FR3036227A1 - Procede de fabrication de circuits electriques pour diodes electro- luminescentes et circuit obtenu par ce procede - Google Patents

Procede de fabrication de circuits electriques pour diodes electro- luminescentes et circuit obtenu par ce procede Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de circuit électrique pour diode électroluminescente (7). Selon ce procédé, on fournit - un substrat (1) diélectrique avec une pluralité d'ouvertures (5) découpées à travers le substrat (1), un feuillet de matériau électriquement conducteur (9) obturant les ouvertures (5) sur une face (3) du substrat (1) et - une diode électroluminescente (7) logée dans chaque cavité (6) correspondant à une ouverture (5). Chaque diode électroluminescente (7) est électriquement connectée entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur (9). Un matériau polymère remplit au moins partiellement chaque cavité (6) pour encapsuler la diode électroluminescente (7) correspondante. On lamine en outre une feuille diffusant la lumière (14) sur le substrat (1) et au-dessus des ouvertures (6). L'invention concerne également un circuit (100) obtenu par ce procédé.

Description

1 Procédé de fabrication de circuits électriques pour diodes électro- luminescentes et circuit obtenu par ce procédé [1] L'invention concerne de domaine de la fabrication de dispositifs d'éclairage à 5 diodes-électroluminescentes. [2] Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de fabrication de circuits électriques pour supporter et connecter des diodes électroluminescentes. [3] On connait par exemple par le document US20080122123A1 des circuits électriques pour supporter et connecter des diodes électroluminescentes. Les circuits 10 décrits dans ce document comprennent un substrat diélectrique flexible dont au moins une face est recouverte d'un feuillet de matériau électriquement conducteur. Des pistes conductrices sont réalisées dans ce feuillet électriquement conducteur, par des techniques de photolithographie habituellement utilisées pour la réalisation de circuits imprimés. Une couche superficielle constituée d'un matériau diélectrique est 15 perforée avant d'être rapportée sur la face libre du feuillet électriquement conducteur. Une diode électroluminescente est placée dans l'ouverture obtenue par la perforation de la couche superficielle et est connectée aux pistes conductrices. Un matériau polymère est ensuite dispensé pour encapsuler la diode électroluminescente et former une lentille. L'étalement de ce matériau polymère est contrôlé par la forme de zo l'ouverture réalisée dans la couche de revêtement. [4] Ce type de circuit peut alors être utilisé pour réaliser des sources de lumière. [5] Un but de l'invention est de permettre une meilleure diffusion de la lumière émise par de telles sources de lumière. [6] Ce but est au moins en partie atteint avec le procédé de fabrication d'un 25 circuit électrique pour diode électroluminescente suivant. Selon ce procédé, on fournit un substrat diélectrique. Ce substrat diélectrique est par exemple fournit sous forme d'une bande flexible enroulée. Le substrat a alors une première et une deuxième faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à son épaisseur. Au moins une ouverture est découpée dans l'épaisseur du substrat et s'étend donc, à travers celui- 30 ci, entre les première et deuxième faces principales. Un feuillet de matériau électriquement conducteur, par exemple en cuivre ou en alliage de cuivre, est laminé 3036227 2 avec le substrat. Ce feuillet de matériau électriquement conducteur est ainsi situé sur l'une (désignée par exemple comme étant la première) des première et deuxième faces principales du substrat. Il recouvre l'ouverture découpée dans l'épaisseur du substrat, formant ainsi une cavité dans laquelle est logée au moins une diode électroluminescente. Chaque diode électroluminescente, ainsi logée dans une cavité correspondant à une ouverture, est électriquement connectée entre une anode et une cathode. Ces dernières sont toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur. Un matériau polymère est ensuite dispensé, par exemple, dans la cavité de manière à la remplir au moins partiellement et à encapsuler la diode 113 électroluminescente. Une feuille diffusant la lumière est alors laminée sur l'autre (désignée par exemple comme étant la deuxième) des deux faces principales du substrat, au-dessus de l'ouverture. [007] La feuille diffusant la lumière, qui peut recouvrir plusieurs diodes électroluminescentes, permet d'atténuer le fait de percevoir la lumière émise par 15 chaque diode comme une source ponctuelle. [oos] La lamination de la feuille diffusant la lumière peut être réalisée en continu (c'est-à-dire en « reel-to-reel » ou « roll-to-roll » selon la terminologie anglo-saxonne). Ceci permet d'obtenir une vitesse de fabrication de circuits pour diodes électroluminescente selon le procédé mentionné ci-dessus, relativement élevée qui 20 rend ce procédé économiquement particulièrement intéressant. [009] Après lamination de la feuille diffusant la lumière sur la deuxième des deux faces principales du substrat, une structure diffusante peut éventuellement être formée sur la face de la feuille diffusant la lumière opposée à celle au contact du substrat. Par exemple, la réalisation de reliefs selon certains motifs peut permettre 25 d'améliorer encore les propriétés de diffusion de la lumière de la feuille diffusant la lumière. [ool o] La feuille diffusant la lumière peut comprendre un matériau choisi dans la liste comprenant le polyméthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène, et la famille des silicones ou tout autre matériau permettant de guider la lumière.
30 L'épaisseur de cette feuille est par exemple comprise entre 25 et 250pm. Par exemple cette épaisseur est de 100pm. 3036227 3 [0011] En choisissant, d'une part, la nature de la feuille diffusant la lumière ou la forme et les motifs de la structure diffusante, et d'autre part la répartition des diodes électroluminescentes sur le substrat (par exemple avec un pas de l'ordre du centimètre), il est possible d'obtenir une surface éclairant de manière uniforme. 5 [0012] Le procédé mentionné ci-dessus peut être mis en oeuvre avec un substrat diélectrique flexible sous forme d'une bande en rouleau, cette bande de substrat diélectrique comportant deux bords longitudinaux essentiellement parallèles l'un à l'autre. On peut alors former une pluralité de cavités dans chacune desquelles on place une diode électroluminescente, avec une distance entre chaque diode électroluminescente selon une direction longitudinale essentiellement parallèle aux bords longitudinaux, correspondant à un pas voisin de 4,75mm, par exemple. De cette façon, le procédé, d'une part, reste compatible avec les machines habituellement utilisées dans le domaine des cartes à puce par exemple, et d'autre part, permet d'obtenir des bandes éclairant de manière uniforme (la nature ponctuelle des sources de lumière formées par les diodes électroluminescentes disparait pratiquement). [0013] Le matériau polymère peut être un silicone comprenant un luminophore pour changer la chaleur de la lumière émise par les diodes électroluminescentes. [0014] Selon un autre aspect, l'invention concerne un circuit électrique pour diode zo électroluminescente obtenu par le procédé mentionné ci-dessus. Il comprend - un substrat diélectrique ayant une première et une deuxième faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat, une ouverture s'étendant, entre les première et deuxième faces principales, à travers le substrat, 25 - un feuillet de matériau électriquement conducteur situé sur une première des deux faces principales du substrat, - au moins une diode électroluminescente logée dans une cavité correspondant à l'ouverture et électriquement connectée entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement 30 conducteur, - un matériau polymère remplissant au moins partiellement la cavité et encapsulant la diode électroluminescente, 3036227 4 - une feuille diffusant la lumière laminée sur une deuxième des deux faces principales du substrat et au-dessus de l'ouverture. [0015] Ce circuit comporte éventuellement l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison de 5 tout ou partie d'entre elles : [0016] - la feuille diffusant la lumière comprend un matériau choisi dans la liste comprenant le poly méthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène et les silicones ou tout autre matériau permettant de guider la lumière ; [0017] - une structure diffusante est formée en relief sur la face de la feuille diffusant 10 la lumière opposée à celle au contact du substrat ; [0018] - le matériau polymère est un silicone comprenant un luminophore. [0019] - une pluralité de cavités sont formées dans chacune desquelles est placée une diode électroluminescente, la distance entre chaque cavité selon au moins une direction, correspond à un pas voisin de 4,75mm ; la feuille diffusant la lumière 15 recouvre plusieurs cavités et diffuse donc la lumière émise par plusieurs diodes électroluminescentes à la fois. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : - les figures la à lh représentent schématiquement en coupe différentes 20 étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'un circuit électrique pour diode électroluminescente ; - la figure 2 représente schématiquement une vue éclatée d'une unité constitutive du circuit obtenu par le procédé illustré par les figures la à 1 h ; - la figure 3 représente schématiquement en perspective, une portion d'un 25 circuit, entre les étapes 1f et 1g du procédé illustré par les figures 1a à 1h ; et - la figure 4 représente schématiquement en perspective, une portion d'un circuit réalisé par le procédé illustré par les figures 1 a à 1 h. [0021] Sur ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques ou similaires. 30 [0022] L'invention est illustrée dans la suite à l'aide d'un exemple de mode de réalisation particulier d'un circuit électrique 100. 3036227 5 [0023] Comme représenté sur la figure 1 a, on fournit, dans un procédé en continu, un substrat 1 diélectrique, flexible et comprenant éventuellement une couche d'adhésif 2 sur au moins l'une de ses faces (Fig. 1 a). Le substrat 1 est par exemple constitué de verre époxy, ou de PVC ou de polyimide ou tout autre matériau 5 diélectrique flexible approprié. Le substrat diélectrique se présente sous forme d'une bande s'étendant essentiellement dans deux directions et ayant une épaisseur limitée par une première 3 et une deuxième 4 faces principales. Ce substrat 1 diélectrique est généralement mince (son épaisseur est par exemple de l'ordre de 100 pm) pour conserver une flexibilité compatible avec un procédé de fabrication en continu. Plus 10 généralement, cette épaisseur est comprise entre 25 et 500 microns. De préférence on utilise un substrat dont la deuxième face principale 4 (la première face 3 comportant la couche d'adhésif 2) réfléchit la lumière efficacement (de couleur blanche par exemple). La couche d'adhésif 2 est par exemple constituée d'un matériau polymérisable à chaud (par exemple comprenant une base époxu ou 15 acrylique) enduite sur le substrat 1. Son épaisseur est par exemple de l'ordre de 20 pm. [0024] Le complexe comprenant le substrat 1 et la couche d'adhésif 2 est ensuite perforé pour former des ouvertures 5 (fig. 1 b). Cette opération est par exemple réalisée par poinçonnage. Les ouvertures 5 correspondent par exemple, d'une part, à des cavités 6 dans lesquelles seront logées des diodes électroluminescentes 7 et, d'autre part, à des crans d'entrainement 8 disposés régulièrement le long de deux bords longitudinaux (voir figure 4). [0025] Une fois perforé, le complexe comprenant le substrat 1 et la couche d'adhésif 2 est ensuite laminé avec un feuillet de matériau électriquement conducteur 9, par exemple en cuivre ou un de ses alliages (fig. 1c), dont l'épaisseur est comprise entre 12 et 500pm (une épaisseur relativement importante peut être utile pour évacuer la chaleur produite par les diodes électroluminescentes) . [0026] Le nouveau complexe comprenant le substrat 1, la couche d'adhésif 2 et le feuillet de matériau électriquement conducteur 9 subit alors des étapes de photolithographie et gravure, selon des procédés connus de l'homme du métier, afin de mettre en forme des pistes conductrices, des anodes et des cathodes, isolées électriquement les unes des autres par un espace 10 (fig. 1d). 3036227 6 [0027] Comme illustré par la figure 1 e, une diode électroluminescente 7 peut alors être colée (par exemple à l'aide d'une technologie connue sous le nom de « die attach » selon la terminologie anglo-saxonne) dans chaque cavité 6 sur une piste, anode ou cathode du feuillet de matériau électriquement conducteur 9 avec un 5 adhésif 11, et connectée à une anode et une cathode à l'aide de fils conducteurs 12 d'une manière connue selon la technique dite de la soudure de fils (« wire bonding » selon la terminologie anglo-saxonne). Alternativement, la diode électroluminescente 7 est connectée à l'anode et la cathode par la technologie de la puce retournée (« flip chip » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par une combinaison de ces deux 10 techniques. [0028] Un polymère 13, par exemple de silicone, est dispensé dans les cavités 6 (Fig. 1f) afin d'encapsuler chaque diode électroluminescente 7 et combler les cavités 6 pour préparer l'étape suivante de lamination d'une feuille de matériau diffusant 14 (Fig. 1g). Eventuellement, en ajoutant un luminophore au silicone, on peut modifier la 15 chaleur de la lumière émise par les diodes électroluminescentes 7. [0029] La feuille de matériau diffusant 14 est par exemple constituée d'un polyméthacrylate de méthyl (par exemple du Plexiglas()) de 50 à 50011 d'épaisseur. Cette feuille est par attachée au substrat diélectrique 1 par exemple par lamination. [0030] Enfin, la feuille de matériau diffusant 14 est structurée (Fig. 1h), pour faire 20 apparaître des structures diffusantes 15 avec des motifs ou reliefs adaptés pour diffuser la lumière de manière pratiquement uniforme en surface de la feuille de matériau diffusant 14. [0031] En exemple de structure obtenue par ce procédé est illustré en vue éclatée par la figure 2. Sur cette figure, seule une unité comprenant une diode 25 électroluminescente unique est représentée. [0032] Cette structure comprend donc un substrat diélectrique 1 avec une première 3 et une deuxième 4 faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat 1. Une ouverture 5 s'étend, entre les première 3 et deuxième 4 faces principales, à travers le substrat 1. 30 [0033] Cette structure comprend également un feuillet de matériau électriquement conducteur 9 gravé pour former une anode et une cathode. Une diode électroluminescente 7 vient se loger dans la cavité 6 formée par l'ouverture 5 et en 3036227 7 grande partie obturée une anode et une cathode gravées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur 9. [0034] Le matériau polymère 13 qui remplit la cavité n'est pas représenté sur cette figure par soucis de clarté. 5 [0035] Cette structure comprend aussi une feuille diffusant la lumière 14 laminé sur la deuxième face principale 4 du substrat 1, au-dessus de l'ouverture 5. [0036] Comme illustré sur la figure 3, la structure représentée sur la figure 2 correspond à une unité 50 qui est reproduite sur une bande avec un pas de 4,75mm par exemple selon ses directions longitudinale et transversale. 10 [0037] La figure 3 montre en effet, une bande 16 formée du substrat 1 et du feuillet de matériau électriquement conducteur 9 gravé. Cette bande 16 présente un réseau de cavités 6 dont chacune est munie d'une diode électroluminescente 7 connectée à une anode et une cathode, faisant partie d'un réseau d'anodes et de cathodes formant un circuit électrique. Sur la figure 3 est aussi représentée une feuille de 15 matériau diffusant la lumière 14 avant lamination avec la bande 16 et avant formation de structures diffusantes 15. [0038] La figure 4 montre l'ensemble de la bande 16 et de la feuille de matériau diffusant la lumière 14 après lamination de l'une sur l'autre et après formation de structures diffusantes 15. zo [0039] Les unités 50 formées sur la bande 16 sont ensuite découpées individuellement ou par groupes pour être utilisées dans des éclairages. Elles peuvent aussi être utilisées en nappes (formées par la bande 16 ou découpées dans celle-ci) pour former des dalles ou panneaux éclairants utilisables sur des surfaces comme des plafonds ou autres. Le réseau d'anodes et de cathodes est alors défini en 25 fonction des besoins de connections des diodes électroluminescentes 7 pour former des nappes ou au contraire pour être individualisées. Selon une variante de ce qui vient d'être décrit, le feuillet de matériau électriquement conducteur 9 est découpé pour former un circuit électrique avec des anodes et des cathodes, avant sa lamination sur le substrat. On forme donc une grille de connexion 30 (« lead frame » selon la technologie anglo-saxonne) avant de la reporter sur la première face du substrat 1 puis on poursuit le procédé par les étapes illustrées par les figures 1f à 1h.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un circuit électrique pour diode électroluminescente (7), dans lequel - on fournit un substrat (1) diélectrique ayant une première (3) et une deuxième (4) faces principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat (1), - on réalise au moins une ouverture (5) s'étendant, entre les première (3) et deuxième (4) faces principales, à travers le substrat (1), - on connecte au moins une diode électroluminescente (7) entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans un feuillet (9) de matériau électriquement conducteur situé sur une première (3) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1), - on encapsule la diode électroluminescente (7) dans un matériau polymère (13), en remplissant au moins partiellement une cavité (6) correspondant à l'ouverture (5) et dans laquelle est logée la diode électroluminescente (7), caractérisé par le fait qu'on lamine une feuille diffusant la lumière (14) sur une deuxième (4) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1) et au-dessus de l'ouverture (5).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, après lamination de la feuille diffusant la lumière (14) sur la deuxième (4) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1), une structure diffusante (15) est formée sur la face de la feuille diffusant la lumière (14) opposée à celle au contact du substrat (1).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la feuille diffusant la lumière (14) comprend un matériau choisi dans la liste comprenant le poly méthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène et les silicones.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 3036227 9 - on fournit un substrat (1) diélectrique flexible sous forme d'une bande (16) en rouleau, - la bande (16) de substrat diélectrique (1) comporte deux bords longitudinaux essentiellement parallèles l'un à l'autre,
  5. 5 - on forme une pluralité de cavités (6) dans chacune desquelles on place une diode électroluminescente (7), la distance entre chaque diode électroluminescente (7) selon une direction longitudinale essentiellement parallèle aux bords longitudinaux, correspondant à un pas voisin de 4,75mm. 10 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau polymère (13) est un silicone comprenant un luminophore.
  6. 6. Circuit électrique pour diode électroluminescente (7), comprenant - un substrat (1) diélectrique ayant une première (3) et une deuxième (4) faces 15 principales, opposées l'une à l'autre par rapport à l'épaisseur du substrat (1), une ouverture (5) s'étendant, entre les première (3) et deuxième (4) faces principales, à travers le substrat (1), - un feuillet de matériau électriquement conducteur (9) situé sur une première (3) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1), 20 - au moins une diode électroluminescente (7) logée dans une cavité (6) correspondant à l'ouverture (5) et électriquement connectée entre une anode et une cathode, toutes deux réalisées dans le feuillet de matériau électriquement conducteur (9), - un matériau polymère (13) remplissant au moins partiellement la cavité (6) et 25 encapsulant la diode électroluminescente (7), caractérisé par le fait qu'il comprend une feuille diffusant la lumière (14) laminée sur une deuxième (4) des deux faces principales (3, 4) du substrat (1) et au-dessus de l'ouverture (5). 30
  7. 7. Circuit selon la revendication 6, dans lequel la feuille diffusant la lumière (14) comprend un matériau choisi dans la liste comprenant le poly méthacrylate de méthyl, le polycarbonate, le polystyrène et les silicones. 3036227 10
  8. 8. Circuit selon la revendication 6 ou 7, dans lequel une structure diffusante (15) est formée en relief sur la face de la feuille diffusant la lumière (14) opposée à celle au contact du substrat (1). 5
  9. 9. Circuit selon l'une des revendications 6 à 8, comportant une pluralité de cavités (6) dans chacune desquelles est placée une diode électroluminescente (7), la distance entre chaque diode électroluminescente (7) selon au moins une direction, correspond à un pas voisin de 4,75mm. 10
  10. 10. Circuit selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le matériau polymère (13) est un silicone comprenant un luminophore.
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