TW201530837A - 具大面積管道的可撓性發光半導體裝置 - Google Patents

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Jian Xia Gao
Andrew John Ouderkirk
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Abstract

本發明揭示一種可撓性聚合介電層，其具有第一及第二主要表面，該第一主要表面之上具有一傳導層，該介電層具有至少一個從該第二主要表面延伸至該第一主要表面的管道，該管道具有至少大約一公分的至少一個橫向尺寸並且經至少部分地填充有傳導材料，該傳導層包括與該管道實質上對齊的至少一個傳導特徵，該傳導特徵能夠支撐複數個發光半導體裝置。

Description

具大面積管道的可撓性發光半導體裝置
本發明係關於可撓性高功率發光半導體裝置。
傳統發光半導體(LES)裝置(LESD)(包括發光二極體(LED)和雷射二極體，以及含LESD的封裝)具有許多缺點。高功率LESD會產生必須妥善管理的大量熱。熱管理要處理散熱以及熱應力所生的問題，此是目前限制發光二極體效能的關鍵因素。
一般而言，LES裝置常容易因為例如裝置內產生的熱量聚積無法排出而損壞。過多熱量聚積會導致LES裝置內使用的材料(例如LESD的封裝材料)劣化，此會縮短LESD的壽命。當LESD接附至可撓性電路層壓板時(其中也可包括其他電氣組件)，大幅加劇散熱問題。
此外，傳統LES裝置及封裝通常較厚，此限制了其在低形狀因子應用中的使用。因此，需要持續改善可撓性LES裝置及封裝的設計，以改善其散熱特性，並且允許其在低形狀因子的使用。
本發明的至少一個態樣透過一堅固的可撓性LESD構造對目前及未來高功率LESD構造提供一種具成本效益的熱管理解決方 案。高功率LESD陣列的操作通常需要有大量散熱的能力。根據本發明的至少一個實施例，可藉由將LESD整合至具有可撓性聚合介電基材(即，介電層)的系統中而管理散熱。為了達成更好的熱管理，LESD經過定位，使其靠近或直接與導熱層熱接觸。在本發明的至少一個實施例中，對該介電基材執行受控移除(例如藉由蝕刻)，以產生完全貫通該介電基材的一開口，來形成一管道。
本發明的至少一個實施例提供一物件，該物件包含具有第一和第二主要表面的一可撓性聚合介電層，該第一主要表面之上具有一傳導層，該介電層具有至少一個從該第二主要表面延伸至該第一主要表面的管道，該管道具有至少大約一公分的至少一個橫向尺寸並且經至少部分地填充有傳導材料，該傳導層包括與該管道實質上對齊的至少一個傳導特徵，該傳導特徵經組態以支撐複數個發光半導體裝置。
如本申請書中所使用：「陣列」意指複數個元件的配置；「傳導」意指導熱，以及選擇性地導電，除非另有指示；「LES」意指發光半導體，包括發光二極體及雷射二極體；以及「LESD」意指發光半導體裝置，包括發光二極體裝置及雷射二極體裝置。LESD可為一裸LES晶粒構造、一完全封裝LES構造、或一中間LES構造(包含多於裸晶粒但是少於一完整LES封裝所有組件)，使得LES和LESD用語可互換使用並指稱不同LES構造之一者或全部。「可撓性LES裝置」或「可撓性LESD」之用語一般指含有裸 晶粒發光半導體、已封裝LES構造、或中間LES構造的可撓性物件。 可適用於本發明之實施例的完全封裝LES構造之類型的實例，可購自德國OSRAM Opto Semiconductors GmbH的Golden DRAGON LED、可購自美國Philips Lumileds Lighting Company的LUXION LED、以及可購自美國Cree,Inc.的XLAMP LED。
本發明的至少一個實施例之優勢為：取決於所要的應用，可撓性介電基材上的LESD可串聯地、並聯地、或個別地電性連接。
可使用濕化學、準分子雷射剝蝕、電漿蝕刻、或衝孔來移除介電層。
可撓性基材提供LESD物件絕佳的柔韌性以及可彎曲性。
可撓性LES裝置提供優異的散熱效果，這通常是高功率LESD所必須具備的。
可撓性LES裝置可在單一可撓性與絕緣層上配線成為一陣列。
所得可撓性LES裝置可彎曲成簡單或複合曲線。
所得可撓性LES裝置可對當前與未來高功率LESD構造提供一種堅固、具成本效益的熱管理解決方案。
使用本發明之具有離散LESD的物件可降低發光裝置的整體熱阻。
本發明含傳導材料的管道，提供優異的Z軸導熱率。
管道的尺寸以及傳導層的表面積可經過調整以提供最佳熱阻值。
本發明之以上發明內容並非意欲說明本發明各個所揭示實施例或是每一個實施方案。以下圖式以及實施方式更具體地舉例說明例示性實施例。
2‧‧‧LESD
10‧‧‧管道
12‧‧‧介電層
15‧‧‧光阻遮罩
18‧‧‧傳導材料
20‧‧‧傳導層
21‧‧‧傳導特徵
22‧‧‧LESD
25‧‧‧傳導墊
26‧‧‧傳導線路
27‧‧‧傳導墊
30‧‧‧反射層
32‧‧‧封裝材料圍體
34‧‧‧反射層
35‧‧‧黏著層
36‧‧‧黏著劑
40‧‧‧傳導基材
125‧‧‧管道
127‧‧‧管道
圖1A為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的圖解剖面圖，且圖1B為其俯視圖。
圖2為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的俯視圖。
圖3A至圖3E和圖3E’為用於製備本發明的一可撓性LESD之例示性程序的圖解剖面圖。
圖4為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的圖解剖面圖。
圖5為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的圖解剖面圖。
圖6為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的俯視圖。
圖7為根據本發明之一態樣的一可撓性LESD之例示性實施例的俯視圖。
在以下說明中參照隨附圖示，該等圖示形成本說明的一部分並在其中以圖解說明方式呈現數個特定實施例。一般而言，在各種實施例中，類似的特徵係使用類似的元件符號。除非另有指示，否則這些類似特徵可包含相同材料、具有相同屬性、並且具備相同或類似的功能。即使未明確陳述，對於一個實施例所描述的額外或選擇性特徵在適當時也可為其他實施例的額外或選擇性特徵。應瞭解，可設想出並做出其他實施例而不偏離本發明的範疇或精神。因此，下文詳細說明不應視為限制本發明。
除非另有指明，說明書及申請專利範圍中所用以表達特徵之尺寸、數量以及物理特性的所有數字，皆應理解為在所有情況下以「約(about)」一詞修飾之。因此，除非另有相反指示，在下述說明書以及隨附申請專利範圍中所提出的數值參數是約略值，其可依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本文所揭示的教導所欲獲致之所要特性而有所不同。對於以端點表示數值範圍之使用，包括該範圍內的所有數字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、以及5)以及該範圍內的任何範圍。
除非另有指示，否則「塗佈」、「塗層」、「經塗佈」及類似之用語並不限制為特定種類的施加方法，例如噴塗、浸塗、流塗等等，並且可指利用適合所描述材料的任何方法所沉積之材料，包括像是氣相沉積法、電鍍法、塗佈法等等之沉積法。此外，方向性術語，例如「頂部」、「底部」、「正面」、「背面」、「上方」、「下方」等等係用 來指所描述圖式之方位。因為實施例之元件可以許多不同定向放置，方向性術語係用來圖解說明而絕非用於設限。
圖1A(剖面圖)以及圖1B(俯視圖)內繪示本發明的可撓性LESD 2之至少一個實施例，其顯示具有經填充有傳導材料18的至少一個管道10之一可撓性介電層12。管道10完全貫穿介電層12而延伸並且可為例如圓形、橢圓形、矩形、蛇形、一通道、一網格(例如，形成由重疊通道之連續圖案所分隔的介電層島)等等。可撓性介電層12具有第一和第二主要表面。傳導層20置於介電層12的第一主要表面上，並且可經圖案化以包括一傳導特徵21，若該特徵導電則可與其他導電元件電隔離，LESD 22在傳導特徵21上經置放成一陣列。LESD 22可使用已知的晶粒接合方法(例如，共熔體、焊錫、黏著劑、以及熔化接合)，直接或間接地附接至傳導特徵21。LESD 22可經串聯地(或並聯地)線接合至導電墊25，該墊可為導電電路的一部分，或可包含與該導電電路不同的材料，例如Au、AuSn、AuGe、或其他合適的材料，這些材料經電連接至導電電路。在某些實施例中，一鈍化或接合層經定位於LESD 22之下方，以促進將LESD 22接合至一下伏層。在至少一個實施例內，傳導基材40經附接至可撓性LES裝置而與介電層12的第二主要表面相鄰，這樣會使其與管道10中的傳導材料18接觸。傳導基材40可為導熱的任何材料，例如，傳導基材可為一金屬帶(例如銅或鋁製)、散熱裝置、或其他熱轉移或熱吸收材料。傳導基材40可使用一導熱黏著劑附接至可撓性LES裝置。傳導特徵21、管道10中的傳導材料18、以及傳導基材40之並 置，能將LESD所產生的熱有效散逸至傳導基材40。此外，管道10中的傳導材料18可對基本上係懸於管道10的開口上方的傳導特徵21提供機械支撐。
雖然在此實施例中描述單一管道，但可撓性LES裝置可包含管道之一陣列，其中至少一者支撐一傳導特徵。本發明的管道實質上大於現有技術的穿孔，尺寸範圍從奈米至次微米之間。相較於穿孔，本發明的管道具有在該範圍內的至少一個橫向尺寸，亦即一或數公分。橫向尺寸為平行(在x或y方向上)於該管道所在之基材平面而測量之一尺寸。例如，一管道的直徑、寬度、或長度為橫向尺寸。在本發明的至少一個實施例中，至少一個管道具有至少1cm的至少一個橫向尺寸。在至少一個其他實施例中，至少一個管道具有至少2cm的至少一個橫向尺寸。在其他實施例中，至少一個管道具有至少3cm、至少4cm、以及最多5cm(含)的至少一個橫向尺寸。在某些實施例中，至少一個管道可具有大於5cm的至少一個橫向尺寸。
傳導特徵以及下伏管道可支撐任何數量的LESD，這些LESD可串聯或並聯地連接，並且可具有兩個頂部接點或頂部與底部接點。當LESD彼此線接合、然後線接合至與傳導特徵相鄰的一電路跡線時，如圖1A、圖1B、和圖2中所繪示，傳導特徵與下伏管道可形成導熱材料的一基本上固體物質，此可有效去除位於傳導特徵上LES的熱。
本發明的至少某些實施例具有含傾斜側壁的管道。在某些案例中可能較佳是如此，因為例如針對最接近一傳導特徵之已知介 電層厚度以及已知管道直徑，具有傾斜側壁的一管道可含有比具有90°側壁的一管道還要多的材料。例如，一管道中與一傳導特徵相鄰的開口一般會受限於該傳導特徵的尺寸；不過，藉由運用傾斜的管道側壁，開口在管道之相對末端處可增大至一最佳尺寸，使得管道可內含大量傳導材料(以從LESD轉移離開更多熱)，並且此開口處的傳導材料將具有較大表面積而可更有效率地與可附接至介電層的傳熱或吸熱材料以及管道內的傳導材料介接。
傾斜側壁的其他優點為，當管道被填充有傳導材料時，會接合至傳導特徵中覆蓋住管道開口的任何部分。若管道壁為傾斜，則圍繞管道周邊的介電層楔形部分被卡在管道內傳導材料與介電層的第一主要表面上之傳導特徵之間。此卡住的楔形幫助避免介電材料彎曲與曲折時，管道內的傳導材料移位。
圖2繪示本發明的可撓性LESD 2之實施例，其中LESD 22各具有一個頂部接點與一個底部接點。頂部接點係並聯地線接合至傳導墊25。底部接點係連接至傳導特徵21，該特徵係連接至導電跡線26。墊
圖3A至圖3E顯示製作至少一個本發明實施例的方法，其中傳導層20導電。因為管道如此大，所以當管道10經填充有傳導材料18時，難以獲得平整的表面。本發明人已開發出一種提供平整表面的程序。在可撓性介電層12的一第一側上建立傳導層20並圖案化(圖3A)，該層具有第一和第二主要表面以及第一和第二側邊緣。然後，在可撓性介電層12中形成管道10(或多個管道)，管道10 從可撓性介電層12的一第二側延伸至第一側(圖3B)，藉此露出傳導層中與介電層第一主要表面相鄰之表面部分。在傳導層20上方供應一光阻遮罩15，但管道10露出的部分除外(圖3C)。將一或多個電接點附接至傳導層20靠近介電層的一第一側邊緣，然後開始電鍍管道10所露出的傳導層20之表面部分。因為管道很大，所以最靠近電接點的管道部分會比遠離的部份被電鍍地更快。為了容納此不平整的沉積，在管道填充已進行大約一半後(圖3D)，將電接點自介電層第一側邊緣附近的傳導層移除，並且附接至介電層一第二側邊緣附近的傳導層，然後繼續進行電鍍程序，直到管道填充至所要位準。以此方式，填入管道10內的傳導材料18之最終厚度變化可維持在管道10中傳導材料總厚度的10-15%或大約10-15%。然後移除光阻遮罩層(圖3E)。也可使用其他方法將傳導材料填入管道。所加入的傳導材料可將管道填充至任何合適的位準，例如100%、75%、50%、25%等等。通常較佳是100%位準以將熱轉移最大化。
在某些實施例中，管道可填充至超過100%的位準(圖3E’)，使得傳導材料突出基材的第二表面。此可進一步增強熱轉移。在某些實施例中，使用例如黏著劑熱介面材料(TIM)的黏著層35，將LESD附接至一導熱基材40(例如散熱裝置)。傳導材料18通常具有高於例如TIM這類黏著劑材料的熱轉移特性。因此，將具有較弱導熱性之材料(例如TIM或傳導黏著劑)的量最小化(例如，發生於傳導材料18的突出部分與相對傳導基材40之間)，可允許從LESD傳遞出 更多熱量。這可藉由例如使用保形材料用作黏著層35，以將LESD附接至傳導基材40來達成。
圖4繪示本發明的另一個實施例。圖4所繪示的物件類似於圖3E的物件，但其具有經填充有傳導材料18(可為但不限於銅或其他傳導材料)的兩個額外管道125和127延伸通過傳導墊25和27下方的介電層12。在至少某些實施例中，這些額外管道係導熱與導電的，並且可充當電極與熱轉移通道兩者。
圖5為可撓性LESD 2的替代實施例。在此實施例中，傳導墊25、27較大。另外，反射層30位於傳導特徵21與LESD 22之間。反射層30較佳包含一反射、導熱材料。合適的材料可為銀或其他反射金屬或合金。封裝材料圍體32在LESD 22的四周形成一障壁，使得當一封裝材料施加在LESD上方時被容納在一限定空間中。封裝材料圍體32可環繞一單一傳導特徵或多個傳導特徵。選擇性地，封裝材料圍體材料可具備反射性，以增強LESD的光輸出。適合形成封裝材料圍體的材料包括但不限於電絕緣材料，例如白糊(例如熱可固化)、預成形白色塑膠，以及亦具導熱性的材料，包括但不限於聚合物、凝膠、膠，例如經施加至物件時已經成形的環氧樹脂。封裝材料圍體的高度通常大約是50至約700um，但可為任何合適的高度。也可於介電層的第一主要表面上方(以及任何中介層與特徵上方，例如電路跡線以及傳導特徵)施加一反射層34。反射層34可利用合適的黏著劑36黏著，或可用任何其他合適的方式附接。合適的反射層材料包括但不限於加強型光譜反射材料，例如可購自美國3M Company的 商標VIKUITI；以及白色反射材料，例如白色環氧樹脂反射覆蓋塗層以及白色阻焊劑。
在本發明之至少某些實施例中，陣列可經群組在一起。例如，圖6繪示一實施例，其中三個圓形傳導特徵經群組在一反射表面上以及一圓形反射圍體的內側。在此實施例中，每一傳導特徵支撐一個LESD陣列，且陣列顏色彼此不同。例如，一個陣列為藍色、一個為綠色、而一個為紅色。圖7繪示另一實施例，其中三個矩形傳導特徵在一圓形圍體內對齊。
在本發明的至少一個實施例中，類似於傳導層20的一傳導層位於介電基材的底部表面上。此傳導層可為使用傳統可撓性電路製程形成的一電路之一部分。該電路可經過預先圖案化，或可在製作可撓性LES裝置的程序期間圖案化。替代地，傳導層可主要作用成熱轉移或散熱元件。傳導層可包含任何合適的材料，但通常是銅。
介電基材之第二主要表面上的一傳導層可為任何合適的厚度。將此傳導層做得厚一點，例如大約35微米(um)、較佳大約50um、大約75um、大約100um、或更多可加強從LESD移除熱量。
適合使用於本發明傳導層內的傳導物質將取決於應用情況，但可包括(例如)導電金屬，諸如銅、銀、金、鎳、鋁、錫、及其合金；導熱與導電黏著劑，包括經填充有傳導材料(例如傳導粒子)以使得所得黏著劑具傳導性的非傳導黏著劑。
適合使用於本發明傳導材料中的傳導物質也將取決於應用情況，但可包括金屬，諸如銅、金、銀、鎳、鋁、錫、及其合金， 以及焊錫、傳導聚合物、以及傳導黏著劑，包括經填充有傳導材料(例如傳導粒子)以使所得物質具有傳導性的非傳導聚合物以及黏著劑。
適合使用於本發明的可撓性聚合介電層中之聚合材料包括聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物、以及聚醯亞胺。較佳為聚醯亞胺。合適的聚醯亞胺包括：可購自DuPont、商名為KAPTON之聚醯亞胺；可購自Kaneka Texas corporation的APICAL；可購自SKC Kolon PI Inc的SKC Kolon PI，以及可購自日本Ube Industries的UPILEX和UPISEL，包括UPILEX S、UPILEX SN、以及UPISEL VT。這些UPILEX和UPISEL聚醯亞胺都由單體製成，諸如聯苯四羧酸二酐(BPDA)和苯基二胺(PDA)。在至少一個實施例中，該介電層的厚度較佳是50微米或更少。
可使用任何合適的方法，諸如化學蝕刻、電漿蝕刻、聚焦的離子束蝕刻、雷射剝蝕、壓紋、微複製、射出成形、以及打孔，在該介電基材內形成管道。在某些實施例中，可為較佳的是化學蝕刻。任何合適的蝕刻劑都可使用，並且可依據介電基材材料而變化。合適的蝕刻劑可包括鹼金屬鹽，例如氫氧化鉀；含增溶劑(例如胺)和醇(諸如乙二醇)中之一或兩者的鹼金屬鹽。適用於本發明某些實施例的化學蝕刻劑包括KOH/乙醇胺/乙二醇蝕刻劑，例如美國專利公開案第2007-0120089-A1號內更詳細說明者，該案以引用方式併入本文中。其他適用於本發明某些實施例的化學蝕刻劑包括KOH/甘胺酸蝕刻劑，例如美國專利臨時申請案第61/409791號內更詳細說明者， 該案以引用方式併入本文中。在蝕刻之後，該等介電基材可用一鹼性KOH/過錳酸鉀(PPM)溶液處理，例如約0.7至約1.0wt% KOH以及約3wt% KMnO4的一溶液。
化學蝕刻所產生的側壁角度有所不同，並且最主要取決於蝕刻率，較慢的蝕刻率導致較淺的側壁角度，亦即接近0°。化學蝕刻所產生的典型側壁角度與該介電層的主要平面成大約5°至60°。在至少某些實施例中，側壁角度大約為9°至45°。且在至少某些其他實施例中，側壁角度大約為25°至30°。如先前提及為化學蝕刻之一替代例，該介電基材內的管道可用打孔、電漿蝕刻、聚焦的離子束蝕刻、以及雷射剝蝕來形成。運用這些管道形成方法，該等側壁通常具有較陡的角度，例如最高與該介電層的主要平面成90°。針對本申請案之目的，一傾斜的側壁意指並未與該介電層之水平平面成垂直的一側壁。具有傾斜側壁的管道也可使用例如壓紋、微複製、以及射出成形這類方法製成。
本發明之可撓性LES裝置的至少某些實施例提供優異的熱管理特性。在至少一態樣中，至少部分係由於管道內的傳導材料，LESD所產生的熱可迅速傳遞至介電基材底側上的導熱層。在此方式中，熱可迅速從LESD中導出。
LESD可直接封裝在可撓性基材上，例如藉由將封裝材料施加於個別或多個LESD上以及上面放置LESD的傳導特徵上，或藉由將封裝材料施加於LESD的一陣列上及圍繞此等LESD的傳導層部分上。封裝材料較佳是透明的(即，透光率99%以上)模製化合 物。其可選擇性地適合在固化後當成一透鏡。聚矽氧和環氧樹脂為合適的封裝化合物。其中可另外包含光擴散粒子。合適的模製化合物可購自例如日本的Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.以及NuSil Silicone Technology of Santa Barbara,Calif.。若需要，可將例如磷光體塗料這類波長轉換材料在封裝之前塗抹於LESD頂端上。在封裝LESD之前，可選擇性地施加一底填充材料。可撓性LES裝置也可經圍封在防水/耐風雨的透明外殼內，該外殼可由任何合適的聚合透明材料製成。
可撓性LES裝置可用批次製程或連續製程來製造，例如製作可撓性電路常用的卷對卷程序。管道頂端上的LESD陣列可在可撓性基材上以任何所要圖案來形成，然後LESD陣列可依所要來分割，例如藉由沖壓或切割基材，例如單切成個別陣列、陣列長條、或陣列群組。因此，可運送在一可撓性基材上成一完整卷軸的LESD而不需要傳統捲帶與捲軸程序(tape and reel process)(在該程序中個別LESD通常係在一載帶的個別凹穴內被運輸)。
在形成個別陣列、陣列長條、或陣列群組之前或之後，可撓性LESD可附接至一額外基材，例如藉由使用一導熱黏著劑，將介電層的第二主要表面或介電層的第二主要表面上之一傳導層附接至額外基材。導熱黏著劑可進一步促進將熱傳遞遠離LESD。替代地，介電層的第二主要表面或介電層的第二主要表面上之傳導層，可利用金屬或將促進其黏附至一基材的其他材料處理。基材較佳是導熱的(例如，剛性或可撓性金屬條或箔，例如鋁箔)，但可為半導體或陶瓷基材，其可具或可不具導電性。
可撓性LES裝置可視其所欲用途而定附接至任何所欲基材。例如，其可附接至可撓性或剛性金屬基材(例如銅或鋁)、散熱裝置、介電基材、電路板等等。若LESD陣列欲用於一電路板，則可撓性LES裝置(不論呈單切、長條、或群組形式)可直接附接至末端使用者的電路板，如此就不需要習用導線框材料。若LESD陣列欲用來當成照明條，則可將其圍封在防水/耐風雨的透明外殼內，如上述。若LESD陣列為長條或群組形式，則其可電連接至呈長條或群組的其他LESD陣列的一或多者。在分割可撓性LES裝置之前，也可將例如齊納二極體與肖特基二極體這些額外元件增加至可撓性基材。這些元件也可電連接至LESD陣列。
雖然本文已針對說明較佳實施例之目的而例示並說明特定實施例，但所屬技術領域中具有通常知識者將了解，在不背離本發明之範疇之下，許多替代例及/或均等實施都可替代所示與所說明的特定實施例。本申請書旨在涵蓋本文所述之較佳實施例之任何調適或變化。因此，本發明顯然意欲僅受限於申請專利範圍及其均等範圍。
2‧‧‧LESD
10‧‧‧管道
12‧‧‧介電層
18‧‧‧傳導材料
20‧‧‧傳導層
21‧‧‧傳導特徵
22‧‧‧LESD
25‧‧‧傳導墊
40‧‧‧傳導基材

Claims (18)

  1. 一種物件，其包含：一可撓性聚合介電層，其具有第一及第二主要表面，該第一主要表面之上具有一傳導層，該介電層具有至少一個從該第二主要表面延伸至該第一主要表面的管道，該管道具有至少大約一公分的至少一個橫向尺寸並且經至少部分地填充有傳導材料，該傳導層包括與該管道實質上對齊的至少一個傳導特徵，該傳導特徵經組態以支撐複數個發光半導體裝置。
  2. 如請求項1之物件，其中該管道具有至少大約2公分的至少一個橫向尺寸。
  3. 如請求項1之物件，其中該傳導特徵覆蓋該管道的至少一部分以及該第一主要表面與該管道相鄰的一部分。
  4. 如請求項3之物件，其中該至少一個傳導特徵覆蓋該管道的至少50%以及該第一主要表面與該管道相鄰的一部分。
  5. 如請求項3之物件，其中該至少一個傳導特徵覆蓋該管道的至少75%以及該第一主要表面與該管道相鄰的該部分。
  6. 如請求項3之物件，其中該至少一個傳導特徵覆蓋該整個管道以及該第一主要表面與該整個管道相鄰的一部分。
  7. 如請求項1之物件，其中該至少一個管道具有壁，該等壁以與法線成大約5°至大約60°的一角度，從該介電層的該第二主要表面朝向該第一主要表面傾斜。
  8. 如請求項1之物件，其中該傳導層包含一電路。
  9. 如請求項1之物件，其進一步包含在該介電層的該第二主要表面上之一第二傳導層。
  10. 如請求項1之物件，其進一步包含複數個發光半導體裝置，該複數個 發光半導體裝置由該傳導特徵支撐並經電連接至該第一主要表面上的該傳導層。
  11. 如請求項9之物件，其進一步包含複數個發光半導體裝置，該複數個發光半導體裝置由該傳導特徵支撐並經電連接至該第一主要表面上的該傳導層。
  12. 如請求項1之物件，其中二或更多個管道及其實質上對齊的傳導特徵經群組在一起。
  13. 如請求項12之物件，其中三個管道及其實質上對齊的傳導特徵經群組在一起，各傳導特徵支撐一發光半導體裝置陣列，其中各陣列的顏色都彼此不同。
  14. 如請求項12之物件，其中該第一主要表面之上具有一反射層。
  15. 如請求項12之物件，其中該二或更多個傳導特徵係由一單一導熱封裝材料圍體所圍繞。
  16. 如請求項1之物件，其中一或多個傳導特徵係由一導熱封裝材料圍體所圍繞。
  17. 如請求項1之物件，其中該第一主要表面之上具有一反射層。
  18. 如請求項1之物件，其中該管道內的該傳導材料延伸超過該可撓性聚合介電層的該第二主要表面之該平面。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10692843B2 (en) * 2013-12-04 2020-06-23 3M Innovative Properties Company Flexible light emitting semiconductor device with large area conduit
US10580940B2 (en) * 2015-09-02 2020-03-03 3M Innovative Properties Company Flexible circuits for mounting light emitting semiconductor device
US9929230B2 (en) * 2016-03-11 2018-03-27 International Business Machines Corporation Air-core inductors and transformers
CN117059727A (zh) * 2023-10-12 2023-11-14 盐城鸿石智能科技有限公司 一种吸热MicroLED及其制备方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4067802B2 (ja) 2001-09-18 2008-03-26 松下電器産業株式会社 照明装置
US20050116235A1 (en) 2003-12-02 2005-06-02 Schultz John C. Illumination assembly
US20060087866A1 (en) 2004-10-22 2006-04-27 Ng Kee Y LED backlight
US7821023B2 (en) 2005-01-10 2010-10-26 Cree, Inc. Solid state lighting component
US9793247B2 (en) 2005-01-10 2017-10-17 Cree, Inc. Solid state lighting component
US8622578B2 (en) 2005-03-30 2014-01-07 Koninklijke Philips N.V. Flexible LED array
US20070063213A1 (en) 2005-09-21 2007-03-22 Lighthouse Technology Co., Ltd. LED package
KR20070039398A (ko) * 2005-10-07 2007-04-11 히다치 막셀 가부시키가이샤 반도체장치, 반도체 모듈 및 반도체 모듈의 제조방법
US8123375B2 (en) 2005-11-18 2012-02-28 Cree, Inc. Tile for solid state lighting
US20070120089A1 (en) 2005-11-28 2007-05-31 3M Innovative Properties Company Polymer etchant and method of using same
US7648257B2 (en) 2006-04-21 2010-01-19 Cree, Inc. Light emitting diode packages
US20080067526A1 (en) 2006-09-18 2008-03-20 Tong Fatt Chew Flexible circuits having improved reliability and thermal dissipation
US20080117619A1 (en) 2006-11-21 2008-05-22 Siew It Pang Light source utilizing a flexible circuit carrier and flexible reflectors
US20080144322A1 (en) 2006-12-15 2008-06-19 Aizar Abdul Karim Norfidathul LED Light Source Having Flexible Reflectors
JP4969332B2 (ja) 2007-06-19 2012-07-04 シャープ株式会社 基板及び照明装置
TW200847481A (en) 2007-10-24 2008-12-01 Jyu Heng Electronic Materials & Component Co Ltd LED base body with separated heat and electric conductions, and the heat-dissipation unit structure thereof
CN201412704Y (zh) 2009-03-10 2010-02-24 广州南科集成电子有限公司 一种集成led芯片的光源
JP2012033855A (ja) 2010-07-01 2012-02-16 Hitachi Cable Ltd Ｌｅｄモジュール、ｌｅｄパッケージ、並びに配線基板およびその製造方法
KR20130141559A (ko) * 2010-11-03 2013-12-26 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 열 관리를 위한 가요성 ｌｅｄ 디바이스 및 제조 방법
CN103189470B (zh) 2010-11-03 2015-05-20 3M创新有限公司 聚合物蚀刻剂及其使用方法
WO2012112873A2 (en) 2011-02-18 2012-08-23 3M Innovative Properties Company Flexible light emitting semiconductor device
US8895998B2 (en) 2012-03-30 2014-11-25 Cree, Inc. Ceramic-based light emitting diode (LED) devices, components and methods
US10692843B2 (en) * 2013-12-04 2020-06-23 3M Innovative Properties Company Flexible light emitting semiconductor device with large area conduit
US9978582B2 (en) * 2015-12-16 2018-05-22 Ostendo Technologies, Inc. Methods for improving wafer planarity and bonded wafer assemblies made from the methods

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