ES2320096T5 - Sustrato de soporte para componentes electrónicos - Google Patents
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Abstract
Componente electrónico, particularmente módulo LED que comprende <br /><br />- un sustrato de soporte para elementos electrónicos, particularmente medios luminosos, que se aplican sobre una superficie del sustrato de soporte con <br /><br />- un sustrato (1) transparente así como <br /><br />- una capa conductora aplicada sobre el sustrato (1) transparente, donde la capa conductora es transparente o prácticamente transparente en el intervalo de longitud de onda de luz visible y se puede estructurar de cualquier forma; <br /><br />- el componente comprende al menos un sustrato transparente adicional y los medios luminosos, que se aplican sobre el sustrato de soporte, se sitúan entre el sustrato de soporte y el sustrato transparente adicional; y <br /><br />- el sustrato transparente (1) es un sustrato de vidrio; caracterizado <br /><br />- porque el sustrato de vidrio es un vidrio a base de sodio y de cal; y <br /><br />- la capa conductora comprende un óxido metálico, seleccionado de uno o varios de los siguientes óxidos metálicos: - SnOx:F - SnOx:Sb - ZnO x:Ga - ZnOx:B - ZnOx:F - ZnO xAl - Ag/TiOx.
Description
Sustrato de soporte para componentes electrónicos
La invención se refiere a un componente electrónico en particular para medios luminosos que se aplican a la superficie de un sustrato de soporte, con un sustrato transparente así como una capa conductora aplicada sobre el sustrato transparente.
Los diodos de luz, llamados LED, son adecuados para una pluralidad de aplicaciones de iluminación. Los llamados módulos LED comprenden una pluralidad de diodos de luz sobre un sustrato de soporte. Los diodos de luz dispuestos sobre el sustrato de soporte forman a su vez una unidad de visualización que, por ejemplo, puede servir para mostrar las paradas de destino en un autobús. Una matriz de visualización de este tipo se ha conocido por el documento DE-A-19729469. En el sistema de visualización de acuerdo con el documento DE-A-19729469 se disponen los diodos de luz sobre una película transparente comprendiendo la película pistas conductoras para el suministro de energía para las fuentes de luz. De acuerdo con el documento DE-A-19729469 las pistas conductoras para el suministro de energía de los diodos LED se producen gracias a una pasta conductora o líquido conductor que es opaco y que se imprime sobre una película transparente o se fija a ella.
Preferentemente las pistas conductoras están dispuestas en forma matricial de acuerdo con el documento DE-A19729469.
Los contactos de los diodos individuales con las pistas conductoras se efectúan con una cola conductora.
Lo inconveniente en el dispositivo de visualización de acuerdo con el documento DE-A-19729469 es que las pistas conductoras que se aplican sobre el sustrato transparente son opacas. Otro inconveniente es la costosa aplicación sobre el sustrato transparente, por ejemplo, por fijación o impresión.
Del documento EP-A-0900971 se ha conocido un dispositivo de iluminación con diodos de luz que comprende una pluralidad de diodos de luz fijados sobre la superficie de una placa de cristal. Los diodos de luz están conectados eléctricamente con las pistas montadas en la placa de cristal que forman una capa fina y opaca. Las pistas conductoras y sus conexiones están hechas en la misma superficie de la placa de cristal sobre la que se encuentran los diodos de luz.
De acuerdo con el documento EP-A-0900971 las pistas conductoras se aplican sobre la placa de cristal por evaporación del metal utilizándose la correspondiente máscara ya antes de la evaporación.
Lo inconveniente del dispositivo de iluminación de acuerdo con el documento EP-A-0900971 es que las pistas conductoras tienen que estructurarse durante el proceso de fijación por evaporación.
Como estado de la técnica se hace referencia también al documento JP-A-08076697 y al JP-A-07076131.
Otros inconvenientes de los sistemas de acuerdo con el estado de la técnica eran que éstos no permiten una soldadura a las pistas conductoras transparentes ni una conformación tridimensional puesto que las capas conductoras se descascarillan durante el proceso de conformación como, por ejemplo, doblado.
El objetivo de la invención es exponer un componente electrónico en particular un módulo LED que comprenda varios diodos de luz que por un lado garantice la transparencia necesaria y por otro lado sea muy económico de fabricar evitando el alto coste de fabricación de los sistemas de acuerdo con el estado de la técnica.
De acuerdo con la invención este objetivo se consigue con un componente de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la capa conductora aplicada sobre el sustrato transparente es transparente o cuasitransparente en el espectro visible y puede hacerse con una estructura arbitraria. Para fabricar pistas conductoras transparentes se utilizan preferentemente óxidos de metales como, por ejemplo, óxido de estaño fluor, FTO, SnOx:F, u óxido de estaño antimonio, ATO, SnOx:Sb. Resultan concebibles también: ZnOx:Ga, ZnOx:F, ZnOx:B, ZnOx:Al.
La aplicación de esta capa sobre el sustrato transparente se hace preferentemente por medio de deposición de vapor química (CVD), deposición de vapor física (PVD), revestimiento por inmersión o un revestimiento químico o electroquímico.
Sólo a modo de ejemplo se nombran en este punto pulverización por pirólisis, la pulverización iónica, o el procedimiento sol-gel. La aplicación por pulverización por pirólisis es especialmente económica utilizándose como material de revestimiento preferentemente ZnOx:F. Si se quieren conseguir unas propiedades ópticas especialmente elevadas el procedimiento de aplicación preferido entonces es la fijación por pulverización iónica.
Al contrario que en el estado de la técnica gracias a los procedimientos de aplicación mencionados se pueden producir sistemas con una forma tridimensional arbitraria. Para esto, en primer lugar se le da al sustrato la forma tridimensional deseada y a continuación se efectúa la aplicación de la capa conductora. Esto hace posible, por ejemplo, la aplicación en el campo de los automóviles, por ejemplo, la producción de los tableros de instrumentos o las luces traseras de una forma arbitraria.
Como alternativa a esto resulta posible también que la capa conductora sea de un metal aplicado por vaporización o por pulverización iónica como Al, Ag, Au, Ni o Cr que por regla general es cuasitransparente. Las capas de metal se utilizan preferentemente a altas temperaturas ambiente.
Por capas transparentes o cristales se entiende en la presente solicitud las capas o cristales con una transmisión mayor que el 90% en el espectro visible. Por capas o cristales cuasitransparentes se entiende en la presente solicitud capas o cristales con una transmisión mayor que el 60%.
Para conseguir unos sistemas con una reflexión particularmente baja en un perfeccionamiento de la invención se prevé la aplicación de una capa de reflexión especial sobre la capa conductora, por ejemplo o una capa de TiO2, SiO2 o una capa mixta TiSi1-xO2.
De acuerdo con la invención la capa conductora puede ser de un óxido de metal o metal y con una estructura arbitraria y no sólo, como el estado de la técnica, de forma matricial. Esto hace posible la aplicación de estructuras completas como los circuitos impresos (PCB) de una capa (llamados placa de circuito impreso). Esto permite a su vez aplicar en un mismo sustrato un circuito electrónico completo. La estructuración de la capa conductora se puede efectuar después de la aplicación al interrumpir convenientemente la capa por medio de un láser que localmente calienta el revestimiento y lo evapora. Al utilizar un láser para definir la estructura en una capa conductora aplicada por toda la superficie resulta ventajoso que la capa presente una absorción particularmente alta en el intervalo de la longitud de onda del láser utilizado y que el sustrato sea transmisivo para esta longitud de onda. En este sistema la introducción de energía global se hace prácticamente en la capa conductora y la superficie del cristal presenta sólo unas pocas mellas. En particular, en un sistema de este tipo se puede evitar la formación de grietas en la superficie del cristal.
Alternativamente a esto la estructuración, que no es un aspecto de la invención, de una capa aplicada por toda la superficie resulta posible gracias a la litografía y unos procesos de decapado subsiguientes.
Una estructuración, que no es un aspecto de la invención, resulta concebible también aplicando las pistas conductoras en la estructura predeterminada ya durante el revestimiento, por ejemplo, la evaporación, gracias a la tecnología de máscaras.
Para conectar los diodos de luz u otros componentes eléctricos en los sustratos de soporte, en una configuración preferida de la invención se pueden aplicar puntos de conexión, llamadas chapitas soldadas, sobre la capa conductora. Estos puntos de conexión comprenden una pasta o laca conductora, por ejemplo, una laca conductora de plata o una pasta de laca conductora de plata. La aplicación de los puntos de conexión individuales se puede hacer mediante serigrafía o por impresión con plantilla y a continuación la fusión pudiéndose utilizar este procedimiento, en el caso de usar un cristal, como sustrato transparente, para simultáneamente pretensar el cristal. Una ventaja de los componentes producidos así es que se puede conseguir un cristal particularmente firme sin otro paso de procesamiento adicional. Otra ventaja consiste en que por vez primera al aplicar las chapitas soldadas se hace posible una soldadura sobre el sustrato transparente. En el estado de la técnica la conexión de los distintos componentes sobre un sustrato, en el caso de pistas conductoras transparentes, se hace hasta la fecha siempre mediante pegado. Sólo resultaba posible una soldadura para pistas conductoras no transparentes. Al contrario que las conexiones pegadas las conexiones de soldadura son más estables, duraderas y menos sensibles a efectos del entorno como la humedad del aire, el calor o los compuestos químicos etc.
Para conectar los componentes o los diodos de luz a la placa conductora del sustrato de soporte a través de los puntos de conexión los diodos de luz se pueden añadir al sustrato de soporte siguiendo procedimientos estándares de la industria electrónica aplicándose la pasta de soldadura , por ejemplo, por medio de impresión con plantilla sobre los puntos de conexión o chapitas soldadas de conexión individuales. A continuación los diodos de luz se aplican sobre la placa de soporte.
Para esto se puede utilizar un fijador para chips que fije los medios de luz individuales sobre el material de soporte antes del proceso de soldadura. Después de la fijación de los medios de luz individuales se pasa el sustrato de soporte por un horno de reflujo. Alternativamente los LED ya con el fijador para chips se pueden pasar por un baño de soldadura por ola.
También, perfectamente, de acuerdo con la invención resulta posible aplicar una cola conductora sobre el sustrato de soporte mediante serigrafía o impresión con plantilla, de modo que los medios de luz o componentes eléctricos se puedan aplicar directamente sobre el sustrato de soporte. Se pueden utilizar tanto colas conductoras isótropas como colas conductoras anisótropas. En el caso de que la distancia de las pistas conductoras sea muy pequeña se prefiere la utilización de cola anisótropa.
La ventaja particular de la presente invención es la libre configuración estructural. Esto hace posible que sobre el sustrato de soporte no sólo se puedan aplicar medios de luz, por ejemplo, diodos de luz, como en el estado de la técnica sino que se puedan aplicar también otros componentes eléctricos o electrónicos. A este respecto se contemplan todos los componentes eléctricos y electrónicos conocidos, por ejemplo, semiconductores discretos componentes pasivos y activos, resistencias, condensadores, bobinas etc.
Por ejemplo resulta posible entonces que además de los diodos de luz toda la electrónica de control se aplique también sobre el sustrato de soporte.
En una forma de realización particularmente preferida no sólo se aplican sobre el sustrato de soporte componentes eléctricos y electrónicos individuales como, por ejemplo bobinas o condensadores , también pletinas adicionales o circuitos híbridos con unos circuitos integrados autónomos que, por ejemplo, comprendan una fuente de alimentación o un regulador de corriente.
Durante la configuración de un componente electrónico, en particular, un módulo LED está previsto que los medios de luz se protejan con un segundo sustrato transparente. Los diodos de luz quedan entonces entre el sustrato de soporte transparente y el sustrato transparente adicional. De esta forma las fuentes de luz se pueden proteger adicionalmente de los efectos del entorno como la humedad y la cizalladura mecánica.
En una forma de realización particularmente preferida está previsto que el sustrato transparente adicional tenga también una capa conductora transparente. Esto hace posible que los diodos de luz sin carcasa puedan hacer contacto entre dos sustratos conductores directamente. En lugar de un revestimiento sobre un sustrato transparente puede estar prevista una película de material plástico conductora.
El sustrato transparente puede ser un sustrato de cristal. Se prefiere particularmente que el sustrato de cristal esté endurecido, y pretensado. Como cristal se utiliza cristales de calcio sosa.
En una forma de realización particularmente preferida está previsto interconectar varios sustratos de soporte con medios de luz, por ejemplo, diodos de luz sí y que hagan contacto. Esto hace posible sustratos de soporte de cualquier forma. Resultan concebibles también objetos tridimensionales de varios sustratos de soporte, por ejemplo, un cubo o una pirámide a partir, de unas placas base cuadradas o triangulares.
Junto con el sustrato de soporte para un componente electrónico, en particular, para medios de luz, como, por ejemplo, diodos de luz la invención consiste también en un componente electrónico así y un procedimiento para la fabricación de un componente de este tipo.
Como aplicación para el sustrato de soporte según la invención en particular de un módulo LED con este sustrato de soporte se contemplan todas aquellas aplicaciones en las que se tiene que conseguir iluminación, emisión de señales, representación de información o un efecto decorativo. Preferentemente en particular se pueden utilizar estos módulos LED en muebles o como luces de una vitrina para representar trazos escritos, símbolos o gráficos, para la iluminación interior o exterior así como para la iluminación de vías de evacuación. En una aplicación particularmente preferida se utilizan estos módulos LED en el campo de los automóviles, por ejemplo, como tercera luz de freno en utilitarios, que se integran directamente en las luces traseras. Una aplicación alternativa en el campo de los vehículos se refiere a la utilización de módulos LED directamente sobre la cubierta del salpicadero.
Los módulos LED según la invención pueden usarse también en los sistemas compuestos mencionados que comprenden un sustrato de soporte. Resulta concebible, por ejemplo, un panel táctil resistivo en el que estén montados los LED.
La invención se explica más en detalle en base a los dibujos. Muestran:
la figura 1 un módulo LED según la invención
las figuras 2a-2d la secuencia típica del procedimiento de fabricación de un módulo LED de acuerdo con la invención
la figura 3 un módulo LED con un componente eléctrico adicional aplicado
la figura 4 un módulo LED con un circuito híbrido
la figura 5 dos módulos LED de diferente estructura
las figura 6 y 7 la conexión de módulos LED para geometrías bidimensionales o tridimensionales
En la figura 1 está representado un sustrato de soporte acuerdo con la invención con una capa conductora aplicada sobre el sustrato de soporte que está estructurada a su vez para que se configure sobre el sustrato 1 de soporte una pista 3 conductora circular con unos conductores 5, 7 de conexión. Sobre la pista 3 conductora circular están dispuestos unos puntos 9 de conexión individuales. Los puntos 9 de conexión sirven para conectar los medios de luz individuales, por ejemplo, los diodos 4 de luz haciendo contacto eléctrico con la pista conductora y así se garantiza el suministro de energía a estos. El sustrato de soporte es un cristal de calcio sosa.
En las figuras 2a a 2d está representada la secuencia del procedimiento según la invención para fabricar un componente electrónico, en particular, un módulo LED, En primer lugar se reviste el sustrato de soporte transparente con una capa conductora por toda su superficie, por ejemplo, mediante un procedimiento sol-gel.
A continuación según la figura 2b se realiza un estructuración, por ejemplo, por medio de láser que calienta el revestimiento y lo hace evaporarse. Preferentemente los sustratos de soporte que se estructuran con ayuda de un láser comprenden una capa conductora que en el intervalo de longitudes de onda del láser utilizado presenta una absorción alta y un sustrato que para esta longitud de onda es transmisivo. En este sistema la capa de cristal sólo presenta mellas pequeñas, en particular, se puede evitar prácticamente la formación de grietas en estos sistemas.
Las línea características de las zonas individuales del sustrato se indican en la figura 2b con las cifras de referencia 11.1-11.3. En la estructuración según la figura 2b a continuación se aplican los puntos de conexión, llamados chapitas 9 soldadas de conexión, individuales en las zonas 13.1-13.4. Las chapitas 9 soldadas de conexión comprenden una pasta o una laca conductora, por ejemplo, una laca conductora de plata o una pasta de plata y se aplican sobre el sustrato conductor mediante serigrafía o impresión con plantilla y a continuación se fusionan. Durante la fusión, simultáneamente, se puede pretensar el sustrato transparente, en particular, el sustrato transparente de cristal. Con esto se consigue una resistencia mecánica alta en un único paso de procedimiento.
Después de la aplicación de los contactos en las diferentes zonas 13.1-13.4 se complementan, como se muestra en la figura 2d, mediante un procedimiento estándar aplicándose, por ejemplo, pasta de soldadura sobre las chapitas soldadas de conexión, por ejemplo, por impresión con plantilla. Los diodos 4 de luz (LED) se colocan entonces sobre la placa de soporte pudiéndose utilizar un fijador para chips que fija los diodos 4 de luz sobre el material de soporte antes del proceso de soldadura. Después de la fijación de los LED individuales el sustrato 1 de soporte con los diodos fijados se pasa por un horno de reflujo o por un baño de soldadura por ola.
En un ejemplo de realización de la invención se reviste un sustrato de cristal típicamente un cristal de calcio sosa con un óxido de estaño dopado con fluor. La aplicación del revestimiento se hace como sigue:
Un cristal de calcio sosa como sustrato transparente se calienta hasta 500 ºC. Entonces se rocía el cristal con cloruro de cinc monobutilo y ácido fluorhídrico en etanol presentando la solución rociada la siguiente composición:
Cloruro de estaño monobutilo 70%
Etanol < 30%
�?cido fluorhídrico 0,4%
Después de rociar el cristal de calcio sosa éste comprende una capa de óxido estaño dopado con flúor y transparente
El revestimiento se separa entonces con un láser. Con ayuda de una rasqueta se aplica por serigrafía una pasta conductora de plata, por ejemplo, Cerdec SP 1248. La pasta Cerdec 1248 se seca en un horno continuo a 140 ºC durante 2 min. y luego se pasa por una instalación de pretensado aproximadamente a 700 ºC para un cristal de calcio-sosa fundiéndose y pretensándose. A continuación se aplica pasta de soldadura comercial por impresión con plantilla y se le ponen los diodos de luz, por ejemplo, diodos de luz NSCW 100 de la fábrica Nichia. En la subsiguiente soldadura de reflujo se precalienta el sustrato con diodos durante 2 min hasta 120 ºC y a continuación se calienta hasta 235 ºC durante 5 seg. A continuación se enfría lentamente.
En la figura 3 está representada una forma de realización de la invención en la que un sustrato 1 de soporte transparente sobre el que se han aplicado en distintas zonas 13.1, 13.2 ,13.3 diodos 4 de luz gracias al procedimiento descrito de las figuras 2a a 2d. Junto con los diodos 4 de luz el sustrato de soporte tiene también otros componentes electrónicos, por ejemplo, resistencias 17 un diodo 19 semiconductor así como un transistor 21. En lugar de componentes individuales, como se muestra en la figura 4, además de los diodos 4 de luz pueden estar dispuestos otros circuitos electrónicos enteros sobre el sustrato de soporte según la invención. Los mismos componentes que en las figuras anteriores se marcan con las mismas cifras de referencia en la figura 4. El circuito electrónico, por ejemplo el control eléctrico o una fuente de alimentación está marcado con la cifra de referencia 23. La múltiple aplicabilidad de la invención se desprende de las figuras 5 a 7. En la figura 5 están representados dos módulos LED de una forma geométrica diferente, concretamente un módulo 100 triangular con tres diodos 102.1
Los módulos 100, 110 de diferente geometría, como se representan en la figura 6, pueden estar conectados según una configuración plana formando un módulo LED de una forma geométrica bidimensional arbitraria así como estructuras tridimensionales como se muestra en la figura 7. Al conformar el sustrato antes del revestimiento con una capa conductora se pueden producir estructuras tridimensionales arbitrarias, por ejemplo, estructuras curvas también.
Gracias a la invención se expone por primera vez un sustrato de soporte cuya capa conductora al contrario que en el
5 estado de la técnica es totalmente transparente y no opaca. En particular el procedimiento según la invención permite que en un único paso de proceso al fundir los puntos de conexión o las chapitas soldadas de conexión simultáneamente se pretense el cristal. Gracias a la posibilidad de estructurar el cristal revestido en toda superficie a voluntad resulta posible y de forma sencilla integrar otros componentes electrónicos en el sustrato de soporte de los módulos LED, por ejemplo, la electrónica de control. La estructuración se puede hacer independientemente del
10 revestimiento con una capa conductora. Al aplicar los puntos de conexión resulta posible una forma de realización particularmente ventajosa de la invención, aplicar las conexiones soldadas a un sustrato de soporte transparente. Otra ventaja más es que gracias a la combinación de formas del sustrato arbitrarias, coloraciones e impresiones decorativas se pueden conseguir formas geométricas arbitrarias.
Claims (10)
- REIVINDICACIONES1. Componente electrónico en particular módulo LED que comprende:
- -
- un sustrato de soporte para componentes electrónicos, en particular, medios de luz que están aplicados sobre una superficie del sustrato de soporte con
- -
- un sustrato (1) transparente así como:
- -
- una capa conductora aplicada sobre el sustrato transparente siendo
- -
- la capa conductora transparente o cuasitransparente en el espectro visible y pudiéndose estructurar de una forma arbitraria;
- -
- el componente comprende al menos otro sustrato transparente y los medios de luz que están aplicados sobre el sustrato de soporte están entre el sustrato de soporte y el otro sustrato transparente adicional y siendo el sustrato (1) transparente un sustrato de cristal
caracterizado porque- -
- el sustrato de cristales un cristal de calcio-sosa y
- -
- la capa conductora comprende un óxido de metal de uno o varios de los siguientes óxidos de metal:
- -
- SnOx:F
- -
- SnOx:Sb
- -
- ZnOx:Ga
- -
- ZnOx:B
- -
- ZnOx:F
- -
- ZnOxAl
y la capa conductora está estructurada con láser. -
- 2.
- Componente electrónico de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la capa conductora comprende un metal.
-
- 3.
- Componente electrónico de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque el metal comprende uno o varios de los metales siguientes: Al, Ag, Au, Ni, Cr.
-
- 4.
- Componente electrónico de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el sustrato de cristal se endurece y/o pretensa.
-
- 5.
- Componente electrónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque el sustrato de cristal presenta un contorno arbitrario.
-
- 6.
- Componente electrónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque el sustrato de cristal tiene una impresión decorativa.
-
- 7.
- Componente electrónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque presenta una forma tridimensional arbitraria.
-
- 8.
- Componente electrónico de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el sustrato transparente adicional está dispuesto por encima de los diodos de luz aplicados sobre el sustrato de soporte de modo que los diodos quedan protegidos entre el sustrato de soporte y el sustrato transparente adicional.
-
- 9.
- Componente electrónico de acuerdo con la reivindicación 1 u 8 caracterizado porque el sustrato transparente adicional comprende una capa o película conductora cuasitransparente o transparente
-
- 10.
- Componente electrónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque el componente comprende varios sustratos de soporte con componentes electrónicos o eléctricos.
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