TW201329382A - 具有三維結構之可撓式發光半導體裝置 - Google Patents

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Ravi Palaniswamy
Arokiaraj Jesudoss
Justine Anne Mooney
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Abstract

本發明提供一種物品，其包含一可撓式電路，該電路包含一具有第一及第二主要表面之聚合介電層，該第一及該第二主要表面中之一或兩者上具有一傳導層，其中至少一個傳導層包含一電路，其經組態而對位於該可撓式電路上之一或多個發光半導體裝置供電，其中使該可撓式電路成形而形成一三維結構。

Description

具有三維結構之可撓式發光半導體裝置
本發明係關於可撓式發光半導體裝置。
習知發光半導體(LES)裝置(LESD)(包括發光二極體(LED)及雷射二極體)以及含有LESD之封裝具有若干缺點。高功率LESD產生大量熱，必須對該熱量進行管理。熱管理處理由熱逸散及熱應力產生之問題，其目前為限制發光二極體效能之一個關鍵因素。
一般而言，LES裝置通常易於因裝置內產生之熱以及來自日光之熱(在外部照明應用之情況下)的積累而導致損壞。過量的熱積累會造成LES裝置中所用之材料(諸如LESD之密封劑)劣化。當LESD附接至亦可包括其他電組件之可撓式電路層製品時，熱逸散問題大大增加。
另外，習知LES裝置及封裝傾向於較厚，此限制了該等裝置及封裝在低板型應用(low form factor application)中之使用。因此，依然需要改良可撓式LES裝置及封裝之設計以改良其熱逸散性質且允許其用於低板型中。
本發明之至少一個態樣提供一種產生光之物品，其包含由一可撓式電路支撐之LESD且經組態成一三維物品。因為可撓式電路較薄並可撓，並且可彎曲且摺疊成所需形狀，所以其能很好地適用於該等物品。另外，可使電路圖案化以在最終經組態物品之所需位置提供LESD。產生光 之物品(諸如含有LED之產生光之物品)的一個常見問題為熱管理。本發明之實施例可達成所需的熱管理，同時亦提供所需的產生光之形狀及結構。
本發明之至少一個態樣利用一種穩固的可撓式LESD構造來為當前及將來的高功率LESD構造提供一種成本有效的熱管理解決方案。為了處理高功率LESD陣列，需要能夠逸散大量熱。根據本發明之至少一個實施例，可藉由將LESD整合至具有可撓式聚合介電基板(亦即介電層)之系統中來管理熱逸散。為實現較佳熱管理，安置LESD以便藉由控制LESD與導熱層之間的絕緣體(介電)材料之厚度或藉由完全移除LESD與導熱層之間的絕緣體材料來使LESD與導熱層緊密或直接熱接觸。在本發明之至少一個實施例中，為達成LESD之所需安置，進行受控移除，例如藉由蝕刻介電層至所需厚度以形成空穴、或產生完全穿過介電層之開口以形成通孔來進行。蝕刻介電層可藉由產生傾斜側壁而提供額外優勢，該等側壁可經反射材料塗佈以提供增強之光效率。另外，在至少一些實施例中，因為LESD位於介電層表面之下，所以其具有比標準LES裝置低的剖面，此使得其能很好地適用於低板型應用。
本發明之至少一個態樣提供一種物品，其包含一具有第一及第二側之可撓式電路，該電路包含一具有第一及第二主要表面之聚合介電層，該第一及該第二主要表面中之一或兩者上具有一傳導層，其中至少一個傳導層包含一電路，其經組態而對位於該可撓式電路上之一或多個發光半 導體裝置供電，且其中使該可撓式電路成形而形成一三維結構。
如本申請案中所使用：「LES」意謂發光半導體，其包括發光二極體及雷射二極體，且「LESD」意謂發光半導體裝置，其包括發光二極體裝置及雷射二極體裝置。LESD可為裸LES晶粒構造、完全封裝的LES構造、或包含多於裸晶粒但少於完全LES封裝之全部組件的中間LES構造，因此術語LES及LESD可互換使用且係指一個或所有不同LES構造。術語「可撓式LES裝置」或「可撓式LESD」典型地係指含有裸晶粒發光半導體、封裝LES構造或中間LES構造之可撓式物品。
本發明至少一個實施例之另一優勢為空穴或通孔含有填充於限定區域中之密封劑。本發明至少一個實施例之另一優勢為可撓式介電層上之LESD可串聯、並聯電連接，或個別地視所需應用而定。本發明至少一個實施例之另一優勢為可撓式介電層有助於在基板兩側上產生電路圖案。本發明至少一個實施例之另一優勢為可撓式基板為LESD物品提供較大的可撓性及彎曲性。
本發明之上述發明內容並不意欲描述本發明之每一所揭示實施例或每個實施方式。接下來的圖式及實施方式更為詳盡地舉例說明說明性實施例。
在以下描述中，參照隨附一組圖式，其形成此描述之一 部分且其中藉由舉例方式展示若干特定實施例。一般而言，在各種實施例中，類似參考數字用於類似特徵。除非另外指示，否則此等類似特徵可包含相同材料，具有相同屬性，且發揮相同或類似功能。在適當的情況下，即使未明確指出，針對一個實施例描述之額外或可選特徵亦可為其他實施例之額外或可選特徵。應瞭解，可在不脫離本發明之範疇或精神的情況下預期且產生其他實施例。因此，以下詳細描述不應以限制性意義來理解。
除非另外指示，否則說明書及申請專利範圍中所使用之表示特徵大小、量及物理性質的所有數字均應理解為在所有情形下由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及隨附申請專利範圍中所陳述之數值參數為可視由熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示來設法獲得之所要性質而變化的近似值。利用端點使用之數值範圍包括彼範圍內之所有數字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)及彼範圍內之任何範圍。
除非另外指示，否則術語「塗佈(coat)」、「塗佈/塗層(coating)」、「經塗佈(coated)」及其類似術語不限於諸如噴霧塗佈、浸漬塗佈、覆液式塗佈(flood coating)等特定類型的施加方法，且可係指一種材料，其藉由適用於所述材料之任何方法，包括諸如氣相沈積法、電鍍法、塗佈法等之沈積方法來沈積。另外，關於所述圖之方向使用諸如「頂部」、「底部」、「正面」、「背面」、「上方」、「下方」等定向術語。因為實施例之組件可定位於許多不同方向上， 所以定向術語用於說明目的且決不具有限制性。
本發明之一個實施例圖示於圖1A至圖1D中。圖1A顯示一種可撓式LESD，其包含可撓式電路8，該電路8包括可撓式聚合介電層12，一列LESD 24位於該聚合介電層12上(導電跡線圖中未示出)。在所示實施例中，LESD 24成對排列在介電層12之以分割線14隔開之區段13上。在其他實施例中，代替在區段13上一特定位置處之單個LESD 24，可在一個特定位置處存在集合於一起之多個LESD。或者，可存在連續的一排或多排LESD 24，其沿個別區段13之長度延伸。LESD之數目及排列將視可撓式LESD之所需用途而定。分割線14可以機械方式諸如藉由切割或衝壓來形成或可藉由諸如化學蝕刻之其他方法來形成。孔15可形成於分割線14之末端。孔15在具有圓形邊緣之介電基板/可撓式電路中典型地為較小開口。其意欲逸散可能施加至分割線末端之機械應力，尤其當處理可撓式LESD時，從而降低可撓式電路在分割線末端處開裂之發生率。在本發明之其他實施例中，可移除介電基板/可撓式電路之超出所示孔及分割線以外的區域以減小機械應力及減輕開裂問題(或出於設計目的)。在一些實施例中，諸如圖4A中可撓式電路B之底部所顯示，可產生介電基板12之具有圓形邊緣之區段13以消除可能由方形邊緣形成之應力點。
如圖1B所示，可彎曲可撓式電路8以便形成一圓筒形底部，其具有自其延伸之「指狀物」。指狀物包含可撓式電路8之以分割線14隔開之區段。其彼此隔開以便其自底部 展開。在此實施例中，LESD 24在結構內部上。可在燈泡中使用可撓式電路之此實施例，諸如圖1C所示。可撓式電路8可黏附至例如形成燈泡之一部分的截頭錐支撐件。可撓式電路8可用諸如導熱黏著劑之熱界面材料黏附至該支撐件以輔助移除來自LESD之熱。截頭錐支撐件可具有反射表面以反射由LESD產生之光。圖1D為圖1C之燈泡沿線1D方向之截面圖。
圖2A顯示類似於圖1A之包含可撓式電路8之可撓式LESD的另一實施例，但例外之處在於分割線14僅延伸穿過可撓式電路8之中心區域以使得介電基板12之上部及下部邊緣連續。圖2A之可撓式電路可形成為一圓筒，且可稍微地加壓該圓筒以使得可撓式電路8之以分割線14隔開之區段彼此隔開且向外凸出而形成圖2B中所示之形狀。
圖3A顯示類似於圖1A之包含可撓式電路8之可撓式LESD的另一實施例。在此實施例中，介電層12之內部連續且兩組分割線14自內部延伸至介電層12之邊緣。圖3A之可撓式電路可形成為一圓筒，且可撓式電路8之以分割線14隔開之區段可被隔開且向外展開以形成圖2B所示之形狀。在此實施例中，可撓式電路8上部上之一LESD 24陣列位於介電層12之第一主要表面上，且可撓式電路8下部上之另一LESD陣列位於介電層12之第二主要表面上。
在圖1A至圖1B及圖3A至圖3B之實施例中，可進一步處理可撓式電路之以分割線14隔開之區段以允許形成不同形狀。舉例而言，可相對於所示位置向前或向後彎曲或捲曲 個別隔開區段。
圖4A說明包含可撓式電路8之可撓式LESD的另一實施例。此實施例說明可撓式基板可如何被圖案化以形成多個可撓式電路。在所示實施例中，可撓式電路之形狀允許相鄰的可撓式電路A及可撓式電路B之連鎖圖案。此提供基板材料之有效使用。個別可撓式電路可沿分割線14隔開，分割線14在相鄰的可撓式電路之間形成連續分隔線。LESD陣列位於介電層12之兩側上。在隔開可撓式電路之後，可將其彎曲或摺疊成任何所需形狀。圖4B說明其中將可撓式電路對折之一種可能形狀。以此方式，使介電層兩側上之LESD對準，從而形成相對緻密之LESD陣列。隨後可進一步處理可撓式電路，例如將整個結構彎曲成圓筒形狀、在各個方向彎曲介電層12之個別區段等。
圖5A說明包含可撓式電路8之可撓式LESD的另一實施例。在此實施例中，可撓式電路呈交叉形狀，可將其摺疊成在五個表面上具有LESD之三維「盒」形狀。可做出一替代實施例，其中該盒在所有6個側面上皆具有LESD。圖5B說明圖5A之可撓式電路8可如何施加至方形基板。在至少一些實施例中，方形基板可為散熱片。在至少一個實施例中，可撓式電路8可用諸如導電黏著劑之熱界面材料附接至散熱片。以此方式，可容易地逸散由LESD產生之熱。
圖6A說明類似於圖5A之包含可撓式電路8之可撓式LESD的另一實施例，其例外之處在於圖6A之可撓式電路8 更多將形成在所有五個表面上具有LESD之三維「錐體」形狀。截短錐體以便可圍繞包括管道之錐體狀基板安裝可撓式電路，該管道可例如用於容納接線。在至少一些實施例中，錐體狀基板可為散熱片。在至少一個實施例中，可撓式電路8可用諸如導電黏著劑之熱界面材料附接至散熱片。以此方式，可容易地逸散由LESD產生之熱。
本發明之可撓式LESD可形成為許多適用於發光裝置之三維形狀。為形成三維形狀，可彎曲或摺疊可撓式電路且可以任何適合方式切割或切削以達成最終所需三維形狀。
可撓式LESD之導電電路可具有適用於可撓式電路之所欲用途之任何圖案。可藉由為熟習此項技術者所知之任何適合方法為導電電路及相應的LESD供電。
可將LESD安裝於可撓式電路上且以任何適合方式電連接至導電電路。LESD可為裸晶粒、封裝晶粒或中間產品。LESD可使用諸如共晶、焊料、黏著劑及融合黏結之已知的晶粒黏合法直接或間接附接至傳導層或傳導材料。可將其安裝於介電基板表面上或可將其置放在介電基板中所形成之空穴或通孔中。在一些實施例中，介電層中所形成之空穴及通孔可含有導熱材料以有助於熱移動遠離LESD。安裝LESD之適合組態及方法描述於例如同在申請中的PCT專利申請案US2011/057980、US2011/057977及US2011/057975以及同在申請中的美國臨時專利申請案61/444337、61/496289及61/524646中，所有申請案皆以引用的方式併入本文中。在本發明中，安裝LESD之組態的 其他實例圖示於圖7至圖10中。儘管圖7、圖8、圖10及圖11之實施例顯示空穴及通孔具有在特定方向上傾斜之壁，但替代實施例中之空穴及通孔壁可在任何方向上斜率或可垂直。在一些實施例中，在特定方向上具有壁傾斜可能存在效能優勢。
圖7說明一種介電基板12，其中形成兩個自介電層12之底面延伸至頂面之通孔10。該等通孔經傳導材料填充。此實施例中之傳導材料為導電的且較佳為導熱的。使傳導層19圖案化以形成至少兩個彼此電絕緣之區段，但各區段與通孔之一中之傳導材料電接觸。將覆晶LESD 24安裝在傳導層19上以使得各電極電連接至隔開區段之一。在傳導層19上施加表塗層(或阻焊劑)21，留下一開口以允許LESD 24附接至傳導層19。
圖8說明一種介電基板12，其中形成兩個自介電層12之頂面延伸至底面之通孔10。該等通孔經傳導材料填充。此實施例中之傳導材料為導電的且較佳為導熱的。使傳導層20圖案化以形成至少兩個彼此電絕緣之區段，但各區段與通孔之一中之傳導材料電接觸。將覆晶LESD 24安裝在通孔10中之傳導材料上以使得各電極電連接至傳導層20之隔開區段之一。在介電層12之頂面上施加表塗層(或阻焊劑)21，留下一開口以允許LESD 24附接至通孔10中之傳導材料。
圖9說明一種薄介電基板12(典型地為約5微米至15微米厚)。使介電層12頂面上之傳導層19圖案化以形成至少兩 個彼此電絕緣之區段。在此實施例中，傳導層19為導電的且較佳為導熱的。傳導層20在介電層12之底面上且在圖9中未經圖案化，但在替代實施例中可能經圖案化。在所示實施例中，傳導層20藉由介電層12與傳導層19電絕緣且較佳為導熱的並視情況為導電的。將覆晶LESD 24安裝在傳導層19上以使得各電極電連接至隔開區段之一。
圖10說明一種介電基板12，其中形成兩個自介電層12之頂面朝向底面延伸的空穴10。傳導層19在介電層12之頂面上且延伸至空穴10中。使其圖案化以形成至少兩個彼此電絕緣之區段。在此實施例中，傳導層19為導電的且較佳為導熱的。傳導層20在介電層12之底面上且在圖10中未經圖案化，但在替代實施例中可能經圖案化。在所示實施例中，傳導層20藉由介電層12與傳導層19電絕緣且較佳為導熱的並視情況為導電的。將覆晶LESD 24安裝在傳導層19上以使得各電極電連接至隔開區段之一且使得其位於空穴10之間。在傳導層19上施加表塗層(或阻焊劑)21以使得其位於空穴10內，在空穴之間留下一開口以允許LESD 24附接至傳導層19。
圖11說明一種介電基板12，其中形成兩個通孔10，大通孔10具有垂直壁且小通孔10自介電層12之底面延伸至頂面。該等通孔經傳導材料填充。此實施例中之傳導材料為導電的且較佳為導熱的。使傳導層19圖案化以形成至少兩個彼此電絕緣之區段，但各區段與通孔之一中之傳導材料電接觸。將覆晶LESD 24安裝在傳導層19上以使得各電極 電連接至隔開區段之一。將熱界面材料(TIM)26施加至介電層12之底面且與兩個通孔中之傳導材料熱接觸。儘管圖中未示，但本發明之所有可撓式LESD實施例可包括TIM層。
施加TIM可進一步增強根據本發明態樣之可撓式LESD的熱效能。舉例而言，TIM層可施加至可撓式LESD之底側上。在本發明實施例中可使用任何適合的TIM。視實施例而定，可以液體、糊劑、凝膠、固體等形式將TIM施加至可撓式LES裝置。施加TIM之適合方法視特定TIM之性質而定，但包括精密塗佈、分配、網版印刷、層壓等。適合用於TIM之材料類型包括(但不限於)可固化熱固性材料、熱塑性材料(包括具有導電填充劑之熱塑性材料)、壓敏性黏著劑及彈性體。適合用於TIM之特定材料包括聚矽氧、聚醯亞胺、環氧樹脂、B級UV可固化黏著劑及高溫矽基黏著劑。
適合的TIM可經可能導電或亦可能不導電之導熱材料填充。適合材料包括銀、金、鎳、銅、金屬氧化物、氮化硼、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、鋁、氧化鋁、氮化鋁、鍍銀有機顆粒、鍍銀鎳、鍍銀銅、鍍銀鋁、鍍銀玻璃、銀片、碳粒子、碳黑、碳同素異形體(諸如石墨、石墨烯、碳奈米管)、鍍氮化硼顆粒及其混合物。導熱材料可呈粒子、球、片狀之形式或任何其他適合形式。在至少一些實施例中，導熱材料可包含約5 wt%至約60 wt% TIM，較佳約10 wt%至約50 wt%。
適合用於本發明之TIM可包括例如經氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳奈米管、碳粒子及石墨烯中之一或多者填充之黏著劑。
TIM較佳具有低熱阻；能夠濕潤具有高表面能(諸如金屬)及低表面能(諸如塑膠)之基板；將保持黏附至所附接之表面且將不會流至其所施加之裝置之任何非所需區域。
在本文所述之各例示性實施例中，通孔及空穴可為任何適合形狀，例如圓形、卵形、矩形、蛇形，可為通道、柵格(例如形成由重疊通道之連續圖案所隔開之介電層島狀物)等，且可含有單個LESD或可含有多個LESD。舉例而言，若通孔或空穴為通道狀或柵格狀或較大，則多個LESD可位於單個通孔或空穴中。
本發明之至少一個實施例提供一種使用經部分蝕刻之介電層的可撓式LESD陣列構造。在介電層中蝕刻出一空穴達至所需深度。空穴內可沈積有傳導材料。可使用任何適合之沈積方式，諸如塗佈、氣相沈積、電鍍等，但典型地使用電極或無電極電鍍來電鍍傳導材料。空穴中之傳導材料較佳導熱且視情況導電，視特定物品之要求而定。使用已知的晶粒黏合法，諸如共晶、焊料(包括用於覆晶安裝之焊料凸塊)、黏著劑及融合黏結，將LESD典型地直接或間接附接至傳導材料。在本發明之至少一個實施例中，導熱層位於介電層底面上且可為使用習知可撓式電路製造方法形成之電路之一部分。介電層之形成空穴底部之部分使傳導材料處於空穴中且緊密接近介電材料底面上之傳導 層，此允許有效地穿過空穴中之導電及導熱材料，隨後穿過空穴底部達至介電層底面上之導熱層而逸散由LESD產生之熱。
本發明之至少一個實施例提供一種使用經充分蝕刻之介電層的可撓式LESD陣列構造。穿過介電層蝕刻出一通孔，亦即自一個主要表面至一個相對的主要表面。典型地由介電層底面上之傳導層覆蓋通孔之底部開口。在本發明之至少一個實施例中，此傳導層為導熱層且可為使用習知可撓式電路製造方法形成之電路的一部分。通孔內可沈積有傳導材料。可使用任何適合之沈積方式，諸如塗佈、氣相沈積、電鍍等，但典型使用電極或無電極電鍍來電鍍傳導材料。因為通孔形成穿過介電層之開口，所以通孔中之傳導材料與介電層底面上之傳導層直接接觸。若兩者均導熱，則此允許有效地穿過通孔中之傳導材料達至介電層底面上之傳導層而逸散由LESD產生之熱。
在空穴或通孔中具有傳導材料之實施例中，傳導材料在空穴底部或覆蓋通孔開口之傳導層上可與其在空穴或通孔壁上一樣薄，或其可更薄或更厚。若其更厚，則其可部分或完全填充空穴或通孔。對於在已將一層傳導材料至少施加至空穴或通孔之壁上之後在空穴或通孔中心處添加了額外的傳導材料之實施例，所添加之傳導材料使得空穴或通孔底部之傳導材料之量比(上部)空穴或通孔壁上要厚，且因此所添加之傳導材料可部分或完全填充空穴或通孔。所添加之傳導材料可填充空穴或通孔至任何適合程度，例如 10%、15%、25%或大於25%。在一些實施例中，傳導材料填充更大百分比之空穴或通孔，例如約50%、約75%或約100%。
在一些實施例中，介電層頂面上之傳導層延伸至空穴或通孔中且在空穴或通孔中形成全部或部分傳導材料。視情況，額外的傳導物質可沈積於空穴或通孔中以增加傳導材料之厚度。在一些實施例中，使包括在空穴或通孔中包含傳導材料之部分的整個頂部傳導層相對較厚且在空穴或通孔中不添加額外的傳導材料。在本發明之至少一些實施例中，在介電層表面上及在空穴或通孔中厚度為約50 μm至約100 μm、較佳為約75 μm至約100 μm之頂部傳導性(例如銅)層可顯著增強自LESD之熱逸散。
介電層底面上之傳導層可為任何適合厚度。使此傳導層厚例如約35微米(μm)，較佳為約50 μm、約75 μm、約100 μm或大於100 μm可增強自LESD移除熱。
此外，控制空穴底部或底部通孔開口之區域尺寸會顯著影響熱自LESD逸散至空穴或通孔中之傳導材料且進一步逸散至介電層底面上之傳導層逸散。一般而言，增加空穴底部區域或通孔開口對LESD佔據區域之比率可提供較佳熱逸散。1：2(LESD佔據區域：空穴底部區域/通孔開口)及大於1：2之比率可比1：1比率更改良熱逸散，且咸信1：3之比率最能顯著增加熱逸散。咸信此比率有助於在使熱於較大表面積內散開之前在z方向上逸散熱，例如使用相鄰的熱傳遞層。儘管1：2之比率可能有助於熱逸散且可使用諸如1：4 之更高比率，但咸信1：3比率將提供優於例如1：1比率之顯著改良，而1：4比率可能僅提供優於1：3比率之增量改良。
適合用於本發明之導電及/或導熱層之傳導物質將視應用而定，但可包括例如傳導性金屬，諸如銅、銀、金、鎳、鋁、錫及其合金；導熱及導電黏著劑，包括填充有例如傳導性粒子之傳導材料之非傳導性黏著劑，以至於所得黏著劑具傳導性。
適合用於本發明之傳導材料之傳導物質將亦視應用而定，但可包括金屬，諸如銅、金、銀、鎳、鋁、錫及其合金；以及焊料、導電聚合物及導電黏著劑，包括填充有傳導材料(例如傳導性粒子)之非傳導性聚合物及黏著劑，以至於所得物質具傳導性。
適合的導電及/或導熱粒子包括鋁、金、銀、鉻、銅、鈀、鎳及其合金、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋇(BN)、奈米大小的銀粒子、碳黑、碳奈米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填充劑、鈦酸鋇、鈦酸鋇鍶、氧化鈦、鈦酸鉛鋯、鈦酸鈣銅、鈦酸鉛鎂、鋯鈦酸鉛鑭、二氧化矽及其混合物。
適合用於本發明之可撓式聚合介電層之聚合材料包括聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物及聚醯亞胺。聚醯亞胺較佳。適合的聚醯亞胺包括彼等可以商標名KAPTON購自DuPont、以商標名APICAL購自Kaneka Texas corporation、以商標名SKC Kolon PI購自SKC Kolon PI Inc以及以商標名UPILEX及UPISEL(包括UPILEX S、UPILEX SN及UPISEL VT)購自 Ube Industries,Japan之聚醯亞胺。此等UPILEX及UPISEL聚醯亞胺係由諸如聯苯四甲酸二酐(BPDA)及苯二胺(PDA)之單體製造。
可使用任何適合方法，諸如化學蝕刻、電漿蝕刻、聚焦離子束蝕刻、雷射切除、壓印、微複製、射出成形及衝壓，在介電層中形成空穴或通孔。在一些實施例中較佳可為化學蝕刻。可使用任何適合的蝕刻劑且蝕刻劑可視介電層材料而不同。適合蝕刻劑可包括鹼金屬鹽，例如氫氧化鉀；鹼金屬鹽與增溶劑(例如胺)及醇(諸如乙二醇)中之一或兩者。適合用於本發明一些實施例之化學蝕刻劑包括KOH/乙醇胺/乙二醇蝕刻劑，諸如彼等更詳細地描述於美國專利公開案第2007-0120089-A1號中之化學蝕刻劑，該案以引用之方式併入本文中。其他適合用於本發明一些實施例之化學蝕刻劑包括KOH/甘胺酸蝕刻劑，諸如彼等更詳細地描述於同在申請中的美國臨時專利申請案第61/409791號中之化學蝕刻劑，該案以引用之方式併入本文中。在蝕刻之後，可用鹼性KOH/過錳酸鉀(PPM)溶液，例如約0.7 wt%至約1.0 wt% KOH及約3 wt% KMnO4之溶液處理介電層。
由化學蝕刻產生之側壁角不同，且大部分視蝕刻速率而定，較慢的蝕刻速率產生較淺的側壁角，亦即接近0°。由化學蝕刻產生之典型側壁角相對於介電層之主要平面為約5°至60°，且在至少一個實施例中為約25°至約28°。如先前作為化學蝕刻之替代方法所提及，可藉由衝壓、電漿蝕 刻、聚焦離子束蝕刻及雷射切除在介電層中形成空穴或通孔。藉由此等形成空穴或通孔之方法，側壁典型地具有較陡的角度，例如相對於介電層之主要平面達90°。出於本申請案之目的，傾斜側壁意謂側壁不垂直於介電層之水平面。亦可使用諸如壓印、微複製及射出成形之方法產生具有傾斜側壁之空穴或通孔。若起初形成通孔，但需要空穴，則可添加諸如聚醯亞胺塗層之介電塗層以使空穴與介電層底面上之傳導層電絕緣，從而形成空穴。介電材料可為任何適合材料，例如聚合材料、陶瓷材料、裝載粒子之聚合材料等且可以任何適合方式施加。介電塗層為電絕緣的且較佳可導熱以有助於熱轉移遠離LESD。一個如此適合的塗層為藉由最初在開口處施加一薄層聚醯胺酸樹脂而形成之聚醯亞胺樹脂。較佳精密塗佈聚醯胺酸以使得空穴底部所形成之介電塗層為空穴底部提供所需厚度。空穴底部之厚度較佳為介電層厚度之約5%至約75%、約5%至約60%、或約5%至約25%。隨後進行亞胺化過程以在空穴中形成均一聚醯亞胺塗層。可使用精密塗佈、刮刀塗佈或此項技術中已知之其他方法來施加聚醯亞胺/聚醯胺酸樹脂。
在一些實施例中，可用粒子填充介電塗層以增強其電絕緣及導熱性質。適合的粒子包括氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋇(BN)、奈米大小的銀粒子、碳奈米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填充劑、鈦酸鋇、鈦酸鋇鍶、氧化鈦、鈦酸鉛鋯、鈦酸鈣銅、鈦酸鉛鎂、鋯鈦酸鉛 鑭、二氧化矽及其混合物。
在一些實施例中，若例如因為可控制蝕刻深度及/或因為空穴或通孔形成方法(諸如電漿蝕刻)將不會蝕刻傳導層或使傳導層降級，所以空穴或通孔形成方法不會毀壞傳導層，則可在空穴或通孔形成之前將傳導層施加至介電層底側，或若空穴或通孔形成方法(諸如衝壓)會毀壞傳導層，則可在空穴形成之後添加傳導層。
可用傳導層在一側或兩側上覆蓋介電層。若傳導層欲形成為電路，則其可經預圖案化，或可在製造可撓式LES裝置製程期間圖案化。亦可使用多層可撓式基板(具有多層介電及傳導材料)作為基板。傳導層可為任何適合的材料，但典型地為銅。
本發明之可撓式LES裝置之至少一些實施例提供極佳的熱管理性質。至少部分由於在空穴或通孔中具有傳導材料且支撐LESD之空穴或通孔之介電底層較薄或缺乏介電底層，可易於將由LESD產生之熱傳輸至介電層底面上之導熱層。以此方式，可易於使熱遠離LESD而被傳導。
在本發明之至少一個實施例中，介電層底側上之傳導層可為導熱黏著劑。黏著層可在形成通孔時用作蝕刻終止層或可在空穴或通孔形成之後施加至介電層。若使用導熱黏著劑作為蝕刻終止層，則適合黏著劑為耐化學品之彼等黏著劑，尤其耐鹼性溶液之彼等黏著劑。其他層可施加至導熱黏著層之相對面(在黏著劑施加至介電層之前或之後)。舉例而言，可將熱界面材料、金屬箔、剛性金屬板、散熱 片等附接至黏著層。鄰近於空穴或通孔具有導熱黏著層可增強熱逸散遠離位於空穴或通孔中之LESD。可藉由添加所需量之適合導熱粒子及藉由定製黏著劑厚度來定製黏著劑之熱導率。用於導熱黏著劑之典型的導熱粒子為氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋇(BN)、奈米大小的銀粒子、碳奈米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填充劑等。粒子大小典型地在亞微米至微米範圍內。該等填充黏著劑之典型的熱導率為約0.2 W/mK至約6 W/mK。
適合用於導熱黏著劑之黏著劑類型包括(但不限於)環氧樹脂、聚胺基甲酸酯、聚醯胺醯亞胺及酚系樹脂。
導熱黏著劑之適合固化方法包括(但不限於)熱固化、UV固化、電子束固化、UV-β級固化(UV與熱固化之組合，其中將黏著劑塗佈於襯墊上，首先使其經歷最初UV固化，隨後層壓於基板上且熱固化)及其組合。
若將黏著劑在施加至介電層之前黏附至傳導層(例如銅層)，則黏著劑典型地塗佈於襯墊上且與銅箔一起層壓或直接塗佈於銅箔上。較佳為電沈積或軋製退火銅。若銅具有粗糙側及平滑側，則典型地較佳使黏著劑附著至粗糙側。
LESD可例如藉由將密封材料施加在個別LESD及該等LESD所在之空穴或通孔上，或藉由將密封劑施加在LESD陣列及圍繞該等LESD之傳導層上而直接封裝於可撓式基板上。密封劑較佳為透明的(亦即透射率大於99%)模製化合物。其在固化時可視情況適於充當透鏡。聚矽氧及環氧 樹脂為適合的密封化合物。其可進一步分佈有光學擴散粒子。適合模製化合物可購自例如日本之Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.及Santa Barbara,Calif.之NuSil Silicone Technology。若需要，諸如磷光體塗層之波長轉換材料可在密封之前沈積於LESD頂部上。可視情況在密封LESD之前施加底部填充材料。亦可將可撓式LES裝置封閉在防水/防風雨的透明套殼中，其可由任何適合的聚合透明材料製成。
在本發明之至少一個實施例中，密封劑為透明的色彩轉換材料，其可吸收由LESD之LES發射之光且再發射不同波長，典型地為更高波長之光。舉例而言，含有黃色磷光體之色彩轉換材料可用於密封藍色LED，其可產生白光。在本發明之一些實施例中，可定製空穴或通孔側壁之傾斜度以在LESD周圍產生均一厚度的色彩轉換層，以提供均一的光轉換及較佳為優良的熱管理。
在本發明之至少一個實施例中，空穴或通孔側壁之傾斜度為約5°至約90°。本發明至少一個實施例之一個優點為將LESD置放於空穴或通孔中可實現精確置放密封劑，因為密封劑可含於空穴或通孔中。本發明至少一個實施例之一個優點為將LESD置放於空穴或通孔中心處且用密封劑填充空穴或通孔可產生均一的光轉換，此係因為可在LESD周圍形成均一的密封劑層。在本發明之一個替代性實施例中，代替用色彩轉換材料密封LESD，將一層色彩轉換材料塗佈於空穴或通孔中，隨後將LESD置放於空穴 或通孔中。以此方式，色彩轉換材料可吸收至少一些由LES發射之光且再發射不同波長，典型地為更高波長之光。適合色彩轉換材料之一個實例為填充有磷光體之密封劑。此類密封劑可藉由將諸如可以商標名稱ISIPHOR SSA612100自Merck獲得者之黃色磷光體與具有適合黏附性質之適合的聚矽氧密封劑混合來製備。在一些實施例中，磷光體：聚矽氧黏著劑之75%的重量比可為適合的。在將密封劑分配至空穴或通孔中之後，在一些實施例中其可藉由在80℃下曝露至UV光下持續一小時來固化。
在本發明之至少一些實施例中，介電層及在介電層之一個或兩個主要表面上及在LESD周圍的傳導層，藉此提供一種可撓式穩固的LESD封裝。
可撓式LES裝置可以分批法或連續法，諸如通常用於製造可撓式電路之捲軸式方法來製得。隨後可視需要例如藉由衝壓或藉由切割基板來劃分LESD，例如單分成個別LESD、LESD條帶或LESD陣列。因此，不需要傳統帶式及捲軸方法即可運送可撓式基板上之LESD的整個捲軸，在傳統帶式及捲軸方法中，典型地在承載帶之個別袋中輸送個別LESD。
在形成個別LESD、LESD條帶或LESD陣列之前或之後，可將可撓式LESD附接至額外的基板，例如藉由用導熱黏著劑將介電層第二主要表面上之傳導層附著至額外的基板上。導熱黏著劑可進一步有助於熱轉移遠離LESD。或者，可用金屬或將有助於傳導層黏附至基板之其他材料處 理介電層第二主要表面上之傳導層。基板亦可為導熱的，例如剛性金屬條帶，或可為可能導電或可能不導電之半導體或陶瓷基板。
視所欲用途而定，可將可撓式LES裝置附接至任何所需基板。舉例而言，可將其附接至可撓式或剛性金屬基板(諸如銅或鋁)、散熱片、介電基板、電路板等。若LESD係用於電路板上，則可撓式LES裝置無論呈單分形式、條帶形式或陣列形式皆可直接附接至終端使用者之電路板，藉此消除習知引線框材料之需求。若LESD係以照明條帶形式使用，則可將其封閉於如上所述之防水/防風雨的透明套殼中。若LESD呈條帶或陣列形式，則可將其電連接至條帶或陣列中之其他LESD中之一或多者。亦可在分割可撓式LES裝置之前將諸如曾納二極體(Zener diode)及肖特基二極體(Schottky diode)之額外的元件添加至可撓式基板。此等元件亦可電連接至LESD。
在本發明之至少一個實施例中，可撓式LES裝置比習知單個或多個LESD封裝更薄，因為LESD位於介電層表面之下。此能夠使本發明之可撓式LES裝置用於具有嚴格體積限制之應用，諸如蜂巢式電話及相機閃光。舉例而言，本發明之可撓式LES裝置可提供大約0.7 mm至4 mm，且在一些實施例中為0.7 mm至2 mm之封裝輪廓，而習知LESD封裝輪廓典型地大於4 mm且為大約4.8 mm至6.00 mm。此外，若需要則可折曲或彎曲本發明之可撓式LES裝置以易於安裝至非線性或非平面總成中。此使得本發明之可撓式 LES裝置尤其適用於各種類型之發光裝置(諸如燈泡)、照明裝置及各種汽車照明應用，汽車照明應用包括(但不限於)頭燈、圓頂燈、尾燈、行駛燈、霧燈、標誌燈、護柵燈及裝飾燈。圖12A及圖12B說明可撓式LESD在頭燈應用中之一個實施例。可撓式LESD包含可撓式電路8，而多個LESD 24位於該可撓式電路8上。可撓式電路8位於螺旋架31上，螺旋架31形成通常具有圓錐形狀之支撐基底30之一部分。頭燈進一步包含透鏡或蓋罩32，其安置於支撐基底30上。
在至少一個實施例中，介電層及其上之銅層為LESD提供較薄及順應性的支撐。在至少一個實施例中，傳導層之總厚度小於200微米，較佳小於100微米，且最佳小於50微米。在至少一個實施例中，介電層之厚度較佳為50微米或小於50微米。
在本發明之至少一個實施例中，可將鈍化層施加至LESD底部以有助於LESD晶粒黏合至導電特徵或至諸如反射層之中間材料。適合鈍化材料包括諸如Au之金屬及諸如AuSn、AuGe、AuSi之金屬間合金。
儘管已在本文中出於描述較佳實施例的目的而說明且描述了特定實施例，但一般熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，廣泛多種的替代及/或等效實施方式可取代所展示且描述之特定實施例。本申請案意欲涵蓋本文中所論述之較佳實施例的任何調適或變化。因此，顯然希望本發明僅受申請專利範圍及其等效形式限 制。
8‧‧‧可撓式電路
10‧‧‧通孔或空穴
12‧‧‧可撓式聚合介電層
13‧‧‧區段
14‧‧‧分割線
15‧‧‧孔
19‧‧‧傳導層
20‧‧‧傳導層
21‧‧‧表塗層(或阻焊劑)
24‧‧‧LESD
26‧‧‧熱界面材料
30‧‧‧支撐基底
31‧‧‧螺旋架
32‧‧‧透鏡/蓋罩
圖1A至圖1D為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之正面、透視、側面及頂部示意圖。
圖2A及圖2B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之正面及透視示意圖。
圖3A及圖3B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之正面及透視示意圖。
圖4A及圖4B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之示意性正視圖。
圖5A及圖5B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之正面及透視示意圖。
圖6A及圖6B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之正面及透視示意圖。
圖7為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之示意性截面圖。
圖8為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之示意性截面圖。
圖9為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之示意性截面圖。
圖10為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之示意性截面圖。
圖11為根據本發明態樣之可撓式LESD的例示性實施例之示意性截面圖。
圖12A及圖12B為根據本發明態樣之可撓式LESD的另一例示性實施例之透視及側面示意圖。
8‧‧‧可撓式電路
12‧‧‧可撓式聚合介電層
14‧‧‧分割線
24‧‧‧LESD

Claims (15)

  1. 一種物品，其包含：一具有第一及第二側之可撓式電路，該電路包含一具有第一及第二主要表面之聚合介電層，該第一及該第二主要表面中之一或兩者上具有一傳導層，其中至少一個傳導層包含一電路，其經組態而對位於該可撓式電路上之一或多個發光半導體裝置供電，且其中使該可撓式電路成形而形成一三維結構。
  2. 如請求項1之物品，其中該可撓式電路在該介電基板中包括分割線。
  3. 如請求項1之物品，其中發光半導體裝置位於該可撓式電路之兩側上。
  4. 如請求項4之物品，其中摺疊該可撓式電路以使得所有該等發光半導體裝置依類似方向對準。
  5. 如請求項1之物品，其中彎曲該可撓式電路以形成一三維結構。
  6. 如請求項1之物品，其中摺疊該可撓式電路以形成一三維結構。
  7. 如請求項2之物品，其中該介電基板之區段在該等分割線處彼此隔開以形成一三維結構。
  8. 如請求項1之物品，其中使該可撓式電路黏附於一熱界面材料之一側上。
  9. 如請求項8之物品，其中使該熱界面材料黏附至一導熱基板。
  10. 如請求項8或9之物品，其中該熱界面材料為導熱黏著劑。
  11. 如請求項9之物品，其中該導熱基板為一散熱片。
  12. 如請求項1之物品，其中使該可撓式電路黏附至一具有一反射表面之基板。
  13. 如請求項7之物品，其中使該可撓式電路黏附至一具有一反射表面之基板以使得該反射表面在該介電基板之該等隔開區段之間可見。
  14. 如請求項1、7或13之物品，其中使該可撓式電路黏附至一發光裝置之一組件。
  15. 如請求項14之物品，其中該發光裝置為一燈泡。
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