DE102011110799A1

DE102011110799A1 - Substrat für den Aufbau elektronischer Elemente

Info

Publication number: DE102011110799A1
Application number: DE102011110799A
Authority: DE
Inventors: Michael Benedikt; Andreas Hinrich; Thomas Stenger; Eckhard Ditzel
Original assignee: Heraeus Materials Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-02-28
Also published as: WO2013026527A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein laminiertes Substrat zur Montage und Kontaktierung von zwei oder mehr elektronischen Elementen umfassend eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht, die mit einer strukturierten isolierenden Schicht laminiert ist, wobei das laminierte Substrat zumindest zwei Einheiten umfasst, wobei jede Einheit zumindest eine Elektrode zur Bereitstellung elektrischer Energie und eine Aufnahmefläche zur Montage von elektronischen Elementen umfasst, wobei neben jeder Aufnahmefläche zumindest eine benachbarte Elektrode angeordnet ist, die gemeinsam eine Einheit bilden, und jede Aufnahmefläche von der zumindest einen benachbarten Elektrode voneinander elektrisch isoliert ist und wobei die Aufnahmeflächen und/oder die Elektroden zumindest zweier benachbarter Einheiten über eine Verbindung oder zwei Verbindungen derart miteinander elektrisch verbunden sind, dass die elektronischen Elemente durch die Verbindung oder Verbindungen elektronisch Parallel und/oder in Reihe schaltbar sind, wenn sie auf den Aufnahmeflächen montiert und mit einer Elektrode oder mit zwei Elektroden derselben Einheit kontaktiert sind. Die Erfindung betrifft auch eine elektronische Schaltung umfassend ein solches Substrat mit elektronischen Elementen, ein Laminat zur Herstellung eines solchen Substrats wobei das Laminat eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht, die mit einer strukturierten isolierenden Schicht laminiert ist, umfasst, wobei zumindest zwei Einheiten vorstrukturiert sind, die vorstrukturierten Einheiten eine Aufnahmefläche und zumindest eine Elektrode umfassen und wobei zumindest eine Elektrode und/oder die Aufnahmefläche zumindest einer vorstrukturierten Einheit im Bereich von Verbindungen benachbarter vorstrukturierter Einheiten miteinander elektrisch leitend verbunden sind und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats, aus einem solchen Laminat, bei dem das vorstrukturierte Laminat im Bereich der Verbindungen ausgeformt wird, wobei die Elektrode und die Aufnahmefläche oder die Elektroden und die Aufnahmefläche oder die Elektroden der gleichen vorstrukturierten Einheit dabei derart getrennt werden und Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten oder Aufnahmeflächen und/oder Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten derart elektrisch verbunden bleiben, dass ein Substrat mit Einheiten aufgebaut wird, auf dem elektronische Elemente parallel und/oder in Reihe geschaltet werden, wenn die elektronischen Elemente auf den Aufnahmeflächen mit einer Elektrode oder mit zwei Elektroden derselben Einheit kontaktiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein laminiertes Substrat zur Montage und Kontaktierung von zwei oder mehr elektronischen Elementen umfassend eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht, die mit einer strukturierten isolierenden Schicht laminiert ist.
Die Erfindung betrifft auch eine elektronische Schaltung umfassend ein solches Substrat, ein Laminat zur Herstellung eines solchen Substrats und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats, aus einem solchen Laminat.
Es ist bekannt, elektronische Bauelemente platzsparend auf laminierten Substraten aufzubauen. Die laminierten Substrate kontaktieren die elektronischen Bauelemente, bieten aber auch einen stabilen Sockel. So können beispielsweise Leuchtdioden (LED) auf den Substraten angeordnet und kontaktiert werden. Die laminierten Substrate umfassen dazu zumindest eine elektrisch leitende Schicht und zumindest eine elektrisch isolierende Schicht.
Aus der EP 1 516 372 B1 ist ein biegsames laminiertes Substrat bekannt, das durch eine Metallfolie und eine Kunststofffolie gebildet ist. Die Metallfolie ist in einen ersten und einen zweiten Bereich getrennt, die die elektrischen Anschlüsse bilden. In der Kunststofffolie sind Aussparungen über den beiden Bereichen zum Einsetzen eines elektronischen Bauteils in den ersten Bereich und zur Kontaktierung des Bauteils mit dem zweiten Bereich vorgesehen. Das Substrat wird durch Stanzen und Verkleben hergestellt.
Die DE 10 2008 044 847 A1 betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einem elektrisch leitfähigen, zweigeteilten Rahmen, auf dem eine organische Schicht angeordnet ist. Der elektrisch leitfähige Rahmen bildet mit der organischen Schicht ein Substrat, in den das optoelektronische Bauteil eingesetzt werden kann.
Die DE 10 2005 044 001 B3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Laminats, bei dem jeweils eine strukturierte Metallfolie und eine strukturierte Kunststofffolie mit sich wiederholenden Konturen miteinander laminiert werden. Bei dem Verfahren werden die bandförmigen Laminate anschließend zu einzelnen Substraten beziehungsweise Modulen getrennt.
Auf solche Substrate nach dem Stand der Technik wird meist nur ein elektronisches Element, wie beispielsweise eine LED aufgebracht. Es können aber auch mehrere elektronische Elemente aufgebracht werden, die dann mit Hilfe von Bonddrähten und/oder gelöteten oder gesteckten Drahtverbindungen untereinander kontaktierbar sind. Dazu müssen die Bonddrähte und/oder gelöteten oder gesteckten Drahtverbindungen derart mit den elektronischen Elementen und den Elektroden verbunden werden, dass sich die gewünschte Verschaltung ergibt.
Nachteilig ist hieran, dass viele Bonddrähte auf kleinstem Raum verschaltet werden müssen und sich durch die Verschaltung komplizierte und störungsanfällige Bonddraht-Geometrien ergeben. Kommt es zu einer Berührung der Bonddrähte, kann ein Kurzschluss resultieren. Da die Bonddrähte sehr dünn sind, werden sie meist mit Hilfe einer Fixierung vor mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt. Bei der Fixierung wird beispielsweise ein Glastropfen aufgebracht. Der Fixierungstropfen belastet die Bonddrähte beim Auftragen mechanisch, so dass es zu einer unerwünschten Berührung sehr dicht beieinander liegender Bonddrähte kommen kann.
Zudem werden zunehmend auch auf solche Substrate Leistungsbauteile als elektronische Elemente aufgebracht, wie beispielsweise helle weiße LEDs, bei denen Wärme abgeführt werden muss. Dies ist bei einer zu dichten Anordnung der elektronischen Elemente nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Möglichkeit gefunden werden, eine Vielzahl von elektronischen Elementen miteinander zu verschalten und dazu gleichzeitig ein Substrat zu verwenden, ohne dass eine komplizierte und störanfällige Verdrahtung mit Bonddrähten und/oder gelöteten oder gesteckten Drahtverbindungen erforderlich ist. Zudem sollen die Verschaltungen für den Anwender möglichst einfach und flexibel realisierbar sein und der Fertigungsprozess möglichst einfach gestaltet sein. Es soll auch möglich sein, mehrere elektronische Leistungsbauteile auf platzsparenden Substraten zu verschaltbar zu machen.
Es sollen sowohl geeignete Substrate zur Verfügung gestellt werden, als auch ein Laminat, mit dem sich derartige Substrate möglichst einfach und kostengünstig nach individuellen Anforderungen herstellen lassen und möglichst die Art, Größe und Komplexität der Verschaltung flexibel gestaltbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats bereitgestellt werden, das möglichst einfach durchführbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das laminierte Substrat zumindest zwei Einheiten umfasst, wobei jede Einheit zumindest eine Elektrode zur Bereitstellung elektrischer Energie und eine Aufnahmefläche zur Montage von elektronischen Elementen umfasst, wobei neben jeder Aufnahmefläche zumindest eine benachbarte Elektrode angeordnet ist, die gemeinsam eine Einheit bilden, und jede Aufnahmefläche von der zumindest einen benachbarten Elektrode voneinander elektrisch isoliert ist und wobei die Aufnahmeflächen und/oder die Elektroden zumindest zweier benachbarter Einheiten über eine Verbindung oder zwei Verbindungen derart miteinander elektrisch verbunden sind, dass die elektronischen Elemente durch die Verbindung oder Verbindungen elektronisch Parallel und/oder in Reihe schaltbar sind, wenn sie auf den Aufnahmeflächen montiert und mit einer Elektrode oder mit zwei Elektroden derselben Einheit kontaktiert sind.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das Substrat bereits die Verschaltung von elektronischen Elementen vorgeben kann und die elektronischen Elemente nur noch in einfacher Weise auf dem Substrat befestigt und mit den Elektroden des Substrats kontaktiert werden muss.
Die Aufnahmefläche und die Elektrode beziehungsweise Elektroden der Einheiten können erfindungsgemäß durch einen Spalt voneinander elektrisch isoliert sein. Der durch den Spalt generierte Abstand wird durch die isolierende Schicht fixiert, wenn die Aufnahmefläche und die Elektrode beziehungsweise die Elektroden Teil der ersten elektrisch leitenden Schicht sind. Der Spalt ist in diesem Fall nur in der ersten elektrisch leitenden Schicht ausgebildet. Der Spalt ist die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit zur Bereitstellung der Isolation zwischen den Elektroden und den Aufnahmeflächen. Wenn die Aufnahmefläche Teile einer zweiten elektrisch leitenden Schicht ist, die von der ersten elektrisch leitenden Schicht durch die isolierende Schicht getrennt ist, wird der Spalt durch die elektrisch isolierende Schicht gebildet und daher die Aufnahmeflächen von den Elektroden durch die elektrisch isolierende Schicht getrennt.
Die erste elektrisch leitende Schicht kann durch die elektrisch leitfähigen Aufnahmeflächen, Elektroden und Verbindungen gebildet sein, beziehungsweise die Aufnahmeflächen, Elektroden und Verbindungen können aus der ersten elektrisch leitfähigen Schicht gebildet sein.
Die Aufnahmeflächen solcher Substrate können zehn, zwanzig, dreißig einhundert oder sogar noch mehr elektronische Elemente Aufnehmen. Die voranschreitende Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen und auch die Möglichkeit vieler solcher Elemente auf einem Chip unterzubringen führt dazu, dass auch eine große Anzahl von elektronischen Elementen theoretisch auf einer Aufnahmefläche angeordnet werden können.
Bei erfindungsgemäßen Substraten kann vorgesehen sein, dass neben jeder Aufnahmefläche nur eine Elektrode angeordnet ist, die gemeinsam die Einheit bilden und die vorzugsweise beide Teil der ersten elektrisch leitenden Schicht sind, so dass montierte elektronische Elemente durch die Elektrode und die Aufnahmefläche kontaktierbar sind, wobei zur Bereitstellung für eine Parallelschaltung zweier elektronischer Elemente die Aufnahmeflächen zweier benachbarter Einheiten durch eine erste Verbindung miteinander elektrisch verbunden sind und die Elektroden dieser benachbarten Einheiten durch eine zweite Verbindung miteinander elektrisch verbunden sind und/oder zur Bereitstellung für eine Reihenschaltung zweier elektronischer Elemente eine Aufnahmefläche einer Einheit mit einer Elektrode einer benachbarten Einheit durch eine Verbindung elektrisch verbunden ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass neben jeder Aufnahmefläche eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet ist, die gemeinsam die Einheit bilden, so dass montierte elektronische Elemente von beiden Elektroden elektrisch kontaktierbar sind, wobei zur Bereitstellung für eine Parallelschaltung zweier elektronischer Elemente die ersten Elektroden zweier benachbarter Einheiten durch eine erste Verbindung miteinander elektrisch verbunden sind und die zweiten Elektroden dieser benachbarten Einheiten miteinander durch eine zweite Verbindung elektrisch verbunden sind und/oder zur Bereitstellung für eine Reihenschaltung zweier elektronischer Elemente eine erste Elektrode einer Einheit mit einer zweiten Elektrode einer benachbarten Einheit durch eine Verbindung elektrisch verbunden ist.
Diese beiden Ausführungsformen der Erfindung stellen unterschiedliche Konzepte dar. Während das erste Konzept (das erste Substrat) nur zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche benötigt und vertikale Verschaltungen der elektronischen Elemente erfordert, umfasst das zweite Konzept (das zweitgenannte Substrat) einen elektrisch neutralen Bereich, der eine Effiziente Kühlung der elektronischen Bauteile ermöglicht und eine horizontale Verschaltung der elektronischen Elemente erfordert.
Bei Substraten mit zwei Elektroden pro Einheit kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Elektroden einer Einheit zumindest drei Elektrodensegmente umfassen, wobei jede Einheit, die nicht allseitig von benachbarten Einheiten umgeben ist, auf den Seiten, die keine benachbarten Einheiten aufweisen, Randverbindungen zwischen den Elektrodensegmenten der Elektroden aufweist und wobei zur Realisierung einer ersten oder einer zweiten Elektrode umfassend zumindest zwei aneinandergrenzende Elektrodensegmente die Randverbindungen elektrisch miteinander verbunden sind und zur Realisierung einer ersten und einer zweiten Elektrode durch zwei aneinandergrenzenden Elektrodensegmente die Randverbindung voneinander elektrisch getrennt sind.
Die Herstellung eines solchen Substrats kann durch diesen Aufbau vereinfacht werden und besonders variabel sein. Die Elektrodensegmente können so nämlich leicht ausgeprägt werden, so dass bereits das Laminat zur Herstellung der Substrate mit den Elektrodensegmenten vorstrukturiert sein kann. Dadurch können variable Strukturen der Substrate mit sehr einfachen Maßnahmen erzielt werden. Besonders bevorzugt werden vier Elektrodensegmente mit einem rechtwinkligen Aufbau des Laminats beziehungsweise des Substrats.
Bei Substraten mit zwei Elektroden pro Einheit kann auch vorgesehen sein, dass die Aufnahmeflächen einer Einheit von den zwei Elektroden derselben Einheit umgeben ist, vorzugsweise im Wesentlichen vollumfänglich umgeben ist, besonders bevorzugt vollumfänglich umgeben ist.
Eine solche Anordnung bewirkt besonders variable Substrate, beziehungsweise sie vereinfacht die Herstellung solcher Substrate dadurch, dass das vorstrukturierte Laminat, aus dem die Substrate gefertigt werden können, besonders variabel in verschiedene erfindungsgemäße Substrate auf einfache Weise umgewandelt werden kann. Zudem kann ein solcher Aufbau die Kontaktierung elektronischer Elemente auf dem Substrat erleichtern.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das laminierte Substrat eine strukturierte zweite elektrisch leitende Schicht umfasst, wobei die strukturierte isolierende Schicht zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht in jeder Einheit miteinander elektrisch verbunden sind, insbesondere im Bereich zumindest einer Ausnehmung in der isolierenden Schicht.
Die zweite elektrisch leitende Schicht kann zur Stabilisierung, Kontaktierung, als elektrisch neutraler Bereich, als Aufnahmefläche und/oder zur Verbesserung der Wärmeabfuhr verwendet werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite elektrisch leitende Schicht derart strukturiert ist, dass jede Einheit eine oder zwei oder drei elektrisch voneinander isolierte Flächen der zweiten elektrisch leitenden Schicht umfasst, wobei die Flächen vorzugsweise einen oder zwei elektrische Kontakte für den elektrischen Anschluss des Substrats und/oder einen elektrisch neutralen Bereich zur Wärmeableitung bilden.
Die Trennung der Bereiche der zweiten elektrisch leitenden Schicht ist für die Kontaktierung des Substrats von unten besonders geeignet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zweiten elektrisch leitenden Schichten der Einheiten elektrisch voneinander isoliert sind.
Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die zweite elektrisch leitende Schicht eine durchgehende Fläche über alle Einheiten hinweg bildet.
Die zweite Alternative reduziert zwar die Flexibilität des Substrats, vereinfacht aber den Aufbau und führt zu einer besonders guten Wärmeableitung.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zweite elektrisch leitende Schicht mit der ersten elektrisch leitenden Schicht durch einen Schweißpunkt und/oder eine Prägung der ersten oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht kontaktiert ist.
Diese Kontaktpunkte dienen dazu, die Elektrizität und/oder die Wärme zwischen den Schichten zu leiten.
Alternativ dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Aufnahmeflächen Teil der zweiten elektrisch leitenden Schicht sind.
Wenn die Aufnahmeflächen durch die zweite elektrisch leitende Schicht gebildet werden, ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr und Kühlung von elektronischen Elementen möglich, die auf diesen Aufnahmeflächen montiert werden. Die gilt insbesondere dann, wenn die durch die zweite elektrisch leitende Schicht gebildeten Aufnahmeflächen als elektrisch neutrale Bereiche ausgebildet sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste elektrisch leitende Schicht die Verbindung umfasst
Die Verbindung durch die erste elektrisch leitende Schicht zu realisieren dient der Vereinfachung des Aufbaus.
Ebenfalls bevorzugt kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Substrat elastisch verformbar ist.
Die elastische Verformbarkeit führt zu einer vielfältigen Anwendbarkeit des Substrats und daraus hergestellter elektrischer Schaltungen. Das Substrat kann dann nämlich an eine beliebige Oberfläche angepasst werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die isolierende Schicht dünner als 0,6 mm ist, vorzugsweise 0,01 bis 0,2 mm dick ist, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,1 mm dick ist, ganz besonders bevorzugt 0,05 mm dick ist, insbesondere inklusive einem Klebstoff zum Laminieren, und die elektrisch leitende Schicht oder die elektrisch leitenden Schichten 0,05 mm bis 2 mm dick sind, bevorzugt 0,1 mm bis 0,5 mm dick sind, besonders bevorzugt 0,15 mm dick sind.
Bei diesen Dicken ist ein platzsparender Aufbau elektronischer Schaltungen möglich, es wird nicht unnötig Material verbraucht und die Verformbarkeit des Substrats ist gleichzeitig besonders gut. Auch hat ein solches dünnes Substrat dann aber noch eine ausreichende Stabilität. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Dicke der ersten elektrisch leitenden Schicht von der Dicke der zweiten elektrisch leitenden Schicht abweicht.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitende Schicht oder die elektrisch leitenden Schichten aus Metall sind, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung, besonders bevorzugt aus einer Kupfer-Zinn-Legierung, und/oder die isolierende Schicht aus Kunststoff besteht, bevorzugt aus einem PET, PI, Epoxyd und/oder Bismalein-Triazin.
Diese Materialien sind aufgrund ihrer Stabilität, Verfügbarkeit und ihres Preises besonders gut geeignet. Zudem fassen sich auch gute Verbindungen herstellen und die erfindungsgemäßen Verfahren besonders unkompliziert durchführen. Dies gilt insbesondere für Kombinationen dieser Materialien.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine elektronische Schaltung umfassend ein solches Substrat bei dem auf jeder Aufnahmefläche zumindest ein elektronisches Element angeordnet ist, vorzugsweise zumindest eine LED angeordnet ist, die mit einem Bonddraht mit einer Elektrode derselben Einheit verbunden ist oder die mit zwei Bonddrähten mit zwei unterschiedlichen Elektroden derselben Einheit verbunden ist, so dass die elektronischen Elemente durch die Verbindungen parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
Die Verbindungen des Substrats bewirken also, dass die elektronischen Elemente in Reihe oder parallel geschaltet sind. Wenn mehr als zwei Elektroden vorhanden sind, beziehungsweise mehr als zwei Anschlussmöglichkeiten (die Aufnahmefläche ist auch eine Anschlussmöglichkeit), können auch komplexere Aufbauten wie Transistoren oder integrierte Schaltungen verschaltet werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Laminat zur Herstellung eines solchen Substrats wobei das Laminat eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht, die mit einer strukturierten isolierenden Schicht laminiert ist, umfasst, wobei zumindest zwei Einheiten vorstrukturiert sind, die vorstrukturierten Einheiten eine Aufnahmefläche und zumindest eine Elektrode umfassen und wobei zumindest eine Elektrode und/oder die Aufnahmefläche zumindest einer vorstrukturierten Einheit im Bereich von Verbindungen benachbarter vorstrukturierter Einheiten miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Aus einem solchen Laminat lassen sich auf einfachste Weise unterschiedliche Substrate für unterschiedliche Verschaltungen realisieren. Gerade die Variabilität und die einfache Verwendbarkeit ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden erfindungsgemäßen Laminate. Das Laminat kann also auch die Art, Größe und Komplexität der Verschaltung zunächst offen lassen. Die Verschaltung wird dann in einem nachgelagerten Prozess durch einfaches Trennen von Verbindungen an den dafür vorgesehenen Stellen hergestellt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Laminat als Band ausgeformt ist, insbesondere als aufgewickelte Endlosbahn, wobei zwei oder mehrere vorstrukturierte Einheiten nebeneinander angeordnet sind und eine Vielzahl von vorstrukturierten. Einheiten hintereinander, wobei insbesondere die vorstrukturierten Elemente hintereinander durch Verbindungen miteinander elektrisch verbunden sind.
Eine Endlosbahn ist selbstverständlich nicht wirklich endlos sondern nur sehr lang im Vergleich zu ihrer Breite. Solche aufgerollten Bahnen lassen sich bei der Herstellung der Substrate leicht abspulen und einfach transportieren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Laminat an zumindest einer Seite, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten einen Streifen oder mehrere Streifen zur Handhabung des Laminats umfasst, wobei vorzugsweise in dem Streifen Ausnehmungen zur Halterung und/oder Positionierung des Laminats angeordnet sind.
Mit diesen Streifen lässt sich die Verarbeitung des Laminats präzisieren und weiter vereinfachen.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Verbindungen durch die erste elektrisch leitende Schicht und durch die isolierende Schicht gebildet werden und/oder eine zweite elektrisch leitende Schicht derart angeordnet ist, dass die elektrisch isolierende Schicht zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zweite elektrisch leitende Schicht zwischen den vorstrukturierten Einheiten keine elektrisch leitende Verbindung bereitstellt und in zwei oder drei elektrisch voneinander isolierte Teile pro vorstrukturierter Einheit geteilt ist.
Der Aufbau dient den bereits geschilderten Vorzügen durch die aus einem solchen Laminat aufgebauten Substrate.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass alle vorstrukturierten Einheiten identisch sind und zumindest die Verbindungen zwischen den vorstrukturierten Einheiten entlang einer Linie identisch sind, so dass durch ein Ausstanzen im Bereich dieser Verbindungen die über diese Verbindungen verbundenen vorstrukturierten Einheiten zu Einheiten des Substrats für Reihenschaltungen oder für Parallelschaltungen elektronischer Elemente ausstanzbar sind.
Dies führt zu einer besonders großen Variabilität des Laminats, das heißt, dass die verschiedensten Substrate aus einem solchen Laminat aufgebaut werden können.
Es kann auch vorgesehen sein, dass am Rand des Laminats Randverbindungen angeordnet sind, die die Elektroden einer vorstrukturierten Einheit miteinander verbinden.
Mit diesen Randverbindungen lassen sich noch mehr verschiedene Substrate für eine noch größere Vielfalt möglicher Verschaltungen realisieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats aus einem solchen Laminat, bei dem das vorstrukturierte Laminat im Bereich der Verbindungen ausgeformt wird, wobei die Elektrode und die Aufnahmefläche oder die Elektroden und die Aufnahmefläche oder die Elektroden der gleichen vorstrukturierten Einheit dabei derart getrennt werden und Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten oder Aufnahmeflächen und/oder Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten derart elektrisch verbunden bleiben, dass ein Substrat mit Einheiten aufgebaut wird, auf dem elektronische Elemente parallel und/oder in Reihe geschaltet werden, wenn die elektronischen Elemente auf den Aufnahmeflächen mit einer Elektrode oder mit zwei Elektroden derselben Einheit kontaktiert werden.
Dies stellt ein besonders einfaches und leicht und kostengünstig umzusetzendes Verfahren dar, bei gleichzeitig eine große Vielfalt von Substraten herstellbar ist. Vorzugsweise wird das Laminat durch Ausstanzen mit einem Ausstanzwerkzeug ausgeformt. Die genaue Form des Stanzwerkzeugs ist dabei nicht entscheidend, wenn auch bestimmte, insbesondere kompakte Formen bevorzugt sind. Wichtig ist hierbei das Prinzip, dass das Laminat vorzugsweise in einem Arbeitsschritt in die erfindungsgemäßen Substrate umgewandelt werden kann und dass durch einen einfachen Austausch beziehungsweise Variationen der Stanzwerkzeuge aus dem gleichen Laminat auch andere erfindungsgemäße Substrate herstellbar sind.
Die Ausformung kann erfindungsgemäß durch schneiden auch mit Lasern durchgeführt werden. Bevorzugt wird erfindungsgemäß jedoch, dass die Ausformung durch Ausstanzen erfolgt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das vorstrukturierte Laminat in einem Bereich von 5 mm um die Verbindung oder die Verbindungen herum ausgeformt wird, bevorzugt in einem Bereich von 2 mm um die Verbindung herum, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 mm um die Verbindung herum.
Dies spiegelt wieder, dass auch klein bemessene Werkzeuge (beispielsweise Stanzwerkzeuge) ausreichen, um das erfindungsgemäße Verfahren umzusetzen. Es kann sogar erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Laminat nur im Bereich der Verbindungen des Laminats ausgeformt wird.
Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass zur Bereitstellung einer Parallelschaltung ein Prägestempel mit einer ersten Form verwendet wird und zur Bereitstellung einer Reihenschaltung ein Prägestempel mit einer zweiten Form verwendet wird.
Die Verwendung von nur zwei Sorten von Prägestempeln vereinfacht das Herstellungsverfahren deutlich.
Es kann schließlich auch vorgesehen sein, dass das vorstrukturierte Laminat im Bereich von Randverbindungen ausgeformt wird, so dass jede Einheit des erzeugten Substrats zwei Elektroden umfasst.
Hierdurch wird der Formenschatz der erzeugbaren Substrate erhöht.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass ein Substrat aus gleichartigen Einheiten, die zumindest eine Elektrode und eine Aufnahmefläche umfassen, durch Verbindungen der Elektroden und/oder Aufnahmeflächen benachbarter Einheiten aufgebaut werden kann, so dass Parallel- und/oder Reihenschaltungen von elektronischen Elementen realisiert werden können, wenn diese auf den Aufnahmeflächen angeordnet werden und elektrisch leitend kontaktiert werden.
Ein erfindungsgemäßes Laminat stellt eine fast fertiges, vorstrukturiertes Halbzeug dar, das durch einfaches Ausstanzen, Ausschneiden oder andere Ausformtechniken im Bereich der Verbindungsstege zwischen den vorstrukturierten Einheiten des Laminats in ein erfindungsgemäßes Substrat geformt werden kann. Dabei kann beispielsweise durch den Einsatz zweier Stanzwerkzeuge und deren Anordnung beim Ausstanzen festgelegt werden, ob zwei benachbarte Einheiten eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung bereitstellen. Ein solches Laminat ist also dazu ausgelegt, durch ein einfaches Herstellungsverfahren und durch Ausformen in einem eng begrenztet Bereich an den Verbindungen der vorstrukturierten Einheiten erfindungsgemäße Substrate zu erzeugen.
Die Substrate können sowohl unterschiedlich geformt sein, das heißt, dass die Einheiten der Substrate unterschiedlich geformt sein können und auch relativ zueinander unterschiedlich angeordnet sein können. Hieraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der Gestaltung des Substrats und dadurch der Anordnung von elektronischen Elementen auf dem Substrat. Ein besonders bevorzugter Effekt ergibt sich, wenn das Substrat gleichzeitig flexibel ist, das heißt, elastisch oder plastisch verformbar ist, da sich das Substrat mit den elektronischen Elementen dann gut an verschiedene Einbausituationen anpassen lässt.
Ein typisches Substrat für eine Mischung aus Reihen- und Parallelschaltung(en) besteht aus einer Parkettierung mit rechteckigen Einheiten. Die Einheiten können aber ebenso gut durch Dreiecke oder Sechsecke gebildet sein. Ferner können die Einheiten auch unterschiedlich geformt sein und trotzdem verschaltet werden. Beispielsweise kann eine Parkettierung aus schmalen und breiten Rauten zu einer Penrose-Parkettierung zusammengesetzt werden. Auch ist es möglich Fünfecke und Sechsecke als Einheiten zu verwenden, die dann zu einem Fußball mit ikosaedrischer oder Kugelsymmetrie faltbar sind.
Die Einheiten können erfindungsgemäß auch einfach nur in einer Linie miteinander verbunden sein. Ebenso können die Einheiten auch über jede Kante miteinander verbunden sein. Wenn jede zentrale rechteckige Einheit beispielsweise über jede Kante mit benachbarten Einheiten verbunden ist, ergeben sich besonders vielfältige Verschaltungsmöglichkeiten.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von fünfzehn schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
1: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat mit zwei Elektroden und elektrisch neutralem Bereich für Parallelschaltungen;
2: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat mit zwei Elektroden und elektrisch neutralem Bereich für Reihenschaltungen;
3: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat mit einer Elektrode und ohne elektrisch neutralen Bereich für Parallelschaltungen;
4: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat mit einer Elektrode und ohne elektrisch neutralen Bereich für Reihenschaltungen;
5: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Laminat zur Herstellung erfindungsgemäßer Substrate;
6: eine schematische perspektivische Ansicht einer Einheit eines erfindungsgemäßen Substrats auf dem elektrische Elemente angeordnet sind;
7: eine schematische Aufsicht auf ein alternatives erfindungsgemäßes Substrat mit elektrisch neutralem Bereich für eine Mischung von Reihen- und Parallelschaltung;
8: eine schematische Aufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Laminat mit elektrisch neutralem Bereich;
9: eine schematische Aufsicht auf die Unterseite des Laminats nach 8;
10: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat für eine Parallelschaltung, das aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde;
11: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat für eine Reihenschaltung, das aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde;
12: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat für eine kombinierte Reihen- und Parallelschaltung, das aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde;
13: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes lineares Substrat für eine Reihenschaltung mit einseitigem Anschluss, das beispielsweise aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde;
14: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes lineares Substrat für eine Reihenschaltung mit zweiseitigem Anschluss, das beispielsweise aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde; und
15: eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes lineares Substrat für eine Parallelschaltung, das beispielsweise aus einem Laminat nach den 8 und 9 gefertigt wurde.
1 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat 1. Das Substrat 1 umfasst drei gleichartige Einheiten 2. Die linke Einheit 2 ist in 1 durch einen rechteckigen Rahmen gekennzeichnet. Jede der Einheiten 2 umfasst eine obere, 0,15 mm dicke, erste Metallschicht, 3, 4, 5, die eine Aufnahmefläche 3 und zwei Elektroden 4, 5 umfasst. Die Elektroden 4, 5 sind von der Aufnahmefläche 3 durch Spalte 6 in der ersten Metallschicht 3, 4, 5 elektrisch voneinander isoliert. Die Struktur der der ersten Metallschicht 3, 4, 5 ist auf eine dünne Kunststofffolie geklebt, die die Struktur stabilisiert und die als isolierende Schicht fungiert.
Auf der Unterseite des Substrats 1 ist in jeder Einheit 2 eine dreiteilige untere, 0,15 mm dicke, zweite Metallschicht aufgeklebt. Die Trennungsspalte 7 der unteren Metallschicht sind durch die jeweils doppelten gestrichelten Linien in 1 angedeutet. So ist erkennbar, dass die zweite Metallschicht in drei Teile unterteilt ist, die nicht elektrisch leitend untereinander verbunden sind. Die zweite Metallschicht umfasst keine Verbindungen zwischen den Einheiten 2. Die Kunststofffolie ist zusammen mit dem Klebstoff 0,05 mm dick. Die erste Metallschicht 3, 4, 5 ist mit der zweiten Metallschicht durch Prägungen 8 verbunden, die sich durch Aussparrungen in der Kunststofffolie erstrecken. Dabei sind die Elektroden 4, 5 und die Aufnahmefläche 3 als elektrisch neutraler Bereich mit separierten Bereichen der dreiteiligen zweiten Metallschicht verbunden, so dass die Elektroden 4, 5 voneinander und von der Aufnahmefläche 3 elektrisch getrennt bleiben.
Die Einheiten 2 sind durch Stege 9 miteinander verbunden, die durch die erste Metallschicht und die Kunststoffschicht gebildet sind also auch Teilweise zur ersten Metallschicht gehören. Die Stege 9 sind durch Verbindungen 9 der Elektroden 4, 5 miteinander realisiert. Die Kunststofffolie erstreckt sich auch unten an den Stegen 9. Die Verbindung 9 ist dabei derart realisiert, dass die ersten Elektroden 4 benachbarter Einheiten 2 miteinander verbunden sind und die zweiten Elektroden 5 benachbarter Einheiten 2 miteinander verbunden sind. Die ersten und zweiten Elektroden 4, 5 benachbarter Einheiten 2 bleiben durch einen Spalt 10 in der Verbindung 9 voneinander elektrisch isoliert. Die Verbindungen 9 stellen also Doppelverbindungen zwischen den Elektroden 4, 5 der Einheiten 2 her.
Der Spalt 10 im Steg 9 greift auch in die Spalte 6 in der ersten Metallschicht 3, 4, 5, so dass die Aufnahmefläche 3 von den Elektroden 4, 5 elektrisch getrennt ist und die ersten und zweiten Elektroden 4, 5 voneinander elektrisch isoliert sind.
Wird in jeder Einheit 2 jeweils ein elektronisches Element (nicht gezeigt), wie beispielsweise eine LED, auf der Aufnahmefläche 3 befestigt und mit Bonddrähten mit den beiden Elektroden 4, 5 verbunden, sind die elektronischen Elemente durch das Substrat 1 parallel geschaltet. Das Substrat 1 mit den elektronischen Elementen kann von unten durch die zweite Metallschicht kontaktiert werden. Die oberen und die unteren Flächen der zweiten Metallschicht können dann als Anschlüsse verwendet werden. Der mittlere Teil der zweiten Metallschicht und die Aufnahmefläche 3 sind elektrisch neutral und werden zur Abfuhr von Wärme aus dem elektronischen Element verwendet.
2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein anderes, äußerlich ähnliches erfindungsgemäßes Substrat 11, umfassend drei Einheiten. Auch das hier gezeigte Substrat 11 umfasst zwei elektrisch leitende Schichten, zwischen denen eine isolierende Schicht angeordnet ist. Die erste elektrisch leitende Schicht 3, 4, 5 umfasst eine Aufnahmefläche 3, die von zwei Elektroden 4, 5 umrahmt ist und durch Spalte 6 von den Elektroden 4, 5 elektrisch getrennt ist. Die zweite elektrisch leitende Schicht ist ebenfalls durch Spalte 7 in drei Teile (Flächen) geteilt, wobei jeder Teil durch Prägungen 8 mit jeweils einer Elektrode 4, 5 oder der Aufnahmefläche 3 verbunden ist. Die Prägungen 8 können beispielsweise durch Prägen und Laserverschweißen hergestellt werden. Ebenso können sie aber auch gelötet werden.
Im Unterschied zur dem Substrat 1 nach 1 sind die Verbindungen 19 zwischen den Einheiten anders ausgestaltet. Die Verbindung 19 wird hier durch einen einzigen Steg 19 der oberen elektrisch leitenden Schicht 3, 4, 5 gebildet, der die erste Elektrode 4 mit einer zweiten Elektrode 5 einer benachbarten Einheit verbindet. Spalte 20 in den Verbindungen 19 sorgen dafür, dass die Aufnahmeflächen 3 und die Elektroden 4, 5 elektrisch voneinander isoliert bleiben.
Wenn auf den Aufnahmeflächen 3 elektronische Elemente, wie zum Beispiel Transistoren, ICs, Chips, LEDs oder Dioden aufgebracht werden und diese mit Bonddrähten (nicht gezeigt) jeweils beidseitig mit den beiden Elektroden 4, 5 kontaktiert werden, so ergibt sich für die elektronischen Elemente mit dem Substrat 11 nach 2 eine Reihenschaltung, während das Substrat 1 nach 1 eine Parallelschaltung der elektronischen Elemente bei gleicher Beschaltung ergibt.
Gleichzeitig ist zu sehen, dass sich die beiden Substrate 1, 11 nur geringfügig voneinander unterscheiden. Lediglich der Bereich der Verbindungen 9, 19 zwischen den Einheiten 2 unterscheidet die beiden Substrate 1, 11 voneinander. Gerade hierin ist eine der Stärken der vorliegenden Erfindung zu sehen, dass nämlich bereits geringe Veränderungen der Substrate 1, 11 im Bereich der Verbindungen 9, 19 zwischen den Einheiten 2 den Unterschied zwischen einer Parallel- und einer Reihenschaltung ausmachen. Die elektronischen Elemente werden, bei Verwendung der Substrate 1, 11 durch die beiden Elektroden 4, 5 horizontal angebunden.
3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Substrat 21 umfassend drei Einheiten 2. Jede der Einheiten 2 umfasst eine Aufnahmefläche 3 und nur eine Elektrode 4. Die Aufnahmefläche 3 und die Elektrode 4 bilden eine erste leitende Schicht 3, 4, wobei die Aufnahmefläche 3 und die Elektrode 4 durch einen Spalt 6 elektrisch voneinander isoliert sind. Unterhalb dieser ersten elektrisch leitenden Schicht 3, 4 ist eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet und unter der elektrisch isolierenden Schicht ist eine zweite elektrisch leitende Schicht angeordnet, die in drei elektrisch voneinander isolierte Teile (Flächen) geteilt ist, wie durch die waagerechten gestrichelten Linienpaare angedeutet, die die Spalte 7 in der zweiten elektrisch leitenden Schicht darstellen.
Die Aufnahmefläche 3 fungiert für eine spätere Verschaltung als Gegenelektrode, so dass eine weitere Elektrode nicht notwendig ist. Die elektronischen Elemente (nicht gezeigt), die auf einem solchen Substrat 21 kontaktiert werden, werden also vertikal angebunden, das heißt, dass das elektronische Element/Bauteil durch einen Bonddraht (nicht gezeigt), der mit der Elektrode 4 verbunden ist, und durch den Boden des elektronischen Elements an die Aufnahmefläche 3 angeschlossen ist, der Strom also vertikal durch das elektronische Element hindurch fließen kann.
Die Aufnahmefläche 3 kann dann nicht mehr als elektrisch neutrale Zone fungieren und ist daher zum Ableiten von Wärme ohne eine elektrische Isolation ungeeignet.
Durchkontaktierungen 8, die durch Prägen und/oder Verschweißen erzeugt werden, erstrecken sich durch die elektrisch isolierende Schicht und verbinden so die beiden äußeren Teile (oben und unten in 3) der zweiten elektrisch leitenden Schicht mit der Aufnahmefläche 3 und der Elektrode 4, die aber durch die Spalte 6, 7 noch stets voneinander elektrisch isoliert sind. Der mittlere Bereich der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht umfasst keine Durchkontaktierungen und ist daher elektrisch neutral. Dieser mittlere Bereich ist dann dazu geeignet, Wärme aus elektrischen Elementen abzuführen, die auf die Aufnahmeflächen 3 montiert sind. Die dünne elektrisch isolierende Schicht stellt nur einen geringen Wärmewiderstand dar, so dass die Wärme gut abgeleitet werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass der mittlere Bereich der zweiten elektrisch leitenden Schicht dicker ausgeführt ist (zum Beispiel 1 bis 5 mm) und aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht, wie beispielsweise Kupfer, um das elektrische Element auf der Aufnahmefläche 3 effizient zu kühlen. Die restliche zweite elektrisch leitende Schicht kann auch aus einem anderen Material, wie beispielsweise CuSn bestehen und wesentlich dünner ausgebildet sein.
Es ist also im Allgemeinen und für alle Ausführungsbeispiele nicht zwingend notwendig, dass die elektrisch leitenden Schichten aus einem Material bestehen. Es ist jedoch von Vorteil für die Herstellung des Substrats beziehungsweise eines erfindungsgemäßen Laminats, wenn die elektrisch leitenden Schichten aus einer homogenen Folie hergestellt werden können, daher ist diese Ausführung bevorzugt.
Die Einheiten 2 sind mit Verbindungen 9 in Form von jeweils zwei Stegen 9 untereinander verbunden. Die Stege 9 sind Teil der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 3, 4 und der darunter angeordneten elektrisch isolierenden Schicht. Diese Verbindungen 9 haben die gleiche Gestalt, wie die Verbindungen 9 nach 1 und auch hier wird ein Substrat 21 für eine Parallelschaltung von elektronischen Elementen bereitgestellt. Dazu müssen die elektronischen Elemente mit einer leitfähigen Verbindung auf die Aufnahmeflächen 3 aufgebracht werden und der zweite Kontakt der elektronischen Elemente wird mit Hilfe eines Bonddrahts hergestellt, der mit der Elektrode 4 verbunden ist.
4 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat 31 mit einer Aufnahmefläche 3 und nur einer Elektrode 4 und ohne elektrisch neutralen Bereich in der ersten elektrisch leitenden Schicht 3, 4, wie nach 3, das im Unterschied zu dem Substrat 21 nach 3 jedoch für Reihenschaltungen ausgelegt ist.
Der Aufbau ist bezüglich der Einheiten 2 also analog zu dem von 3, wobei die Verbindungen 19 der Einheiten 2 unterschiedlich gestaltet sind. Die Verbindungen 19 verbinden immer eine Aufnahmefläche 3 mit einer Elektrode 4 einer benachbarten Einheit 2. Wenn auf den Aufnahmeflächen 3 elektronische Elemente (nicht gezeigt) geschaltet werden, die bodenseitig mit den Aufnahmeflächen 3 und seitlich oder auf der Oberseite über einen Bonddraht oder einer anderen Kontaktierung (nicht gezeigt) mit den Elektroden 4 verbunden sind, so sind die drei elektronischen Elemente in Reihe geschaltet.
Für alle Substrate 1, 11, 21, 31 nach den 1 bis 4 gilt, dass sie auch ohne die untere, zweite elektrisch leitende Schicht aufgebaut werden können. Dann sind selbstverständlich auch keine Prägungen 8 zur elektrischen Verbindung der ersten leitenden Schicht 3, 4, 5 mit der zweiten leitenden Schicht vorhanden. Die elektrischen Anschlüsse müssen dann direkt an den Elektroden 4, 5 beziehungsweise den Aufnahmeflächen 3 und der Elektrode 4 angeschlossen sein.
5 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Laminats 41 zur Herstellung erfindungsgemäßer Substrate. In 5 sind neun vorstrukturierte Einheiten 42 gezeigt, aus denen Einheiten 2, wie sie in den 1 oder 2 gezeigt sind, herstellbar sind. Das Laminat 41 setzt sich nach rechts und links als Band fort.
Die vorstrukturierten Einheiten 42 umfassen Aufnahmeflächen 43 und zwei Elektroden 44, 45, die durch Spalte 46 teilweise voneinander getrennt sind. Das Laminat 41 um fasst eine erste leitende Schicht (oben auf) und eine elektrisch isolierende Schicht aus PET (PI, Epoxyd, Bismalein-Triazin oder andere Werkstoffe) (darunter), die miteinander laminiert sind. Auf der Unterseite der elektrisch isolierenden Schicht ist eine zweite elektrisch leitende Schicht (unten) angeordnet. Diese zweite elektrisch leitende Schicht ist mit den Elektroden 44, 45 durch Schweißpunkte 48 verbunden.
Die vorstrukturierten Einheiten 42 des Laminats 41 sind über Stege 49, 50 der ersten elektrisch leitenden Schicht und der isolierenden Schicht miteinander verbunden. Die waagerechten Stege 49 verbinden die vorstrukturierten Einheiten 42 in Längsrichtung des Laminats 41 und die vertikalen Stege 50 verbinden die vorstrukturierten Einheiten 42 in Querrichtung (in 5 von oben nach unten).
Bei der gezeigten Struktur des Laminats 41 sind die vertikalen Stege 50 dazu ausgelegt, eine Reihenschaltung zu realisieren. Die horizontalen Stege 49 lassen sich mit einem einfachen Stanzwerkzeug zu einer Verbindung 9 nach 1 oder einer Verbindung 19 nach 2 formen. Das Laminat 41 kann also durch Ausstanzen im Bereich der Stege 49 zu Substraten für Reihen- und/oder Parallelschaltungen geformt werden. Zusätzlich können noch weitere Einheiten senkrecht zu diesen Verbindungen für Reihenschaltungen vorgesehen sein oder die vertikalen Stege 50 werden einfach getrennt.
Zur einfacheren Bearbeitung umfasst das Laminat 41 am Rand zwei gegenüberliegende Haltestreifen 51, mit denen das Laminat 41 gehaltert und prozessiert werden kann. In den Haltestreifen 51 sind Ausnehmungen 52 vorgesehen, die zur Halterung und zum Transport des Laminats 41 mit geeigneten Maschinen geeignet sind. Zudem umfassen die Haltestreifen 51 Positionsmarkierungen 53, die zum automatisierten Verarbeiten des Laminats 41 vorgesehen sind.
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Einheit 62 eines erfindungsgemäßen Substrats. Die Einheit 62 umfasst eine Aufnahmefläche 63, eine erste Elektrode 64 und eine zweite Elektrode 65, die aus einer ersten elektrisch leitende Schicht 70 ausgeformt sind, die beispielsweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehen kann. Die Elektroden 64, 65 und die Aufnahmefläche 63 sind durch Spalten 66 voneinander beabstandet und dadurch elektrisch voneinander isoliert.
Die erste elektrisch leitende Schicht 70 ist auf einer dünnen elektrisch isolierenden Schicht 71 angeordnet. Unterhalb der elektrisch isolierenden Schicht 71 ist eine zweite elektrisch leitende Schicht 72 angeordnet. Die Schichten 70, 71, 72 sind miteinander laminiert. Die zweite elektrisch leitende Schicht 72 ist dreigeteilt, wobei die Teile durch Spalte 67 voneinander getrennt sind. Die erste und die zweite elektrisch leitende Schicht 70, 72 sind bereichsweise miteinander verschweißt. Dazu hat die erste metallische Schicht 70 Prägungen 68, die durch Ausnehmungen in der elektrisch isolierenden Schicht 71 bis auf die zweite elektrisch leitende Schicht 72 hindurchreichen. Die Prägungen 68 sind mit der zweiten elektrisch leitenden Schicht 72 verschweißt.
Die Einheit 62 umfasst am oberen und unteren Rand jeweils zwei Stege 69, die durch die erste elektrisch leitende Schicht 70 und die isolierende Schicht 71 gebildet werden. Diese Stege 69 verbinden zwei solcher Einheiten 62, um eine Parallelschaltung der LEDs 75 auf den Aufnahmeflächen 63 zweier Einheiten 62 zu ermöglichen. Auf der Aufnahmefläche 63 sind zwölf LEDs 75 angeordnet. Die LEDs 75 sind über Bonddrähte (nicht gezeigt) mit den Elektroden 64, 65 verbunden und können auch untereinander mit Bonddrähten verbunden sein. Grundsätzlich können auch die LEDs 75 auf der Aufnahmefläche 63 unterschiedlich verschaltet werden, das heißt in Reihe und/oder Parallel, wobei durch die dann entstehende komplizierte Vernetzung mit Bonddrähten wieder die Gefahr für Kurzschlüsse und Fehlschaltungen besteht und die Fertigung aufwendiger wird.
7 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Substrat 81 mit Einheiten 82 mit dreieckiger Geometrie. Die Einheiten 82 sind durch einen dreieckigen Rahmen mit gestricheltem Rand angedeutet. Jede Einheit 82 umfasst eine erste elektrisch leitende Schicht umfassend jeweils drei Elektrodensegmente 84. Eine zweite elektrisch leitende Schicht 88 umfasst Aufnahmeflächen 83, die von den Elektroden 84 im Wesentlichen eingerahmt sind. Entweder sind jeweils zwei der Elektrodensegmente 84 einer Einheit 82 zu einer Elektrode 84 elektrisch miteinander verbunden oder eines der Elektrodensegmente 84 bleibt elektrisch neutral beziehungsweise als Masseleiter während die anderen beiden Elektrodensegmente 84 die Elektroden der Einheit 82 bilden. Alternativ kann die dritte Elektrode 84 auch als dritter Kontakt, beispielsweise für Transistoren verfügbar sein.
Alle Elektroden 84 sind im Bereich der Spitzen der Dreiecke der Einheiten 82 mit den Elektroden 84 benachbarter Einheiten 82 über elektrische Verbindungen 89 verbunden, die Teil der ersten elektrisch leitenden Schicht sind. Die Elektroden 84 einer Einheit 82 waren als vorstrukturierte Einheiten eines Laminats zur Herstellung des gezeigten Substrats 81 zunächst verbunden. Die Verbindungen der vorstrukturierten Einheiten wurden jedoch freigestanzt, um das vorliegende Substrat 81 zu erhalten.
Im Bereich der Ecken der dreieckigen Aufnahmeflächen 83 ist in der Aufsicht nach 7 auch noch eine elektrisch isolierende Schicht 87 zu erkennen, die unterhalb der ersten elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist und die die Aufnahmeflächen 83 von den Elektroden 84 elektrisch durch Spalte 86 trennt. Demzufolge ist die isolierende Schicht 87 grundsätzlich auch in den Spalten 86 zu erkennen. Zwischen den Einheiten 82 sind Ausnehmungen 90 angeordnet, die komplett frei sind. Alternativ dazu kann die zweite elektrisch leitende Schicht 88 auch durchgehend ausgebildet sein, so dass dann keine Ausnehmungen existieren, sondern an diesen Positionen auch die zweite elektrisch leitende Schicht 88 von oben zu erkennen wäre.
Das gezeigte Substrat 81 kann beispielsweise eine Mischung aus Reihen- und Parallelschaltungen von elektronischen Elementen (nicht gezeigt) realisieren, wenn die elektronischen Elemente auf den Aufnahmeflächen 83 montiert werden, diese mit jeweils zumindest zwei Elektroden 84 mit Bonddrähten (nicht gezeigt) kontaktiert werden und eine Spannung an zwei der Elektroden 84 angelegt wird. Kontaktiert und mit Bonddrähten verbunden werden dazu nur diejenigen Elektroden 84, die über eine Kante und Verbindungen 89 mit einer benachbarten Einheit 82 verbunden sind.
Die beiden zentralen Einheiten 82, die jeweils drei benachbarte Einheiten 82 haben, können auch drei Bonddrähte zu den elektronischen Elementen umfassen, so dass die beiden diagonalen Elektroden 84 kurzgeschlossen sind. Alternativ könnten die diagonalen Elektroden 84 dieser Einheiten 82 auch über Verbindungen (nicht gezeigt) elektrisch miteinander durch die elektrisch leitende Schicht verbunden sein, so dass sie eine gemeinsame Elektrode bilden.
Die 8 und 9 zeigen in Aufsicht (8) und in einer Ansicht von unten (9) ein erfindungsgemäßes Laminat 91 zur Herstellung erfindungsgemäßer Substrate. Das Laminat 91 umfasst kreisförmige vorstrukturierte Einheiten 92, die im rechten Winkel an jeweils vier Seiten miteinander verbunden sind. Die vorstrukturierten Einheiten 92 sind in den 8 und 9 durch rechteckige Kästchen mit gestricheltem Rand verdeutlicht. Jede vorstrukturierte Einheit 92 umfasst eine kreisrunde Aufnahmefläche 93 und vier Elektrodensegmente 94, wobei die Elektrodensegmente 94 zunächst alle miteinander verbunden sind und einen Ring um die Aufnahmefläche 93 bilden. Die Aufnahmeflächen 93 und die Elektroden 94 sind durch Spalte 96 voneinander getrennt und liegen nicht in einer Ebene.
Die vorstrukturierten Einheiten 92 sind durch Stege 99, die mit den Elektroden 94 ausgeformt sind, miteinander elektrisch leitend verbunden. Daher sind nicht nur die Elektroden 94 einer vorstrukturierten Einheit 92 des Laminats 91 miteinander kurzgeschlossen, sondern auch alle Elektroden 94 aller vorstrukturierter Einheiten 92 miteinander. Die Elektroden 94 und die Verbindungen/Stege 99 bilden zusammen die erste elektrisch leitende Schicht 94, 99 des Laminats 91. Die Stege 99 sind H-förmig aufgebaut haben also jeweils zwei parallel verlaufende Teile und einen Quersteg, der die parallel verlaufenden Teile miteinander verbindet.
Die Struktur des Laminats 91 wird durch eine dünne elektrisch isolierende Schicht 97 getragen, die unterhalb der gesamten Struktur der ersten elektrisch leitenden Schicht 94, 99 angeordnet ist und die die Spalte 96 überbrückt. Das Laminat 91 kann beispielsweise erzeugt werden, indem die vorstrukturierte elektrisch isolierende Schicht 97 mit der vorstrukturierten ersten elektrisch leitenden Schicht 94, 99 verklebt wird.
Auf der Unterseite des Laminats 91 sind kreisrunde elektrisch leitende Scheiben 98 angeordnet, die eine zweite elektrisch leitende Schicht 98 bilden. Von der Oberseite aus gesehen bilden diese die Aufnahmeflächen 93. In den Stegen 99 sind Spalte 100 vorgesehen, die das Ausstanzen des Laminats 91 zum Erzeugen eines erfindungsgemäßen Substrats vereinfachen. Von der Oberseite aus gesehen (8) lässt sich die elektrisch isolierende Schicht 97 durch diese Spalte 100 hindurch erkennen. Von der Unterseite aus gesehen (9) ist die elektrisch isolierende Schicht, die zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht 94, 99 und der zweiten elektrisch leitenden Schicht 98 angeordnet ist, nur auf der Unterseite der Verbindungen 99 zwischen den vorstrukturierten Einheiten 92 zu erkennen.
An den Rändern des Laminats 91 sind an den Rändern der vorstrukturierten Einheiten 92 Randverbindungen 101 angeordnet, die keine benachbarten Einheiten 92 miteinander verbinden, sondern ausschließlich die Elektroden 94 beziehungsweise die Elektrodensegmente einer Einheit 92 miteinander verbinden.
Das gezeigte Laminat 91 kann sich in jeder Richtung fortsetzen und auch ein Band oder eine Fläche bilden, das oder die eine große Vielzahl von vorstrukturierten Einheiten 92 umfasst. Vorliegend zeigen die 8 und 9 ein Laminat 91 mit neun vorstrukturierten Einheiten 92. Aus einem solchen Laminat 91 lassen sich auch mehrere erfindungsgemäße Substrate formen, indem das Laminat 91 entlang der Verbindungen 99 teilweise oder vollständig getrennt wird.
An zwei Rändern des Bands können Haltestreifen (nicht gezeigt) angeordnet sein, die über die Randverbindungen 101 mit den Einheiten 92 verbunden sind. Die Haltestreifen können Ausnehmungen zum sicheren Prozessieren des Laminats 91 umfassen. Die Haltestreifen sind vorzugsweise analog dem Laminat 41 nach 5 angeordnet.
Alternativ könnte auch nur eine elektrisch leitende Schicht vorgesehen sein, die durch die Elektroden 94 und die Aufnahmefläche 93 gebildet wird, wobei die Spalte 96 dann in dieser einen elektrisch leitenden Schicht ausgebildet sind und die Elektroden 94 und die Aufnahmeflächen 93 durch die elektrisch isolierende Schicht in Position gehalten werden, wobei sich die elektrisch isolierende Schicht dann auch unterhalb der Aufnahmeflächen 93 erstreckt. Eine zweite elektrisch leitende Schicht ist dann überflüssig.
Die vorstrukturierten Einheiten 92 lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zu den Einheiten eines erfindungsgemäßen Substrats umformen. Dabei kann ein einfacher Stanzprozess zum Einsatz kommen, der im Bereich der Stege 99 oder der Stege 99 und der Randverbindungen 101 eingreift und dabei einige der Elektroden 94 voneinander trennt und andere verbunden lässt.
Die 10 bis 15 zeigen in schematischer Ansicht verschiedene Substrate 111, 131, die aus einem solchen Laminat 91 mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Dazu wurde das Laminat 91 mit unterschiedlichen Stanzwerkzeugen ausgestanzt. Einzelne Einheiten 112, 132 sind in den 10 bis 15 zur Kenntlichmachung durch ein Rechteck mit gestricheltem Rand gekennzeichnet.
Das Substrat 111 nach 10 umfasst neun Einheiten 112, die im rechten Winkel miteinander verbunden sind. Jede Einheit 112 umfasst eine Aufnahmefläche 113 zur Aufnahme eines elektrischen Elements (nicht gezeigt) und eine erste Elektrode 114 und eine zweite Elektrode 115. Die Elektroden 114, 115 und die Aufnahmefläche 113 einer Einheit 112 sind elektrisch voneinander durch eine isolierende Schicht beziehungsweise durch Spalte 116 getrennt. Die Elektroden 114, 115 sind in vier Elektrodensegmente pro Einheit 112 aufgeteilt.
Das gezeigte Substrat 111 konnte auf einfachste Weise aus dem in den 8 und 9 gezeigten Laminat 91 hergestellt werden, indem nur einige der Querstege der Verbindungen 99 getrennt wurden. Das gezeigte Substrat 111 ist zur Realisierung einer Parallelschaltung geeignet. Dazu müssen, wie auch schon bei den vorigen Beispielen, elektronische Elemente, wie beispielsweise LEDs auf dem Substrat 111 kontaktiert werden. Zwei Enden zweier elektrisch voneinander isolierten Elektroden 114, 115 einer Einheit 112 dienen dabei als Anschlüsse 120 für die Schaltung des elektronischen Elements. Einige der Randverbindungen 101 nach den 8 und 9 sind getrennt worden, um das gezeigte Substrat 111 für eine Parallelschaltung zu realisieren.
Durch das Ausstanzen oder Ausschneiden des Laminats 91 wurden einige der Verbindungen 99 in Verbindungen 119 ohne Quersteg umgewandelt, während die anderen Verbindungen 119' nicht verändert wurden, das heißt, dass sie nicht ausgestanzt wurden. Ebenso wurden einige der Randverbindungen 101 getrennt, so dass das Substrat 111 getrennte Randverbindungen 121 und ungetrennte Randverbindungen 122 umfasst. Die getrennten Randverbindungen 121 und ungetrennten Randverbindungen 122 sind so auf die Einheiten 112 verteilt, dass jede Einheit 112 zwei Elektroden 114, 115 umfasst und die gewünschte Verschaltung der Elektroden 114, 115 benachbarter Einheiten 112 erreicht wird.
Die Verbindungen 119 ohne Querstege umfassen zwei elektrisch leitende Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung, während die Verbindungen 119' nur eine Verbindung von einer ersten Elektrode 114 einer ersten Einheit 112 zu einer ersten Elektrode 114 einer benachbarten Einheit 112 bildet, beziehungsweise eine Verbindung von einer zweiten Elektrode 115 zu einer zweiten Elektrode 115 einer benachbarten Einheit 112 bildet, also Überbrückungen 119' bilden. Diese Überbrückungen 119' sind für die Realisierung der Kontaktierungen der Elektroden 114, 115 nicht notwendig, stabilisieren aber das Substrat 111, verbessern die Kontaktierungen der Einheiten 112 und machen dadurch das Substrat 111 unanfälliger gegen mögliche Beschädigungen. Die Verbindung 119 stellt also eine Doppelverbindung 119 dar, die aus einer ersten Verbindung einer ersten Elektrode 114 einer ersten Einheit 112 mit einer ersten Elektrode 114 einer benachbarten Einheit 112 und einer zweiten Verbindung einer zweiten Elektrode 115 der ersten Einheit 112 mit einer zweiten Elektrode 115 derselben benachbarten Einheit 112 besteht. Zudem kann bevorzugt unterhalb der Verbindung 119, wie auch den Überbrückungen 119' und den Randverbindungen 121, 122 die isolierende Schicht angeordnet sein.
Das Substrat 111 nach 10 stellt so ein Substrat 111 für eine Parallelschaltung von elektronischen Elementen (nicht gezeigt) bereit, die dazu auf den Aufnahmeflächen 113 montiert und mit den Elektroden 114, 115 über Bonddrähte (nicht gezeigt) elektrisch verbunden werden. Die Aufnahmeflächen 113 sind elektrisch neutrale Bereiche, durch die Wärme direkt über die unterhalb und auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht liegende zweite elektrisch leitende Schicht (in 10 nur durch die Aufnahmeflächen 113 zu sehen) abgeleitet werden kann. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn Leistungsbauteile als elektronische Elemente verbaut werden sollen.
Auch können, wenn das Laminat 91 nach den 8 und 9 einen oder mehrere Haltestreifen umfasst, die Haltestreifen durch einen Stanzvorgang vom restlichen Laminat 91 abgetrennt werden, um das Substrat 111 nach 10 zu erzeugen. Dabei können die Randverbindungen 121, 122, die zuvor Stege zu den Haltestreifen gebildet hatten, gleich in die gewünschten Formen geprägt werden, so dass das Trennen vom Haltestreifen und das Ausprägen des Substrats 111 in einem gemeinsamen Arbeitsschritt erfolgen kann. Diese Überlegungen lassen sich auf alle Ausführungsbeispiele mit Haltestreifen und Randverbindungen übertragen und stellen für diese erfindungsgemäßen Verfahren, Laminate und Substrate demzufolge allgemeingültige und besonders bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Das Substrat 111 nach 11 umfasst ebenfalls neun Einheiten 112, die im rechten Winkel miteinander verbunden sind. Jede Einheit 112 umfasst eine Aufnahmefläche 113 zur Aufnahme eines elektrischen Elements (nicht gezeigt) und eine erste Elektrode 114 und eine zweite Elektrode 115. Die Elektroden 114, 115 und die Aufnahmefläche 113 einer Einheit 112 sind elektrisch voneinander durch eine elektrisch isolierende Schicht, die prinzipiell durch Spalte 116 zu erkennen ist, getrennt. Die Elektroden 114, 115 sind in vier Elektrodensegmente pro Einheit 112 aufgeteilt. Die Elektroden 114, 115 bilden die erste elektrisch leitende Schicht, während die Aufnahmeflächen 113 die zweite elektrisch leitende Schicht bilden.
Der grundsätzliche Aufbau gleicht also dem Substrat 111 nach 10. Im Unterschied zu 10 hat das Substrat 111 nach 11 teilweise Trennbereiche 122 anstelle von Verbindungen 119, 119' an denen benachbarte Einheiten 112 vollständig elektrisch voneinander getrennt sind. Wird ein Ausstanzvorgang verwendet, so sind auch die Einheiten 112 an diesen Stellen 122 auch materiell voneinander getrennt, was Auswirkungen auf die mechanische Stabilität des Substrats 111 hat. Das Substrat 111 nach 11 ist also eigentlich ein lineares Substrat 111. Die vollständig getrennten Trennbereiche 122 sind äquivalent zu den getrennten Randverbindungen 121.
Zudem wurden einige der Verbindungen 99 des Laminats 91 in einfache Verbindungen 124 umgewandelt, bei denen eine erste Elektrode 114 mit einer zweiten Elektrode 115 einer benachbarten Einheit 112 verbunden ist. Auch die unverändert verbliebenen horizontalen Verbindungen 125 verbinden jeweils eine erste Elektrode 114 mit einer zweiten Elektrode 115 einer benachbarten Einheit 112. Zwei Enden der elektrisch voneinander isolierten und für eine Reihenschaltung vorgesehenen Elektroden 114, 115 einer Einheit 112 dienen als Anschlüsse 120 für die Schaltung, an denen bei einer fertig aufgebauten elektronischen Schaltung mit elektronischen Elementen eine elektrische Spannung angelegt werden kann.
Alternativ könnte auch nur eine elektrisch leitende Schicht vorgesehen sein, die durch die Elektroden 114, 115 und die Aufnahmefläche 113 gebildet wird, wobei die Spalte 116 dann in dieser einen elektrisch leitenden Schicht ausgebildet sind und die Elektroden 114, 115 und die Aufnahmeflächen durch die elektrisch isolierende Schicht in Position gehalten werden, wobei sich die elektrisch isolierende Schicht dann auch unterhalb der Aufnahmeflächen 113 erstreckt. Eine zweite elektrisch leitende Schicht ist dann überflüssig, kann aber dennoch unterhalb der isolierenden Schicht angeordnet sein. Dann können die Aufnahmeflächen 113 der ersten elektrisch leitenden Schicht mit der zweiten elektrisch leitenden Schicht durch Prägungen und/oder Schweißpunkte verbunden sein.
Die Randverbindungen 121, 122 zwischen den Elektrodensegmenten werden derart als getrennte Randverbindungen 121 und als elektrisch verbundene Randverbindungen 122 verteilt, dass eine Reihenschaltung durch jeweils zwei Elektroden 114, 115 pro Einheit 112 über alle Einheiten 112 realisiert wird.
Das Substrat 111 nach 11 stellt so ein Substrat 111 für eine Reihenschaltung von elektronischen Elementen (nicht gezeigt) bereit, die auf den Aufnahmeflächen 113 montiert und mit den Elektroden 114, 115 über Bonddrähte (nicht gezeigt) elektrisch verbunden werden. Die Aufnahmeflächen 113 sind elektrisch neutrale Bereiche, durch die Wärme über die unterhalb und auf der gegenüberliegenden Seite der isolierenden Schicht liegende zweite elektrisch leitende Schicht (in 11 nur als Aufnahmeflächen 113 zu erkennen) abgeleitet werden kann. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn Leistungsbauteile als elektronische Elemente verbaut werden sollen.
Während das Substrat 111 nach 10 eine Parallelschaltung aller neun Einheiten 112 ermöglicht und das Substrat 111 nach 11 eine Reihenschaltung aller neun Einheiten 112 ermöglicht, kann auch eine Mischung aus Reihen- und Parallelschaltungen durch Ausstanzen des gleichen Laminats 91 nach den 8 und 9 erzeugt werden, wie in 12 als schematische Aufsicht gezeigt ist.
Das Substrat 111 nach 12 umfasst neun Einheiten 112, die im rechten Winkel miteinander verbunden sind. Jede Einheit 112 umfasst eine Aufnahmefläche 113 zur Aufnahme eines elektrischen Elements (nicht gezeigt) und eine erste Elektrode 114 und eine zweite Elektrode 115. Die Elektroden 114, 115 und die Aufnahmefläche 113 einer Einheit 112 sind elektrisch voneinander durch eine isolierende Schicht getrennt. Die Elektroden 114, 115 sind in vier Elektrodensegmente pro Einheit 112 aufgeteilt.
Die Reihen der Einheiten 112 des Substrats 111 sind durch Doppelverbindungen 119 Parallel geschaltet. Die Spalten der Einheiten 112 des Substrats 111 sind durch einfache Verbindungen 125 in Reihe geschaltet. Eine Doppelverbindung 119 verbindet stets eine erste Elektrode 114 einer ersten Einheit 112 mit einer ersten Elektrode 114 einer benachbarten zweiten Einheit 112 und eine zweite Elektrode 115 der ersten Einheit 112 mit einer zweiten Elektrode 115 der zweiten Einheit 112. Eine einfache Verbindung 125 verbindet stets eine erste Elektrode 114 einer ersten Einheit 112 mit einer zweiten Elektrode 115 einer benachbarten zweiten Einheit 112.
Das Substrat 111 umfasst an allen am Rand gelegenen Einheiten 112 Randverbindungen 121, 122, die zwischen den Elektrodensegmenten angeordnet sind. Die getrennten Randverbindungen 121 sind auf der rechten und der linken Seite des Substrats 111 angeordnet, während die elektrisch leitenden, nicht getrennten Randverbindungen 122 am oberen und unteren Rand (bezogen auf 12) des Substrats 111 angeordnet sind.
Werden elektronische Elemente auf den Aufnahmeflächen 113 montiert und mit jeweils beiden Elektroden 114, 115 elektrisch kontaktiert, so wird zusammen mit dem Substrat eine Mischung aus Reihen und Parallelschaltungen der elektronischen Elemente realisiert.
Die 13, 14 und 15 zeigen Substrate 131 in schematischer Aufsicht, die jeweils drei Einheiten 132 umfassen. Solche Substrate 131 können aus einem Laminat 91 nach den 8 und 9 gefertigt werden. Genaugenommen können drei solcher Substrate 131 aus einem Laminat 91 mit neun vorstrukturierten Einheiten 92 gefertigt werden.
Jede Einheit 132 umfasst eine Aufnahmefläche 133 als elektrisch neutralem Bereich und zwei Elektroden 134, 135, die elektrisch voneinander getrennt sind. Zwischen den Aufnahmeflächen 133 und den Elektroden 134, 135 ist die isolierende Schicht zur Isolation angeordnet, die Spalte 136 bildet vorgesehen. Jedes Substrat 131 umfasst auch zwei Anschlüsse 140, die zum Anlegen einer elektrischen Spannung zum Betreiben einer elektronischen Schaltung, die mit einem solchen Substrat 131 aufgebaut ist, vorgesehen sind.
Die Einheiten 132 des Substrats 131 nach 13 sind durch einfache Verbindungen 144 miteinander verbunden. Dies erscheint zunächst verblüffend, da die einfachen Verbindungen 144 den doppelten Verbindungen 119, 139 vorangehender Ausführungsbeispiele zu gleichen scheinen. Das Substrat 131 nach 13 realisiert jedoch eine Zuleitung 146, die bei den linken beiden Einheiten 132 aus deren Elektrodensegmenten des Laminats 91 nach 8 ausgeformt ist. Diese Zuleitung 146 wird nicht zum Anschließen von elektronischen Elementen (nicht gezeigt) verwendet. Sie dient ausschließlich dazu, ein Substrat 131 für eine Reihenschaltung mit einseitigem Anschluss 140 zu realisieren. Dazu muss eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen werden, die zum anderen (rechten) Ende des Substrats 131 reicht. Dies wird vorliegend durch die Zuleitung 146 erreicht. Die unteren Elektrodensegmente werden zum Aufbau der Elektroden 134, 135 verwendet. Nur an diese Elektroden 134, 135 werden die elektronischen Elemente angeschlossen. Bei der rechten Einheit 132 können die elektronischen Elemente auch an die oberen beiden Elektrodensegmente angeschlossen werden, da diese die erste Elektrode 134 dieser Einheit 132 bilden.
Demzufolge sind die oberen Stege 146 im Bereich der Verbindung 144 hier Teil der Zuleitung 146 und nicht Teil einer Doppelverbindung. Die Elektroden 134, 135 der linken beiden Einheiten 132 umrahmen die Aufnahmeflächen 133 dieser Einheiten 132 also nur zur Hälfte. Die Elektroden 134, 135 einer Einheit 132 sind dabei immer durch getrennte Randverbindungen 141 elektrisch voneinander isoliert. Während elektrisch leitende Randverbindungen 142 die Elektrodensegmente der Zuleitung 146 und die erste Elektrode 134 der rechten Einheit 132 miteinander verbinden.
Das Substrat 131 nach 13 ist also zum Aufbau einer einseitig anschließbaren Reihenschaltung geeignet.
Das Substrat 131 nach 14 realisiert ein Substrat 131 für eine Reihenschaltung mit zweiseitigem Anschluss. Die oberen und unteren Randverbindungen 141 sind elektrisch getrennt, beziehungsweise voneinander elektrisch isoliert. Die linken und rechten Randverbindungen 142 sind elektrisch leitend verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 140 liegen an gegenüberliegenden Seiten links und rechts bei den elektrisch verbundenen Randverbindungen 142. Die Einheiten 132 sind durch einfache Verbindungen 145 miteinander verbunden, die jeweils eine erste Elektrode 134 einer Einheit 132 mit einer zweiten Elektrode 135 einer benachbarten Einheit 132 verbinden.
Das Substrat 131, das in 15 gezeigt ist, kann zum Aufbau einer Parallelschaltung verwendet werden und hat einseitige Anschlüsse 140. Hier sind die oberen und unteren Randverbindungen 142 geschlossen, so dass die benachbarten Elektrodensegmente elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die rechten und linken getrennten Randverbindungen 141 trennen die benachbarten Elektrodensegmente. Die Verbindungen 139 der Einheiten 132 sind hier durch eine Doppelverbindung 139 realisiert. Dadurch sind alle ersten Elektroden 134 aller drei Einheiten 132 und alle zweiten Elektroden 135 aller drei Einheiten 132 miteinander elektrisch verbunden. Jede Elektrode 134, 135 umfasst dabei zwei der vier Elektrodensegmente, die die Aufnahmeflächen 133 umgeben.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1, 11, 21, 31, 81, 111, 131: Substrat
2, 62, 82, 112, 132: Einheit
3, 43, 63, 83, 93, 113, 133: Aufnahmefläche
4, 44, 64, 114, 134: Erste Elektrode
5, 45, 65, 115, 135: Zweite Elektrode
6, 46, 66, 86, 96, 116, 136: Spalt
7, 67: Spalt/Isolation in der zweiten leitenden Schicht
8, 48, 68: Prägung/Kontaktierung
9, 19, 49, 69, 89, 99: Steg/Verbindung
10, 20, 100: Spalt/Isolation der Elektroden und der Aufnahmefläche
41, 91: Laminat
42, 92: Vorstrukturierte Einheit
50: Vertikaler Steg
51: Haltestreifen
52: Ausnehmung
53: Positionsmarkierung
70: Erste elektrisch leitende Schicht
71, 87, 97: Elektrisch isolierende Schicht
72, 88, 98: Zweite elektrisch leitende Schicht
75: LED
84, 94: Elektrode
90: Aussparung
101, 122, 142: Randverbindung (geschlossen)
119, 139: Doppelverbindung
119': Überbrückung
120, 140: Anschluss
121, 141: Getrennte Randverbindung
123: Trennbereich
124, 125, 144, 145: Einfache Verbindung
146: Zuleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1516372 B1 [0004]
DE 102008044847 A1 [0005]
DE 102005044001 B3 [0006]

Claims

Laminiertes Substrat zur Montage und Kontaktierung von zwei oder mehr elektronischen Elementen (75) umfassend eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht (70), die mit einer strukturierten isolierenden Schicht (71, 87) laminiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das laminierte Substrat (1, 11, 21, 31, 81, 111, 131) zumindest zwei Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) umfasst, wobei jede Einheit (2, 62, 82, 112, 132) zumindest eine Elektrode (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) zur Bereitstellung elektrischer Energie und eine Aufnahmefläche (3, 63, 83, 113, 133) zur Montage von elektronischen Elementen (75) umfasst, wobei neben jeder Aufnahmefläche (3, 63, 83, 113, 133) zumindest eine benachbarte Elektrode (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) angeordnet ist, die gemeinsam eine Einheit (2, 62, 82, 112, 132) bilden, und jede Aufnahmefläche (3, 63, 83, 113, 133) von der zumindest einen benachbarten Elektrode (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) voneinander elektrisch isoliert ist und wobei die Aufnahmeflächen (3, 63, 83, 113, 133) und/oder die Elektroden (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) zumindest zweier benachbarter Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) über eine Verbindung (19, 89, 124, 125, 144, 145) oder zwei Verbindungen (9, 69, 119, 139) derart miteinander elektrisch verbunden sind, dass die elektronischen Elemente (75) durch die Verbindung (19, 89, 124, 125, 144, 145) oder Verbindungen (9, 69, 119, 139) elektronisch Parallel und/oder in Reihe schaltbar sind, wenn sie auf den Aufnahmeflächen (3, 63, 83, 113, 133) montiert und mit einer Elektrode (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) oder mit zwei Elektroden (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) derselben Einheit (2, 62, 82, 112, 132) kontaktiert sind.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben jeder Aufnahmefläche (3) nur eine Elektrode (4) angeordnet ist, die gemeinsam die Einheit (2) bilden und die vorzugsweise beide Teil der ersten elektrisch leitenden Schicht sind, so dass montierte elektronische Elemente durch die Elektrode (4) und die Aufnahmefläche (3) kontaktierbar sind, wobei zur Bereitstellung für eine Parallelschaltung zweier elektronischer Elemente die Aufnahmeflächen (3) zweier benachbarter Einheiten (2) durch eine erste Verbindung (9) miteinander elektrisch verbunden sind und die Elektroden (4) dieser benachbarten Einheiten (2) durch eine zweite Verbindung (9) miteinander elektrisch verbunden sind und/oder zur Bereitstellung für eine Reihenschaltung zweier elektronischer Elemente eine Aufnahmefläche (3) einer Einheit (2) mit einer Elektrode (4) einer benachbarten Einheit (2) durch eine Verbindung (19) elektrisch verbunden ist.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben jeder Aufnahmefläche (3, 63, 83, 113, 133) eine erste und eine zweite Elektrode (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) angeordnet ist, die gemeinsam die Einheit (2, 62, 82, 112, 132) bilden, so dass montierte elektronische Elemente (75) von beiden Elektroden (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) elektrisch kontaktierbar sind, wobei zur Bereitstellung für eine Parallelschaltung zweier elektronischer Elemente (75) die ersten Elektroden (4, 64, 84, 114, 134) zweier benachbarter Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) durch eine erste Verbindung (9, 69, 119, 139) miteinander elektrisch verbunden sind und die zweiten Elektroden (5, 65, 84, 115, 135) dieser benachbarten Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) miteinander durch eine zweite Verbindung (9, 69, 119, 139) elektrisch verbunden sind und/oder zur Bereitstellung für eine Reihenschaltung zweier elektronischer Elemente (75) eine erste Elektrode (4, 64, 84, 114, 134) einer Einheit (2, 62, 82, 112, 132) mit einer zweiten Elektrode (5, 65, 84, 115, 135) einer benachbarten Einheit (2, 62, 82, 112, 132) durch eine Verbindung (19, 89, 124, 125, 144, 145) elektrisch verbunden ist.
Substrat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (84, 114, 115, 134, 135) einer Einheit (82, 112, 132) zumindest drei Elektrodensegmente umfassen, wobei jede Einheit (82, 112, 132), die nicht allseitig von benachbarten Einheiten (82, 112, 132) umgeben ist, auf den Seiten, die keine benachbarten Einheiten (82, 112, 132) aufweisen, Randverbindungen (121, 122, 141, 142) zwischen den Elektrodensegmenten der Elektroden (84, 114, 115, 134, 135) aufweist und wobei zur Realisierung einer ersten oder einer zweiten Elektrode (84, 114, 115, 134, 135) umfassend zumindest zwei aneinandergrenzende Elektrodensegmente die Randverbindungen (122, 142) elektrisch miteinander verbunden sind und zur Realisierung einer ersten und einer zweiten Elektrode (84, 114, 115, 134, 135) durch zwei aneinandergrenzenden Elektrodensegmente die Randverbindung (121, 141) voneinander elektrisch getrennt sind.
Substrat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeflächen (3, 63, 83, 113, 133) einer Einheit (2, 62, 82, 112, 132) von den zwei Elektroden (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) derselben Einheit (2, 62, 82, 112, 132) umgeben ist, vorzugsweise im Wesentlichen vollumfänglich umgeben ist, besonders bevorzugt vollumfänglich umgeben ist.
Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das laminierte Substrat (1, 11, 21, 31, 81, 111, 131) eine strukturierte zweite elektrisch leitende Schicht (72, 88) umfasst, wobei die strukturierte isolierende Schicht (71, 87) zwischen der ersten (70) und zweiten elektrisch leitenden Schicht (72, 88) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste (70) und die zweite elektrisch leitende Schicht (72, 88) in jeder Einheit (2, 62, 82, 112, 132) miteinander elektrisch verbunden sind, insbesondere im Bereich zumindest einer Ausnehmung in der isolierenden Schicht (71, 87).
Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Schicht (72, 88) derart strukturiert ist, dass jede Einheit (2, 62, 82, 112, 132) eine oder zwei oder drei elektrisch voneinander isolierte Flächen der zweiten elektrisch leitenden Schicht (72, 88) umfasst, wobei die Flächen vorzugsweise einen oder zwei elektrische Kontakte für den elektrischen Anschluss des Substrats (1, 11, 21, 31, 81, 111, 131) und/oder einen elektrisch neutralen Bereich zur Wärmeableitung bilden.
Substrat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten elektrisch leitenden Schichten (72, 88) der Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) elektrisch voneinander isoliert sind
Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Schicht (72, 88) eine durchgehende Fläche über alle Einheiten hinweg bildet.
Substrat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitende Schicht (72, 98) mit der ersten elektrisch leitenden Schicht (70) durch einen Schweißpunkt und/oder eine Prägung (8, 68) der ersten (70) oder der zweiten elektrisch leitenden Schicht (72, 98) kontaktiert ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeflächen (83, 113, 133) Teil der zweiten elektrisch leitenden Schicht (88) sind.
Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (70) die Verbindungen (9, 19, 69, 89, 119, 124, 125, 139, 144, 145) umfasst und/oder das Substrat (1, 11, 21, 31, 81, 111, 131) elastisch verformbar ist.
Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht (71, 87) dünner als 0,6 mm ist, vorzugsweise 0,01 bis 0,2 mm dick ist, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,1 mm dick ist, ganz besonders bevorzugt 0,05 mm dick ist, insbesondere inklusive einem Klebstoff zum Laminieren, und die elektrisch leitende Schicht (70) oder die elektrisch leitenden Schichten (70, 72, 88) 0,05 mm bis 2 mm dick sind, bevorzugt 0,1 mm bis 0,5 mm dick sind, besonders bevorzugt 0,15 mm dick sind.
Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (70) oder die elektrisch leitenden Schichten (70, 72, 88) aus Metall sind, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung, besonders bevorzugt aus einer Kupfer-Zinn-Legierung, und/oder die isolierende Schicht (71, 87) aus Kunststoff besteht, bevorzugt aus einem PET, PI, Epoxyd und/oder Bismalein-Triazin.
Elektronische Schaltung umfassend ein Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Aufnahmefläche (3, 63, 83, 113, 133) zumindest ein elektronisches Element (75) angeordnet ist, vorzugsweise zumindest eine LED (75) angeordnet ist, die mit einem Bonddraht mit einer Elektrode (4) derselben Einheit (2) verbunden ist oder die mit zwei Bonddrähten mit zwei unterschiedlichen Elektroden (4, 5, 64, 65, 84, 114, 115, 134, 135) derselben Einheit (2, 62, 82, 112, 132) verbunden ist, so dass die elektronischen Elemente (75) durch die Verbindungen (9, 19, 69, 89, 119, 124, 125, 139, 144, 145) parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
Laminat zur Herstellung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (41, 91) eine strukturierte erste elektrisch leitende Schicht, die mit einer strukturierten isolierenden Schicht (97) laminiert ist, umfasst, wobei zumindest zwei Einheiten (42, 92) vorstrukturiert sind, die vorstrukturierten Einheiten (42, 92) eine Aufnahmefläche (43, 93) und zumindest eine Elektrode (44, 45, 94) umfassen und wobei zumindest eine Elektrode (44, 45, 94) und/oder die Aufnahmefläche (43, 93) zumindest einer vorstrukturierten Einheit (42, 92) im Bereich von Verbindungen (49, 50, 99) benachbarter vorstrukturierter Einheiten (42, 92) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Laminat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (41, 91) als Band ausgeformt ist, insbesondere als aufgewickelte Endlosbahn, wobei zwei oder mehrere vorstrukturierte Einheiten (42, 92) nebeneinander angeordnet sind und eine Vielzahl von vorstrukturierten Einheiten (42, 92) hintereinander, wobei insbesondere die vorstrukturierten Elemente (75) hintereinander durch Verbindungen (49, 99) miteinander elektrisch verbunden sind.
Laminat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (41, 91) an zumindest einer Seite, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten einen Streifen (51) oder mehrere Streifen (51) zur Handhabung des Laminats (41, 91) umfasst, wobei vorzugsweise in dem Streifen (51) Ausnehmungen (52, 53) zur Halterung und/oder Positionierung des Laminats (41, 91) angeordnet sind.
Laminat nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (49, 50, 99) durch die erste elektrisch leitende Schicht und durch die isolierende Schicht (97) gebildet werden und/oder eine zweite elektrisch leitende Schicht (98) derart angeordnet ist, dass die elektrisch isolierende Schicht (97) zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht (98) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zweite elektrisch leitende Schicht (98) zwischen den vorstrukturierten Einheiten (42, 92) keine elektrisch leitende Verbindung bereitstellt und in zwei oder drei elektrisch voneinander isolierte Teile pro vorstrukturierter Einheit (42, 92) geteilt ist.
Laminat nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass alle vorstrukturierten Einheiten (42, 92) identisch sind und zumindest die Verbindungen (49, 99) zwischen den vorstrukturierten Einheiten (42, 92) entlang einer Linie identisch sind, so dass durch ein Ausstanzen im Bereich dieser Verbindungen (49, 99) die über diese Verbindungen (49, 99) verbundenen vorstrukturierten Einheiten (42, 92) zu Einheiten (2, 62, 82, 112, 132) eines Substrats (1, 11, 21, 31, 81, 111, 131) für Reihenschaltungen oder für Parallelschaltungen elektronischer Elemente (75) ausstanzbar sind.
Laminat nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand des Laminats (91) Randverbindungen (101) angeordnet sind, die die Elektroden (94) einer vorstrukturierten Einheit (92) miteinander verbinden.
Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aus einem Laminat nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das vorstrukturierte Laminat im Bereich der Verbindungen ausgeformt wird, wobei die Elektrode und die Aufnahmefläche oder die Elektroden und die Aufnahmefläche oder die Elektroden der gleichen vorstrukturierten Einheit dabei derart getrennt werden und Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten oder Aufnahmeflächen und/oder Elektroden benachbarter vorstrukturierter Einheiten derart elektrisch verbunden bleiben, dass ein Substrat mit Einheiten aufgebaut wird, auf dem elektronische Elemente parallel und/oder in Reihe geschaltet werden, wenn die elektronischen Elemente auf den Aufnahmeflächen mit einer Elektrode oder mit zwei Elektroden derselben Einheit kontaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das vorstrukturierte Laminat in einem Bereich von 5 mm um die Verbindung oder die Verbindungen herum ausgeformt wird, bevorzugt in einem Bereich von 2 mm um die Verbindung herum, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 mm um die Verbindung herum.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung einer Parallelschaltung ein Prägestempel mit einer ersten Form verwendet wird und zur Bereitstellung einer Reihenschaltung ein Prägestempel mit einer zweiten Form verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das vorstrukturierte Laminat im Bereich von Randverbindungen ausgeformt wird, so dass jede Einheit des erzeugten Substrats zwei Elektroden umfasst.