KR101367113B1 - 차량 윈도우 패인용 전기연결구 - Google Patents

Abstract

창유리는 글래스로부터 형성되는 기판을 가지고 전기장치를 갖는다. 이 전기장치에는 전기전도체와 전기연결구가 포함된다. 솔더접합용 금속층은 이 연결구에 접합된다. 솔더층은 솔더접합용 금속층과 전도체에 접합되고, 이는 솔더접합용 금속층과 솔더층을 통해 연결구와 전도체가 통전된다. 기판은 제 1 열팽창계수를 갖고, 연결구는 제 2 열팽창계수를 갖는다. 제 1, 제 2 열팽창계수 사이의 차이는 연결구와 기판 사이의 기계적 스트레스를 5×10^-6/℃ 이하로 최소화하기 위함이다. 이는 연결구의 열팽창과 기판이 온도변화를 가져오기 때문이다.
솔더는 70 중량부 미만의 주석(Sn)과 30 중량부 이상의 반응율 조정제로 구성된다. 반응율 조정제는 전도체에 대한 솔더의 솔더접합 기능을 증가시킨다.

Description

차량 윈도우 패인용 전기연결구{AN ELECTRICAL CONNECTOR FOR A WINDOW PANE OF A VEHICLE}

본 발명은 전기연결구(electrical connector)와 전기전도체(electrical conductor)를 포함하는 윈도우패인(window pane), 즉 차량의 창유리에 관한 것이다. 본 발명은 그 중에서도 안개제거기(defogger), 서리제거기(defroster), 안테나(antennas) 등과 같은 윈도우 패인의, 즉 창유리의 전기전도체로 전기에너지를 전달 또는 전도시키는 전기연결구에 관한 것이다.

전기연결구는 차량에 사용되는 기술로 알려져 있다. 이 연결구는 전기전도체에 전기에너지를 전달하기 위해 전기전도체와 접합되고 전기적으로 통전되도록 되어 있다. 보다 구체적으로 말하면, 이 전도체는 소결된 은(sintered silver)이 통상 포함되는데, 백라이트(backlite), 사이드라이트(sidelite) 또는 차량의 바람막이 유리(windshield)와 같은 글래스(glass)로부터 형성되는 기판(substrate)에 접합된다. 이 전도체는 통상 차량의 창유리에 가시적으로 나타나 있는데, 차량유리를 수평으로 가로질러 뻗는 것이 대표적이다. 이 전도체는 일반적으로 안개제거기, 서리제거기 및 안테나로 되어 있다.

종래, 연결구는 납을 기본으로 한 솔더(lead-based solder)와 같이 전기전도체에 솔더접합되게 하는데, 이는 납(lead)이 형상변형 가능한 금속이고, 연결구와 기판 사이에서 열팽창율 차이로 인해 일어나는 온도변화때문에 연결구와 기판 사이의 기계적 스트레스를 최소화해주기 때문이다. 보다 구체적으로 말하면, 구리와 같은 양호한 전도체 재료로 통상 만들어지는 연결구와 기판 사이의 열팽창계수 차이로 인해 기계적 스트레스를 초래한다. 이와 같은 스트레스(stress)는 통상 글래스(glass)로 만들어지는 기판(substrate)에 금을 가게 하거나 다른 손상을 가져오게 한다. 더욱이, 납은 솔더에 있는 주석(tin)과 전도체에 있는 은 사이의 급격한 반응(radical reaction)을 감소시키고, 양호한 납땜결합력을 만들어준다. 그러나, 납은 환경오염성분으로 알려져 있다. 그런 관계로 많은 산업분야에서는 자동차 산업분야를 포함하여 차량에 납을 쓰는 것을 금지하는 운동이 활발히 추진되고 있다.

종래의 솔더재료로 솔더에 있는 납 대신 소량의 은, 구리, 인듐(indium) 그리고 비스마스를 소량 주석(tin)에 첨가하여 대체사용하는 것이 제안되어 왔다.

그러나, 이러한 재료들은 주석부화솔더(tin rich solder)와 은 전도체 사이에서의 급격한 반응율을 증가시킨다. 그 결과 빈약한 솔더접합능(solderability)을 초래한다. 이들 종래의 재료들은 연결구와 기판사이의 기계적 스트레스를 흡수하지 않는데, 그 이유는 연결구와 기판의 열팽창이 온도변화를 일으키기 때문이다. 그 결과 기판에 크랙(crack)을 만들거나 손상을 생기게 한다. 또한, 많은 접속용 다른 재료들은 솔더에 접합하기 어렵고, 연결구를 기판상의 전도체에 충분히 고착시키기 어려워지게 한다. 그 결과 기판상의 전도체에 이들 재료를 충분히 고정시키기 위해서는 다른 기술들이 필요하다.

차량의 창유리용으로 여러가지 연결구가 개발되어 왔지만, 이러한 개발은 전기적인 연결기술에 거의 적용되지 않았다. 예를 들면, 미국특허 제 6,396,026호에는 2개의 창유리 사이에 배치한 전기전도체를 포함하는 차량용 라미네이트된 패인(laminated pane), 즉 복층유리가 개시되어 있다. 이 전기적 전도체에는 층상조직이 포함되어 있는데, 이는 전기적 전도체에 강성(rigidity)을 부여하기 위해 티타늄(titanium)을 집어넣은 것이다. 이 전기전도체는 유리들 사이에 내층(interlayer)에 위치된다. 이 위치에서, 전기전도체는 유리창과 공간을 갖는다. 6,396,026호 특허에서의 이 티타늄함유 전도체는 유리창중 어느 하나에 접합되는 전도체에 전력공급원을 연결하는 연결구로서의 기능을 효과적으로 발휘할 수가 없다. 더욱이, 티타늄은 구리와 같은 보다 전도성이 좋은 금속을 포함하는 외면(outersurface)을 갖는 전도체의 코어핵(core)으로 개시되어 있다.

구리를 포함하는 외면을 갖는 티타늄코어(titanium core)는, 구리의 존재로 인해 전기연결구로서의 용도에 비효과적인데, 그 이유는 구리와 유리창의 열팽창이 유리창의 온도변화를 일으키기 때문에 구리가 전도체로부터 박리되고(delaminate)/ 또는 구리와 유리창 사이에 존재하는 기계적 스트레스로 인해 유리를 금가게하기 때문이다.

또한, 토나 등이 발명한 미국특허발행 공보 2006/0056003호에는 전기장치가 구비되어 유리기판상에 통상 이용되는 것을 나타낸다. 이 전기장치(electrical device)는 부스연결(bus connection)을 포함하는데, 다시 말해 전기-광학엘레멘트에 전력을 공급하기 위해 전기연결구(electrical connector)를 포함구성한다. 이 전기연결구는 구리합금 또는 주석도금된 구리로부터 제조된다. 이 두가지는 모두 지나치게 높은 열팽창(유리창과) 계수상의 차이를 나타낸다. 토나 등이 전기연결구가 금속클립(metallic clip) 또는 금속스트립을 이용하여 주위환경으로부터 보호되게 하는 전기연결구를 제공한다 해도 이들은 전기연결구와 유리기판 사이의 결합(bond)을 만들어주는 역할을 수행하지 못한다. 심지어는, 금속도금이나 클래딩용으로 사용되는 많은 재료는 전기연결구와 연결기지(connection site) 사이의 결합을 촉진하는 그러한 타입의 것이 아니다. 그리고 전기연결구와 기판 사이의 열팽창계수의 차이가 솔더층을 가진 결합부를 만들어줄 그 어떠한 가능성도 갖게 하지 않는다.

글린이 발명한 미국특허 2,644,066호에는 전기히터(electrical heater)가 있다. 즉, 유리기판상에 배치되는 전기전도체가 있다. 금속디스크(metal disc), 즉 전기연결구는 저팽창재료로 만들어져 전기히터에 전력을 공급하기 위해 전기히터 위로 솔더접합된다. 전기히터의 종점역(terminal areas)에서, 솔더 가능한, 즉 납땜 가능한 금속(solderable metal)을 전기히터 표면에 분사시켜 코팅을 하는데, 이는 전기히터가 알루미늄의 얇은 층으로부터 형성되고, 그 강한 표면산화물층때문에 솔더납땜하기가 어렵기 때문이다. 전기연결구는 솔더층을 통해 납땜 가능한 금속층에 연결된다. 그러나, 글린의 전기연결구는 솔더와 직접 연결되는 것으로 되어 있어 바람직하지 못하고, 특히 연결구가 솔더납땜하기 어려운 재료로 만들어질 때에는 더욱 그러하다. 게다가, 글린이 사용한 솔더는 납을 포함하고 있어, 납을 포함하지 않는 종래의 솔더로 인해 갖게 되는 어려움을 전혀 고려하지 않고 있다.

이와 같이, 솔더층을 통해 전도체에 결합되는 연결구를 제공해야 하는 필요성은 여전히 남는다. 이는 납을 포함하지 않는 솔더와 솔더납땜이라야 하고, 연결구와 기판의 열팽창으로 인해 온도변화를 일으켜 생기게 되는 연결구와 기판사이의 기계적 스트레스를 감소시킴으로써, 양호한 솔더접합성을 갖도록 급격한 반응율을 줄여줌으로써 해결 가능하다.

본 발명은 창유리(window pane)를 제공한다. 이 창유리에 기판이 포함구성된다. 본 발명은 또한 창유리용 전기장치와 창유리를 갖는 차량을 제공한다. 이 창유리에는 전기전도체와 전기연결구가 포함구성된다. 솔더접합 가능한 금속층이 전기연결구에 접합된다. 솔더층은 솔더접합 가능한 금속과 전기연결구에 접합되고, 이 연결구와 전도체는 솔더접합 가능한 금속층과 솔더층을 통해 전기적으로 통전된다.

기판은 제 1 열팽창 계수를 갖는다. 그리고 연결구는 제 2 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)를 갖는다. 제 1 및 제 2 열팽창 사이의 기계적 스트레스 차이는 연결구와 기판의 열팽창에 따른 연결구와 온도변화때문에 생기는 기계적 스트레스를 최소화하기 위해 5×10^-6/℃ 이하로 유지한다.

그렇게 하게 되면 연결구는 기판으로부터 박리되지 않도록 박리에 저항할 수 있게 된다.

연결구에 연결되는 솔더접합 가능한 금속층(layer of sdderable metal)은 솔더층에 접합하기 위한 기지(site)를 제공한다. 다시 말하면, 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 차이로 인해, 연결구는 솔더접합되기 어려워지는 재료로부터 통상 형성되고, 솔더접합 가능한 금속층은 전도체에 연결구를 접합시키는데 있어 생기는 어려움을 없애주게 된다.

도 1은 전기장치를 구비한 배면창유리(rear window pane)을 포함구성하는 차량의 사시도이다.
도 2는 전력공급장치를 가진 도 1의 창유리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2A는 전기전도체에 접합되는 전기연결구를 포함구성하는 도 2의 창유리의 부분개략도이다.
도 3은 기판에 접합되는 세라믹층에 접합되는 전기전도체를 나타내는 도 2A의 선 3-3을 따라 잘라본 창유리의 개략적인 횡단면측부를 나타낸 것이다.
도 4는 세라믹층 없는 기판에 접합되는 전기전도체를 나타내는 창유리의 또다른 일실시예로서의 개략 횡단면측부도이다.
도 5는 전기연결구에 대한 클래딩 클래드(cladding clad)를 포함구성하는 창유리의 또다른 일실시예로서의 부분횡단면 사시도이다.
도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 잘라본 창유리의 개략적인 횡단면측부를 나타낸 것이다.

본 발명의 다른 장점을 첨부도면을 이용한 다음의 상세설명에 의해 보다 구체적으로 알게 될 것이다.

(최상의 실시예)

도면을 참조하여 일실시예를 설명한다. 여기에서 부호숫자는 여러가지 도면을 통해 통일된 부호이고, 창유리는 도 1에서 차량(12)에 있는 부호 10으로 나타나 있다. 이 창유리(10)에는 제 1 열팽창계수를 갖는 기판(14)이 있다. 본 발명은 기판(14)을 갖는 창유리(10)용 전기장치(24)를 제공하고, 기판(14)에 배치된 전기장치(24)를 갖는다. 또한, 본 발명은 창유리(10)를 포함구성하는 차량(12)을 제공한다.

기판(14)은 글래스, 즉 유리로 통상 만들어진다. 그러나 기판(14)은 세라믹과 같은 다른 재료로 만들기도 한다. 보다 구체적으로 말하면, 여기에서 글래스는 자동차 유리로 정의해도 좋다. 대부분의 실시예에서는, 자동차용 유리가 소다-석회-실리카 유리(soda-lime-silica glass)로 또한 정의되고 있다. 이는 차량(12)의 창유리(10)에 사용하기 위한 것으로 잘 알려져 있다. 그 어떻든 유리는 알려진 기술상의 유리성분 타입이라면 어떤 것이든 관계 없다.

전기전도체(16)는 기판(14)의 역을 가로질러 적용된다. 가급적 전도체(16)는 은(silver)을 함유하는 것으로 되어 있지만, 다른 전도체 금속도 전도체(16)로서 적합할 수 있다. 이 전기전도체(16)는 창유리(10)에서 눈에 보일 정도로 나타나고, 통상 창유리(10)를 수평으로 가로질러 뻗는 라인(18) 또는 선을 또한 가진다. 이 전기전도체(16)는 통상 안개제거기, 서리제거기, 안테나 또는 이들의 조합이다. 그러나, 전도체(16)는 그러한 전도체(16) 관련 기술에서 알려져 있는 어떠한 기능도 부여한다.

도 2, 2A를 참조하면, 창유리(10)에는 전기연결구(20)가 또한 포함구성된다. 도 3에서와 같이, 솔더접합 가능한 금속(32)의 층은 이 연결구(20)에 접합되고, 솔더(34)층은 솔더접합 가능한 금속(32)층과 연결구(20)를 가진 전도체(16)와 접합되며, 전도체(16)는 솔더접합 가능한 금속(32)의 층과 솔더(34)의 층을 통해 통전된다. 전도체(16), 솔더층(34), 솔더접합 가능한 금속층(32), 그리고 연결구(20)는 합쳐서 전기장치(24)를 형성한다.

전기연결구(20)는 제 2 열팽창계수를 갖는다. 이 연결구(20)는 낮은 저 열팽창계수(CTE)를 갖는 금속을 포함구성한다. "저 열팽창계수"란 뜻은 기판(14)의 제 1 열팽창계수와 연결구(20)의 제 2 열팽창계수 사이의 차이를 5×10^-6/℃ 이하, 보다 바람직하게는 4×10^-6/℃ 이하, 가장 바람직하게는 3×10^-6/℃ 이하로 낮게 만들 수 있도록 금속이 충분히 낮은 CTE를 가져야 한다는 뜻이다.

연결구(20)는 티타늄(titanium:Ti)을 포함구성하는 것이 좋다. 그러나 다른 금속들도 예컨대 철, 몰리브덴, 텅스텐, 하프늄(hafnium), 탄탈륨(tantalum), 크롬, 이리듐(iridium), 니오븀, 바나듐, 백금, 그리고 이들의 조합으로 된 금속들도 좋으며, 낮은 CTE를 갖는 철-닉켈합금 등도 기판(14)의 제 1 열팽창계수와 연결구(20)의 제 2 열팽창계수 사이의 차이가 5×10^-6/℃ 이하로 되는 한 연결구(20)로서 물론 적절하다. 이를 아래에 설명한다.

티타늄은 연결구(20)가 연결구(20)와 기판(14) 사이의 기계적 스트레스를 감소시키는데 기여한다. 이는 연결구(20)와 기판(14)의 열팽창이 온도변화를 초래하기 때문이다. 다시 말하면 기계적 스트레스는 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 차이 때문에 생긴다. 이 기계적 스트레스는 기판(14)에 균열(cracking) 또는 기타 다른 손상을 일으킨다. 그리고 또한 연결구(20)가 기판(14)으로부터 분리되도록 한다.

가급적 티타늄은 연결구(20)에 연결구(20)의 100 중량부당 50 중량부 이상 존재하는 것이 좋다. 보다 바람직한 실시예에서는, 티타늄은 연결구(20)의 100 중량부당 85 중량부 이상, 가장 바람직하게는 99 중량부 이상 존재하도록 하는 것이 좋다. 티타늄 성분 100 중량부당 99 중량부는 상업적으로는 순수한 티타늄이나 다름 없다. 가장 바람직한 실시예로서는 연결구(20)의 나머지는 철, 산소, 탄소, 질소 및/또는 수소를 포함하고, 각각은 연결구(20)의 100 중량부당 0.2 중량부 이하로 존재하는 것이다. 다른 나머지 금속원소 역시 연결구(20)에 연결구(20)의 100 중량부당 0.4 중량부 이하로 존재하기도 한다.

다른 실시예로서, 티타늄(Ti)은 합금화된 티타늄(alloyed titanium) 형태로 함유 가능하다. 이때의 합금성분으로는 알루미늄(Al), 주석(Sn), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 닉켈(Ni), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 탄탈룸(Ta), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과 합금화할 수 있다. 다른 실시예에서는, 금속은 총량이 0.05 중량부에서 50 중량부에 이르기까지, 보다 바람직하게는 1 중량부에서 10 중량부까지 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 특히 가장 바람직하게는 연결구(20)의 100 중량부당 1~5 중량부이다.

티타늄은 통상 납성분이 없는 솔더접합 성분은 물론이고(이하에 상세설명), 환경친화적이고, 연결구와 솔더성분에 보통 사용되는 많은 다른 재료보다도 주위에 유해한 영향을 미치는 것을 더욱 최소화한다. 따라서, 폐기물 추적을 할 필요가 없고 제조공정으로부터 과잉의 티타늄과 솔더성분을 가지게 되어도 별 문제가 없으며, 깨진 창유리(10) 부스러기 처리도 주변환경에 그리 유해하지 않아 다른 어떤 유해한 재료보다도 덜 엄격하다.

주변환경 외에도, 연결구(20)에 티타늄이 존재하게 되면 좋은 또다른 장점은 티타늄이 간단히 상술한 바와 같이 기판(14)과 실질적으로 유사한 열팽창계수를 갖기 때문이다. 도 4를 참조하면, 연결구(20)와 기판(14)이 직접 연결되지 않아도, 즉 전도체(16), 솔더재료(32)의 층과 솔더(34)의 층은 기판(14)과 연결구(20) 사이에 배치되고, 제 1 열팽창계수를 가지는 기판(14)은 제 1 팽창계수를 갖는 것으로, 온도변화로 연결구(20)의 팽창과 수축을 가져오는 기계적 스트레스에 놓이게 되면 뻣뻣해지고 균열되기 쉬워진다. 이 전도체(16)는 통상 0.2×10^-3~2×10^-3m인 연결구(20)와 비교하면 4×10^-6에서20×10^-6m일 정도로 비교적 작은 두께를 가진다. 이와 같이 작은 두께와 은을 함유하는 전도체(16)의 특성으로 이 전도체(16)는 온도변화로 인해 팽창과 수축을 가져오는 기계적 스트레스에 놓이게 되어도 유연해지고 성형 가능한 상태로 된다. 이와 같이 전도체(16)는 온도변화에 따른 상당량의 기계적 스트레스를 흡수한다. 그러나, 연결구(20)는 온도변화때문에 팽창, 수축하고, 이는 곧 전도체(16)에 의해 흡수되는 기계적 스트레스를 가져온다. 그 결과 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 실질적 차이는 전도체(16)와 기판(14)상에 과잉의 기계적 스트레스를 가져다 주게 된다. 이 기판(14)은 일반적으로 연결구(20)와 전도체(16) 양쪽보다도 보다 취약하고 기계적 스트레스 때문에 균열이 더욱 생기기 쉽다.

이상에서, 제 1 및 제 2 열팽창계수 사이의 차이는 5×10^-6/℃ 이하로 되고, 0~300℃의 온도범위에서 평균치로 자리잡는다. 이는 600℃ 이상에서도 기판(14)의 균열(cracking)을 피하는데 충분하다. 가급적, 제 1 열팽창계수는 (8~9)×10^-6/℃가 좋다. 전술한 바와 같이, 기판은 소다-석회-실리카 유리가 좋다. 이는 열팽창계수가 (8.3~9)×10^-6/℃, 가장 바람직하게는 8.3×10^-6/℃ 내외인데, 이 역시 0~300℃의 온도범위에 걸친 평균치가 그렇게 되는 것이다. 또한, 제 2 열팽창계수는 (3~13)×10^-6/℃, 가장 바람직하게는 8.8×10^-6/℃ 내외로서, 이 또한 0~300℃의 온도범위에 걸친 평균치인 때를 말한다.

전술한 바와 같이, 솔더접합 가능한 금속층(32)은 연결구(20)에 결합된다. 솔더접합 가능한 금속(32)의 층과 연결구(20) 사이의 결합은 통상 기계적 결합이고, 알려진 방법으로 결합이 이루어질 수 있다면 연결구(20) 위로 클래딩(cladding), 스펏터링(sputtering), 전기도금(electro plating), 또는 진공도금(vacuum plating)을 하든, 솔더가능한 금속을 이용하든 관계 없다.

솔더접합 가능한 금속층(32)은 연결구(20)에 솔더접합 가능한 금속이라면 어느 것이든 포함구성하는데, 이는 솔더접합 가능한 금속층(32)과 연결구 사이의 결합을 만들기 위함이고, 또한 솔더층(34)에 탁월한 접착성을 보여주는 결합 또는 접합기지(binding site)를 제공하기 위함이다. 가급적, 솔더접합 가능한 금속은 티타늄에 접합(bonding)하는 것이 좋다. 솔더접합 가능한 금속은 대표적으로 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 은(Ag), 금(Au) 그리고 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택한다.

전술한 바와 같이, 솔더층(34)은 솔더접합 가능한 금속층(32)과 전도체(16)에 접합된다. 솔더층(34)은 솔더링으로 솔더접합 가능한 금속(32)과 전도체(16)에 접합된다.

솔더층(34)은 솔더성분으로부터 형성된다. 솔더성분은 대표적으로 주석과 반응율 조정제(reaction rate modifier)를 포함구성한다. 그리고 여기에는 통상 납이 없다. 반응율 조정제는 솔더성분에서 전도체(16)와 솔더접합 가능한 금속(32) 사이의 접합을 향상시킨다.

솔더성분에 반대되는 성분으로 되는 솔더접합 가능한 금속층은 반응율 조정제를 포함하지 않으며, 또한 솔더성분에 주석을 최소한 함유한 것을 대체할 목적을 부여한다. 주석은 은(silver)이 전도체(16)에 있도록 은과의 화합물을 만들어준다. 이는 솔더층(34)과 전도체(16) 사이에서의 강한 결합을 형성하는데 도움을 준다. 만일 솔더가 일정량의 납을 함유하지 않게 되면, 반응은 지나치게 격렬하게 되고, 은(silver)은 전도체(16)의 표면에서 솔더를 즉시 용해하여버리므로 빈약한 솔더접합력을 갖게 되고, 솔더층(34)과 전도체(16) 사이의 박리를 초래하게 된다. 납 대신 솔더성분에서의 반응율 조정제를 함유시키면 급격한 반응은 억제되고 솔더접합 기능은 납이 솔더성분에 포함될 때와 마찬가지로 솔더접합능(solderbility)이 향상된다. 이 반응율 조정제(reaction rate modifier)는 통상 저융점 온도금속으로서, 비스마스, 인듐(indium), 아연, 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되나 반드시 이들 원소에 제한을 받는 것은 아니다.

반응율 조정제는 솔더성분(solder composition)의 100 중량부당 30~90 중량부의 량으로 솔더성분에 통상 존재한다. 가장 바람직하게는 반응율 조정제는 솔더성분 100 중량부당 40~60 중량부의 량으로 솔더성분에 존재하는 것이다. 주석은 통상 솔더성분에 솔더성분의 100 중량부당 10~70 중량부, 가급적 25~50 중량부로 포함된다. 주석과 반응율 조정제 외에도, 솔더성분은 다른 금속을 함유할 수 있는데, 반드시 제한적인 것은 아니지만, 은, 구리, 그리고 이들의 조합으로 된 것을 함유시켜 솔더성분에 내구성을 부여한다. 이 경우, 은은 솔더성분 100 중량부당 5 중량부 이하로 함유시킨다. 구리도 솔더성분 100 중량부당 5 중량부 이하로 함유시키나, 이 량은 솔더성분에 함유되는 은의 량과는 별도로 함유시킨다.

솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(34)은 솔더접합 가능한 금속(32)과 솔더층(34), 연결구(20), 그리고 기판(14) 사이의 열팽창계수상의 차이에 따른 효과를 없애기 위해 충분히 작게 조합 또는 결합된 두께(combined thickness)를 가지게 한다. 다시 말해, 솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(34)은 통상 실험결과에 따라 3.0×10^-4m의 조합두께보다 작은 조합두께를 갖는데, 이는 솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(34) 양쪽의 열팽창계수를 만들어주기에는 충분히 적다. 연결구(20)가 2×10^-3m보다도 더 큰 두께를 가질 때에는 특히 그렇다. 솔더접합 가능한 금속(32)과 솔더층(34)의 조합두께가 3.0×10^-4m 이하이므로, 솔더접합 가능한 금속층(32)의 위치와 솔더층(34)은 2개의 비교적 딱딱한 재료 사이에서, 즉 연결구(20)와 기판(14) 사이에서 솔더접합 가능한 금속(32)과 솔더층(34)은 가열과 냉각중에는 기판(14)에 잘못 맞추어지는 열 팽창 스트레스를 전달하는 대신 변형(deform)하게 된다.

알아야 할 것은 본 발명상의 전기장치(34)는 기판(14)을 제외하고 연결구(20), 솔더접합 가능한 금속층(32), 솔더층(34), 전도체(16)를 포함구성한다. 다시 말해, 전기장치는 기판(14)으로부터 분리되어 존재하고, 전기장치(24)는 창유리(10)와 관련하여 필히 일체화되기를 반드시 요하는 것은 아니다.

은 외에, 전도체(16)는 또한 다른 재료, 예컨대 유리질 혼합물(glass frit)과 유체개질제(flow modifier)와 같은 다른 재료들을 또한 포함하기도 한다. 이 전도체(16)는 반죽(paste)과 같은 형태로 기판(14)에 부착한다. 이어서 소결공정(sintering process)을 통해 기판(14)상에 계속적으로 열을 가한다. 다시 말하면, 반죽한 것을 기판(14)에 부착한 다음, 기판(14)을 약 200℃의 낮은 온도에서 구워 베이킹 처리한다. 이렇게 하면 반죽 밖으로 유체개질제가 날라가버린다. 기판(14)은 다음 약 650℃에서 소결처리하는데, 이는 기판(14)상의 반죽을 급 가열하여 전도체(16)를 만들어준다. 소결공정은 전도체(16)와 기판(14) 사이에서 기계적 스트레스가 확대되는 것을 또한 예방한다.

전도체(16)가 서리제거기나 안개제거기로 될 때, 이 전도체(16)는 또한 직립 스트립(vertical strip)(50)(52)을 포함하고, 라인(lines)(18) 외에, 라인(18)의 반대편 단부에도 배치한다. 이 스트립(50)(52)은 라인(18)에 전기적으로 연결된다. 이 스트립(50)(52)은 라인(18)과 조합되어 평행회로(parallel circuit)를 형성한다.

도 2, 도 3을 참조하면, 유리(10)는 세라믹층(26)을 포함구성하는데, 이 세라믹층은 유리(10)의 주변에 인접되게 배치된다. 세라믹층(26)은 UV 감성으로부터 기판(14)상에서 UV 감성(degradation)으로부터 접착제(adhesive)를 보호해준다. 종래에 알려진 바와 같이, 그러한 접착제는 유리(10)를 차량(12)의 몸체에 부착하는데 통상 사용된다. 이와 같이, 도 3에 도시된 바와 같이 세라믹층(26)은 일반적으로 흑색이고 기판(14), 전도체(16)와 연결구(20) 사이의 열팽창동력(thermal expansion dynamics)에 무시할만한 정도의 미미한 효과를 미친다. 이와 같이, 열팽창동력학이라는 점에서, 도 3에 도시된 배열들 사이의 현저한 차이는 없다. 여기에서 연결구(20)는 세라믹층(26)의 꼭대기에서 전도체(16)에 결합되고, 그 배열상태는 도 4에서와 같다. 여기에서 연결구(20)는 기판(14)의 꼭대기에서 전도체(16)에 결합된다.

일실시예로서, 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 연결구(20)는 외면역(28)을 갖고, 외면역(28)에 클래드(clad)를 클래딩(cladding)(30)한다. 알아야 할 것은, "클래딩"은 금속기지에 결합되는 금속결합층을 일컫는다. 이 경우 연결구(20), 그리고 클래딩(30)이 연결구(20)에 형성되는 방법은 이를 제한할 수 없다. 가급적, 클래딩(30)에는 구리(copper), 은(silver), 알루미늄(aluminum), 금(gold), 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속이 포함된다.

이 클래딩(30)은 연결구(20)를 통해 전기흐름을 향상하기 위해 티타늄을 쓰는 것보다 전기적으로 더 큰 전도성을 가진다. 이 클래딩(30)은 전술한 바와 같이 클래딩(30)이 기판(14)에 가해지는 기계적 스트레스를 피하기 위해 전도체(16)로부터 기계적으로 절연되도록 전도체(16)로부터 공간을 두어 떨어져 있다. 이는 클래딩(30)이 기판(14)으로부터 실질적으로 서로 다른 열팽창계수를 갖기 때문이다.

가급적, 클래딩(30)과 연결구(20)는 온도변화로 인해 클래딩(30)의 팽창과 수축으로 생기게 되는 기계적 스트레스를 충분히 최소화하기에 충분할 정도로 연결구(20)가 티타늄을 0.01:1~4:1의 체적비율로 함유하도록 하여 상호 관련되게 존재되게 한다.

다른 실시예에서, 연결구(20)는 합금화된 티타늄(alloyed titanium)이 구성되는데, 이는 연결구(20)의 100 중량부당 50 중량부 이하의 구리(copper)와 그리고 나머지는 클래딩(30)을 없애기 위해 티타늄을 구성한다.

연결구(20)는 전도체(16)에 전기에너지를 전달한다. 통상, 연결구(20)는 솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(layer of solder)(34)을 통하여 전도체(16)에 연결되고, 창유리(10)의 일측에서 창유리(10)의 주변과 인접된다. 가급적, 제 2 연결구(22)는 연결구(20)로부터 창유리(10)의 반대편측에서 솔더접합 가능한 금속층(32)을 통해, 그리고 솔더층(34)을 통해 전도체(16)에 접합되고 통전된다. 그러나, 알아야 할 것은 제 2 연결구(22)가 선택사항이라는 것이다. 제 2 연결구(22)는 전도체(16)로부터 떨어져 있는 데서 전기에너지를 전달한다. 도 2에서 일실시예로 개략 도시한 바와 같이, 차량(12)은 전기에너지를 공급하기 위해 전력원(38)을 구비한다. 이 전력공급원(38)은 밧데리, 교류발전기 등이다. 가급적, 연결구(20)와 제 2 연결구(22)는 서로 연결되고 전원(38)과 통전된다. 연결구(20)는 전원(38)으로부터 전도체(16)로 전기에너지를 전달한다. 이는 솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(34)을 통해서 전달된다. 그리고 제 2 연결구(22)는 전도체(16)로부터 전원(38)으로 전기에너지를 전달한다. 보다 구체적으로 말하면, 리드와이어, 즉 납선(lead wire)(40)은 기판(14)에 인접한 전원(38)으로부터 연결되어 뻗는다. 이 리드와이어(40)는 또한 연결구(20)에 연결된다. 다른 와이어(42)도 전원(38)으로부터 제 2 연결구(22)로 뻗고 전기회로를 완성하기 위해 제 2 연결구(22)에 작업연결된다. 리드와이어(40)와 와이어(42)는 통상 구리를 포함구성한다.

리드와이어(40)와 연결구(20) 사이의 작업연결은 용접, 기계적 연결수단을 통해 이루어진다. 그 한가지 예로 암부재(46)는 연결구(20) 중 하나와 리드와이어(40)로부터 뻗는다. 숫부재(48)는 리드와이어(40)로부터 뻗어 암부재(46)와 작업연결구(20)에 작업연결된다. 다시 말해, 도 5에서 나타나 있는 바와 같이, 암부재(46)는 숫부재(48)가 연결구(20)로부터 뻗을 때, 또는 그 반대일 때에도 리드와이어(40)로부터 뻗는다. 제 2 연결구(22)와 제 2 리드와이어 사이의 작업연결은 연결구(20)와 리드와이어(40) 사이의 작업연결때와 같다. 가장 바람직한 실시예는, 도 5에서와 같이 리드와이어(40)는 암부재(46)를 포함구성하고, 연결구(20)는 숫부재(48)를 포함구성하는 것이다. 암부재(46)는 리드와이어(40)와 연결구(20) 사이에서 분리되지 않도록 압축에 의해 숫부재(48)를 계합(eugage), 즉 밀착되게 한다. 이 암부재(46)는 리드와이어(40)와 연결구(20) 사이에서 분리되지 않도록 압축에 의해 숫부재(48)에 계합되어 밀착된다. 그러나 이들 부재(46)(48)는 용접이나 기타 방법으로 연결하는 방법도 있다.

(실시예)

글래스기판(glass substrate)(14), 전기전도체(16), 솔더접합 가능한 금속층(32)을 포함한 전기연결구(20), 솔더층(34)을 포함하는 시험판(test plaque)을 제작하였다.

시험판의 절반은 세라믹층(26)을 가진 글래스기지(glass substrate)(14)로 되어 있다. 그리고 전기전도체(16)는 글래스기지(14)에서 세라믹층(26)에 걸쳐 결합하였다. 그러나, 그 결과는 양쪽 배치 모두 같았다. 전기전도체(16)는 시험판 모두에 대해 은 페이스트(silver paste)로부터 성형하였고, 이 은 페이스트는 전기전도체(16)를 성형을 위해 기지(14) 위에서 가열하였다. 솔더접합 가능한 금속층(32)도 스퍼터링(sputtering)으로 연결구(20) 위에서 형성하였다. 이 연결구(20)는 솔더층(34)을 통해 전도체(16)에 솔더접합되었다. 전기연결구(20), 솔더접합 가능한 금속층(32)과 솔더층(34)을 다음 표 1에 나타낸 바의 금속재료로 성형하였다. 글래스기지(14)는 소다-석회-실리카(soda-lime-silica)로부터 성형하였다.

또한, 시험판에 솔더접합한 연결구는 솔더링 후 최소한 24시간 이상 잡아당기기 테스트(pull test)를 실시하였다. 표 1을 참조하면, 연결구(20)에 사용된 금속의 타입과 량과, 솔더접합 가능한 금속층(32), 솔더층(34)은 각 시험판에 연결구(20)의 솔더접합 가능한 금속층(32), 솔더층(34)의 100 중량부당 일부량으로 나타나 있다. 이는 시험판이 온도변화가 생길 때에도 충분히 제 기능을 나타내는지의 여부를 나타내는 지수로 표시된다. 소다-석회-실리카 글래스의 특성도 또한 표 1에 나타나 있다.

[비교예]

비교용 시판을 본 발명과 비교하기 위해 만들었다. 이 비교예 A~D까지의 시편을 전술한 실시예에서와 같은 요령으로 제작하였다. 단, 사용 반응율 조절제의 량과 솔더접합 가능한 금속층 두께는 고려하지 아니하였다. 비교예 B에서는 솔더접합 가능한 금속층 없이 실시하였다. 표 2를 참조하면, 연결구용 금속의 타입과 량, 그리고 솔더층의 그것이 각 시판마다 나타나 있다. 그 량은 연결구 또는 솔더층의 100 중량부당 중량부로 각각 표시하였다. 그리고 시편이 온도변화 되었을 때 충분한 기능을 수행하는가를 시판이 보여주는지의 여부를 아울러 표시하였다. 또한, 나아가 소다-석회-실리카 글래스의 특성 또한 표 2에 표시하였다.

분명한 것은, 상기 표에서 보여주는 바와 같이 본 발명 범위내에서 여러가지 변형된 것으로 실시 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위 내의 것은 본 발명으로 실시 가능하고, 그렇지 않을 경우 그렇지 않음을 알 수 있다.

10: 창유리 12: 차량 14: 기판

Claims (27)

1. 창유리(window pane)에 있어서,
   유리(glass)로부터 성형되고 제 1 열팽창 계수를 갖는 기판(substrate)과;
   상기 기판의 역을 가로질러 부착되는 전기전도체(electrical conductor)와;
   제 2 열팽창계수를 갖는 전기 연결구(electrical connector)로서, 상기 제 1 열팽창계수와 상기 제 2 열팽창계수 사이의 차이는 5×10^-6/℃ 이하인, 상기 전기 연결구와;
   상기 연결구에 결합되는 솔더접합 가능한 금속층(a layer of solderable metal)과;
   솔더성분(solder composition)으로부터 형성되고 상기 솔더접합 가능한 금속층과 상기 전도체에 결합되는 솔더층으로서, 상기 연결구와 상기 전도체는 상기 솔더접합 가능한 금속층과 상기 솔더층을 통해 통전되는, 상기 솔더층을 포함하고,
   상기 솔더성분은 납이 없는(free of lead) 성분이고, 상기 솔더성분은 상기 솔더성분 100 중량부당 30~90 중량부의 량으로 존재하는 반응율 조정제 및 상기 솔더성분 100 중량부당 5 중량부 이하의 량으로 존재하는 은(silver)을 함유하고,
   상기 솔더접합 가능한 금속층과 상기 솔더층의 조합된 두께는 50×10^-6 ~ 205×10^-6m 인, 창유리.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 솔더층과 상기 솔더접합 가능한 금속층 사이의 접합과 또한 상기 솔더층과 상기 전도체 사이의 결합은 금속결합(metallic bond)을 이루는 창유리.
4. 제 1항에 있어서, 상기 솔더접합 가능한 금속층은 구리, 아연, 주석, 은, 금, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 솔더접합 가능한 금속(solderable metal)으로 이루어지는 창유리.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 반응율 조정제는 비스마스(bismuth), 인듐(indium), 아연(zinc) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 창유리.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서, 상기 솔더성분은 또한 주석(tin)으로 구성되는 창유리.
10. 제 9항에 있어서, 상기 주석(tin)은 상기 솔더성분 100 중량부당 10~70 중량부의 량으로 상기 솔더성분에 존재하는 창유리.
11. 삭제
12. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 열팽창계수는 (3~13)×10^-6/℃인 창유리.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 열팽창계수는 (8~9)×10^-6/℃인 창유리.
14. 제 1항에 있어서, 상기 연결구(connector)는 적어도 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐, 하프늄(hafnium), 탄탈룸(tantalum), 크롬, 이리듐(iridium), 니오븀, 백금 및 바나듐 중 하나 이상으로 구성되는 창유리.
15. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 티타늄(titanium)으로 이루어지는 창유리.
16. 제 15항에 있어서, 상기 티타늄은 상기 연결구 100 중량부당 50 중량부 이상의 양으로 상기 연결구에 존재하는 창유리.
17. 제 16항에 있어서, 상기 티타늄은 상기 연결구 100 중량부당 85 중량부 이상의 량으로 상기 연결구에 존재하는 창유리.
18. 제 15항에 있어서, 상기 티타늄은 알루미늄, 주석, 구리, 몰리브덴, 코발트, 닉켈, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 니오븀, 탄탈륨, 팔라듐(palladium), 루테늄(ruthenium) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과 합금(alloyed)되도록 하는 창유리.
19. 제 18항에 있어서, 상기 금속은 상기 연결구 100 중량부당 0.05~50 중량부로 존재하는 창유리.
20. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 철-니켈합금(iron-nickel alloy)으로 되는 창유리.
21. 제 1항에 있어서, 상기 연결구는 외면역(outer surface area)을 가지고 상기 외면에 클래딩(cladding)하며, 또한 상기 전도체로부터 공간을 가짐으로써 상기 클래딩이 기계적으로 상기 전도체로부터 기계적으로 절연되도록 한 창유리.
22. 제 21항에 있어서, 상기 클래딩은 구리, 은, 알루미늄, 금 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속으로 이루어지는 창유리.
23. 제 1항에 있어서, 상기 전도체(conductor)는 은(silver)으로 되는 창유리.
24. 제 1항에 있어서, 또한 상기 기판과 상기 전도체 사이에 배치되는 세라믹층(ceramic layer)으로 구성되는 창유리.
25. 제 1항에 있어서, 상기 유리(glass)는 자동차용 글래스(automotive glass)로 정의되는 창유리.
26. 제 25항에 있어서, 상기 유리(glass)는 또한 소다-석회-실리카 글래스(soda-lime-silica glass)로 되는 창유리.
27. 제 1항에 있어서, 상기 전도체는 안개제거기(defoggers), 서리제거기(defrosters), 안테나(antennas) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 창유리.

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