CN104024723B - 具有三维结构的柔性发光半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制品，所述制品包括柔性电路，所述柔性电路包括具有第一主表面和第二主表面的聚合物介电层，所述第一主表面和第二主表面中的一者或两者在其上具有导电层，其中至少一个导电层包括被构造用于为位于所述柔性电路上的一个或多个发光半导体器件供电的电路，其中所述柔性电路被成形为形成三维结构。

Description

具有三维结构的柔性发光半导体器件
技术领域
本发明涉及柔性发光半导体器件。
背景技术
常规的发光半导体(LES)器件(LESD)(包括发光二极管(LED)和激光二极管)及包含LESD的封装体具有若干缺点。高功率LESD将生成相当大量的热，这些热必须加以管理。热管理处理因热耗散和热应力而产生的问题，目前这是限制发光二极管性能的关键因素。
一般来讲，LES器件常常易于因自器件内生成的热以及在外部照明应用情况下来自太阳光的热的积聚而受损。过度的热积聚可能导致LES器件中所用材料的劣化，诸如用于LESD的封装剂。当LESD被附接至柔性电路层压板(其也可包括其他电子组件)时，热耗散问题将大大增加。
此外，常规的LES器件和封装体往往较厚，这将限制其在低形状因子(low formfactor)应用中的使用。因此，继续需要改善柔性LES器件和封装体的设计以改善其热耗散性质以及允许其在低形状因子中的使用。
发明内容
本发明的至少一个方面提供包括LESD的发光制品，所述LESD由被构造成三维制品的柔性电路支承。柔性电路极其适用于此类制品，因为它们为薄的和柔性的并且可弯曲和折叠成所需形状。另外，可将此类电路进行图案化以在最终构造的制品内的所需位置中提供LESD。发光制品(诸如，包含LED的那些制品)的常见问题为热管理。本发明的实施例可实现所需的热管理，同时还可提供所需的发光形状和结构。
本发明的至少一个方面通过稳固的柔性LESD构造为当前和今后的高功率LESD构造提供了一种具有经济效益的热管理解决方案。高功率LESD阵列的运行需要耗散大量热的能力。根据本发明的至少一个实施例，热耗散可通过将LESD集成到具有柔性聚合物介电基板(即，介电层)的系统中来管理。为实现更好的热管理，通过控制LESD与导热层之间的绝缘体(介电)材料的厚度或通过完全移除LESD与导热层之间的绝缘体材料来将LESD布置为与导热层紧密热接触或直接热接触。在本发明的至少一个实施例中，为了实现LESD受控移除的所需定位，执行如下操作：通过(例如)将介电层蚀刻到所需厚度以形成腔、或者产生完全贯穿介电层的开口以形成通孔。介电层的蚀刻可通过产生倾斜的侧壁来提供额外的优势，所述倾斜的侧壁可涂布有反射材料以提供增强的光效率。另外，在至少一些实施例中，由于LESD位于介电层的表面之下，故其具有比标准LES器件更薄的外形，这使得其非常适合于低形状因子应用。
本发明的至少一个方面的特征在于包括柔性电路的制品，所述柔性电路具有第一侧面和第二侧面并且包括聚合物介电层，所述聚合物介电层具有第一主表面和第二主表面，所述第一主表面和第二主表面中的一者或两者在其上具有导电层，其中至少一个导电层包括被构造用于为位于柔性电路上的一个或多个发光半导体器件供电的电路，并且其中柔性电路被成形为形成三维结构。
如本申请中所用：“LES”指发光半导体，包括发光二极管和激光二极管，并且“LESD”指发光半导体器件，包括发光二极管器件和激光二极管器件。LESD可为裸的LES管芯构造、完全封装的LES构造或包含多于裸管芯但少于完全的LES封装体的全部部件的中间LES构造，因此术语LES和LESD可互换地使用并指不同LES构造中的一者或全部。术语“柔性LES器件”或“柔性LESD”通常指含有裸管芯发光半导体、封装LES构造或中间LES构造的柔性制品。
本发明的至少一个实施例的另一优点在于，腔或通孔含有填充于限定区域中的封装剂。本发明的至少一个实施例的另一优点在于，柔性介电层上的LESD可根据所需应用串联、并联或单独地电连接。本发明的至少一个实施例的另一优点在于，柔性介电层有利于在基板的两侧上制得电路图案。本发明的至少一个实施例的另一优点在于，柔性基板为LESD制品提供大的柔性和可弯曲性。
本发明的上述发明内容并不意在描述本发明的每个公开的实施例或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明了这些例证性实施例。
附图说明
图1A至图1D为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的前示意图、透视示意图、侧示意图和顶部示意图。
图2A和2B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的前示意图和透视示意图。
图3A和3B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的前示意图和透视示意图。
图4A和4B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的示意性前视图。
图5A和5B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的前示意图和透视示意图。
图6A和6B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的前示意图和透视示意图。
图7为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的示意性剖视图。
图8为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的示意性剖视图。
图9为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的示意性剖视图。
图10为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的示意性剖视图。
图11为根据本发明的一个方面的柔性LESD的示例性实施例的示意性剖视图。
图12A和12B为根据本发明的一个方面的柔性LESD的另一个示例性实施例的透视示意图和侧示意图。
具体实施方式
在以下说明中，参考形成本说明的一部分的附图，并且其中以图示方式示出了若干具体实施例。一般来讲，在各种实施例中，类似的特征使用类似的标号。除非另有指明，否则这些类似的特征可包含相同的材料、具有相同的属性并且起相同或类似的作用。即使未明确说明，适当时，针对一个实施例描述的附加或任选特征也可为其他实施例的附加或任选特征。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以设想出其他实施例并进行实施。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。通过端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
除非另有指明，否则术语“涂布”、“涂层”、“经涂布的”等不限于特定类型的施加方法，诸如喷涂、浸涂、覆墨等，并可指通过适于所述材料的任何方法沉积的材料，所述方法包括沉积法如气相沉积法、镀覆法、涂布法等。此外，方向性术语如“顶”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等结合所述附图的定向使用。因为实施例的组件可以许多不同的取向设置，所以方向性术语用于举例说明的目的而绝不限制本发明。
本发明的一个实施例示于图1A至1D中。图1A示出了包括柔性电路8的柔性LESD，所述柔性电路8包括其上设置有LESD24的阵列(导电迹线未示出)的柔性聚合物介电层12。在图示实施例中，LESD24成对地布置在由分割线14分开的介电层12的区段13上。在其他实施例中，取代区段13上的特定位置处的单一LESD24，可存在在特定位置组合在一起的多个LESD。作为另外一种选择，可存在沿着各个区段13的长度延伸的LESD24的一根或多根连续线条。LESD的数量和布置方式将取决于柔性LESD的所需用途。可机械地(例如，通过裁切或冲切)形成、或者可通过其他方法(例如，化学蚀刻)形成分割线14。可在分割线14的末端处形成小孔15。小孔15通常为介电基板/柔性电路中的具有圆形边缘的小开口。它们旨在耗散可施加到分割线末端的机械应力(尤其是在正处理柔性LESD时)，从而降低柔性电路在分割线末端撕裂的发生率。在本发明的其他实施例中，可移除比图示小孔和分割线更大的介电基板/柔性电路的面积，以减轻机械应力和撕裂问题(或出于设计目的)。在一些实施例中，例如，诸如在图4A的柔性电路B的底部中所示，可将介电基板12的区段13制成具有圆形边缘，以消除将由方形边缘产生的应力点。
如图1B所示，柔性电路8可进行弯曲，使得圆柱形底部部分形成为具有从其延伸的“指状物”。所述指状物包括由分割线14分开的柔性电路8的区段。它们彼此分开以使其从底部部分张开。在此实施例中，LESD24位于该结构的内部。柔性电路的此实施例可用于灯泡中，例如如图1C所示。可将柔性电路8粘附至(例如)形成灯泡的一部分的截头圆锥形支承件。可利用热界面材料(例如导热粘合剂)来将柔性电路8附接至支承件，以有助于从LESD除热。截头圆锥形支承件可具有反射表面，以反射由LESD产生的光。图1D为图1C的灯泡在线1D的方向上的剖视图。
图2A示出了柔性LESD的另一个实施例，所述柔性LESD包括与图1A所示的电路相似的柔性电路8，不同的是分割线14仅延伸穿过柔性电路8的中心区域以使得介电基板12的上边缘和下边缘为连续的。可将图2A的柔性电路形成为圆柱体，并且可轻微地压缩该圆柱体，以使得由分割线14分开的柔性电路8的区段彼此分开并且向外膨出以形成图2B所示的形状。
图3A示出了柔性LESD的另一个实施例，所述柔性LESD包括与图1A所示的电路相似的柔性电路8。在此实施例中，介电层12的内部为连续的，并且两组分割线14从内部延伸到介电层12的边缘。可将图3A所示的柔性电路形成为圆柱体，并且可使由分割线14分开的柔性电路8的区段分开且朝外张开以形成图2B所示的形状。在此实施例中，柔性电路8的上部上的LESD24的阵列位于介电层12的第一主表面上，并且柔性电路8的下部上的LESD的另一阵列位于介电层12的第二主表面上。
在图1A-1B和图3A-3B的实施例中，还可操纵由分割线14分开的柔性电路的区段以允许形成不同的形状。例如，可使各个分开的区段相对于其图示位置向前或向后地弯曲或卷曲。
图4A示出了包括柔性电路8的柔性LESD的另一个实施例。此实施例示出了如何图案化柔性基板以形成多个柔性电路。在图示实施例中，柔性电路的形状允许相邻的柔性电路A和B之间的互锁模式。这能有效地使用基板材料。可沿着分割线14来分开各个柔性电路，所述分割线14形成相邻柔性电路之间的连续分割线。LESD阵列位于介电层12的两个侧面上。在柔性电路分开之后，可将它们弯曲或折叠成任何所需的形状。图4B示出了其中将柔性电路分成两半进行折叠的一个可能形状。这样，使得介电层的两个侧面上的LESD对齐，从而形成相对致密的LESD阵列。然后可进一步地操纵柔性电路，例如，将整个结构弯曲成圆柱形、将介电层12的各个区段沿不同方向进行弯曲等等。
图5A示出了包括柔性电路8的柔性LESD的另一个实施例。在此实施例中，柔性电路为十字形，所述十字形可折叠成在五个表面上具有LESD的三维“箱子”形状。可制备其中箱子在全部六个侧面上均具有LESD的可供选择的实施例。图5B示出了如何将图5A的柔性电路8施加到方形基板。在至少一些实施例中，方形基板可为散热片。在至少一个实施例中，可通过热界面材料(例如导热粘合剂)来将柔性电路8附接到散热片。这样，可容易地耗散由LESD产生的热。
图6A示出了柔性LESD的另一个实施例，所述柔性LESD包括与图5A所示的电路相似的柔性电路8，不同的是图6A所示的柔性电路8将更类似地形成在全部五个表面上均具有LESD的三维“棱锥”形状。该棱锥为截头的，以使得柔性电路可贴合在棱锥样基板周围，所述棱锥样基板包括导管，所述导管可用于(例如)容纳接线。在至少一些实施例中，棱锥样基板可为散热片。在至少一个实施例中，可通过热界面材料(例如导热粘合剂)来将柔性电路8附接到散热片。这样，可容易地耗散由LESD产生的热。
可将本发明的柔性LESD形成为适用于发光器件的多个三维形状。为了形成三维形状，可将柔性电路进行弯曲或折叠并且以任何合适的方式进行裁切或切割，以实现最终的所需三维形状。
柔性LESD的导电电路可具有适用于柔性电路的预期用途的任何图案。可通过本领域中的技术人员已知的任何合适方法来对导电电路并且因此对LESD供电。
LESD可安装在柔性电路之上并且可以任何合适的方式电连接至导电电路。LESD可为裸露管芯、封装管芯、或中间产品。可利用已知的管芯粘合方法(例如，低共熔、焊料、粘合剂、和熔合粘合)来将LESD直接或间接地附接到导电层或导电材料。它们可安装在介电基板的表面上，或者可设置在产生于介电基板中的腔或通孔内。在一些实施例中，形成于介电层中的腔或通孔可包含导热材料，以有利于从LESD除热。安装LESD的合适构型和方法在(例如)共同未决的PCT专利申请US2011/057980、US2011/057977和US2011/057975，以及共同未决的美国临时专利申请61/444337、61/496289和61/524646中有所描述，这些专利申请均以引用方式并入本文。用于安装本发明的LESD的构型的其他例子示于图7至10中。尽管图7、8、10、和11的实施例示出了具有沿特定方向倾斜的壁的腔和通孔，但可供选择的实施例中的腔和通孔壁可为沿任何方向倾斜的或可为竖直的。在一些实施例中，具有沿特定方向倾斜的壁可存在性能优点。
图7示出了其中形成有从介电层12的底部表面延伸到顶部表面的两个通孔10的介电基板12。通孔填充有导电材料。此实施例中的导电材料为导电的并且优选为导热的。将导电层19进行图案化以形成至少两个区段，所述至少两个区段为彼此电隔离的，但每一个均与通孔之一内的导电材料电接触。将倒装芯片LESD24安装在导电层19上，以使得每个电极均电连接到隔离区段中的一者。将覆盖涂层(或阻焊层)21施加到导电层19上，其中留出开口以允许LESD24附接到导电层19。
图8示出了其中形成有从介电层12的顶部表面延伸到底部表面的两个通孔10的介电基板12。通孔填充有导电材料。此实施例中的导电材料为导电的并且优选为导热的。将导电层20进行图案化以形成至少两个区段，所述至少两个区段为彼此电隔离的，但每一个均与通孔之一内的导电材料电接触。将倒装芯片LESD24安装在通孔10中的导电材料上，以使得每个电极均电连接到导电层20的隔离区段中的一者。将覆盖涂层(或阻焊层)21施加到介电层12的顶部表面上，其中留出开口以允许LESD24附接到通孔10中的导电材料。
图9示出了薄的介电基板12(通常约5至15微米厚)。将介电层12的顶部表面上的导电层19进行图案化以形成至少两个彼此电隔离的区段。在此实施例中，导电层19为导电的并且优选为导热的。导电层20位于介电层12的底部表面上，并且在图9中未进行图案化，但在可供选择的实施例中可进行图案化。导电层20通过介电层12与导电层19电隔离，并且在图示实施例中优选为导热的且任选为导电的。将倒装芯片LESD24安装在导电层19上，以使得每个电极均电连接到隔离区段中的一者。
图10示出了其中形成有从介电层12的顶部表面延伸到底部表面的两个腔10的介电基板12。导电层19位于介电层12的顶部表面上，并且延伸到腔10内。将其进行图案化以形成至少两个彼此电隔离的区段。在此实施例中，导电层19为导电的并且优选为导热的。导电层20位于介电层12的底部表面上，并且在图10中未进行图案化，但在可供选择的实施例中可进行图案化。导电层20通过介电层12与导电层19电隔离，并且在图示实施例中优选为导热的且任选为导电的。将倒装芯片LESD24安装在导电层19上，以使得每个电极均电连接到隔离区段中的一者并且使得倒装芯片LESD24位于腔10之间。将覆盖涂层(或阻焊层)21施加到导电层19上以使其位于腔10中，其中在腔之间留出开口以允许LESD24附接到导电层19。
图11示出了其中形成有两个通孔10的介电基板12，其中大通孔10具有竖直壁并且小通孔10从介电层12的底部表面延伸到顶部表面。通孔填充有导电材料。此实施例中的导电材料为导电的并且优选为导热的。将导电层19进行图案化以形成至少两个区段，所述至少两个区段为彼此电隔离的，但每一个均与通孔之一内的导电材料电接触。将倒装芯片LESD24安装在导电层19上，以使得每个电极均电连接到隔离区段中的一者。将热界面材料(TIM)26施加到介电层12的底部表面，并且使其与两个通孔中的导电材料电接触。尽管未示出，但本发明的全部柔性LESD实施例均可包括TIM层。
TIM的施加可进一步增强根据本发明的方面的柔性LESD的热性能。例如，可将TIM层施加在柔性LESD的底部侧面上。本发明的实施例中可使用任何合适的TIM。根据实施例，可将TIM以液体、糊剂、凝胶、固体等形式施加到柔性LES器件。用于施加TIM的合适方法取决于具体TIM的性能，但包括精密涂布、分配、丝网印刷、压合等。适用于TIM中的材料的类型包括(但不限于)可固化的热固性材料、热塑性塑料(包括具有导电填料的热塑性材料)、压敏粘合剂、和弹性体。适用于TIM中的具体材料包括硅氧烷、聚酰亚胺、环氧树脂、B阶段UV固化性粘合剂以及高温硅基粘合剂。
合适的TIM可填充有导热材料，所述导热材料可导电或也可不可导电。合适的材料包括银、金、镍、铜、金属氧化物、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、铝、氧化铝、氮化铝、涂布银的有机粒子、镀银的镍、镀银的铜、镀银的铝、镀银的玻璃、银薄片、碳粒子、碳黑、碳同素异型体(诸如，石墨、石墨烯)、碳纳米管、涂布氮化硼的粒子以及它们的混合物。导热材料可呈粒子、球体、薄片形式或任何其他合适的形式。在至少一些实施例中，导热材料可占TIM的约5重量％至约60重量％，优选约10重量％至约50重量％。
适用于本发明中的TIM可包括例如填充有氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳纳米管、碳粒子和石墨烯中的一者或多者的粘合剂。
优选地，TIM具有低耐热性；能够润湿具有高表面能的基板(诸如，金属)和具有低表面能的基板(诸如塑料)；将保持粘附于其所附接的表面并且不流动至其所施加于的器件的任何不期望区域。
在本文所述的示例性实施例中的每一个中，通孔和腔可具有任何合适的形状，例如，圆形、椭圆形、矩形、螺线型、通道、栅格(例如，形成由交迭通道的连续图案隔开的介电基板的岛)等，并且包含单个LESD或可包含多个LESD。例如，如果通孔或腔为通道形或栅格形或较大，则多个LESD可位于单个通孔或腔中。
本发明的至少一个实施例提供采用部分蚀刻介电层的柔性LESD阵列构造。在介电层中蚀刻腔至所需深度。腔可具有沉积于其中的导电材料。可使用任何合适的沉积方式，诸如，涂布、气相沉积、镀覆等，但通常使用电镀或无电镀来镀覆导电材料。腔中的导电材料优选为导热的并且任选为导电的，这取决于具体制品的要求。通常使用已知的管芯接合方法，诸如，低共熔、焊料(包括用于倒装芯片安装的焊料凸块)、粘合剂和熔合粘合，将LESD直接或间接附接至导电材料。在本发明的至少一个实施例中，导热层位于介电层的底部表面上，并且可为使用常规柔性电路制造工艺形成的电路的一部分。形成腔的底板的介电层的部分将导电材料放置于腔中并且将导电层紧密靠近地放置于介电材料的底部表面上，这可使得LESD产生的热有效地穿过腔中的导电和导热材料、然后穿过腔的底板到达介电层的底部表面上的导热层而耗散。
本发明的至少一个实施例提供采用完全蚀刻介电层的柔性LESD阵列构造。贯穿介电层、即从一个主表面向相对的主表面蚀刻通孔。通常由介电层的底部表面上的导电层来覆盖通孔的底部开口。在本发明的至少一个实施例中，所述导电层为导热层并可为使用常规柔性电路制造工艺形成的电路的一部分。通孔可具有沉积于其中的导电材料。可使用任何合适的沉积方式，诸如，涂布、气相沉积、镀覆等，但通常使用电镀或无电镀来镀覆导电材料。由于通孔形成贯穿介电层的开口，因此通孔中的导电材料与介电层的底部表面上的导电层直接接触。如果二者均为导热的，则这可使得LESD产生的热有效地穿过通孔中的导电材料到达介电层的底部表面上的导电层而耗散。
在腔或通孔中具有导电材料的实施例中，导电材料在腔底板或覆盖通孔开口的导电层上可与在腔或通孔壁上一样薄，或者可更薄或更厚。如果其更厚，则其可部分或完全填充腔或通孔。对于其中在已向至少腔或通孔的壁施加导电材料的层后还在腔或通孔的中心中添加附加的导电材料的实施例而言，所添加的导电材料将使得腔或通孔的底部中的导电物质的量浓于(上)腔或通孔壁上的量，并因此，所添加的导电材料可部分或完全填充腔或通孔。所添加的导电材料可填充腔或通孔至任何合适的水平，例如10％、15％、25％或更大。在一些实施例中，导电材料填充腔或通孔的较大百分数，例如约50％、约75％或约100％。
在一些实施例中，介电层的顶部表面上的导电层延伸到腔或通孔内并且形成腔或通孔中的导电材料的全部或部分。任选地，可在腔或通孔中沉积附加的导电物质以增大导电材料的厚度。在一些实施例中，将整个顶部导电层(包括包含腔或通孔中的导电材料的部分)制得较厚而不向腔或通孔中添加附加的导电材料。在本发明的至少一些实施例中，在介电层表面上及在腔或通孔中厚度为约50μm至约100μm、优选约75μm至约100μm的顶部导电层(例如，铜层)可显著增强自LESD的热耗散。
介电层的底部表面上的导电层可具有任何合适的厚度。将此导电层制备得较厚(例如，约35微米(μm)、优选约50μm、约75μm、约100μm或更大)可增强自LESD的除热。
此外，控制腔底板或底部通孔开口的面积尺寸可显著影响自LESD向腔或通孔中的导电材料及进一步向介电层的底部表面上的导电层的热耗散。通常，增大腔底板面积或通孔开口与LESD占有面积的比率可提供更佳的热耗散。1:2的比率(LESD占有面积：腔底板面积/通孔开口)及以上可优于1:1比率改善热耗散，其中据信1:3的比率可提供最显著的热耗散增大。据信在例如使用相邻的热转移层使热在较大表面积上扩展开之前，该比率有助于在z方向上耗散热。虽然1:2的比率可有助于热耗散并可使用更高的比率(例如1:4)，但据信1:3比率可提供优于例如1:1比率的显著改善，而1:4比率可仅提供优于1:3比率的递增改善。
适用于本发明的导电和/或导热层中的导电物质取决于应用，但可包括例如导电性金属，诸如铜、银、金、镍、铝、锡以及它们的合金；导热及导电粘合剂，包括填充有导电材料(例如，导电性粒子)以使所得粘合剂具有导电性的非导电性粘合剂。
适用于本发明的导电材料中的导电物质也取决于应用，但可包括：金属诸如铜、金、银、镍、铝、锡以及它们的合金，以及焊料、导电性聚合物和导电性粘合剂，包括填充有导电材料(例如，导电性粒子)以使所得物质具有导电性的非导电性聚合物和粘合剂。
合适的导电和/或导热粒子包括铝、金、银、铬、铜、钯、镍以及它们的合金、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化钡(BN)、纳米级银粒子、碳黑、碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填料、钛酸钡、钛酸钡锶、氧化钛、钛酸铅锆、钛酸钙铜、钛酸铅镁、钛酸锆酸镧铅、二氧化硅、以及它们的混合物。
适用于本发明的柔性聚合物介电层中的聚合物材料包括聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物及聚酰亚胺。优选聚酰亚胺。合适的聚酰亚胺包括可以商品名KAPTON购自杜邦公司(DuPont)、以APICAL购自钟渊德克萨斯公司(Kaneka Texas corporation)、以SKC KolonPI购自SKC Kolon PI股份有限公司(SKC Kolon PI Inc)以及以UPILEX和UPISEL(包括UPILEX S、UPILEX SN和UPISEL VT)均购自日本宇部兴产株式会社(Ube Industries,Japan)的那些。这些UPILEX和UPISEL聚酰亚胺由单体诸如联苯四甲酸二酐(BPDA)和苯二胺(PDA)制得。
可使用任何合适的方法(诸如，化学蚀刻、等离子蚀刻、聚焦离子束蚀刻、激光烧蚀、压印、微复制、注塑、和冲切)在介电层中形成腔或通孔。在一些实施例中可能优选化学蚀刻。可使用任何合适的蚀刻剂并可随介电层材料而变化。合适的蚀刻剂可包括：碱金属盐，例如氢氧化钾；具有增溶剂(例如，胺)和醇(诸如，乙二醇)中的一者或二者的碱金属盐。适合本发明的一些实施例的化学蚀刻剂包括KOH/乙醇胺/乙二醇蚀刻剂，诸如在美国专利公布2007-0120089-A1中更详细地描述的那些，该专利公布以引用方式并入本文中。适合本发明的一些实施例的其他化学蚀刻剂包括KOH/甘氨酸蚀刻剂，诸如在共同未决的美国临时专利申请号61/409791中更详细地描述的那些，该临时专利申请以引用方式并入本文中。蚀刻之后，可利用碱性KOH/高锰酸钾(PPM)溶液(例如，约0.7重量％至约1.0重量％KOH和约3重量％KMnO4的溶液)来处理介电层。
由化学蚀刻导致的侧壁角因蚀刻率而有所改变，并且最依赖于蚀刻率，其中较慢的蚀刻率导致较浅的侧壁角(即，接近0°)。由化学蚀刻导致的典型侧壁角为约5°至60°(相对于介电层的主平面)，并且在至少一个实施例中，为约25°至约28°。如此前提及的化学蚀刻的替换形式，可通过冲切、等离子蚀刻、聚焦离子束蚀刻、和激光烧蚀来在介电层内形成腔或通孔。利用形成腔或通孔的这些方法，侧壁通常具有较陡的角，例如，与介电层的主平面成至多90°。出于本专利申请的目的，倾斜侧壁指不垂直于介电层的水平面的侧壁。具有倾斜侧壁的腔或通孔也可使用诸如压印、微复制和注塑的方法制得。如果最初形成了通孔，但所需的是腔，则可添加介电涂层(例如聚酰亚胺涂层)以使腔与介电层的底部侧面上的导电层电绝缘，由此形成腔。介电材料可为任何合适的材料，例如聚合物材料、陶瓷材料、载有粒子的聚合物材料等，并可以任何合适的方式施加。介电涂层是电绝缘的并优选是导热的以促进热自LESD传递。一种此类合适涂层为通过首先在开口中施加聚酰胺酸树脂的薄层形成的聚酰亚胺树脂。聚酰胺酸优选经精密涂布以使得在腔底部处形成的介电涂层为腔底板提供所需的厚度。腔底板的厚度优选为介电层厚度的约5％至约75％、约5％至约60％、或约5％至约25％。随后，进行酰亚胺化过程以在腔中形成均匀的聚酰亚胺涂层。可使用精密涂布、刮涂或本领域已知的其他方法施加聚酰亚胺/聚酰胺酸树脂。
在一些实施例中，介电涂层可填充有粒子以增强其电绝缘性和导热性。合适的粒子包括氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化钡(BN)、纳米级银粒子、碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填料、钛酸钡、钛酸钡锶、氧化钛、钛酸铅锆、钛酸钙铜、钛酸铅镁、钛酸锆酸镧铅、二氧化硅、以及它们的混合物。
在一些实施例中，如果腔或通孔形成方法不会破坏导电层，例如由于可控制蚀刻深度和/或由于腔或通孔形成方法将不会蚀刻导电层或使其降解(诸如使用等离子蚀刻)，则可在形成腔或通孔之前将导电层施加到介电层的底侧，或者如果腔或通孔形成方法(诸如使用冲切)将破坏导电层，则其可在形成腔之后添加。
可用导电层在一个或两个侧面上包覆介电层。如果一个或多个导电层要形成电路，则可对其进行预图案化，或可在制造柔性LES器件的过程中对其进行图案化。也可使用多层柔性基板(具有介电及导电材料的多层)作为基板。导电层可为任何合适的材料，但通常为铜。
本发明的柔性LES器件的至少一些实施例提供优良的热管理特性。至少部分地由于腔或通孔中的导电材料以及支承LESD的腔或通孔的薄介电底板或不存在该介电底板，LESD产生的热可容易地传递到介电层的底部侧面上的导热层。这样，热可容易地自LESD传导出。
在本发明的至少一个实施例中，介电层的底部侧面上的导电层可为导热粘合剂。如果形成通孔，则粘合剂层可用作蚀刻终止层，或可在形成腔或通孔之后向介电层施加粘合剂层。如果导热粘合剂被用作蚀刻终止层，则合适的粘合剂为耐化学品的那些，尤其是耐碱性溶液的那些。可向导热粘合剂层的相对侧面施加其他层(在向介电层施加粘合剂之前或之后)。例如，可向粘合剂层附接热界面材料、金属箔、刚性金属板、散热片等。邻近于腔或通孔具有导热粘合剂层可增强自位于腔或通孔中的LESD的热耗散。可通过添加需要量的合适的导热粒子及通过调整粘合剂的厚度来调整粘合剂的导热性。用于导热粘合剂中的典型导热粒子有氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化钡(BN)、纳米级银粒子、碳纳米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填充剂等。粒子的大小通常在亚微米至微米的范围内。此类填充粘合剂的典型导热性为从约0.2W/mK至约6W/mK。
适用于导热粘合剂中的粘合剂类型包括但不限于环氧树脂、聚氨酯、聚酰胺和酚醛树脂。
适用于导热粘合剂的固化方法包括但不限于热、UV、电子束、UV-β阶段固化(UV和热固化的组合，其中将粘合剂涂布到衬垫上，最初使其经受初始UV固化，然后层合到基板上并热固化)以及它们的组合。
如果粘合剂在施加到介电层之前粘附到导电层(例如，铜层)，则通常将粘合剂涂布到衬垫上并用铜箔层合或直接涂布在铜箔上。优选电沉积或经辊退火的铜。如果铜具有粗糙侧和光滑侧，则通常优选将粘合剂附接至粗糙侧。
可例如通过在单独的LESD和它们所位于的腔或通孔上施加封装材料、或通过在LESD阵列及此类LESD周围的导电层上施加封装剂直接在柔性基板上封装LESD。封装剂优选透明(即，透射率高于99％)的模塑化合物。在固化时，其可任选地适于起透镜的作用。硅氧烷和环氧树脂为合适的封装化合物。其可还含有分布于其中的光漫射颗粒。合适的模塑化合物可购自例如日本的信越化学公司(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)和加利福尼亚州圣巴巴拉的NuSil硅氧烷技术公司(NuSil Silicone Technology,Santa Barbara,Calif.)。如果需要，可在封装之前在LESD的顶部上沉积波长转换材料，例如磷光体涂层。可任选地在封装LESD之前施加底层填料材料。也可将柔性LES器件封闭在防水/耐候的透明外壳中，所述外壳可由任何合适的透明聚合物材料制成。
在本发明的至少一个实施例中，封装剂为透明的颜色转换材料，其可吸收自LESD的LES发射的光并重新发射不同(通常较高)波长的光。例如，可使用含有黄色磷光体的颜色转换材料来封装蓝色LED，其可产生白色光。在本发明的一些实施例中，可调整腔或通孔侧壁的斜率以在LESD周围产生均匀厚度的颜色转换层以提供均匀的光转换以及优选地优异的热管理。
在本发明的至少一个实施例中，腔或通孔侧壁的斜率为约5°至约90°。本发明的至少一个实施例的优点在于将LESD放置于腔或通孔中可实现封装剂的精确放置，因为其可含在腔或通孔中。本发明的至少一个实施例的优点在于将LESD放置于腔或通孔的中心中并用封装剂填充腔或通孔由于可在LESD周围产生封装剂的均匀层而产生均匀的光转换。在本发明的替代实施例中，在将LESD放置于腔或通孔中之前在腔或通孔中涂布颜色转换材料的层来代替用颜色转换材料封装LESD。这样，颜色转换材料可吸收至少一些自LES发射的光并重新发射不同(通常较高)波长的光。合适的颜色转换材料的例子为有填充有磷光体的封装剂。这样的封装剂可通过混合黄色磷光体(例如可以商品名ISIPHOR SSA612100购自默克公司(Merck))与具有合适的粘附性的合适的硅氧烷封装剂来制得。在一些实施例中，75％的磷光体/硅氧烷粘合剂重量比可能是合适的。在将封装剂分配到腔或通孔中后，在一些实施例中，其可通过在80℃下暴露于UV光中1小时来固化。
在本发明的至少一些实施例中，介电层以及介电层的主表面中的一者或两者上的导电层支承并围绕LESD，从而提供稳固的柔性LESD封装体。
可以间歇工序或连续工序制造柔性LES器件，诸如经常用于制造柔性电路的辊对辊工艺。然后可根据需要通过例如压印或通过切割基板将LESD分割、例如单分成单独的LESD、LESD的条带或LESD的阵列。因此，可装运柔性基板上LESD的整个卷轴而无需传统的卷带工艺，卷带工艺中通常在承载带的各个袋中输送单独的LESD。
在形成LESD的单独的条带或阵列之前或之后，可(例如)通过用导热粘合剂将介电层的第二主表面上的导电层附接至额外的基板而将柔性LESD附接至额外的基板。导热粘合剂可还促进热自LESD传递出。作为另外一种选择，可利用将促进导电层与基板粘附的金属或其他材料来处理介电层的第二主表面上的导电层。基板也可是导热的，例如刚性金属条带，或可为可导电或不可导电的半导体或陶瓷基板。
可将柔性LES器件附接至任何所需的基板，这取决于其预期用途。例如，可将其附接至柔性或刚性金属基板(诸如铜或铝)、散热片、介电基板、电路板等。如果LESD用于电路板上，则柔性LES器件不管是呈单分条带还是阵列形式均可直接附接至最终使用者的电路板，从而消除对常规引线框架材料的需要。如果LESD用作发光条带，则其可被封闭于防水/耐候的透明外壳中，如上文所述。如果LESD呈条带或阵列形式，则可将其电连接至条带或阵列中的其他LESD中的一者或多者。也可在柔性LES器件分割之前向柔性基板添加另外的元件如齐纳二极管(Zener diodes)和肖特基二极管(Schottky diodes)。也可将这些元件电连接至LESD。
在本发明的至少一个实施例中，柔性LES器件比常规的单一或多个LESD封装体薄，因为LESD位于介电层的表面下方。这使得本发明的柔性LES器件可用于具有严格体积限制的应用中，诸如移动电话和相机闪光灯中。例如，本发明的柔性LES器件可提供大约0.7-4mm、并且在一些实施例中0.7-2mm的封装体外形，而常规的LESD封装体外形通常大于4mm并为大约4.8mm至6.00mm。此外，如果需要，可将本发明的柔性LES器件挠曲或弯曲以容易地装配到非线形或非平面组件中。这使得本发明的柔性LES器件尤其可用于多种类型的发光器件，诸如灯泡、灯具、和各种自动照明应用(包括但不限于前照灯、顶灯、尾灯、航行灯、雾灯、标志灯、烤灯、和装饰灯)。图12A和图12B示出了前照灯应用中的柔性LESD的实施例。此柔性LESD包括其上设置有多个LESD24的柔性电路8。柔性电路8位于螺旋架31上，所述螺旋架31形成支承底座30的一部分，所述支承底座30具有大体圆锥形的形状。前照灯还包括定位在支承底座30上的透镜或覆盖件32。
在至少一个实施例中，介电层及其上的铜层为LESD提供薄的顺应性支承。在至少一个实施例中，导电层的总厚度小于200微米，优选小于100微米，并且最优选小于50微米。在至少一个实施例中，介电层的厚度优选为50微米或更小。
在本发明的至少一个实施例中，可向LESD的底部施加钝化层以促进LESD与导电零件或与中间材料诸如反射层的管芯接合。合适的钝化材料包括诸如Au的金属以及一种或多种金属间合金诸如AuSn、AuGe、AuSi。
虽然本文出于说明优选实施例的目的图示并描述了具体实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不偏离本发明的范围的前提下，各种替代和/或等同的实施方式可以取代图示和描述的具体实施例。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的优选实施例的任何修改形式或变型形式。因此，显而易见，本发明仅受本发明权利要求书及其等同物的限制。

Claims (13)

1.一种具有三维结构的制品，包括：
具有第一侧面和第二侧面的柔性电路，所述柔性电路包括具有第一主表面和第二主表面的聚合物介电层，所述第一主表面和第二主表面中的一者或两者在其上具有导电层，其中至少一个导电层包括被构造用于为位于所述柔性电路上的一个或多个发光半导体器件供电的电路，并且
其中所述柔性电路被成形为形成三维结构，其中所述柔性电路包括所述介电层中的分割线，并且其中使所述介电层的区段彼此在所述分割线处分开。
2.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中发光半导体器件位于所述柔性电路的两个侧面上。
3.根据权利要求2所述的具有三维结构的制品，其中折叠所述柔性电路以使得所述发光半导体器件中的全部均以相似的取向对齐。
4.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中弯曲所述柔性电路以形成三维结构。
5.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中折叠所述柔性电路以形成三维结构。
6.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中将所述柔性电路在一侧粘附到热界面材料。
7.根据权利要求6所述的具有三维结构的制品，其中将所述热界面材料粘附到导热基板。
8.根据权利要求6所述的具有三维结构的制品，其中所述热界面材料为导热粘合剂。
9.根据权利要求7所述的具有三维结构的制品，其中所述导热基板为散热片。
10.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中将所述柔性电路粘附到具有反射表面的基板。
11.根据权利要求1所述的具有三维结构的制品，其中将所述柔性电路粘附到具有反射表面的基板，以使得所述反射表面在所述介电层的分开区段之间可见。
12.根据权利要求1或11所述的具有三维结构的制品，其中将所述柔性电路粘附到发光器件的元件上。
13.根据权利要求12所述的具有三维结构的制品，其中所述发光器件为灯泡。
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