WO2017203029A1 - Vorrichtung und verfahren zum variablen elektrischen verschalten von auf einem substrat angeordneten bauteilen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum variablen elektrischen verschalten von auf einem substrat angeordneten bauteilen Download PDF

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electrically conductive
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Borys TSYGANOK
Dmytro TATRCHUK
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for the variable electrical interconnection of components arranged on a substrate.
  • a device for the variable interconnection of components arranged on a substrate has a substrate with a lighting element for the targeted irradiation of predetermined regions of the substrate with electromagnetic radiation.
  • a control device is provided for controlling a spatial distribution and / or positioning of the electromagnetic radiation emitted on the predetermined regions of the substrate.
  • the substrate is formed of a material such that the electrical conductivity of the material is locally increased or increased by irradiation with the electromagnetic radiation, so that the acted upon by the electromagnetic radiation areas are temporarily electrically conductive and for the time of irradiation a local defined, in the course of time in their shape and in their dimensions variable electrically conductive connection can be achieved and / or by the irradiation at least one passive or active electrical and / or electronic component is formed in the substrate.
  • the electrically conductive connections or conductor tracks are produced temporarily on the substrate, in particular on a surface of the substrate, it is possible to achieve a time-variable connection with a multiplicity of connections.
  • photoconductive paths i. H. dynamic inhomogeneities of the electrical conductivity or the electrical resistance in the substrate, in which the electrical conductivity is increased in comparison to the environment by irradiation with electromagnetic radiation or the electrical resistance is reduced, a scheme on the same component basis depending on the realized interconnection several functions provide.
  • stationary conductor paths deposited on the substrate are replaced by temporary photoconductive paths, reducing a number of components to be deposited on the substrate and solving the problem of tyranny of the interconnections.
  • logic elements such as AND-NOT, OR-NOT circuits or multiplexers can be realized.
  • At least two, preferably directly on the substrate arranged and electrically conductively connected to the substrate provided electrical or electronic components, wherein the variable in their dimensions electrically conductive connection is preferably formed between the components. It can thus be increased in addition to a circuit that is completely constructed without applied conventional components, by providing such components variability.
  • the electrical or electronic components are typically electrical resistors and preferably have an electrical resistance between 0.1 ohms and 10 13 ohms.
  • capacitors which typically have capacities in the pico or femtofarad range (10 12 F to 10 15 F).
  • Femtohenry Rail 10 12 H to 10 15 H.
  • the components mounted on the substrate can be used multifunctionally.
  • the illumination element has a plurality of elements emitting electromagnetic radiation, wherein a diameter of a beam emitted by a single one of the electromagnetic radiation emitting elements is greater than a particle size specific to the substrate material. This ensures that the electrical conductivity over a plurality of grains can be set as defined as structural units of the substrate material.
  • the multitude of elements also makes it possible to generate arbitrary and variable patterns.
  • the diameter of the emitted beam between 0.5 ⁇ and 1.5 ⁇ to realize a sufficiently wide, but at the same time also sufficiently small conductor track.
  • the electromagnetic radiation emitting elements may be independently controllable or controllable by the control device.
  • an intensity of one of the elements can be controlled or regulated independently of the other elements.
  • the intensity of the illumination determines the electrical conductivity of the resulting line paths and also allows passive components such as capacitors, inductors or resistors to be temporarily generated on the substrate.
  • the lighting element should be designed as a matrix or as an array of elements which emit electromagnetic radiation, which are preferably realized by light-emitting diodes, in order to design as variable a shape as possible of the dynamic light forming by the lighting
  • the elements emitting electromagnetic radiation may be arranged in the matrix or array in the form of lines and columns, but also in a spiral or in a circle.
  • the control device may comprise a microprocessor, which is preferably arranged on the substrate.
  • the microprocessor is arranged directly, ie in direct, touching contact on the substrate. This allows a compact design in which various temporarily electrically conductive regions, ie different dynamic inhomogeneities of the electrical conductivity or the electrical resistance in the substrate can be formed by a programmable in a broad range microprocessor over time.
  • the illumination element is arranged in directly touching contact, ie direct contact with the substrate in order to achieve a maximum intensity of the electromagnetic radiation on the substrate.
  • the lighting element may also be arranged at a distance between 0.0001 mm and 1.1 mm to a surface of the substrate.
  • the substrate is formed of or with cadmium sulfide, so may be both completely of cadmium sulfide and at least have a surface of cadmium sulfide.
  • the substrate may also be formed from or with cadmium telluride (CdTe), photoelectric gallium arsenide (GaAs), photoelectric silicon (Si), photoconductive composite materials, soluble photoconductive polyamides, vanadium (III) oxide (V 2 0 3 ), or similar material with photoelectric Phase transition to be formed in a lighting.
  • the illumination element can emit electromagnetic radiation in a wavelength range between 480 nm and 560 nm in order to be as specific and efficient as possible
  • At least one of the electronic components should have an electrical resistance, a field effect transistor, a diode and / or a
  • the electrical conductivity of the substrate is increased locally by irradiating an electromagnetic radiation emitted by a lighting element to predetermined regions of the substrate in regions.
  • a spatial distribution of the electromagnetic radiation is controlled by a control device.
  • the exposed to electromagnetic radiation regions of the substrate are thus temporarily electrically conductive and for the time of irradiation, a locally defined, variable in time and shape in their shape and dimensions electrically conductive connection between the electronic components is achieved and / or by the irradiation at least one passive electrical and / or electronic component is formed in the substrate.
  • the method described is typically carried out with the device described or the device described is set up to carry out the described method.
  • Fig. 1 is a perspective view of a substrate with components that implement an OR NOT function and
  • Fig. 2 is a view corresponding to Figure 1 of the substrate, wherein now an AND-NOT function is implemented.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a photoconductive substrate 1 made of polycrystalline cadmium sulfide, CdS.
  • the surface resistance of the substrate 1 is between 10 ohms / ⁇ and 10 "are / varies 6 Ohm ⁇ .
  • metallic electrical contacts 2 and a ground terminal 3 are applied.
  • electronic components e, f, k are arranged as field effect transistors via their metallic contacts s, g, d on the substrate 1.
  • the electrical contacts 2 and 3 are deposited on the substrate 1 as thin metal foils with a layer thickness of 0.5 ⁇ m Service.
  • the electrical contacts 2 and the ground terminal 3 are connected to a microprocessor 6 as a control unit and corresponding signal memories 5 of the microprocessor 6. Inputs of the
  • Latches 5 are driven by input voltages and serve as a controllable delay line with a buffer, so that they ensure a simultaneous transmission of a signal from the outputs of the signal memory 5 to the metallic electrical contacts 2.
  • the microprocessor 6 is arranged on the light-emitting diode array 7. In further embodiments, however, the microprocessor 6 can also be arranged on the substrate 1.
  • a light-emitting diode array 7 * is arranged below the substrate 1.
  • a further light-emitting diode array 7 is arranged above the substrate 1 at a distance of 1 mm. In further embodiments, only a single
  • Light emitting diode array 7, 7 * be provided. Because the light-emitting diodes of the two light-emitting diode arrays can be controlled independently of one another by the microprocessor 6, arbitrary illumination patterns, that is to say arbitrary spatial distributions of the illumination, can be produced by the two light-emitting diode arrays 7 and 7 * are generated. In this case, the two light-emitting diode arrays 7 and 7 * can produce identical patterns or different patterns. An order of turn-on gives which scheme or pattern is generated. All light-emitting diodes of one of the light-emitting diode arrays 7 and 7 * are identical and emit in the illustrated embodiment, electromagnetic radiation 9 of wavelength 540 nm.
  • At least one of the light-emitting diodes of one of the light-emitting diode arrays 7 and 7 * emit electromagnetic radiation of a wavelength from the Wavelength emitted by the remaining light emitting diodes electromagnetic radiation deviates.
  • the light-emitting diodes of one of the light-emitting diode arrays 7 and 7 * emit electromagnetic radiation of a wavelength from the Wavelength emitted by the remaining light emitting diodes electromagnetic radiation deviates.
  • optically transparent substrates ie substrates in which an intensity of incident radiation has fallen after passing through the substrate to at most a portion of 1 / e of the incident intensity.
  • two or more light emitting diode arrays 7 and 7 * may be used, which are typically arranged on different sides of the substrate 1 but produce an identical illumination pattern on the substrate 1.
  • transition processes in the material of the substrate 1 begin. After a transitional phase, a signal is transmitted through a bus 8 to the metallic electrical contacts 2. The intensity of the emitted radiation 9 is controlled by the microprocessor 6. By the emitted electromagnetic radiation 9, a formation of halos 10 with a diameter of 0.5 ⁇ to 1.5 ⁇ takes place. These light spots 10 determine the aperture of a conductor channel on a surface of the substrate 1. A grain size of the cadmium sulfide is four times smaller than a size of one of the light haloes 10.
  • the circuit shown schematically on the top right in this figure results as a logical function "OR-NOT".
  • Input voltages Ul and U2 are respectively applied to the input of the latch 5.
  • the light-emitting diode arrays 7 and 7 * form halos 10 on the surfaces of the substrate 1. These halos 10 complement a certain irradiated area and thus produce photoconductive paths 11 by photoelectric effect and internal electroconductive connections between the electronic components
  • microprocessor 6 implements interface 4 through synchronized input voltages U1 and U2 via photoconductive paths 11 at inputs In A and In B of transistors VT2 (e) and VT3 (f) are transmitted the logical function "OR NOT".
  • a resistor 12 is generated here by reducing the intensity of some light-emitting diodes of at least one of the light-emitting diode arrays 7 and 7 * by reducing the concentration of the photoelectrons by the reduced intensity and thus increasing the electrical resistance in this region.
  • the power supply is applied to the metallic electrical contact 2 and is further transmitted to the corresponding electronic contact.
  • An output voltage Out C is in turn transmitted via the photoconductive paths 11 and registered to the electrical contact 2.
  • FIG. 2 shows, in a representation corresponding to FIG. 1, the substrate 1 shown in FIG. 1, in which, however, a different logical function is now realized by means of a change in illumination compared to FIG. Recurring features are designated in this figure with identical reference numerals as in FIG.
  • the transistors e, f and k can be used in another period (time-sharing) for the realization of other functional schemes, such as amplifiers, oscillators or filters. This is possible by appropriate programming of the microprocessor 6, which is also used as a synchronizer.
  • Inductors by varying the intensity and parameters of the irradiation at corresponding areas of the photoconductive substrate 1 possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat (1) angeordneten Bauteilen, mit einem Substrat (1) mit und einem Beleuchtungselement (7, 7*) zum gezielten Bestrahlen vorgegebener Bereiche des Substrats (1) mit elektromagnetischer Strahlung, wobei eine Steuervorrichtung (6) zum Steuern einer räumlichen Verteilung und/oder einer Positionierung der auf vorgegebene Bereiche des Substrats (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Das Substrat (1) ist aus einem Werkstoff derart ausgebildet, dass die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs durch Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung lokal definiert erhöhbar ist, so dass die mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagten Bereiche (10, 11) temporär elektrisch leitfähig sind und für die Zeit des Bestrahlens eine lokal definierte, im zeitlichen Verlauf in ihrer Form und ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung erreichbar ist und/oder durch das Bestrahlen mindestens ein passives elektrisches und/oder elektronisches Bauteil in dem Substrat (1) ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat angeordneten Bauteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat angeordneten Bauteilen.
Bei Entwicklungen im Bereich elektronischer Technologien spielen mehrere Parameter eine Rolle, beispielsweise Integrationsgrad, Auflösung, Betriebsfrequenz oder Betriebsspannung. Diese Parameter bestimmen die Eigenschaften und die Leistung elektronischer Strukturen bzw. Geräte. Neben den genannten Parameter ist die Anzahl von internen Verbindungen, d. h. die Verbindung jedes Elements mit anderen Elementen oder in anderen Worten wie viel Mal ein Element in einem Schema mit einem anderen Element des gleichen Schemas verbunden werden kann, wichtig, weil diese Anzahl auch die Leistung und Leistungsfähigkeit und den Integrationsgrad der darauf basierenden elektronischen Geräte bestimmt, indem mehrere Signale bei einem Time-Sharing bearbeitet werden können.
Bei herkömmlichen Leiterplatten mit FR-4, Keramik oder Silizium als Trägersubstrat wird eine elektrische Verbindung zwischen Bauteilen bzw. einzelnen Komponenten durch metallische Leiterzüge gewährleistet. Jedes Bauteil bzw. jede Komponente, die auf der Leiterplatte montiert ist, soll nur eine Funktion übernehmen und somit realisiert das gesamte, aus den einzelnen Bauteilen aufgebaute Schema auch nur eine bestimmte Funktion. Damit die einzelne Leiterplatte mehrere Funktionen gewährleisten kann, müssten noch zusätzli- che Bauteile und entsprechende Leiterpfade auf das Trägersubstrat aufgetragen werden. Hierdurch muss aber auch die Leiterplatte als Trägersubstrat größer werden, wobei eine Größe der Bauteile geringer wird und alle Bauteile dicht auf dem Trägersubstrat platziert sind, wobei sich aber auch Leiterpfade mehrmals überqueren. Schließlich entsteht das so genannte Problem der "Ty- rannei der Zwischenverbindungen", wenn die Komponenten und die metallischen Leiterpfade sich für die Signalübertragung zu nah beieinander befinden und somit eine Signalstörung hervorrufen.
Zur Lösung dieses Problem ist aus US 7,333,682 B2 eine Vorrichtung bekannt, bei der ein fotoelektrischer Kompositverbindungsaufbau und ein darauf basierendes elektrisches Gerät verwendet werden. Ein Teil der elektrischen Schaltungen ist durch eine optische Übertragungsleitung ersetzt. Die Übertragungsfunktion ist durch einen Lichtwellenleiter realisiert, der auf einem flexiblen Substrat aufgebracht wurde. Ein elektrisches Signal wird hierbei zur Übertra- gung in ein optisches Signal umgewandelt. Nachteilig an diesem System ist jedoch, dass ein stationärer Lichtwellenleiter sowie komplexe Bauteile bzw. Bauelemente nötig sind, um zwei Stellen des Schaltkreises verbinden zu können. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeiden, mit denen also variable elektrische Verbindungen auf einem Trägersubstrat schnell und zuverlässig generierbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Vorrichtung zum variablen Verschalten von auf einem Substrat angeordneten Bauteilen weist ein Substrat mit einem Beleuchtungselement zum gezielten Bestrahlen vorgegebener Bereiche des Substrats mit elektromagnetischer Strahlung auf. Außerdem ist eine Steuervorrichtung zum Steuern einer räumlichen Verteilung und bzw. oder Positionierung der auf den vorgegebenen Bereichen des Substrats emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen. Das Substrat ist aus einem Werkstoff derart ausgebildet, dass die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs durch Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung lokal definiert erhöhbar bzw. erhöht ist, so dass die mit der elektromagnetischen Strahlung beaufschlagten Bereiche temporär elektrisch leitfähig sind und für die Zeit des Bestrahlens eine lokal definierte, im zeitlichen Verlauf in ihrer Form und in ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung erreichbar ist und bzw. oder durch das Bestrahlen mindestens ein passives oder aktives elektrisches und bzw. oder elektronisches Bauteil in dem Substrat ausgebildet ist.
Indem die elektrisch leitenden Verbindungen bzw. Leiterzüge temporär auf dem Substrat, insbesondere auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt werden, kann eine zeitlich variable Verschaltung mit einer Vielzahl von Verbindungen erreicht werden. Durch das Ausbilden fotoleitender Pfade, d. h. dynamischer Inhomogenitäten der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstands in dem Substrat, bei denen die elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zur Umgebung durch Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung erhöht ist bzw. der elektrische Widerstand reduziert ist, kann ein Schema auf gleicher Komponentenbasis je nach realisierter Verschaltung mehrere Funktionen bereitstellen. Somit werden stationäre, auf dem Substrat aufgetragene Leiterpfade durch temporäre fotoleitende Pfade ersetzt und es wird eine An- zahl von auf dem Substrat aufzubringenden Bauteilen reduziert und das Problem der Tyrannei der Zwischenverbindungen gelöst. Neben passiven Bauteilen können auch aktive Bauteile wie Feldeffekt- oder Bipolartransistoren und Dioden, logische Elemente wie UND-NICHT, ODER-NICHT-Schaltungen oder Multiplexer realisiert werden.
Typischerweise sind mindestens zwei, vorzugsweise direkt auf dem Substrat angeordnete und mit dem Substrat elektrisch leitend verbundene elektrische oder elektronische Bauteile vorgesehen, wobei die in ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung vorzugsweise zwischen den Bauteilen ausgebildet wird. Es kann somit neben einer Schaltung, die komplett ohne aufgebrachte konventionelle Bauteile aufgebaut ist, durch das Vorsehen derartiger Bauteile eine Variabilität erhöht werden. Die elektrischen oder elektronischen Bauteile sind typischerweise elektrische Widerstände und weisen vorzugsweise einen elektrischen Widerstandzwischen 0,1 Ohm und 1013 Ohm auf. Es können aber auch Kondensatoren verwendet werden, die typischer- weise Kapazitäten im Piko- oder Femtofaradbereich (10 12 F bis 10 15 F). Alternativ oder zusätzlich können auch Induktivitäten im Picohenry oder
Femtohenrybereich zum Einsatz kommen (10 12 H bis 10 15 H). Durch eine Erhöhung der Anzahl von internen Verbindungen in elektronischen Strukturen des Substrats können die auf dem Substrat montierten Bauteile multifunktio- nal genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Beleuchtungselement eine Vielzahl von elektromagnetische Strahlung emittierenden Elementen aufweist, wobei ein Durchmesser eines von einem einzelnen der elektromagnetischen Strahlung emittierenden Elementen emittierten Strahls größer als eine für den Substratwerkstoff spezifische Korngröße ist. Dies stellt sicher, dass die elektrische Leitfähigkeit über mehrere Körner als Struktureinheiten des Substratwerkstoffs definiert einstellbar ist. Die Vielzahl der Elemente erlaubt es außerdem, beliebige und variable Muster zu erzeugen.
Typischerweise beträgt der Durchmesser des emittierten Strahls zwischen 0,5 μιη und 1,5 μιη, um eine ausreichend breite, aber gleichzeitig auch hinlänglich kleine Leiterbahn zu realisieren. Die elektromagnetische Strahlung emittierenden Elemente können unabhängig voneinander von der Steuervorrichtung ansteuerbar oder regelbar sein. Insbesondere kann eine Intensität eines der Elemente unabhängig von den anderen Elementen angesteuert oder geregelt werden. Die Intensität der Beleuchtung bestimmt die elektrische Leitfähigkeit der entstehenden Leitungs- pfade und ermöglicht auch passive Bauteile wie Kapazitäten, Induktivitäten oder Widerstände temporär auf dem Substrat zu erzeugen. Das Beleuchtungselement sollte als eine Matrix oder als ein Array mit elektromagnetische Strahlung emittierenden Elementen, die vorzugsweise durch Leuchtdioden realisiert sind, ausgebildet sein, um eine möglichst variable Ge- staltung der durch die Beleuchtung sich ausbildenden dynamische
Inhomogenitäten im Substrat realisierten elektrischen Verbindungen zu ermöglichen. Die elektromagnetische Strahlung emittierenden Elemente können in der Matrix oder dem Array zeilen- und spaltenförmig, aber auch spiralförmig oder kreisförmig angeordnet sein.
Die Steuervorrichtung kann einen Mikroprozessor aufweisen, der vorzugsweise auf dem Substrat angeordnet ist. Besonders vorzugsweise ist der Mikroprozessor direkt, also in unmittelbarem, berührendem Kontakt auf dem Substrat angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Bauart, bei der durch einen in einem breiten Bereich programmierbaren Mikroprozessor im zeitlichen Verlauf verschiedene temporär elektrisch leitfähige Bereiche, also verschiedene dynamische Inhomogenitäten der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstands im Substrat ausgebildet werden können. Es kann vorgesehen sein, dass das Beleuchtungselement in unmittelbar berührendem Kontakt, also direktem Kontakt mit dem Substrat angeordnet ist, um eine maximale Intensität der elektromagnetischen Strahlung auf dem Substrat zu erreichen. Alternativ kann das Beleuchtungselement auch in einem Abstand zwischen 0,0001 mm und 1,1 mm zu einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein.
Typischerweise ist das Substrat aus oder mit Cadmiumsulfid ausgebildet, kann also sowohl komplett aus Cadmiumsulfid sein als auch zumindest eine Oberfläche aus Cadmiumsulfid aufweisen. Alternativ kann das Substrat auch aus oder mit Cadmiumtellurid (CdTe), fotoelektrischem Galliumarsenid (GaAs), fotoelektrischem Silizium (Si), fotoleitenden Kompositwerkstoffen, löslichen fotoleitenden Polyamide, Vanadium(lll)-oxid (V203) oder einem ähnlichen Werkstoff mit fotoelektrischem Phasenübergang bei einer Beleuchtung ausgebildet sein. Indem ein Substrat verwendet wird, dessen elektrische Eigen- Schäften unter Einwirken einer externen Kraft veränderbar sind, können dynamische, also nur temporär auftretende, elektrisch leitende Verbindungen geschaffen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Beleuchtungselement elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 480 nm und 560 nm emittieren, um möglichst spezifisch und effizient die dynamischen
Inhomogenitäten, d. h. die in ihrer Leitfähigkeit veränderten Bereiche im Substrat zu erzeugen.
Mindestens eines der elektronischen Bauteile sollte einen elektrischen Widerstand, einen Feldeffekttransistor, eine Diode und bzw. oder einen
Bipolartransistor aufweisen, so dass verschiedene Schaltungen realisierbar sind.
Bei einem Verfahren zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat angeordneten Bauteilen wird die elektrische Leitfähigkeit des Substrats durch Bestrahlen einer von einem Beleuchtungselement emittierten elektromagnetischen Strahlung auf vorgegebene Bereiche des Substrats lokal definiert bereichsweise erhöht. Eine räumliche Verteilung der elektromagnetischen Strahlung wird von einer Steuervorrichtung gesteuert. Die mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagten Bereiche des Substrats werden somit temporär elektrisch leitfähig und für die Zeit des Bestrahlens wird eine lokal definierte, im zeitlichen Verlauf in ihrer Form und ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektronischen Bauteilen erreicht wird und bzw. oder durch das Bestrahlen mindestens ein passives elektrisches und bzw. oder elektronisches Bauteil in dem Substrat ausgebildet wird.
Das beschriebene Verfahren wird typischerweise mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt bzw. die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Substrat mit Bauteilen, die eine ODER-NICHT-Funktion implementieren und
Fig. 2 eine Figur 1 entsprechende Ansicht des Substrats, wobei nun eine UND-NICHT-Funktion implementiert ist.
In Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein fotoleitendes Substrat 1 aus polykristallinem Cadmiumsulfid, CdS gezeigt. Je nach Intensität einer Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung 9 der Wellenlänge 540 nm kann der Flächenwiderstand des Substrats 1 zwischen 10 Ohm/α und 10"6 Ohm/α variiert werden. Auf dem Substrat 1 sind metallische elektrische Kontakte 2 und ein Erdanschluss 3 aufgebracht. Außerdem sind elektronische Komponenten e, f, k als Feldeffekttranistoren über ihre metallischen Kontakte s, g, d auf dem Substrat 1 angeordnet. Die elektrischen Kontakte 2 und 3 sind als dünne Me- tallfolien mit einer Schichtdicke von 0,5 μιη auf dem Substrat 1 abgeschieden worden.
Über ein elektronisches Interface 4 sind die elektrischen Kontakte 2 und der Erdanschluss 3 mit einem Mikroprozessor 6 als Steuereinheit und entspre- chenden Signalspeichern 5 des Mikroprozessors 6 verbunden. Eingänge der
Signalspeicher 5 werden durch Eingangsspannungen angesteuert und dienen als steuerbare Verzögerungslinie mit einem Puffer, so dass sie eine gleichzeitige Übertragung eines Signals von den Ausgängen der Signalspeicher 5 zu den metallischen elektrischen Kontakten 2 gewährleisten. Im dargestellten Aus- führungsbeispiel ist der Mikroprozessor 6 auf dem Leuchtdiodenarray 7 angeordnet. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mikroprozessor 6 aber auch auf dem Substrat 1 angeordnet sein.
In direktem Kontakt mit dem Substrat 1 ist unterhalb des Substrats 1 ein Leuchtdiodenarray 7* angeordnet. Außerdem ist oberhalb des Substrats 1 in einem Abstand von 1 mm ein weiteres Leuchtdiodenarray 7 angeordnet. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch lediglich ein einzelnes
Leuchtdiodenarray 7, 7* vorgesehen sein. Dadurch dass die Leuchtdioden der beiden Leuchtdiodenarrays unabhängig voneinander durch den Mikroprozes- sor 6 ansteuerbar sind, können beliebige Beleuchtungsmuster, also beliebige räumliche Verteilungen der Beleuchtung, von den beiden Leuchtdiodenarrays 7 und 7* erzeugt werden. Die beiden Leuchtdiodenarrays 7 und 7* können hierbei identische Muster oder verschiedene Muster erzeugen. Eine Reihenfolge des Einschaltens ergibt, welches Schema bzw. Muster erzeugt wird. Alle Leuchtdioden eines der Leuchtdiodenarrays 7 und 7* sind identisch und emittieren im dargestellten Ausführungsbeispiel elektromagnetische Strahlung 9 der Wellenlänge 540 nm. In weiteren Ausführungsbeispielen kann jedoch auch mindestens eine der Leuchtdioden eines der Leuchtdiodenarrays 7 und 7* elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge emittieren, die von der Wellenlänge der von den restlichen Leuchtdioden emittierten elektromagneti sehen Strahlung abweicht. Bei optisch durchlässigen Substraten, d. h. bei Substraten, bei denen eine Intensität auftreffender Strahlung nach Durchlaufen des Substrats auf höchstens einen Anteil von 1/e der auftreffenden Intensität gefallen ist. Zur Effizienzverbesserung können jedoch zwei oder mehr Leuchtdiodenarrays 7 und 7* verwendet werden, die typischerweise auf verschiedenen Seiten des Substrats 1 angeordnet sind, aber ein identisches Beleuchtungsmuster auf dem Substrat 1 erzeugen.
Nachdem die Leuchtdioden, gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Intensität der Beleuchtung, eingeschaltet sind, beginnen Übergangsprozesse im Werkstoff des Substrats 1. Nach einer Übergangsphase wird ein Signal durch einen Bus 8 auf die metallischen elektrischen Kontakte 2 übertragen. Die Intensität der emittierten Strahlung 9 wird durch den Mikroprozessor 6 gesteuert. Durch die emittierte elektromagnetische Strahlung 9 erfolgt eine Bildung von Lichthöfen 10 mit einem Durchmesser von 0,5 μιη bis 1,5 μιη. Diese Licht höfe 10 bestimmen die Apertur eines Leiterkanals auf einer Oberfläche des Substrats 1. Eine Korngröße des Cadmiumsulfurids ist hierbei viermal kleiner als eine Größe eines der Lichthöfe 10.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich die in dieser Figur rechts oben schematisch gezeigte Schaltung, die als logische Funktion "ODER-NICHT" realisiert. Eingangsspannungen Ul und U2 sind jeweils am Eingang der Signalspeicher 5 angelegt. Auf Kommando des Mikroprozessors 6 formen die Leuchtdiodenarrays 7 und 7* Lichthöfe 10 auf den Oberflächen des Substrats 1. Diese Lichthöfe 10 ergänzen eine bestimmte bestrahlte Fläche und erzeugen damit durch Photoeffekt und innere elektroleitende Verbindungen zwischen den elektronischen Komponenten fotoleitende Pfade 11 mit einer hohen Konzentration von Fotoelektronen in einer Oberflächenschicht des Substrats 1. Gleichzeitig realisiert der Mikroprozessor 6 über das Interface 4 durch die synchronisierten Eingangsspannungen Ul und U2, die über fotoleitende Pfade 11 an Eingängen In A und In B der Transistoren VT2(e) und VT3(f) übertragen sind die logische Funktion "ODER-NICHT". Ein Widerstand 12 wird hierbei durch eine Reduzierung der Intensität von einigen Leuchtdioden zumindest eines der Leuchtdiodenarrays 7 und 7* erzeugt, indem die Konzentration der Fotoelektronen durch die verminderte Intensität reduziert und damit der elektrische Widerstand in diesem Bereich erhöht wird. Die Stromversorgung ist an dem metallischen elektrischen Kontakt 2 angelegt und wird weiter zu dem entsprechenden elektronischen Kontakt übertragen. Eine Ausgangsspannung Out C ist wiederum über die fotoleitenden Pfade 11 übertragen und an dem elektrischen Kontakt 2 registriert. Figur 2 zeigt in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung das in Figur 1 gezeigte Substrat 1, bei dem nun jedoch durch eine gegenüber Figur 1 veränderte Beleuchtung eine andere logische Funktion realisiert ist. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur mit identischen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet. Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltung werden die gleichen Transistoren e, f und k wie bei dem in Figur gezeigten Ausführungsbeispiel genutzt, nun aber zu einem gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Zustand später durch den Mikroprozessor 6 realisierten Zustand. Die Spannungen Ul und U2 sind über vorher erzeugte fotoleitende Pfade 11 an die Eingänge In A und In B der Transistoren VT2(e) und VT2(f) angelegt. Dabei wird nun die logische Funktion "UND-NICHT" realisiert. Die Form der fotoleitenden Pfade 11 sowie der elektrische Widerstand gewährleisten die Energieversorgung und die Registrierung der Ausgangsspannung Out C, die wie in Figur 1 im Schaltplan auf der rechten Seite von Figur 2 nochmals angegeben ist. Die Transistoren e, f und k können in einem anderen Zeitraum (Time-Sharing) für die Realisierung anderer funktionaler Schemata, beispielsweise Verstärker, Oszillatoren oder Filter, benutzt werden. Dies ist durch eine entsprechende Programmierung des Mikroprozessors 6, der auch als Synchronisierer genutzt wird, möglich.
Durch die Realisierung dynamischer Inhomogenitäten in Form der fotoleiten- den Pfade 11, die eine hohe Konzentration von Fotoelektronen aufweisen und somit quasi-metallische Leiterzüge ausbilden, ist es möglich, die gleichen Bereiche des fotoleitenden Substrats 1 zu nutzen, um das Signal in durch die Programmierung des Mikroprozessors 6 vorgegebene Richtungen zu übertra- gen, was einer Erhöhung der Anzahl von Verbindungen zwischen den elektrischen oder elektronischen Komponenten entspricht, ohne hierfür eine Mehrlagen- bzw. Multilayer-Struktur vorsehen zu müssen. Hierdurch wird eine multifunktionale Nutzung der gleichen elektronischen Komponenten bzw. Bauteile im Zeitverteilungsmodus realisiert sowie eine Erzeugung passiver elektroni- sehe Komponenten wie elektrischer Widerstände, Kapazitäten oder
Induktivitäten durch Variieren der Intensität und Parameter der Bestrahlung an entsprechenden Bereichen des fotoleitenden Substrats 1 möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat (1) angeordneten Bauteilen, mit einem Substrat (1) mit einem Beleuchtungselement (7, 7*) zum gezielten Bestrahlen vorgegebener Bereiche des Substrats (1) mit elektromagnetischer Strahlung, wobei eine Steuervorrichtung (6) zum Steuern einer räumlichen Verteilung und/oder einer Positionierung der auf vorgegebene Bereiche des Substrats (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und wobei das Substrat (1) aus einem Werkstoff derart ausgebildet ist, dass die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffs durch Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung lokal definiert erhöhbar ist, so dass die mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagten Bereiche (10, 11) temporär elektrisch leitfähig sind und für die Zeit des Bestrahlens eine lokal definierte, im zeitlichen Verlauf in ihrer Form und ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung erreichbar ist und/oder durch das Bestrahlen mindestens ein passives oder aktives elektrisches und/oder elektronisches Bauteil in dem Substrat (1) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement (7, 7*) eine Vielzahl von elektromagnetische Strahlung emittierenden Elementen aufweist, wobei ein Durchmesser eines von einem einzelnen der elektromagnetische Strahlung emittierenden Elemente emittierten Strahls größer als eine für den Substratwerkstoff spezifische Korngröße ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser des emittierten Strahls zwischen 0,5 μιη und 1,5 μιη beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement (7, 7*) als eine Matrix oder als ein Array aus den die elektromagnetische Strahlung emittierenden Elementen gebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die elektromagnetische Strahlung emittierenden Elemente unabhängig voneinander von der Steuervorrichtung ansteuerbar sind und/oder als Leuchtdioden ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen Mikroprozessor aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassder Mikroprozessor auf dem Substrat (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement (7, 7*) in unmittelbar berührendem Kontakt mit dem Substrat (1) oder in einem Abstand zwischen 0,0001 mm und 1,1 mm zu einer Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) aus oder mit Cadmiumsulfid, Cadmiumtellurid, fotoelektrischem Galliumarsenid, fotoelektrischem Silizium, einem fotoleitendem Kompositwerkstoff, einem löslichen fotoleitenden Polyamid oder Vanadium(lll)-oxid (V203) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungselement (7, 7*) elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 480 nm und 560 nm emittiert.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei auf dem Substrat (1) angeordnete und mit dem Substrat elektrisch leitend verbundene elektronische Bauteile vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der elektronischen Bauteile (2, 3) einen elektrischen Widerstand, einen Feldeffekttransistor, eine Diode und/oder einen
Bipolartransistor aufweist.
13. Verfahren zum variablen elektrischen Verschalten von auf einem Substrat (1) angeordneten Bauteil, bei dem die elektrische Leitfähigkeit eines Werkstoffs des Substrats (1) durch Bestrahlen einer von einem Beleuchtungselement (7, 7*) emittierten elektromagnetischen Strahlung, die von einer Steuervorrichtung (6) in ihrer räumlichen Verteilung gesteuert wird, auf vorgegebene Bereiche (10, 11) des Substrats (1) lokal definiert bereichsweise erhöht wird, so dass die mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagten Bereiche temporär elektrisch leitfähig werden und für die Zeit des Bestrahlens eine lokal definierte, im zeitlichen Verlauf in ihrer Form und ihren Abmessungen veränderbare elektrisch leitende Verbindung erreicht wird und/oder durch das Bestrahlen mindestens ein passives oder aktives elektrisches und/oder elektronisches Bauteil in dem Substrat (1) ausgebildet wird.
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