CN106463594A - 反射基板上的柔性电路 - Google Patents

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CN106463594A CN201580025138.XA CN201580025138A CN106463594A CN 106463594 A CN106463594 A CN 106463594A CN 201580025138 A CN201580025138 A CN 201580025138A CN 106463594 A CN106463594 A CN 106463594A
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Abstract

本公开描述了用于在非导电多层反射器基板上产生电路的材料和方法，该非导电多层反射器基板可承受低温焊膏的回流温度，而不在反射基板中产生变形。所述材料和所述方法包括使用基于有机硅聚乙二酰胺聚合物或共聚物的新型反光镜膜，所述膜可在这些温度下保持反射率而不损害反射性或其它膜特性。

Description

反射基板上的柔性电路
背景技术
在许多照明应用中，期望将LED与反射表面组合，以便产生高效率的光源。虽然具有安装的LED的典型电路板可涂覆有反射材料，诸如白色墨水、环氧树脂或油漆，但是这些表面通常仅具有在70％至90％范围内的反射率值。此外，这些类型的表面通常是漫反射的，并且在一些照明系统中散射光可实际上降低效率。镜面反射表面(诸如金属)可帮助在互补方向上引导反射光，并由此提高效率。然而，将反射金属涂层施加至电路板的表面可能是有问题的，因为金属可使电路板导体短路。
发明内容
本公开描述了用于在非导电多层反射器基板上产生电路的材料和方法，所述非导电多层反射器基板可承受低温焊膏的回流温度，而不在反射基板中产生变形。材料和方法包括使用基于有机硅聚乙二酰胺聚合物或共聚物的新型反光镜膜，其可在这些温度下保持反射率而不损害反射或其它膜特性。在一个方面，本公开提供了柔性电路，该柔性电路包括：具有第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层的可见光反射膜，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包括聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；以及设置在可见光反射膜上的电路图案中的导电金属。
在另一方面，本公开提供了方法，该方法包括：将导电金属沉积在膜的主表面上，所述膜具有第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包括聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；以及将导电金属图案化以形成电路。
上述发明内容并非旨在描述本公开的每个公开实施方案或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明例示性实施方案。
附图说明
在整个说明书中均参考附图，其中类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：
图1A示出了反射基板上的柔性电路的透视图；以及
图1B示出了通过图1A的截面A-A’的横截面示意图。
附图未必按比例绘制。附图中使用的类似的标号是指类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用指代部件的标号并非旨在限制另一附图中用相同标号标记的部件。
具体实施方式
本公开描述了用于在非导电多层反射器基板上产生电路的材料和方法，所述非导电多层反射器基板可承受低温焊膏的回流温度，而不在反射基板中产生变形。电子电路可在多种非导电基板诸如聚合物膜、板和复合电路板上制造。对于一些应用，可特别期望在高度反射基板上制造电路。
诸如3M增强镜面反射器(ESR)的非金属聚合物多层干涉镜可用作支撑电路而不使导体短接的表面。然而，通常在电路制造之后施加ESR膜，以避免可损坏ESR膜的焊接回流温度。在低至约130℃的温度下可发生对ESR膜的损坏，该温度通常比焊接回流温度低得多。此外，作为第二操作的切割和施加ESR膜可显著增加电路组件的成本。
在以下说明中参考附图，这些附图形成说明的一部分，并且其中通过例证的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因此，以下的详细说明不应被视为具有限制意义。
除非另外指明，否则本文中使用的所有的科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本文提供的定义旨在有利于理解本文频繁使用的一些术语，并无限制本公开范围之意。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应该理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。
除非本文内容以其他方式明确指定，否则如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。除非本文内容以其他方式明确指定，否则如本说明书和所附权利要求中所用，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
如果在本文中使用空间相关的术语，包括但不限于“下部”、“上部”、“下面”、“下方”、“上方”、和“在顶部上”，那么用于便于描述一个或多个元件相对于另一元件的空间关系。除了附图中示出的或本文所述的具体取向之外，此类空间相关的术语还涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，那么先前描述为在其它元件下方或下面的部分应当在那些其它元件上方。
如本文所用，例如当元件、部件或层描述为与另一元件、部件或层形成“一致界面”、或在“其上”、“连接到其”、“与其耦接”或“与其接触”，则可为直接在其上、直接连接到其、直接与其耦接或直接与其接触，或例如居间的元件、部件或层可能在特定元件、部件或层上，或连接到、耦接到或接触特定元件、部件或层。例如当元件、部件或层被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到另一元件”、“直接与另一元件耦接”或“直接与另一元件接触”时，则没有例如居间的元件、部件或层。
如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”等等均以其开放性意义使用，并且通常是指“包括但不限于”。应当理解，术语“由...组成”和“基本上由...组成”包含在术语“包括”等等之中。
本公开提供下述制造技术：通过使用可承受回流温度的材料制造新型多层光学膜，将柔性电子电路直接制造到非金属聚合物多层干涉镜膜(即可见光反射膜)上，所述回流温度对于许多低温焊膏可为约135℃。代表性的焊膏示例包括具有138℃的回流温度的比率为约58/42的铋和锡的合金，如由俄亥俄州韦斯特莱克的诺信EFD公司(Nordson EFDCorporation,Westlake OH)所提供的并且还可购自纽约州尤蒂卡的美国铟公司(IndiumCorporation of America,Utica,NY)。在一些情况下，新型多层光学膜可承受不大于150℃的回流温度，所述新型多层光学膜可包括若干种无铅焊膏，诸如，例如：比率为52/48(回流131℃)的Sn/In；比率为58/42(回流145℃)的Sn/In；比率为99.3/0.7(回流150℃)的In/Ga；比率为95/5(回流150℃)的In/Bi；比率为57/42/1(回流140℃)的Bi/Sn/Ag；和比率为97/3(回流143℃)的In/Ag；以及可购自纽约州尤蒂卡的美国铟公司(Indium Corporation ofAmerica,Utica,NY)的其它物质。
在一个具体实施方案中，技术包括使用基于有机硅聚乙二酰胺聚合物或共聚物的新型反光镜膜，该膜可在这些温度下保持反射率而不损害反射或其它膜特性、以及在反射基板上制造柔性电路所必需的条件。有机硅聚乙二酰胺聚合物或共聚物包括膜，诸如在例如名称为聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺共聚物(POLYDIORGANOSILOXANE POLYOXAMIDECOPOLYMERS)的美国专利7,501,184；名称为包括热塑性有机硅嵌段共聚物的多层膜(MULTILAYER FILMS INCLUDING THERMOPLASTIC SILICONE BLOCK COPOLYMERS)的美国专利7,820,297；以及名称为包括热塑性有机硅嵌段共聚物的膜(FILMS INCLUDINGTHERMOPLASTIC SILICONE BLOCK COPOLYMERS)的美国专利8,067,094中所描述的那些膜。
在电子工业中，具有反射表面的LED电路可充当从手持式和移动设备到膝上型计算机、监视器、TV和照明设备的各种LCD显示器应用中的有效光引擎。通过使光引擎更有效，制造商可提高系统效率、降低成本和改善亮度。在用于普通光照的照明系统中，组合电子电路和反射器可减少零件数量并且还可改善效率。反射基板上的柔性电路的附加应用可包括例如太阳能和其它传感器应用，因为本发明能够实现可在单个膜中提供反射功能和电功能两者的片材。
图1A示出了根据本公开一个方面的在反射基板100上的柔性电路的透视图。在反射基板100上的柔性电路包括具有第一主表面112和相对第二主表面114的聚合物多层干涉反射器110。导电金属120设置在第一主表面112上的电路图案中(在本文中，由导电金属120中的断裂表示)。例如使用焊接接头140将包括LED 135的电子部件130电连接到导电金属120。在反射基板100内的局部受热区域115由在焊接接头140处焊接连接部而产生，并且在一些情况下可延伸遍及整个聚合物多层干涉反射器110，例如在回流焊接过程期间。
图1B示出了根据本发明一个方面的通过图1A的截面A-A’的横截面示意图。在图1B中，横截面示出直接沉积在聚合物多层干涉反射器110的第一主表面112上的电路图案的导电金属120。在一些情况下，接合层(未示出)可沉积在聚合物干涉反射器110的第一主表面112上，以有助于导电金属120的粘合，如在别处所述。在一些情况下，粘合剂层(未示出)可设置在导电金属120与聚合物干涉反射器110的第一主表面112之间，以将两者粘附在一起，如在别处所述。
局部受热区域115通常延伸穿过聚合物多层干涉反射器110的厚度，并且可导致包括聚合物多层干涉反射器110的数十至数百交替聚合物层的变形，这可导致反射率、特别是镜面反射率的降低。本公开涉及构成聚合物多层干涉反射器110的耐热材料，由此使得对于所设想的焊接回流温度，不发生性能的劣化。
用于在反射基板上制造柔性电路的工艺步骤包括在本领域中是已知的用于制备所谓的“粘性附接的挠性电路”和/或“无粘合剂挠性电路”的步骤。在一些情况下，例如粘性附接的挠性电路可包括具有粘合剂背衬的导电金属迹线，所述粘合剂背衬可共同地被图案化并粘接性地附接到反射基板的主表面，如本领域的技术人员已知的。
在一些情况下，粘性附接的挠性电路和无粘合剂挠性电路可包括通过使用多种技术中的一种而沉积到反射基板上的任选的导电粘合促进“接合”层，所述技术包括例如溅镀、气相沉积、等离子体沉积或电子束蒸镀。在一些情况下，“接合”层可包括良好地粘附到反射基板的外表面的易于沉积的金属，诸如例如铬、镍-铬等等，如本领域的技术人员已知的。在一个具体实施方案中，“接合”层可沉积的厚度为在约5nm至约30nm、或约5nm至约20nm、或约10nm至约15nm范围内。
在一些情况下，无粘合剂挠性电路可为优选的，并且可包括金属“种子”层，该层然后可任选地通过任何类似技术沉积在“接合”层上；“种子”层通常可用作用于镀覆柔性电路的导体的导电基底，并且可为与柔性电路相同的金属或不同的金属。在一个具体实施方案中，“种子”层可沉积的厚度为在约50nm至约500nm、或约50nm至约200nm、或约100nm至约150nm范围内。在一些情况下，种子层可沉积到低至15nm的厚度，并且仍然导致合格的镀覆。在一些情况下，柔性电路和/或“种子”层的导电金属可包括铜、银、铝、锡、金，或它们的合金或组合。在一些情况下，导电金属可包括至少两种金属(例如银和铜)的层合体。
可通过任何已知技术(例如通过使用电镀或无电镀覆)通过将至少一种金属镀覆在粘合促进“接合”层和/或“种子”层上来沉积导电金属。在一个具体实施方案中，导电金属可沉积的厚度为在约2微米至约50微米、或约2微米至约25微米、或约10微米至约20微米范围内。
然后，可通过任何常用的图案化技术来将导电金属图案化以形成电路，所述图案化技术诸如包括施加光致抗蚀剂、将光致抗蚀剂图案化、蚀刻导电金属以及移除光致抗蚀剂的步骤。然后，可将至少一个电子部件焊接到在反射基板上的导电金属电路。
实施例
比较例
进行了若干次尝试以在购自3M公司(3M Company)的ESR膜聚合物反射器上产生电子电路。工艺步骤类似于用于制备所谓的“无粘合剂挠性电路”的那些工艺步骤，例如，在聚合物基板上的铜通过将金属镀覆在聚合物基板上而产生，而不是通过金属膜的粘合层合。在工艺中的第一步骤是使用将结合到基板聚合物的金属和工艺将导电“接合”层溅镀涂覆到ESR膜上，如本领域技术人员已知的。通过以下步骤来制造导电ESR镜膜：将约10nm的铬溅镀涂覆到表面上，然后将铜溅镀至约100nm厚度，最后用铜镀覆至约12微米-20微米厚度。然后使用常规电路图案工艺，将所得的“光学挠性”图案化并进行蚀刻。所得的电路保持其支撑图案化导电迹线的镜面。
然后测试这些ESR基板电路的可焊性，并且发现，使用比率为63/37的锡/铅焊料用设定为约550℉(288℃)的焊铁可进行手焊。然而，用更高温度的无铅焊料(诸如，比率为96.5/3/0.5的锡/银/铜焊料)进行测试更加困难，因为只有使用精细点焊烙铁并且只有当铁的顶端仅接触铜镀覆时才可进行焊接。与ESR膜基板的任何接触导致即时的孔或缺陷。
在回流过程中使用低温锡/铋焊膏的测试导致镜面严重起皱，从而降低反射特性。进行了若干次尝试以修改工艺，但是起皱的ESR膜比138℃的焊膏回流温度低约10℃。所使用的焊膏是回流温度为138℃的具有58/42的比率的铋和锡(Bi/Sn)焊膏组合物的合金(购自俄亥俄州韦斯特莱克的诺信EFD公司(Nordson EFD Corporation,Westlake OH))。
实施例1
使用根据U.S.7,820,297中描述的工序制备的基于有机硅聚乙二酰胺的镜子作为可见光反射膜，所述基于有机硅聚乙二酰胺的镜子具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为高折射率材料和表皮以及聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺热塑性有机硅弹性体作为低折射率材料的275个交替层。在基于有机硅聚乙二酰胺的镜子上沉积约5nm铬的“接合”层，并且然后在“接合”层上沉积约250nm铜的“种子”层，两者均使用具有电子束蒸镀源的分批涂布机。然后，使用电镀工艺将铜镀覆至约18微米至20微米铜的厚度。将LED电路图案化到铜表面和膜上。电路约230mm长，其具有约1mm宽并间隔开约10mm的两条电源总线连接在总线之间运行的LED电路。在氯化铁浴中蚀刻膜以移除未图案化的铜，并且然后在高锰酸钾和氢氧化钾的混合物中蚀刻膜以移除铬层并在反射基板上显示出柔性电路，这适用于LED的附接。
然后，使用购自3M公司(3M Company)的TC 2810导热环氧树脂将在反射基板上的柔性电路层合至铝片材。将回流温度为138℃的具有58/42比率的Bi/Sn焊膏组合物(购自俄亥俄州韦斯特莱克的诺信EFD公司(Nordson EFD Corporation,Westlake OH))沉积在电路的部件垫上。LED电路组装有串联的6个Osram Oslon LED。将LED放置在糊剂中并加热至150℃的温度。冷却并测试电路，并且LED能够被供电和照明。镜膜的表面看起来未损坏并且仍然示出镜面反射率。
以下为本公开的实施方案的列表。
项目1是一种柔性电路，包括：具有第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层的可见光反射膜，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；以及设置在可见光反射膜上的电路图案中的导电金属。
项目2是根据项目1所述的柔性电路，其中第一聚合物材料与第二聚合物材料之间的折射率的差值大于约0.05。
项目3是根据项目1或项目2所述的柔性电路，其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的每种聚合物材料包含有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物。
项目4是根据项目1至项目3所述的柔性电路，其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、PET/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物、PEN/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物、PMMA/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物或它们的组合。
项目5是根据项目1至项目4所述的柔性电路，其中导电金属包含铜、银、铝、锡、金、或它们的合金或组合。
项目6是根据项目1至项目5所述的柔性电路，其中导电金属包括至少两种金属的层合体。
项目7是根据项目6所述的柔性电路，其中至少两种金属的层合体包含银和铜。
项目8是根据项目1至项目7所述的柔性电路，其中可见光反射膜是非导电的。
项目9是根据项目1至项目8所述的柔性电路，还包括焊接到导电金属的至少一个电子部件。
项目10是根据项目9所述的柔性电路，其中至少一个电子部件包括发光二极管(LED)。
项目11是根据项目9或项目10所述的柔性电路，其中焊料是熔点不大于约150℃的低温焊料。
项目12是根据项目9至项目11所述的柔性电路，其中焊料是熔点不大于约138℃的低温焊料。
项目13是根据项目9至项目12所述的柔性电路，其中焊料包含锡和铋的混合物。
项目14是根据项目9至项目13所述的柔性电路，其中围绕焊接的电子部件的可见光反射膜未可见地变形。
项目15是根据项目1至项目14所述的柔性电路，还包括设置在可见光反射膜与导电金属之间的粘合促进接合层。
项目16是根据项目15所述的柔性电路，其中粘合促进接合层包含铬。
项目17是根据项目1至项目16所述的柔性电路，还包括设置在可见光反射膜与导电金属之间的粘合剂。
项目18是一种方法，包括：将导电金属沉积在膜的主表面上，所述膜包括第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；以及将导电金属图案化以形成电路。
项目19是根据项目18所述的方法，还包括在沉积导电金属之前将粘合促进接合层沉积在膜的主表面上。
项目20是根据项目19所述的方法，其中沉积粘合促进接合层包括溅镀、气相沉积、等离子体沉积或电子束蒸镀。
项目21是根据项目18所述的方法，其中导电金属包括将导电金属粘附到膜的主表面的粘合剂层。
项目22是根据项目18至项目21所述的方法，其中沉积导电金属包括将至少一种金属镀覆在粘合促进接合层上。
项目23是根据项目22所述的方法，其中镀覆包括电镀。
项目24是根据项目18至项目23所述的方法，其中将导电金属图案化包括施加光致抗蚀剂、将光致抗蚀剂图案化、蚀刻导电金属以及移除光致抗蚀剂的步骤。
项目25是根据项目18至项目24所述的方法，还包括将至少一个电子部件焊接到电路。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应当被理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望性能而变化。
本文中引用的所有参考文献及出版物全文以引用方式明确地并入本文中，但可与本公开直接冲突的部分除外。虽然本文已经举例说明并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开的范围的情况下，多种另选和/或等同的具体实施可代替所示出的和所描述的具体实施方案。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何调整或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求书及其等同形式的限制。

Claims (25)

1.一种柔性电路，包括：
可见光反射膜，所述可见光反射膜具有第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；和
导电金属，所述导电金属设置在所述可见光反射膜上的电路图案中。
2.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之间的折射率的差值大于约0.05。
3.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的每种聚合物材料包含有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、PET/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物、PEN/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物、PMMA/有机硅聚乙二酰胺嵌段共聚物或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述导电金属包含铜、银、铝、锡、金或它们的合金或组合。
6.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述导电金属包括至少两种金属的层合体。
7.根据权利要求6所述的柔性电路，其中所述至少两种金属的层合体包含银和铜。
8.根据权利要求1所述的柔性电路，其中所述可见光反射膜是非导电的。
9.根据权利要求1所述的柔性电路，还包括焊接到所述导电金属的至少一个电子部件。
10.根据权利要求9所述的柔性电路，其中所述至少一个电子部件包括发光二极管(LED)。
11.根据权利要求9所述的柔性电路，其中焊料是熔点不大于约150℃的低温焊料。
12.根据权利要求9所述的柔性电路，其中所述焊料是熔点不大于约138℃的低温焊料。
13.根据权利要求12所述的柔性电路，其中所述焊料包含锡和铋的混合物。
14.根据权利要求9所述的柔性电路，其中围绕所述焊接的电子部件的所述可见光反射膜不可见地变形。
15.根据权利要求1所述的柔性电路，还包括设置在所述可见光反射膜与所述导电金属之间的粘合促进接合层。
16.根据权利要求15所述的柔性电路，其中所述粘合促进接合层包含铬。
17.根据权利要求1所述的柔性电路，还包括设置在所述可见光反射膜与所述导电金属之间的粘合剂。
18.一种方法，包括：
将导电金属沉积在膜的主表面上，所述膜包括：
第一聚合物材料和第二聚合物材料的交替层，每种聚合物材料具有不同的折射率，并且其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的至少一种聚合物材料包含聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺嵌段共聚物；以及
将所述导电金属图案化以形成电路。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括在沉积所述导电金属之前，将粘合促进接合层沉积在所述膜的所述主表面上。
20.根据权利要求19所述的方法，其中沉积所述粘合促进接合层包括溅镀、气相沉积、等离子体沉积或电子束蒸镀。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述导电金属包括将所述导电金属粘附到所述膜的所述主表面的粘合剂层。
22.根据权利要求18所述的方法，其中沉积所述导电金属包括镀覆至少一种金属。
23.根据权利要求22所述的方法，其中镀覆包括电镀。
24.根据权利要求18所述的方法，其中将所述导电金属图案化包括施加光致抗蚀剂、将所述光致抗蚀剂图案化、蚀刻所述导电金属以及移除所述光致抗蚀剂的步骤。
25.根据权利要求18所述的方法，还包括将至少一个电子部件焊接到所述电路。
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