EA025251B1

EA025251B1 - Стекло с электрическим присоединительным элементом

Info

Publication number: EA025251B1
Application number: EA201390096A
Authority: EA
Inventors: Харальд Холева; Андреас Шларб; Лотар Лесмайстер; Митя Ратейчак; Бернхард Ройль; Лотар Шмидт
Original assignee: Сэн-Гобэн Гласс Франс
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2016-12-30
Also published as: EP2594109A1; CA2795561A1; MY164268A; US9385437B2; JP5813110B2; EP2408260A1; KR20130094769A; PT2594109T; ES2623795T3; BR112012025061B1; US20160309588A1; CA2795561C; MX2013000023A; AU2011278494B2; CN102972092B; KR101924652B1; WO2012007303A1; PL2594109T3; US20130043066A1; MA34372B1

Abstract

Данное изобретение относится к стеклу с электрическим присоединительным элементом, включающему: подложку из стекла (1), проводящую электричество структуру (2) с толщиной слоя от 5 до 40 мкм в области подложки (1), присоединительный элемент (3) и слой сплава (4) для пайки, который электрически соединяет присоединительный элемент (3) с участком (12) проводящей электричество структуры (2), при этом присоединительный элемент (3) содержит, по меньшей мере, сплав железо-никель или сплав железо-никель-кобальт, присоединительный элемент (3) через поверхность (11) контакта по всей площади соединен с участком (12) проводящей электричество структуры (2) и поверхность (11) контакта не имеет углов.

Description

Изобретение относится к стеклу с электрическим присоединительным элементом и к экономически выгодному и не загрязняющему окружающую среду способу его получения.

Далее изобретение относится к стеклу с электрическим присоединительным элементом для транспортных средств с проводящими электричество структурами, такими как, например, нагревательные элементы или антенные провода. Проводящие электричество структуры обычно связаны с электрической бортовой сетью с помощью припаянных электрических присоединительных элементов. По причине различных коэффициентов теплового расширения применяемых материалов возникают механические напряжения при изготовлении и эксплуатации, которые нагружают и могут вызывать нагрузки в баке и поломку стекол.

Содержащие свинец сплавы для пайки имеют высокую пластичность, которая может компенсировать возникающие механические напряжения между электрическим присоединительным элементом и стеклом с помощью пластической деформации. Однако на основании директивы о транспортных средствах с выработанным ресурсом 2000/53/ЕО внутри ЕЭС содержащие свинец сплавы для пайки должны быть заменены на сплавы для пайки, не содержащие свинца. Данная директива сокращенно обозначается ЕЬУ (Епб о£ й£е ус1нс1с5) (транспортные средства с выработанным ресурсом). При этом целью данной директивы является в ходе масштабного распространения выброшенной электроники исключить крайне проблематичные компоненты из продуктов. Затронутыми веществами являются свинец, ртуть, кадмий и хром. Это относится, кроме прочего, к внедрению не содержащих свинец припоев в электрических областях применения на стекле и к применению соответствующих замещающих продуктов.

В ЕР 1942703 А2 раскрыт электрический присоединительный элемент к стеклам транспортных средств, при этом различие коэффициентов теплового расширения стекла и электрического присоединительного элемента составляет <5 х10^-6/°С. Для того чтобы сделать возможной достаточную механическую стабильность и технологичность, предлагается применять избыточное количество сплава для пайки. Избыточное количество сплава для пайки выступает из промежутка между присоединительным элементом и электрической проводящей структурой. Избыточное количество сплава для пайки служит причиной высоких механических напряжений в стекле. Данные механические напряжения приводят, в конце концов, к поломке стекла.

Задачей данного изобретения является предоставить стекло с электрическим присоединительным элементом и экономически выгодный и не загрязняющий окружающую среду способ его получения, и при этом избежать критических механических напряжений в стекле.

Задачу данного изобретения решают с помощью стекла с присоединительным элементом, который включает следующие признаки:

подложка из стекла;

проводящая электричество структура с толщиной слоя от 5 до 40 мкм на области подложки; присоединительный элемент;

слой сплава для пайки, который электрически соединяет присоединительный элемент с участком проводящей электричество структуры, причем присоединительный элемент содержит по меньшей мере один сплав железо-никель или железоникель-кобальт;

присоединительный элемент через поверхность контакта по всей площади соединен с участком проводящей электричество структуры;

поверхность контакта не имеет углов.

На стекле закреплена проводящая электричество структура. Электрический присоединительный элемент с помощью сплава для пайки электрически соединяет участок стекла с проводящей электричество структурой. Сплав для пайки предпочтительно выступает на ширину <1 мм из промежутка между присоединительным элементом и проводящей электричество структурой.

В предпочтительном варианте осуществления максимальная ширина выхода составляет меньше 0,5 мм и, в частности, около 0 мм. Максимальная ширина выхода может быть также отрицательной, т.е. сплав для пайки может быть втянут в промежуток, образованный электрическим присоединительным элементом и проводящей электричество структурой, предпочтительно в форме вогнутого мениска.

Максимальная ширина выхода определяется как расстояние между внешней кромкой присоединительного элемента и местом избыточного сплава для пайки, в котором толщина слоя сплава для пайки не превышает 50 мкм.

Преимущество состоит в уменьшении механических напряжений в стекле, в частности в критической области, в которой находится большой избыток сплава для пайки.

Первый коэффициент теплового расширения составляет предпочтительно от 8х10^-6/°С до 9х10^-6/°С. Подложка предпочтительно представляет собой стекло, которое предпочтительно имеет коэффициент теплового расширения от 8,3 х 10^-6/°С до 9х 10^-6/^оС в области температур от 0 до 300°С.

Второй коэффициент теплового расширения предпочтительно составляет от 8х10^-6/°С до 9х10^-6/°С, особенно предпочтительно от 8,3 х 10-⁶/°С до 9х 10-⁶/°С в области температур от 0 до 300°С.

Коэффициент теплового расширения присоединительного элемента может составлять <4х 10^-6/°С.

- 1 025251

Согласно данному изобретению проводящая электричество структура имеет толщину слоя от 8 до 15 мкм, особенно предпочтительно от 10 до 12 мкм. Проводящая электричество структура предпочтительно содержит серебро, особенно предпочтительно частицы серебра и частицы стеклофритты.

Согласно данному изобретению толщина слоя сплава для пайки составляет предпочтительно <7,0х10^-4 м, особенно предпочтительно <3,0х10^-4 м и, в частности, <0,5х10^-4 м. Согласно данному изобретению сплав для пайки содержит предпочтительно олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или композиции из них. Содержание олова в композиции сплава для пайки по изобретению составляет от 3 до 99,5 мас.%, предпочтительно от 10 до 95,5 мас.%, особенно предпочтительно от 15 до 60 мас.%. Содержание висмута, индия, цинка, меди, серебра или композиции из них составляет в композиции сплава для пайки по изобретению от 0,5 до 97 мас.%, предпочтительно от 10 до 67 мас.%, при этом содержание олова, висмута, индия, цинка, меди или серебра может составлять 0 мас.%. Композиция сплава для пайки может содержать никель, германий, алюминий или фосфор в количестве от 0 до 5 мас.%. Композиция сплава для пайки по изобретению особенно предпочтительно содержит Βί57δη42Α§1, Βί59δη40Α§1, 1и97Л§3, 8п95,5А§3,8Си0,7, Βί671η33, Βί33Ιη50δηί7, 8η77,2Ιη20Α§2,8, 8п95А§4Си1, 8и99Си1,

8п96.5Лд3.5 или их смеси. Сплав для пайки по изобретению предпочтительно не содержит свинца или только обусловленные производственными причинами примеси свинца.

Присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно по меньшей мере от 50 до 75 мас.% железа, от 25 до 50 мас.% никеля, от 0 до 20 мас.% кобальта, от 0 до 1,5 мас.% магния, от 0 до 1 мас.% кремния, от 0 до 1 мас.% углерода или от 0 до 1 мас.% марганца.

Присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно хром, ниобий, алюминий, ванадий, вольфрам и титан в количестве от 0 до 1 мас.% молибден в количестве от 0 до 5 мас.%, а также обусловленные производственными причинами примеси свинца.

Присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно по меньшей мере от 55 до 70 мас.% железа, от 30 до 45 мас.% никеля, от 0 до 5 мас.% кобальта, от 0 до 1 мас.% магния, от 0 до 1 мас.% кремния или от 0 до 1 мас.% углерода.

Далее, присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно по меньшей мере от 50 до 60 мас.% железа, от 25 до 35 мас.% никеля, от 15 до 20 мас.% кобальта, от 0 до 0,5 мас.% кремния, от 0 до 0,1 мас.% углерода или от 0 до 0,5 мас.% марганца.

Присоединительный элемент по изобретению особенно предпочтительно частично покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром. Присоединительный элемент по изобретению особенно предпочтительно покрыт слоем от 0,1 до 0,3 мкм никеля и/или от 3 до 10 мкм серебра. Присоединительный элемент может быть покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром. Νΐ и Ад улучшают электрическую проводимость, стойкость к коррозии присоединительного элемента и смачивание сплавом для пайки.

Присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно ковар (РеСо№) и/или инвар (Ре№) с коэффициентом теплового расширения для инвара от 0,1х10-⁶/°С до 4х10^-6/°С или максимальной разницей с коэффициентом расширения стекла для ковара 5х 10^-6/°С.

Ковар представляет собой сплав железо-никель-кобальт, который обычно имеет коэффициент теплового расширения примерно 5х10^-6/°С, который вместе с этим является более низким, чем коэффициенты типичных металлов. Композиция содержит, например, 54 мас.% железа, 29 мас.% никеля и 17 мас.% кобальта. Поэтому в области микроэлектроники и техники микросистем ковар применяют как материал для корпусов или как монтажную подложку. Монтажные подложки находятся по принципу сэндвича между истинным несущим материалом и материалом, который в большинстве случаев имеет существенно больший коэффициент расширения. Таким образом, ковар служит в качестве выравнивающего элемента, который принимает и снижает термомеханическое напряжение, вызванное различными коэффициентами теплового расширения других материалов. Таким же образом ковар служит для выводов металл-стекло в электронных конструктивных элементах и для сопряжения материалов в вакуумных камерах.

Инвар представляет собой сплав железо-никель с содержанием, например, 36 мас.% никеля (Ре№36). Это группа сплавов и соединений, которые обладают свойством иметь в определенной области температур аномально низкие или частично отрицательные коэффициенты теплового расширения. Ре65№35 инвар содержит 65 мас.% железа и 35 мас.% никеля. В сплав добавляют обычно до 1 мас.% магния, кремния и углерода для того, чтобы изменять механические свойства. Благодаря добавлению в сплав 5 мас.% кобальта можно еще уменьшить коэффициент теплового расширения. Одним обозначением для данного сплава является Ιηονοο, Ре№33Со4,5 с коэффициентом расширения а (от 20 до 100°С) 0,55х10^-6/^оС.

Если применяют сплав, такой как инвар с очень низким абсолютным коэффициентом теплового расширения <4х 10^-6/С, происходит избыточная компенсация механических напряжений некритическим напряжением сжатия в стекле или некритическим напряжением растяжения в сплаве.

Присоединительный элемент по изобретению содержит предпочтительно прошедшие дополнительную термическую обработку прокаливанием сплавы железо-никель и/или железо-никель-кобальт.

Ковар и/или инвар также можно приваривать, присоединять способом обжима или приклеивать в

- 2 025251 качестве выравнивающей пластины к присоединительному элементу, например из стали, алюминия, титана, меди. При биметаллическом присоединительном элементе достигают благоприятных свойств растяжения по сравнению с растяжением стекла. Выравнивающая пластина предпочтительно имеет шляпообразную форму.

Электрический присоединительный элемент имеет на поверхности, обращенной к сплаву для пайки, покрытие, которое содержит медь, цинк, олово, серебро, золото или комбинацию данных веществ, предпочтительно серебро. Вследствие этого распространение сплава для пайки за границы покрытия предотвращается, и ширина выхода ограничивается.

Электрический присоединительный элемент поверхностью контакта по всей площади соединен с участком проводящей электричество структуры. Далее поверхность контакта не имеет углов. Поверхность контакта имеет овальную, предпочтительно эллиптическую и, в частности, круглую форму. Альтернативно поверхность контакта может иметь форму выпуклого многоугольника, предпочтительно прямоугольную форму, с закругленными углами. Закругленные углы имеют радиус кривизны г>0,5 мм, предпочтительно г>1 мм.

Максимальные размеры присоединительного элемента при виде сверху, например, предпочтительно составляют от 1 до 50 мм в длину и ширину и особенно предпочтительно от 3 до 30 мм в длину и ширину и наиболее предпочтительно от 2 до 4 мм в ширину и от 12 до 24 мм в длину.

Форма электрического присоединительного элемента может образовывать место скопления сплава для пайки в промежутке между присоединительным элементом и проводящей электричество структурой. Место скопления сплава для пайки и смачивающие свойства сплава для пайки относительно присоединительного элемента предотвращают выход сплава для пайки из промежутка. Место скопления сплава для пайки может иметь прямоугольную, скругленную или многоугольную форму.

Распределение теплоты пайки и вместе с этим распределение сплава для пайки в процессе пайки может определяться формой присоединительного элемента. Сплав для пайки течет к самой горячей точке. Подача энергии при электрическом соединении электрического присоединительного элемента и проводящей электричество структуры происходит предпочтительно с помощью пайки штампами, термокомпрессионной пайки, пайки паяльником, предпочтительно с помощью лазерной пайки, пайки горячим воздухом, индукционной пайки, пайки электросопротивлением и/или с помощью ультразвука.

Далее, задачу данного изобретения решают с помощью способа получения стекла с присоединительным элементом, причем

a) сплав для пайки в виде пластинки с определенными толщиной слоя, объемом, формой и местом размещения располагают и закрепляют на присоединительном элементе;

b) проводящую электричество структуру наносят на подложку;

c) присоединительный элемент со сплавом для пайки располагают на проводящей электричество структуре;

б) спаивают присоединительный элемент с проводящей электричество структурой.

Сплав для пайки предпочтительно заранее закрепляют на присоединительном элементе, предпочтительно в виде пластинки с определенными толщиной слоя, объемом, формой и расположением на присоединительном элементе.

Присоединительный элемент соединяют с частично не представленным листовым металлом, проводом, кабелем из, например, меди свариванием или способом обжима и соединяют с также не представленной электрической бортовой сетью.

Данный присоединительный элемент предпочтительно используют в стеклах с подогревом или в стеклах с антеннами в сооружениях, в частности в автомобилях, в железнодорожном транспорте, самолетах или морских транспортных средствах. Данный присоединительный элемент служит для того, чтобы связывать проводящие структуры стекла с электрическими устройствами, которые расположены вне стекла. Электрические устройства представляют собой усилитель, блок управления или источник напряжения.

Данное изобретение разъясняется подробнее с помощью чертежей и примеров вариантов осуществления. На чертежах представлено:

фиг. 1 - вид сверху на стекло с присоединительным элементом по изобретению в форме эллипса;

фиг. 2 - разрез А-А' стекла фиг. 1;

фиг. 3 - разрез альтернативного стекла по изобретению;

фиг. 4 - разрез следующего альтернативного стекла по изобретению;

фиг. 5 - вид сверху на альтернативный вариант осуществления присоединительного элемента; фиг. 6 - вид сверху на следующий альтернативный вариант осуществления присоединительного элемента;

фиг. 7 - вид сверху на следующий альтернативный вариант осуществления присоединительного элемента;

фиг. 8 - вид сбоку присоединительного элемента с фиг. 7;

фиг. 9 - разрез следующего альтернативного стекла по изобретению с выпуклым присоединительным элементом;

- 3 025251 фиг. 10 - подробная блок-схема способа по изобретению;

фиг. 11 - трехмерное изображение присоединительного элемента в форме мостика.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлено по одной детали обогреваемого стекла 1 по изобретению в области электрического присоединительного элемента 3. Стекло 1 представляет собой термически закаленное однослойное безосколочное стекло толщиной 3 мм из калийнатриевого стекла. Стекло 1 имеет ширину 150 см и высоту 80 см. На стекле 1 закреплена проводящая электричество структура 2 в форме нагревательного элемента 2. Проводящая электричество структура 2 содержит частицы серебра и частицы стеклофритты. В пограничной области стекла 1 проводящая электричество структура 2 расширяется до ширины 10 мм и образует поверхность контакта для электрического присоединительного элемента 3. Кроме того, в пограничной области стекла 1 находится не показанная покрывающая трафаретная печать. В области поверхности контакта между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2 находится сплав 4 для пайки, который способствует долговечному электрическому и механическому соединению между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2. Сплав 4 для пайки содержит 57 мас.% висмута, 42 мас.% олова и 1 мас.% серебра. Сплав 4 для пайки благодаря заданному объему и форме расположен полностью между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2. Сплав 4 для пайки имеет толщину 250 мкм. Выступание сплава 4 для пайки из промежуточного пространства между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2, толщина ΐ слоя которого превышает 50 мкм, наблюдается с максимальной шириной выхода Ь=0,5 мм. Электрический присоединительный элемент 3 содержит сплав 54 мас.% железа, 29 мас.% никеля и 17 мас.% кобальта. Электрический присоединительный элемент 3 имеет поверхность основания эллиптической формы. Длина большой оси составляет 12 мм, длина малой оси составляет 5 мм. Толщина материала присоединительного элемента 3 составляет 0,8 мм. Благодаря расположению сплава 4 для пайки, определяемому присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2, не наблюдается никакого критического механического напряжения в стекле 1. Соединение стекла 1 с электрическим присоединительным элементом 3 через проводящую электричество структуру 2 является долговременно стабильным.

На фиг. 3 представлен в продолжение примера варианта осуществления фиг. 1 и 2 альтернативный вариант осуществления присоединительного элемента 3 по изобретению. Электрический присоединительный элемент 3 на поверхности, обращенной к сплаву 4 для пайки, снабжен содержащим серебро покрытием 5. Вследствие этого предотвращается распространение сплава для пайки за покрытие 5, и ширина выхода Ь ограничивается. Ширина выхода Ь сплава 4 для пайки меньше 1 мм. За счет положения сплава 4 для пайки не наблюдается никакого критического механического напряжения в стекле 1. Соединение стекла 1 с электрическим присоединительным элементом 3 через проводящую электричество структуру 2 является долговременно стабильным.

На фиг. 4 представлен следующий вариант осуществления стекла 1 по изобретению с присоединительным элементом 3 с поверхностью основания в форме эллипса. Присоединительный элемент 3 содержит содержащий железо сплав с коэффициентом теплового расширения 8х10^-6/°С. Толщина материала составляет 2 мм. В области поверхности контакта присоединительного элемента 3 со стеклом 1 нанесен шляпообразный компенсационный элемент 6 из сплава, содержащего железо, никель и кобальт. Максимальная толщина слоя шляпообразного компенсационного элемента 6 составляет 4 мм. Благодаря компенсационному элементу можно адаптировать коэффициент теплового расширения присоединительного элемента 3 к требованиям стекла 1 и сплава 4 для пайки. Шляпообразный компенсационный элемент 6 приводит к улучшению теплового потока во время получения паяного соединения 4. Нагревание происходит, прежде всего, в центре поверхности контакта. Ширину выхода Ь сплава 4 для пайки можно еще уменьшить. Вследствие небольшой ширины выхода Ь<1 мм и адаптированному коэффициенту расширения можно еще снизить термические напряжения в стекле 1. Термические напряжения в стекле 1 являются некритичными и обеспечивают долговечное электрическое и механическое соединение между присоединительным элементом 3 и стеклом 1 через проводящую электричество структуру 2.

На фиг. 5 представлен вид сверху на альтернативный вариант осуществления присоединительного элемента 3 по изобретению. Данный присоединительный элемент 3 имеет прямоугольную форму с шириной 5 мм и длиной 14 мм. Углы прямоугольника скруглены круговыми сегментами с радиусом кривизны г примерно 1 мм. Кроме того, к присоединительному элементу 3 приварен присоединительный кабель 8 через область 7 сварки. Область 7 сварки имеет ширину 3 мм и длину 6 мм. Присоединительный кабель 8 представляет собой плетеный кабель из тонкой, покрытой оловом медной проволоки. Однако также можно в качестве присоединительного кабеля 8 применять многожильный кабель или провод. Альтернативно также с присоединительными элементами 3 могут быть электрически соединены металлические патроны, штекерные соединения или обжимные контакты. В частности, присоединительный элемент 3 может быть выполнен как состоящая из одной или нескольких деталей клеммная втулка или обжимной элемент.

На фиг. 6 представлен вид сверху на следующий вариант осуществления присоединительного элемента 3 по изобретению. Данный присоединительный элемент 3 имеет прямоугольную форму, причем

- 4 025251 обе короткие стороны прямоугольника выполнены полукруглой формы. Присоединительный элемент имеет ширину 5 мм и длину 14 мм. Область 7 сварки имеет ширину 3 мм и длину 6 мм.

На фиг. 7 и фиг. 8 представлен следующий вариант осуществления присоединительного элемента 3 по изобретению с внешним выводом 9. Поверхность 11 контакта присоединительного элемента 3 выполнена в форме круга. Радиус круга составляет 4 мм. Внешний вывод 9 соединен с присоединительным кабелем 8 через область 7 сварки. Альтернативно внешний вывод 9 также может быть выполнен как плоский разъем, а также как клеммная втулка или обжимной контакт. Внешний вывод 9 в данном варианте осуществления имеет два выреза 10, 10'. Данные вырезы 10, 10' служат для уменьшения количества материала внешнего вывода 9. Это приводит к пружинящему эффекту и вместе с этим к амортизации сил, которые через присоединительный кабель 8 передаются на паяный контакт.

На фиг. 9 представлен разрез следующего варианта осуществления присоединительного элемента 3 по изобретению. Присоединительный элемент 3 имеет в середине выпуклость 13. В области выпуклости 13 сплав 4 для пайки утолщается.

На фиг. 10 детально представлен пример способа получения по изобретению стекла с электрическим присоединительным элементом 3. На первой стадии необходимо разделить сплав 4 для пайки на порции по форме и объему. Отделенную часть сплава 4 для пайки располагают на электрическом присоединительном элементе 3. Электрический присоединительный элемент 3 со сплавом 4 для пайки располагают на проводящей электричество структуре 2. При подводе энергии образуется долговечное соединение электрического присоединительного элемента 3 с проводящей электричество структурой 2 и, следовательно, со стеклом 1.

Пример.

Испытательные образцы изготавливали из стекла 1 (толщина 3 мм, ширина 150 см и высота 80 см), проводящей электричество структуры 2 в форме нагревательного элемента, электрического присоединительного элемента 3, слоя серебра на поверхности контакта присоединительного элемента 3 и сплава 4 для пайки. Сплав 4 для пайки заранее в виде пластинки с определенными толщиной слоя, объемом и формой закрепляли на поверхности 11 контакта присоединительного элемента 3. Присоединительный элемент 3 с закрепленным сплавом 4 для пайки закрепляли на проводящей электричество структуре 2. Присоединительный элемент при температуре 200°С и с продолжительностью обработки 2 секунды припаивали на проводящую электричество структуру 2. Выступание сплава 4 для пайки из промежуточного пространства между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2, толщина слоя которого ΐ превышала 50 мкм, наблюдалось только на максимальную ширину выхода Ь=0,5 мм. Размеры и составы проводящей электричество структуры 2, электрического присоединительного элемента 3, слоя серебра на поверхности контакта присоединительного элемента 3 и сплава 4 для пайки следуют из табл. 1, фиг. 1 и 2 и описания фигур.

У всех образцов при разнице температур +80 и -30°С можно было наблюдать, что никакие стеклянные подложки 1 не ломались или не повреждались. Оказалось, что вскоре после припаивания данные стекла 1 с припаянными присоединительными элементами 3 были стабильны к неожиданным снижениям температуры.

Далее изготавливали испытательные образцы со вторым составом электрического присоединительного элемента 3. Подробные данные о размерах и составах проводящей электричество структуры 2, электрического присоединительного элемента 3, слоя серебра на поверхности контакта присоединительного элемента 3 и сплава 4 для пайки следуют из табл. 2. В данном случае также можно было наблюдать, что при разности температур +80 и -30°С никакие стеклянные подложки 1 не ломались или не повреждались. Оказалось, что вскоре после припаивания данные стекла 1 с припаянными присоединительными элементами 3 были стабильны к неожиданным снижениям температуры.

- 5 025251

Таблица 1

Компоненты	Материал	Пример
Присоединительный элемент
	Железо	54
	Никель	29
	Кобальт	17
	Коэффициент теплового расширения (КТР)х10~° (0°С-100°С)	5, 1
	Разница между КТР присоединительного элемента и подложки «К'Т с (О’С-ЮО’С)	3,2
	Толщина присоединительного элемента (м)	8, 0*10⁴
Припаиваемый слой
	Серебро	100
	Толщина слоя (м)	7, 0x10°

Слой сплава для пайки
	Олово	42
	Висмут	57
	Серебро	1
	Толщина сплава для пайки в (м)	250x10°
	Толщина припаиваемого слоя и слоя сплава для пайки (м)	255x10°
Стеклянная подложка
(Калий- натриевое стекло)
	СТЕх10⁶ (0°С-320°С)	8,3

- 6 025251

Таблица 2

Компоненты	Материал	Пример
Присоединительный элемент
	Железо	65
	Никель	35
	Коэффициент теплового расширения (КТР)«ΙΟ⁴ (0°С-100°С)	1,7
	Разница между КТР присоединительного элемента и подложки 4(0 С (О’С-ЮО’С)	б/ б
	Толщина присоединительного элемента (м)	8, ОхЮ⁴
Припаиваемый слой
	Серебро	100
	Толщина слоя (м)	7, 0*1СГ“
Слой сплава для пайки
	Олово	42

	Висмут	57
	Серебро	1
	Толщина сплава для пайки в (м)	250χ10~°
	Толщина припаиваемого слоя и слоя сплава для пайки (м)	255*10-°
Стеклянная подложка
(Калий- натриевое стекло)
	СТЕх 10~° ( 0°С-32 0 °С)	8, 3

Сравнительный пример 1.

Сравнительный пример 1 осуществляли так же как пример, со следующими отличиями: размеры и компоненты проводящей электричество структуры 2, электрического присоединительного элемента 3, слоя металла на поверхности контакта присоединительного элемента 3 и сплава 4 для пайки следуют из табл. 3. Сплав 4 для пайки согласно уровню техники не был заранее закреплен в виде пластинки на поверхности контакта присоединительного элемента 3. Присоединительный элемент 3 был припаян к проводящей электричество структуре 2 традиционным способом. При выступании сплава 4 для пайки из промежуточного пространства между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2 получилась средняя ширина выхода Ь от 2 до 3 мм при толщине слоя I. превышающей 50 мкм.

- 7 025251

Таблица 3

Компоненты	Материал	Пример
Присоединительный элемент
	Титан	100
	Коэффициент теплового расширения (ΚΤΡ)χΙΟ'⁶ (0°С- 100°С)	8,80

	Разница между КТР присоединительного элемента и подложки* 10_^б/° С (0°С-100°С)	0, 5
	Толщина присоединительного элемента (м)	8, ΟχΙΟ⁴
Припаиваемый слой
	Серебро	100
	Толщина слоя (м)	7,0*10”
Слой сплава для пайки
	Цинк	48
	Висмут	46
	Серебро	2
	Медь	4
	Толщина сплава для пайки в (м)	50-200x10”
	Толщина припаиваемого слоя и слоя сплава для пайки (м)	55-205x10”
Стеклянная подложка
(Калий- натриевое стекло)
	СТЕ*10_⁶ (0°С-320°С)	8,3

Сравнительный пример 2.

Сравнительный пример 2 осуществляют так же как пример со следующими отличиями. Размеры и компоненты проводящего электричество структуры 2, электрического присоединительного элемента 3, слоя металла на поверхности контакта присоединительного элемента 3 и сплава 4 для пайки следуют из табл. 4. Сплав 4 для пайки согласно уровню техники не был заранее закреплен в виде пластинки на поверхности контакта присоединительного элемента 3. Присоединительный элемент 3 был припаян к проводящей электричество структуре 2 традиционным способом. При выступании сплава 4 для пайки из промежуточного пространства между электрическим присоединительным элементом 3 и проводящей электричество структурой 2 получилась средняя ширина выхода Ь = от 1 до 1,5 мм при толщине слоя I. превышающей 50 мкм.

- 8 025251

Таблица 4

Компоненты	Материал	Пример
Присоединительный элемент
	Медь	100
	Коэффициент теплового расширения (КТР)χ10“⁶ (0°С- 100°С)	16
	Разница между КТР присоединительного элемента и подложки*1О⁶/°С (0°С-100°С)	7,7
	Толщина присоединительного элемента (м)	8, 'ьЦ ¹
Припаиваемый слой
	Серебро	100
	Толщина слоя (м)	7, 0х10^ь
Слой сплава для пайки
	Цинк	71,5
	Индий	24
	Серебро	2,5
	Висмут	1, 5
	Медь	0, 5
	Толщина сплава для пайки в (м)	50-200x10°
	Толщина припаиваемого слоя и слоя сплава для пайки (м)	55-205x10°
Стеклянная подложка

(Калийнатриевое стекло)
	СТЕх10“° (0°С-320°С)	8,3

Как правило, высокие напряжения при растяжении в стекле приводят к повышенному риску растрескивания или откалывания в стекле. Поэтому было исследовано влияние поверхности 11 контакта между присоединительным элементом 3 и участком 12 проводящей электричество структурой 2 с помощью моделирования на компьютере. При этом рассчитывали напряжение при растяжении при охлаждении стекол с присоединительными элементами с различной геометрией. Различные присоединительные элементы были в форме мостика (В) и в форме круга (К).

На фиг. 11 представлено перспективное изображение присоединительного элемента 3 в форме мостика (В). Присоединительный элемент в форме мостика (В) имел ширину 4 мм и длину 24 мм. Поверхности 11 контакта присоединительного элемента 3 в форме мостика (В) имели ширину 4 мм и длину 6 мм. Круглый присоединительный элемент (К) имел радиус 4 мм.

В качестве материала для присоединительного элемента применяли сплав ковар с коэффициентом теплового расширения 5,2х10^-6/°С и сплав инвар с коэффициентом теплового расширения 1,7х10^-6/°С. Толщина материала присоединительного элемента составляла 0,8 мм. В качестве подложки применяли стекло с толщиной материала 2 мм. Толщина слоя сплава 4 для пайки составляла 10 мкм.

- 9 025251

Путем компьютерного моделирования рассчитывали напряжение при растяжении в стекле при охлаждении с +20 до -40°С. Максимальные рассчитанные напряжения при растяжении приведены в табл. 5.

Таблица 5

Форма присоединительного элемента	Максимальное напряжение при растяжении
при - 4 0 ° С	(МПа)
	Ковар	Инвар
	(с с<=5, 2*1СГ^6/°С)	(с а=1,7хЮ^_б/’С)
Форма мостика (В)	23, 8	44, 9
Форма круг а (К)	12, 8	24, 3

Максимальное напряжение при растяжении сильно зависело от формы присоединительного элемента. Так максимальное напряжение при растяжении в стекле в случае круглой формы присоединительного элемента (К) из ковара или инвара на 46% меньше, чем у присоединительного элемента в форме мостика (В) из ковара или инвара, смотри табл. 5.

Оказалось, что стекла по изобретению со стеклянной подложкой 1 и электрическим присоединительным элементом 3 по изобретению имеют лучшую стабильность к неожиданным перепадам температуры.

Данный результат оказался для специалистов неожиданным и поразительным.

Список обозначений (1) - стеклянная пластина/стекло;

(2) - проводящая электричество структура/Ад - трафаретная печать;

(3) - электрический присоединительный элемент/Ре-Νί сплав ковар;

(4) - сплав для пайки (Βί57δη42Α§1);

(5) - смачивающий слой/Ад - покрытие;

(6) - компенсационный элемент;

(7) - область сварки;

(8) - присоединительный кабель;

(9) - внешний вывод;

(10) - вырез;

(11) - поверхность контакта (2) и (3);

(12) - участок (2);

(13) - выпуклость;

Ь - максимальная ширина выхода сплава для пайки; г - радиус кривизны;

ΐ - предельная толщина сплава для пайки;

А-А' - линия разреза.

Claims

1. Стекло с электрическим присоединительным элементом, включающее подложку из стекла (1);

проводящую электричество структуру (2) с толщиной слоя от 5 до 40 мкм на области подложки (1); присоединительный элемент (3);

слой бессвинцового сплава (4) для пайки, электрически соединяющий присоединительный элемент (3) с участком (12) проводящей электричество структуры (2), при этом присоединительный элемент (3) содержит, по меньшей мере, сплав железо-никель или сплав железо-никель-кобальт;

присоединительный элемент (3) через поверхность (11) контакта по всей площади соединен с участком (12) проводящей электричество структуры (2);

поверхность (11) контакта не имеет углов, причем присоединительный элемент (3) содержит от 55 до 70 мас.% железа, от 30 до 45 мас.% никеля, от 0 до 5 мас.% кобальта, от 0 до 1 мас.% магния, от 0 до 1 мас.% кремния или от 0 до 1 мас.% углерода, и подложка из стекла (1) имеет первый коэффициент теплового расширения, присоединительный элемент (3) имеет второй коэффициент теплового расширения, причем разность между первым и вторым коэффициентами теплового расширения >5х 10^-6/°С; или присоединительный элемент (3) содержит от 50 до 60 мас.% железа, от 25 до 35 мас.% никеля, от 15 до 20 мас.% кобальта, от 0 до 0,5 мас.% кремния, от 0 до 0,1 мас.% углерода или от 0 до 0,5 мас.% марганца, и подложка из стекла (1) имеет первый коэффициент теплового расширения, присоединительный элемент (3) имеет второй коэффициент теплового расширения, причем разность между первым и вторым

2. Стекло по п.1, в котором поверхность (11) контакта имеет форму овала, предпочтительно эллипса и, в частности, форму круга.

3. Стекло по п.1, в котором поверхность (11) контакта имеет форму выпуклого многоугольника, предпочтительно прямоугольную форму со скругленными углами, и скругленные углы имеют радиус кривизны г>0,5 мм.

4. Стекло по одному из пп.1-3, в котором сплав (4) для пайки выступает предпочтительно на ширину <0,5 мм и, в частности, примерно 0 мм из промежуточного пространства между присоединительным элементом (3) и проводящей электричество структурой (2).

5. Стекло по одному из пп.1-4, в котором сплав (4) для пайки содержит олово и висмут, индий, цинк, медь, серебро или их смесь.

6. Стекло по п.5, в котором содержание олова в составе сплава (4) для пайки составляет от 3 до 99,5 мас.%, а содержание висмута, индия, цинка, меди, серебра или их смеси составляет от 0,5 до 97 мас.%.

7. Стекло по одному из пп.1-6, в котором присоединительный элемент (3) покрыт никелем, оловом, медью и/или серебром.

8. Стекло по п.7, в котором присоединительный элемент (3) покрыт от 0,1 до 0,3 мкм никеля и/или от 3 до 10 мкм серебра.

9. Стекло по одному из пп.1-8, выполненное с возможностью применения в качестве стекол для транспортных средств в средствах передвижения по земле, воздуху или воде, в частности в автомобилях, например в качестве лобового стекла, заднего стекла, бокового стекла и/или стеклянной крыши.

10. Способ получения стекла с электрическим присоединительным элементом (3) по любому из пп.1-9, в котором:

a) бессвинцовый сплав (4) для пайки наносят на присоединительный элемент (3) в виде пластинки с толщиной слоя, объемом, формой и расположением;

b) проводящую электричество структуру (2) наносят на подложку (1);

c) присоединительный элемент (3) с бессвинцовым сплавом (4) для пайки располагают на проводящей электричество структуре (2);

ά) присоединительный элемент (3) спаивают с проводящей электричество структурой (2); причем присоединительный элемент (3) содержит от 55 до 70 мас.% железа, от 30 до 45 мас.% никеля, от 0 до 5 мас.% кобальта, от 0 до 1 мас.% магния, от 0 до 1 мас.% кремния или от 0 до 1 мас.% углерода, и подложка из стекла (1) имеет первый коэффициент теплового расширения, присоединительный элемент (3) имеет второй коэффициент теплового расширения, причем разность между первым и вторым коэффициентами теплового расширения >5х 10^-6/°С; или присоединительный элемент (3) содержит от 50 до 60 мас.% железа, от 25 до 35 мас.% никеля, от 15 до 20 мас.% кобальта, от 0 до 0,5 мас.% кремния, от 0 до 0,1 мас.% углерода или от 0 до 0,5 мас.% марганца, и подложка из стекла (1) имеет первый коэффициент теплового расширения, присоединительный элемент (3) имеет второй коэффициент теплового расширения, причем разность между первым и вторым коэффициентами теплового расширения <5х 10^-6/°С; и сплав (4) для пайки выступает на ширину <1 мм из промежутка между присоединительным элементом (3) и проводящей электричество структурой (2).

- 10 025251 коэффициентами теплового расширения <5х 10^-6/°С; и сплав (4) для пайки выступает на ширину <1 мм из промежутка между присоединительным элементом (3) и проводящей электричество структурой (2).

- 11 025251 (3)

Фиг. 2

Фиг. 3

Фиг. 4

- 12 025251

Фиг. 9

- 13 025251