具有至少一个导电和/或导热馈通的玻璃及其制备方法和应用与流程

具有至少一个导电和/或导热馈通的玻璃及其制备方法和应用
1.本发明涉及一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法和一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃。
2.玻璃被用作太阳能电池或平板显示器的背玻璃，从而对电子元件和/或层进行密封和保护。背玻璃内的导电馈通连接通常通过背玻璃内的开口来实现，这些开口用于馈通电连接并且例如通过钻孔或激光切割进行机械地制造。
3.背玻璃内不开口的导电馈通连接，至今现有技术中还不存在。
4.在现有技术中，具有导电层的玻璃衬底是公知的。这些涂覆的玻璃衬底仅在玻璃衬底平面内显示出导电性，在与玻璃衬底平面垂直的平面内不具备导电性，因此这些涂覆的玻璃衬底不适用于导电馈通连接。
5.de1928005c公开了一种具有导线增强体的浮法玻璃的制备方法。熔融的玻璃混合物浇铸在锡的液体浴上以形成玻璃层。在玻璃层的温度为1050℃时，将导线增强体插入玻璃层，且插入装置与玻璃层表面不接触。导线增强浮法玻璃被用作安全玻璃，且在垂直于玻璃平面的方向上不提供任何导电性。
6.de102014102256a1描述了一种内嵌荧光颗粒的玻璃制品及用于制备其的装置和方法；其中，该玻璃制品例如为平板玻璃。该玻璃制品包括表面、第一类型颗粒和第二类型颗粒。上述颗粒具有光学功能特性，如非散射的高折射率颗粒、散射颗粒、辐射吸收颗粒和/或波长转换颗粒，这种颗粒可以是或包括tio2、zno、ito、azo、al2o3、izo。该玻璃制品的制造方法是第一类型颗粒通过第一表面分布在熔融玻璃基质中，从而使颗粒完全被熔融玻璃基质包围。这种玻璃制品可以形成和布置为相对于电磁辐射的提取结构和/或耦合结构，并充当光学电子部件的载体和/或覆盖物，其中光学电子部件例如为发光二极管。这种玻璃制品内的颗粒不能提供导电馈通连接。
7.本发明的一个目的是提供一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法和一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法和一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃，本发明还提供了其它较佳实施方案。
9.一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法，包括：
10.a)提供具有至少一个熔融区域的玻璃基质；
11.b)在玻璃基质的至少一个熔融区域内插入至少一个导电和/或导热元件，至少一个导电和/或导热元件形成至少一个导电和/或导热馈通连接；及
12.c)将插入了至少一个导电和/或导热元件的所述玻璃基质进一步加工，以形成具有至少一个导电和/或导热元件的玻璃。
13.其中，步骤b)中的玻璃基质的至少一个熔融区域的动力粘度为105至10
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s，温度为400至800℃。
14.导电和/或导热馈通连接是指由导电和/或导热元件形成的玻璃内的密封路径，该
路径将电流和/或热量从玻璃的第一表面传送到玻璃的第二表面。玻璃的第一表面和第二表面均为平面，其可以是平坦或弯曲的平面并且垂直于玻璃的厚度方向。例如，如果玻璃是玻璃片形式的平板玻璃，则玻璃的第一表面和第二表面是垂直于玻璃的厚度方向的平行平面并且通过玻璃片的厚度彼此间隔开。有利的是，这种玻璃内的导电和/或导热馈通连接，可在诸如太阳能模块、平板显示器等设备中的整个玻璃内实现导电和/或导热密封连接和/或路径，而无需在玻璃中制造开口。玻璃内的密封路径是指由导电和/或导热元件形成的至少一个导电和/或导热馈通连接被密封，以防止气体、液体和/或固体外来剂穿过周围的玻璃基质。在一个实施例中，至少一个导电和/或导热馈通连接是真空的。
15.玻璃基质是一种不导电、非金属的无机玻璃基质。不导电、非金属的无机玻璃基质可以为非氧化物基玻璃基质或氧化物基玻璃基质。非氧化物基玻璃基质例如为卤化物玻璃或硫系玻璃。氧化物基玻璃基质可以是磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。硼酸盐玻璃例如为碱金属硼酸盐玻璃。硅酸盐玻璃例如为铝硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃、碱金属硅酸盐玻璃、碱金属-碱土金属硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃；例如钠钙硅酸盐玻璃。在一个实施例中，玻璃基质为氧化物基玻璃基质，优选为钠钙玻璃基质。
16.在一个实施例中，玻璃基质的至少一个熔融区域在200℃到700℃范围内具有101到107s
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的电导率。
17.玻璃基质是通过混合和熔化原料获得。混合和熔化可以作为一个批量或一个连续的过程进行，这意味着一定数量的原料被混合并被熔化以形成玻璃熔体，或者原料连续地被混合并被熔化以持续提供玻璃熔体。原料的熔化温度取决于玻璃的类型和原料的类型，并且为本领域技术人员已知，通常超过1200℃。玻璃熔体通常经过精炼，以去除气泡，这些气泡通常包含在玻璃熔体中，并在玻璃基质中构成玻璃缺陷。精炼方法为本领域技术人员已知，例如基于与精炼剂的化学反应、高温和搅拌处理、超声波处理或直接向玻璃熔体中吹入气体。经过精炼后，玻璃熔体可成型和/或定型并随后冷却以形成玻璃基质。
18.精制玻璃熔体的成型和/或定型是通过已知的方法完成的，如铸造、轧制、拉拔、弯曲等，其中玻璃熔体的成型和/或定型可以在玻璃熔体冷却之前或冷却过程中进行。以这种方式制造的玻璃基质包括例如平板玻璃基质或弯曲玻璃基质。
19.成型和/或定型后，玻璃基质被冷却至室温。
20.具有至少一个熔融区域的玻璃基质可以为平板玻璃、弯曲玻璃或层压玻璃，其通过将玻璃基质的至少一个区域混合和熔化、精炼、成型和/或定型、冷却和局部加热获得。在一个实施例中，步骤a)提供的具有至少一个熔融区域的玻璃基质选自平板玻璃基质、弯曲玻璃基质、平板夹层玻璃基质或其组合，每种玻璃基质具有至少一个熔融区域。
21.通过局部加热玻璃基质的至少一个区域，提供出步骤a)的具有至少一个熔融区域的玻璃基质。
22.根据步骤b)，在玻璃基质的至少一个熔融区域中插入至少一个导电和/或导热元件，其中玻璃基质的至少一个熔融区域的动力粘度为105至10
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s，温度为400至800℃。
23.有利的是，玻璃基质的至少一个熔融区域的动力粘度允许至少一个导电和/或导热元件在确定位置插入到玻璃基质中，而不会有至少一个导电和/或导热元件流入熔融玻璃基质中的风险。
24.插入的至少一个导电和/或导热元件形成至少一个导电和/或导热馈通连接。因
此，至少一个导电和/或导热元件被插入到玻璃基质的至少一个熔融区域中，从而导电元件的第一表面和第二表面集成在玻璃基质的第一表面和第二表面。结果是，导电元件的第一表面和第二表面分别成为玻璃基质的第一表面和第二表面的一部分。导电元件的第一表面和第二表面是指平面，可以是平坦或弯曲的平面，并且垂直于导电元件的厚度方向，如果平面为平坦平面，则其通过导电元件的厚度相互间隔。在一个实施例中，导电元件的厚度大于玻璃基质的厚度。因此，在玻璃基质的至少一个熔融区域中插入导电元件后，导电元件延伸到玻璃基质的至少一个表面上，这意味着导电元件穿透玻璃基质的至少一个表面。在一个实施例中，在步骤b)中插入导电和/或导热元件，使得导电和/或导热元件的一个表面集成在玻璃基质的一个表面，而导电元件的另一个表面延伸出玻璃基质的另一个表面。
25.根据本发明，在步骤c)中，插入至少一个导电和/或导热元件的玻璃基质被进一步加工，以形成具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃。进一步加工是指，将插入至少一个导电和/或导热元件的玻璃基质至少冷却至室温。
26.在一个实施例中，步骤c)中的进一步加工包括玻璃基质的热处理。热处理可以在步骤c)中冷却玻璃基质之前、期间或之后进行。有利地，插入的导电元件与玻璃基质之间的机械应力将降低。在一个实施例中，热处理在插入的至少一个导电和/或导热元件周围的区域内局部进行。
27.如果步骤a)提供的是一种具有至少一个熔融区域的平板玻璃基质，那么在步骤c)中的进一步加工还包括层压和/或弯曲过程，以形成具有至少一个导电和/或导热馈通连接的层压和/或弯曲玻璃。层压和/或弯曲过程可在步骤c)冷却玻璃基质后进行。在一个实施例中，如果层压至少两个分别包括至少一个插入的导电和/或导热元件的玻璃，则用于层压的层压箔在至少一个导电元件的位置包含至少一个孔或至少一个导电区域。有利地，本发明的方案避免了在至少两个夹层玻璃之间插入导电和/或导热元件的界面处出现不导电的层压箔。在另一种实施例中，在层压箔的至少一个孔加入固体或流体导电和/或导热介质可能是有利的。在层压过程中，导电和/或导热介质将填充至少一个孔，以在插入的导电和/或导热元件的界面处提供导电连接。
28.在另一个实施例中，如果进行层压的一个玻璃包括至少一个导电和/或导热元件，该至少一个导电和/或导热元件从玻璃基质的第一表面延伸到玻璃基质的第二表面，进行层压的另一个玻璃包括至少一个导电和/或导热元件，该至少一个导电和/或导热元件从玻璃基质的第一表面延伸到玻璃基质的第二表面之外，用包含孔的层压箔在插入的导电元件的位置上进行层压的过程中，插入的导电元件相互接触以在层压玻璃内部形成导电馈通连接。在另一个实施例中，在层压过程中相互接触的插入的导电元件可以通过，但不限于，超声技术、激光焊接、大电流焊接等方式额外焊接在一起。
29.步骤c)中的进一步处理还可以包括在具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃上沉积一些层，或在至少一个插入的导电和/或导热元件的至少一个表面上沉积至少一个接触材料。有利的是，接触材料增加了接触面积，可作为更多外部电连接器的接触点。
30.在优选的实施例中，步骤a)提供了完全熔融的玻璃基质。完全熔融的玻璃基质的动力粘度为105～10
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s，温度为400～800℃。
31.完全熔融的玻璃基质可以在玻璃熔体成型和/或定型之前通过混合和熔化以及精炼获得，例如通过制造平板玻璃。
32.众所周知，熔融玻璃基质或玻璃基质的至少一个熔融区域的动力粘度取决于熔融玻璃基质或玻璃基质的熔融区域的温度。一般来说，动力粘度随温度的升高而降低。如本领域技术人员所知，熔融玻璃基质或玻璃基质的熔融区域的动力粘度可通过多种技术来确定，例如但不限于平行板粘度法、球渗透粘度法、旋转同心圆筒粘度法和纤维伸长粘度法，其中优选旋转同心圆筒粘度法。
33.同样已知的是，适合于插入至少一个导电和/或导热元件的完全熔融的玻璃基质或玻璃基质的熔融区域，其动力粘度取决于玻璃基质的类型和熔融的原料。
34.在一个实施例中，步骤a)提供了完全熔融的玻璃基质，其温度低于原料物质的熔点且高于玻璃熔体的成型温度。众所周知，成型温度取决于玻璃的种类和原料的种类。
35.在一个实施例中，步骤a)提供了sio
2-naco3型完全熔融的玻璃基质。在步骤b)中，在完全熔融的sio
2-naco3玻璃基质的温度为700℃至800℃及动力粘度为105至107pa
·
s时，将至少一个导电和/或导热元件插入完全熔融的sio
2-naco3玻璃基质中。
36.在一个实施例中，步骤b)中的至少一个导电和/或导热元件通过定位装置插入。在一个实施例中，定位装置包括馈送装置和冲孔装置，其中馈送装置用于至少一个导电和/或导热元件。馈送装置和冲孔装置彼此相对设置，例如靠近玻璃基质的第一表面的馈送装置和靠近玻璃基质的第二表面的冲孔装置。“靠近第一表面或第二表面”是指馈送装置或冲孔装置与玻璃基质的第一表面或第二表面呈90
°
夹角设置。馈送装置允许导电元件沿垂直于玻璃基质表面的方向进行线性运动，以将导电元件插入玻璃基质的至少一个熔融区域。冲孔装置包括具有锋利边缘的孔，其中该孔的尺寸与待插入玻璃基质的至少一个熔融区域的导电和/或导热元件的尺寸相同。冲孔装置是可以更换的，以将冲孔装置调整到导电元件的任何尺寸。此外，冲孔装置在垂直于玻璃基质表面的方向上不进行线性运动。在插入导电和/或导热元件时，馈送装置朝向玻璃基质移动，以将导电元件插入玻璃基质的至少一个熔融区域。插入的导电元件从而去除玻璃基质的熔融区域或完全熔融的玻璃基质的一个区域，该区域被推入冲孔装置的孔内。冲孔装置还可包括位于冲孔装置一侧的至少一个切割刀片，其中冲孔装置的这一侧面向玻璃基质的其中一个表面，用于去除导电元件表面上仍然存在的玻璃基质的任何薄层，以及用于打开和关闭冲孔装置的孔。在一个实施例中，插入导电元件后仍存在于导电元件表面的玻璃基质的薄层可以通过额外的处理(例如抛光和/或激光烧蚀)去除。这种额外的处理可以在步骤c)中玻璃基质冷却之前、期间或之后进行。
37.在另一实施例中，定位装置包括馈送装置和至少两个操纵器装置。馈送装置和至少两个操纵器装置可以设置在靠近完全熔融的玻璃基质的同一表面。操纵器装置适用于在完全熔融的玻璃基质中的指定位置临时打开一个孔，以便插入至少一个导电和/或导热元件。
38.在优选的实施例中，步骤b)中的至少一个导电和/或导热元件包括导线、带、棒和预制粉末元件中的至少一个。
39.有利地，可商购的导线、带和棒具有各种尺寸和材料，易于插入熔融玻璃基质中。
40.预制粉末元件是指由至少一种粉末材料制成的压制和/或烧结元件。有利的是，压制和/或烧结的粉末元件提供了良好的导电和/或导热性能。
41.在优选实施例中，至少一个导电和/或导热元件由熔点高于550℃的材料制成。
42.有利的是，至少一个导电和/或导热元件的材料的熔点高于玻璃的软化点，因此在
制造具有至少一个导电和/或导热元件的玻璃时，该至少一个导电和/或导热元件不会发生熔化。
43.在一个实施例中，至少一个导电和/或导热元件由熔点低于2000℃的材料制成。
44.在优选实施例中，至少一个导电和/或导热元件由至少包括金属、金属合金、金属化合物和导电半导体中的一种的材料制成。
45.金属、金属合金和金属化合物例如为过渡金属、碱金属、或上述金属的合金和由上述金属构成的化合物。其中，过渡金属包括但不限于cu、mo、cr、ag；碱金属包括但不限于al。
46.导电半导体为掺杂半导体，例如元素半导体，比如si、ge、c基半导体，或化合物半导体，比如gaas、in2o
3-、sno2、zno等。
47.有利的是，导电和/或导热元件提供了良好的导电和/或导热性能。在一个实施例中，至少一个导电和/或导热元件具有大于103s
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的电导率。在另一个实施例中，至少一个导电和/或导热元件具有大于50w
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的热导率。
48.本发明还提供了一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃，其包括至少一种不导电和/或不导热的玻璃基质和至少一个导电和/或导热元件。至少一个导电和/或导热元件设置在至少一种不导电和/或不导热的玻璃基质中，以使至少一个导电和/或导热元件从至少一种不导电和/或不导热的玻璃基质的第一表面延伸到至少一种不导电和/或不导热的玻璃基质的第二表面，并形成导电和/或导热馈通连接。
49.不导电和/或不导热的玻璃基质可以是任何类型的不导电、无机非金属玻璃基质，如石英玻璃、钠钙玻璃、太阳能玻璃或显示玻璃。无机非金属玻璃基质可以是非氧化物基玻璃或氧化物基玻璃，其中，非氧化物基玻璃例如为卤化物玻璃或硫系玻璃。氧化物基玻璃可以是磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃，例如碱金属硼酸盐玻璃。硅酸盐玻璃可以是铝硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃、碱金属硅酸盐玻璃、碱金属-碱土金属硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃，例如钠钙硅酸盐玻璃。优选地，不导电和/或不导热的玻璃基质为太阳能玻璃或显示玻璃。太阳能玻璃或显示玻璃是指绝缘无机非金属玻璃，其中铁和/或碱元素的含量减少，如苏打石灰。
50.至少一个导电和/或导热元件作为一种可导电和/或导热的元件，，在玻璃内形成导电和/或导热馈通连接。导电和/或导热馈通连接是指由导电和/或导热元件形成的玻璃内的密封路径，该路径将电流和/或热量从玻璃的第一表面传输到第二表面。
51.至少一个不导电和/或不导热的玻璃基质的第一表面和第二表面为平面，可以是平坦或弯曲平面，并且垂直于该玻璃基质的厚度的方向。玻璃基质的厚度是玻璃沿垂直于玻璃平面方向的延伸。
52.在一个实施例中，具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃以平板玻璃、弯曲玻璃、层压玻璃或其组合的形式存在。
53.平板玻璃是指具有第一表面和第二表面的玻璃，这两个表面相互平行且彼此之间的间隔为玻璃的厚度，其中厚度的方向与玻璃的第一表面和第二表面垂直。
54.弯曲玻璃是指具有第一表面和第二表面的玻璃，这两个表面分别是弯曲的面，且彼此之间的间隔为玻璃的厚度。
55.层压玻璃是指由至少两个不导电和/或不导热的玻璃基质通过聚合物箔层压在一起的玻璃，使得第一不导电和/或不导热的玻璃基质的一个表面通过聚合物箔与第二不导
电和/或不导热的玻璃基质的一个表面粘接。层压玻璃可以是平板层压玻璃或弯曲层压玻璃。
56.在一个实施例中，具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃包括：在至少一个不导电和/或不导热玻璃基质的至少一个表面上的涂层。该涂层包括例如抗反射涂层或导电涂层
57.有利地，这种玻璃内的导电和/或导热馈通连接，可在诸如太阳能模块、平板显示器等设备中的整个玻璃内实现导电和/或导热密封连接，而无需在玻璃中制造开口。玻璃内的密封路径是指由导电和/或导热元件形成的至少一个导电和/或导热馈通连接被密封，防止气体、液体和/或固体外来剂穿过周围的玻璃基质。在一个实施例中，至少一个导电和/或导热馈通连接是真空的。
58.在优选的实施例中，至少一个导电和/或导热元件包括导线、带、棒和预制粉末元件中的至少一个。
59.有利地，可商购的导线、带和棒具有各种尺寸和材料。而且，预制粉末元件能够以定制形式获取，并提供良好的导电和/或导热性能。
60.在优选实施例中，至少一种导电和/或导热元件包括金属、金属合金、金属化合物和导电半导体中的至少一种。
61.金属、金属合金和金属化合物例如为，过渡金属、碱金属、或上述金属的合金和上述金属构成的化合物。其中，过渡金属包括但不限于cu、mo、cr、ag；碱金属包括但不限于al。
62.导电半导体为掺杂半导体，例如元素半导体，比如si、ge、c基半导体，或化合物半导体，比如gaas、in2o
3-、sno2、zno等。
63.有利的是，导电和/或导热元件提供了良好的导电和/或导热性能。在一个实施例中，至少一个导电和/或导热元件具有大于103s
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的电导率。在另一个实施例中，至少一个导电和/或导热元件具有大于50w
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的热导率。
64.在优选的实施例中，本发明中具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃被用作太阳能模块的背玻璃或用作平板显示器或发光器件的玻璃衬底。
65.有利的是，具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃为太阳能模块、平板显示器或发光器件的电子元件提供了隔绝外部大气的密封环境，因为不需要在玻璃内部开口，而开口可以将气体、液体和/或固体外来剂传输到电子元件。此外，有利的是，具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃可为具有外部电连接器(如接线盒)的太阳能模块、平板显示器或发光器件的电子元件提供适当的电气互连。
66.本发明提供了一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法和具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃，在以下示例性实施方案和附图中进行了说明性解释，但本发明并不限制于此。任何修改、变更、等同的排列及其组合，都应视为包含在本发明的范围内。
附图说明
67.图1显示了一种具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的制备方法的一个具体实施例。
68.图2显示了具有至少有一个导电和/或导热馈通连接的玻璃的一个具体
实施例
69.根据图1，通过步骤s1提供完全熔融的玻璃基质，来制备具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃。步骤s1所提供的完全熔融的玻璃基质为钠钙玻璃基质，其通过混合和熔融原料获得，原料的组成为70％sio2、15％na2o、9％cao和6％其他原料。将钠钙玻璃熔体精炼，以便除去气泡。钠钙玻璃熔体通过轧制成型为平板玻璃基质并冷却至700℃。
70.随后在步骤s2中，将一个导电和/或导热元件插入到完全熔融的钠钙玻璃基质中，该完全熔融的钠钙玻璃基质的温度为700℃，动力粘度为107pa
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s，其通过旋转同心圆筒式粘度法测量。插入一个导电和/或导热元件，使其形成至少一个导电和/或导热馈通连接。导电和/或导热元件是一种直径为3mm至5mm、长度为3.2mm至3.5mm的cu/cr导线。
71.然后，在步骤s3中，将插入了导电和/或导热的导线元件的熔融玻璃基质进一步加工，通过冷却至室温形成具有导电和/或导热馈通连接的平板玻璃。
72.图2所示为具有至少一个导电和/或导热馈通连接1的平板玻璃，其包括：一个不导电和/或不导热的玻璃基质10和一个导电和/或导热元件2。具有至少一个导电和/或导热馈通连接1的平板玻璃的厚度为3.2mm，宽度和长度分别为1200cm和1600cm。不导电和/或不导热的玻璃基质10为钠钙玻璃基质。导电和/或导热元件2为预制粉末元件，其由sno2粉末压制和烧结而成。预制粉末元件2的直径为5mm至10mm，长度为3.2mm至3.5mm。导电和/或导热的sno2粉末元件2设置于钠钙玻璃基质10内，从钠钙玻璃基质10的第一表面11延伸到钠钙玻璃基质10的第二表面12。
73.将权利要求中的技术特征与上述实施方案结合有利于实现本发明。然而，说明书中所述的实施方案仅作为举例说明，本发明并不局限于此。实施方案的任何修改、变更、等同的排列及其组合，都应视为包含在本发明的范围内。
74.参考标号
75.1具有至少一个导电和/或导热馈通连接的玻璃
76.10不导电和/或不导热的玻璃基质
77.11不导电和/或不导热的玻璃基质的第一表面
78.12不导电和/或不导热的玻璃基质的第二表面2导电和/或导热元件