Scheibe mit elektrischem Anschlusselement

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Scheibe (l) wobei,
- eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf einer Glasscheibe (1) aufgebracht ist,
- mindestens eine Zwischenlage (3) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufgebracht ist,
- mindestens ein elektrisches Anschlusselement (4) auf der Zwischenlage (3) aufgebracht ist und wobei die Zwischenlage (3), elektrisches Anschlusselement (4) und elektrisch leitfähige Struktur (2) mindestens einen Hohlraum (5) bilden und der Hohlraum (5) eine elektrisch leitfähige Masse (7) enthält.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibe mit elektrischem Anschlusselement, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

[0002] Elektrische Anschlusselemente an Scheiben mit elektrisch leitfähigen Strukturen sind beispielsweise aus WO 2007/116088 A1 bekannt.

[0003] DE 10 2007 059 818 B3 offenbart ein Flachleiter-Anschlusselement mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, das auf einer Außenfläche einer Scheibe befestigt ist und zwischen einem Abschnitt der elektrisch leitfähigen Schicht mit einer frei liegenden Lötfläche einerseits und der Glasscheibenoberfläche andererseits wenigstens eine elektrisch isolierende Pufferschicht vorgesehen ist.

[0004] Aus DE 103 92 500 T5 sind Verfahren und Artikel zum Aufbringen und Zurückhalten von Lotmassen für die mechanische und elektrische Verbindung von elektrischen Anschlusselementen bekannt. Ein Körper mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Löchern trägt eine Lötmasse, wobei die Lötmasse über den Löchern angeordnet ist.

[0005] Die bekannten Lösungen haben den Nachteil, dass zwischen elektrischem Anschlusselement und der Glasscheibe mechanische Spannungen auftreten, die zu Schäden bis zum Bruch der Glasscheiben führen können.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, mechanische und elektrisch dauerhaft stabile Verbindung von elektrischen Anschlusselementen mit Scheiben bereitzustellen.

[0007] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein neues Verfahren zur Herstellung von Scheiben mit elektrischen Anschlusselementen sowie eine neue Verwendung derselben zu finden.

[0008] Die Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Patentansprüchen 1, 11 und 15 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.

[0009] Die Erfindung umfasst eine Scheibe wobei, eine elektrisch leitfähige Struktur auf einer Glasscheibe aufgebracht ist, mindestens eine Zwischenlage auf der elektrisch leitfähigen Struktur aufgebracht ist, mindestens ein elektrisches Anschlusselement auf der Zwischenlage aufgebracht ist und wobei die Zwischenlage, elektrisches Anschlusselement und elektrisch leitfähige Struktur mindestens einen Hohlraum bilden und der Hohlraum eine elektrisch leitfähige Masse enthält.

[0010] Vorteile der erfindungsgemäßen Scheibe liegen unter anderem darin, dass kritische mechanische Spannungen durch die Zwischenlage zwischen dem elektrischen Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur auf der Glasscheibe minimiert sind.

[0011] Kritische mechanische Spannungen resultieren aus Betrag und Richtung von Punkt-, Linien- und Flächenkräften, Scherkräften sowie Torsionskräften, die aufgrund von Belastungen bei der Herstellung oder Verwendung der Scheiben zu Schäden oder Bruch an den Scheiben führen können.

[0012] Durch Temperaturwechsel induzierte mechanische Spannungen erhöhen sich insbesondere mit Differenzen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Viskosität der verwendeten Materialien.

[0013] Die mechanischen Spannungen sind besonders kritisch, wenn das Verbinden von Glasscheiben mit elektrischen Anschlusselementen bei Temperaturen > 60 °C, besonders bei > 120 °C und ganz besonders > 158 °C erfolgt.

[0014] Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum vollständig von der Zwischenlage umschlossen ist. Der Hohlraum bildet dann mindestens eine Aussparung innerhalb der Zwischenlage. Die Aussparung wird von der elektrisch leitfähigen Struktur, dem elektrischen Anschlusselement und der Zwischenlage begrenzt.

[0015] Hohlräume sind gemäß der Erfindung vorteilhaft, da Stützkavitäten für elektrisch leitfähige Masse bereitgestellt werden. Die Formgebung der elektrisch leitfähigen Masse wird durch die Form der Hohlräume, die Benetzung der elektrisch leitfähigen Masse innerhalb der Hohlräume und die Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse bei der Herstellung und bei der Verwendung eingestellt. Kritische mechanische Spannungen werden verhindert.

[0016] Die Form und das Volumen der Hohlräume werden insbesondere durch die Form und das Volumen der Zwischenlage, sowie durch die Form des elektrischen Anschlusselementes bestimmt.

[0017] Innerhalb der Hohlräume wird die elektrisch leitfähige Masse in allen drei Raumrichtungen in einer definierten Geometrie gehalten und eine dauerhafte, elektrische Verbindung zwischen elektrischem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur erzielt.

[0018] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrisch leitfähige Masse innerhalb des Hohlraums angeordnet. Elektrisch leitfähige Masse befindet sich nicht in Bereichen außerhalb der Hohlräume. Die Bereiche außerhalb der Hohlräume werden durch die Außenkante der Hohlräume und / oder Projektionen der Außenkanten gebildet. Elektrisch leitfähige Masse ist bei Betrachtung der erfindungsgemäßen Scheibe in Draufsicht nicht zu erkennen. Die elektrisch leitfähige Masse schließt aufgrund ihrer Form, Benetzungseigenschaften und Viskosität bevorzugt bündig mit den Außenkanten der Hohlräume ab.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Zwischenlage eine Dicke von 0,5 µm bis 1 mm, bevorzugt 1 µm bis 500 µm und besonders bevorzugt 10 µm bis 300 µm auf.

[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Hohlräume einen Durchmesser oder Flächenäquivalent von 0,1 mm bis 2 mm und bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm auf.

[0021] In einer alternativen Ausgestaltung weisen die Hohlräume einen Durchmesser oder Flächenäquivalent von 2 mm bis 25 mm und bevorzugt von 3 mm bis 10 mm und ganz besonders bevorzugt von 7,5 mm bis 8,5 mm auf.

[0022] Die Hohlräume weisen bevorzugt runde, ellipsenförmige, rechteckige oder polygonale Formen auf, die gemäß der Erfindung eine Form der elektrisch leitfähigen Masse ausbilden, die eine verbesserte, mechanische und elektrisch dauerhaft stabile Verbindung von elektrischen Anschlusselementen an Scheiben bewirkt.

[0023] Die Flächenäquivalente der Hohlräume berechnen sich aus dem Durchmesser bezogen auf eine runde Form der Hohlräume und können auf Flächen von ellipsenförmigen, rechteckigen oder polygonalen oder sämtliche Formen übertragen werden, die eine verbesserte, mechanische und elektrisch dauerhaft stabile Verbindung von elektrischen Anschlusselementen an Scheiben bewirken.

[0024] Besonders vorteilhaft sind gemäß der Erfindung Zwischenlagen, die durch eine Vielzahl von Hohlräumen möglichst viele Kraftangriffspunkte zwischen elektrisch leitfähiger Masse und elektrisch leitfähiger Schicht bewirken.

[0025] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Hohlräume in der Zwischenlage einen Querschnitt auf, der aus einem, dem elektrischen Anschlusselement zugewandten Bereich, einem Zwischenbereich und einem, der elektrisch leitfähigen Struktur abgewandten Bereich gebildet wird. Die Formen der Hohlräume in Draufsicht können über die Tiefe der Hohlräume unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Bereiche weisen bevorzugt runde, ellipsenförmige oder rechteckige Formen auf. Die elektrisch leitfähige Masse kann in den Hohlräumen eine besonders günstige Form ausbilden, um die mechanischen Belastungen zur elektrisch leitfähigen Struktur und zur Glasscheibe zu verringern. Dies ist besonders günstig, wenn die elektrisch leitfähige Masse nicht aus den Hohlräumen austritt.

[0026] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die elektrisch leitfähige Masse durch die Benetzungseigenschaften und Viskosität der elektrisch leitenden Masse innerhalb der Hohlräumen gehalten. Die Benetzungseigenschaften oder Kapillarkräfte werden durch die Grenzflächenenergien der Materialien der elektrisch leitfähigen Masse, der Zwischenlage, des Anschlusselementes, der elektrisch leitfähigen Struktur, der Glasscheibe und/oder der umgebenden Atmosphäre eingestellt.

[0027] Besonders bevorzugt ist es gemäß der Erfindung wenn die elektrisch leitfähige Masse einen konkaven Meniskus innerhalb des Hohlraumes ausbildet.

[0028] Ganz besonders bevorzugt wird der konkave Meniskus durch einen sehr kleinen Benetzungswinkel der elektrisch leitfähigen Masse innerhalb des Hohlraumes eingestellt.

[0029] Die Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse hängen von dem Material und der Temperatur ab. Es ist gemäß der Erfindung vorteilhaft, die Formgebung im Temperaturbereich zwischen der Liquidus- und der Solidus-Temperatur zu bewirken, wenn eine starke Änderung der Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse beobachtet wird.

[0030] Die erfindungsgemäße Zwischenlage ist besonders vorteilhaft, wenn der dem elektrischen Anschlusselement zugewandte Bereich der Aussparungen einen kleineren Durchmesser oder eine kleinere Fläche aufweist als der Bereich, der der elektrisch leitfähigen Struktur zugewandt ist.

[0031] In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zwischenlagen sind die Kantenformen an den Aussparungen und die Form des elektrischen Anschlusselementes dem Fliessverhalten, der Viskosität und den Benetzungseigenschaften der elektrisch leitfähigen Masse angepasst. Bevorzugt sind die Kantenbereiche rechtwinklig, verrundet oder stark verrundet ausgeführt.

[0032] Besonders bevorzugt bilden die elektrisch leitfähige Struktur, die Zwischenlage und das elektrische Anschlusselement einen hyperbolischen Trichter, der sich von der elektrisch leitfähigen Struktur zum elektrischen Anschlusselement verjüngt. Ganz besonders bevorzugt sind die Aussparungen nur im Randbereich des hyperbolischen Trichters mit elektrisch leitfähiger Masse gefüllt. Die Form der elektrisch leitfähigen Masse wird durch die Benetzungseigenschaften und die Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse an der Zwischenlage und dem elektrischen Anschlusselement vorgegeben.

[0033] Dies ist besonders vorteilhaft, um expandierende Gase während der Herstellung gezielt aus den Hohlräumen abzuleiten.

[0034] Die mechanischen Kräfte verlaufen gemäß der Erfindung zwischen der elektrisch leitfähigen Masse und der elektrisch leitfähigen Struktur oder der Glasscheibe in einem flachen Angriffswinkel.

[0035] Erfindungsgemäß werden elektrisch leitfähige Massen eingesetzt, die aufgrund ihrer Form, Viskosität und ihres Aggregatzustandes keine kritischen Kräfte zur elektrisch leitfähigen Struktur und / oder Glasscheibe weiterleiten.

[0036] Die Viskosität ist im Rahmen der Erfindung auch ein Ausdruck für Duktilität der elektrisch leitfähigen Masse im festen Aggregatzustand.

[0037] Besonders vorteilhaft ist gemäß der Erfindung, wenn die mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement und der Glasscheibe über die Zwischenlage erfolgt und die Solidustemperatur der elektrisch leitfähigen Masse kleiner als 158 °C, bevorzugt kleiner als 120 °C und ganz besonders bevorzugt kleiner als 65 °C ist.

[0038] Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist ebenfalls besonders vorteilhaft, wenn die mechanische Verbindung zwischen dem Anschlusselement und der Glasscheibe über die elektrisch leitfähige Masse erfolgt und die Solidustemperatur der elektrisch leitfähigen Masse 159 °C bis 220 °C beträgt.

[0039] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die elektrisch leitfähige Masse eine leitfähige Flüssigkeit, Metalllegierung, und / oder Verbundmaterialien, bevorzugt Metalllegierungen mit Silber, Zinn, Zink, Indium, Bismut und / oder Gallium und besonders bevorzugt Metalllegierungen mit 60 Gew.% bis etwa 98 Gew.% Gallium, 15% Gew.% bis 70% Gew.% Indium, 50 Gew.% bis 98 Gew.% Zinn, 10 Gew.% bis 80 Gew.% Zink, 2 Gew.% bis 10 Gew.% Silber und / oder 30 Gew.% bis 70 Gew.% Bismut.

[0040] Die elektrisch leitfähigen Massen mit einer Solidustemperatur von < 65 °C enthalten bevorzugt 60 Gew.% bis etwa 98 Gew.% Gallium.

[0041] Die elektrisch leitfähigen Massen mit einer Solidustemperatur von größer / gleich 65 °C und kleiner 158 °C enthalten ganz besonders bevorzugt 15% Gew.% bis 70% Gew.% Indium und / oder 30 Gew.% bis 70 Gew.% Bismut.

[0042] Die elektrisch leitfähigen Massen mit einer Solidustemperatur von größer / gleich 158 °C enthalten ganz besonders bevorzugt 50 Gew.% bis 98 Gew.% Zinn.

[0043] Die elektrisch leitfähigen Massen sind gemäß der Erfindung bevorzugt bleifrei.

[0044] Es können gemäß der Erfindung auch leitfähige schwammartige, geflechtartige oder anorganische oder organische Verbünde oder Gemische in der elektrisch leitfähigen Masse enthalten sein. Beispiele hierfür sind wollartig geformte Metalle wie Silberwolle.

[0045] Die elektrisch leitfähige Masse kann aufgrund einer geringen Solidustemperatur bei üblichen Umgebungstemperaturen zeitweise oder dauerhaft flüssig sein. Bei niedriger Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse wird ein Zerfließen durch die Form und die Benetzungseigenschaften innerhalb der Hohlräume verhindert. Die elektrische Verbindung bleibt bestehen. Die mechanische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur und / oder der Glasscheibe erfolgt zeitweise oder dauerhaft, ganz oder teilweise über die Zwischenlage.

[0046] Eine flüssige oder niedrig viskose oder hoch duktile elektrisch leitfähige Masse ist besonders vorteilhaft, da keine kritischen mechanischen Belastungen zwischen elektrisch leitfähiger Masse und der elektrisch leitfähigen Strukturen und / oder Glasscheibe auftreten.

[0047] Die Glasscheiben sind vorgespannte, teilvorgespannte oder nicht vorgespannte monolithische Glasscheiben oder Verbundglasscheiben aus Silikatglas und bevorzugt nicht vorgespannte oder teilvorgespannte Verbundglasscheiben. Die Glasscheiben haben eine Dicke von 1 mm bis 6 mm, bevorzugt von 1,8 mm bis 4 mm.

[0048] Die Glasscheiben können ganz oder teilweise mit einem Abdecksiebdruck beschichtet sein, bevorzugt im Randbereich und besonders bevorzugt im Bereich der elektrischen Anschlusselemente.

[0049] Die elektrisch leitfähigen Strukturen auf Scheiben sind bevorzugt Leiterbahnen mit Heizleitern und / oder Antennenleitern. Die elektrisch leitfähigen Strukturen sind bevorzugt im Randbereich der Glasscheibe mit elektrischen Anschlusselementen verbunden.

[0050] Elektrische Anschlusselemente stellen eine dauerhafte mechanische Kopplung und elektrische Verbindung zwischen elektrischen Leitern von beispielsweise der Bordelektrik in Fahrzeugen und der elektrischen leitfähigen Struktur auf der Scheibe her. Die elektrischen Anschlusselemente sind bevorzugt als Flachleiter oder sogenannte rigid connectors ausgebildet. Rigid connectors weisen aufgrund ihrer Materialeigenschaften, Materialdicke und Form eine hohe Steifigkeit auf.

[0051] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind dauerhaft nicht stabile und alternde elektrisch leitfähige Massen von einem Korrosionsschutz vor Umwelteinflüssen geschützt. Der Korrosionsschutz ist bevorzugt flüssig und/oder elektrisch leitfähig.

[0052] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Zwischenlage temperaturstabile Polymerschichten, keramische Siebdruckpaste, Lötstopplacke und / oder Klebebänder, bevorzugt Polyacrylat, Cyanacrylat, Methylmethacrylat, Silan und Siloxan-vernetzende Polymere, Epoxidharz, Polyurethan, Polychloropren, Polyamid, Acetat, Silikonkleber, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyimide, Polyethylen Terephtalat, Polyetherimide, Polybenzimidazole, Polytetrafluorethylen, thermisch aushärtende Kleber, deren Copolymere und / oder Gemische davon und besonders bevorzugt Polyimide oder Polytetraflourethylen.

[0053] Es werden gemäß der Erfindung bevorzugt Materialien in der Zwischenlage eingesetzt, die nicht von der elektrisch leitfähigen Masse benetzt werden. Die Materialien weisen bevorzugt eine niedrige Grenzflächenenergie auf. Dafür eignen sich insbesondere Polyimide, Polytetraflourethylen oder Lötstopplacke, sowie Verbundmaterialien mit Polyimiden oder Lötstopplacken.

[0054] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Zwischenlage aus mehreren Schichten aufgebaut, wobei die Zwischenlage und die Oberflächen vom elektrischen Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur über Klebeschichten in formschlüssigen Kontakt gebracht werden.

[0055] Besonders bevorzugt enthalten gemäß der Erfindung die Zwischenlagen zusätzliche Verbindungskavitäten, die die Hohlräume untereinander oder mit dem Rand der Zwischenlage verbinden. Dies ist besonders zum Ableiten von gasförmigen Produkten während des mechanischen und elektrischen Verbindens des elektrischen Anschlusselementes mit der elektrisch leitfähigen Struktur vorteilhaft. Die Verbindungskavitäten sind gemäß der Erfindung nicht oder kaum mit elektrisch leitfähiger Masse gefüllt oder benetzt.

[0056] Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Scheibe wird eine elektrisch leitfähige Struktur auf eine Glasscheibe aufgebracht, eine Zwischenlage auf die elektrisch leitfähige Struktur und/oder Glasscheibe oder ein elektrisches Anschlusselement aufgebracht, elektrisch leitfähige Masse auf das elektrische Anschlusselement oder auf die elektrische leitfähige Struktur aufgebracht, das elektrische Anschlusselement über die Zwischenlage mit der elektrisch leitfähigen Struktur und / oder Glasscheibe mechanisch verbunden, wobei mindestens ein Hohlraum gebildet wird und die elektrisch leitfähige Masse innerhalb mindestens einem Hohlraum mit dem elektrischen Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch verbunden wird.

[0057] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Zwischenlage auf die elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht und die elektrisch leitfähige Masse auf das elektrische Anschlusselement aufgebracht.

[0058] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zwischenlage durch mindestens eines der Verfahren Siebdruck (screen printing), Sprühen (spraying), Vorhanggießen (curtain coating) oder Walzenauftrag (Roller coating), Klebung auf die elektrisch leitfähige Struktur, elektrisches Anschlusselement und / oder Glasscheibe aufgebracht. Mit diesen Verfahren können auf einfache Art und Weise und mit der erforderlichen Genauigkeit die erfindungsgemäßen Zwischenlagen mit den Aussparungen realisiert werden.

[0059] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die mechanische Verbindung über mechanische Klemmung, Lötung und / oder Klebung des elektrischen Anschlusselementes an die elektrisch leitfähige Struktur und / oder Glasscheibe, bevorzugt an der Glasscheibe. Die Temperaturen beim Verbinden liegen gemäß der Erfindung bevorzugt bei unter 158 °C, besonders bevorzugt bei unter 120 °C und ganz besonders bevorzugt bei unter 60 °C.

[0060] Ganz besonders bevorzugt wird das elektrische Anschlusselement mit der elektrisch leitfähigen Struktur und / oder Glasscheibe während der elektrischen Verbindung gleichzeitig mechanisch verbunden, bevorzugt über thermische Aktivierung der Klebewirkung der Zwischenlage. Die Aktivierung der Klebewirkung der Zwischenlage kann beispielsweise mit dem Löten der elektrisch leitfähigen Masse erfolgen.

[0061] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 10 schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

[0062] Es zeigen

Figur 1

eine explodierte perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 2

einen Querschnitt durch eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Scheibe gemäß Figur 1,

Figur 3

einen Detail-Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Scheibe (l) gemäß der Figur 2,

Figur 4

einen Detail-Querschnitt durch eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 5

einen Detail-Querschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 6

einen Detail-Querschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 7

einen Detail-Querschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 8

einen Detail-Querschnitt durch eine weitere alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l),

Figur 9

eine explodierte perspektivische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe (l) und

Figur 10 ein

Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0063] In den Figuren 1 bis 3 ist der Anschlussbereich einer erfindungsgemäßen Scheibe (l) mit elektrischem Anschlusselement (4) in unterschiedlichen Darstellungen gezeigt. Auf eine nicht vorgespannte Silikat-Glasscheibe (1) wurde eine elektrisch leitfähige Struktur (2) als Heizleiter mit einer silberhaltigen Siebdruckpaste aufgedruckt. Auf einem Teilbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2) am Rand der Glasscheibe (1) befand sich eine 130 µm dicke Zwischenlage (3) aus einem Klebeband mit Acryl und Polyimid. In das Klebeband war eine Vielzahl von runden Aussparungen (5) mit einem Durchmesser von 1 mm eingebracht. Der Durchmesser war von dem, dem elektrischem Anschlusselement (4) zugewandten Bereich (5a) bis zu dem der elektrisch leitfähigen Struktur zugewandten Bereichs (5c) konstant 1 mm. Auf der Zwischenlage (3) befand sich ein elektrisches Anschlusselement (4), ausgestaltet als Flachleier, das über einen nicht dargestellten Leiter mit der ebenfalls nicht dargestellten Bordelektrik des Fahrzeugs verbunden war. Die Aussparungen (5), Teilbereiche der elektrisch leitfähigen Struktur (2) und des elektrischen Anschlusselementes (4) bildeten Hohlräume (5) für elektrisch leitfähige Masse (7). Die elektrisch leitfähige Masse (7) war ein niedrig viskoses und hoch duktiles bleifreies Lot enthaltend 67 Gew.% Bismut und 33 Gew.% Indium mit einer Solidustemperatur von 110 °C. Die Form der elektrisch leitfähigen Masse (7) wurde von der Form der Hohlräume (5) und den Benetzungseigenschaften sowie der Eigenschaften der elektrisch leitfähigen Masse (7) vorgegeben. Die elektrisch leitfähige Struktur (2) war über die elektrisch leitfähige Masse (7) mit dem elektrischen Anschlusselement (4) dauerhaft elektrisch verbunden. Die elektrisch leitfähige Struktur (2) war über die klebende Zwischenlage (3) mit dem elektrischen Anschlusselement (4) dauerhaft mechanisch verbunden. Die erfindungsgemäße Scheibe (l) zeigte im Vergleich zum Stand der Technik eine verbesserte mechanische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4) und der Glasscheibe (1). Es bildeten sich zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur (2), der elektrisch leitfähigen Masse (7), der Zwischenlage (3) und dem elektrischen Anschlusselement (4) unkritische Kraftangriffspunkte. Der Betrag und die Richtung der mechanischen Kräfte, die zur Beschädigung der elektrisch leitfähigen Strukturen (2) oder der Glasscheibe (1) führen könnten, wurden minimiert. Dadurch wurde die Scheibe (l) dauerhaft geschont.

[0064] In einer alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung enthielt die Scheibe (l) ein elektrisches Anschlusselement (4) mit einer 0,8 mm dicken und 14 x 24 mm² großen Kupferplatte mit Silberbeschichtung. Die 14 x 24 mm² große Zwischenlage (3) hatte eine Dicke von 250 µm und enthielt zwei quadratische 6 x 6 mm² große Aussparungen (5) mit verrundeten Ecken. Die Zwischenlage (3) überragte die elektrisch leitfähige Struktur (2) rahmenförmig mit einer Breite von 8 mm. Die Hohlräume (5) bildeten mit dem elektrischen Anschlusselement (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) einen Hohlraum (5), der teilweise mit elektrisch leitfähiger Masse (7) mit 68 Gew.% Gallium und 22 Gew.% Indium gefüllt waren. Die elektrisch leitfähige Masse (7) war oberhalb von -19 °C flüssig und wurde durch die Aussparung am Zerfließen gehindert. Das elektrische Anschlusselement (4) war dauerhaft über die elektrisch leitfähige Masse (7) mit dem Kontaktbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2) elektrisch verbunden. Das elektrische Anschlusselement (4) war mechanisch mit der Glasscheibe (1) über dem die elektrisch leitfähigen Strukturen (2) überragenden Teil der Zwischenschicht (3) mit der Glasscheibe (1) verklebt und dauerhaft mechanisch verbunden. Aufgrund des flüssigen Zustandes der elektrisch leitfähigen Masse (7) wurden die mechanischen Spannungen vollständig über die Zwischenlage (3) geleitet und kritische Kräfte zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4) und der Glasscheibe (1) nicht beobachtet.

[0065] Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 3. Die Zwischenlage (3) war als löttemperaturbeständige PolyimidFolie mit einer Dicke von 100 µm ausgeführt. Die Zwischenlage (3) wurde zwischen dem Flachleiter (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufgeklebt. Die Hohlräume (5) waren kreisförmig ausgeführt. Die Aussparungen in dem elektrischen Anschlusselement (4) zugewandten Bereich (5a) hatten einen Querschnitt von 0,8 mm, die Hohlräume (5) in dem die elektrisch leitfähige Struktur (2) und der Scheibe (1) zugewandten Bereich (5c) hatten einen Querschnitt von 1,2 mm. Die elektrisch leitfähige Masse (7) bildete in der Aussparung (5) eine hyperbolische inverse Trichterform aus. Der Betrag und die Richtung der mechanischen Kräfte, die zur Beschädigung der elektrisch leitfähigen Strukturen oder der Scheibe führen könnten, wurden minimiert.

[0066] Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung in Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 3. Die Zwischenlage (3) war als löttemperaturbeständige PolyimidFolie mit einer Dicke von 100 µm ausgeführt. Die Hohlräume (5) waren ebenfalls kreisförmig mit einem Durchmesser von 5 mm ausgeführt. Der Querschnitt der Zwischenlage (3) im Bereich der Hohlräume (5) war an der oberen Kante (5a) zum elektrischen Anschlusselement (4) und an der unteren Kante (5c) zum Kontaktbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2) verrundet ausgeführt. Die Zwischenlage (3) wurde zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufgeklebt. Es wurde damit ein Hohlraum (5) ausgebildet, der eine verbesserte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) ermöglichte. Die mechanischen Kräfte zwischen der elektrisch leitfähigen Masse (7) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) auf der Glasscheibe (1) wiesen einen flachen Angriffswinkel auf. Beschädigungen an der erfindungsgemäßen Scheibe (l) konnten verhindert werden.

[0067] Figur 6 zeigt in der weiteren Fortbildung des Ausführungsbeispiels nach Figur 5 eine kaminartige Ausgestaltung des Hohlraumes (5) durch eine angepasste Formgebung des elektrischen Anschlusselementes (4). Mit dieser Ausgestaltung konnte die Temperaturverteilung im Abkühlvorgang und das Ausgasen von Flussmittel im Lötvorgang verbessert werden. Der Hohlraum (2) war in etwa der Form eines hyperbolischen Trichters angepasst. Die Fläche und der Durchmesser des Bereiches (5a) zum elektrischen Anschlusselement (4) waren kleiner als die Fläche und der Durchmesser des Bereichs (5c) zugewandt zur elektrisch leitfähigen Struktur (2). Es wurde damit eine Zwischenlage (3) mit Hohlräumen (5) gefunden, die auf einfache Weise eine verbesserte mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischem Anschlusselement (4) und dem Kontaktbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (2) ermöglichte.

[0068] Figur 7 zeigt in der weiteren Fortbildung des Ausführungsbeispiels nach Figur 5 eine Zwischenlage (3), die als Schichtverbund ausgestaltet wurde. Eine Schicht aus temperaturbeständigem Polyimid wurde von einer oberen und unteren Cyanacrylat-Kleberschicht eingefasst. Aufgrund des Schichtaufbaus mit Klebeschichten wurde ein besonders vorteilhafter formschlüssiger Kontakt zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4), der Zwischenlage (3) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) gebildet. Die mechanischen Kräfte zwischen der elektrisch leitfähigen Masse (7) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) auf der Glasscheibe (1) wiesen einen flachen Angriffswinkel auf. Beschädigungen an der elektrisch leitfähigen Struktur (2) oder der Glasscheibe (1) wurden verhindert.

[0069] Figur 8 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe (l). Eine 14 x 12 mm² große Zwischenlage (3) mit Cyanacrylat hatte eine Dicke von 250 µm. Das elektrische Anschlusselement (4) war eine 0,8 mm dicke Kupferplatte mit einer Fläche von 14 x 20 mm². Das elektrische Anschlusselement (4) überragte die Zwischenlage (3) an zwei Seitenflächen mit jeweils 4 mm und war leicht zur Glasscheibe (1) hin gekrümmt. Die Zwischenlage (3), das gekrümmte elektrisch Anschlusselement (4) und die elektrisch leitfähige Struktur (2) bildeten an den zwei Seitenflächen Hohlräume (5). Die Hohlräume (5) waren teilweise mit elektrisch leitfähiger Masse (7) gefüllt. Die elektrisch leitfähige Masse (7) war ein Lot mit 67 Gew.% Bismut und 33 Gew.% Indium mit einer Solidustemperatur von 110 °C. Die elektrisch leitfähige Masse (7) bildete einen konkaven Meniskus innerhalb des Hohlraums (5). Die Zwischenlage (3) mit zur elektrisch leitfähigen Struktur (2) verrundeter Kante wurde durch die elektrisch leitfähige Masse (7) vollständig benetzt. Die elektrisch leitfähige Masse (7) bildete mit dem gekrümmten elektrischen Anschlusselement (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) sehr kleine Benetzungswinkel. Die elektrisch leitfähige Masse (7) war vollständig innerhalb der Hohlräume (5) angeordnet. In Draufsicht auf die Scheibe (l) war keine elektrisch leitfähige Masse (7) sichtbar. Das elektrische Anschlusselement (4) war dauerhaft über die elektrisch leitfähige Masse (7) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) elektrisch verbunden. Das elektrische Anschlusselement (4) war mechanisch über die Zwischenschicht (3) mit der Glasscheibe (1) verklebt und dauerhaft mechanisch verbunden. Aufgrund der Form und der Viskosität der elektrisch leitfähigen Masse (7) wurden die mechanischen Spannungen vollständig über die Zwischenlage (3) geleitet. Kritische Kräfte zwischen dem elektrischen Anschlusselement (4) und der Glasscheibe (1) wurden bei der Herstellung und bei der Verwendung nicht beobachtet.

[0070] Figur 9 zeigt eine Fortführung des Ausführungsbeispiels der Figur 1. Die Hohlräume (5) waren durch Verbindungskavitäten (8) mit einem Durchmesser von etwa 100 µm untereinander und mit dem äußeren Rand der Zwischenlage (3) verbunden. Elektrisch leitfähige Masse (7) war in den Verbindungskavitäten (8) nicht vorhanden. Die im Lötvorgang flüssige elektrisch leitfähige Masse (7) benetzte innerhalb der Hohlräume (5). Expandierende Luft oder gasförmige Löthilfsmittel während des Lötprozess konnten über die Verbindungskavitäten (8) aus den Hohlräumen (5) austreten. Dadurch wurde eine verbesserte Verteilung der elektrisch leitfähigen Masse (7) innerhalb der Hohlräume (5) erzielt.

[0071] Figur 10 zeigt detailliert ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Scheibe (l).

[0072] Die erfindungsgemäßen Scheiben (l) sind im Vergleich zum Stand der Technik länger haltbar.

Bezugszeichenliste:

[0073] 

(l)

Scheibe

(1)

Glasscheibe

(2)

Elektrisch leitfähige Struktur

(3)

Zwischenlage

(4)

Elektrisches Anschlusselement

(5)

Hohlraum, Aussparung in der Zwischenlage

(5a)

Oberer Bereich des Hohlraums (5), dem elektrischen Anschlusselement (4) zugewandt

(5c)

Unterer Bereich des Hohlraums (5), der elektrisch leitfähigen Struktur (2) zugewandt

(7)

Elektrisch leitfähige Masse

(8)

Verbindungskavität

Ansprüche

1. Scheibe (l) wobei,

- eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf einer Glasscheibe (1) aufgebracht ist,

- mindestens eine Zwischenlage (3) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufgebracht ist,

- mindestens ein elektrisches Anschlusselement (4) auf der Zwischenlage (3) aufgebracht ist und

wobei die Zwischenlage (3), elektrisches Anschlusselement (4) und elektrisch leitfähige Struktur (2) mindestens einen Hohlraum (5) bilden und der Hohlraum (5) eine elektrisch leitfähige Masse (7) enthält.

2. Scheibe (l) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Masse (7) innerhalb des Hohlraums (5) angeordnet ist.

3. Scheibe (l) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hohlraum (5) vollständig von der Zwischenlage (3) umschlossen ist.

4. Scheibe (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zwischenlage (3) eine Dicke von 0,5 µm bis 1 mm, bevorzugt 10 µm bis 500 µm und besonders bevorzugt 100 µm bis 300 µm aufweist.

5. Scheibe (l)nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hohlraum (5) einen Durchmesser oder Flächenäquivalent von 0,1 mm bis 2 mm und bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm aufweist.

6. Scheibe (l)nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hohlraum (5) einen Durchmesser oder Flächenäquivalent von 2 mm bis 25 mm, bevorzugt von 3 mm bis 10 mm und ganz besonders bevorzugt von 7,5 mm bis 8,5 mm aufweist.

7. Scheibe (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zwischenlage (3) Polymere, keramische Siebdruckpasten, Lötstopplacke und / oder Klebebänder, bevorzugt Polyacrylat, Cyanacrylat, Methylmethacrylat, Silan und Siloxan-vernetzende Polymere, Epoxidharz, Polyurethan, Polychloropren, Polyamid, Acetat, Silikonkleber, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyimide, Polytetraflourethylen, Polyethylen Terephtalat, Polyetherimide, Polybenzimidazole, thermisch aushärtebare Kleber deren Copolymer und / oder Gemische davon und besonders bevorzugt Polyimide oder Polytetraflourethylen enthält.

8. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zwischenlage (3) zusätzliche Verbindungskavitäten (8) enthält und die Hohlräume (5) über die zusätzlichen Verbindungskavitäten (8) untereinander und / oder mit dem Rand der Zwischenlage (3) verbunden sind.

9. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die elektrisch leitfähige Masse (7) eine leitfähige Flüssigkeit, Metalllegierung, und / oder Verbundmaterialien, bevorzugt Metalllegierungen mit Silber, Zinn, Zink, Indium, Bismut und / oder Gallium und besonders bevorzugt Metalllegierungen mit 60 Gew.% bis etwa 98 Gew.% Gallium, 15% Gew.% bis 70% Gew.% Indium, 50 Gew.% bis 98 Gew.% Zinn, 10 Gew.% bis 80 Gew.% Zink, 2 Gew.% bis 10 Gew.% Silber und / oder 30 Gew.% bis 70 Gew.% Bismut enthält.

10. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrisch leitfähigen Masse (7) mit einer Solidustemperatur von < 65 °C bevorzugt 60 Gew.% bis etwa 98 Gew.% Gallium enthält.

11. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe (l), wobei

- eine elektrisch leitfähige Struktur (2) auf eine Glasscheibe (1) aufgebracht wird,

- eine Zwischenlage (3) auf die elektrisch leitfähige Struktur (2) oder ein elektrisches Anschlusselement (4) aufgebracht wird,

- elektrisch leitfähige Masse (7) auf das elektrische Anschlusselement (4) oder auf die elektrische leitfähige Struktur (2) aufgebracht wird,

- das elektrische Anschlusselement (4) über die Zwischenlage (3) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) und / oder Glasscheibe mechanisch verbunden wird und

- die elektrisch leitfähige Masse (7) innerhalb eines Hohlraumes (5) mit dem elektrischen Anschlusselement (4) und der elektrisch leitfähigen Struktur (2) elektrisch verbunden wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe (l)nach Anspruch 11, wobei

- die Zwischenlage (3) auf die elektrisch leitfähige Struktur (2) aufgebracht wird und

- die elektrisch leitfähige Masse (7) auf das elektrische Anschlusselement (4) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Zwischenlage (3) auf die elektrisch leitfähige Struktur (2), elektrisches Anschlusselement (4) und / oder Glasscheibe (1) durch mindestens eines der Verfahren, wie Siebdruck, Sprühen, Vorhanggießen, Walzenauftrag, Klebebandauftrag oder Klebung aufgebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das elektrische Anschlusselement (4) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) und der Glasscheibe (1) elektrisch und / oder gleichzeitig mechanisch verbunden wird.

15. Verwendung einer Scheibe (l) gemäß der Ansprüche 1 bis 10 in der Bau- / Architektur oder Fahrzeugverglasung zu Lande, zu Wasser, extraterrestrisch oder in der Luft.

Zeichnung