(19)
(11)EP 3 576 491 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
04.12.2019  Patentblatt  2019/49

(21)Anmeldenummer: 19186394.3

(22)Anmeldetag:  17.04.2012
(51)Int. Kl.: 
H05B 3/84  (2006.01)
H01R 4/62  (2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 10.05.2011 EP 11165506

(62)Anmeldenummer der früheren Anmeldung nach Art. 76 EPÜ:
12715095.1 / 2708092

(71)Anmelder: Saint-Gobain Glass France
92400 Courbevoie (FR)

(72)Erfinder:
  • DEGEN, Christoph
    52072 Aachen (DE)
  • REUL, Bernhard
    52134 Herzogenrath (DE)
  • RATEICZAK, Mitja
    52146 Würselen (DE)
  • SCHLARB, Andreas
    52134 Herzogenrath (DE)
  • LESMEISTER, Lothar
    6373 Landgraaf (NL)

(74)Vertreter: Gebauer, Dieter Edmund 
Splanemann Patentanwälte Partnerschaft Rumfordstraße 7
80469 München
80469 München (DE)

 
Bemerkungen:
Diese Anmeldung ist am 15-07-2019 als Teilanmeldung zu der unter INID-Code 62 erwähnten Anmeldung eingereicht worden.
 


(54)SCHEIBE MIT EINEM ELEKTRISCHEN ANSCHLUSSELEMENT


(57) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibe, umfassend:
- ein Substrat (1),
- eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf einem Bereich des Substrats (1),
- eine Schicht einer Lotmasse (4) auf einem Bereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2),
- mindestens ein elektrisches Anschlusselement (3), das einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-% enthält,
- mindestens zwei Lötstellen (15,15') des Anschlusselements (3) auf der Lotmasse (4), wobei
- die Lötstellen (15,15') mindestens eine Kontaktfläche (8) zwischen dem Anschlusselement (3) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) ausbilden und
- die Form der Kontaktfläche (8) mindestens ein Segment eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises mit einem Mittelpunktswinkel α von mindestens 90° aufweist.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement und ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zu deren Herstellung.

[0002] Die Erfindung betrifft weiter eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement für Fahrzeuge mit elektrisch leitfähigen Strukturen wie beispielsweise Heizleiter oder Antennenleiter. Die elektrisch leitfähigen Strukturen sind üblicherweise über angelötete elektrische Anschlusselemente mit der Bordelektrik verbunden. Aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien treten mechanische Spannungen bei der Herstellung und im Betrieb auf, welche die Scheiben belasten und den Bruch der Scheibe hervorrufen können.

[0003] Bleihaltige Lote weisen eine hohe Duktilität auf, die auftretende mechanische Spannungen zwischen elektrischem Anschlusselement und der Scheibe durch plastische Deformierung kompensieren können. Allerdings müssen aufgrund der Altauto-Richtlinie 2000/53/EG innerhalb der EG bleihaltige Lote durch bleifreie Lote ersetzt werden. Die Richtlinie wird zusammenfassend mit dem Kürzel ELV (End of life vehicles) bezeichnet. Das Ziel ist dabei, im Zuge der massiven Ausweitung von Wegwerfelektronik äußerst problematische Bestandteile aus den Produkten zu verbannen. Die betroffenen Substanzen sind Blei, Quecksilber und Cadmium. Das betrifft unter anderem die Durchsetzung von bleifreien Lötmitteln in elektrischen Anwendungen auf Glas und die Einführung entsprechender Ersatzprodukte hierzu.

[0004] EP 1 942 703 A2 offenbart ein elektrisches Anschlusselement an Scheiben von Fahrzeugen, wobei die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Scheibe und elektrischem Anschlusselement < 5 x 10-6/°C beträgt, das Anschlusselement überwiegend Titan enthält und die Kontaktfläche zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur rechteckig ausgeformt ist. Um eine ausreichende mechanische Stabilität und Prozessierbarkeit zu ermöglichen wird vorgeschlagen, einen Lotmassenüberschuss zu verwenden. Der Überschuss an Lotmasse tritt aus dem Zwischenraum zwischen dem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur heraus. Der Überschuss an Lotmasse verursacht hohe mechanische Spannungen in der Glasscheibe. Diese mechanischen Spannungen führen schließlich zum Bruch der Scheibe.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement und ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, wobei kritische mechanische Spannungen in der Scheibe vermieden werden.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0007] Die erfindungsgemäße Scheibe mit mindestens einem elektrischen Anschlusselement umfasst die folgenden Merkmale:
  • ein Substrat,
  • eine elektrisch leitfähige Struktur auf einem Bereich des Substrats,
  • eine Schicht einer Lotmasse auf einem Bereich der elektrisch leitfähigen Struktur und
  • mindestens zwei Lötstellen des Anschlusselements auf der Lotmasse, wobei
  • die Lötstellen mindestens eine Kontaktfläche zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur ausbilden und
  • die Form der Kontaktfläche mindestens ein Segment eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises mit einem Mittelpunktswinkel von mindestens 90° aufweist.


[0008] Der Mittelpunktswinkel des Segments beträgt von 90° bis 360°, bevorzugt von 140° bis 360°, beispielsweise von 180° bis 330° oder von 200° bis 330°. Bevorzugt weist die Form der Kontaktfläche zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur zumindest zwei Halbellipsen, besonders bevorzugt zwei Halbkreise auf. Ganz besonders bevorzugt ist die Kontaktfläche als Rechteck mit zwei an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Halbkreisen ausgeformt. In einer alternativen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Form der Kontaktfläche zwei Kreissegmente mit Mittelpunktswinkel von 210° bis 360° auf. Die Form der Kontaktfläche kann auch beispielsweise zwei Segmente eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises umfassen, wobei der Mittelpunktswinkel von 180° bis 350°, bevorzugt von 210° bis 310° beträgt.

[0009] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Lötstellen zwei voneinander getrennte Kontaktflächen zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur aus. Jede Kontaktfläche ist an der zum Substrat hingewandten Fläche eines von zwei Fußbereichen des Anschlusselements angeordnet. Die Fußbereiche sind über eine Brücke miteinander verbunden. Die beiden Kontaktflächen sind über die zum Substrat hingewandte Fläche der Brücke miteinander verbunden. Die Form jeder der beiden Kontaktflächen weist mindestens ein Segment eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises mit einem Mittelpunktswinkel von 90° bis 360°, bevorzugt von 140° bis 360° auf. Jede Kontaktfläche kann eine ovale, bevorzugt eine elliptische Struktur aufweisen. Besonders bevorzugt ist jede Kontaktfläche als Kreis ausgeformt. Alternativ ist jede Kontaktfläche bevorzugt als Kreissegment mit einem Mittelpunktswinkel von mindestens 180°, besonders bevorzugt mindestens 200°, ganz besonders bevorzugt mindestens 220°, und insbesondere mindestens 230° ausgeformt. Das Kreissegment kann beispielsweise einen Mittelpunktswinkel von 180° bis 350°, bevorzugt von 200° bis 330°, besonders bevorzugt von 210° bis 310° aufweisen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements ist jede Kontaktfläche als Rechteck mit zwei an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Halbovalen, bevorzugt Halbellipsen, besonders bevorzugt Halbkreisen ausgestaltet.

[0010] Auf der Scheibe ist eine elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht. Das elektrische Anschlusselement ist mit einer Lotmasse auf Teilbereichen mit der elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch verbunden.

[0011] Das Anschlusselement wird durch Löten, beispielsweise Widerstandslöten, über die Kontaktfläche oder die Kontaktflächen mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden. Beim Widerstandslöten werden zwei Lötelektroden verwendet, wobei jede Lötelektrode mit einer Lötstelle des Anschlusselements in Kontakt gebracht wird. Während des Lötvorgangs fließt ein Strom von einer Lötelektrode über das Anschlusselement zur zweiten Lötelektrode. Der Kontakt zwischen Lötelektrode und Anschlusselement erfolgt bevorzugt über eine möglichst kleine Fläche. Beispielsweise sind die Lötelektroden als Spitzen gestaltet. Die kleine Kontaktfläche bewirkt eine hohe Stromdichte im Bereich des Kontaktes zwischen Lötelektrode und Anschlusselement. Die hohe Stromdichte führt zu einer Erwärmung des Kontaktbereichs zwischen Lötelektrode und Anschlusselement. Ausgehend von jeder der beiden Kontaktbereiche zwischen Lötelektrode und Anschlusselement erfolgt die Ausbreitung einer Wärmeverteilung. Die Isothermen können für den Fall zweier Punktwärmequellen vereinfacht als konzentrische Kreise um die Lötstellen dargestellt werden. Die genaue Form der Wärmeverteilung ist von der Form des Anschlusselements abhängig. Die Erwärmung im Bereich der Kontaktflächen zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur führt zum Aufschmelzen der Lotmasse.

[0012] Nach dem Stand der Technik wird das Anschlusselement beispielsweise bevorzugt über eine rechteckige Kontaktfläche mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden. Entlang der Ränder einer rechteckigen Kontaktfläche treten während des Lötvorgangs aufgrund der sich von den Lötstellen ausbreitenden Wärmeverteilung Temperaturunterschiede auf. Dadurch können Bereiche der Kontaktfläche existieren, in denen die Lötmasse nicht vollständig aufgeschmolzen wird. Diese Bereiche führen zu einer schlechten Haftung des Anschlusselements und zu mechanischen Spannungen in der Scheibe.

[0013] Der Vorteil der Erfindung liegt in der Ausformung der Kontaktfläche oder der Kontaktflächen zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur. Der Form der Kontaktflächen ist zumindest in einem überwiegenden Bereich der Kanten abgerundet und weist bevorzugt Kreise oder Kreissegmente auf. Die Form der Kontaktflächen ist an die Form der Wärmeverteilung um die Lötstellen während des Lötvorgangs angenähert. Entlang der Ränder der Kontaktflächen treten deshalb während des Lötvorgangs keine oder nur geringe Temperaturunterschiede auf. Dies führt zu einem gleichmäßigen Aufschmelzen der Lotmasse im gesamten Bereich der Kontaktflächen zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Haftung des Anschlusselements, die Verkürzung der Dauer des Lötvorgangs und die Vermeidung von mechanischen Spannungen in der Scheibe. Insbesondere bei der Verwendung einer bleifreien Lotmasse, die aufgrund ihrer geringeren Duktilität im Vergleich zu bleihaltigen Lotmassen mechanische Spannungen weniger gut kompensieren kann, ergibt sich ein besonderer Vorteil.

[0014] Die Anschlusselemente sind in der Draufsicht beispielsweise bevorzugt 1 mm bis 50 mm lang und breit und besonders bevorzugt 2 mm bis 30 mm lang und breit und ganz besonders bevorzugt 2 mm bis 8 mm breit und 10 mm bis 24 mm lang.

[0015] Zwei durch eine Brücke miteinander verbundene Kontaktflächen sind beispielsweise bevorzugt 1 mm bis 15 mm lang und breit und besonders bevorzugt 2 mm bis 8 mm lang und breit.

[0016] Die Lotmasse tritt mit einer Austrittsbreite von < 1 mm aus dem Zwischenraum zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur aus. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die maximale Austrittsbreite bevorzugt kleiner 0,5 mm und insbesondere etwa 0 mm. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Reduzierung von mechanischen Spannungen in der Scheibe, die Haftung des Anschlusselements und die Einsparung des Lots.

[0017] Die maximale Austrittsbreite ist definiert als der Abstand zwischen den Außenkanten des Anschlusselementes und der Stelle des Lotmasseübertritts, an dem die Lotmasse eine Schichtdicke von 50 µm unterschreitet. Die maximale Austrittsbreite wird nach dem Lötvorgang an der erstarrten Lotmasse gemessen.

[0018] Eine gewünschte maximale Austrittsbreite wird durch eine geeignete Wahl von Lotmassenvolumen und lotrechtem Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur erreicht, was durch einfache Versuche ermittelt werden kann. Der lotrechte Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur kann durch ein entsprechendes Prozesswerkzeug, beispielsweise ein Werkzeug mit einem integrierten Abstandshalter, vorgegeben werden.

[0019] Die maximale Austrittsbreite kann auch negativ sein, also in den von elektrischem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur gebildeten Zwischenraum zurückgezogen sein.

[0020] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe ist die maximale Austrittsbreite in dem vom elektrischen Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur gebildeten Zwischenraum in einem konkaven Meniskus zurückgezogen. Ein konkaver Meniskus entsteht beispielsweise durch Erhöhen des lotrechten Abstands zwischen Abstandshalter und leitfähiger Struktur beim Lötvorgang, während das Lot noch flüssig ist.

[0021] Die Brücke zwischen zwei Fußbereichen des erfindungsgemäßen Anschlusselements ist bevorzugt abschnittsweise plan ausgeformt. Besonders bevorzugt besteht die Brücke aus drei planen Abschnitten. Plan bedeutet, dass die Unterseite des Anschlusselements eine Ebene bildet. Der Winkel zwischen der Oberfläche des Substrats und der Unterseite jedes direkt an einen Fußbereich angrenzenden planen Abschnitts der Brücke beträgt bevorzugt < 90°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 85°, ganz besonders bevorzugt zwischen 2° und 75° und insbesondere zwischen 3° und 60°. Die Brücke ist dabei so ausgeformt, dass jeder an einen Fußbereich angrenzende plane Abschnitt in die dem unmittelbar angrenzenden Fußbereich abgewandte Richtung geneigt ist.

[0022] Der Vorteil liegt in der Wirkung des Kapillareffekts zwischen elektrisch leitfähiger Struktur und den an die Kontaktflächen angrenzenden Abschnitten der Brücke. Der Kapillareffekt ist eine Folge des geringen Abstands zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur und den an die Kontaktflächen angrenzenden Abschnitten der Brücke. Der geringe Abstand ergibt sich aus dem Winkel < 90° zwischen der Oberfläche des Substrats und der Unterseite jedes direkt an einen Fußbereich angrenzenden planen Abschnitts der Brücke. Der gewünschte Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur wird nach dem Aufschmelzen der Lotmasse eingestellt. Überschüssige Lotmasse wird durch den Kapillareffekt kontrolliert in das von der Brücke und der elektrisch leitfähigen Struktur begrenzte Volumen gesaugt. Dadurch wird der Lotmasseübertritt an den Außenkanten des Anschlusselements und damit die maximale Austrittsbreite verringert. Somit wird eine Reduzierung der mechanischen Spannungen in der Scheibe erreicht.

[0023] Im Sinne der Definition der maximalen Austrittsbreite sind die Kanten der Kontaktflächen, an welche die Brücke angeschlossen ist, keine Außenkanten des Anschlusselements.

[0024] Der Hohlraum, der durch die elektrisch leitfähige Struktur und die Brücke begrenzt wird, kann vollständig mit Lotmasse gefüllt sein. Bevorzugt ist der Hohlraum nicht vollständig mit Lotmasse gefüllt.

[0025] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Brücke gekrümmt. Die Brücke kann eine einzige Krümmungsrichtung haben. Dabei hat die Brücke bevorzugt das Profil eines ovalen Bogens, besonders bevorzugt das Profil eines Ellipsenbogens und ganz besonders bevorzugt das Profil eines Kreisbogens. Der Krümmungsradius des Kreisbogens beträgt beispielsweise bevorzugt von 5 mm bis 15 mm bei einer Länge des Anschlusselements von 24 mm. Die Krümmungsrichtung der Brücke kann sich auch ändern.

[0026] Die Brücke kann auch aus mindestens zwei Teilelementen bestehen, die sich in direktem Kontakt miteinander befinden. Die Projektion der Brücke in die Ebene der Substratoberfläche kann auch gekrümmt sein. Bevorzugt ändert sich dabei die Krümmungsrichtung in der Brückenmitte. Die Brücke muss keine konstante Breite aufweisen.

[0027] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jede der beiden Lötstellen auf einer Kontakterhebung angeordnet. Die Kontakterhebungen sind auf der vom Substrat abgewandten Fläche des Anschlusselements angeordnet. Die Kontakterhebungen enthalten bevorzugt die gleiche Legierung wie das Anschlusselement. Jede Kontakterhebung ist bevorzugt zumindest in dem der Oberfläche des Substrats abgewandten Bereich konvex gekrümmt ausgeformt. Jede Kontakterhebung ist beispielsweise als Segment eines Rotationsellipsoids oder als Kugelsegment ausgeformt. Alternativ kann die Kontakterhebung als Quader ausgeformt sein, wobei die vom Substrat abgewandte Fläche konvex gekrümmt ausgeformt ist. Die Kontakterhebungen haben bevorzugt eine Höhe von 0,1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm. Die Länge und Breite der Kontakterhebungen beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 5 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,4 mm und 3 mm. Die Kontakterhebungen können als Prägungen gestaltet sein. Die Kontakterhebungen können in einer vorteilhaften Ausgestaltung einstückig mit dem Anschlusselement ausgebildet sein. Die Kontakterhebungen können beispielsweise durch Umformen eines Anschlusselementes mit im Ausgangszustand planer Oberfläche auf der Oberfläche ausgebildet werden, beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen. Dabei kann eine entsprechende Vertiefung auf der der Kontakterhebung gegenüberliegenden Oberfläche des Anschlusselements erzeugt werden.

[0028] Zum Löten können Elektroden verwendet werden, deren Kontaktseite flach ausgeformt ist. Die Elektrodenfläche wird mit der Kontakterhebung in Kontakt gebracht. Die Elektrodenfläche ist dabei parallel zur Oberfläche des Substrats angeordnet. Der Punkt auf der konvexen Oberfläche der Kontakterhebung, der den größten lotrechten Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweist, ist zwischen der Elektrodenfläche und der Oberfläche des Substrats angeordnet. Der Kontaktbereich zwischen Elektrodenfläche und Kontakterhebung bildet die Lötstelle. Die Position der Lötstelle wird dabei bevorzugt durch den Punkt auf der konvexen Oberfläche der Kontakterhebung bestimmt, der den größten lotrechten Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweist. Die Position der Lötstelle ist unabhängig von der Position der Lötelektrode auf dem Anschlusselement. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine reproduzierbare, gleichmäßige Wärmeverteilung während des Lötvorgangs. Die Wärmeverteilung während des Lötvorgangs wird durch die Position, die Größe, die Anordnung und die Geometrie der Kontakterhebung bestimmt.

[0029] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an jeder der Kontaktflächen des Anschlusselements mindestens zwei Abstandshalter angeordnet. Die Abstandshalter enthalten bevorzugt die gleiche Legierung wie das Anschlusselement. Jeder Abstandshalter ist beispielsweise als Würfel, als Pyramide, als Segment eines Rotationsellipsoids oder als Kugelsegment ausgeformt. Die Abstandshalter haben bevorzugt eine Breite von 0,5 x 10-4 m bis 10 x 10-4 m und eine Höhe von 0,5 x 10-4 m bis 5 x 10-4 m, besonders bevorzugt von 1x 10-4 m bis 3 x 10-4 m. Durch die Abstandshalter wird die Ausbildung einer gleichmäßigen Lotmasseschicht begünstigt. Das ist besonders vorteilhaft in Hinblick auf die Haftung des Anschlusselements. Die Abstandshalter können einstückig mit dem Anschlusselement ausgebildet sein. Die Abstandshalter können beispielsweise durch Umformen eines Anschlusselementes mit im Ausgangszustand planer Kontaktflächen auf der Kontaktfläche ausgebildet werden, beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen. Dabei kann eine entsprechende Vertiefung auf der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Anschlusselements erzeugt werden.

[0030] Durch die Kontakterhebungen und die Abstandshalter wird eine homogene, gleichmäßig dicke und gleichmäßig aufgeschmolzene Schicht der Lotmasse erreicht. Dadurch können mechanische Spannungen zwischen Anschlusselement und Scheibe verringert werden. Das ist insbesondere bei der Verwendung bleifreier Lotmassen besonders vorteilhaft, die aufgrund ihrer geringeren Duktilität im Vergleich zu bleihaltigen Lotmassen mechanische Spannungen weniger gut kompensieren können.

[0031] Das Substrat enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung enthält das Substrat Polymere, besonders bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und / oder Gemische davon.

[0032] Das Substrat weist einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Das Anschlusselement weist einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf.

[0033] Der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist bevorzugt von 8 x 10-6/°C bis 9 x 10-6/°C. Das Substrat enthält bevorzugt Glas, das bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 8,3 x 10-6/°C bis 9 x 10-6/°C in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 300 °C aufweist.

[0034] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest eine Eisen-Nickel-Legierung, eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder eine Eisen-Chrom-Legierung.

[0035] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 50 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 0 Gew.-% bis 50 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% Kobalt, 0 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Magnesium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Silizium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Niob, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Vanadium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Aluminium und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Wolfram.

[0036] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten ≥ 5 x 10-6/°C. Der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist dabei bevorzugt von 0,1 x 10-6/°C bis 4 x 10-6/°C, besonders bevorzugt von 0,3 x 10-6/°C bis 3 x 10-6/°C in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 300 °C.

[0037] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 50 Gew.-% bis 75 Gew.-% Eisen, 25 Gew.-% bis 50 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% Kobalt, 0 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Magnesium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Silizium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan.

[0038] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt Chrom, Niob, Aluminium, Vanadium, Wolfram und Titan mit einem Anteil von 0 Gew.-% bis 1 Gew.-%, Molybdän mit einem Anteil von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% sowie herstellungsbedingte Beimengungen.

[0039] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 55 Gew.-% bis 70 Gew.-% Eisen, 30 Gew.-% bis 45 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kobalt, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Magnesium, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Silizium und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff.

[0040] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt Invar (FeNi).

[0041] Invar ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem Gehalt von beispielsweise 36 Gew.-% Nickel (FeNi36). Es ist eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen, welche die Eigenschaft aufweisen, in bestimmten Temperaturbereichen anomal kleine oder zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben. Fe65Ni35 Invar enthält 65 Gew.-% Eisen und 35 Gew.-% Nickel. Bis zu 1 Gew.-% Magnesium, Silizium und Kohlenstoff werden üblicherweise legiert, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Durch Legieren von 5 Gew.-% Kobalt kann der thermische Ausdehnungskoeffizient weiter reduziert werden. Eine Bezeichnung für die Legierung ist Inovco, FeNi33Co4.5 mit einem Ausdehnungskoeffizienten (20 °C bis 100 °C) von 0,55 x 10-6/°C.

[0042] Wird eine Legierung wie Invar mit einem sehr geringen absoluten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von < 4 x 10-6/°C verwendet, findet eine Überkompensation der mechanischen Spannungen durch unkritische Druckspannungen im Glas oder durch unkritische Zugspannungen in der Legierung statt.

[0043] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten < 5 x 10-6/°C. Durch die geringe Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten werden kritische mechanische Spannungen in der Scheibe vermieden und eine bessere Haftung erhalten. Der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist dabei bevorzugt von 4 x 10-6/°C bis 8 x 10-6/°C, besonders bevorzugt von 4 x 10-6/°C bis 6 x 10-6/°C in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 300 °C.

[0044] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 50 Gew.-% bis 60 Gew.-% Eisen, 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% Nickel, 15 Gew.-% bis 20 Gew.-% Kobalt, 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Silizium, 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Kohlenstoff und / oder 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mangan.

[0045] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt Kovar (FeCoNi).

[0046] Kovar ist eine Eisen-Nickel-Kobalt Legierung, die Wärmeausdehnungskoeffizienten von üblicherweise etwa 5 x 10-6/°C aufweist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist damit geringer als der Koeffizient typischer Metalle. Die Zusammensetzung enthält beispielsweise 54 Gew.-% Eisen, 29 Gew.-% Nickel und 17 Gew.-% Kobalt. Im Bereich der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik wird deshalb Kovar als Gehäusewerkstoff oder als Submount eingesetzt. Submounts liegen nach dem Sandwichprinzip zwischen dem eigentlichen Trägermaterial und dem Material mit meistens deutlich größerem Ausdehnungskoeffizienten. Kovar dient somit als ausgleichendes Element, welches die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der anderen Materialien verursachten thermo-mechanischen Spannungen aufnimmt und verringert. In gleicher Weise dient Kovar für Metall-Glas-Durchführungen von elektronischen Bauelementen und Materialübergängen in Vakuumkammern.

[0047] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt durch Glühen thermisch nachbehandelte Eisen-Nickel- und / oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen.

[0048] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten ebenfalls < 5 x 10-6/°C. Der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient ist dabei bevorzugt von 9 x 10-6/°C bis 13 x 10-6/°C, besonders bevorzugt von 10 x 10-6/°C bis 11,5 x 10-6/°C in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 300 °C.

[0049] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 50 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Molybdän und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium, Niob und Stickstoff.

[0050] Das erfindungsgemäße Anschlusselement kann auch zumindest 66,5 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Niob und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthalten.

[0051] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 65 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Molybdän und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan.

[0052] Das erfindungsgemäße Anschlusselement kann auch zumindest 73 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Niob und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthalten.

[0053] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 75 Gew.-% bis 84 Gew.-% Eisen, 16 Gew.-% bis 18,5 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan.

[0054] Das erfindungsgemäße Anschlusselement kann auch zumindest 78,5 Gew.-% bis 84 Gew.-% Eisen, 16 Gew.-% bis 18,5 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Niob und / oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthalten.

[0055] Das erfindungsgemäße Anschlusselement enthält bevorzugt einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-% und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 9 x 10-6/°C bis 13 x 10-6/°C. Weitere Legierungsbestandteile wie Molybdän, Mangan oder Niob führen zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit oder veränderten mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit oder Kaltumformbarkeit.

[0056] Der Vorteil von Anschlusselementen aus chromhaltigem Stahl gegenüber Anschlusselementen nach dem Stand der Technik aus Titan liegt in der besseren Lötbarkeit. Sie ergibt sich aus der höheren Wärmeleitfähigkeit von 25 W/mK bis 30 W/mK im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit des Titans von 22 W/mK. Die höhere Wärmeleitfähigkeit führt zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Anschlusselements während des Lötvorgangs, wodurch die punktuelle Ausbildung besonders heißer Stellen ("hot spots") vermieden wird. Diese Stellen sind Ausgangspunkte für spätere Beschädigungen der Scheibe. Es ergibt sich eine verbesserte Haftung des Anschlusselements an der Scheibe. Chromhaltiger Stahl ist zudem gut schweißbar. Dadurch ist eine bessere Verbindung des Anschlusselements mit der Bordelektrik über ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Kupfer, durch Verschweißen möglich. Aufgrund der besseren Kaltumformbarkeit kann das Anschlusselement auch besser mit dem elektrisch leitfähigen Material vercrimpt werden. Chromhaltiger Stahl ist zudem besser verfügbar.

[0057] Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Struktur weist bevorzugt eine Schichtdicke von 5 µm bis 40 µm, besonders bevorzugt von 5 µm bis 20 µm, ganz besonders bevorzugt von 8 µm bis 15 µm und insbesondere von 10 µm bis 12 µm auf. Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Struktur enthält bevorzugt Silber, besonders bevorzugt Silberpartikel und Glasfritten.

[0058] Die erfindungsgemäße Schichtdicke des Lots ist bevorzugt < 3.0 x 10-4 m.

[0059] Die Lotmasse ist bevorzugt bleifrei, enthält also kein Blei. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Scheibe mit elektrischem Anschlusselement. Bleifrei Lotmassen weisen typischerweise eine geringere Duktilität auf als bleihaltige Lotmassen, so dass mechanische Spannungen zwischen Anschlusselement und Scheibe weniger gut kompensiert werden können. Es hat sich aber gezeigt, dass kritische mechanische Spannungen durch das erfindungsgemäße Anschlusselement deutlich vermindert werden. Die erfindungsgemäße Lotmasse enthält bevorzugt Zinn und Wismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon. Der Anteil an Zinn in der erfindungsgemäßen Lotzusammensetzung beträgt von 3 Gew.-% bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt von 10 Gew.-% bis 95,5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 15 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Der Anteil an Wismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon beträgt in der erfindungsgemäßen Lotzusammensetzung von 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 67 Gew.-%, wobei der Anteil an Wismut, Indium, Zink, Kupfer oder Silber 0 Gew.-% betragen kann. Die erfindungsgemäße Lotzusammensetzung kann Nickel, Germanium, Aluminium oder Phosphor mit einem Anteil von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% enthalten. Die erfindungsgemäße Lotzusammensetzung enthält ganz besonders bevorzugt Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67ln33, Bi33ln50Sn17, Sn77,2ln20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96,5Ag3,5 oder Gemische davon.

[0060] Das erfindungsgemäße Anschlusselement ist bevorzugt mit Nickel, Zinn, Kupfer und / oder Silber beschichtet. Das erfindungsgemäße Anschlusselement ist besonders bevorzugt mit einer haftvermittelnden Schicht, bevorzugt aus Nickel und / oder Kupfer, und zusätzlich mit einer lötbaren Schicht, bevorzugt aus Silber, versehen. Das erfindungsgemäße Anschlusselement ist ganz besonders bevorzugt mit 0,1 µm bis 0,3 µm Nickel und / oder 3 µm bis 20 µm Silber beschichtet. Das Anschlusselement kann vernickelt, verzinnt, verkupfert und / oder versilbert werden. Nickel und Silber verbessern die Stromtragfähigkeit und Korrosionsstabilität des Anschlusselements und die Benetzung mit der Lotmasse.

[0061] Die Eisen-Nickel-Legierung, die Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder die Eisen-Chrom-Legierung können auch als Ausgleichsplatte auf ein Anschlusselement aus beispielsweise Stahl, Aluminium, Titan, Kupfer angeschweißt, gecrimpt oder geklebt werden. Als Bimetall kann ein günstiges Ausdehnungsverhalten des Anschlusselementes relativ zur Glasausdehnung erzielt werden. Die Ausgleichsplatte ist bevorzugt hutförmig.

[0062] Das elektrische Anschlusselement enthält auf der zur Lotmasse ausgerichteten Fläche eine Beschichtung, die Kupfer, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber enthält. Dadurch wird eine Ausbreitung der Lotmasse über die Beschichtung hinweg verhindert und die Austrittsbreite begrenzt.

[0063] Die Form des elektrischen Anschlusselementes kann Lotdepots im Zwischenraum von Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur ausbilden. Die Lotdepots und Benetzungseigenschaften des Lotes am Anschlusselement verhindern den Austritt der Lotmasse aus dem Zwischenraum. Lotdepots können rechtwinklig, verrundet oder polygonal ausgestaltet sein.

[0064] Die Verteilung der Lotwärme und damit die Verteilung der Lotmasse im Lötvorgang kann durch die Form des Anschlusselementes definiert werden. Lotmasse fließt zum wärmsten Punkt. Beispielsweise kann die das Anschlusselement eine Einfach- oder Doppelhutform aufweisen, um die Wärme während des Lötvorgangs vorteilhaft im Anschlusselement zu verteilen.

[0065] Das Einbringen der Energie beim elektrischen Verbinden von elektrischem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur erfolgt bevorzugt mit Stempel, Thermoden, Kolbenlöten, bevorzugt Laserlöten, Heißluftlöten, Induktionslöten, Widerstandslöten und/oder mit Ultraschall.

[0066] Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit mindestens einem Anschlusselement gelöst, wobei
  1. a) Lotmasse auf der Kontaktfläche oder auf den Kontaktflächen des Anschlusselements als Plättchen mit festgelegter Schichtdicke, Volumen und Form aufgebracht wird,
  2. b) eine elektrisch leitfähige Struktur auf einem Bereich eines Substrats aufgebracht wird,
  3. c) das Anschlusselement mit der Lotmasse auf der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet wird,
  4. d) an die Lötstellen Energie eingebracht wird und
  5. e) das Anschlusselement mit der elektrisch leitfähigen Struktur verlötet wird.


[0067] Die Lotmasse wird bevorzugt vorher auf die Anschlusselemente appliziert, bevorzugt als Plättchen mit festgelegter Schichtdicke, Volumen, Form und Anordnung auf dem Anschlusselement.

[0068] Das Anschlusselement kann beispielsweise mit einem Blech, einer Litze oder einem Geflecht aus beispielsweise Kupfer verschweißt oder gecrimpt werden und mit der Bordelektrik verbunden werden.

[0069] Das Anschlusselement wird bevorzugt in Heizscheiben oder in Scheiben mit Antennen in Gebäuden, insbesondere in Automobilen, Eisenbahnen, Flugzeugen oder Seefahrzeugen benutzt. Das Anschlusselement dient dazu, die leitenden Strukturen der Scheibe mit elektrischen Systemen zu verbinden, welche außerhalb der Scheibe angeordnet sind. Die elektrischen Systeme sind Verstärker, Steuereinheiten oder Spannungsquellen.

[0070] Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe,

Fig. 1a eine schematische Darstellung der Wärmeverteilung während des Lötvorgangs,

Fig. 2a einen Schnitt A-A' durch die Scheibe gemäß Figur 1,

Fig. 2b einen Schnitt B-B' durch die Scheibe gemäß Figur 1,

Fig. 2c einen Schnitt C-C' durch die Scheibe gemäß Figur 1,

Fig. 3 einen Schnitt C-C' durch eine alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 4 einen Schnitt B-B' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 5 einen Schnitt B-B' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 6 einen Schnitt B-B' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 7 einen Schnitt A-A' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 8 einen Schnitt A-A' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 8a einen Schnitt A-A' durch eine weitere alternative erfindungsgemäße Scheibe,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe,

Fig. 9a einen Schnitt D-D' durch die Scheibe gemäß Figur 9,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung des Anschlusselements,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere alternative Ausgestaltung des Anschlusselements,

Fig. 11a einen Schnitt E-E' durch das Anschlusselement gemäß Figur 11,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine weitere alternative Ausgestaltung des Anschlusselements,

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine weitere alternative Ausgestaltung des Anschlusselements,

Fig. 13a einen Schnitt F-F' durch das Anschlusselement gemäß Figur 13,

Fig. 14 ein detailliertes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.



[0071] Fig.1, Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen beheizbaren Scheibe 1 im Bereich des elektrischen Anschlusselementes 3. Die Scheibe 1 ist ein 3 mm dickes thermisch vorgespanntes Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas. Die Scheibe 1 weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf. Auf der Scheibe 1 ist eine elektrisch leitfähige Struktur 2 in Form einer Heizleiterstruktur 2 aufgedruckt. Die elektrisch leitfähige Struktur 2 enthält Silberpartikel und Glasfritten. Im Randbereich der Scheibe 1 ist die elektrisch leitfähige Struktur 2 auf eine Breite von 10 mm verbreitert und bildet eine Kontaktfläche für das elektrische Anschlusselement 3. Im Randbereich der Scheibe 1 befindet sich weiter ein nicht dargestellter Abdecksiebdruck. Das Anschlusselement 3 besteht aus zwei Fußbereichen 7 und 7', die über die Brücke 9 miteinander verbunden sind. An den zum Substrat hingewandten Flächen der Fußbereiche 7 und 7' sind zwei Kontaktflächen 8' und 8" angeordnet. Im Bereich der Kontaktflächen 8' und 8" bewirkt die Lotmasse 4 eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2. Die Lotmasse 4 enthält 57 Gew.-% Wismut, 40 Gew.-% Zinn und 3 Gew.-% Silber. Die Lotmasse 4 ist durch ein vorgegebenes Volumen und Form vollständig zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2 angeordnet. Die Lotmasse 4 hat eine Dicke von 250 µm. Das elektrische Anschlusselement 3 besteht aus Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 10,0 x 10-6/°C. Jede der Kontaktflächen 8' und 8" hat die Form eines Kreissegments mit einem Radius von 3 mm und einem Mittelpunktswinkel α von 276°. Die Brücke 9 besteht aus drei planen Abschnitten 10, 11 und 12. Die zum Substrat hingewandte Fläche jedes der beiden Abschnitte 10 und 12 schließt mit der Oberfläche des Substrats 1 einen Winkel von 40° ein. Der Abschnitt 11 ist parallel zur Oberfläche des Substrats 1 angeordnet. Das elektrische Anschlusselement 3 hat eine Länge von 24 mm. Die beiden Fußbereiche 7 und 7' haben eine Breite von 6 mm, die Brücke 9 hat eine Breite von 4 mm.

[0072] An jeder der dem Substrat abgewandten Flächen 13 und 13' der Fußbereiche 7 und 7' ist ein Kontakterhebung 14 angeordnet. Die Kontakterhebungen 14 sind als Halbkugeln ausgeformt und haben eine Höhe von 2,5 x 10-4 m und eine Breite von 5 x 10-4 m. Die Mittelpunkte der Kontakterhebungen 14 sind lotrecht zur Oberfläche des Substrats oberhalb der Kreismittelpunkte der Kontaktflächen 8' und 8" angeordnet. Die Lötstellen 15 und 15' sind an den Punkten auf der konvexen Oberfläche der Kontakterhebungen 14 angeordnet, die den größten lotrechten Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweisen.

[0073] An jeder der Kontaktflächen 8' und 8" sind drei Abstandshalter 19 angeordnet. Die Abstandshalter 19 sind als Halbkugeln ausgeformt und haben eine Höhe von 2,5 x 10-4 m und eine Breite von 5 x 10-4 m.

[0074] Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 ist gut kaltumformbar und gut schweißbar mit allen Verfahren außer Gasschweißung. Der Stahl wird für den Bau von Schalldämpfer- und Abgasentgiftungsanlagen eingesetzt und ist dafür aufgrund der Zunderbeständigkeit bis über 950 °C und Korrosionsbeständigkeit gegen die im Abgassystem auftretenden Beanspruchungen besonders geeignet.

[0075] Fig. 1a zeigt schematisch eine vereinfachte Darstellung der Wärmeverteilung um die Lötstellen 15 und 15' während des Lötvorgangs. Die kreisförmigen Linien sind dabei Isothermen. Die Form der Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 aus Fig. 1 ist der Wärmeverteilung angepasst. Dadurch wird die Lotmasse 4 im Bereich der Kontaktflächen 8' und 8" gleichmäßig und vollständig aufgeschmolzen.

[0076] Fig. 3 zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2c eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Das elektrische Anschlusselement 3 ist auf der zur Lotmasse 4 hin ausgerichteten Fläche mit einer silberhaltigen Beschichtung 5 versehen. Dadurch wird eine Ausbreitung der Lotmasse über die Beschichtung 5 hinweg verhindert und die Austrittsbreite b begrenzt. In einer weiteren Ausgestaltung kann sich zwischen Anschlusselement 3 und silberhaltiger Schicht 5 eine haftvermittelnde Schicht, beispielsweise aus Nickel und / oder Kupfer, befinden. Die Austrittsbreite b der Lotmasse 4 ist unterhalb von 1 mm. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0077] Fig. 4 zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2c eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Das elektrische Anschlusselement 3 enthält auf der zur Lotmasse 4 hin ausgerichteten Fläche eine Aussparung mit einer Tiefe von 250 µm, die ein Lotdepot für die Lotmasse 4 bildet. Ein Austritt der Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum kann vollständig verhindert werden. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0078] Fig. 5 zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2c eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Die Fußbereiche 7 und 7' des elektrischen Anschlusselements 3 sind an den Randbereichen aufgebogen. Die Höhe der Aufbiegung der Randbereiche von der Glasscheibe 1 beträgt maximal 400 µm. Dadurch wird ein Raum für die Lotmasse 4 gebildet. Die vorgegebene Lotmasse 4 bildet zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2 einen konkaven Meniskus. Ein Austritt von Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum kann vollständig verhindert werden. Die Austrittsbreite b ist in etwa 0, größtenteils aufgrund des gebildeten Meniskus unterhalb von null. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0079] Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3 mit Kontaktflächen 8' und 8" in Form von Kreissegmenten und abschnittsweise plan ausgeformter Brücke 9. Das Anschlusselement 3 enthält eine eisenhaltige Legierung mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 8 x 10-6/°C. Die Materialdicke beträgt 2 mm. Im Bereich der Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselementes 3 sind hutförmige Ausgleichskörper 6 mit chromhaltigem Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509) aufgebracht. Die maximale Schichtdicke der hutförmigen Ausgleichskörper 6 beträgt 4 mm. Durch die Ausgleichskörper können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Anschlusselementes 3 den Erfordernissen der Scheibe 1 und der Lotmasse 4 angepasst werden. Die hutförmigen Ausgleichskörper 6 führen zu einem verbesserten Wärmefluss während der Herstellung der Lotverbindung 4. Die Erwärmung erfolgt vor allem im Zentrum der Kontaktflächen 8' und 8". Die Austrittsbreite b der Lotmasse 4 kann weiter reduziert werden. Aufgrund der geringen Austrittsbreite b von < 1 mm und des angepassten Ausdehnungskoeffizienten können die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 weiter reduziert werden. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0080] Fig. 7 zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2a eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Die Brücke 9 ist gekrümmt und hat das Profil eines Kreisbogens mit einem Krümmungsradius von 12 mm. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0081] Fig. 8 zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2a eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Die Brücke 9 ist gekrümmt und ändert zweimal ihre Krümmungsrichtung. Angrenzend an die Fußbereiche 7 und 7' weist die Krümmungsrichtung vom Substrat 1 weg. Dadurch gibt es an den Verbindungen 16 und 16' zwischen den Kontaktflächen 8' und 8" und der Unterseite der Brücke 9 keine Kanten. Die Unterseite des Anschlusselements 3 weist einen kontinuierlichen Verlauf auf. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0082] Fig. 8a zeigt in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2a eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselementes 3. Die Brücke 9 besteht aus zwei planen Abschnitten 22 und 23. Die zum Substrat hingewandte Fläche jedes der beiden Abschnitte 22 und 23 schließt mit der Oberfläche des Substrats 1 einen Winkel von 20° ein. Die zum Substrat hingewandten Flächen der beiden Abschnitte 22 und 23 schließen miteinander einen Winkel von 140° ein. Die thermischen Spannungen in der Scheibe 1 sind unkritisch und es wird eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Anschlusselement 3 und der Scheibe 1 über die elektrisch leitfähige Struktur 2 bereitgestellt.

[0083] Fig. 9 und Fig. 9a zeigen je ein Detail einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe 1 im Bereich des elektrischen Anschlusselementes 3. Das Anschlusselement 3 enthält Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509). Die Fußbereiche 7 und 7' sind über die Brücke 9 miteinander verbunden. Die Brücke 9 besteht aus drei plan ausgeformten Abschnitten 10, 11 und 12. Jede der Kontaktflächen 8' und 8" ist als Rechteck mit an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Halbkreisen ausgeformt. Das Anschlusselement 3 hat eine Länge von 24 mm. Die Brücke 9 hat eine Breite von 4 mm. Die Kontaktflächen 8' und 8" sind 4 mm lang und 8 mm breit.

[0084] An jeder der vom Substrat 1 abgewandten Flächen 13 und 13' der Fußbereiche 7 und 7' ist ein Kontakterhebung 14 angeordnet. Jede Kontakterhebung 14 ist als Quader mit einer Länge von 3 mm und einer Breite von 1 mm ausgeformt, wobei die vom Substrat 1 abgewandten Flächen konvex gekrümmt ausgeformt sind. Die Höhe der Kontakterhebungen beträgt 0,6 mm. Die Lötstellen 15 und 15' sind an den Punkten auf der konvexen Oberfläche der Kontakterhebungen 14 angeordnet, die den größten lotrechten Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweisen. An jeder der Kontaktflächen 8' und 8" sind zwei Abstandshalter 19 angeordnet, die als Halbkugeln mit Radius von 2,5 x 10-4 m ausgeformt sind. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0085] Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3. Die Fußbereiche 7 und 7' sind über die Brücke 9 miteinander verbunden. Die Kontaktflächen 8 und 8' sind als Kreissegmente mit Radius von 2,5 mm und einem Mittelpunktswinkel α von 280° ausgeformt. Die Brücke 9 ist gekrümmt ausgeformt. Die Breite der Brücke wird ausgehend von den Verbindungen 16 und 16' zu den Kontaktflächen 8 und 8' in Richtung der Brückenmitte kleiner. Die minimale Breite der Brücke beträgt 3 mm. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0086] In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlusselement 3 mit der Kontur aus Figur 10 nicht brückenförmig gestaltet. Das Anschlusselement 3 ist dabei über eine Kontaktfläche 8 vollflächig mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden.

[0087] Fig. 11 und Fig. 11a zeigen je ein Detail einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3. Die beiden Fußbereiche 7 und 7' sind über die Brücke 9 miteinander verbunden. Jede Kontaktfläche 8' und 8" ist als Kreissegment mit einem Radius von 2,5 mm und einem Mittelpunktswinkel α von 286° ausgeformt. Die Brücke 9 besteht aus zwei Teilelementen. Die Teilelemente haben jeweils einen gekrümmten Teilbereich 17 und 17' und einen planen Teilbereich 18 und 18'. Die Brücke 9 ist durch den Teilbereich 17 mit dem Fußbereich 7 und durch den Teilbereich 17' mit dem Fußbereich 7' verbunden. Die Krümmungsrichtungen der Teilbereiche 17 und 17' weisen vom Substrat 1 weg. Die planen Teilbereiche 18 und 18' sind senkrecht zur Oberfläche des Substrats angeordnet und befinden sich in direktem Kontakt miteinander. Die Kontakterhebungen 14 sind als Halbkugeln mit einem Radius vom 5 x 10-4 m ausgeformt. Die Abstandshalter 19 sind als Halbkugeln mit einem Radius vom 2,5 x 10-4 m ausgeformt. Das Anschlusselement 3 hat eine Länge von 10 mm. Die Fußbereiche 7 und 7' haben eine Breite von 5 mm, die Brücke 9 hat eine Breite von 3 mm. Die Höhe der Brücke 9 von der Oberfläche des Substrats 1 beträgt 3 mm. Die Höhe der Brücke 9 kann bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm betragen. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0088] Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3. Die beiden Fußbereiche 7 und 7' sind über eine gekrümmte Brücke 9 miteinander verbunden. Jede Kontaktfläche 8' und 8" ist als Kreis mit einem Radius von 2,5 mm ausgeformt. Die beiden Verbindungen 16 und 16' zwischen den Fußbereichen 7 und 7' und der Brücke 9 sind vollständig auf verschiedenen Seiten der direkten Verbindungslinie zwischen den Kreismittelpunkten der Kontaktflächen 8' und 8" angeordnet. Die Projektion der Brücke in die Ebene der Substratoberfläche ist gekrümmt. Die Krümmungsrichtung ändert sich dabei in der Brückenmitte. In der Mitte der Brücke 9 sind seitlich zwei einander gegenüberliegende Ausbuchtungen in Form von Kreissegmenten mit Radien von 2 mm angeordnet. Die Radien der Ausbuchtungen können bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm betragen. Die Ausbuchtungen können beispielsweise auch eine rechteckige Form aufweisen mit einer bevorzugten Länge und Breite von 1 mm bis 6 mm. An den Bereich der Brücke 9, der von den Rändern der Ausbuchtungen begrenzt wird, kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material zur Verbindung mit der Bordelektrik angebracht werden, beispielsweise durch Verschweißen oder Vercrimpen. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0089] Fig. 13 und Fig. 13a zeigen je ein Detail einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3. Das Anschlusselement 3 ist über eine Kontaktfläche 8 vollflächig mit der elektrisch leitfähigen Struktur 2 verbunden. Die Kontaktfläche 8 ist als Rechteck mit an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Halbkreisen ausgeformt. Die Kontaktfläche hat eine Länge von 14 mm und eine Breite von 5 mm. Das Anschlusselement 3 ist umlaufend im Randbereich 20 aufgebogen. Die Höhe des Randbereichs 20 von der Glasscheibe 1 beträgt 2,5 mm. Die Höhe des Randbereichs 20 kann in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm betragen. An einer der beiden geraden Seiten des Anschlusselements 3 ist auf dem aufgebogenen Rand ein Verlängerungselement 21 angeordnet. Das Verlängerungselement 21 besteht aus einem gekrümmten Teilbereich und einem planen Teilbereich. Das Verlängerungselement 21 ist durch den gekrümmten Teilbereich mit dem Randbereich 20 des Anschlusselements 3 verbunden und die Krümmungsrichtung ist der gegenüberliegenden Seite des Anschlusselements 3 zugewandt. Das Verlängerungselement 21 hat in der Draufsicht eine Länge von 11 mm und eine Breite von 6 mm. Das Verlängerungselement 21 kann bevorzugt eine Länge zwischen 5 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 7 mm und 15 mm und eine Breite von 2 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 8 mm aufweisen. An das Verlängerungselement 21 kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material zur Verbindung mit der Bordelektrik angebracht werden, beispielsweise durch Verschweißen, Vercrimpen oder in Form einer Steckverbindung. Aufgrund der Anordnung der Lotmasse 4 werden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 ist über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0090] Fig. 14 zeigt detailliert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Scheibe 1 mit elektrischem Anschlusselement 3. Dort wird ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement 3 dargestellt. Als erster Schritt ist es notwendig, die Lotmasse 4 nach Form und Volumen zu portionieren. Die portionierte Lotmasse 4 wird auf die Kontaktfläche 8 oder die Kontaktflächen 8' und 8" des elektrischen Anschlusselementes 3 angeordnet. Das elektrische Anschlusselement 3 wird mit der Lotmasse 4 auf der elektrisch leitfähigen Struktur 2 angeordnet. Es erfolgt eine dauerhafte Verbindung des elektrischen Anschlusselementes 3 mit der elektrisch leitfähigen Struktur 2 und dadurch mit der Scheibe 1 unter Energieeintrag an den Lötstellen 15 und 15'.

Beispiel



[0091] Testproben wurden angefertigt mit der Scheibe 1 (Dicke 3 mm, Breite 150 cm und Höhe 80 cm), der elektrisch leitfähigen Struktur 2 in Form einer Heizleiterstruktur, dem elektrischen Anschlusselement 3 gemäß der Figur 1, der Silberschicht 5 auf den Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 und der Lotmasse 4. Die Materialdicke des Anschlusselementes 3 betrug 0,8 mm. Das Anschlusselement 3 enthielt Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509). Auf jeder der Kontaktflächen 8' und 8" waren drei Abstandshalter 19 angeordnet. Jede Lötstelle 15 und 15' war auf einer Kontakterhebung 14 angeordnet. Die Lotmasse 4 wurde vorher als Plättchen mit festgelegter Schichtdicke, Volumen und Form auf den Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 aufgebracht. Das Anschlusselement 3 wurde mit der angebrachten Lotmasse 4 auf der elektrisch leitfähigen Struktur 2 angebracht. Das Anschlusselement 3 wurde bei einer Temperatur von 200 °C und einer Behandlungsdauer von 2 Sekunden auf der elektrisch leitfähigen Struktur 2 angelötet. Ein Austritt der Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2, die eine Schichtdicke t von 50 µm überstieg, wurde nur auf einer maximalen Austrittsbreite von b = 0,4 mm beobachtet. Die Ausmaße und Zusammensetzungen des elektrischen Anschlusselements 3, der Silberschicht 5 auf den Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 und der Lotmasse 4 gehen aus der Tabelle 1 hervor. Durch die Anordnung der Lotmasse 4, vorgegeben durch das Anschlusselement 3 und die elektrisch leitfähige Struktur 2, wurden keine kritischen mechanischen Spannungen in der Scheibe 1 beobachtet. Die Verbindung der Scheibe 1 mit dem elektrischen Anschlusselement 3 war über die elektrisch leitfähige Struktur 2 dauerhaft stabil.

[0092] Bei sämtlichen Proben konnte bei einem Temperaturunterschied von +80 °C auf -30 °C beobachtet werden, dass kein Glassubstrat 1 brach oder Schäden aufwies. Es konnte gezeigt werden, dass kurz nach dem Anlöten diese Scheiben 1 mit angelöteten Anschlusselement 3 gegen plötzlichen Temperaturabfall stabil waren.

[0093] Des Weiteren wurden Testproben mit einer zweiten Zusammensetzung des elektrischen Anschlusselements 3 durchgeführt. Das Anschlusselement 3 enthielt dabei eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung. Die Ausmaße und Zusammensetzungen des elektrischen Anschlusselements 3, der Silberschicht 5 auf den Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 und der Lotmasse 4 gehen aus Tabelle 2 hervor. Beim Austritt der Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2, die eine Schichtdicke t von 50 µm überstieg, wurde eine durchschnittliche Austrittsbreite b = 0,4 mm erhalten. Auch hier konnte beobachtet werden, dass bei einem Temperaturunterschied von +80 °C auf -30 °C kein Glassubstrat 1 brach oder Schäden aufwies. Es konnte gezeigt werden, dass kurz nach dem Anlöten diese Scheiben 1 mit angelötetem Anschlusselement 3 gegen plötzlichen Temperaturabfall stabil waren.

[0094] Des Weiteren wurden Testproben mit einer dritten Zusammensetzung des elektrischen Anschlusselements 3 durchgeführt. Das Anschlusselement 3 enthielt dabei eine Eisen-Nickel-Legierung. Die Ausmaße und Zusammensetzungen des elektrischen Anschlusselements 3, der Silberschicht 5 auf den Kontaktflächen 8' und 8" des Anschlusselements 3 und der Lotmasse 4 gehen aus Tabelle 3 hervor. Beim Austritt der Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2, die eine Schichtdicke t von 50 µm überstieg, wurde eine durchschnittliche Austrittsbreite b = 0,4 mm erhalten. Auch hier konnte beobachtet werden, dass bei einem Temperaturunterschied von +80 °C auf -30 °C kein Glassubstrat 1 brach oder Schäden aufwies. Es konnte gezeigt werden, dass kurz nach dem Anlöten diese Scheiben 1 mit angelötetem Anschlusselement 3 gegen plötzlichen Temperaturabfall stabil waren.
Tabelle 1
BestandteileMaterialBeispiel
Anschlusselement 3  
  Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 mit der Zusammensetzung:  
        Eisen (Gew.-%) 78,87
        Kohlenstoff (Gew.-%) 0,03
        Chrom (Gew.-%) 18,5
        Titan (Gew.-%) 0,6
        Niob (Gew.-%) 1
        Mangan (Gew.-%) 1
  CTE (coefficient of thermal expansion) (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 10
  Differenz zwischen CTE Anschlusselement und Substrat (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 1,7
  Dicke des Anschlusselements (m) 8,0 x 10-4
Benetzungsschicht 5  
  Silber (Gew.-%) 100
  Dicke der Schicht (m) 7,0 x 10-6
Lotmasse 4  
  Zinn (Gew.-%) 40
  Wismut (Gew.-%) 57
  Silber (Gew.-%) 3
  Dicke der Lotschicht in (m) 250 x 10-6
  Die Dicke der Benetzungsschicht und der Lotschicht (m) 257 x 10-6
Glas Substrat 1  
(Natron-Kalk-Glas)  
  CTE (10-6/°C für 0 °C - 320 °C) 8,3
Tabelle 2
BestandteileMaterialBeispiel
Anschlusselement 3  
        Eisen (Gew.-%) 54
        Nickel (Gew.-%) 29
        Kobalt (Gew.-%) 17
  CTE (coefficient of thermal expansion) (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 5,1
  Differenz zwischen CTE Anschlusselement und Substrat (10-6/°C für 0°C - 100 °C) 3,2
  Dicke des Anschlusselements (m) 8,0 x 10-4
Benetzungsschicht 5  
  Silber (Gew.-%) 100
  Dicke der Schicht (m) 7,0 x 10-6
Lotmasse 4  
  Zinn (Gew.-%) 40
  Wismut (Gew.-%) 57
  Silber (Gew.-%) 3
  Dicke der Lotschicht in (m) 250 x 10-6
  Die Dicke der Benetzungsschicht und der Lotschicht (m) 257 x 10-6
Glas Substrat 1  
(Natron-Kalk-Glas)  
  CTE (10-6/°C für 0 °C - 320 °C) 8,3
Tabelle 3
BestandteileMaterialBeispiel
Anschlusselement 3  
        Eisen (Gew.-%) 65
        Nickel (Gew.-%) 35
  CTE (coefficient of thermal expansion) (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 1,7
  Differenz zwischen CTE Anschlusselement und Substrat (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 6,6
  Dicke des Anschlusselements (m) 8,0 x 10-4
Benetzungsschicht 5  
  Silber (Gew.-%) 100
  Dicke der Schicht (m) 7,0 x 10-6
Lotmasse 4  
  Zinn (Gew.-%) 40
  Wismut (Gew.-%) 57
  Silber (Gew.-%) 3
  Dicke der Lotschicht in (m) 250 x 10-6
  Die Dicke der Benetzungsschicht und der Lotschicht (m) 257 x 10-6
Glas Substrat 1  
(Natron-Kalk-Glas)  
  CTE (10-6/°C für 0 °C - 320 °C) 8,3

Vergleichsbeispiel



[0095] Das Vergleichsbeispiel wurde genauso durchgeführt wie das Beispiel. Der Unterschied lag in der Form des Anschlusselements. Dieses war nach dem Stand der Technik über eine rechteckige Kontaktfläche mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden. Die Form der Kontaktfläche war nicht an das Profil der Wärmeverteilung angepasst. Auf der Kontaktfläche waren keine Abstandshalter angeordnet. Die Lötstellen 15 und 15' waren nicht auf Kontakterhebungen angeordnet. Die Ausmaße und Bestandteile des elektrischen Anschlusselements 3, der Metallschicht auf der Kontaktfläche des Anschlusselements 3 und der Lotmasse 4 gehen aus der Tabelle 4 hervor. Das Anschlusselement 3 wurde mit der elektrisch leitfähigen Struktur 2 nach herkömmlichen Verfahren mittels der Lotmasse 4 verlötet. Beim Austritt der Lotmasse 4 aus dem Zwischenraum zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2, die eine Schichtdicke t von 50 µm überstieg, wurde eine durchschnittliche Austrittsbreite b = 2 mm bis 3 mm erhalten.

[0096] Bei einem plötzlichen Temperaturunterschied von +80 °C auf -30 °C wurde beobachtet, dass die Glassubstrate 1 kurz nach dem Anlöten überwiegend Schäden aufwiesen.
Tabelle 4
BestandteileMaterialVergleichsbeispiel
Anschlusselement 3Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4509 nach EN 10 088-2 mit der Zusammensetzung: 
        Eisen (Gew.-%) 78,87
        Kohlenstoff (Gew.-%) 0,03
        Chrom (Gew.-%) 18,5
        Titan (Gew.-%) 0,6
        Niob (Gew.-%) 1
        Mangan (Gew.-%) 1
  CTE (coefficient of thermal expansion) (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 10
  Differenz zwischen CTE des Anschlusselements und des Substrats (10-6/°C für 0 °C - 100 °C) 1,7
  Dicke des Anschlusselements (m) 8,0 x 10-4
Benetzungsschicht 5  
  Silber (Gew.-%) 100
  Dicke der Schicht (m) 7,0 x 10-6
Lotmasse 4  
  Zinn (Gew.-%) 40
  Wismut (Gew.-%) 57
  Silber (Gew.-%) 3
  Dicke der Lotschicht in (m) 250 x 10-6
  Die Dicke der Benetzungsschicht und der Lotschicht (m) 257 x 10-6
Glas Substrat 1  
(Natron-Kalk-Glas)  
  CTE (10-6/°C für 0 °C - 320 °C) 8,3


[0097] Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäße Scheiben mit Glassubstraten 1 und erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementen 3 eine bessere Stabilität gegen plötzliche Temperaturunterschiede aufwiesen.

[0098] Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.

Bezugszeichenliste



[0099] 
(1)
Scheibe
(2)
Elektrisch leitfähige Struktur
(3)
Elektrisches Anschlusselement
(4)
Lotmasse
(5)
Benetzungsschicht
(6)
Ausgleichskörper
(7)
Fußbereich des elektrischen Anschlusselements 3
(7')
Fußbereich des elektrischen Anschlusselements 3
(8)
Kontaktfläche des Anschlusselements 3
(8')
Kontaktfläche des Anschlusselements 3
(8")
Kontaktfläche des Anschlusselements 3
(9)
Brücke zwischen den Fußbereichen 7 und 7'
(10)
Abschnitt der Brücke 9
(11)
Abschnitt der Brücke 9
(12)
Abschnitt der Brücke 9
(13)
vom Substrat 1 abgewandte Fläche des Fußbereichs 7
(13')
vom Substrat 1 abgewandte Fläche des Fußbereichs 7'
(14)
Kontakterhebung
(15)
Lötstelle
(15')
Lötstelle
(16)
Verbindung von Kontaktfläche 8 und der Unterseite der Brücke 9
(16')
Verbindung von Kontaktfläche 8' und der Unterseite der Brücke 9
(17)
Teilbereich der Brücke 9
(17')
Teilbereich des Brücke 9
(18)
Teilbereich des Brücke 9
(18')
Teilbereich des Brücke 9
(19)
Abstandshalter
(20)
Randbereich des Anschlusselements 3
(21)
Verlängerungselement
(22)
Abschnitt der Brücke 9
(23)
Abschnitt der Brücke 9
α
Mittelpunktswinkel eines Kreissegments einer Kontaktfläche 8'
b
maximale Austrittsbreite der Lotmasse
t
Grenzdicke der Lotmasse
A-A'
Schnittlinie
B-B'
Schnittlinie
C-C'
Schnittlinie
D-D'
Schnittlinie
E-E'
Schnittlinie
F-F'
Schnittlinie



Ansprüche

1. Scheibe, umfassend:

- ein Substrat (1),

- eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf einem Bereich des Substrats (1),

- eine Schicht einer Lotmasse (4) auf einem Bereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2),

- mindestens ein elektrisches Anschlusselement (3), das einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-% enthält,

- mindestens zwei Lötstellen (15,15') des Anschlusselements (3) auf der Lotmasse (4), wobei

- die Lötstellen (15,15') mindestens eine Kontaktfläche (8) zwischen dem Anschlusselement (3) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) ausbilden und

- die Form der Kontaktfläche (8) mindestens ein Segment eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises mit einem Mittelpunktswinkel α von mindestens 90° aufweist.


 
2. Scheibe nach Anspruch 1, wobei

- die Lötstellen (15,15') zwei voneinander getrennte Kontaktflächen (8',8") zwischen dem Anschlusselement (3) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) ausbilden,

- die beiden Kontaktflächen (8',8") über die zum Substrat (1) hingewandte Fläche einer Brücke (9) miteinander verbunden sind und

- die Form jeder der beiden Kontaktflächen (8',8") mindestens ein Segment eines Ovals, einer Ellipse oder eines Kreises mit einem Mittelpunktswinkel α von mindestens 90° aufweist.


 
3. Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktfläche (8) oder die Kontaktflächen (8',8") in Form eines Rechtecks mit zwei an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Halbkreisen ausgeformt sind.
 
4. Scheibe nach Anspruch 2, wobei jede Kontaktfläche (8',8") in Form eines Kreises oder eines Kreissegments mit einem Mittelpunktswinkel α von mindestens 180°, bevorzugt mindestens 220° ausgeformt ist.
 
5. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat (1) Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, oder Polymere, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und / oder Gemische davon, enthält.
 
6. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an der Kontaktfläche (8) oder den Kontaktflächen (8',8") Abstandshalter (19) angeordnet sind.
 
7. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der beiden Lötstellen (15,15') auf einer Kontakterhebung (14) angeordnet ist.
 
8. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Anschlusselement (3) zumindest 50 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Molybdän oder 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthält.
 
9. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lotmasse (4) Zinn und Wismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon enthält.
 
10. Scheibe nach Anspruch 9, wobei der Anteil an Zinn in der Lotzusammensetzung (4) 3 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% beträgt und der Anteil von Wismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-% beträgt.
 
11. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Anschlusselement (3) mit Nickel, Zinn, Kupfer und / oder Silber beschichtet ist, bevorzugt mit 0,1 µm bis 0,3 µm Nickel und / oder 3 µm bis 20 µm Silber.
 
12. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei

a) Lotmasse (4) auf die Kontaktfläche (8) oder die Kontaktflächen (8',8") des Anschlusselements (3) als Plättchen mit festgelegter Schichtdicke, Volumen und Form aufgebracht wird,

b) eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf einem Bereich eines Substrats (1) aufgebracht wird,

c) das Anschlusselement (3) mit der Lotmasse (4) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (2) angeordnet wird,

d) an die Lötstellen (15,15') Energie eingebracht wird und

e) das Anschlusselement (3) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) verlötet wird.


 
13. Verwendung einer Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für Fahrzeuge mit elektrisch leitfähigen Strukturen, bevorzugt mit Heizleitern und/oder Antennenleitern.
 




Zeichnung












































IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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