器及び電子機器における指定危険材料の使用を制限する欧州共同体の指令2002/95/ECに従い、０．１重量％以下の含有量の鉛しか含まないはんだ材料、好ましくは鉛を含まないはんだ材料、のことを意味する。

鉛フリーはんだ材料は一般的に、鉛含有はんだ材料よりも延性が少ないので、接続部材と板ガラスとの間に生じる機械的な応力をあまり良好に補償することはできない。しかしながら、本発明による補償プレートを有する接続部材によって、クリティカルな機械的応力を回避できることが判明した。好ましくははんだ材料には、スズ及びビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、又はそれらから成る組成物が含まれる。本発明によるはんだ組成物中、スズの含有量は、３重量％〜９９．５重量％であり、好ましくは１０重量％〜９５．５重量％、特に好ましくは１５重量％〜６０重量％である。本発明によるはんだ組成物中、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、又はそれらの組成物の含有量は、０．５重量％〜９７重量％、好ましくは１０重量％〜６７重量％であり、この場合、ビスマス、インジウム、銅、又は銀を０重量％とすることができる。はんだ組成物に、ニッケル、ゲルマニウム、アルミニウム、又はリンを、０重量％〜５重量％の含有率で含めることができる。特に格別好ましいのは、本発明によるはんだ組成物が、Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, In60Sn36.5Ag2Cu1.5, Sn95.5Ag3.8Cu0.7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77.2In20Ag2.8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3Cu0.5, Sn97Ag3、又はこれらの混合物を含むことである。

１つの有利な実施形態によれば、はんだ材料にはビスマスが含まれる。ビスマスを含有するはんだ材料によって、本発明による接続部材が板ガラスに極めて良好に付着するようになり、板ガラスの損傷を回避できることが判明した。はんだ材料組成物におけるビスマスの含有率は、好ましくは０．５重量％〜９７重量％であり、特に好ましくは１０重量％〜６７重量％、特に格別好ましくは３３重量％〜６７重量％、特に５０重量％〜６０重量％である。はんだ材料には、ビスマスのほか好ましくはスズ及び銀、又はスズと銀と銅が含まれる。１つの格別に有利な実施形態によれば、はんだ材料は少なくとも、３５重量％〜６９重量％のビスマス、３０重量％〜５０重量％のスズ、１重量％〜１０重量％の銀、及び０重量％〜５重量％の銅を含んでいる。１つの格別有利な実施形態によれば、はんだ材料は少なくとも、４９重量％〜６０重量％のビスマス、３９重量％〜４２重量％のスズ、１重量％〜４重量％の銀、及び０重量％〜３重量％の銅を含んでいる。

さらに別の有利な実施形態によれば、はんだ材料は、９０重量％〜９９．５重量％のスズを含んでおり、好ましくは９３重量％〜９９重量％、特に好ましくは９５重量％〜９８重量％で含んでいる。はんだ材料には、スズのほか好ましくは０．５重量％〜５重量％の銀、及び０重量％〜５重量％の銅が含まれている。

はんだ材料は、補償プレートのはんだ領域と導電性構造体との間のスペースから、好ましくは１ｍｍよりも僅かな漏れ幅で漏れ出るだけである。１つの有利な実施形態によれば、最大漏れ幅は０．５ｍｍよりも小さく、例えばほぼ０ｍｍである。このことは、板ガラスにおける機械的な応力の低減、接続部材の付着、はんだの節約、という点で、格別有利である。この場合、はんだ領域外縁から、はんだ材料がはみ出てはんだ材料層厚が５０μｍの層厚を下回った部位までの間隔を、最大漏れ幅と定義する。最大漏れ幅は、はんだ付けプロセス後、凝固したはんだ材料において測定される。望ましい最大漏れ幅は、はんだ材料体積と、補償プレートと導電性構造体との間の垂直方向距離とを適切に選定することによって達せられ、これらは簡単な実験により求めることができる。補償プレートと導電性構造体との間の垂直方向距離を、適切なプロセス工具例えばスペーサが一体化された工具などによって設定することができる。最大漏れ幅が負であってもよく、つまり補償プレートのはんだ領域と導電性構造体とにより形成されるスペース内に後退するようにしてもよい。本発明による板ガラスの１つの有利な実施形態によれば、補償プレートのはんだ領域と導電性構造体とにより形成されたスペースにおける最大漏れ幅は、凹状のメニスカスの形状で後退する。凹状のメニスカスの形状は例えば、はんだ付けプロセスにおいてはんだがまだ液状である期間中に、スペーサと導電性構造体との垂直方向距離を長くすることにより形成される。これにより得られる利点とは、板ガラスにおいて、特にはんだ材料の大きなはみ出しが生じるクリティカルな領域において、機械的応力が低減されることである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、補償プレートのコンタクト面にスペーサが設けられており、好ましくは少なくとも２つのスペーサ特に好ましくは少なくとも３つのスペーサが設けられている。この場合に有利であるのは、例えば型押しや深絞りなどによって、スペーサを補償プレートと一体的に形成することである。好ましくはスペーサは、幅０．５×１０^-4ｍ〜１０×１０^-4ｍであり、高さ０．５×１０^-4ｍ〜５×１０^-4ｍ、特に好ましくは１×１０^-4ｍ〜３×１０^-4ｍである。スペーサを設けることによって、一定の厚さで一様に溶融する均質なはんだ材料層が得られる。これにより補償プレートと板ガラスとの間に生じる機械的応力を低減することができ、さらに補償プレートの付着を向上させることができる。このことは、鉛フリーはんだ材料を使用したときに特に有利である。それというのも鉛フリーはんだ材料はその延性が小さいことから、鉛含有はんだ材料に比べて機械的応力を良好に補償することができないからである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、はんだ付けプロセス中にはんだ付け工具との接触の役割を果たすコンタクトバンプが、補償プレート及び／又は接続部材に設けられている。この場合、はんだバンプは、基板とは逆側でありコンタクト面とは反対側の補償プレート表面に配置されるか、又は、補償プレートの上方に位置する領域において基板とは逆側の接続部材表面に配置される。コンタクトバンプは好ましくは、少なくともはんだ付け工具と接触する領域において、凸状に湾曲した形状に成形される。さらに好ましくはコンタクトバンプの高さは０．１ｍｍ〜２ｍｍであり、特に好ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。コンタクトバンプの長さと幅は、好ましくは０．１ｍｍ〜５ｍｍであり、特に格別好ましくは０．４ｍｍ〜３ｍｍである。この場合に有利であるのは、例えば型押しや深絞りなどによって、コンタクトバンプを補償プレートもしくは接続部材と一体的に形成することである。はんだ付けのために、コンタクト面が平坦に成形されている電極を用いることができる。この電極平面がコンタクトバンプと接触状態におかれる。その際、電極平面は基板表面と平行に配置される。電極平面とコンタクトバンプとが接触した領域により、はんだ付け部位が形成される。その際、はんだ付け部位のポジションは、コンタクトバンプの凸状表面において基板表面まで最大の垂直方向距離を有するポイントによって定まる。はんだ付け部位のポジションは、補償プレートもしくは接続部材の上のはんだ付け電極のポジションには左右されない。このことは、はんだ付けプロセス中に再現可能な均一な熱分布を生じさせる点で、格別有利である。はんだ付けプロセス中の熱分布は、コンタクトバンプのポジション、サイズ、配置、及び形状によって定まる。

好ましくは補償プレートは、少なくともはんだ材料に面したコンタクト面にコーティング（湿潤層）を有しており、このコーティングには、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、銀、金、又はこれらの材料から成る合金、又はこれらの材料から成る複数の層が含まれ、特に銀が含まれる。このようにすることで、はんだ材料による補償プレートの湿潤特性が向上し、さらには補償プレートの付着特性が向上する。

本発明による補償プレートは、好ましくはニッケル、スズ、銅、及び／又は銀によってコーティングされている。格別好ましくは補償プレートに、有利にはニッケル及び／又は銅から成る付着促進層が設けられており、さらにこれに加えて、有利には銀から成るはんだ付け可能な層が設けられている。本発明による補償プレートは、特に格別好ましくは、０．１μｍ〜０．３μｍのニッケルによって、及び／又は３μｍ〜２０μｍの銀によって、コーティングされている。補償プレートに対し、ニッケルめっき、スズめっき、銅めっき、及び／又は銀めっきを施してもよい。ニッケルと銀によって、補償プレートの電流耐性及び耐食性並びにはんだ材料による湿潤特性が改善される。

オプションとして、接続部材にもコーティングを施すことができるが、接続部材のコーティングは必須ではない。その理由は、接続部材とはんだ材料がじかに接触するわけではないからであり、つまり接続部材の湿潤特性を最適化する必要はないのである。したがって、広い面積にわたる接続部材のコーティングを省くことができ、通常、それよりもかなり狭い補償プレート表面だけがコーティングされることから、接続部材及び補償プレートを備えた本発明による板ガラスの製造コストが低減される。

１つの別の選択肢による実施形態によれば、接続部材にコーティングが施され、このコーティングには、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、銀、金、又はこれらの材料から成る合金、又はこれらの材料から成る複数の層が含まれ、好ましくは銀が含まれる。好ましくは接続部材は、ニッケル、スズ、銅、及び／又は銀によってコーティングされる。接続部材は、特に格別好ましくは、０．１μｍ〜０．３μｍのニッケルによって、及び／又は３μｍ〜２０μｍの銀によって、コーティングされる。さらに接続部材に対し、ニッケルめっき、スズめっき、銅めっき、及び／又は銀めっきを施してもよい。

補償プレートの形状によって、補償プレートと導電性構造体との間のスペースに１つ又は複数のはんだ溜まりを形成することができる。補償プレートにおけるはんだ溜まりとはんだの湿潤特性によって、中間のスペースからはんだ材料が漏れ出るのが回避される。はんだ溜まりを、矩形、円形、又は多角形の形状にすることができる。

さらに本発明は、接続部材と１つ又は複数の補償プレートとを備えた板ガラスを製造するための、以下のステップを含む方法に関する。即ち本発明による方法は、
ａ）１つ又は複数の補償プレートの上面に、接続部材を取り付けて導電接続するステップと、
ｂ）１つ又は複数の補償プレートの下面において少なくとも１つのコンタクト面に、鉛フリーはんだ材料を塗布するステップと、
ｃ）補償プレートを鉛フリーはんだ材料とともに、基板の上に設けられた導電性構造体の上に配置するステップと、
ｄ）補償プレートを導電性構造体とはんだ付けするステップと
を含む。

導電性構造体を、それ自体公知の方法により基板に取り付けることができ、例えばスクリーン印刷法によって取り付けることができる。導電性構造体の取り付けを、上述のステップａ）及びステップｂ）の前、又はこれらのステップ中、或いはこれらのステップの後のタイミングで、実施することができる。

はんだ材料は好ましくは、規定の層厚、体積、形状、及び配置で、小さいプレート又は平坦な液滴として、補償プレートの上に塗布される。はんだ材料の小プレートの層厚は、好ましくは０．６ｍｍ以下である。この場合、はんだ材料の小プレートの形状を、コンタクト面の形状にマッチさせるのが有利である。コンタクト面が例えば矩形状に形成されているならば、はんだ材料の小プレートを矩形状にするのがよい。

補償プレートと導電性構造体とを電気的に接続する際のエネルギーは、有利にはパンチ、熱極、ピストンはんだ付け、マイクロフレームはんだ付け、好ましくはレーザはんだ付け、熱風はんだ付け、誘導はんだ付け、抵抗はんだ付け、及び／又は超音波によって、供給される。

有利には、接続部材は補償プレート表面に溶接されるか又ははんだ付けされ、或いはねじ込み接続又は差し込み接続によって固定される。特に有利であるのは、接続部材を電極抵抗溶接、超音波溶接、又は摩擦溶接によって、補償プレートの上に取り付けることである。

板ガラスが車両に組み込まれた後、接続部材は、例えば銅から成る薄片、撚線又は編組線に溶接又は圧着されて、車載電子系統に接続される。

本発明はさらに、導電性構造体を備えた本発明による板ガラスの使用にも関するものであり、本発明による板ガラスは、車両、建築用ガラス、又は構造用ガラスに使用され、特に自動車、レール車両、航空機又は船舶に使用される。この場合、補償プレートを備えた接続部材は、板ガラスの導電性構造体例えば発熱体又はアンテナなどを、外部の電気系統例えば増幅器、制御ユニット又は電圧源などと接続するために用いられる。特に本発明によれば、本発明による板ガラスはレール車両又は自動車において用いられ、有利にはフロントウィンドウガラス、リアウィンドウガラス、サイドウィンドウガラス、及び／又はルーフウィンドウガラスとして用いられ、特に加熱可能なガラスとして、又はアンテナ機能を備えたガラスとして用いられる。

次に、図面及び実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面は概略的なものであり、原寸通りに描かれたものではなく、これらの図面によって本発明が限定されてしまうものではない。

接続部材及び補償プレートを備えた本発明による板ガラスを上から見た平面図 図１ａによる板ガラスを断面カットラインＡＡ′に沿って見た断面図 ブリッジ形状の接続部材及び２つの補償プレートを備えた本発明による板ガラスを略示した斜視図 図２ａによる板ガラスを断面カットラインＢＢ′に沿って見た断面図 図２ａによる板ガラスを上から見た平面図 図２ｃによる板ガラスを、各補償プレートの上にそれぞれ１つずつ取り付けられたコンタクトバンプとともに示した平面図 図２ｃによる板ガラスを、接続部材の上に取り付けられた２つのコンタクトバンプとともに示した平面図 図２ｃによる板ガラスを、各補償プレートの上にそれぞれ２つずつ取り付けられたコンタクトバンプとともに示した平面図 図５ａによる板ガラスを断面カットラインＣＣ′に沿って見た断面図 接続部材及び補償プレートを備えた板ガラスを製造するための本発明による方法を示すフローチャート

図１ａ及び図１ｂには、接続部材（４）及び補償プレート（３）を備えた本発明による板ガラスが示されている。図１ｂには、断面カットラインＡＡ′に沿って見た断面が示されている。図１ｂのカットされた面は、ハッチングされて描かれている。基板（１）は、ソーダ石灰ガラスから成り熱によりプレストレスが与えられた厚さ３ｍｍの単板安全ガラスから成り、この基板（１）の上にスクリーン印刷マスク（６）が取り付けられている。基板（１）は、幅１５０ｃｍ、高さ８０ｃｍであり、スクリーン印刷マスク（６）の領域の短辺のところに、補償プレート（３）を備えた接続部材（４）が取り付けられている。基板（１）の表面には、導電性構造体（２）が発熱体構造として取り付けられている。導電性構造体には銀粒子とガラスフリットが含まれており、この場合、銀の含有量は９０％よりも高い。板ガラスの周縁領域において、導電性構造体（２）が１０ｍｍまで拡がっている。この領域に鉛フリーはんだ材料（５）が取り付けられており、これにより補償プレート（３）下側で導電性構造体（２）がコンタクト面（７）と接続される。コンタクト面（７）と鉛フリーはんだ材料（５）は、図１ａの平面図では補償プレート（３）によって隠されているが、断面図（図１ｂ）では見ることができる。車体に取り付けられた後、接触接続個所はスクリーン印刷マスク（６）によって隠される。鉛フリーはんだ材料（５）によって、導電性構造体（２）と補償プレート（３）との持続的な電気的及び機械的接続が確実に行われるようになる。鉛フリーはんだ材料（５）には、５７重量％のビスマスと、４２重量％のスズと、１重量％の銀が含まれている。鉛フリーはんだ材料（５）の厚さは２５０μｍである。接続部材（４）は、曲げられた平坦な薄片から成り、これには脚部が設けられていて、この脚部の下面で補償プレート（３）の上面と溶接されている。接続部材が曲げられている様子は、断面図（図１ｂ）に示されている。電気的接続部材（４）は、材料番号CW004A (Cu-ETP)の銅から成り、幅４ｍｍ、長さ６ｍｍのコンタクト面を有する。この材料は、低い電気抵抗率（１．８μΩ・ｃｍ）を有しており、その導電率が高いことから、接続部材（４）として特に適している。接続部材（４）の材料厚は０．８ｍｍである。補償プレート（３）は、円形に打ち抜かれた金属薄板から成り、高さ（材料厚）０．５ｍｍ、直径４ｍｍである。補償プレート（３）は、EN 10 088-2に準拠する材料番号1.4509の鋼（ThyssenKrupp Nirosta（登録商標）4509）から成る。補償プレート（３）は機械的な応力を補償し、これにより銅から成る接続部材（４）と鉛フリーはんだ材料（５）とを組み合わせることができるようになる。このようにすることで、板ガラスにおけるクリティカルな機械的応力が回避される一方、それにもかかわらずこれまで公知であった銅又は銅の合金から成る接続部材（４）を、引き続き使用できるようになる。さらにはんだ付けプロセスの標準化により、接続部材（４）の材料及び形状に左右されることなく、製造プロセスを簡単にすることができる。その理由は、はんだ付けプロセスのパラメータは、使用される補償プレート（３）のみに依存するからである。このような結果は、当業者にとって驚くべきものであり、予期しなかったことである。

図２ａ，図２ｂ，図２ｃは、ブリッジ形状の接続部材（４）と２つの補償プレート（３）を備えた本発明による板ガラスを、それぞれ異なる視点で示している。図２ａは板ガラスを斜視図で示し、図２ｂは断面カットラインＢＢ′に沿って見た断面図であり、図２ｃは平面図である。図２ｂでは、カットされた平面がハッチングされて描かれている。基板（１）は、ソーダ石灰ガラスから成り熱によりプレストレスが与えられた厚さ３ｍｍの単板安全ガラスから成り、この基板（１）の上にスクリーン印刷マスク（６）が取り付けられている。基板（１）は幅１５０ｃｍ、高さ８０ｃｍであり、スクリーン印刷マスク（６）の領域の短辺のところに、補償プレート（３）を備えた接続部材（４）が取り付けられている。基板（１）の表面には、導電性構造体（２）が発熱体構造として取り付けられている。導電性構造体には銀粒子とガラスフリットが含まれており、この場合、銀の含有量は９０％よりも高い。板ガラスの周縁領域では、導電性構造体（２）が１０ｍｍまで拡がっている。この領域に鉛フリーはんだ材料（５）が取り付けられており、これにより補償プレート（３）下側で導電性構造体（２）がコンタクト面（７．１，７．２）と接続される。車体に取り付けられた後、接触個所はスクリーン印刷マスク（６）によって隠される。鉛フリーはんだ材料（５）によって、導電性構造体（２）と、補償プレート（３）及び接続部材（４）との持続的な電気的及び機械的接続が確実に行われるようになる。鉛フリーはんだ材料（５）には、５７重量％のビスマスと、４２重量％のスズと、１重量％の銀が含まれている。鉛フリーはんだ材料（５）の厚さは２５０μｍである。この場合、接続部材（４）はブリッジ形状である。接続部材（４）は、第１の補償プレート（３．１）及び第２の補償プレート（３．２）の上に載置された２つの脚部と、これらの脚部の間に延在するブリッジ形状区間を有している。ブリッジ形状区間では接続部材（４）は、補償プレート（３）も導電性構造体（２）も有していない。電気的な接続部材（４）は、幅４ｍｍ、長さ２４ｍｍであり、材料番号CW004A (Cu- ETP)の銅から成る。この材料は、低い電気抵抗率（１．８μΩ・ｃｍ）を有しており、その導電率が高いことから、接続部材（４）として特に適している。接続部材（４）の材料厚は０．４ｍｍである。補償プレート（３．１，３．２）は、円形に打ち抜かれた金属薄板から成り、それぞれ高さ（材料厚）０．５ｍｍ、直径６ｍｍである。補償プレート（３．１，３．２）は、EN 10 088-2による材料番号1.4509の鋼（ThyssenKrupp Nirosta（登録商標）4509）から成る。補償プレート（３．１，３．２）は機械的な応力を補償し、これにより銅から成る接続部材（４）と鉛フリーはんだ材料（５）との組み合わせが可能となる。

図３には、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、各補償プレート（３）の上にそれぞれ１つずつ、コンタクトバンプ（９）が取り付けられている。それらのコンタクトバンプ（９）は、基板とは反対側の補償プレート（３）の表面に、コンタクト面と向き合うように配置されている。コンタクトバンプ（９）は補償プレート（３）中に型押しされており、したがって補償プレート（３）と一体に形成されている。コンタクトバンプ（９）は、球欠状に形成されており、高さ２．５×１０^-4ｍ、幅５×１０^-4ｍである。コンタクトバンプ（９）は、はんだ付けプロセス中、補償プレート（３）とはんだ付け工具との接触のために用いられる。コンタクトバンプ（９）によって、はんだ付け工具の正確なポジショニングに左右されることなく、再現可能な規定どおりの熱分布が保証される。

図４には、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、接続部材（４）の上に２つのコンタクトバンプ（９）が取り付けられている。この図の場合、コンタクトバンプ（９）の形状は、図３で説明したものに対応するが、図３とは異なりコンタクトバンプ（９）は、接続部材（４）自体の上に設けられ、補償プレート（３）が存在する領域に配置されている。この構成は、はんだ付けプロセス中の補償プレート（３）における最適な熱分布の点で有利である。

図５ａには、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、各補償プレート（３）の上にそれぞれ２つずつ、コンタクトバンプ（９）が取り付けられている。コンタクトバンプ（９）の形状は、図３で説明したものに対応するが、図３とは異なり、各補償プレート（３．１，３．２）が２つのコンタクトバンプ（９）を担持している。コンタクトバンプ（９）は、接続部材（４）の脚部と隣り合い、それらの脚部の側方に配置されている。

図５ｂには、図５ａによる板ガラスを断面カットラインＣＣ′に沿って見た断面図が示されている。カットされた平面はハッチングされて描かれている。第１の補償プレート（３．１）のコンタクト面（７．１）の上には、３つのスペーサ（８）が配置されているが、この図が断面図であることから、図面にはこれら３つのスペーサ（８）のうち２つのスペーサだけが示されている。この図には示されていない第２の補償プレート（３．２）にも、第１の補償プレート（３．１）と同様に、コンタクトバンプ（９）及びスペーサ（８）が形成されている。スペーサ（８）は、コンタクト面（７）のところで補償プレート（３）中に型押しされており、したがって補償プレート（３）と一体に形成されている。スペーサ（８）は、球欠状に形成されており、高さ２．５×１０^-4ｍ、幅５×１０^-4ｍである。スペーサ（８）により、鉛フリーはんだ材料（５）の均質な層の形成が促進される。このことは、補償プレート（３）の固着という点で、特に有利である。コンタクトバンプ（９）は、コンタクト面（７）とは反対側に位置しかつ基板（１）とは逆側にある補償プレート（３）表面に配置されている。基本的に、スペーサ（８）とコンタクトバンプ（９）を互いに無関係に位置決めすることができるが、ただし各部分を型押しするときにそれらがオーバラップしてはならない。図３及び図４に示したコンタクトバンプ（９）を、同様にスペーサ（８）と組み合わせて利用することができる。

図６には、接続部材（４）及び補償プレート（３）を備えた板ガラスを製造するための本発明による方法を示すフローチャートが示されている。最初に接続部材（４）が、補償プレート（３）の上面に取り付けられて導電接続される。その後、補償プレート（３）の下面において少なくとも１つのコンタクト面（７）に、鉛フリーはんだ材料（５）が塗布され、さらに補償プレート（３）が鉛フリーはんだ材料（５）とともに、導電性構造体（２）の上に配置される。それによって、補償プレート（３）が導電性構造体（２）とはんだ付けされる。

１ 透明な基板
２ 導電性構造体
３ 補償プレート
３．１ 第１の補償プレート
３．２ 第２の補償プレート
４ 接続部材
５ 鉛フリーはんだ材料
６ スクリーン印刷マスク
７ コンタクト面
７．１ 第１のコンタクト面
７．２ 第２のコンタクト面
８ スペーサ
９ コンタクトバンプ
ＡＡ′ 断面カットライン
ＢＢ′ 断面カットライン
ＣＣ′ 断面カットライン

本発明は、電気的接続部材を備えた板ガラス、及び経済的かつ環境に配慮したこの板ガラスの製造方法並びにその使用に関する。

本発明はさらに、例えば発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車両用の電気的接続部材を備えた板ガラスに関する。導電性構造体は通常、はんだ付けされた電気的接続部材を介して、車載電気系統と接続されている。

製造時及び動作中、使用される材料の熱膨張率がそれぞれ異なることに起因して、機械的応力が発生し、これにより板ガラスに負荷が加わって、板ガラスの破損が引き起こされる可能性がある。

鉛含有はんだは高い延性を有しており、これにより電気的接続部材と板ガラスとの間に発生した機械的応力を、塑性変形によって補償することができる。ただし、廃自動車に関する指令2000/53/ECに基づき、欧州共同体内では鉛含有はんだを鉛フリーはんだに置き換えなければならなくなった。この指令は、概括してELV (End of life vehicles)という略称で呼ばれる。この指令の目的は、廃棄される電子機器が大量に増加していく中で、極度に問題となる成分をそれらの製品から排除しようというものである。該当する物質は、鉛、水銀、カドミウム及びクロムである。これに関連して特に挙げられるのは、ガラスに対し電気的な用途で鉛フリーはんだ材料の使用を断行すること、そしてそれに対応する代替製品を採用することである。

従来より知られている鉛フリーはんだ材料については、例えば欧州特許出願公開第２３３９８９４号明細書及び国際公開第２００００５８０５１号に開示されているが、それらの延性は比較的低いことから、鉛と同程度に機械的応力を補償することはできない。しかしながら、銅を含有する一般的な接続部材はガラスよりも大きい熱膨張率を有していることから（ＣＴＥ（銅）＝１６．８×１０^-6／℃）、銅が熱膨張したときにガラスに損傷を与えてしまう。この理由から有利であるのは、鉛フリーはんだ材料と組み合わせて、熱膨張率の小さい接続部材を使用することであり、好ましくはソーダ石灰ガラス（０℃〜３２０℃のときに８．３×１０^-6／℃）のオーダにある熱膨張率を有する接続部材を使用することである。この種の接続部材は加熱してもほとんど膨張せず、発生する機械的応力を補償する。

欧州特許出願公開第１９４２７０３号明細書には、車両の窓ガラスに設けられた電気的接続部材が開示されている。この場合、窓ガラスと電気的接続部材の熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、接続部材は主としてチタンを含有している。十分な機械的安定性及び加工性を実現する目的で、余分なはんだ材料を使用することが提案されている。余分なはんだ材料は、接続部材と導電性構造体との間のスペースから漏れ出る。余分なは7んだ材料によって、ガラス板において大きな機械的応力が引き起こされる。このような機械的応力によって、最終的に窓ガラスが破損する。しかもチタンははんだ付けしにくい。その結果、接続部材と窓ガラスとの固着が劣化してしまう。しかも接続部材を、例えば銅などの導電性材料を介して、溶接などにより車載電気系統と接続しなければならないが、チタンは溶接しにくい。

欧州特許出願公開第２４０８２６０号明細書には、鉄−ニッケル合金又は鉄−ニッケル−コバルト合金例えばコバール又はインバールなどを使用することが記載されており、これらの熱膨張率（ＣＴＥ）は低い。コバール（ＣＴＥ＝５×１０^-6／℃）もインバール（組成に応じてＣＴＥは０．５５×１０^-6／℃まで）も、ソーダ石灰ガラスよりも低い熱膨張率を有しており、機械的応力を補償する。この場合、インバールは、そのような機械的な応力の過剰補償が生じるほど、低い熱膨張率を有している。その結果、ガラスに圧縮応力が、もしくは合金に引っ張り応力が引き起こされるが、それらはクリティカルなものとはみなせない。

鉛含有はんだ材料と組み合わせて使用されていた、これまで一般的な銅から成る接続部材は、その膨張率が大きいことから、ガラスにおいて公知の鉛フリーはんだ材料を用いてはんだ付けするのには適していない。鉄又はチタンから成る接続部材の熱膨張率はたしかに比較的小さく、鉛フリーはんだ材料との両立性もあるけれども、それらの材料は本質的に変形しにくい。したがって接続部材の製造に必要とされる工具の使用可能寿命が短くなり、その結果、製造コストが増大する。さらに、接続部材の材料と形状が変わると、はんだ付けプロセスの境界条件がたえず新たに変化してしまう。しかも種々の接続部材は、引っ張り力に対してそれぞれ異なる機械的ロバストネスを有する。したがって、機械的安定性が同じまま維持されるようにし、かつ、はんだ特性が等しくなるようにするには、標準

欧州特許出願公開第２３３９８９４号明細書 国際公開第２００００５８０５１号 欧州特許出願公開第１９４２７０３号明細書 欧州特許出願公開第２４０８２６０号明細書

本発明の課題は、電気的接続部材を備えた板ガラス、及びこの板ガラスを製造するための経済的かつ環境を配慮した方法において、クリティカルな機械的応力が板ガラスに発生するのを回避し、さらにはんだ付けプロセスを標準化することで、接続部材の材料及び形状に左右されることなく、製造プロセスを簡単にすることである。

本発明によればこの課題は、独立請求項１、１３及び１４に記載された、接続部材を備えた板ガラス、及びこの板ガラスの製造方法並びにその使用によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が示されている。

本発明の上述の課題は、本発明によれば補償プレートを有する少なくとも１つの接続部材を備えた板ガラスにより解決される。本発明による板ガラスは、導電性構造体が少なくとも一部分の上に設けられている基板と、導電性構造体の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの補償プレートと、補償プレートの少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの電気的接続部材と、補償プレートを少なくとも１つのコンタクト面を介して導電性構造体の少なくとも一部分と接続する鉛フリーはんだ材料とを、少なくとも含んでいる。この場合、基板と補償プレートの熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、接続部材は銅を含んでいる。

補償プレートの熱膨張率は、０℃〜３００℃の温度範囲において、有利には９×１０^-6／℃〜１３×１０^-6／℃にあり、特に有利には１０×１０^-6／℃〜１２×１０^-6／℃、さらに格別有利には１０×１０^-6／℃〜１１×１０^-6／℃にある。

本発明による補償プレートを使用することによって、これまで一般的であった銅から成る接続部材であっても、鉛フリーはんだ材料と組み合わせて使用することができる。従来技術によれば、接続部材は鉛フリーはんだ材料によって、補償プレートを用いることなく基板の導電性構造体の上にじかにはんだ付けされており、このことにより冷熱サイクル試験において基板の損傷が発生していた。この種の損傷は、本発明による板ガラスにおいては観測されることはない。その理由は、発生する応力が補償プレートによって補償されるからである。その際、補償プレートの材料は、基板と補償プレートとの熱膨張率の差が、５×１０^-6／℃よりも小さくなるように選定される。このようにすれば、基板と補償プレートは加熱されたときに同じ程度に膨張するようになり、はんだ付け部位の損傷が回避される。従来一般的であった銅含有の接続部材をそのまま使い続けることができるので、工具を置き換える必要がない。さらに銅含有の材料は通常、容易に変形可能である。これに対し、鉛フリーはんだ材料との組み合わせでも使用できる従来技術により知られている接続部材は、例えば鋼又はチタンなどのように、変形するのが困難な材料から成る。この理由から、銅含有の接続部材を変形する場合には、工具耐用年数が著しく延びる。したがって本発明のように補償プレートを使用した結果、変形プロセスにかかる製造コストが低減されることになる。

さらに、従来技術によれば鉛フリーはんだ材料を用いてはんだ付け可能であった、鋼又はチタンから成る接続部材は、慣用の銅含有接続部材よりも電気抵抗が著しく高い。はんだ付け部位の良好な耐熱性を保証する補償プレートと、高い導電率を有する銅含有の接続部材とを、本発明のように組み合わせることによって、不都合な材料特性が現れることなく、様々な材料の利点が最適なかたちで利用される。したがって、高い抵抗を有する材料の含有率を、板ガラスの耐熱性を維持しながら最小限に抑えることができる。

さらに本発明による補償プレートを使用することによって、はんだ付けプロセスの標準化が行われる。その際、補償プレートは、接続部材及びあらゆる種類の他のコネクタ部材のための接触接続の土台を成し、したがって補償部材としてだけでなく、アダプタとしての役割も果たす。常に同じ標準化された補償プレートを使用することによって、はんだ付け部位における条件も一定に保たれ、接続部材の形状及び材料が変更されても、はんだ付けプロセスを整合させる必要がない。しかも、はんだ付け部位における機械的なコンディションが一定に保たれることから、引張力は接続部材の形状に左右されない。

使用される補償プレートの個数は、接続部材の幾何学的形状に依存する。接続部材を、１つの平面のみを介して導電性構造体と接続しようとするならば、導電性構造体と接触させる接続部材の側に１つの補償プレートを設ければ、十分である。

１つの有利な実施形態によれば、電気的接続部材は、第１の補償プレート及び第２の補償プレートを介して、導電性構造体と導電接続されている。この場合、接続部材を例えばブリッジ形状に構成することができ、その際、接続部材は２つの脚部を有しており、それらの脚部の間に、導電性構造体とはじかに面接触していない盛り上がって形成された区間が存在する。接続部材が、単純なブリッジ形状を含むようにしてもよいし、複雑なブリッジ形状を含むようにしてもよい。この場合、接続部材の両方の脚部は、それぞれ１つの補償プレート上面に配置される。

補償プレートの下面にはコンタクト面が設けられ、このコンタクト面によって、補償プレートが面全体にわたり導電性構造体の上に取り付けられる。ここで有利であるのは、補償プレートとコンタクト面には角が含まれないことである。このようなデザインにすることで、角のところで最大値が生じることなく均等な引張応力分布が得られるとともに、はんだが均質に分布するようになる。

補償プレートは、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、マンガン、ニオブ及び／又はクロム、及び／又はこれらの材料から成る合金、を含んでいる。

補償プレートがクロム含有鋼を含むと有利であり、この場合、クロムの含有率は１０．５重量％以上である。モリブデン、マンガン又はニオブなど他の合金成分によって、耐食性が向上し、或いは抗張力又は冷間成形性などの機械的特性が変化する。

本発明による補償プレートは有利には少なくとも、６６．５重量％〜８９．５重量％の鉄、１０．５重量％〜２０重量％のクロム、０重量％〜１重量％の炭素、０重量％〜５重量％のニッケル、０重量％〜２重量％のマンガン、０重量％〜２．５重量％のモリブデン、０重量％〜２重量％のニオブ、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。これらに加え補償プレートは、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含むことができる。

特に有利には補償プレートは少なくとも、７３重量％〜８９．５重量％の鉄、１０．５重量％〜２０重量％のクロム、０重量％〜０．５重量％の炭素、０重量％〜２．５重量％のニッケル、０重量％〜１重量％のマンガン、０重量％〜１．５重量％のモリブデン、０重量％〜１重量％のニオブ、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。さらにこれらに加え、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含めることができる。

特に格別有利には補償プレートは少なくとも、７７重量％〜８４重量％の鉄、１６重量％〜１８．５重量％のクロム、０重量％〜０．１重量％の炭素、０重量％〜１重量％のマンガン、０重量％〜１重量％のニオブ、０重量％〜１．５重量％のモリブデン、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含んでいる。これらに加え補償プレートは、バナジウム、アルミニウム、窒素といった他の元素の添加物を含むことができる。

クロム含有鋼、特にいわゆるステンレス鋼を、経済的なコストで利用することができる。しかもクロム含有鋼は、銅及び銅合金よりも剛性が高く、このことから補償プレートの好ましい安定性が得られるようになる。さらにクロム含有鋼から成る補償プレートが有するはんだ特性は、熱伝導率がいっそう高いことから、例えばチタンなどから成る数多くの従来の接続部材よりも良好である。

補償プレートとして用いるのに特に適した材料は、EN 10 088-2に準拠する材料番号1.4016, 1.4113, 1.4509及び1.4510のクロム含有鋼である。

有利には本発明による補償プレートの材料厚は０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、特に有利には０．４ｍｍ〜０．８ｍｍである。板ガラスが熱膨張しても、このような材料厚範囲において十分な機械的安定性と良好な応力補償が、最適な状態で確保される。補償プレートの幅と長さを、使用される接続部材及びそれらの脚部の形状に合わせて、固有に整合させることができる。ただし、補償プレートの格別有利な標準化を達成するために特に好ましいのは、丸い形状、円形又は楕円形を適用することであり、特に円形を適用することである。補償プレートが円形である特に格別有利な実施形態によれば、補償プレートの直径は２ｍｍ〜１５ｍｍであり、好ましくは４ｍｍ〜１０ｍｍである。

補償プレートには銅のほか、好ましくはチタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、マンガン、ニオブ及び／又はクロム、及び／又はこれらの材料から成る合金、が含まれている。この場合、適切な材料組成は、その電気抵抗に応じて選定される。

１つの有利な実施形態によれば、接続部材は、４５．０重量％〜９９．９重量％の銅、０重量％〜４５重量％の亜鉛、０重量％〜１５重量％のスズ、０重量％〜３０重量％のニッケル、及び０重量％〜５重量％のケイ素、を含んでいる。電解銅のほか、種々の真鍮又は青銅の合金が材料として適しており、例えば洋銀又はコンスタンタンが適している。

格別好ましくは接続部材は、５８重量％〜９９．９重量％の銅及び０重量％〜３７重量％の亜鉛を含み、特に６０重量％〜８０重量％の銅及び２０重量％〜４０重量％の亜鉛を含んでいる。

接続部材の材料の特別な例として、材料番号CW004A（以前の2.0065）の電解銅、及び材料番号CW505L（以前の2.0265）のＣｕＺｎ３０を挙げておく。

１つの有利な実施形態によれば、接続部材の材料は、１．０μΩ・ｃｍ〜１５μΩ・ｃｍの電気抵抗率を有しており、特に好ましくは１．５μΩ・ｃｍ〜１１μΩ・ｃｍの電気抵抗率を有している。これによって、ＣＴＥ（熱膨張率）が基板に整合された補償プレートと、導電性が著しく良好な接続部材との格別有利な組み合わせが得られる。従来技術による接続部材も、同様に熱膨張率が基板に整合されているけれども、電気抵抗がかなり高いので、不都合なことに大きな電圧降下が発生してしまう。

接続部材の材料厚は、好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍであり、特に好ましくは０．２〜１ｍｍ、特に著しく好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍである。１つの有利な実施形態によれば、接続部材の材料厚はそのすべての領域において一定である。このことは、接続部材の製造が容易であるという点で格別有利である。

接続部材は、自動車の車載電子系統と接続ケーブルを介して接続されている。接続部材と接続ケーブルとの電気的な接触を、はんだ接続、溶接、又はクリンプ接続によって行うことができる。

接続部材の接触接続のために使用できる接続ケーブルは基本的に、導電性の構造を電気的に接触接続させるために当業者に知られているすべてのケーブルである。導電性コア（内部導体）のほか、有利にはポリマーの絶縁性外装も接続ケーブルに含めることができ、その際、接続部材と内部導体との導電接続が可能となるよう、好ましくは接続ケーブルの終端領域において絶縁性外装が除去されている。

接続ケーブルの導電性コアが、例えば銅、アルミニウム、及び／又は銀、或いはこれらの材料の合金又は混合物を含むようにすることができる。導電性コアを、例えば撚線又は単線として実装することができる。接続ケーブルの導電性コアの断面積は、本発明による板ガラスを使用するのに必要とされる電流耐性に合わせられ、当業者が適宜選定することができる。断面積は、例えば０．３ｍｍ²〜６ｍｍ²である。

接続部材は補償プレートと導電接続されており、これらの部材を種々のはんだ技術又は溶接技術によって接続することができる。好ましくは補償プレートと接続部材とは、電極を用いた抵抗溶接、超音波溶接、又は摩擦溶接によって接続される。

１つの択一的な実施形態によれば、ねじ込み接続又は差し込み接続によって、接続部材を補償プレートに取り付けることができる。このような接触接続は、例えばねじ込みピンが設けられた補償プレートによって実現可能であり、このねじ込みピンに接続部材のねじ込みスリーブが螺合される。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、接続部材は補償プレート表面の一部分の領域だけを覆っている。このため、補償プレートの一部分は接続部材の下で側方からはみ出ており、接続部材を補償プレートに取り付けた後でも、その部分が開放されている。補償プレートを導電性構造体の上にはんだ付けする際、このようにはみ出た部分を、補償プレートの接触接続のために用いることができる。

板ガラスの少なくとも一部分に導電性構造体が取り付けられており、この導電性構造体は好ましくは銀を含んでおり、格別好ましくは銀粒子とガラスフリットを含んでいる。本発明による導電性構造体の層厚は、好ましくは３μｍ〜４０μｍ、特に好ましくは５μｍ〜２０μｍであり、さらに格別好ましくは７μｍ〜１５μｍ、特に８μｍ〜１２μｍである。接続部材が上に取り付けられた補償プレートは、コンタクト面を介して導電性構造体の一部分の領域と面全体にわたり接続されている。この場合、電気的な接触接続は、鉛フリーはんだ材料によって行われる。導電性構造体を、例えば板ガラスに被着されたワイヤ又はコーティングの接触接続に用いることができる。この場合、導電性構造体は、例えばバスバーの形状で、板ガラスの互いに反対側の周縁部に取り付けられる。補償プレートとともにバスバーに取り付けられた接続部材を介して、電圧を供給することができ、これによって導電性のワイヤもしくはコーティングを介して、一方のバスバーから他方へと電流が流れ、板ガラスが加熱される。このような加熱機能に代わる選択肢として、本発明による板ガラスをアンテナ導体と組み合わせて使用することができ、或いは板ガラスの安定した接触接続が必要とされる他の任意の形態も考えられる。

基板には好ましくはガラスが含まれ、特に好ましくは平板ガラス、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が含まれる。とはいえ、基板はポリマーを含むものであってもよく、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボナイト、ポリメチルメタクリレート、ポリスチロール、ポリブタジエン、ポリニトリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、及び／又はこれらのコポリマー又は混合物、を含むものであってもよい。好ましくは、この基板は透明である。基板の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ〜２５ｍｍであり、特に好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ、特に格別好ましくは１．５ｍｍ〜５ｍｍである。

基板の熱膨張率は、８×１０^-6／℃〜９×１０^-6／℃であるのが好ましい。基板は好ましくは、０℃〜３００℃の温度範囲おいて熱膨張率が８．３×１０^-6／℃〜９×１０^-6／℃であるガラスを含む。

オプションとして基板の上にスクリーン印刷を施すことができ、これは板ガラスが取り付けられた状態で、板ガラスの接触接続部分を隠すものであり、したがって補償プレートを有する接続部材は外側からは見えない。

導電性構造体は、鉛フリーはんだ材料を介して補償プレートと導電接続されている。この場合、鉛フリーはんだ材料は、接続部材の下面に位置するコンタクト面のところに配置されている。

鉛フリーはんだ材料の層厚は、好ましくは６００μｍ以下であり、特に好ましくは１５０μｍ〜６００μｍであり、特に３００μｍよりも薄い。

鉛フリーはんだ材料には、好ましくは鉛が使われていない。このことは、電気的な接続部材を備えた本発明による板ガラスは環境親和性があるという点で、格別に有利である。本発明の内容に即していえば、鉛フリーはんだ材料とは、電気機器及び電子機器における指定危険材料の使用を制限する欧州共同体の指令2002/95/ECに従い、０．１重量％以下の含有量の鉛しか含まないはんだ材料、好ましくは鉛を含まないはんだ材料、のことを意味する。

鉛フリーはんだ材料は一般的に、鉛含有はんだ材料よりも延性が少ないので、接続部材と板ガラスとの間に生じる機械的な応力をあまり良好に補償することはできない。しかしながら、本発明による補償プレートを有する接続部材によって、クリティカルな機械的応力を回避できることが判明した。好ましくははんだ材料には、スズ及びビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、又はそれらから成る組成物が含まれる。本発明によるはんだ組成物中、スズの含有量は、３重量％〜９９．５重量％であり、好ましくは１０重量％〜９５．５重量％、特に好ましくは１５重量％〜６０重量％である。本発明によるはんだ組成物中、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、又はそれらの組成物の含有量は、０．５重量％〜９７重量％、好ましくは１０重量％〜６７重量％であり、この場合、ビスマス、インジウム、銅、又は銀を０重量％とすることができる。はんだ組成物に、ニッケル、ゲルマニウム、アルミニウム、又はリンを、０重量％〜５重量％の含有率で含めることができる。特に格別好ましいのは、本発明によるはんだ組成物が、Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, In60Sn36.5Ag2Cu1.5, Sn95.5Ag3.8Cu0.7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77.2In20Ag2.8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3Cu0.5, Sn97Ag3、又はこれらの混合物を含むことである。

１つの有利な実施形態によれば、はんだ材料にはビスマスが含まれる。ビスマスを含有するはんだ材料によって、本発明による接続部材が板ガラスに極めて良好に付着するようになり、板ガラスの損傷を回避できることが判明した。はんだ材料組成物におけるビスマスの含有率は、好ましくは０．５重量％〜９７重量％であり、特に好ましくは１０重量％〜６７重量％、特に格別好ましくは３３重量％〜６７重量％、特に５０重量％〜６０重量％である。はんだ材料には、ビスマスのほか好ましくはスズ及び銀、又はスズと銀と銅が含まれる。１つの格別に有利な実施形態によれば、はんだ材料は少なくとも、３５重量％〜６９重量％のビスマス、３０重量％〜５０重量％のスズ、１重量％〜１０重量％の銀、及び０重量％〜５重量％の銅を含んでいる。１つの格別有利な実施形態によれば、はんだ材料は少なくとも、４９重量％〜６０重量％のビスマス、３９重量％〜４２重量％のスズ、１重量％〜４重量％の銀、及び０重量％〜３重量％の銅を含んでいる。

さらに別の有利な実施形態によれば、はんだ材料は、９０重量％〜９９．５重量％のスズを含んでおり、好ましくは９３重量％〜９９重量％、特に好ましくは９５重量％〜９８重量％で含んでいる。はんだ材料には、スズのほか好ましくは０．５重量％〜５重量％の銀、及び０重量％〜５重量％の銅が含まれている。

はんだ材料は、補償プレートのはんだ領域と導電性構造体との間のスペースから、好ましくは１ｍｍよりも僅かな漏れ幅で漏れ出るだけである。１つの有利な実施形態によれば、最大漏れ幅は０．５ｍｍよりも小さく、例えばほぼ０ｍｍである。このことは、板ガラスにおける機械的な応力の低減、接続部材の付着、はんだの節約、という点で、格別有利である。この場合、はんだ領域外縁から、はんだ材料がはみ出てはんだ材料層厚が５０μｍの層厚を下回った部位までの間隔を、最大漏れ幅と定義する。最大漏れ幅は、はんだ付けプロセス後、凝固したはんだ材料において測定される。望ましい最大漏れ幅は、はんだ材料体積と、補償プレートと導電性構造体との間の垂直方向距離とを適切に選定することによって達せられ、これらは簡単な実験により求めることができる。補償プレートと導電性構造体との間の垂直方向距離を、適切なプロセス工具例えばスペーサが一体化された工具などによって設定することができる。最大漏れ幅が負であってもよく、つまり補償プレートのはんだ領域と導電性構造体とにより形成されるスペース内に後退するようにしてもよい。本発明による板ガラスの１つの有利な実施形態によれば、補償プレートのはんだ領域と導電性構造体とにより形成されたスペースにおける最大漏れ幅は、凹状のメニスカスの形状で後退する。凹状のメニスカスの形状は例えば、はんだ付けプロセスにおいてはんだがまだ液状である期間中に、スペーサと導電性構造体との垂直方向距離を長くすることにより形成される。これにより得られる利点とは、板ガラスにおいて、特にはんだ材料の大きなはみ出しが生じるクリティカルな領域において、機械的応力が低減されることである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、補償プレートのコンタクト面にスペーサが設けられており、好ましくは少なくとも２つのスペーサ特に好ましくは少なくとも３つのスペーサが設けられている。この場合に有利であるのは、例えば型押しや深絞りなどによって、スペーサを補償プレートと一体的に形成することである。好ましくはスペーサは、幅０．５×１０^-4ｍ〜１０×１０^-4ｍであり、高さ０．５×１０^-4ｍ〜５×１０^-4ｍ、特に好ましくは１×１０^-4ｍ〜３×１０^-4ｍである。スペーサを設けることによって、一定の厚さで一様に溶融する均質なはんだ材料層が得られる。これにより補償プレートと板ガラスとの間に生じる機械的応力を低減することができ、さらに補償プレートの付着を向上させることができる。このことは、鉛フリーはんだ材料を使用したときに特に有利である。それというのも鉛フリーはんだ材料はその延性が小さいことから、鉛含有はんだ材料に比べて機械的応力を良好に補償することができないからである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、はんだ付けプロセス中にはんだ付け工具との接触の役割を果たすコンタクトバンプが、補償プレート及び／又は接続部材に設けられている。この場合、はんだバンプは、基板とは逆側でありコンタクト面とは反対側の補償プレート表面に配置されるか、又は、補償プレートの上方に位置する領域において基板とは逆側の接続部材表面に配置される。コンタクトバンプは好ましくは、少なくともはんだ付け工具と接触する領域において、凸状に湾曲した形状に成形される。さらに好ましくはコンタクトバンプの高さは０．１ｍｍ〜２ｍｍであり、特に好ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍである。コンタクトバンプの長さと幅は、好ましくは０．１ｍｍ〜５ｍｍであり、特に格別好ましくは０．４ｍｍ〜３ｍｍである。この場合に有利であるのは、例えば型押しや深絞りなどによって、コンタクトバンプを補償プレートもしくは接続部材と一体的に形成することである。はんだ付けのために、コンタクト面が平坦に成形されている電極を用いることができる。この電極平面がコンタクトバンプと接触状態におかれる。その際、電極平面は基板表面と平行に配置される。電極平面とコンタクトバンプとが接触した領域により、はんだ付け部位が形成される。その際、はんだ付け部位のポジションは、コンタクトバンプの凸状表面において基板表面まで最大の垂直方向距離を有するポイントによって定まる。はんだ付け部位のポジションは、補償プレートもしくは接続部材の上のはんだ付け電極のポジションには左右されない。このことは、はんだ付けプロセス中に再現可能な均一な熱分布を生じさせる点で、格別有利である。はんだ付けプロセス中の熱分布は、コンタクトバンプのポジション、サイズ、配置、及び形状によって定まる。

好ましくは補償プレートは、少なくともはんだ材料に面したコンタクト面にコーティング（湿潤層）を有しており、このコーティングには、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、銀、金、又はこれらの材料から成る合金、又はこれらの材料から成る複数の層が含まれ、特に銀が含まれる。このようにすることで、はんだ材料による補償プレートの湿潤特性が向上し、さらには補償プレートの付着特性が向上する。

本発明による補償プレートは、好ましくはニッケル、スズ、銅、及び／又は銀によってコーティングされている。格別好ましくは補償プレートに、有利にはニッケル及び／又は銅から成る付着促進層が設けられており、さらにこれに加えて、有利には銀から成るはんだ付け可能な層が設けられている。本発明による補償プレートは、特に格別好ましくは、０．１μｍ〜０．３μｍのニッケルによって、及び／又は３μｍ〜２０μｍの銀によって、コーティングされている。補償プレートに対し、ニッケルめっき、スズめっき、銅めっき、及び／又は銀めっきを施してもよい。ニッケルと銀によって、補償プレートの電流耐性及び耐食性並びにはんだ材料による湿潤特性が改善される。

オプションとして、接続部材にもコーティングを施すことができるが、接続部材のコーティングは必須ではない。その理由は、接続部材とはんだ材料がじかに接触するわけではないからであり、つまり接続部材の湿潤特性を最適化する必要はないのである。したがって、広い面積にわたる接続部材のコーティングを省くことができ、通常、それよりもかなり狭い補償プレート表面だけがコーティングされることから、接続部材及び補償プレートを備えた本発明による板ガラスの製造コストが低減される。

１つの別の選択肢による実施形態によれば、接続部材にコーティングが施され、このコーティングには、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、銀、金、又はこれらの材料から成る合金、又はこれらの材料から成る複数の層が含まれ、好ましくは銀が含まれる。好ましくは接続部材は、ニッケル、スズ、銅、及び／又は銀によってコーティングされる。接続部材は、特に格別好ましくは、０．１μｍ〜０．３μｍのニッケルによって、及び／又は３μｍ〜２０μｍの銀によって、コーティングされる。さらに接続部材に対し、ニッケルめっき、スズめっき、銅めっき、及び／又は銀めっきを施してもよい。

補償プレートの形状によって、補償プレートと導電性構造体との間のスペースに１つ又は複数のはんだ溜まりを形成することができる。補償プレートにおけるはんだ溜まりとはんだの湿潤特性によって、中間のスペースからはんだ材料が漏れ出るのが回避される。はんだ溜まりを、矩形、円形、又は多角形の形状にすることができる。

さらに本発明は、接続部材と１つ又は複数の補償プレートとを備えた板ガラスを製造するための、以下のステップを含む方法に関する。即ち本発明による方法は、
ａ）１つ又は複数の補償プレートの上面に、接続部材を取り付けて導電接続するステップと、
ｂ）１つ又は複数の補償プレートの下面において少なくとも１つのコンタクト面に、鉛フリーはんだ材料を塗布するステップと、
ｃ）補償プレートを鉛フリーはんだ材料とともに、基板の上に設けられた導電性構造体の上に配置するステップと、
ｄ）補償プレートを導電性構造体とはんだ付けするステップと
を含む。

導電性構造体を、それ自体公知の方法により基板に取り付けることができ、例えばスクリーン印刷法によって取り付けることができる。導電性構造体の取り付けを、上述のステップａ）及びステップｂ）の前、又はこれらのステップ中、或いはこれらのステップの後のタイミングで、実施することができる。

はんだ材料は好ましくは、規定の層厚、体積、形状、及び配置で、小さいプレート又は平坦な液滴として、補償プレートの上に塗布される。はんだ材料の小プレートの層厚は、好ましくは０．６ｍｍ以下である。この場合、はんだ材料の小プレートの形状を、コンタクト面の形状にマッチさせるのが有利である。コンタクト面が例えば矩形状に形成されているならば、はんだ材料の小プレートを矩形状にするのがよい。

補償プレートと導電性構造体とを電気的に接続する際のエネルギーは、有利にはパンチ、熱極、ピストンはんだ付け、マイクロフレームはんだ付け、好ましくはレーザはんだ付け、熱風はんだ付け、誘導はんだ付け、抵抗はんだ付け、及び／又は超音波によって、供給される。

有利には、接続部材は補償プレート表面に溶接されるか又ははんだ付けされ、或いはねじ込み接続又は差し込み接続によって固定される。特に有利であるのは、接続部材を電極抵抗溶接、超音波溶接、又は摩擦溶接によって、補償プレートの上に取り付けることである。

板ガラスが車両に組み込まれた後、接続部材は、例えば銅から成る薄片、撚線又は編組線に溶接又は圧着されて、車載電子系統に接続される。

本発明はさらに、導電性構造体を備えた本発明による板ガラスの使用にも関するものであり、本発明による板ガラスは、車両、建築用ガラス、又は構造用ガラスに使用され、特に自動車、レール車両、航空機又は船舶に使用される。この場合、補償プレートを備えた接続部材は、板ガラスの導電性構造体例えば発熱体又はアンテナなどを、外部の電気系統例えば増幅器、制御ユニット又は電圧源などと接続するために用いられる。特に本発明によれば、本発明による板ガラスはレール車両又は自動車において用いられ、有利にはフロントウィンドウガラス、リアウィンドウガラス、サイドウィンドウガラス、及び／又はルーフウィンドウガラスとして用いられ、特に加熱可能なガラスとして、又はアンテナ機能を備えたガラスとして用いられる。

次に、図面及び実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面は概略的なものであり、原寸通りに描かれたものではなく、これらの図面によって本発明が限定されてしまうものではない。

接続部材及び補償プレートを備えた本発明による板ガラスを上から見た平面図 図１ａによる板ガラスを断面カットラインＡＡ′に沿って見た断面図 ブリッジ形状の接続部材及び２つの補償プレートを備えた本発明による板ガラスを略示した斜視図 図２ａによる板ガラスを断面カットラインＢＢ′に沿って見た断面図 図２ａによる板ガラスを上から見た平面図 図２ｃによる板ガラスを、各補償プレートの上にそれぞれ１つずつ取り付けられたコンタクトバンプとともに示した平面図 図２ｃによる板ガラスを、接続部材の上に取り付けられた２つのコンタクトバンプとともに示した平面図 図２ｃによる板ガラスを、各補償プレートの上にそれぞれ２つずつ取り付けられたコンタクトバンプとともに示した平面図 図５ａによる板ガラスを断面カットラインＣＣ′に沿って見た断面図 接続部材及び補償プレートを備えた板ガラスを製造するための本発明による方法を示すフローチャート

図１ａ及び図１ｂには、接続部材（４）及び補償プレート（３）を備えた本発明による板ガラスが示されている。図１ｂには、断面カットラインＡＡ′に沿って見た断面が示されている。図１ｂのカットされた面は、ハッチングされて描かれている。基板（１）は、ソーダ石灰ガラスから成り熱によりプレストレスが与えられた厚さ３ｍｍの単板安全ガラスから成り、この基板（１）の上にスクリーン印刷マスク（６）が取り付けられている。基板（１）は、幅１５０ｃｍ、高さ８０ｃｍであり、スクリーン印刷マスク（６）の領域の短辺のところに、補償プレート（３）を備えた接続部材（４）が取り付けられている。基板（１）の表面には、導電性構造体（２）が発熱体構造として取り付けられている。導電性構造体には銀粒子とガラスフリットが含まれており、この場合、銀の含有量は９０％よりも高い。板ガラスの周縁領域において、導電性構造体（２）が１０ｍｍまで拡がっている。この領域に鉛フリーはんだ材料（５）が取り付けられており、これにより補償プレート（３）下側で導電性構造体（２）がコンタクト面（７）と接続される。コンタクト面（７）と鉛フリーはんだ材料（５）は、図１ａの平面図では補償プレート（３）によって隠されているが、断面図（図１ｂ）では見ることができる。車体に取り付けられた後、接触接続個所はスクリーン印刷マスク（６）によって隠される。鉛フリーはんだ材料（５）によって、導電性構造体（２）と補償プレート（３）との持続的な電気的及び機械的接続が確実に行われるようになる。鉛フリーはんだ材料（５）には、５７重量％のビスマスと、４２重量％のスズと、１重量％の銀が含まれている。鉛フリーはんだ材料（５）の厚さは２５０μｍである。接続部材（４）は、曲げられた平坦な薄片から成り、これには脚部が設けられていて、この脚部の下面で補償プレート（３）の上面と溶接されている。接続部材が曲げられている様子は、断面図（図１ｂ）に示されている。電気的接続部材（４）は、材料番号CW004A (Cu-ETP)の銅から成り、幅４ｍｍ、長さ６ｍｍのコンタクト面を有する。この材料は、低い電気抵抗率（１．８μΩ・ｃｍ）を有しており、その導電率が高いことから、接続部材（４）として特に適している。接続部材（４）の材料厚は０．８ｍｍである。補償プレート（３）は、円形に打ち抜かれた金属薄板から成り、高さ（材料厚）０．５ｍｍ、直径４ｍｍである。補償プレート（３）は、EN 10 088-2に準拠する材料番号1.4509の鋼（ThyssenKrupp Nirosta（登録商標）4509）から成る。補償プレート（３）は機械的な応力を補償し、これにより銅から成る接続部材（４）と鉛フリーはんだ材料（５）とを組み合わせることができるようになる。このようにすることで、板ガラスにおけるクリティカルな機械的応力が回避される一方、それにもかかわらずこれまで公知であった銅又は銅の合金から成る接続部材（４）を、引き続き使用できるようになる。さらにはんだ付けプロセスの標準化により、接続部材（４）の材料及び形状に左右されることなく、製造プロセスを簡単にすることができる。その理由は、はんだ付けプロセスのパラメータは、使用される補償プレート（３）のみに依存するからである。このような結果は、当業者にとって驚くべきものであり、予期しなかったことである。

図２ａ，図２ｂ，図２ｃは、ブリッジ形状の接続部材（４）と２つの補償プレート（３）を備えた本発明による板ガラスを、それぞれ異なる視点で示している。図２ａは板ガラスを斜視図で示し、図２ｂは断面カットラインＢＢ′に沿って見た断面図であり、図２ｃは平面図である。図２ｂでは、カットされた平面がハッチングされて描かれている。基板（１）は、ソーダ石灰ガラスから成り熱によりプレストレスが与えられた厚さ３ｍｍの単板安全ガラスから成り、この基板（１）の上にスクリーン印刷マスク（６）が取り付けられている。基板（１）は幅１５０ｃｍ、高さ８０ｃｍであり、スクリーン印刷マスク（６）の領域の短辺のところに、補償プレート（３）を備えた接続部材（４）が取り付けられている。基板（１）の表面には、導電性構造体（２）が発熱体構造として取り付けられている。導電性構造体には銀粒子とガラスフリットが含まれており、この場合、銀の含有量は９０％よりも高い。板ガラスの周縁領域では、導電性構造体（２）が１０ｍｍまで拡がっている。この領域に鉛フリーはんだ材料（５）が取り付けられており、これにより補償プレート（３）下側で導電性構造体（２）がコンタクト面（７．１，７．２）と接続される。車体に取り付けられた後、接触個所はスクリーン印刷マスク（６）によって隠される。鉛フリーはんだ材料（５）によって、導電性構造体（２）と、補償プレート（３）及び接続部材（４）との持続的な電気的及び機械的接続が確実に行われるようになる。鉛フリーはんだ材料（５）には、５７重量％のビスマスと、４２重量％のスズと、１重量％の銀が含まれている。鉛フリーはんだ材料（５）の厚さは２５０μｍである。この場合、接続部材（４）はブリッジ形状である。接続部材（４）は、第１の補償プレート（３．１）及び第２の補償プレート（３．２）の上に載置された２つの脚部と、これらの脚部の間に延在するブリッジ形状区間を有している。ブリッジ形状区間では接続部材（４）は、補償プレート（３）も導電性構造体（２）も有していない。電気的な接続部材（４）は、幅４ｍｍ、長さ２４ｍｍであり、材料番号CW004A (Cu- ETP)の銅から成る。この材料は、低い電気抵抗率（１．８μΩ・ｃｍ）を有しており、その導電率が高いことから、接続部材（４）として特に適している。接続部材（４）の材料厚は０．４ｍｍである。補償プレート（３．１，３．２）は、円形に打ち抜かれた金属薄板から成り、それぞれ高さ（材料厚）０．５ｍｍ、直径６ｍｍである。補償プレート（３．１，３．２）は、EN 10 088-2による材料番号1.4509の鋼（ThyssenKrupp Nirosta（登録商標）4509）から成る。補償プレート（３．１，３．２）は機械的な応力を補償し、これにより銅から成る接続部材（４）と鉛フリーはんだ材料（５）との組み合わせが可能となる。

図３には、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、各補償プレート（３）の上にそれぞれ１つずつ、コンタクトバンプ（９）が取り付けられている。それらのコンタクトバンプ（９）は、基板とは反対側の補償プレート（３）の表面に、コンタクト面と向き合うように配置されている。コンタクトバンプ（９）は補償プレート（３）中に型押しされており、したがって補償プレート（３）と一体に形成されている。コンタクトバンプ（９）は、球欠状に形成されており、高さ２．５×１０^-4ｍ、幅５×１０^-4ｍである。コンタクトバンプ（９）は、はんだ付けプロセス中、補償プレート（３）とはんだ付け工具との接触のために用いられる。コンタクトバンプ（９）によって、はんだ付け工具の正確なポジショニングに左右されることなく、再現可能な規定どおりの熱分布が保証される。

図４には、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、接続部材（４）の上に２つのコンタクトバンプ（９）が取り付けられている。この図の場合、コンタクトバンプ（９）の形状は、図３で説明したものに対応するが、図３とは異なりコンタクトバンプ（９）は、接続部材（４）自体の上に設けられ、補償プレート（３）が存在する領域に配置されている。この構成は、はんだ付けプロセス中の補償プレート（３）における最適な熱分布の点で有利である。

図５ａには、図２ｃによる板ガラスの平面図が示されており、さらにここでは、各補償プレート（３）の上にそれぞれ２つずつ、コンタクトバンプ（９）が取り付けられている。コンタクトバンプ（９）の形状は、図３で説明したものに対応するが、図３とは異なり、各補償プレート（３．１，３．２）が２つのコンタクトバンプ（９）を担持している。コンタクトバンプ（９）は、接続部材（４）の脚部と隣り合い、それらの脚部の側方に配置されている。

図５ｂには、図５ａによる板ガラスを断面カットラインＣＣ′に沿って見た断面図が示されている。カットされた平面はハッチングされて描かれている。第１の補償プレート（３．１）のコンタクト面（７．１）の上には、３つのスペーサ（８）が配置されているが、この図が断面図であることから、図面にはこれら３つのスペーサ（８）のうち２つのスペーサだけが示されている。この図には示されていない第２の補償プレート（３．２）にも、第１の補償プレート（３．１）と同様に、コンタクトバンプ（９）及びスペーサ（８）が形成されている。スペーサ（８）は、コンタクト面（７）のところで補償プレート（３）中に型押しされており、したがって補償プレート（３）と一体に形成されている。スペーサ（８）は、球欠状に形成されており、高さ２．５×１０^-4ｍ、幅５×１０^-4ｍである。スペーサ（８）により、鉛フリーはんだ材料（５）の均質な層の形成が促進される。このことは、補償プレート（３）の固着という点で、特に有利である。コンタクトバンプ（９）は、コンタクト面（７）とは反対側に位置しかつ基板（１）とは逆側にある補償プレート（３）表面に配置されている。基本的に、スペーサ（８）とコンタクトバンプ（９）を互いに無関係に位置決めすることができるが、ただし各部分を型押しするときにそれらがオーバラップしてはならない。図３及び図４に示したコンタクトバンプ（９）を、同様にスペーサ（８）と組み合わせて利用することができる。

図６には、接続部材（４）及び補償プレート（３）を備えた板ガラスを製造するための本発明による方法を示すフローチャートが示されている。最初に接続部材（４）が、補償プレート（３）の上面に取り付けられて導電接続される。その後、補償プレート（３）の下面において少なくとも１つのコンタクト面（７）に、鉛フリーはんだ材料（５）が塗布され、さらに補償プレート（３）が鉛フリーはんだ材料（５）とともに、導電性構造体（２）の上に配置される。それによって、補償プレート（３）が導電性構造体（２）とはんだ付けされる。

１ 透明な基板
２ 導電性構造体
３ 補償プレート
３．１ 第１の補償プレート
３．２ 第２の補償プレート
４ 接続部材
５ 鉛フリーはんだ材料
６ スクリーン印刷マスク
７ コンタクト面
７．１ 第１のコンタクト面
７．２ 第２のコンタクト面
８ スペーサ
９ コンタクトバンプ
ＡＡ′ 断面カットライン
ＢＢ′ 断面カットライン
ＣＣ′ 断面カットライン

Claims (14)

1. 補償プレート（３）を有する少なくとも１つの接続部材（４）を備えた板ガラスにおいて、該板ガラスは、
   導電性構造体（２）が少なくとも一部分の上に設けられている基板（１）と、
   前記導電性構造体（２）の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの補償プレート（３）と、
   前記少なくとも１つの補償プレート（３）の少なくとも一部分の上に設けられた少なくとも１つの電気的接続部材（４）と、
   前記補償プレート（３）を少なくとも１つのコンタクト面（７）を介して前記導電性構造体（２）の少なくとも一部分と接続する鉛フリーはんだ材料（５）と
   を少なくとも含み、
   前記基板（１）と前記補償プレート（３）の熱膨張率の差は、５×１０^-6／℃よりも小さく、
   前記接続部材（４）は銅を含む、
   ことを特徴とする板ガラス。
2. 前記電気的接続部材（４）は、第１の補償プレート（３．１）及び第２の補償プレート（３．２）を介して、前記導電性構造体（２）と導電接続されている、
   請求項１に記載の板ガラス。
3. 前記補償プレート（３）と前記コンタクト面（７）には角がない、
   請求項１又は２に記載の板ガラス。
4. 前記補償プレート（３）は、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、マンガン、ニオブ、及び／又はクロム、及び／又は前記材料から成る合金、有利には鉄の合金、を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の板ガラス。
5. 前記補償プレート（３）は少なくとも、６６．５重量％〜８９．５重量％の鉄、１０．５重量％〜２０重量％のクロム、０重量％〜１重量％の炭素、０重量％〜５重量％のニッケル、０重量％〜２重量％のマンガン、０重量％〜２．５重量％のモリブデン、０重量％〜２重量％のニオブ、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含む、
   請求項４に記載の板ガラス。
6. 前記補償プレート（３）は少なくとも、７７重量％〜８４重量％の鉄、１６重量％〜１８．５重量％のクロム、０重量％〜０．１重量％の炭素、０重量％〜１重量％のマンガン、０重量％〜１重量％のニオブ、０重量％〜１．５重量％のモリブデン、及び０重量％〜１重量％のチタン、を含む、
   請求項５に記載の板ガラス。
7. 前記接続部材（４）は、４５．０重量％〜９９．９重量％の銅、０重量％〜４５重量％の亜鉛、０重量％〜１５重量％のスズ、０重量％〜３０重量％のニッケル、及び０重量％〜５重量％のケイ素、を含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の板ガラス。
8. 前記接続部材（４）は、５８重量％〜９９．９重量％の銅及び０重量％〜３７重量％の亜鉛を含み、有利には６０重量％〜８０重量％の銅及び２０重量％〜４０重量％の亜鉛を含む、
   請求項７に記載の板ガラス。
9. 前記導電性構造体（２）は少なくとも銀を含み、有利には銀粒子とガラスフリットを含み、５μｍ〜４０μｍの層厚を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の板ガラス。
10. 前記基板（１）はガラスを含み、有利には平板ガラス、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含む、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の板ガラス。
11. 前記鉛フリーはんだ材料（５）は、スズ、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、及び／又は前記材料の混合物、及び／又は前記材料の合金を含む、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の板ガラス。
12. 前記鉛フリーはんだ材料（５）は、３５重量％〜６９重量％のビスマス、３０重量％〜５０重量％のスズ、１重量％〜１０重量％の銀、及び０重量％〜５重量％の銅、を含む、
    請求項１１に記載の板ガラス。
13. 請求項１から１２のいずれか１項記載の板ガラスの製造方法において、
    ａ）１つ又は複数の補償プレート（３）の上面に、接続部材（４）を取り付けて導電接続するステップと、
    ｂ）前記補償プレート（３）の下面において少なくとも１つのコンタクト面（７）に、鉛フリーはんだ材料（５）を塗布するステップと、
    ｃ）前記補償プレート（３）を前記鉛フリーはんだ材料（５）とともに、基板（１）の上に設けられた導電性構造体（２）の上に配置するステップと、
    ｄ）前記補償プレート（３）を前記導電性構造体（２）とはんだ付けするステップと
    を有することを特徴とする、
    板ガラスの製造方法。
14. 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板ガラスとして用いられ、有利には発熱導体及び／又はアンテナ導体を備えた板ガラスとして用いられる、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の板ガラスの使用。

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