CH698260B1 - Mit elektronischen Bauteilen bestücktes, transluzentes Einbauelement. - Google Patents

Mit elektronischen Bauteilen bestücktes, transluzentes Einbauelement. Download PDF

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Abstract

Einbauelement, bestehend aus einer mittels leitfähigem Oxid oder Metall transluzent beschichteten, flexiblen Polymerfolie (6) wie zum Beispiel PET, PEN oder PC, sowie durch elektrisch leitende Klebpunkte (4) verbundenen elektronischen Bauteilen (3), wie zum Beispiel LEDs oder Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Klebpunkte (4) zwischen der leitfähigen Beschichtung (2) und der Bauteile (3) durch elektrisch nicht leitende, endständige durchgehend seitliche, durchgehend seitlich und endständige oder übergussartige Verstärkungsklebpunkte (7) gegen Druck-, Zug-, oder Scherkräfte geschützt sind. Durch diese Verstärkungsklebpunkte ist dieses Einbauelement krümm-, roll-, vakuumlaminier- und drucklaminierbar und eignet sich hervorragend zur Einlaminierung in Verbundgläser.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Einbauelement nach Anspruch 1. Nach Lagerung und Transport in gerollter Form eignet es sich vorzüglich zum Einlaminieren zwischen Glas, Polymer, Stein oder Marmor. Das Einbauelement besteht aus einer mit LED- oder anderen SMD-Bauteilen bestückten transluzent leitfähigen Folie, die gerollt verpack-, versand- und unter Biegespannungen weiterverarbeitbar ist, womit es sich besonders zur Einlaminierung in Verbundgläser, wie z.B. Brüstungen, Dächer, Türen, Treppen, Rolltreppenbrüstungen, Liftwände, Bodenlampen, Tische, Stühle und Fassaden, eignet. Das mit Verstärkungspunkten zugentlastet bestückte Einbauelement erniedrigt den Produktionsausschuss bei Massenproduktionen von z.B. Automobilbremsleuchten, Leuchten, LED-bestückten Autoscheiben oder Bedienelementen.
Stand der Technik
[0002] Als Substrat für Einbauelemente eignen sich grosse (z.B. 3.0 m. × 1.25 m.) transluzent leitfähige Folien. Denn sie können mit elektronischen Bauteilen, wie LEDs, Sensoren, Sender, Microchips usw. bestückt werden und eignen sich vorzüglich für die Weiterverarbeitung in delokalisierten Laminierwerken. Denn gerollt transportierbare Einbauelemente aus bestückten Folien sind leicht zu transportieren und vereinfachen die Logistik, weil der eigentliche Produktaufbau im letzten Moment definiert oder verändert werden kann. Es muss kein Halbfabrikat aus metallisiertem Glas, Acryl oder Polycarbonat verschiedener Dicken und Färbungen gelagert werden.
[0003] Der für den Weitertransport und die Lagerung gerollte Zustand ist bei grossen Einbauelementen ökonomisch unabdingbar, er bewirkt jedoch durch den Einsatz von gerollten, folienartigen Substraten eine starke Spannung auf die elektrisch leitfähigen Klebpunkte zwischen der Folie und der darauf bestückten Bauteile. Diese elektrisch leitfähigen Klebpunkte werden nicht nur durch das Einrollen, sondern auch durch das spätere Laminieren verbogen und teilweise gebrochen, was sich dann in elektrischen Wackelkontakten bemerkbar macht. Die Bruchstellen können sich sowohl innerhalb der elektrisch leitfähigen Leitkleber, als auch zwischen der elektrisch leitfähigen Beschichtung, wie ITO (Indium Tinn Oxide) oder TCO (Transparent Conductive Oxide) und der Polymerfolie, oder auch zwischen dem elektronischen Bauteil und dem elektrisch leitfähigen Klebpunkt befinden. Nach der Einlaminierung genügt ein Wackelkontakt, damit das gesamte Endprodukt, zum Beispiel eine LED-bestückte Glastüre, unverkäuflich wird.
[0004] Seit 1981 werden auf Glas bedampfte, transzluzente, elektrisch leitende Schichten zum Betreiben elektrischer Verbraucher, unter anderem auch von LEDs (Licht emittierende Dioden) oder Sensoren eingesetzt. Die bedampften Gläser bleiben während der Lagerung, des Weitertransports, der Bestückung und der Laminierung plan, weswegen in den Patenten UPS 4 248 015 (1981, Antony’s Manufactoring), JP 58 137 266 (1983, Matsushita), JP 5821179 (1983, Sharp), JP 60 120 577 (1983, Handokai), DE 3 716 766 (1987, Glaverbel), DE 3 718 789 (1987, Ricoh), DE 3 710 233 (1988, Licentia), DE 3 704 880 (1988, Nukem), US4 844 985 (1989, Ford), EP 0 353 142 (1990, Saint Gobain), JP 2 010 395 (1990, Ricoh), JP 3 290 982 (1991, Stanley Electric), JP 5 119 706 (1993, Stanley Electric), JP 6 252 171 (1994, Hitachi), JP 8 162 273 (1996, Sharp KK), EP 0 900 971 (1999, Hahn Glasbau), DE 19 854 899 (1999, Siemens), CA 2 266 713 (2000, Glas-Platz),-EP 1 267 029 (2002, Schneider Fichtel), GB 2 383 192 (2003, Light Display), EP1 346 823 (2003, Döppner), WO 2004 016 897 (2004, Dupont), WO 2004 084 683 (2004, Glas-Platz) kein Wort über Biegespannungen, Spannungsbrüche und zugentlastende Gegenmassnahmen verloren wird.
[0005] Seit 1978 werden auf Polymerfolien, insbesondere auf PET bedampfte, transluzente, elektrisch leitende Schichten wie ITO und TCO zum Betreiben darauf bestückter, elektrischer Verbraucher, unter anderem auch LEDs und Sensoren, publiziert. Die beschriebenen, transparent leitfähigen Polymerfolien werden mittels Laser oder Ätzverfahren strukturiert, danach bestückt und mittels verschiedener Laminierverfahren zwischen harten Platten, wie z.B. Glas einlaminiert. Obschon grössere Folien ökonomisch ausschliesslich in gerollter Form gelagert, transportiert, und mit hohen Scherkräften bei erhöhten Laminiertemperaturen weiterverarbeitet werden, bleibt das Thema der Zugentlastung der elektrischen Kontaktstellen auch in den Patenten FR 1580868 (1969, Glaverbel), USP 4 100 398 (1978, Sierracin), JP 60 096 969 (1985, Nippon Sheet), JP 63 272 095 (1988, Tobi), JP 1 151 237 (1989, Mitsubishi), JP 7 173 610 (1995, Agency Ind. Sci. Techn.), US 5 533 289 (1996, I. D. Lite), US 6 197 418 (2001, Agfa Gevaert), DE 10 325 402 (2004 Doeppner & Schneider Fichtel), WO 2004 106 056 (2004, Doeppner & Schneider Fichtel), DE 10 347 163 (Doeppner & Schneider Fichtel) unbehandelt.
[0006] Für kleine, plane Applikationen, wie Mikrochipkarten (2002, Infineon, WO 0 175 788), Druckknopf-Tastaturen (2005, Yeh chun-Lin: US 2005 212 778, sowie 1999; TAISEI Pias: EP 0 899 762) wurden Bestückungsprozesse publiziert. Doch die hier vorgestellten Lösungen, Substrate, und Endapplikationen sind nicht transluzent, unterschiedlich zu denjenigen dieses Erfindungsgegenstandes, und eignen sich nicht für die fehlerfreie Laminierung zwischen Gläsern unter Druck, Scherkräften und Laminiertemperaturen. Die beschriebenen Bestrückungsprozesse eignen sich auch nicht, um die flexiblen Leiterplatten in gerollter Form transportieren zu können.
[0007] Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass ITO (Indium Tinn Oxide) nur einen der Vertreter der TCO (transluzent conductive oxides) darstellt. Andere Vertreter, wie z.B. GalnO3 (1995, AT&T, US 5 407 602), Zn dotierte ITO (1995, Idemitsu Kosan, EP 0 677 593), unterschiedlich dotierte Doppel-TCO-Schichten (2004, Corning: WO 2004 023 436), organische Leiter, wie Polythiophene (2000, Agfa Gevaert, EP 1013413), oder auch bedampftes metallisches Silber, eignen sich natürlich auch für den erfindungsgemässen Einsatz. Ob diese Schichten mittels Laser, Cutter, oder aber nasschemisch (wet etching, 1989, Mitsubishi: JP 1 151 237) strukturiert worden sind, ist für diese Erfindung nicht relevant.
Detaillierte Darstellung der Erfindung
[0008] Transluzent leitfähige Folien eignen sich grundsätzlich sehr gut, um als Träger für elektronische SMD-Bauteile zu fungieren. Durch die Bestückung solcher Folien entstehen transluzente, biegsame Einbauelemente, die sich für die Weiterverarbeitung in Glas-, Polymer- und oder Steinverbunden eignen. Einbauelemente aus derart bestückten, flexiblen transparenten Folien können jedoch leicht Grössen von 3,5 × 1,25 m erreichen. Lagerung und Transport zu den Kunden sind daher nur in gerollter Form ökonomisch. Da sich die Elektronikbauteile beim Glaslaminiervorgang in die obere und untere Klebfolie hineinpressen, führt dies auch zu einer örtlichen Verbiegung der Elektronik-bestückten, elektrisch leitfähigen Folie. Es sei der Vollständigkeit halber bemerkt, dass es unwesentlich ist, ob die Zusammensetzung der thermoplastischen Klebfolien aus Polyvinylbutyral- (PVB), Ethylvinylacetat (EVA) oder anderen Typen besteht.
[0009] Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Einbauelement, bestehend aus einer transluzent elektrisch leitfähig beschichteten Polymerfolie, welche mit Elektronikbauteilen, wie LEDs, Microchips oder anderen SMD-Bauteilen in einer Weise verbunden wird, dass sie in gerollter Form gelagert und transportiert werden kann und sich für das Einlaminieren zwischen Glas- und anderen Platten bei hohen Temperaturen, hohen Drucken, auch bei Unterdruck und/oder bei hohen Scherkräften eignet. <tb>Die Fig. 1<sep>zeigt das Profil einer typischen Verklebungsmethode mittels elektrisch leitfähiger Klebpunkte auf einer flachen, elektrisch leitend beschichteten Polymerfolie. <tb>Die Fig. 2<sep>zeigt im Profil, warum die elektrisch leitfähigen Klebpunkte (4) brechen können, wenn die Polymerfolie beim Laminieren oder beim Handling und Verpacken verbogen bzw. eingerollt wird. <tb>Die Fig. 3<sep>zeigt im Profil, wie durch Anbringen eines übergussartigen, starren, elektrisch nicht-leitenden Verstärkungsklebpunktes die Folie unter dem elektronischen Bauteil (10) flach bleibt und die elektrisch leitfähigen Klebpunkte (4) entlastet werden. <tb>Die Fig. 4<sep>zeigt die Aufsicht eines Elektronikbauteils, welches mit 2 gegenüberliegenden starren, elektrisch nichtleitenden Verstärkungsklebpunkten (8) endständig an die beschichtete Polymerfolie befestigt wird, was die Verbiegung der Polymerfolie unterhalb des elektronischen Bauteils (10) verhindert und eine Zugentlastung der elektrischen Kontaktstellen (4) bewirkt. <tb>Die Fig. 5<sep>zeigt die Aufsicht eines Elektronikbauteiles, welches mit 2 seitlichen, gegenüberliegenden (9) starren, seitlich applizierten, elektrisch nichtleitenden Verstärkungsklebpunkten an die beschichtete Polymerfolie befestigt ist, was die Verbiegung der Polymerfolie unterhalb des elektronischen Bauteils (10) verhindert und eine Zugentlastung der elektrischen Kontaktstellen (4) bewirkt. <tb>Die Fig. 6<sep>zeigt die Aufsicht einer Kombination der zugentlastenden Verstärkungsklebpunkte (8, 9) von Fig. 4und Fig. 5.
[0010] Die Fig. 1 bis 6 beinhalten folgende Bezugselemente: <tb>1.<sep>die plane, transluzente Polymerfolie. <tb>2.<sep>die elektrisch leitende, transluzente Beschichtung auf der Polymerfolie. <tb>3.<sep>Das auf der Folie bestückte Elektronikbauteil. <tb>4.<sep>die elektrisch leitenden Klebpunkte. <tb>5.<sep>die Unterbrechung der elektrisch leitenden Beschichtung als Teil eines Stromkreises. <tb>6.<sep>Die Polymerfolie in verbogenem oder gerolltem Zustand. <tb>7.<sep>die vergussartigen, nichtleitenden Verstärkungsklebpunkte. <tb>8.<sep>die endständigen, starren, elektrisch nichtleitenden Verstärkungsklebpunkte an den gegenüberliegenden Enden der Elektronikbauteile. <tb>9.<sep>Die durchgehend seitlichen, starren, elektrisch nichtleitenden Verstärkungsklebpunkte an den gegenüberliegenden langen Seitenkanten der Elektronikbauteile. <tb>10.<sep>Der Folienbereich unter dem Bauteil
Ausführung der Erfindung
[0011] Das Problem von spannungsbedingten Wackelkontakten in gebogen transportierten Einbauelementen wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein endständiger (gemäss Fig. 4), oder ein seitlicher (gemäss Fig. 5), oder ein endständig und seitlicher nicht leitender Verstärkungsklebpunkt (Fig. 6), oder übergussartiger nicht leitender Verstärkungsklebpunkt (gemäss Fig. 3) die Verbiegung der unter dem Bauteil liegenden Folie verhindert und dadurch die elektrischen Kontaktstellen vor Spannungsbrüchen schützt.
[0012] Diese Zugentlastung wird erfindungsgemäss nur dann erreicht, wenn der für die Versteifung verwendete Kleber eine höhere Adhäsion, eine niedrigere Elastizität und eine höhere Bruchfestigkeit als der leitfähige Kleber besitzt. Für diese Zugsentlastungsaufgabe eignen sich erfindungsgemäss transparente Kleber auf Basis von Urethanen, Epoxyden und Silikonen, welche einen ähnlichen Brechungsindex wie Glas besitzen und nach der Einlaminierung annähernd unsichtbar sind.
[0013] Da Lösungsmittel die elektrischen Klebpunkte (4) teilweise wieder auflösen können, ist erfindungsgemäss die Wahl von lösungsmittelfreien oder zumindest lösungmittelarmen Varianten der oben genannten Klebertypen vorteilhaft.
[0014] Nicht leitende Verstärkungsklebpunkte (7, 8, 9) und elektrisch leitende Klebpunkte (4) sind auf Dehnung empfindlicher als auf Druck, weil bei der Dehnung die Adhäsion zur Oberfläche eine verstärkte Rolle spielt. Beim Einrollen der bestückten Folien sollten die bestückten Elemente vorteilhaft nach innen gerollt werden, weil die Dehnkräfte auf die Klebpunkte kleiner sind.

Claims (18)

1. Einbauelement, mit einer mittels leitfähigem Oxid oder Metall, transluzent beschichteten, flexiblen Polymerfolie (1, 6) wie zum Beispiel PET, PEN oder PC, sowie mit durch elektrisch leitende Klebpunkte (4) verbundene elektronische Bauteile (3), wie zum Beispiel LEDs oder Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Klebpunkte (4) zwischen der leitfähigen Beschichtung (2) und der Bauteile (3) durch elektrisch nicht leitende, endständige (8), durchgehend seitliche (9), durchgehend seitlich und endständige (8 + 9) oder übergussartige Verstärkungsklebpunkte (7) gegen Druck-, Zug-, oder Scherkräfte geschützt sind.
2. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es derart ausgebildet ist, dass es krümm-, roll-, vakuumlaminier- und drucklaminierbar ist.
3. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht leitenden Verstärkungsklebpunkte (7, 8, 9) auf Basis von transparenten Klebern wie z.B. Polyurethan, Epoxyden oder Silikonen bestehen.
4. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die nicht leitenden Verstärkungsklebpunkte (7, 8, 9) verwendeten Kleber bei Temperaturen unterhalb der Erweichungsbereiche der bestückten Polymerfolien, vorzugsweise unterhalb von 60°C, aushärten.
5. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haft- und Bruchfestigkeit der für die nicht leitenden Verstärkungsklebpunkte (7, 8, 9) verwendeten Kleber höher ist als die der elektrisch leitenden Klebpunkte (4).
6. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösemittelgehalt der für die nicht leitenden Verstärkungsklebpunkte (7, 8, 9) verwendeten, nichtleitenden Kleber kleiner als 5% ist und kein Aufweichen der elektrisch leitenden Klebpunkte (4) bewirkt.
7. Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gerollten Polymerfolie (1) die elektronischen Bauteile (3) nach innen gerollt sind.
8. Verbundprodukt mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
9. Dach mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
10. Tisch mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
11. Leuchte mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
12. Lift mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
13. Tür mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
14. Boden mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
15. Autoscheibe mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauteile (3) LEDs sind, und dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
16. Bedienelement mit einem Einbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement in Verbundglas einlaminiert ist.
17. Verfahren zur Bereitstellung eines Einbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Transport, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauelement gerollt wird.
18. Verwendung des Einbauelements nach Anspruch 1 in zumindest partiell transparenten Glas-, Stein- oder Polymerverbundprodukten, wie z.B. Türen, Dächern, Brüstungen, Treppen, Tischen, Liften, Bremsleuchten, Automobildächern, Fahrtreppenbrüstungen oder Böden, zum Anzeigen, Beleuchten, Ausleuchten oder zur sensorischen Erfassung und dadurch zur Ansteuerung von Prozessen.
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