CN208657154U - 用于附接发光半导体装置的柔性多层基板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了用于附接发光半导体装置的柔性多层基板，该柔性多层基板包括：第一电介质层；位于该第一电介质层上的电路层；位于该电路层上的第一导热层；设置在该第一导热层上且具有穿过其的多个开口的不连续金属支撑层；和位于该支撑层上的第二导热层。该柔性多层基板还包括延伸穿过该第一电介质层的多个传导通孔，使得该电路层与该多个传导通孔连通。该第一导热层在该开口内与第二导热层接触。

Description

用于附接发光半导体装置的柔性多层基板
技术领域
本申请涉及一种用于附接发光半导体装置的柔性多层基板。
背景技术
包括发光二极管(LED)和激光二极管的发光半导体装置(LESD)在工作时可产生大量热，这些热量必须得到正确的管理，否则这些装置的性能可能受到限制或变得低效。一般而言，如果热量未得到正确管理，LESD 容易因来自装置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。过量热积聚可使LESD中使用的材料诸如密封剂劣化。当LESD被附接到柔性电路层压板(其也可包括其它电子组件)时，热耗散问题大大增加。
针对表面贴装(SM)LESD的高性价比热管理是当今电子行业面临的重大挑战。SMLESD必须具有管芯级热管理解决方案以及驱动电路热管理解决方案。传统的SM LESD封装解决方案将驱动电路放在FR4印刷电路板(PCB)或金属芯PCB(MCPCB)上。一般来讲，这些基板均可包括能够降低所得装置的热耗散能力的相对厚的电介质层。在一些情况下，柔性电路用于LESD。这些柔性电路封装通常使用双面胶或热熔胶附接到铝散热器。然而，这些粘合剂可增大封装的热阻抗，并且降低LESD的效率。因此，需要持续改善LESD封装的柔性多层基板的设计以改善其热耗散性能。
实用新型内容
根据本实用新型的第一实施方案，用于附接发光半导体装置的柔性多层基板包括：具有第一面和第二面的第一电介质层；设置在第一电介质层的第二面上的电路层；背对第一电介质层设置在电路层上的第一导热层；背对电路层设置在第一导热层上的不连续金属支撑层；和背对第一导热层设置在支撑层上的第二导热层。柔性多层基板还包括从第一电介质层的第一面延伸至第二面的多个传导通孔，其中电路层与多个传导通孔连通。不连续金属支撑层是电连续的，并且包括延伸穿过不连续金属支撑层的开口阵列，使得第二导热层通过不连续金属支撑层在开口中与第一导热层接触。
在第二示例性方面，用于附接发光半导体装置的柔性多层基板包括：具有第一电介质层的柔性电路结构，其中第一电介质层具有第一面和第二面；从第一电介质层的第一面延伸至第二面的多个传导通孔：和设置在第一电介质层的第二面上的电路层；以及被构造成保护电路层并将柔性电路结构附接到辅助基板的隔离结构。隔离结构包括：第一导热层；背对电路层设置在第一导热层上的不连续金属支撑层，其中不连续金属支撑层是电连续的，并且包括延伸穿过不连续金属支撑层的开口阵列；和背对第一导热层设置在支撑层上的第二导热层，其中第二导热层通过不连续金属支撑层在开口中与第一导热层接触。
本实用新型的上述实用新型内容并不旨在描述本实用新型的每个例示的实施方案或每个具体实施方式。附图及其后的详细描述更特别地举例说明这些实施方案。
附图说明
将参照附图进一步描述本实用新型，其中：
图1为根据本实用新型的一个实施方案的用于附接发光半导体装置的柔性多层基板的示意图。
虽然本实用新型可修改为各种修改形式和替代形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出并将做详细描述。然而，应当理解，不旨在将本实用新型限制于所描述的特定实施方案。相反，其目的在于涵盖落入如由所附权利要求书所限定的本实用新型的范围之内的所有修改、等同形式和可替换的方案。
具体实施方式
在下面的描述中，参考了构成本说明书的一部分的一组附图，其中通过举例说明的方式示出了若干具体实施方案。应当理解，在不脱离本实用新型范围或实质的情况下可设想并实施其它实施方案。因此，以下具体实施方式不被认为具有限制性意义。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数字在所有情况下均应理解为由术语“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使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。
除非另外指明，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、溢涂等，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。
术语“LESD”意指发光半导体装置，包括一个或多个发光二极管装置和一个或多个激光二极管装置；LESD可为裸露的LES管芯构造、完全封装的LES构造，或包括不止裸片但少于完整LES封装的所有部件的中间LES构造，使得术语LES和LESD可互换使用，并且是指一个或所有不同的LES构造；“分立LESD”通常是指一个或多个“已封装”，并且准备好在连接到电源之后运行的LESD，诸如驱动电路，包括 MCPCB、MIS等。适于在本实用新型的实施方案中使用的分立LESD的示例为可购自德国欧司朗光电半导体有限公司(OSRAM OptoSemiconductors GmbH，Germany)的Golden DRAGON LED；可购自美国飞利浦流明照明公司(Philips Lumileds Lighting Company，USA)的LUXEON LED；可购自美国科锐公司(CreeInc.，USA)的XLAMP LED，以及本文所述的分立LESD和类似装置。
“柔性多层基板”意指一个或多个分立LESD可附接到的有电路的柔性制品，该制品为与其附接的LESD提供热管理和驱动电路；本实用新型的支撑制品的可商购替代品可包括金属芯印刷电路板(MCPCB)、金属绝缘基板(MIS)、Bergquist导热片和COOLAM热基板。
如本文所述，本实用新型的示例性实施方案可涉及包括金属填充通孔的柔性多层基板，其中通孔一直延伸穿过第一电介质层，从而提供穿过第一电介质层的导电和导热通路。示例性柔性多层基板为能够用于单个 LESD或多个LESD封装的单金属层设计。
图1示出了用于LESD封装应用的示例性柔性多层基板。柔性多层基板100包括电路部分105和设置在电路部分上的隔离结构140。电路部分包括具有第一面111和第二面112的第一电介质层110，第二面具有从第一面111延伸穿过第一电介质层至第二面112的多个传导通孔120和设置在第一电介质层的第二面上的电路层130，电路层包括图案化导电特征结构或迹线132。隔离结构140可背对第一电介质层设置在电路层上。隔离层保护电路层并使柔性多层基板能够附接到辅助基板，诸如散热器或散热片180。
电路层130可由形成于第一电介质层的第二面上的铜、镀银铜、镀金铜、金或其它合适的材料形成。电路层可通过常规的加成工艺、减成工艺或混合工艺形成。
隔离结构140包括第一导热层150、设置在第一导热层上的不连续金属支撑层160和背对第一导热层设置在支撑层上的第二导热层170。隔离结构140附接到电路部分105，使得第一导热层与电路层相邻。不连续金属支撑层是电连续的，并且包括延伸穿过金属支撑层的开口阵列，使得第二导热层通过不连续金属支撑层在开口中与第一导热层接触。
LESD 190可通过已知的管芯粘结方法诸如低共熔、钎焊、导电粘合剂、焊接和融合粘结，直接或间接附接到第一电介质层110的第一面111 上的通孔120的顶部表面。在一个示例性方面，LESD 190在LESD的底侧上包括多个触点192，其中多个触点中的每个触点直接粘结到穿过第一电介质层设置在通孔中的传导通孔塞的穹顶形表面。通孔120通常至少提供与电路层130的电连接，并且能够任选地提供热连接以便热耗散。在一些实施方案中，可在LESD和第一电介质层和传导通孔之间分配导热密封剂(未示出)以增强从LESD进行的热转移。
在一个示例性方面，第一电介质层110为厚度为约0.5密耳至约5.0 密耳的柔性聚合物膜或其它合适的材料。适用于第一电介质层的合适材料包括聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物和聚酰亚胺。优选聚酰亚胺。合适的聚酰亚胺包括以商品名KAPTON购自杜邦公司(DuPont)、以商品名APICAL 购自钟化德州公司(Kaneka Texas corporation)、以商品名SKC Kolon PI购自SKC Kolon PI公司(SKC Kolon PI Inc.)以及以商品名UPILEX和UPISEL购自日本宇部日东化成株式会社(Ube-Nitto Kasei Industries，Japan) 的那些。最优选以商品名UPILEX S、UPILEX SN和UPISEL VT全部购自宇部日东化成株式会社(Ube-Nitto Kasei Industries)的聚酰亚胺。这些聚酰亚胺由诸如联苯四羧酸二酐(BBDA)和苯二胺(PDA)的单体制成。在至少一个实施方案中，介电层的厚度优选为50微米或更小，但也可为适合特定应用的任何厚度。
可首先在第一电介质层的一面上覆以导电层。导电层可形成到用于待通过减成蚀刻工艺贴装在柔性多层基板上的LESD的驱动电路中。或者，可在第一电介质层的一面上设置可光成像层。可光成像层可图案化并且可形成以能够使驱动电路通过加成电镀工艺形成在第一电介质层上。导电层可为任何合适的材料，包括铜、金、镍/金和不锈钢，但通常为铜。导电层可以任何合适的方式施加，诸如溅射、电镀、化学气相沉积，或者可层合至电介质层或用粘合剂附接。
通孔120延伸穿过电介质层110，并且可为任何合适的形状，例如圆形、椭圆形、矩形等。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、注塑和冲切在第一电介质层上形成通孔。在一些实施方案中可优选化学蚀刻。任何合适的蚀刻剂均可使用，并且可根据电介质层材料的类型而改变。合适的蚀刻剂可包括：碱金属盐，例如氢氧化钾；含增溶剂例如胺和醇(诸如乙二醇)中的一者或两者的碱金属盐。适合本实用新型的一些实施方案的化学蚀刻剂包括 KOH/乙醇胺/乙二醇蚀刻剂，诸如在美国专利公开2007-0120089-A1中详细描述的那些，该专利公开以引用方式并入本文中。适合本实用新型的一些实施方案的其它化学蚀刻剂包括KOH/甘氨酸蚀刻剂，诸如在共同未决的美国专利公布2013-0207031中详细描述的那些，该专利公布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。
通孔120可形成有倾斜或成角的侧壁，使得每个通孔120通过第一电介质层的第一面处的第一宽度和第一电介质层的第二面处的第二宽度来表征。对于本专利申请的目的，倾斜侧壁指不垂直于第一电介质层的水平面的侧壁。在一个示例性方面，第一宽度可大于第二宽度。通孔的侧壁以20度至约80度的角、优选以约20°至约45°的角、更优选以约25°至约 35°的角远离第一电介质层的第二面的表面倾斜。
相比于具有90°侧壁的通孔，通孔120的倾斜侧壁可容纳更多传导材料。例如，通孔邻近电介质层110的第二面112上的导电特征结构132 的开口通常受到该导电特征结构的尺寸的限制；然而，通过采用倾斜的通孔侧壁，通孔相对端处(即电介质层的第一面111处)的开口可放大至最佳尺寸，使得通孔可容纳更大量的传导材料(以从LESD转移更多热量)，并且该开口处的传导材料具有可与热转移材料或吸热材料(诸如可被附接到电介质层和传导材料填充通孔的导热灌封材料或金属基板)更有效地连接的较大表面积。另外，通孔的较大表面积降低了在柔性多层基板100 上放置LESD的容差。最后，通孔壁的倾斜有助于在焊接回流工艺期间保持焊料，从而防止焊料流到邻近的焊盘。
每个通孔120包括设置在其中的传导材料。传导材料形成基本上填充通孔的通孔塞125。通孔塞可从第一电介质层的第二面(在此处连接电路层130)延伸至位于或接近第一电介质层的第一面的位置，并且可具有邻近第一电介质层的第一面设置的穹顶形表面。通孔塞可大致描述为靠近第一电介质层的第一面具有略微穹顶形表面或略微碗形(即中心为凹形) 的截头(两个平行平面之间的圆锥体固体)形金属特征结构。在一个示例性方面，穹顶形表面的一部分可超出由第一电介质层的第一面的表面所定义的平面。
传导通孔塞125可由高温锡铅焊料、电镀铜、电镀镍，或满足所选应用导电性和机械要求的另一种导电材料形成。在一个示例性方面，传导通孔塞可通过将金属从第一电介质层的第一面加成电镀到开口中形成。或者，可使用焊接回流工艺形成传导通孔塞。传导通孔使LESD 190可靠地电连接到柔性多层基板的电路层130。
在一个示例性方面，隔离结构的不连续金属支撑层可为柔性热扩散材料，诸如打孔的金属箔、金属网片等。在由柔性热扩散材料构成的支撑层中，热量可横向扩散，使得不连续金属支撑层的第二面上存在更大的热转移面积，这可增加和改善与不连续金属支撑层相关的热转移效率和柔性多层基板的整体热性能。取决于具体实施方案，热量可通过Z方向上的传导从支撑层转移至第二导热层。
柔性热扩散材料可泛指并且包括柔性等于或大于20密耳厚的冲压铝片和/或柔性等于或大于15密耳厚的冲压铜片等的多种金属材料。
在一个示例性方面，不连续金属支撑层为打孔的，使得其具有连续的导热和导电金属基体部分，该基体部分具有穿过其设置的规则的开口阵列。第一导热层和第二导热层可通过不连续金属支撑层中的开口直接接触。在第一导热层和导热层由相同导热材料形成的一个示例性方面，在支撑层中的开口内可消除第一导热层与导热层之间的热界面，这可改善具有打孔支撑层的柔性多层基板的热转移性能。
第一导热层和/或第二导热层可为任何合适的绝热界面材料。一般来讲，热界面材料包括设置在聚合物粘结剂中的导热但不导电的填料。示例性导热填料可包括氮化硼、氧化铝、氧化镁、结晶二氧化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锌等，而示例性聚合物粘结剂可包括有机硅粘结剂、环氧树脂粘结剂、丙烯酸粘结剂等。导热层可以液体、糊剂、凝胶、固体等形式施加至柔性多层基板。施加热界面材料的合适方法取决于具体热界面材料的特性，但包括精确涂布、滴涂、丝网印刷、层合等。
在一个另选实施方案中，隔离结构可预成形并以分段或连续卷对卷工艺层合至柔性电路结构。固化可固化热界面材料的合适方法包括UV固化、热固化等。
在一个示例性方面，第一导热层可为能够用于将隔离结构粘结到柔性电路结构的电路层上的热粘结导热粘合剂。在另一个方面，第二导热层可为能够用于将柔性多层基板粘结至散热片或其它散热器的底座的热粘结导热粘合剂。在一个另选实施方案中，第一导热层和/或第二导热层不一定具有粘合性能，在这种情况下可使用辅助导热粘合剂将隔离结构粘合至柔性多层基板的柔性电路结构和/或将柔性多层基板粘结至散热片或其它散热器。
柔性多层基板在用于LESD封装应用时可提供以下益处。本实用新型的柔性多层基板可降低分立发光装置的整体耐热性。包含传导材料的本实用新型的通孔提供优异的Z轴导热率。可调节通孔的尺寸和隔离结构不连续金属支撑层的孔隙率以提供最佳耐热性值。由于柔性多层基板为单金属层结构，因此相比于双金属层基板，柔性多层基板可提供适于LESD 封装应用而不损害热性能的较便宜基板。此外，本实用新型的柔性多层基板与LESD可消除与传统LED底面贴装相关的成本。本实用新型的柔性 LESD可为当前和未来的高功率LESD构造提供稳健的高性价比热管理解决方案。
本实用新型所属领域的技术人员在阅读本实用新型的说明书之后，本实用新型可适用的各种修改形式、等同工艺以及众多结构将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种用于附接发光半导体装置的柔性多层基板，其特征在于，所述柔性多层基板包括：
第一电介质层，所述第一电介质层具有第一面和第二面；
多个传导通孔，所述多个传导通孔从所述第一电介质层的所述第一面延伸至所述第二面；
电路层，所述电路层设置在所述第一电介质层的所述第二面上与所述多个传导通孔连通；
第一导热层，所述第一导热层背对所述第一电介质层设置在所述电路层上；
不连续金属支撑层，所述不连续金属支撑层背对所述电路层设置在所述第一导热层上，其中所述不连续金属支撑层是电连续的并且包括延伸穿过所述不连续金属支撑层的开口阵列；和
第二导热层，所述第二导热层背对所述第一导热层设置在所述支撑层上，其中所述第二导热层通过所述不连续金属支撑层在所述开口中与所述第一导热层接触。
2.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述通孔填充有电镀铜以形成通孔塞，其中所述通孔塞具有在所述第一电介质层的所述第一面上方延伸的穹顶形表面。
3.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述第一导热层包括设置在粘结剂中的导热填料。
4.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述第一导热层为热粘结导热粘合剂。
5.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述第一导热层和所述第二导热层具有相同的组成。
6.根据权利要求2所述的柔性多层基板，其中所述发光半导体装置邻近所述第一电介质层的所述第一面附接到柔性多层基板。
7.根据权利要求2所述的柔性多层基板，其中所述发光半导体装置在所述发光半导体装置的底面上包括多个触点，其中所述多个触点中的每个触点直接粘结到穿过所述第一电介质层设置在所述通孔中的传导通孔塞的穹顶形表面。
8.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述不连续金属支撑层选自充当中间散热器的打孔金属箔和金属网片中的一者。
9.根据权利要求1所述的柔性多层基板，其中所述第一导热层和所述第二导热层为相同的材料，并且所述第一导热层与所述第二导热层之间在所述支撑层中的开口内不存在热界面。
10.一种用于附接发光半导体装置的柔性多层基板，其特征在于，所述柔性多层基板包括：
具有第一电介质层的柔性电路结构，所述第一电介质层具有第一面和第二面；多个传导通孔，所述多个传导通孔从所述第一电介质层的所述第一面延伸至所述第二面；和电路层，所述电路层设置在所述第一电介质层的所述第二面上：和
隔离结构，所述隔离结构被构造成保护所述电路层并将所述柔性电路结构附接到辅助基板，其中所述隔离结构包括：第一导热层；不连续金属支撑层，所述不连续金属支撑层背对所述电路层设置在所述第一导热层上，其中所述不连续金属支撑层是电连续的并且包括延伸穿过所述不连续金属支撑层的开口阵列；和第二导热层，所述第二导热层背对所述第一导热层设置在所述支撑层上，其中所述第二导热层通过所述不连续金属支撑层在所述开口中与所述第一导热层接触。
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