WO2010060744A1 - Verfahren zum herstellen eines flexiblen leuchtbands - Google Patents

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Steffen Strauss
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flexible light strip and a flexible lighting device with a bending-designed substrate, which is provided for equipping with light sources.
  • Band-shaped, flexible LED carriers are known.
  • LINEARlight Flex from OSRAM, Germany
  • flexible, divisible LED modules with self-adhesive back are offered.
  • Their substrate is made on the basis of polyimide.
  • One module consists of 10 LEDs with a length of 140 mm. The total length on a roll is 8, 40 m.
  • single or multilayer thin flex circuit boards using polyimide films in the substrate are known.
  • Polyimide offered for this purpose is sold, for example, by DuPont under the trade name "Kapton".
  • Kapton Kapton
  • multiple layer pairs of a respective polyimide film and an epoxy resin layer are frequently stacked on top of each other.
  • a copper layer is present, the usual copper thickness (thickness) is about 18 microns.
  • the copper layer increases the flexibility of the substrate. Thicker copper thicknesses of up to 35 ⁇ m are considered practicable. A copper thickness of 70 .mu.m is considered to be most sensible; copper thicknesses beyond this make the flex circuit board so rigid that it is then usually no longer referred to as flexible.
  • Typical substrate thicknesses for single-layer PI layers are in the range between 100 ⁇ m and 150 ⁇ m, with a thickness of a single layer typically being between 25 ⁇ m and 35 ⁇ m.
  • flex circuits constructed with flex circuit boards are more expensive, they can be used to save space by folding in the narrowest structures.
  • Flexible connections for permanent use, z. As in inkjet printers, are often also formed as a polyimide film circuit board. However, if only a non-permanently flexible area in the circuit board is needed, for. B.
  • polyester especially polyethylene terephthalate, PET
  • polyimide is clearly more efficient than polyester.
  • LED-Flex-Strip HV Flexible light bands are also sold, for example, by the company “electronic service willms", Germany, under the trade name “LED-Flex-Strip HV". These light strips are manufactured by panel method and do not exceed a length of 60 cm. To produce a light strip of a length of more than 60 cm, the individual light bands must be connected to each other and electrically contacted.
  • the LED flex strips HV have a minimum bending radius of approx. 25 mm.
  • Lamitec-Dielektra GmbH offers a flexible FR4 system with highly ductile (HD) copper under the trade name "15193-Flex20 laminate" for use with rigid-flexible printed circuit boards for so-called "assembly bending".
  • FR4 layers have a composite of a glass fiber fabric and epoxy resin. The minimum bending radius is 4 mm. The processability in the usual standard FR4 processes is guaranteed.
  • the 15193-Flex 20 laminates are available as sheets or in blanks with a FR4 layer with single-sided or double-sided copper lamination.
  • standard Copper thicknesses are 18 ⁇ m, 35 ⁇ m and 70 ⁇ m.
  • the thickness of a FR4 layer is 75 ⁇ m or 125 ⁇ m.
  • the number of bending cycles depends on the bend radius and is between 10 and 100 for a bending radius of 4 mm, with a higher laminate thickness allowing a larger number of bends.
  • the method is configured for producing a flexible light strip with a bending-designed and provided with light sources for the substrate.
  • the method comprises a step of lightening the luminescent band from an endless precursor.
  • an "endless precursor” is meant a precursor whose length is virtually not significant for the manufacture of the luminous band because it is much longer than a length of a typical luminous band.
  • the continuous pre-product has at least one glass fiber composite layer.
  • a glass fiber composite material has the advantages that a production of the substrate can be carried out at lower temperatures and thus more energy-efficient than for polyimide or polyester. Also, a glass fiber composite is better recyclable. Furthermore, the water absorption, which can be up to 3% for polyimide, is low for glass fiber composites, which provides better protection against corrosion or decomposition than polyimide. This increases reliability. The reliability is further increased by the use of a continuous feedstock, in particular in the context of a so-called "roll-to-roll" process, since it is possible to avoid the limited lengths of up to 60 cm occurring in a panel production process. To produce a light strip of a length of more than 60 cm, the individual light bands must be connected to each other and electrically contacted. However, the endless pre-product allows a seamless luminous band of more than 60 cm in length to be produced at no extra cost, allowing a small bend radius, minimizing manufacturing defects, and reducing costs.
  • the continuous pre-product is preferably provided before its further processing into a flexible light strip in the form of a roll ("endless roll"). Such a role is easy to transport and ready for use without special mechanical effort.
  • light-emitting diodes are preferred, since they combine a high luminous intensity with a comparatively low heat development and are also compact and robust. In addition, light emitting diodes are easy to equip automatically.
  • a method is preferred in which a plurality of light bands can be singled out of the continuous intermediate product during the step of singling.
  • the endless precursor has, in particular over its width, a plurality of regions which are assigned to different substrates or light bands to be singulated.
  • the endless precursor therefore preferably has a plurality of adjacently located isolable substrates or light bands (populated substrates).
  • the at least one luminous band is separated from the continuous intermediate product without being filled, ie at least one substrate is separated from the continuous intermediate product. This can then be fitted later to a light strip.
  • the continuous product may have an unstructured Kupferkaschtechnik, which is laminated in the processing sequence. However, it is preferred for simple separation and cost-effective division of labor if the continuous intermediate product has at least one structured copper lamination.
  • a light strip has a length of at least 1 m (separated at a length of at least 1 m), in particular between 1 m and 20 m.
  • a length of at least 1 m is particularly preferred for particularly simple use on long lengths or surfaces when a light strip has a length of at least 1 m (separated at a length of at least 1 m), in particular between 1 m and 20 m.
  • an assembly effort can be significantly reduced while still uncritical line properties.
  • larger lengths are possible, possibly using stronger power sources.
  • a method in which the continuous precursor has a width between 100 mm and 400 mm is also preferred.
  • a luminous band has a bandwidth between 5 mm and 40 mm.
  • a flexible lighting device is manufactured according to the above method.
  • the flexible lighting device in particular if it is manufactured according to the above method, is equipped with a bent-out substrate, which is intended to be equipped with light sources.
  • "designed to bend” means that the corresponding object is intended and arranged to be bent.
  • the substrate is made of a glass fiber composite unlike prior art light emitting devices.
  • the use of a glass fiber composite material has the advantages that a production of the substrate can be carried out at lower temperatures and thus more energy-efficient than for polyimide or polyester.
  • a glass fiber composite is better recyclable.
  • the water absorption which can be up to 3% for polyimide, is low for glass fiber composites, which provides better protection against corrosion or decomposition than polyimide. This increases reliability.
  • the lighting device is also designed seamlessly, which can be achieved, for example, by using an 'endless' manufacturing process, z. B. a roll-to-roll process.
  • a flexible lighting device is preferred in which the glass fiber composite of the glass fiber composite layer is a glass fiber-resin composite, for cost-effective production in particular a glass-fiber epoxy resin composite.
  • the glass fiber composite of the glass fiber composite layer is a glass fiber-resin composite, for cost-effective production in particular a glass-fiber epoxy resin composite.
  • the glass fiber composite is a glass fiber-resin composite with a glass fiber content of less than 50% and more than 30%, in particular with a glass fiber content of between 30% and 45%, especially 35%.
  • a flexible lighting device which is equipped with at least one light emitting diode as a light source, as this results in a particularly bright lighting device that develops relatively little heat.
  • other light sources can also be used, such as other semiconductor light-emitting elements (eg laser diodes), or other lamp types.
  • a substrate which has at least one layer of ductile material, preferably metal, such as aluminum or (preferably) copper.
  • the metal layer can be located in the glass fiber composite layer.
  • the at least one glass fiber composite layer is laminated with at least one copper layer, as this firstly enables a single-layer glass fiber composite layer and secondly allows easy production.
  • the copper layer can then be easily structured for the production of printed conductors, contact fields, etc., for. B. etched. The remaining copper area still enhances the shape retention property compared to the non-laminated fiberglass composite. It will be the goal to get the largest possible part of the copper surface, which also keeps the line resistances small. With double-sided lamination, one or both copper layers can be structured.
  • a copper layer is preferably made of highly ductile copper ('HD copper').
  • the thickness of the glass fiber composite layer is preferably between 70 ⁇ m and 125 ⁇ m.
  • the thickness of the ductile metal layer is preferably between 18 ⁇ m and 70 ⁇ m.
  • the total thickness of the substrate is between 70 ⁇ m and 140 ⁇ m.
  • the thickness of the glass fiber composite layer and the thickness of the ductile metal layer are approximately equal are. By the same thickness increased flexibility and bending stability is achieved.
  • a flexible lighting device is preferred in which the at least one glass fiber composite layer is laminated on both sides with a respective copper layer, since this results in a particularly good shape retention. It is then particularly preferred if the copper layers are connected by means of at least one through-contacting, because this firstly results in a functional double-layer board and secondly through-contacting can increase the stability of the substrate.
  • the via is designed for good electrical conductivity and simple plastic deformation preferably as a metal through-hole.
  • a minimum bending radius is less than 2 cm, in particular less than 1 cm, especially less than 5 mm and especially especially about 4 mm.
  • the lighting device or its substrate can withstand several bending cycles without loss of function.
  • the number of bending cycles is preferably at least 50, better at least 100, more preferably at least 200.
  • the flexible lighting device is designed as a light strip, that has a width which is far smaller than its length.
  • a minimum ratio of length to width of 3: 1 is preferred.
  • a bandwidth of the light strip is between 5 mm and 40 mm.
  • the mentioned substrate properties eg layer arrangement, material composition, dimensioning etc.
  • properties of the continuous feedstock can also be regarded as properties of the continuous feedstock.
  • FIG IA shows a section in side view of a section of a light strip according to a first embodiment
  • FIG. 1B shows a sectional side view of a section of a light strip according to a second embodiment
  • FIG IC shows a section in side view of a section of a light strip according to a third embodiment
  • FIG ID shows a section in side view of a section of a light strip according to a fourth embodiment
  • FIG. 3 shows a plan view of a production line for light strips and various stages in the production of light strips.
  • FIG. 1A shows a sectional side view of a longitudinal section of a light strip 1 according to a first embodiment.
  • the light strip 1 has a substrate 2 with a glass fiber / epoxy resin composite layer 3, on which a copper Ferläge 4 has been applied by means of hot pressing.
  • Functional components 5, 6 in the form of light-emitting diodes 5 and components 6 intended for operating the light-emitting diodes 5, such as driver components, resistors, capacitors, etc., are applied to the copper layer.
  • the components 6 are designed as surface-mounted components (SMD).
  • SMD surface-mounted components
  • the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 is composed of a mixture of 35% glass fiber and 65% epoxy resin, which shows a lower tendency to break than a 1: 1 mixture of these components.
  • the glass fiber / epoxy resin composite has a typical water absorption of 0.3%, a tracking resistance with a CTI ("Comparative Tracking Index") value of about 200, a minimum bending radius of about 4 mm and a flexural stability of 50 to 200 Bending before material failure on.
  • the thickness of the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 in z-dimension is preferably between 70 ⁇ m and 125 ⁇ m, in this case 70 ⁇ m.
  • the copper layer 4 consists of harnessduktilem copper of a thickness of preferably between 18 microns and 70 microns, here 70 microns.
  • the copper layer 4 is structured over its thickness for the introduction of conductor tracks. As a result, the flexibility and bending stability are somewhat reduced, but are still far better due to the large remaining copper surfaces.
  • introduced for structuring trenches are made as thin as possible.
  • the substrate 3 can be used as an 'endless' base laminate for flexible lighting, in particular LED applications with low water absorption and increased tracking resistance.
  • the use of the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 has the advantages that a production of the sub- strats 2 at lower temperatures and thus can be carried out energy-saving than for polyimide or polyester.
  • the fiberglass / epoxy resin composite layer 3 is better recyclable.
  • the width of the substrate along the y-dimension is preferably between 5 mm and 40 mm.
  • FIG. 1B shows, in a representation analogous to FIG. 1A, a luminous band 7 according to a second embodiment.
  • the luminous band is now additionally laminated on its rear side with a copper layer 9 similar to the front side copper layer 4.
  • the material and the thickness namely preferably between 70 microns and 80 microns, here 70 microns
  • a thickness of the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 preferably between 40 microns and 70 microns, here 70 microns.
  • the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 is thus laminated on both sides and has due to the two copper layers 4.9 again increased bending stability.
  • the backside copper layer 9 can also be structured and even populated (not shown), but serves in this embodiment only to adjust the deformation behavior of the luminous band 7.
  • FIG. 1C shows, in a representation analogous to FIG. 1A, a light strip 10 according to a third embodiment.
  • a metallic plated-through hole ('via') 12 is exemplarily shown here.
  • the through-connection 12 can be produced, for example, by filling a passage through the glass fiber / epoxy resin composite layer 3 with conductive paste or galvanization. As a result, first of all a more complex wiring (routing complexity) can be achieved, as well as a further increased bending stability.
  • FIG ID shows in a representation analogous to FIG IA a light strip 13 according to a fourth embodiment.
  • a flexible insulation layer 15 is now formed on the outside of both copper layers 4, 9. been brought.
  • the insulation layer 15 is generated by a flexible solder resist or a corresponding cover sheet, z. B. of polyimide or epoxy resin.
  • a corrosion protection can be achieved as well as the CTI value and the dielectric strength increased.
  • FIG. 2 shows a sectional side view of a curved light strip 1; 7; 10; 13 according to one of the above embodiments, which is equipped with light-emitting diodes 5 and a driver module 6.
  • the light band 1; 7; 10; 13 is bent around a rod 16 which has a radius r of 4 mm, which thus corresponds to the bending radius of the curvature of the light band 1; 7; 10; 13 corresponds.
  • the luminescent band l; 7; 10; 13 is designed to be fully functional at this curvature.
  • the light bands 1; 7; 10; 13 separated with their thickness dB from the stocked precursor 19, z. B. by cutting operations.
  • a preferred length of a luminous band 1; 7; 10; 13 is more than 40 cm, in particular more than 60 cm.
  • the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • the layers can also be composed of several individual layers or foils.
  • the precursor may also be coated over its entire surface with a lamination.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Leuchtbands (1) mit einem auf eine Biegung ausgelegten und zur Bestückung mit Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (5), vorgesehen Substrat (2), wobei das Verfahren einen Schritt eines Vereinzelns des Leuchtbands (1) aus einem Endlosvorprodukt (18) aufweist und das Endlosvorprodukt (18) mindestens eine Glasfaserverbundlage (3) aufweist. Die Flexible Leuchtvorrichtung (1) kann insbesondere mit diesem Verfahren hergestellt werden und ist mit einem auf eine Biegung ausgelegten Substrat (2) ausgerüstet, das zur Bestückung mit Lichtquellen (5) vorgesehen ist, wobei das Substrat (2) mit mindestens einer Glasfaserverbundlage (3) hergestellt ist und die Leuchtvorrichtung (1) nahtlos ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Leuchtbands
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Leuchtbands und eine flexible Leuchtvorrichtung mit einem auf eine Biegung ausgelegten Substrat, das zur Bestückung mit Lichtquellen vorgesehen ist.
Bandförmige, flexible LED-Träger sind bekannt. So werden unter dem Handelnamen "LINEARlight Flex" von der Fa. OSRAM, Deutschland, flexible, teilbare LED-Module mit selbstklebender Rückseite angeboten. Deren Substrat ist auf der Basis von Polyimid hergestellt. Ein Modul besteht aus 10 LEDs bei einer Länge von 140 mm. Die Gesamtlänge auf einer Rolle beträgt 8, 40 m.
Ferner sind ein- oder mehrlagige dünne Flexleiterplatten unter Verwendung von Polyimid-Folien im Substrat bekannt. Für diesen Anwendungszweck angebotenes Polyimid wird beispielsweise von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen "Kapton" vertrieben. Bei Flexleiterplatten werden häufig mehrere Lagenpaare aus jeweils einer Polyimid-Folie und einer Epoxydharzlage übereinander gestapelt. Häufig ist auch eine Kupferlage vorhanden, deren übliche Kupferstärke (Dicke) ca. 18 μm beträgt. Die Kupferlage erhöht die Biegbarkeit des Substrats. Dickere Kupferstärken von bis zu 35 μm werden als praxistauglich angesehen. Als maximal sinnvoll wird eine Kupferstärke von 70 μm angesehen, darüber hinaus gehende Kupferstärken machen die Flexleiterplatte derart starr, dass diese dann üblicherweise nicht mehr als flexibel bezeichnet wird. Typische Substratdicken für einlagige PI-Lagen liegen im Bereich zwischen 100 μm und 150 μm, wobei eine Dicke einer Einzellage typischerweise zwischen 25 μm und 35 μm beträgt. Die mit Flexleiterplatten aufgebauten sogenannten Flexschaltungen sind zwar teurer, können jedoch platzsparend durch Falten in engsten Strukturen eingesetzt werden. Flexible Verbindungen für dauernde Beanspruchung, z. B. in Tintenstrahldruckern, werden häufig ebenfalls als Polyimid-Folien-Leiterplatte ausgebildet. Wird allerdings nur ein nicht dauerhaft flexibler Bereich in der Leiterplatte benötigt, z. B. um die Montage bei engen Bauraumverhältnissen zu ermöglichen, gibt es den Ansatz, einen aus mehreren Prepregs aufgebauten Schichtstapel einer Leiterplatte bis auf wenige Lagen durch Fräsen oder vorgestanzte Prepregs mit ausgesparten Bereichen zu verjüngen. Der verjüngte Bereich wird typischerweise mit einer dauerflexiblen Lackschicht versehen und lässt sich dann wenige Male biegen. Als zu Polyimid alternatives Material ist Polyester (insbesondere Polyethylenterephthalat, PET) bekannt, wobei Polyimid als die qualitativ hochwertigere Lösung angesehen wird. Bezüglich Temperaturbeständigkeit, Spannungsfestigkeit und Formbeständigkeit ist Polyimid klar leistungsfähiger als Polyester.
Biegsame Leuchtbänder sind werden beispielsweise auch von der Firma "electronic Service willms", Deutschland, unter dem Handelsnamen "LED-Flex-Strip HV" vertrieben. Diese Leuchtbänder werden im Paneelverfahren hergestellt und überschreiten eine Länge von 60 cm nicht. Zur Herstellung eines Leuchtbands einer Länge von mehr als 60 cm müssen die einzelnen Leuchtbänder miteinander verbunden und elektrisch kontaktiert werden. Die LED-Flex-Strips HV weisen einen minimalen Biegeradius von ca. 25 mm auf.
Von der Fa. Lamitec-Dielektra GmbH wird zur Verwendung mit starr-flexiblen Leiterplatten für das so genannte "Montagebiegen" ein flexibles FR4-System mit hochduktilem (HD) Kupfer unter dem Handelsnamen "15193-Flex20 Laminat" angeboten. FR4- Lagen weisen einen Verbund aus einem Glasfasergewebe und Epoxydharz auf. Der Der minimale Biegeradius liegt bei 4 mm. Die Verarbeitbarkeit in den üblichen Standard FR4-Prozessen ist gewährleistet. Die 15193-Flex 20-Laminate sind als Tafelware oder in Zuschnitten mit einer FR4-Lage mit einseitiger oder doppelseitiger Kupferkaschierung erhältlich. Standardmäßige Kupferdicken betragen 18 μm, 35 μm und 70 μm. Die Dicke einer FR4-Lage beträgt 75 μm oder 125 μm. Die Zahl der Biegezyklen hängt von dem Biegeradius ab und beträgt für einen Biegeradius von 4 mm zwischen 10 und 100, wobei eine höhere Laminatstärke eine größere Zahl von Biegungen erlaubt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Leuchtvorrichtung bereitzustellen, die besonders umweltfreundlich und zuverlässig ist, insbesondere für größere Längen .
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines Leuchtbands und einer flexiblen Leuchtvorrichtung nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar .
Das Verfahren ist zum Herstellen eines flexiblen Leuchtbands mit einem auf eine Biegung ausgelegten und zur Bestückung mit Lichtquellen vorgesehenen Substrat eingerichtet. Das Verfahren weist einen Schritt eines Vereinzeins des Leuchtbands aus einem Endlosvorprodukt auf. Unter einem "Endlosvorprodukt" wird ein Vorprodukt verstanden, dessen Länge zur Herstellung des Leuchtbands praktisch nicht erheblich ist, weil es sehr viel länger ist als eine Länge eines typischen Leuchtbands. Das Endlosvorprodukt weist mindestens eine Glasfaserverbundlage auf.
Die Verwendung eines Glasfaserverbundwerkstoffs ergibt die Vorteile, dass eine Herstellung des Substrats bei geringeren Temperaturen und damit energiesparender durchgeführt werden kann als für Polyimid oder Polyester. Auch ist ein Glasfaserverbundwerkstoff besser wiederverwertbar. Ferner ist die Wasseraufnahme, die bei Polyimid bis zu 3 % betragen kann, für Glasfaserverbundwerkstoffe gering, was einen besseren Schutz vor einer Korrosion oder Zersetzung ergibt als bei Polyimid. Dadurch wird eine Zuverlässigkeit erhöht. Die Zuverlässigkeit wird weiter erhöht durch eine Verwendung eines Endlosvorprodukts, insbesondere im Rahmen eines sog. "Rolle-zu-Rolle"- Verfahrens, da dabei die bei einem Paneelherstellungsverfahren auftretenden begrenzten Längen von maximal 60 cm vermieden werden können. Zur Herstellung eines Leuchtbands einer Länge von mehr als 60 cm müssen die einzelnen Leuchtbänder miteinander verbunden und elektrisch kontaktiert werden. Durch das Endlosvorprodukt kann jedoch ein nahtloses Leuchtband einer Länge von mehr als 60 cm ohne Mehraufwand hergestellt, was einen kleiner Biegeradius ermöglicht, Herstellungsfehler minimiert und kostengünstiger ist.
Das Endlosvorprodukt wird vorzugsweise vor seiner Weiterverarbeitung zu einem flexiblen Leuchtband in Form einer Rolle ("Endlosrolle") bereitgestellt. Eine solche Rolle ist einfach transportierbar und ohne besonderen maschinellen Aufwand einsatzbereit .
Als Lichtquellen werden insbesondere Leuchtdioden bevorzugt, da diese eine hohe Leuchtstärke mit einer vergleichsweise geringen Wärmeentwicklung vereinigen und zudem kompakt und robust sind. Zudem sind Leuchtdioden einfach automatisch bestückbar .
Es wird insbesondere ein Verfahren bevorzugt, bei dem während des Schritts des Vereinzeins mehrere Leuchtbänder aus dem Endlosvorprodukt vereinzelbar sind. Das Endlosvorprodukt weist insbesondere über seine Breite mehrere Bereiche auf, welche unterschiedlichen zu vereinzelnden Substraten oder Leuchtbändern zugeordnet sind. Das Endlosvorprodukt weist somit vorzugsweise mehrere nebeneinanderliegende vereinzelbare Substrate oder Leuchtbänder (bestückte Substrate) auf. Dadurch kann eine Fertigung mit hohem Durchsatz und geringen Produktionskosten erreicht werden.
Es kann ein Verfahren bevorzugt sein, bei dem das mindestens eine Leuchtband bereits bestückt aus dem Endlosvorprodukt vereinzelt wird. Dies weist den Vorteil auf, dass eine Bestückung bereits großflächig am Endlosvorprodukt vorgenommen werden kann, was eine besonders rationelle Fertigung erlaubt.
Es kann aber auch ein Verfahren bevorzugt sein, bei dem das mindestens eine Leuchtband unbestückt aus dem Endlosvorprodukt vereinzelt wird, also mindestens ein Substrat aus dem Endlosvorprodukt vereinzelt wird. Diese kann dann später zu einem Leuchtband bestückt werden.
Das Endlosprodukt kann eine unstrukturierte Kupferkaschierung aufweisen, welche erst im Verarbeitungsablauf kaschiert wird. Es wird zur einfachen Vereinzelung und kostengünstigen Arbeitsteilung jedoch bevorzugt, wenn das Endlosvorprodukt mindestens eine strukturierte Kupferkaschierung aufweist.
Es wird zum einfachen Bereitstellen des Leuchtbands bevorzugt, wenn dem Schritt eines Vereinzeins des Leuchtbands ein Schritt eines Abtrennens mindestens eines Leuchtbands (nach einer vorbestimmten Länge) folgt.
Es wird zur besonders einfachen Verwendung an großen Längen oder Flächen insbesondere bevorzugt, wenn ein Leuchtband eine Länge von mindestens 1 m aufweist (bei eine Länge von mindestens 1 m abgetrennt wird) , insbesondere zwischen 1 m und 20 m. Dadurch kann ein Montageaufwand bei immer noch unkritischen Leitungseigenschaften erheblich reduziert werden. Selbstverständlich sind aber auch größere Längen möglich, ggf. unter Verwendung stärkerer Leistungsquellen.
Es wird ferner ein Verfahren bevorzugt, bei dem das Endlosvorprodukt eine Breite zwischen 100 mm und 400 mm aufweist.
Es wird auch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Leuchtband eine Bandbreite zwischen 5 mm und 40 mm aufweist. Eine flexible Leuchtvorrichtung ist nach dem obigen Verfahren nach hergestellt.
Die flexible Leuchtvorrichtung, insbesondere falls sie nach dem obigen Verfahren hergestellt ist, ist mit einem auf eine Biegung ausgelegten Substrat ausgerüstet, das zur Bestückung mit Lichtquellen vorgesehen. Dabei bedeutet "auf eine Biegung ausgelegt", dass der entsprechende Gegenstand dazu vorgesehen und eingerichtet ist, gebogen zu werden. Das Substrat ist im Gegensatz zu Leuchtvorrichtungen nach dem Stand der Technik aus einem Glasfaserverbund hergestellt. Die Verwendung eines Glasfaserverbundwerkstoffs ergibt die Vorteile, dass eine Herstellung des Substrats bei geringeren Temperaturen und damit energiesparender durchgeführt werden kann als für Polyi- mid oder Polyester. Auch ist ein Glasfaserverbundwerkstoff besser wiederverwertbar. Ferner ist die Wasseraufnahme, die bei Polyimid bis zu 3 % betragen kann, für Glasfaserverbundwerkstoffe gering, was einen besseren Schutz vor einer Korrosion oder Zersetzung ergibt als bei Polyimid. Dadurch wird eine Zuverlässigkeit erhöht. Die Leuchtvorrichtung ist zudem nahtlos ausgestaltet, was sich beispielsweise durch Verwendung eines 'Endlos ' -Herstellungsprozesses erreichen last, z. B. einem Rolle-zu-Rolle-Prozess .
Es wird eine flexible Leuchtvorrichtung bevorzugt, bei welcher der Glasfaserverbund der Glasfaserverbundlage ein Glasfaser-Harz-Verbund ist, zur kostengünstigen Herstellung insbesondere ein Glasfaser-Epoxydharz-Verbund. Es kann zur Erhöhung der Temperaturstabilität aber auch vorteilhaft sein, BT- Harze oder PI-Harze zu verwenden.
Es wird zur Verringerung des brüchigen Materialanteils in der mindestens einen Glasfaser/Harz-Verbundlage insbesondere bevorzugt, wenn der Glasfaserverbund ein Glasfaser-Harz-Verbund mit einem Glasfaseranteil von weniger als 50% und mehr als 30% ist, insbesondere mit einem Glasfaseranteil zwischen 30% und 45%, speziell von 35%. Es wird eine flexible Leuchtvorrichtung bevorzugt, die mit mindestens einer Leuchtdiode als Lichtquelle bestückt ist, da sich so eine besonders lichtstarke Leuchtvorrichtung ergibt, die vergleichsweise wenig Wärme entwickelt. Es sind aber auch andere Lichtquellen einsetzbar, wie andere Halbleiterleuchtelemente (z. B. Laserdioden), oder andere Lampentypen.
Zur verbesserten Formhaltung wird ein Substrat bevorzugt, das mindestens eine Lage aus duktilem Material, vorzugsweise Metall, wie Aluminium oder (bevorzugt) Kupfer, aufweist. Die Metalllage kann sich in der Glasfaserverbundlage befinden. Es wird jedoch bevorzugt, wenn die mindestens eine Glasfaserverbundlage mit mindestens einer Kupferlage kaschiert ist, da dies erstens eine einlagige Glasfaserverbundlage ermöglicht und zweitens eine einfache Herstellung erlaubt. Ferner kann die Kupferlage dann einfach zur Herstellung von Leiterbahnen, Kontaktfeldern usw. strukturiert, z. B. geätzt, werden. Die verbleibende Kupferfläche erhöht immer noch die Formhaltungseigenschaft im Vergleich zum unkaschierten Glasfaserverbund. Dabei wird es das Ziel sein, einen möglichst großen Teil der Kupferfläche zu erhalten, was auch die Leitungswiderstände klein hält. Bei beidseitiger Kaschierung kann eine oder können beide Kupferlagen strukturiert sein. Eine Kupferlage besteht vorzugsweise aus hochduktilem Kupfer ('HD-Kupfer') .
Die Dicke der Glasfaserverbundlage beträgt vorzugsweise zwischen 70 μm und 125 μm.
Die Dicke der duktilen Metalllage beträgt vorzugsweise zwischen 18 μm und 70 μm.
Es kann auch bevorzugt sein, wenn die Gesamtdicke des Substrats zwischen 70 μm und 140 μm liegt.
Es wird ferner bevorzugt, wenn die Dicke der Glasfaserverbundlage und die Dicke der duktilen Metalllage in etwa gleich sind. Durch die gleiche Dicke wird eine erhöhte Flexibilität und Biegewechselstabilität erreicht.
Es wird ferner eine flexible Leuchtvorrichtung bevorzugt, bei der die mindestens eine Glasfaserverbundlage beidseitig mit jeweils einer Kupferlage kaschiert ist, da sich so eine besonders gute Formhaltung ergibt. Es wird dann besonders bevorzugt, wenn die Kupferlagen mittels mindestens einer Durch- kontaktierung verbunden sind, weil sich so erstens eine funktionelle Doppellagenplatine ergibt und zweitens die Durchkon- taktierung eine Stabilität des Substrats erhöhen kann.
Die Durchkontaktierung ist zur guten elektrischen Leitfähigkeit und einfachen plastischen Verformung vorzugsweise als Metalldurchkontaktierung ausgestaltet .
Es wird zum Einsatz unter praxisgerechten Randbedingungen bevorzugt, wenn ein minimaler Biegeradius weniger als 2 cm beträgt, insbesondere weniger als 1 cm, speziell weniger als 5 mm und insbesondere speziell ca. 4 mm.
Zum Erreichen eines flexiblen Einsatzes und einer langen Nutzungsdauer auch bei unterschiedlichen Nutzungen wird es bevorzugt, wenn die Leuchtvorrichtung oder dessen Substrat mehrere Biegezyklen ohne Funktionseinbußen aushält. Die Zahl der Biegezyklen beträgt vorzugsweise mindestens 50, besser mindestens 100, noch besser mindestens 200.
Es wird zur Erreichung vielfältiger Einsatzmöglichkeiten besonders bevorzugt, wenn die flexible Leuchtvorrichtung als Leuchtband ausgestaltet ist, also eine Breite aufweist, welche weit geringer ist als seine Länge. Dabei wird ein minimales Verhältnis von Länge zu Breite von 3:1 bevorzugt.
Es wird zur problemlosen Anordnung von Bauteilen bei gleichzeitig geringer Bautiefe bevorzugt, wenn eine Bandbreite des Leuchtbands zwischen 5 mm und 40 mm beträgt. Die genannten Substrateigenschaften (z. B. Lagenanordnung, Materialzusammensetzung, Dimensionierung usw.) können auch als Eigenschaften des Endlosvorprodukts angesehen werden.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
FIG IA zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Leuchtband gemäß einer ersten Ausführungsform;
FIG IB zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Leuchtband gemäß einer zweiten Ausführungsform;
FIG IC zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Leuchtband gemäß einer dritten Ausführungsform;
FIG ID zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Leuchtband gemäß einer vierten Ausführungsform;
FIG 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein gebogenes Leuchtband;
FIG 3 zeigt in Aufsicht eine Herstellungslinie für Leuchtbänder und verschiedene Stufen bei der Herstellung der Leuchtbänder.
FIG IA zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Längsausschnitt aus einem Leuchtband 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Leuchtband 1 weist ein Substrat 2 mit einer Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlage 3, auf der eine Kup- ferläge 4 mittels Heißverpressens aufgebracht worden ist. Auf der Kupferlage sind Funktionsbauteile 5, 6 in Form von Leuchtdioden 5 und zum Betreiben der Leuchtdioden 5 vorgesehenen Bauteilen 6 wie Treiberbausteine, Widerstände, Kondensatoren usw. aufgebracht. Die Bauteile 6 sind als oberflächenmontierte Bauteile (SMD; "Surface Mounted Device) ausgeführt.
Die Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlage 3 ist aus einem Gemisch aus 35% Glasfaser und 65% Epoxydharz aufgebaut, was eine geringere Bruchneigung zeigt als eine l:l-Mischung dieser Komponenten. Der Glasfaser/Epoxydharz-Verbund weist eine typische Wasseraufnahme von 0,3%, eine Kriechstromfestigkeit mit einem CTI ( "Comparative Tracking Index") -Wert von ca. 200, einen minimalen Biegeradius von ca. 4 mm und eine Biegewechselstabilität von 50 bis 200 Biegevorgängen vor einem Materialversagen auf. Die Dicke der Glasfaser/Epoxydharz- Verbundlage 3 in z-Ausdehnung beträgt vorzugsweise zwischen 70 μm und 125 μm, hier 70 μm.
Die Kupferlage 4 besteht aus hochduktilem Kupfer einer Dicke von vorzugsweise zwischen 18 μm und 70 μm, hier 70 μm. Durch die gleiche Dicke (in z-Ausdehnung) von Glasfaser/Epoxydharz- Verbundlage 3 und Kupferlage 4 wird eine erhöhte Flexibilität und Biegewechselstabilität erreicht. Zur Verdrahtung der Funktionsbauteile 5, 6 wird die Kupferlage über ihre Dicke zur Einbringung von Leiterbahnen strukturiert. Dadurch werden die Flexibilität und die Biegewechselstabilität etwas erniedrigt, sind aufgrund der großen verbleibenden Kupferflächen aber weiterhin weit verbessert. Um einem Volumenverlust der Kupferlage 4 gering zu halten, werden zur Strukturierung eingebrachte Gräben möglichst dünn ausgeführt.
Das Substrat 3 kann als 'endloses' Basislaminat für flexible Leucht-, insbesondere LED-Anwendungen mit geringer Wasseraufnahme und erhöhter Kriechstromfestigkeit verwendet werden. Gegenüber ergibt die Verwendung der Glasfaser/Epoxydharz- Verbundlage 3 die Vorteile, dass eine Herstellung des Sub- strats 2 bei geringeren Temperaturen und damit energiesparender durchgeführt werden kann als für Polyimid oder Polyester. Auch ist die Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlage 3 besser wiederverwertbar. Die Breite des Substrats entlang der y- Ausdehnung beträgt vorzugsweise zwischen 5 mm und 40 mm.
FIG IB zeigt in einer zu FIG IA analogen Darstellung ein Leuchtband 7 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist das Leuchtband nun zusätzlich an seiner Rückseite mit einer Kupferlage 9 ähnlich der vorderseitigen Kupferlage 4 kaschiert. Insbesondere gleichen sich das Material und die Dicke, nämlich vorzugsweise zwischen 70 μm und 80 μm, hier 70 μm, während eine Dicke der Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlage 3 vorzugsweise zwischen 40 μm und 70 μm , hier 70 μm. Die Glasfaser/Epoxydharz- Verbundlage 3 ist hier somit beidseitig kaschiert und weist aufgrund der beiden Kupferlagen 4,9 eine nochmals erhöhte Biegewechselstabilität auf. Die rückseitige Kupferlage 9 kann ebenfalls strukturiert und sogar bestückt sein (nicht gezeigt) , dient in diesem Ausführungsbeispiel aber nur der Einstellung des Verformungsverhaltens des Leuchtbands 7.
FIG IC zeigt in einer zu FIG IA analogen Darstellung ein Leuchtband 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform ist hier beispielhaft gezeigt eine metallische Durchkontaktierung ('Via') 12 vorhanden. Die Durchkontaktierung 12 kann beispielsweise durch Ver- füllung einer Durchführung durch die Glasfaser/Epoxydharz- Verbundlage 3 mit Leitpaste oder Galvanisierung hergestellt werden. Dadurch kann erstens eine komplexere Verdrahtung (Routingkomplexität) erreicht werden, als auch eine noch weiter erhöhte Biegewechselstabilität.
FIG ID zeigt in einer zu FIG IA analogen Darstellung ein Leuchtband 13 gemäß einer vierten Ausführungsform. Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform ist nun außen auf beide Kupferlagen 4,9 jeweils eine flexible Isolationslage 15 aufge- bracht worden. Die Isolationslage 15 wir durch einen flexiblen Lötstopplack oder eine entsprechende Deckfolie erzeugt, z. B. aus Polyimid oder Epoxydharz. Insbesondere werden so ein Korrosionsschutz erzielt als auch der CTI-Wert und die Durchschlagfestigkeit erhöht.
FIG 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein gebogenes Leuchtband 1; 7; 10; 13 nach einem der obigen Ausführungsbeispiele, das mit Leuchtdioden 5 und einem Treiberbaustein 6 bestückt ist. Das Leuchtband l;7;10;13 ist um einen Stab 16 herumgebogen, welcher einen Radius r von 4 mm aufweist, was somit dem Biegeradius der Krümmung des Leuchtbands 1; 7; 10; 13 entspricht. Das Leuchtband l;7;10;13 ist dazu ausgelegt, bei dieser Krümmung noch voll funktionsfähig zu sein.
FIG 3 zeigt in Aufsicht eine Herstellungslinie 17 für Leuchtbänder l;7;10;13 und verschiedene Stufen bei der Herstellung der Leuchtbänder 1; 7; 10; 13. Zunächst wird ein als Endlosband zu Verfügung gestelltes Vorprodukt 18 in einen Bestückungsautomaten 19 eingeführt. Das Vorprodukt 19 weist ein Substrat 2; 8; 11; 14 gleich dem der späteren Leuchtbänder 1; 7; 10; 13 auf, allerdings mit einer größeren Breite dV, die vorzugsweise zwischen 300 mm und 400 mm liegt. Auf dem Substrat 2; 8; 11; 14 sind parallel mehrere strukturierte Kupferlagen 4 aufgebracht gezeigt, welche den Kupferlagen 4 der späteren Leuchtbänder 1; 7; 10; 13 entsprechen. Im Bestückungsautomaten 19 werden die Kupferlagen 4 in einem Arbeitsgang bestückt und an eine Vereinzelungsstation 20 weitergereicht. In der Vereinzelungsstation 20 werden die Leuchtbänder 1; 7; 10; 13 mit ihrer Dicke dB aus dem bestückten Vorprodukt 19 vereinzelt, z. B. durch Schneidvorgänge. Eine bevorzugte Länge eines Leuchtbands 1; 7; 10; 13 beträgt mehr als 40 cm, insbesondere mehr als 60 cm.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können die Lagen auch aus mehreren Einzelschichten oder - folien aufgebaut sein.
Es können jeweils mehrere Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlagen mit mehreren Metalllagen in nicht beschränkter Reihenfolge aufeinandergestapelt sein.
Das Vorprodukt kann beispielsweise auch vollflächig mit einer Kaschierung belegt sein.
Bezugs zeichenliste
1 Leuchtband
2 Substrat
3 Glasfaser/Epoxydharz-Verbundlage
4 Kupferlage
5 Leuchtdiode
6 Bauteile
7 Leuchtband
8 Substrat
9 Kupferlage
10 Leuchtband
11 Substrat
12 Durchkontaktierung
13 Leuchtband
14 Substrat
15 Isolationslage
16 Stab
17 Herstellungslinie
18 Vorprodukt
19 Bestückungsautomat
20 Vereinzelungsstation dB Breite des Leuchtbands dV Breite des Vorprodukts r Biegeradius

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Leuchtbands
(1; 7; 10; 13) mit einem auf eine Biegung ausgelegten und zur Bestückung mit Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (5), vorgesehen Substrat (2; 8; 11; 14), wobei
- das Verfahren einen Schritt eines Vereinzeins des Leuchtbands (2; 8; 11; 14) aus einem Endlosvorprodukt
(18) aufweist und
- das Endlosvorprodukt (18) mindestens eine Glasfaserverbundlage (3) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem während des Schritts des Vereinzeins mehrere Leuchtbänder (1; 7; 10; 13) aus dem Endlosvorprodukt (18) vereinzelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mindestens eine Leuchtband (1; 7; 10; 13) unbestückt aus dem Endlosvorprodukt (18) vereinzelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mindestens eine Leuchtband (1; 7; 10; 13) bestückt aus dem Endlosvorprodukt (18) vereinzelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Endlosvorprodukt mindestens eine strukturierte Kupferkaschierung aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren nach dem Schritt eines Vereinzeins des Leuchtbands (1; 7; 10; 13) einen Schritt eines Abtrennens mindestens eines Leuchtbands (l;7;10;13) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Endlosvorprodukt (18) eine Breite (dV) zwischen 100 mm und 400 mm aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Leuchtband (1; 7; 10; 13) eine Bandbreite (dB) zwischen 5 mm und 40 mm aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Leuchtband (1; 7; 10; 13) eine Länge von mindestens 1 m aufweist, insbesondere zwischen 1 m und 20 m.
10. Flexible Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13), die nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
11. Flexible Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13), insbesondere nach Anspruch 10, mit einem auf eine Biegung ausgelegten Substrat (2; 8; 11; 14), das zur Bestückung mit Lichtquellen (5) vorgesehen ist, wobei das Substrat (2; 8; 11; 14) mit mindestens einer Glasfaserverbundlage (3) hergestellt ist und die Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13) nahtlos ist.
12. Flexible Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13) nach Anspruch 11, bei welcher die Glasfaserverbundlage (3) einen Glasfaser/Harz-Verbund mit einem Glasfaseranteil von weniger als 50 % und mehr als 30 % aufweist, insbesondere mit einem Glasfaseranteil zwischen 30 % und 45 %, speziell von 35 %.
13. Flexible Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der die mindestens eine Glasfaserverbundlage (3) mit mindestens einer Kupferlage (4, 9) kaschiert ist.
14. Flexible Leuchtvorrichtung (10; 13) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die mindestens eine Glasfaserverbundlage (3) beidseitig mit jeweils einer Kupferlage (4,9) kaschiert ist und die Kupferlagen (4,9) mit- tels mindestens einer Durchkontaktierung (12) verbunden sind.
15. Flexible Leuchtvorrichtung (1; 7; 10; 13) nach einem der
Ansprüche 13 oder 14, bei der eine Dicke der Glasfaserverbundlage (3) einer Dicke einer Kupferlage (4,9) entspricht .
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