【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題及び別の課題は、本願の提案に従い、独立請求項の特徴部分に記載されている構成によって解決される。本発明の有利な構成は、従属請求項の特徴部分に記載されている。
【0008】
本発明による接続装置は、少なくとも、
−少なくとも二つの導電性構造体を備えているサブストレートと、
−ケーシングとを含んでおり、このケーシングの下面は接着固定部を用いてサブストレートに接続されており、
−ケーシングは少なくとも二つのプラグコンタクトを備えているプラグレセプタクルを有しており、
−プラグコンタクトは導電体を介して少なくとも二つのコンタクトパッドに接続されており、
−コンタクトパッドは導電性構造体と導電的に接続されており、
プラグレセプタクルの挿入方向と、ケーシングの下面とが成す角度αは15°〜90°である。
【0009】
本発明の別の態様は接続エレメントに関するものであり、この接続エレメントは少なくとも、
−サブストレートに接続するための接着固定部を下面に備えているケーシングを含んでおり、
−ケーシングは、少なくとも二つのプラグコンタクトを備えているプラグレセプタクルを有しており、
−プラグコンタクトは導電体を介して少なくとも二つのコンタクトパッドに接続されており、
コンタクトパッドは、サブストレート上の導電性構造体との電気的な接触接続に適しており、
プラグレセプタクルの挿入方向と、ケーシングの下面とが成す角度αは15°〜90°である。
【0010】
上記の角度αは有利には30°〜70°、好ましくは35°〜55°、特に42°〜47°である。
【0011】
本発明の一つの有利な構成においては、プラグレセプタクルがケーシングの下面の上方に、且つ、接着固定部の上方に配置されており、特にサブストレートに対して垂直な方向において接着固定部の上方に配置されている。このことは、プラグをプラグレセプタクルに挿入する際に生じる力の大部分がサブストレートに対して垂直に作用するという各別な利点を有している。サブストレート又はその支持部は圧力に対して十分な耐性を有している。これによって、コンタクトパッドと導電性構造体との間の接続個所、並びに導電性構造体自体に力が作用することが実質的に回避される。
【0012】
本発明の一つの代替的な構成においては、プラグレセプタクルの挿入方向と、ケーシングの下面とが成す角度は45°である。このことは、プラグをプラグレセプタクルに挿入する際に生じる力の成分の大部分がサブストレートに対して垂直に作用するという各別な利点を有している。これによって、コンタクトパッド及び導電性構造体のはんだ個所又は接続個所に力が作用すること、並びに導電性構造体自体に力が作用することが低減され、角度45°である場合にはその力が凡そ半分になる。
【0013】
ケーシング及び/又はプラグは、有利にはポリマー、特に有利にはポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリブチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、ポリスチロール、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン、エチレンビニルアセテート、エチレンビニルアルコール、ポリイミド、ポリエステル、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、及び/又は、ポリメチルメタアクリル酸塩、アクリル酸エステルスチロールアクリロニトリル、並びにそれらの混合物、ブロックポリマー及びコポリマーを含む。ポリマーは所定の割合のガラスファイバ、ガラス球、鉱物又は他の充填剤を含み、有利には9%〜51%の割合で含み、特に有利には9%〜11%の割合で含む。ケーシングをワンピース又はマルチピースで構成することができる。
【0014】
本発明による接続装置の一つの有利な構成においては、ケーシングが、下面とプラグレセプタクルとの間に少なくとも一つの支柱を有しており、有利には支柱を一つだけ有している。この支柱は中実体と比較して、十分に高い安定性を維持しながら重量を軽量化できるという利点を有している。更に、支柱によって、自動的な位置決めアームはケーシングを容易に把持することができ、また、サブストレート上での簡単且つ正確な配向が実現される。
【0015】
本発明による接着固定部は、有利には、剛性接着剤又は弾性接着剤、有利にはアクリル酸エステル系の接着剤、シリコーン接着剤又は熱硬化可能な接着剤を含む。一つの代替的な接着固定部は、有利には、建築用接合テープ、有利には熱硬化可能な接合フィルムを含む。一つの別の代替的な接着固定部は、弾性体、有利にはアクリル酸エステル系の発泡体を有する接合テープを含む。弾性体は有利には接着面を有している。
【0016】
本発明による導電体は、有利には銅、鉄、アルミニウム、鋼、特にばね鋼、及びそれらの合金、特に有利にはクロムニッケル合金、銅鉄合金、真鍮又は青銅を含む。本発明による導電体を、別の金属又は金属合金によってコーティングすることができる。本発明による導電体は、有利には、銀、金、スズ又はニッケルでめっきされている。
【0017】
サブストレート上の導電性構造体は典型的には非常に薄く、僅かな機械的応力、特に剪断力によって損傷する。本発明の一つの有利な構成においては、導電体の少なくとも一つの領域が弾性に実施されており、例えばテーパ状の形状によって、又は湾曲した形状によって弾性に実施されている。導電体はこれによって、機械的な力、特にプラグの挿入方向並びに基板に平行な方向における力の成分を吸収することに適している。その種の力はプラグをプラグレセプタクルに挿入する際に生じる。導電体の弾性の構成によって、コンタクトパッドと導電性構造体との間に力が作用することによって生じる力の負荷が軽減される。これによって、接触接続個所の損傷又はサブストレートからの導電性構造体の剥離が回避される。更に、弾性領域は、例えば剛性のサブストレートが熱膨張した際の熱膨張率の差を補償調整することができる。
【0018】
一つの有利な構成においては、本発明によるコンタクトパッドは、プラグレセプタクルの挿入方向を真っ直ぐ延ばした個所において、その挿入方向と一列になってサブストレート上に配置されている。有利には、ケーシングの外部にある導電体も同様に、挿入方向を延ばした方向に延在している。コンタクトパッドは例えば、挿入方向を延ばした方向に関して、一列に配置されているか、相互に並んで配置されているか、又は平行にずらされて配置されている。このことは、プラグをプラグレセプタクルに挿入する際に生じる力が、導電体の弾性領域によって補償調整されるという利点を有している。これによって、コンタクトパッドと導電性構造体との間に掛かる剪断力、並びに導電性構造体とサブストレートとの間に掛かる剪断力が低減される。
【0019】
コンタクトパッドのコンタクト面の大きさ及び形状は、個々のケースの状況に応じて適合させることができ、また広範に変更することができる。有利には、コンタクトパッドのコンタクト面は1mm×1mm〜10mm×10mm、特に有利には2mm×2mm〜5mm×5mmである。コンタクトパッドは例えば、円形、矩形又は四角形の底面を有することができる。
【0020】
本発明の一つの有利な構成においては、コンタクトパッドは少なくとも一つのクランプ接続部を介して導電性構造体と接続されている。
【0021】
クランプ接続部は有利には、コンタクトパッドと導電性構造体との間の接触式のコンタクトによって形成される。このために、接続エレメントが組み立てられていない状態では、コンタクトパッドがケーシングの下面よりも下に位置する平面に配置されているように導電体は成形されている。ケーシングがサブストレート上に載置されると、導電体を有するコンタクトパッドは、サブストレートから離れる方向において上方に向かって折り曲げられ、それによってプリストレスが与えられる。コンタクトパッドは、導電体が歪む際に生じる力によって、下方に向かって導電性構造体へと押し付けられる。このプリストレスは、ケーシングがサブストレートに接着によって固定されることによって永続的に維持される。これによって、コンタクトパッドと導電性構造体との電気的なコンタクトは永続的に維持される。
【0022】
クランプ接続部は択一的に、コンタクトパッド毎に少なくとも一つのリベットを含んでいる。クランプ接続部乃至リベット接続部は、サブストレートがポリマーフィルムを有している場合には特に有利である。ポリマーフィルムは簡単に穿孔することができるか、又は打ち抜くことができる。そのようにして生じる開口部を介して、簡単にリベットをサブストレートに挿入することができる。リベットは有利には金属を含んでおり、特に有利には銅を含んでいる。
【0023】
一つの択一的な構成においては、コンタクトパッドを、導電性接着剤でもって、導電性構造体に接着させることができる。
【0024】
本発明の択一的な構成においては、コンタクトパッドがはんだ材料によって導電性構造体に接続されている。この種の接続方式は、ガラスサブストレート又はセラミックサブストレート上に被着されている導電性構造体の場合には特に有利である。何故ならば、リベットを用いる方式とは異なり、サブストレートを穿孔する必要がないからである。
【0025】
コンタクトパッド間の距離は有利には0.5mm〜30mmである。付加的に、コンタクトパッド及び導電性構造体を電気的に絶縁させることができ、例えば導電性ラッカによって絶縁させることができる。コンタクトパッド相互間の距離は、はんだ接続の場合には、有利には少なくとも9mm、好適には少なくとも14mm、特に有利には14mm〜30mmである。本発明者が複数回行った検査により、例えば加熱構造体を用いる場合、また電界作用媒体が存在する場合には、加熱及び応力差によって、導電性構造体及びはんだ材料の電気腐食が益々発生することが分かった。電界作用媒体は例えば、コンデンサ水と結合した汚染物から成る混合物を含み、例えば通常の場合は、車両窓ガラスの内面上に形成される。隣接する二つのコンタクトパッド間の最小距離が9mmである場合には、車両技術の必要条件下において電気腐食を十分に回避することができるので特に有利である。
【0026】
本発明によるプラグレセプタクルは、有利には、湾曲部又は貫通孔を備えているばね舌片を有している。プラグレセプタクルを、プラグに適切に形成された貫通孔又は湾曲部を介して、そのプラグに係止させることができる。このことは、プラグ及びプラグレセプタクルが相互に固定的に接続されており、意図しない分離から保護されているという各別な利点を有している。
【0027】
本発明による接続装置の一つの有利な構成においては、サブストレートがポリマー又はポリマーフィルムを含んでいる。本発明によるポリマーは、有利には、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリウレタン(PU)、ポリビニルクロリド(PVC)、ポリイミド(PI)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリルエーテルケトン(PAEK)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリサルフォン(PSU)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、シクロ−オレフィンコポリマー(COC)、ポリオキシメチレン(POM)、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、それらの混合物又は層結合体を含む。特に難燃性に構成されているポリマーが適している。ポリマーフィルムは有利には5μm〜700μm、有利には8μm〜200μm、特に20μm〜150μmの厚さを有している。ポリマーフィルムは有利には透明ポリマー又は貫通孔を例えばカメラの視界領域内に有している。
【0028】
「透明」という特徴は、本発明の枠内で、200nm〜2000nm、有利には400nm〜1300nmの波長領域において光学的な透過性に関する。透明なサブストレートでは、400nm〜1300nmの波長領域の透過率は70%以上である。
【0029】
ポリマーフィルムは有利には、ガラス板又は他の剛性又は可撓性の支持サブストレートに接着されている。このことは、ポリマーフィルムが加熱フィルム又はアンテナ構造として使用される場合には特に有利である。ポリマーフィルムは、有利には、接着剤、特に有利には、アクリル酸塩系の接着剤、メチルメタアクリル酸塩系の接着剤、シアナクリラート系の接着剤、ポリエポキシド、シリコーン接着剤、及び/又は、シランで架橋されたポリマー接着剤並びにそれらの混合物を含む。ポリマーフィルムは有利には自動接着性のフィルムを含む。
【0030】
本発明による接続装置の一つの択一的な構成においては、サブストレートはガラス板、特に透明なガラス板を含む。ガラス板は有利には、ガラス、セラミック及び/又はポリマー、有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ポリメチルメタクリラート、ポリカーボネート及び/又はそれらの混合物を含む。ガラス板の厚さは有利には0.5mm〜20mm、特に有利には1.6mm〜2.6mmである。ガラス板は有利には、単一ガラス板安全ガラス(ESG)又は接合ガラス板安全ガラス(VSG)を含む。
【0031】
サブストレートは少なくとも二つの導電性構造体を有している。導電性構造体を相互に電気的に接続することができ、有利にはオーム抵抗を介して容量性又は誘導性に接続することができる。導電性構造体は例えば、ヒートワイヤ又はアラームループの二つの端部であると考えられる。より良好な接触接続のために、導電性構造体を、コンタクトパッドとの接続領域において大きくすることができるか、厚くすることができるか、又は、別の材料でもって、例えば腐食保護部でもってコーティングすることができる。このことは、電気的な接続部が非常に持続的で、安定しており、且つ、腐食耐性があるという特別な利点を有している。
【0032】
導電性構造体は有利には、複数のワイヤ又は、金属、金属化合物、金属合金若しくは導電性ポリマーから成る複数の層を含んでいる。一つの有利な構成においては、導電性構造体が金属又は金属合金から構成されている。特に適した金属は、銅、アルミニウム、銀、スズ、金、鉄、タングステン、クロム又はニッケルである。特に適した金属化合物は、金属酸化物及び金属硫化物、例えば酸化チタン(TIO
2)、酸化クロム、硫化亜鉛、フッ素ドープされた酸化スズ(F:SnO
2)及びスズドープされた酸化インジウム(ITO)である。特に適した金属合金は、銅とアルミニウムから成る合金及び銅と亜鉛から成る合金である。適切な導電性ポリマーは、ポリアニリン又はポリエチレンジオキシチオフェンである。金属、金属化合物及び金属合金を、化学気相成長法(CVD)又は物理気相成長法(PVD)、例えばスパッタリングのような現行の技術を用いて被着させることができる。導電性構造体を面全体に被着させ、続いて、例えばフォトリソグラフィを用いて部分的に除去することができる。択一的に、導電性構造体を印刷するか、又はフィルムから作成することができる。導電性構造体の厚さは、例えば0.001μm〜200μm、有利には0.1μm〜50μmである。
【0033】
本発明による導電性構造体は有利には銀、特に有利には銀粒子及びガラスフリットを含んでいる。銀粒子及びガラスフリットは印刷され、続いて焼きなましされる。その種の導電性構造体は有利には、8μm〜15μm、特に有利には10μm〜12μmの層厚を有している。
【0034】
導電性構造体は、部分的に、且つコンタクトパッドとのコンタクト個所外に、カバー層を有することができ、有利には一つ又は複数の絶縁性ポリマー又は絶縁性ラッカから成るフィルムを有することができる。カバー層は有利にはPVB、EVA、PET及び/又はそれらの混合物を含んでいる。カバー層は有利には張り出すように配置されているので、その結果ポリマーフィルム及び導電性構造体はカバー層によってガラス板表面上にラミネートされる。
【0035】
コンタクトパッドは有利には、はんだ材料を収容するための貫通孔又は湾曲部を有している。貫通孔は開口部又は孔であっても良い。貫通孔内には、はんだプロセスの前にはんだ材料及びフラックスを配置することができる。これによって、はんだ材料を付加的に供給する必要がなくなるので、プロセス技術的に簡単な、導電性構造体とのはんだ付けが実現される。はんだ材料の貯蔵部を、接続エレメントの製造中に、既にコンタクトパッドに配置することができる。
【0036】
本発明によるはんだ材料は、有利にはスズ、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀、鉛又はそれらの混合物を含む。本発明によるはんだの組成におけるスズの割合は有利には3重量パーセント〜99.5重量パーセント、特に有利には10重量パーセント〜95.5重量パーセント、とりわけ有利には15重量パーセント〜60重量パーセントである。本発明によるはんだの組成におけるビスマス、インジウム、亜鉛、銅、銀又はそれらの混合物の割合は、有利には0.5重量パーセント〜97重量パーセント、特に有利には10重量パーセント〜67重量パーセントである。但し、スズ、ビスマス、インジウム、亜鉛、銅又は銀の割合は0重量パーセントであっても良い。本発明によるはんだの組成はニッケル、ゲルマニウム、アルミニウム又は蛍光体を0重量パーセント〜5重量パーセントの割合で含むことができる。本発明によるはんだの組成は非常に有利には、Bi57Sn42Ag1,Bi59Sn40Ag1,In97Ag3,Sn95.5Ag3.8Cu0.7,Bi67In33,Bi33In50Sn17,Sn77.2In20Ag2.8,Sn95Ag4Cu1,Sn99Cu1,Sn96.5Ag3.5又はそれらの混合物を含む。本発明によるはんだ材料は有利には鉛フリーであり、また鉛を含んでいないか、又は製造に起因する鉛混合物しか含んでいない。本発明によるはんだの層厚は、有利には7.0×10
-4m未満、特に有利には3.0×10
-4m未満、とりわけ0.5×10
-4m未満である。
【0037】
一つの有利な構成においては、本発明によるコンタクトパッドのコンタクト面はスペーサを有している。コンタクトパッドのコンタクト面は、ガラス板に対向する、コンタクトパッドの下面である。コンタクト面を介して、サブストレート上において、給電線と導電性構造体との接続が行われる。スペーサによって、はんだプロセス中に所定の均一な厚さのはんだが生じ、またスペーサは有利には0.1×10
-4m〜7×10
-4の高さを有している。
【0038】
本発明の一つの有利な構成においては、プラグレセプタクル及びプラグは実装方向でしか相互に嵌合しないように、プラグレセプタクル及びプラグは構成されている。これによって、極性を間違えることなく簡単な実装が実現される。
【0039】
本発明によるプラグコンタクトはプラグピン、プラグ舌片又はプラグスリーブで良く、その場合、本発明によるプラグは対応する対向部材を有している。プラグコンタクト、給電線及びコンタクトパッドは有利には、ワンピースの構成素子の領域として構成されている。
【0040】
本発明の別の態様は、本発明による接続装置を製造するため、又は本発明による接続エレメントを実装するための方法を含み、この方法は少なくとも:
a)接着固定部によってケーシングとサブストレートを接続するステップと、
b)少なくとも二つのコンタクトパッドを、サブストレート上の導電性構造体に導電的に接続するステップと、
c)プラグをプラグレセプタクルに挿入するステップとを備えている。
【0041】
本発明による方法の一つの有利な実施の形態においては、コンタクトパッドがはんだ、溶接、接着、又はクランプによって、有利にはリベットによって、サブストレート上の導電性構造体に接続される。
【0042】
はんだ付けは有利にはスタンプはんだ、ホットバーはんだ、ピストンはんだ、特に有利にはレーザはんだ、高温はんだ、誘導はんだ、抵抗はんだによって、及び/又は超音波によって行われる。
【0043】
更に本発明は、本発明による接続エレメントを、特に地上、空中又は水中における交通のための移動手段、特に自動車におけるポリマーフィルム及び/又はガラス板上の、例えばフロントガラス、バックガラス、サイドガラス及び/又はガラスルーフ上の、導電性構造体、特に加熱導体、アラームループ、センサ及びアンテナと電気的に接触接続させるための使用方法に関する。
【0044】
種々の構成は個別に、又は任意の組み合わせで実現できるものと解される。特に、上述の種々の特徴及び下記において説明する種々の特徴は、記述した組み合わせにおいてのみ使用できるのではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、別の組み合わせで、又は単独で使用することができる。
【0045】
以下では、図面に基づき本発明を詳細に説明する。図面は概略的に描かれたものであり、縮尺通りではない。図面の記載は本発明を制限することを意図したものではない。