电连接器 |
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| 申请号 | CN200780016330.8 | 申请日 | 2007-03-23 | 公开(公告)号 | CN101438460B | 公开(公告)日 | 2014-08-13 |
| 申请人 | 皮尔金顿集团有限公司; | 发明人 | M·莱昂; | ||||
| 摘要 | 公开了一种用于车窗的改进了的 电连接器 。所述车窗优选地包括一层车窗材料，具有安装在其上的第二导电部件，以及通过无铅 焊料 连接到所述第一导电部件的第二导电部件。所述第二导电部件具有厚度t并且包括由桥接部分连接的第一导电部件和第二连接器脚，所述桥接部分在每个所述连接器脚之上的高度h。选择t和/或h以最小化在焊料的区域中的玻璃中的应 力 断层 的发生。优选地，所述车窗是 汽车 车窗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种车窗(10)，包括一层车窗材料(11)，具有安装在其上的由导电含银油墨形成的第一导电部件(13)和通过无铅焊料(18)连接到所述第一导电部件(13)上的电连接器(14)，由铜条构成的所述电连接器(14)具有厚度t并且包括由桥接部分(17)连接的第一和第二连接器脚(15)，所述桥接部分(17)在每个所述连接器脚(15)的底部之上的高度h处，其中t在0.1mm到小于或等于1.0mm的范围内以及h在1.0mm到小于或等于5.0mm的范围内，其中选择t或h中的至少一个以最小化在所述焊料(18)区域中的所述车窗材料(11)中的应力断层的发生，使得当电连接器(14)被安装在一片平面玻璃上时选择t和h使得达到的最大应力小于或等于12MPa。 |
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| 说明书全文 | 电连接器技术领域背景技术[0002] 多种电连接器在汽车车窗工业中被普遍使用。例如，丁字片连接器可以用于把导电电路、如印刷在一层玻璃的表面上的电路或者在夹层车窗中固定的一排电线连接到车辆的线束。这样的电路通常作为加热电路使用，以助于去雾、去冰或者用作天线电路。丁字片连接器被焊接到称作汇流条的导电衬底，其可以在玻璃片的表面上直接提供，或者全部或部分地在玻璃上烧结了的、所印刷的带上面提供，其被称为“装饰边(obscuration band)”.汇流条通常使用含银的油墨印刷。常规地，用于连接汇流条和连接器的焊料含有铅。然而，铅已知是有毒的，并且在汽车工业中对使用无铅焊料有着迫切的要求，例如，如在WO2004／068643中所描述的.WO2004／068643公开了基于锡的焊料(直至重量百分比为 90％的锡)，包括从铋或铟中所选出的机械应力改善剂.这种焊料也可包含银和／或铜。 [0003] 然而，使用无铅焊料的一个缺点是连接器和汇流条之间的附着力可能不像由含铅的焊料给出的那样高。对此的一个解决方案是另外使用一种粘合剂以承受连接器上的机械负荷，如在EP1256261中的那样。还有一个缺点是尽管连接器和汇流条之间的附着力被减小了，在焊料的区域中的玻璃表面中的应力被增大了。这可能导致由于玻璃的表面中的应力断裂引起的断层增加。 [0004] 在车窗中发生的两种类型的应力断层包括具有两个焊接在一起并且安装在车窗的一个表面之上的导电部件。第一种类型的应力断层是当断裂发生时，沿与玻璃表面大致平行延伸，并且导致玻璃的一个区域从车窗的表面被抬起.在钢化玻璃中，断层本身表现很小，可见缺陷与在装饰边的黑色印刷油墨中的气泡类似。在夹层玻璃中，断层本身表现为在其上已经发生焊接的夹层的一层中的一个或多个裂缝。在这两种情况下，断层可能是清楚地可见的，并且导致车窗的报废。第二种类型的断层在含银油墨的功能层(汇流条或者加热／天线电路)被套印在其包括烧结陶瓷涂料的装饰边上以及在连接器和含银油墨之间焊料的附着力减小的情况下发生。在应力的影响下，如裂缝的小的结构缺陷可以在焊料和含银油墨层之间的交界处发生，导致剪切型断裂.连接器和含银油墨层之间的焊接接头变得减弱到施加在连接器上的相对小的附加力可能导致它变得完全从含银油墨层分离的程度。 [0005] 这样的应力断层在钢化车窗玻璃中更为常见，使用其中具有高锡含量(大于50％)的无铅焊料(其中高锡含量导致在处理期间的焊料的润湿性的增加)。因此这种应力断层的发生导致这种车窗的质量和可靠性这两个方面的问题.因此，如果继续使用无铅焊料，有必要寻找一种减少在焊接区域中的玻璃内的应力的方法。 [0006] EP1488972公开了一种电子终端，具有至少两个连接平面(连接器脚).连接平面的总面积被设定在预定的范围内，以允许高连接强度，并且在焊接期间使用的无铅合金的体积被限制为阻止裂缝在玻璃中的发生。 [0007] WO2004／068643公开了无铅焊料的使用，具有特定的锡含量以减少当使用丁字片连接器连接时在车载车窗中的应力裂缝。 发明内容[0008] 本发明旨在通过提供一种包括具有安装在其上的由导电含银油墨形成的第一导电部件和通过无铅焊料连接到第一导电部件上的电连接器的一层车窗材料的车窗解决这些问题，由铜条构成的电连接器具有厚度t并且包括由桥接部分连接的第一和第二连接器脚，桥接部分在每个连接器脚的底部之上的高度h处，其中t在0.1mm到小于或等于1.0mm的范围内以及h在1.0mm到小于或等于5.0的范围内，其中选择t和／或h以最小化应力在焊料区域中的玻璃中的应力断层的发生，使得当电连接器被安装在一片平面玻璃上时选择t和h使得达到的最大应力小于或等于12MPa. [0009] 第一导电部件可以是汇流条. [0010] 通过考虑桥接高度和连接器厚度的因素优化连接器的设计，可以得到一种连接器，导致其中在车窗的表面中的应力减小。当使用无铅焊料时，该减小的应力与使用标准电连接器和含铅的焊料复合物达到的应力水平类似或者更好。 [0011] 优选地，车窗材料层的表面使用烧结油墨边围绕它的周边印刷。第一电子部件的至少一部分可以在烧结油墨边上被提供。 [0012] 车窗材料可以是一层钢化玻璃，在这种情况下，应力断层本身表现为在烧结油墨边中的气泡和玻璃的相对应的区域。 [0013] 车窗可以是包括在夹层中的一层退火玻璃，在这种情况下，应力断层本身表现其中的一个或多个裂缝。 [0014] 应力断层本身可以表现为在第一导电部件和第二导电部件之间的交界处的结构缺陷。 [0016] 现在将仅通过例子并且参考附图描述本发明，其中： [0017] 图1是在其上安装有电连接器的车窗的透视图(不按照比例)； [0018] 图2是在图1中使用的电连接器的透视图(不按照比例)； [0019] 图3是图1的连接器的一部分的示意性横截面； [0020] 图4是示出在横截面中由在一层玻璃的表面中的应力断层导致的裂缝的照片； [0021] 图5是由于裂缝抬起的一层玻璃的表面的区域的俯视图的照片； [0022] 图6a是表明一层玻璃中的应力怎样沿其上的连接器焊料的长度变化的图； [0023] 图6b是在图6a，7和8a到d中示出的比例的示意图； [0024] 图7是示出在焊接之后立即和焊接之后24小时沿各种连接器样品的长度的应力的图；以及 [0025] 图8a，8b，8c和8d是表明针对不同连接器桥高度的一层玻璃中以最小化在焊料的区域中的玻璃中的应力断层的发生。 [0026] 优选地，当第二导电部件被安装在一片平面玻璃之上时，选择t和／或h以使得达到的最大应力小于或等于12MPa. [0027] 第二导电部件可以由铜构成.第一导电部件可以是汇流条。 [0028] 优选地，车窗材料层的表面使用烧结油墨边围绕它的周边印刷。第一电子部件的至少一部分可以在烧结油墨边上被提供。 [0029] 车窗材料可以是一层钢化玻璃，在这种情况下，应力断层本身表现为在烧结油墨边中的气泡和玻璃的相对应的区域。 [0030] 车窗可以是包括在夹层中的一层退火玻璃，在这种情况下，应力断层本身表现其中的一个或多个裂缝。 [0031] 应力断层本身可以表现为在第一导电部件和第二导电部件之间的交界处的结构缺陷。 [0032] 优选地，第二导电部件是丁字片连接器。优选地，焊料是无铅焊料。优选地，车窗是汽车车窗。 [0033] 附图说明 [0034] 现在将仅通过例子并且参考附图描述本发明，其中： [0035] 图1是在其上安装有电连接器的车窗的透视图(不按照比例)； [0036] 图2是在图1中使用的电连接器的透视图(不按照比例)； [0037] 图3是图1的连接器的一部分的示意性横截面； [0038] 图4是示出在横截面中由在一层玻璃的表面中的应力断层导致的裂缝的照片； [0039] 图5是由于裂缝抬起的一层玻璃的表面的区域的俯视图的照片； [0040] 图6a是表明一层玻璃中的应力怎样沿其上的连接器焊料的长度变化的图； [0041] 图6b是在图6a，7和8a到d中示出的比例的示意图； [0042] 图7是示出在焊接之后立即和焊接之后24小时沿各种连接器样品的长度的应力的图；以及 [0043] 图8a，8b，8c和8d是表明针对不同连接器桥高度的一层玻璃中的应力变化的图.具体实施方式 [0044] 在汽车车窗工业中使用各种电连接器以使用车辆的线束连接车窗面上或其中所提供的电路.常用的连接器被称作丁字片，并且通常是“T”形的，尽管已知例如J-形连接器和条形的其它连接器。每种类型的连接器具有三个共同的特征：由凸起的桥部分连接的两个连接器脚；在每个连接器脚的底部的突起；并且每个由如铜的金属材料的薄条或片构成。然而，使用在连接器的脚处不具有突起的连接器也是普遍的.尽管以下的例子是以丁字片的方式描述的，本发明的主旨可以应用于所有具有这些特征的电连接器的类型。 [0045] 图1是具有焊接到导电层13的电连接器14的汽车车窗10的透视图(不按照比例)。汽车车窗10包括一片车窗材料11，如在一个表面上具有烧结黑陶瓷装饰边12的一层钢化玻璃。在装饰边12上提供被称为汇流条的导电层13，通常通过利用导电含银油墨印刷装饰边12的表面.在构成前风窗、后窗和某些顶窗的车窗上以及还在构成边窗的车窗上提供装饰边12.在这种情况下，直接在车窗材料11的表面上提供汇流条13。 [0046] 在汇流条13上安装电连接器14。电连接器14包括一对用于连接到汇流条13的连接器脚15，和用于连接到其中装备车窗的车辆的线束的连接器臂16.连接器脚15被连接到一起并且通过称为桥接17的凸起的部分连接到连接器臂16.每个连接器脚15通过在每个脚15和汇流条13之间的一层焊料18被连接到车窗。 [0047] 图2是更详细地示出电连接器14的透视图(不按照比例)。电连接器14由如具有厚度t的铜的金属材料的薄条或片构成。桥接17相对于连接器脚15和连接器臂16处于固定位置，以使得当电连接器14在适当的位置被焊接时，桥接17处于在连接器脚15的底部之上的高度. [0048] 图3是安装在车窗10上的单个连接器脚15的示意性横截面.在连接器脚15的底部提供一对突起和凹陷19，每对具有高度d。突起19确保了脚15的主体保持在汇流条13之上的固定高度。在使用中，焊料层18将完全环绕突起19并且接触连接器脚15的底部，但是为了清楚起见这从图13被忽略。 [0049] 电连接器14可以利用各种技术被焊接到汇流条，包括热空气、热烙铁和电阻加热。通常的焊接时间在1秒到3秒之间，需要2到4秒的冷却时间.在连接器脚15到汇流条13的焊接过程中，脚之间的车窗材料11的区域与其被加热到大约焊接的温度的连接器桥接17相比保持相对较冷。这导致连接器桥17和车窗材料11之间的膨胀的差异。当焊料层18固定时，连接器桥接17的冷却温度变化比车窗材料11的大很多，导致连接器桥接17和车窗材料11之间的收缩的差异。此膨胀和收缩的不匹配导致在已经应用焊料18的区域中的车窗材料的表面中应力的产生。在直接在连接器脚15之下的车窗材料11的区域中，拉伸应力产生，而在连接器桥接17下的车窗材料11的区域中，收缩应力产生。任何在车窗材料表面中的缺陷都产生高拉伸应力的区域。 [0050] 典型的缺陷在图4中的照片中示出。该照片示出对其电连接器(未示出)已经被焊接的汽车车窗20的表面区域的横截面。焊料21的区域在一层玻璃23的表面上的汇流条的上部被示出。应力断层已经在玻璃23和汇流条22之间的交界处的表面形成。丁字片连接器的连接器脚24被示出焊接到车窗20。裂缝25形成，大致沿与玻璃23的表面平行延伸。(还可以看出来自样品制备26的人工产物)。这样的裂缝导致玻璃23的表面的区域被移除，如在图5中所示。图5是在一层玻璃28的表面中的断层27的平面图，其中部分玻璃已经被抬起。 [0051] 图6a示出一层玻璃的表面处的应力怎样沿桥接的长度和所焊接到直接沉积在玻璃表面上的导电印刷的电连接器的脚变化的图。图6b示出在测量中使用的比例，以及连接器脚和桥接的相对位置。在焊接之后立即使用巴比涅补偿器测量应力，玻璃样品被切割成符合器械要求的尺寸并且被抛光。由焊接引起的最大应力在每个连接器脚的内部边缘处发生，在连接器桥接的中心处略微减小。由油墨引起的沿连接器的应力略有不同。 [0052] 一旦焊接步骤完成，在玻璃中生成的应力在几个小时的过程中缓慢释放。初始峰之后在玻璃中产生的应力(σ)的下降时间(t)，可以用以下描述： [0053] σ=Atn [0054] 其中n是所使用的焊料的蠕变速度的量度，以及指数函数之前的因子A代表冷却速率和玻璃与电连接器之间的热膨胀差异。时间相关的蠕变当固体承受连续的应力时发生，例如当负荷从上方作用于固体时.固体将在所施加应力的方向上蠕变(流动)，导致松弛。在某些例子中，固体将超出它的弹性极限，导致永久的、塑性变形。 [0055] 因此根据上述方程，通过选择具有特别蠕变速度的焊料，在玻璃中的应力随时间减小。然而，不考虑所使用的焊料的特性，本发明试图优化电连接器本身的设计。应力的发生在其中使用无铅焊料的车窗中是更加普遍的。因此，电连接器的设计应被优化以使得当使用无铅焊料复合物时，在玻璃中的应力接近当使用含铅焊料时所见的水平。 [0056] 根据本发明，优化电连接器的设计要考虑两个因素，以最小化在其上安装连接器的车窗材料中的应力断层的发生： [0057] a)构成连接器的金属的厚度t；和 [0058] b)连接器桥接的高度h. [0059] 金属厚度 [0060] 为了确定金属厚度的影响，由铜条构成的具有标称厚度0.5mm和1mm的连接器样品和1mm高的桥接被焊接到4mm厚的平面玻璃样品。因为不可能针对焊接到实际如后窗的车窗上的连接器的应力进行测量，每次测试在安装在平面玻璃样品上的连接器上进行。然后研究两个金属厚度的应力行为，并且被用作对常规连接器的行为的指导的衡量标准，其中所测量的应力可以相应地较低.图7是示出在各种每个具有不同厚度的金属连接器的一层玻璃中的应力变化的图，使用巴比涅补偿器沿在图6b中所示出的标尺测量。所使用的焊料由重量百分比为42％的锡、57％的铋和1％的银组成，(可从Indium(UK)，7Newmarket Court，Kingston，Milton Keynes，MK100AG获得)。应力测量在焊接之后立即和在焊接后24小时进行，并且测量之间样品保持在室温中。 [0061] 图7是示出在焊接之后立即和焊接之后24小时沿连接器样品的长度的应力的图。在焊接之后，在样品中的应力开始释放，并且一直减小到达到最终的稳定值。如图8中所示，对于0.5mm厚材料的应力测量在焊接之后立即和24小时过后都较低。从此可见，能够确定形成连接器的金属的厚度应尽量薄，同时维持它的结构完整性。优选地，t的范围应在 0.1mm到小于或等于1mm之间，更优选地，0.1mm到小于或等于0.5mm。 [0062] 连接器桥接的高度 [0063] 图8a、8b、8c和8d是一系列示出沿连接器的一层玻璃中应力的图，如图6b中所示，使用巴比涅补偿器所测量的，针对具有不同桥接高度的四个连接器。具有重量百分比为25％的锡、62％的铅、3％的银和10％的铋组成的复合物的含铅焊料(可从上述处获得)被用于在4mm厚的干净玻璃上把连接器焊接到印刷在装饰边(IT57M202陶瓷墨，可从Johnson Mathey，Fregatweg38,6222NZ Masstricht，The Netherland获得)上的汇流条(SP1876银油墨，可从Ferro AG，Gutleustrasse215，PO Box110403，D-60039，Frankfurt-am-Main，Germany获得)。 [0064] 如上所述，桥接的高度h被定义为桥接的底部和连接器脚的底部之间的距离.图8a示出针对0.5mm高桥接的应力、图8b针对1.0mm高桥接、图8c针对1.5mm高桥接以及图8d针对2.0mm高桥接。因此，增加桥接的高度减小了在车窗材料中的应力。优选地，桥接高度在1.0mm到5.0mm之间的范围内，其上限范围仅由包括连接器馈电和空间限制的因素所限定. [0065] 对于无铅焊料能够期望同样的关系(在增加的桥接高度内减小应力)。使用在表1中的参数进行的建模工作被用于确定各种使用无铅焊料的桥接高度样品的应力行为： [0067] 表1：建模参数(E=杨氏模量，α＝膨胀系数) [0068] 铜的标称厚度为0.8mm，玻璃厚度(平面玻璃)为4mm，以及焊料厚度为3mm.没有指定焊料的类型，并且普通的热和机械性质被用于建模步骤。温度的变化是250℃.[0069] 测量由三个不同的桥接高度引起的应力，如在表2中所示： [0070]桥接高度h(mm) 最大应力(MPa) 1.2 48.6 1.7 42.1 2.2 38.7 [0071] 表2：每个桥接高度h的最大应力 [0072] 同样，应力随桥接高度增加而减少，导致与上述含铅焊料的试验结果同样的结论.因此，优选地，对于无铅焊料，桥接高度h在1.0mm到5.0mm的范围内，该范围的上限值仅由包括连接器馈电和空间限制的因素所限定。优选地，当连接器被安装到一片平面浮法玻璃时，所测量的最大应力是12MPa.从上述建模结果，这导致桥接的高度是大约4.7mm.[0073] 为了优化电连接器的设计，金属厚度或桥接高度中的至少一个被用于最小化在焊料的区域中的玻璃中的应力断层的发生。优选地，金属厚度和桥接高度都应被一起优化.通过改变以及优化这些因素中的每一个，可以生产丁字片设计，其与无铅焊料一起导致在玻璃中的应力水平类似或者优于当使用含铅焊料时所生产的应力水平。 |
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