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KR20130094769A - 전기 연결 소자를 포함하는 디스크 - Google Patents

전기 연결 소자를 포함하는 디스크 Download PDF

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KR20130094769A
KR20130094769A KR1020137000564A KR20137000564A KR20130094769A KR 20130094769 A KR20130094769 A KR 20130094769A KR 1020137000564 A KR1020137000564 A KR 1020137000564A KR 20137000564 A KR20137000564 A KR 20137000564A KR 20130094769 A KR20130094769 A KR 20130094769A
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하랄드 콜레와
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로타르 레스마이스터
미차 라타이착
베른하르트 레울
로타르 쉬미트
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은 유리로 이루어진 기판 (1), 상기 기판 (1)의 한 영역 상의 5 ㎛ 내지 40 ㎛의 층 두께를 갖는 전기전도성 구조물 (2), 연결 소자 (3), 및 전기전도성 구조물 (2)의 부분 영역 (12)에 연결 소자 (3)를 전기적으로 연결하는 솔더 물질 층 (4)을 포함하고, 연결 소자 (3)가 적어도 철-니켈 합금 또는 철-니켈-코발트 합금을 함유하고, 연결 소자 (3)가 그의 전체 표면에서 접촉 표면 (11)에 의해 전기전도성 구조물 (2)의 부분 영역 (12)에 연결되고, 상기 접촉 표면 (11)이 모가 없는, 전기 연결 소자를 갖는 디스크에 관한 것이다.

Description

전기 연결 소자를 포함하는 디스크{DISC COMPRISING AN ELECTRICAL CONNECTION ELEMENT}
본 발명은 전기 연결 소자를 갖는 판유리 및 경제적이고 환경친화적인 그의 제조 방법에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 예를 들어 가열 도체 또는 안테나 도체 같은 전기전도성 구조물을 갖는 자동차용 전기 연결 소자를 갖는 판유리에 관한 것이다. 전기전도성 구조물은 통상적으로 솔더링된 전기 연결 소자에 의해 차량 탑재 전기 시스템에 연결된다. 이용되는 물질들의 상이한 열팽창계수 때문에, 제조 및 작동 동안에 판유리에 무리를 주어 판유리의 파손을 야기할 수 있는 기계적 응력이 발생한다.
유연 솔더는 전기 연결 소자와 판유리 사이에서 소성 변형에 의해 발생하는 기계적 응력을 보상할 수 있는 높은 연성을 가진다. 그러나, 폐자동차 처리 지침(End of Life Vehicles Directive 2000/53/EC) 때문에, 유럽 공동체 내에서는 유연 솔더를 무연 솔더로 대체해야 한다. 그 지침을 요컨대 약어로 ELV(End of Life Vehicles)라고도 한다. 그 목적은 일회용 전자부품의 엄청난 증가로 인해 제품으로부터 극심하게 문제가 되는 성분을 금지하는 것이다. 영향을 받는 물질은 납, 수은, 카드뮴 및 크롬이다. 이것은 무엇보다도 유리 상에서의 전기 응용에 있어서 무연 솔더링 물질의 구현 및 상응하는 대체 제품의 도입과 관련 있다.
EP 1 942 703 A2는 자동차 판유리 상의 전기 연결 소자를 게재하고, 여기서는 판유리와 전기 연결 소자의 열팽창계수 차가 < 5 x 10-6/℃이다. 적당한 기계적 안정성 및 가공성을 가능하게 하기 위해, 과량의 솔더 물질을 이용하는 것이 제안된다. 과량의 솔더 물질은 연결 소자와 전기전도성 구조물 사이의 중간 공간으로부터 흘러나온다. 과량의 솔더 물질은 판유리에서 높은 기계적 응력을 야기한다. 이러한 기계적 응력은 궁극적으로 판유리의 파손을 초래한다.
본 발명의 목적은 전기 연결 소자를 갖는 판유리, 및 판유리에서 임계 기계적 응력을 피하는 경제적이고 환경친화적인 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 다음 특성을 포함하는 연결 소자를 갖는 판유리에 의해 달성된다:
- 유리로 제조된 기판,
- 기판의 한 영역 상의 5 ㎛ 내지 40 ㎛의 층 두께를 갖는 전기전도성 구조물,
- 연결 소자, 및
- 전기전도성 구조물의 일부분에 연결 소자를 전기적으로 연결하는 솔더 물질 층, 여기서
- 연결 소자는 적어도 철-니켈 합금 또는 철-니켈-코발트 합금을 함유하고,
- 연결 소자는 그의 전체 표면에서 접촉 표면에 의해 전기전도성 구조물의 일부분에 연결되고,
- 접촉 표면은 모(corner)가 없다.
전기전도성 구조물은 판유리 상에 적용된다. 전기 연결 소자는 전기전도성 구조물에 솔더링 물질에 의해 일부분에 전기적으로 연결된다. 솔더 물질은 연결 소자와 전기전도성 구조물 사이의 중간 공간으로부터 < 1 ㎜의 유출 폭으로 흘러나온다.
바람직한 한 실시양태에서, 최대 유출 폭은 0.5 ㎜ 미만, 특히 대략 0 ㎜이다. 최대 유출 폭은 심지어 음일 수도 있고, 즉, 전기 연결 소자와 전기전도성 구조물에 의해 형성된 중간 공간 안으로 움푹 들어가서, 바람직하게는 오목 메니스커스일 수 있다.
최대 유출 폭은 연결 소자의 바깥 가장자리와 솔더 물질 교차 지점 사이의 거리로 정의되고, 솔더 물질 교차 지점에서는 솔더 물질의 층 두께가 50 ㎛ 미만이다.
유리한 점은 판유리, 특히 큰 솔더 물질 교차와 함께 존재하는 임계 영역에서 기계적 응력의 감소이다.
제1 열팽창계수는 바람직하게는 8 x 10-6/℃ 내지 9 x 10-6/℃이다. 바람직하게는, 기판은 바람직하게는 0 ℃ 내지 300 ℃의 온도 범위에서 8.3 x 10-6/℃ 내지 9 x 10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 유리이다.
제2 열팽창계수는 바람직하게는 8 x 10-6/℃ 내지 9 x 10-6/℃, 특히 바람직하게는, 0 ℃ 내지 300 ℃의 온도 범위에서 8.3 x 10-6/℃ 내지 9 x 10-6/℃이다.
연결 소자의 열팽창계수는 ≤ 4 x 10-6/℃일 수 있다.
본 발명에 따르는 전기전도성 구조물은 바람직하게는 8 ㎛ 내지 15 ㎛, 특히 바람직하게는 10 ㎛ 내지 12 ㎛의 층 두께를 가진다. 본 발명에 따르는 전기전도성 구조물은 바람직하게는 은, 특히 바람직하게는, 은 입자 및 유리 프리트를 함유한다.
본 발명에 따르는 솔더의 층 두께는 바람직하게는 < 7.0 x 10-4 m, 특히 바람직하게는 < 3.0 x 10-4 m, 특히 < 0.5 x 10-4 m이다. 본 발명에 따르는 솔더 물질은 바람직하게는 주석 및 비스무스, 인듐, 아연, 구리, 은, 또는 그의 조성물을 함유한다. 본 발명에 따르는 솔더 조성물 중의 주석의 비율은 3 중량% 내지 99.5 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 95.5 중량%, 특히 바람직하게는 15 중량% 내지 60 중량%이다. 본 발명에 따르는 솔더 조성물 중의 비스무스, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 그의 조성물의 비율은 0.5 중량% 내지 97 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 67 중량%이고, 여기서, 주석, 비스무스, 인듐, 아연, 구리 또는 은의 비율은 0 중량%일 수 있다. 본 발명에 따르는 솔더 조성물은 니켈, 게르마늄, 알루미늄 또는 인을 0 중량% 내지 5 중량%의 비율로 함유할 수 있다. 본 발명에 따르는 솔더 조성물은 매우 특히 바람직하게는 Bi57Sn42Ag1, Bi59Sn40Ag1, In97Ag3, Sn95.5Ag3.8Cu0.7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77.2In20Ag2.8,Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5 또는 그의 혼합물을 함유한다. 본 발명에 따르는 솔더 물질은 바람직하게는 무연이고, 납을 함유하지 않거나 또는 제조 관련 납 혼합물만 함유한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 적어도 50 중량% 내지 75 중량%의 철, 25 중량% 내지 50 중량%의 니켈, 0 중량% 내지 20 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 1.5 중량%의 마그네슘, 0 중량% 내지 1 중량%의 규소, 0 중량% 내지 1 중량%의 탄소, 또는 0 중량% 내지 1 중량%의 망간을 함유한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 0 중량% 내지 1 중량%의 비율의 크롬, 니오븀, 알루미늄, 바나듐, 텅스텐 및 티탄, 0 중량% 내지 5 중량%의 몰리브덴, 뿐만 아니라 제조 관련 혼합물을 함유한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 적어도 55 중량% 내지 70 중량%의 철, 30 중량% 내지 45 중량%의 니켈, 0 중량% 내지 5 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 1 중량%의 마그네슘, 0 중량% 내지 1 중량%의 규소, 또는 0 중량% 내지 1 중량%의 탄소를 함유한다.
추가로, 본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 적어도 50 중량% 내지 60 중량%의 철, 25 중량% 내지 35 중량%의 니켈, 15 중량% 내지 20 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 0.5 중량%의 규소, 0 중량% 내지 0.1 중량%의 탄소, 또는 0 중량% 내지 0.5 중량%의 망간을 함유한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 특히 바람직하게는 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 부분 코팅된다. 본 발명에 따르는 연결 소자는 매우 특히 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛의 니켈 및/또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛의 은으로 코팅된다. 연결 소자는 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 도금될 수 있다. Ni 및 Ag는 연결 소자의 전류 전송 용량 및 부식 안정성 및 솔더 물질에 의한 젖음을 개선한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 코바(FeCoNi) 및/또는 인바(FeNi)를 함유하고, 인바의 열팽창계수는 0.1 x 10-6/℃ 내지 4 x 10-6/℃ 또는 코바의 5 x 10-6/℃와 판유리의 팽창계수의 최대 차이다.
코바는 열팽창계수가 보통 대략 5 x 10-6/℃이고 따라서 대표 금속들의 계수보다 작은 철-니켈-코발트 합금이다. 조성물은 예를 들어 54 중량%의 철, 29 중량%의 니켈 및 17 중량%의 코발트를 함유한다. 따라서, 마이크로전자공학 및 마이크로시스템 기술 분야에서, 코바는 하우징 물질로서 또는 서브마운트로서 이용된다. 서브마운트는 샌드위치 원리에 따라서 실제 캐리어 물질과 대개는 뚜렷하게 더 큰 열팽창계수를 갖는 물질 사이에 놓인다. 따라서, 코바는 다른 물질들의 상이한 열팽창계수에 의해 야기되는 열기계적 응력을 흡수하여 감소시키는 보상 소자로 쓰인다. 마찬가지로, 코바는 전자 성분의 금속-유리 구현 및 진공 챔버에서의 물질 전이에 이용된다.
인바는 예를 들어 36 중량%의 니켈 함량을 갖는 철-니켈 합금(FeNi36)이다. 일부 온도 범위에서 비정상적으로 작거나 또는 때로는 음의 열팽창계수를 갖는 성질을 가지는 합금 및 화합물의 군이 있다. Fe65Ni35 인바는 65 중량%의 철 및 35 중량%의 니켈을 함유한다. 기계적 성질을 변화시키기 위해 보통 1 중량% 이하의 마그네슘, 규소 및 탄소를 합금한다. 5 중량%의 코발트를 합금함으로써 열팽창계수 α를 더 감소시킬 수 있다. 그 합금의 하나의 명칭은 0.55 x 10-6/℃의 열팽창계수 α(20 ℃ 내지 100 ℃)를 갖는 FeNi33Co4.5인 이노브코이다.
< 4 x 10-6/℃의 매우 낮은 절대 열팽창계수를 갖는 인바 같은 합금이 이용되면, 유리에서의 비임계 압력 응력을 통해 또는 합금에서의 비임계 인장응력을 통해 기계적 응력의 과도보상이 발생한다.
본 발명에 따르는 연결 소자는 바람직하게는 어닐링에 의해 열로 후처리된 철-니켈 합금 및/또는 철-니켈-코발트 합금을 함유한다.
또한, 코바 및/또는 인바는 예를 들어 스틸, 알루미늄, 티탄, 구리로 제조된 연결 소자 상에 보상판으로서 용접되거나, 크림핑되거나 또는 접착될 수 있다. 이금속으로서, 유리 팽창에 대해서 연결 소자의 유리한 팽창 거동을 얻을 수 있다. 보상판은 바람직하게는 모자 모양이다.
전기 연결 소자는 솔더 물질 대향 표면에 구리, 아연, 주석, 은, 금 또는 그의 조합, 바람직하게는 은을 함유하는 코팅을 함유한다. 이것은 코팅을 넘어서 밖으로 솔더 물질의 퍼짐을 방지하고 유출 폭을 제한한다.
전기 연결 소자는 그의 전체 표면에서 접촉 표면에 의해 전기전도성 구조물의 일부에 연결된다. 게다가, 연결 소자의 접촉 표면은 모가 없다. 접촉 표면은 계란형, 바람직하게는 타원형, 특히 원형 구조를 가질 수 있다. 별법으로, 접촉 표면은 둥글게 처리한 모를 갖는 볼록 다각형 모양, 바람직하게는 직사각형 모양을 가질 수 있다. 둥글게 처리한 모는 > 0.5 ㎜의 곡률반경 r, 바람직하게는 > 1 ㎜의 r을 갖는다.
연결 소자의 최대 치수는 평면도에서 예를 들어 바람직하게는 1 ㎜ 내지 50 ㎜의 길이 및 폭, 특히 바람직하게는 3 ㎜ 내지 30 ㎜의 길이 및 폭, 매우 특히 바람직하게는 2 ㎜ 내지 4 ㎜의 폭 및 12 ㎜ 내지 24 ㎜의 길이를 가진다.
전기 연결 소자의 모양은 연결 소자와 전기전도성 구조물의 중간 공간에 솔더 저장소를 형성할 수 있다. 솔더 저장소, 및 연결 소자 상에서의 솔더의 젖음 성질은 중간 공간으로부터 솔더 물질의 유출을 방지한다. 솔더 저장소는 직사각형, 둥근 형 또는 다각형 디자인을 가질 수 있다.
솔더링 열의 분포, 및 따라서, 솔더링 공정 동안 솔더 물질의 분포는 연결 소자의 모양에 의해 한정될 수 있다. 솔더 물질은 가장 따뜻한 지점으로 흐른다. 전기 연결 소자와 전기전도성 구조물의 전기적 연결 동안의 에너지 도입은 바람직하게는 펀치 솔더링, 써모드(thermode) 솔더링, 피스톤 솔더링, 바람직하게는 레이저 솔더링, 뜨거운 공기 솔더링, 유도 솔더링, 저항 솔더링, 및/또는 초음파에 의해 발생한다.
추가로, 본 발명의 목적은
a) 솔더 물질을 일정한 층 두께, 부피, 모양 및 배열을 갖는 소판으로서 연결 소자 상에 배치해서 적용하고,
b) 전기전도성 구조물을 기판 상에 적용하고,
c) 솔더 물질을 갖는 연결 소자를 전기전도성 구조물 상에 배치하고,
d) 연결 소자를 전기전도성 구조물에 솔더링하는,
연결 소자를 갖는 판유리 제조 방법을 통해 달성된다.
솔더 물질은 바람직하게는 미리 연결 소자에 적용되고, 바람직하게는 연결 소자 상에 일정한 층 두께, 부피, 모양 및 배열을 갖는 소판으로서 적용된다.
연결 소자는 예를 들어 구리로 제조된 (부분적으로 나타내지 않은) 시트, 브레이디드(braided) 와이어, 메쉬에 용접되거나 또는 크림핑되어 차량 탑재 전기 시스템(이것도 또한 나타내지 않음)에 연결된다.
연결 소자는 바람직하게는 건물에서, 특히, 자동차, 철도, 항공기 또는 선박에서 가열되는 판유리에 또는 안테나를 갖는 판유리에 이용된다. 연결 소자는 판유리의 전도성 구조를 판유리 외부에 배치된 전기 시스템에 연결하는 구실을 한다. 전기 시스템은 증폭기, 제어 유닛 또는 전압원이다.
본 발명을 도면 및 전형적인 실시양태와 관련해서 상세히 설명한다.
도 1은 타원형 연결 소자를 갖는 본 발명에 따르는 판유리의 평면도.
도 2는 도 1의 판유리의 A-A'에서의 단면도.
도 3은 본 발명에 따르는 다른 판유리의 단면도.
도 4는 본 발명에 따르는 또 다른 판유리의 단면도.
도 5는 연결 소자의 다른 실시양태의 평면도.
도 6은 연결 소자의 또 다른 실시양태의 평면도.
도 7은 연결 소자의 또 다른 실시양태의 평면도.
도 8은 도 7의 연결 소자의 측면도.
도 9는 아치형 연결 소자를 갖는 본 발명에 따르는 또 다른 판유리의 단면도.
도 10은 본 발명에 따르는 방법의 상세한 흐름도.
도 11은 다리 형태의 연결 소자를 공간적으로 표현한 도면.
도 1 및 도 2는 각 경우에서 전기 연결 소자 (3)의 영역에서의 본 발명에 따르는 가열가능한 판유리 (1)의 세부 사항을 나타낸다. 판유리 (1)는 소다 석회 유리로 제조된 3 ㎜ 두께의 열에 의해 압축응력을 받은 단일 판유리 안전 유리이다. 판유리 (1)는 150 ㎝의 폭 및 80 ㎝의 높이를 가진다. 가열 도체 구조 (2) 형태의 전기전도성 구조물 (2)을 판유리 (1) 상에 인쇄한다. 전기전도성 구조물 (2)은 은 입자 및 유리 프리트를 함유한다. 판유리 (1)의 가장자리 영역에서, 전기전도성 구조물 (2)이 10 ㎜의 폭으로 넓어지고 전기 연결 소자 (3)를 위한 접촉 표면을 형성한다. 판유리 (1)의 가장자리 영역에는 커버링 스크린 인쇄(나타내지 않음)도 위치한다. 전기 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2) 사이의 접촉 표면의 영역에 솔더 물질 (4)이 적용되고, 이것은 전기 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2) 사이에 내구적인 전기적 및 기계적 연결을 달성한다.
솔더 물질 (4)은 57 중량%의 비스무스, 42 중량%의 주석 및 1 중량%의 은을 함유한다. 솔더 물질 (4)은 완전히 전기 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2) 사이에서 소정의 부피 및 모양을 통해 배치된다. 솔더 물질 (4)은 250 ㎛의 두께를 가진다. 50 ㎛의 층 두께 t를 초과하는 전기전도성 구조물 (2)과 전기 연결 소자 (3) 사이의 중간 공간으로부터 솔더 물질 (4)의 유출은 최대 유출 폭 b = 0.5 ㎜인 것으로 관찰된다. 전기 연결 소자 (3)는 54 중량%의 철, 29 중량%의 니켈 및 17 중량%의 코발트를 함유하는 합금이다. 전기 연결 소자 (3)는 타원형 기저 표면을 갖도록 설계된다. 장축의 길이는 12 ㎜이고, 단축의 길이는 5 ㎜이다. 연결 소자 (3)의 물질 두께는 0.8 ㎜이다. 연결 소자 (3) 및 전기전도성 구조물 (2)에 의해 미리 정해지는 솔더 물질 (4)의 배열로 인해서 판유리 (1)에서 임계 기계적 응력이 관찰되지 않는다. 전기전도성 구조물 (2)에 의한 판유리 (1)와 전기 연결 소자 (3)의 연결은 내구적으로 안정하다.
도 1 및 2의 전형적인 실시양태에 연이어서, 도 3은 본 발명에 따르는 연결 소자 (3)의 다른 실시양태를 도시한다. 전기 연결 소자 (3)의 솔더 물질 (4) 대향 면에 은 함유 코팅 (5)이 제공된다. 이것은 코팅 (5)을 넘어서 솔더 물질이 퍼지는 것을 방지하고 유출 폭 b을 제한한다. 솔더 물질 (4)의 유출 폭 b은 1 ㎜ 미만이다. 솔더 물질 (4)의 배열로 인해서 판유리 (1)에서 임계 기계적 응력이 관찰되지 않는다. 전기전도성 구조물 (2)에 의한 판유리 (1)와 전기 연결 소자 (3)의 연결은 내구적으로 안정하다.
도 4는 타원형 기저 표면을 갖는 연결 소자 (3)를 갖는 본 발명에 따르는 판유리 (1)의 또 다른 실시양태를 도시한다. 연결 소자 (3)는 8 x 10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 철 함유 합금을 함유한다. 물질 두께는 2 ㎜이다. 연결 소자 (3)와 판유리 (1)의 접촉 표면의 영역에 철-니켈-코발트 합금을 갖는 모자 모양 보상 부재 (6)가 제공된다. 모자 모양 보상 부재 (6)의 최대 층 두께는 4 ㎜이다. 보상 부재에 의해, 연결 소자 (3)의 열팽창계수를 판유리 (1) 및 솔더 물질 (4)의 요건에 맞춰 조정할 수 있다. 모자 모양 보상 부재 (6)는 솔더 연결 (4) 제조 동안 개선된 열 흐름을 초래한다. 가열은 주로 접촉 표면의 중심에서 일어난다. 솔더 물질 (4)의 유출 폭 b을 추가로 감소시키는 것이 가능하다. < 1 ㎜의 낮은 유출 폭 b 및 조정된 열팽창계수 때문에, 판유리 (1)에서 열 응력을 추가로 감소시킬 수 있다. 판유리 (1)의 열응력은 비임계이고, 전기전도성 구조물 (2)에 의해 연결 소자 (3)와 판유리 (1) 사이에 내구적인 전기적 및 기계적 연결이 제공된다.
도 5는 본 발명에 따르는 연결 소자 (3)의 다른 실시양태의 평면도를 도시한다. 연결 소자 (3)는 직사각형으로 설계되고 5 ㎜의 폭 및 14 ㎜의 길이를 가진다. 직사각형의 모는 각 경우에서 둥글게 처리되어 예를 들어 1 ㎜의 곡률반경 r을 갖는 활꼴이 된다. 게다가, 연결 케이블 (8)은 용접 영역 (7)에 의해 연결 소자 (3)에 용접된다. 용접 영역 (7)은 3 ㎜의 폭 및 6 ㎜의 길이를 가진다. 연결 케이블 (8)은 얇은 주석 도금 구리 와이어로 제조된 제직 케이블이다. 또한, 스트랜디드(stranded) 와이어 케이블 또는 와이어도 연결 케이블 (8)로 이용될 수 있다. 별법으로, 금속 슬리브, 플러그 커넥터, 또는 크림프 커넥션도 또한 연결 소자 (3)에 전기전도적으로 연결될 수 있다. 특히, 연결 소자 (3)는 또한 1-피스 또는 여러 피스의 클램핑 슬리브 또는 크림프 소자로서 설계될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따르는 연결 소자 (3)의 또 다른 실시양태의 평면도를 도시한다. 연결 소자 (3)는 직사각형으로 설계되고, 직사각형의 2 개의 짧은 변이 반원으로 설계된다. 연결 소자는 5 ㎜의 폭 및 14 ㎜의 길이를 가진다. 용접 영역 (7)은 3 ㎜의 폭 및 6 ㎜의 길이를 가진다.
도 7 및 도 8은 연결 탭 (9)을 갖는 본 발명에 따르는 연결 소자 (3)의 또 다른 실시양태를 도시한다. 연결 소자 (3)의 접촉 표면 (11)은 원으로 설계된다. 원의 반경은 4 ㎜이다. 연결 탭 (9)은 용접 영역 (7)에 의해 연결 케이블 (8)에 연결된다. 별법으로, 연결 탭 (9)은 또한 편평한 플러그로서 뿐만 아니라 클램핑 슬리브 또는 크림프 커넥터로서 설계될 수 있다. 이 실시양태에서, 연결 탭 (9)은 2 개의 노치 (10),(10')를 가진다. 이들 노치 (10),(10')는 연결 탭 (9)의 물질을 감소시키는 구실을 한다. 이것은 스프링 효과를 초래하고, 따라서, 연결 케이블 (8)에 의해 솔더 접촉에 전달되는 힘의 완화를 초래한다.
도 9는 본 발명에 따르는 연결 소자 (3)의 또 다른 실시양태의 단면도를 도시한다. 연결 소자 (3)는 중심에 아치 (13)를 가진다. 곡선 (13) 영역에서는 솔더 물질 (4)이 두껍다.
도 10은 전기 연결 소자 (3)를 갖는 판유리를 제조하는 본 발명에 따르는 방법의 한 예를 상세하게 도시한다. 제1 단계로서, 모양 및 부피에 따라서 솔더 물질 (4)을 분할한다. 분할된 솔더 물질 (4)을 전기 연결 소자 (3) 상에 배치한다. 전기 연결 소자 (3)는 솔더 물질 (4)과 함께 전기전도성 구조물 (2) 상에 배치한다. 전기 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2) 및 따라서 판유리 (1)와의 내구적 연결이 에너지 투입을 통해 일어난다.
실시예
가열 도체 구조 형태의 전기전도성 구조물 (2), 전기 연결 소자 (3), 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상의 은층, 및 솔더 물질 (4)을 갖는 판유리 (1)(두께 3 ㎜, 폭 150 ㎝ 및 높이 80 ㎝)로 시편을 제조하였다. 솔더 물질 (4)은 연결 소자 (3)의 접촉 표면 (11) 상에 일정한 층 두께, 부피 및 모양을 갖는 소판으로서 미리 적용하였다. 솔더 물질 (4)을 전기전도성 구조물 (2) 상에 적용해서 연결 소자 (3)를 적용하였다. 연결 소자를 200 ℃의 온도 및 2 초의 처리 시간으로 전기전도성 구조물 (2) 상에 솔더링하였다. 50 ㎛의 층 두께 t를 초과하는 전기전도성 구조물 (2)과 전기 연결 소자 (3) 사이의 중간 공간으로부터 솔더 물질 (4)의 유출이 겨우 최대 유출 폭 b = 0.5 ㎜임을 관찰하였다. 전기전도성 구조물 (2), 전기 연결 소자 (3), 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상의 은층, 및 솔더 물질 (4)의 치수 및 조성은 표 1 및 도 1 및 2 및 도면에 대한 설명에서 발견된다.
모든 시편에서, +80 ℃에서 -30 ℃로의 온도차에 대해서 유리 기판 (1)이 파손되거나 또는 손상을 나타내지 않음을 관찰할 수 있었다. 솔더링 직후, 솔더링된 연결 소자 (3)를 갖는 이들 판유리 (1)가 갑작스런 온도 강하에 대해 안정하다는 것을 입증할 수 있었다.
추가로, 제2 조성의 전기 연결 소자 (3)로 시편을 실행하였다. 전기전도성 구조물 (2), 전기 연결 소자 (3), 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상의 은층, 및 솔더 물질 (4)의 치수 및 조성은 표 2에서 발견된다. 여기서도, +80 ℃에서 -30 ℃로의 온도차에 대해서 유리 기판 (1)이 파손되거나 또는 손상을 나타내지 않음을 관찰할 수 있었다. 솔더링 직후, 솔더링된 연결 소자 (3)를 갖는 이들 판유리 (1)가 갑작스런 온도 강하에 대해 안정하다는 것을 입증할 수 있었다.
성분 물질 실시예
연결 소자
철 54
니켈 29
코발트 17
CTE (열팽창계수)
x 10-6/℃(0℃ - 100℃ )		 5.1
연결소자와 기판의 CTE 차이
x 10-6/℃ (0℃ - 100℃)		 3.2
연결소자 두께 (m) 8.0 x 10-4
솔더링가능한 층
은 100
층 두께 (m) 7.0 x 10-6
솔더층
주석 42
비스무스 57
은 1
솔더층 두께 (m) 250 x 10-6
솔더링가능한 층 및 솔더층의 두께 (m) 255 x 10-6
유리 기판
(소다 석회 유리)
CTE x 10-6 (0 ℃ - 320 ℃) 8.3
성분 물질 실시예
연결 소자
철 65
니켈 35
CTE (열팽창계수)
x 10-6/℃(0℃ - 100℃)		 1.7
연결 소자와 기판의 CTE 차이
x 10-6/℃(0℃ - 100℃)		 6.6
연결 소자 두께 (m) 8.0 x 10-4
솔더링가능한 층
은 100
층 두께 (m) 7.0 x 10-6
솔더 층
주석 42
비스무스 57
은 1
솔더층 두께 (m) 250 x 10-6
솔더링가능 층 및 솔더층의 두께 (m) 255 x 10-6
유리 기판
(소다 석회 유리)
CTE x 10-6 (0℃ - 320℃) 8.3
비교예 1
비교예 1은 실시예와 동일하게 수행하되 다음과 같은 차이가 있다. 전기전도성 구조물 (2), 전기 연결 소자 (3), 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상의 금속층, 및 솔더 물질 (4)의 치수 및 성분은 표 3에서 발견된다. 종래 기술에 따라서 솔더 물질 (4)을 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상에 소판으로서 미리 적용하지 않았다. 통상의 방법에 따라서 연결 소자 (3)를 전기전도성 구조물 (2)에 솔더링하였다. 50 ㎛의 층 두께 t를 초과하는 전기전도성 구조물 (2)과 전기 연결 소자 (3) 사이의 중간 공간으로부터 솔더 물질 (4)의 유출로, 평균 유출 폭 b = 2 ㎜ 내지 3 ㎜를 얻었다.
+80 ℃에서 -30℃로의 갑작스런 온도 차에 대해서, 유리 기판 (1)이 솔더링 직후 주요한 손상을 입었음을 관찰하였다.
성분 물질 비교예 1
연결 소자
티탄 100
CTE (열팽창계수)
x 10-6/℃(0 ℃ - 100 ℃)		 8.80
연결 소자와 기판의 CTE 차이
x 10-6/℃ (0 ℃ - 100 ℃)		 0.5
연결 소자의 두께 (m) 8.0 x 10-4
솔더링가능한 층
은 100
층 두께 (m) 7.0 x 10-6
솔더층
주석 48
비스무스 46
은 2
구리 4
솔더층 두께 (m) 50-200 x 10-6
솔더링가능한 층 및 솔더층의 두께 (m) 55-205 x 10-6
유리 기판
(소다 석회 유리)
CTE x 10-6 (0 ℃ - 320 ℃) 8.3
비교예 2
비교예 2는 실시예와 동일하게 수행하되 다음과 같은 차이가 있다. 전기전도성 구조물 (2), 전기 연결 소자 (3), 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상의 금속층, 및 솔더 물질 (4)의 치수 및 성분은 표 4에서 발견된다. 종래 기술에 따라서 솔더 물질 (4)을 연결 소자 (3)의 접촉 표면 상에 소판으로서 미리 적용하지 않았다. 통상의 방법에 따라서 연결 소자 (3)를 전기전도성 구조물 (2)에 솔더링하였다. 50 ㎛의 층 두께 t를 초과하는 전기전도성 구조물 (2)과 전기 연결 소자 (3) 사이의 중간 공간으로부터 솔더 물질 (4)의 유출로, 평균 유출 폭 b = 1 ㎜ 내지 1.5 ㎜를 얻었다.
+80 ℃에서 -30℃로의 갑작스런 온도 차에 대해서, 유리 기판 (1)이 솔더링 직후 주요한 손상을 입었음을 관찰하였다.
성분 물질 비교예 2
연결 소자
구리 100
CTE (열팽창계수)
x 10-6/℃(0 ℃ - 100 ℃)		 16
연결 소자와 기판의 CTE 차이
x 10-6/℃ (0 ℃ - 100 ℃)		 7.7
연결 소자의 두께 (m) 8.0 x 10-4
솔더링가능한 층
은 100
층 두께 (m) 7.0 x 10-6
솔더층
주석 71.5
인듐 24
은 2.5
비스무스 1.5
구리 0.5
솔더층 두께 (m) 50-200 x 10-6
솔더링가능한 층 및 솔더층의 두께 (m) 55-205 x 10-6
유리 기판
(소다 석회 유리)
CTE x 10-6 (0 ℃ - 320 ℃) 8.3
보통, 유리에서 더 높은 인장응력은 유리에서 플레이킹 또는 쉘 결함 위험의 증가를 초래한다. 따라서, 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2)의 부분 (12) 사이의 접촉 표면 (11)의 영향을 컴퓨터 시뮬레이션으로 조사하였다. 상이한 기하의 연결 소자를 갖는 판유리들의 냉각 동안의 인장응력을 계산하였다. 다양한 연결 소자는 다리형(B) 및 원형(K)이었다.
도 11은 다리 형태 연결 소자(B) (3)의 투시도를 도시한다. 다리 형태 연결 소자(B)는 4 ㎜의 폭 및 24 ㎜의 길이를 가졌다. 다리 형태 연결 소자(B) (3)의 접촉 표면 (11)은 각 경우에서 4 ㎜의 폭 및 6 ㎜의 길이를 가졌다. 원형 연결 소자(K)는 4 ㎜의 반경을 가졌다.
5.2 x 10-6/℃의 열팽창계수 α를 갖는 코바 합금 및 1.7 x 10-6/℃를 갖는 인바 합금을 연결 소자의 물질로 사용하였다. 각 경우에서, 연결 소자의 물질 두께는 0.8 ㎜였다. 각 경우에서, 2 ㎜의 물질 두께를 갖는 판유리를 기판으로 사용하였다. 각 경우에서, 솔더층 (4)의 물질 두께는 10 ㎛이었다.
컴퓨터 시뮬레이션으로, +20℃에서 -40℃로 냉각해서 판유리의 인장응력을 계산하였다. 최대 인장응력을 표 5에 실었다.
연결 소자 모양 최대 인장응력(-40 ℃) (MPa)
코바
(α = 5.2 x 10-6/℃)		 인바
(α = 1.7 x 10-6/℃)
다리형(B) 23.8 44.9
원형 (K) 12.8 24.3
최대 인장응력은 연결 소자의 모양에 크게 의존하였다. 그 결과로, 각 경우에서 코바 또는 인바로 제조된 원형 연결 소자(K)를 갖는 판유리에서의 최대 인장응력은 코바 또는 인바로 제조된 다리형 연결 소자(B)를 갖는 경우보다 46% 작았다(표 5 참조).
유리 기판 (1) 및 본 발명에 따르는 전기 연결 소자 (3)를 갖는 본 발명에 따르는 판유리가 갑작스런 온도차에 대해 더 좋은 안정성을 가짐을 입증하였다.
이 결과는 당 업계 숙련자에게는 예상 밖이었고 놀라운 것이었다.
1: 판유리
2: 전기전도성 구조물/Ag 스크린 인쇄
3: 전기 연결 소자/Fe-Ni 합금 코바
4: 솔더 물질(Bi57Sn42Ag1)
5: 젖음층/Ag 코팅
6: 보상 부재
7: 용접 영역
8: 연결 케이블
9: 연결 탭
10: 노치
11: (2)와 (3)의 접촉 표면
12: (2)의 일부분
13: 아치
b: 솔더 물질의 최대 유출
r: 곡률반경
t: 솔더 물질의 제한 두께
A-A' : 절단선

Claims (15)

  1. - 유리로 제조된 기판 (1),
    - 기판 (1)의 한 영역 상의 5 ㎛ 내지 40 ㎛의 층 두께를 갖는 전기전도성 구조물 (2),
    - 연결 소자 (3), 및
    - 전기전도성 구조물 (2)의 일부분 (12)에 연결 소자 (3)를 전기적으로 연결하는 솔더 물질 층 (4)
    을 포함하고, 여기서
    - 연결 소자 (3)가 적어도 철-니켈 합금 또는 철-니켈-코발트 합금을 함유하고,
    - 연결 소자 (3)가 그의 전체 표면에서 접촉 표면 (11)에 의해 전기전도성 구조물 (2)의 일부분 (12)에 연결되고,
    - 접촉 표면 (11)이 모(corner)가 없는,
    전기 연결 소자를 갖는 판유리.
  2. 제1항에 있어서, 연결 소자 (3)가 적어도 50 중량% 내지 75 중량%의 철, 25 중량% 내지 50 중량%의 니켈, 0 중량% 내지 20 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 1.5 중량%의 마그네슘, 0 중량% 내지 1 중량%의 규소, 0 중량% 내지 1 중량%의 탄소, 또는 0 중량% 내지 1 중량%의 망간을 함유하는 판유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접촉 표면 (11)이 계란형, 바람직하게는 타원형, 및 특히, 원형 구조를 갖는 판유리.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접촉 표면 (11)이 둥글게 처리한 모를 갖는 볼록 다각형 모양, 바람직하게는 직사각형 모양을 가지고, 둥글게 처리한 모가 > 0.5 ㎜의 곡률반경 r을 갖는 판유리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 소자 (3)가 적어도 55 중량% 내지 70 중량%의 철, 30 중량% 내지 45 중량%의 니켈, 0 중량% 내지 5 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 1 중량%의 마그네슘, 0 중량% 내지 1 중량%의 규소, 또는 0 중량% 내지 1 중량%의 탄소를 함유하는 판유리.
  6. 제5항에 있어서, 유리로 제조된 기판 (1)이 제1 열팽창계수를 가지고, 연결 소자 (3)가 제2 열팽창계수를 가지고, 제1 열팽창계수와 제2 열팽창계수의 차가 ≥ 5 x 10-6/℃인 판유리.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 소자 (3)가 적어도 50 중량% 내지 60 중량%의 철, 25 중량% 내지 35 중량%의 니켈, 15 중량% 내지 20 중량%의 코발트, 0 중량% 내지 0.5 중량%의 규소, 0 중량% 내지 0.1 중량%의 탄소, 또는 0 중량% 내지 0.5 중량%의 망간을 함유하는 판유리.
  8. 제7항에 있어서, 유리로 제조된 기판 (1)이 제1 열팽창계수를 가지고, 연결 소자 (3)가 제2 열팽창계수를 가지고, 제1 열팽창계수와 제2 열팽창계수의 차가 < 5 x 10-6/℃인 판유리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더 물질 (4)이 연결 소자 (3)와 전기전도성 구조물 (2) 사이의 중간 공간으로부터 < 1 ㎜, 바람직하게는 < 0.5 ㎜, 특히 약 0 ㎜의 유출 폭 b로 흘러나오는 판유리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 솔더 물질 (4)이 주석 및 비스무스, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 그의 조합을 함유하는 판유리.
  11. 제10항에 있어서, 솔더 조성물 (4)에서 주석의 비율이 3 중량% 내지 99.5 중량%이고, 비스무스, 인듐, 아연, 구리, 은 또는 그의 조합의 비율이 0.5 중량% 내지 97 중량%인 판유리.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 소자 (3)가 니켈, 주석, 구리 및/또는 은으로 코팅된 판유리.
  13. 제12항에 있어서, 연결 소자 (3)가 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛의 니켈 및/또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛의 은으로 코팅된 판유리.
  14. a) 솔더 물질 (4)을 일정한 층 두께, 부피, 모양 및 배열을 갖는 소판으로서 연결 소자 (3) 상에 배치해서 적용하고,
    b) 전기전도성 구조물 (2)을 기판 (1) 상에 적용하고,
    c) 솔더 물질 (4)을 갖는 연결 소자 (3)를 전기전도성 구조물 (2) 상에 배치하고,
    d) 연결 소자 (3)를 전기전도성 구조물 (2)에 솔더링하는,
    연결 소자 (3)를 갖는 판유리 제조 방법.
  15. 육상, 항공 또는 해상 이동을 위한 운송 수단에서 차량 판유리로서, 특히 자동차에서 예를 들어 앞 유리창, 뒷 유리창, 옆 유리창 및/또는 유리 지붕으로서 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르는 전기 연결 소자를 갖는 판유리의 용도.
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