TWI530235B - 用於熱管理之可撓性發光二極體裝置及製造方法 - Google Patents

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Description

用於熱管理之可撓性發光二極體裝置及製造方法
本發明係關於可撓性高功率發光半導體裝置。
習用發光半導體(LES)裝置(LESD)(包括發光二極體(LED)及雷射二極體)及含有LESD之封裝具有若干缺點。高功率LESD產生大量熱，該熱必須加以管理。熱管理處理因熱耗散及熱應力產生之問題，目前此係限制發光二極體之性能的關鍵因素。
一般而言，LES裝置通常易於受損，該損害係由自裝置內產生之熱、以及在外部照明應用之情形下來自陽光之熱的累積造成。過量熱累積可造成LES裝置中所用之材料(例如LESD之囊封劑)劣化。在LED附接至可撓性電路壓層(其亦可包括其他電組件)時，熱耗散問題大大增大。
另外，習用LES裝置及封裝往往較厚，此限制其在低形狀因數(form factor)應用中之使用。因此，業內仍需要改良可撓性LES裝置及封裝之設計以改良其熱耗散性質、以及容許其以低形狀因數使用。
多層電路中之通孔用於電連接由絕緣材料隔開之電路層。US 2003/0039106揭示使用通孔在兩個佈線層之間具有電連接的雙側線路板。藉由自凹槽中之兩個佈線層的介面移除碎屑使得電連接更可靠。
本發明之至少一個態樣經由穩定的可撓性LESD構造為當前及未來高功率LESD構造提供有成本效益之熱管理解決方案，該LESD構造在介電層之兩個表面上具有傳導層且在介電層中之通孔中具有傳導層，其中通孔中之傳導層並不在介電層表面上的傳導層之間建立直接電連接。高功率LESD陣列之作業需要耗散大量熱之能力。根據本發明之至少一個實施例，可藉由將LESD整合至具有可撓性聚合介電基板(即介電層)之系統中來管理熱耗散。為完成更好熱管理，將LESD直接或間接定位於傳導層上，該傳導層位於延伸穿過介電層之通孔中，該傳導層與位於介電層之底部表面上的毗鄰導熱層熱接觸。在本發明之至少一個實施例中，為產生通孔且隨後將LESD定位於通孔中之傳導層上，穿過介電層實施蝕刻。蝕刻介電層藉由產生傾斜側壁提供額外優點，該等側壁可經反射層塗佈以提供增強之光效率。另外，在至少一些實施例中，由於LESD位於介電層表面下方，故其具有比標準LES裝置低之輪廓，此使得其十分適於低形狀因數應用。
本發明之至少一個態樣提供包含可撓性聚合介電層之物件，該可撓性聚合介電層具有第一及第二主表面，該介電層具有自第一主表面延伸至第二主表面之通孔之陣列，該第一主表面上具有第一傳導層且該第二主表面上具有第二傳導層，該通孔由包含介電材料之壁及覆蓋介電層之第二主表面中的通孔開口之該第二傳導層界定，至少一個通孔在其壁之至少一部分上及在覆蓋介電層之第二主表面中的通孔開口之第二傳導層的至少一部分上具有第三傳導層；該第三傳導層經組態以直接或間接支撐發光半導體裝置，其中該第一傳導層具有導電性且該第二及第三傳導層具有導熱性，且其中該第三傳導層不在第一及第二傳導層之間提供直接電連接。
本申請案中所用「LES」意指發光半導體，包括發光二極體及雷射二極體，且「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可為裸LES晶粒構造、完全封裝之LES構造、或包含多於裸晶粒、但少於完全LES封裝之所有組件的中間LES構造，以使術語LES與LESD可互換使用且係指不同LES構造中之一者或全部。術語「可撓性LES裝置」或「可撓性LESD」通常係指含有裸晶粒發光半導體、封裝LES構造、或中間LES構造之可撓性物件。
本發明之至少一個實施例的優點係：可撓性LES裝置提供優良熱耗散，此為高功率LESD所需。
可將可撓性LES裝置在單一可撓性絕緣層上以陣列形式接線。
定位LESD之通孔之壁斜率可助於反射由LESD發射之光，此產生較好熱管理。
可以簡單或複合曲線使所得可撓性LES裝置彎曲。
使用具有LESD之可撓性層可消除與習用次安裝架相關之成本。
所得可撓性LES裝置可為當前及未來高功率LED構造提供穩定的有成本效益之熱管理解決方案。
支撐LESD之傳導層與介電層之底部側上之傳導層的直接接觸比標準構造更好地熱耗散。
針對支撐LESD之傳導層及介電層之底部側上之傳導層使用相同或類似材料可顯著降低介面熱阻。
本發明之上述內容並非旨在說明本發明之全部揭示實施例或本發明之所有實施方法。以下圖及詳細說明更具體地舉例說明闡釋性實施例。
在以下說明中，對附圖加以參照，該等附圖構成其說明之一部分且以舉例方式顯示若干具體實施例。應瞭解，可涵蓋其他實施例且不背離本發明之範圍或精神。因此，以下詳細說明不應視為具有限制意義。
除非另有說明，否則，本說明書及申請專利範圍中用於表示特徵大小、量及實體性質之所有數值在所有情況下皆應理解為由術語「約」修飾。因此，除非說明相反之情形，否則上述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數係近似值，其可端視彼等熟習此項技術者利用本文所揭示之教示試圖獲得之期望性質而改變。由端點所列舉之數值範圍包括所有屬於該範圍內之數值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)及彼範圍內之任一範圍。
除非另有說明，否則術語「塗佈」(「coat」、「coating」、「coated」)及諸如此類並不限於特定類型之施加方法，例如噴塗、浸塗、滿版塗佈等，且可係指藉由適於所述材料之任一方法沈積的材料，該方法包括諸如氣體沈積方法等沈積方法、鍍覆方法、塗佈方法等。另外，參照所述圖之定向使用諸如「頂」、「底」、「前」、「後」、「上」、「下」等方向性術語。由於可以若干不同定向來定位各實施例之組件，因此方向性術語的使用是出於圖解說明目的而絕非限制性目的。一般而言，在各種實施例中，類似參考編號用於類似特徵。除非另有說明，否則該等類似特徵可包含相同材料，具有相同屬性，且起相同或類似功能。即使未明確闡明，若適當，針對一個實施例闡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。
本發明之至少一個實施例繪示於圖1中，其顯示具有至少一個通孔10之可撓性介電層12，LESD 26定位於該通孔中。通孔10係穿過介電層自一個表面延伸至另一表面之開口。其最初由包含介電層之壁界定但可進一步由施加至該等壁之層及塗層界定。其在一端由位於介電層12之底部表面上的傳導層20隔離。施加至通孔壁之層及塗層亦可施加至通孔10之底部開口下的傳導層20之部分。(儘管本文使用複數術語「通孔壁」，但此術語亦係指單一連續彎曲壁，例如彼等具有圓錐形或截頭圓錐形形狀者)。通孔10可具有任一適宜形狀，例如圓形、橢圓形、矩形、蛇形、通道、格柵(例如，形成由重疊通道之連續圖案隔開之介電層之島)等。通孔可含有單一LESD 26或可含有多個LESD。舉例而言，若通孔係通道形、格柵形或較大，則多個LESD可定位於單一腔中。在圖1之實施例中，通孔壁及傳導層20之暴露部分支撐傳導層18。在其他實施例中，傳導層18可支撐諸如額外傳導材料等額外材料及/或諸如反射塗層等額外層。傳導層19位於介電層12之頂部表面上。傳導層19通常具有導電性，且在一些實施例中亦具有導熱性。在一些實施例中，傳導層19包含導電電路。LESD 26可線接合至該導電電路。傳導層18直接或間接支撐通孔10中之LESD 26。在一些實施例中，鈍化或接合層位於LESD 26下以有利於LESD 26接合至下伏層。在一些實施例中，傳導層18可包含傳導層19位於通孔10中之一部分或可包含沈積於通孔10之壁上及傳導層20毗鄰介電層12之第二表面中之通孔開口的部分上之單獨傳導層。
傳導層18通常具有導熱性，且在一些實施例中亦具有導電性。傳導層18通常具有相對均勻之厚度且通常遵循下伏表面之外形。例如，若傳導層18小於通孔10中之期望厚度，則可視情況在通孔中之傳導層18上沈積形成傳導材料18'(例如，參見圖3)之額外傳導物質。傳導層18及傳導材料18'可包含相同或不同物質。舉例而言，二者均可為銅，或傳導層18可為銅，而傳導材料18'可為焊料。若傳導層18及傳導材料18'包含相同物質，則二者間之介面可模糊。傳導層18可與傳導層20熱連接且視情況電連接，但不與傳導層19直接電連接。應注意，在一些實施例中，傳導層19之一部分(該部分與傳導層19之剩餘部分電隔離)自介電層12之第一表面延伸至通孔10中。在該情形下，將傳導層19之此部分視為傳導層18之部分。
傳導層20通常具有導熱性，且在一些實施例中亦具有導電性。在一些實施例中，傳導層20包含導電電路。在該情形下，若傳導層18及中間層亦具有導電性，則具有底部電極之通孔10中的LESD可與該電路電連接。
本發明之至少一個實施例提供使用蝕刻介電層之可撓性LESD陣列構造。至少一個通孔10蝕刻穿過介電層12。通孔可具有以任一適宜方式(例如塗佈、氣體沈積、化學沈積、鍍覆等)沈積於其中之傳導層18，但通常使用電鍍或無電鍍來鍍覆傳導層18。可以任一適宜方式沈積傳導材料18'(若添加)，例如塗佈氣體沈積、化學沈積、鍍覆、分配等。通常使用業內晶粒接合方法(例如共晶、焊料(包括用於覆晶安裝之焊料凸塊)、黏著劑及熔融接合)將LESD直接或間接(例如，若存在中間材料或層)物理附接至傳導層18(或傳導材料18')。由於通孔形成穿過介電層之開口，故通孔中之傳導層及介電層之底部表面上的傳導層直接電及熱接觸，此使得由LESD產生之熱有效穿過通孔中之傳導層18至介電層12之底部表面上的傳導層20而耗散。
適用於本發明之導電及/或導熱層中之傳導物質將端視應用而定，但可包括(例如)金屬，例如銅、銀、金、鎳、鋁、錫及其合金；導熱及導電聚合物及黏著劑，包括填充有傳導材料(例如傳導性粒子)之非傳導聚合物及黏著劑以使所得聚合物或黏著劑具有傳導性。
適用於本發明之傳導材料中之傳導物質亦將端視應用而定，但可包括諸如銅、金、銀、鎳、鋁、錫及其合金等金屬、以及焊料、傳導性聚合物、及傳導性黏著劑，包括非傳導聚合物及填充有傳導材料(例如傳導性粒子)之黏著劑以使所得物質具有傳導性。
適宜導電及/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)、奈米級銀粒子、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、鈦酸鋯酸鑭鉛、二氧化矽、及其混合物。
適用於本發明之可撓性聚合介電層中之聚合材料包括(但不限於)聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物及聚醯亞胺。聚醯亞胺較佳。適宜聚醯亞胺包括彼等以下者：以商品名KAPTON購自DuPont；APICAL，購自Kaneka Texas公司；SKC Kolon PI，購自SKC Kolon PI公司；及UPILEX及UPISEL(包括UPILEX S、UPILEX SN及UPISEL VT，其均購自Ube Industries,Japan)。該等UPILEX及UPISEL聚醯亞胺係自諸如聯苯四甲酸二酐(BPDA)及苯二胺(PDA)等單體製得。
可使用諸如化學蝕刻、電漿蝕刻、聚焦離子束蝕刻、雷射燒蝕、壓花、微複製、射出模製及衝壓等任一適宜方法在介電層中形成通孔。在一些實施例中，化學蝕刻可較佳。可使用任一適宜蝕刻劑且其可端視介電層材料而有所變化。適宜蝕刻劑可包括鹼金屬鹽，例如氫氧化鉀；具有增溶劑(例如胺)及醇(例如乙二醇)中之一者或二者之鹼金屬鹽。適用於本發明之一些實施例之化學蝕刻劑包括KOH/乙醇胺/乙二醇蝕刻劑，例如彼等更詳細闡述於美國專利公開案第2007-0120089-A1號中者，該案件以引用方式併入本文中。適用於本發明之一些實施例之其他化學蝕刻劑包括KOH/甘胺酸蝕刻劑，例如彼等更詳細闡述於同在申請中之美國臨時專利申請案第61/409791號中者，該案件以引用方式併入本文中。在蝕刻後，可用鹼性KOH/高錳酸鉀(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。
可用傳導層包覆介電層之一側或兩側。若傳導層欲形成電路，則可對其進行預圖案化，或可在製造可撓性LESD裝置之過程期間對其進行圖案化。多層可撓性層(具有介電及傳導材料之多層)亦可用作基板。傳導層可為任一適宜材料，但通常係銅。
圖2A至2B繪示具有根據本發明實施例蝕刻之通孔10的UPISEL VT介電層，其一側上包覆有銅層20(該結構可以商標名UPILEX N自Ube Industries,Japan購得)。如圖2A中所示，UPISEL VT由包含UPILEX S之核心層14及包含熱塑性聚醯亞胺(TPPI)之薄外層16構成。可使用諸如KOH/乙醇胺/乙二醇等任一適宜化學物質蝕刻UPISEL VT，如美國專利公開案第2007-0120089-A1號中更詳細闡述。利用此蝕刻劑，發現UPILEX S之疏水性質及較高模數可藉由溶解機制產生蝕刻，此產生極為光滑之腔之側壁。如圖2B中所示，蝕刻劑調配物蝕刻穿過TPPI層與核心層以提供暴露銅層之開口，該銅層包覆於介電層之底部表面上。
因化學蝕刻產生之側壁角可變，且最依賴於蝕刻速率，其中較慢蝕刻速率產生較淺(即接近0°)側壁角。因化學蝕刻產生之典型側壁角與介電層之主平面成約5°至約60°，且在至少一個實施例中成約25°至約28°。如前文所述，作為化學蝕刻之替代方案，可藉由衝壓、電漿蝕刻、聚焦離子束蝕刻及雷射燒蝕在介電層中形成通孔。利用形成通孔之該等方法，側壁通常具有較陡角，例如，與介電層之主平面成高達90°。出於此應用之目的，傾斜側壁意指不垂直於介電層之水平面之側壁。具有傾斜側壁之通孔亦可使用諸如壓花、微複製及射出模製等方法製得。
若通孔形成方法將不會破壞傳導層，例如由於通孔形成方法將不會蝕刻傳導層或使其降格(例如利用電漿蝕刻)，則可在形成通孔10之前將傳導層20施加至介電層12之底部側，或者若通孔形成方法(例如利用衝壓)將會破壞傳導層，則其可在形成通孔之後添加。在本發明之至少一個實施例中，傳導層20係導熱且視情況導電黏著劑。黏著劑層可用作蝕刻終止層或可在形成通孔10後將其施加至介電層12。若傳導性黏著劑用作蝕刻終止層，則適宜黏著劑係彼等耐化學物質者，尤其彼等耐鹼性溶液者。在形成通孔10後，可藉由(例如)在通孔10中(包括在覆蓋通孔開口之導熱黏著劑上)電鍍施加傳導層18。可對導熱黏著劑層之相對側施加其他層(在對介電層施加黏著劑之前或之後)。舉例而言，可將熱介面材料、金屬箔、剛性金屬板、散熱器等附接至黏著劑層。具有覆蓋通孔開口之導熱黏著劑層可增強自位於通孔中之LESD的熱耗散。可藉由添加需要量之適宜導熱粒子及藉由調整黏著劑之厚度來調整黏著劑之導熱性。用於導熱黏著劑中之典型導熱粒子係氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋇(BN)、奈米級銀粒子、碳奈米管(CNT)、富勒烯、石墨烯、碳填充劑等。粒子之大小通常在亞微米或微米範圍內。該等填充黏著劑之典型導熱性係約0.2 W/mK至約6 W/mK。
適用於導熱黏著劑中之黏著劑類型包括但不限於環氧樹脂、聚胺基甲酸酯、聚醯胺醯亞胺及酚醛樹脂。
適用於導熱黏著劑之固化方法包括但不限於熱、UV、電子束、UV-β階段固化(UV及熱固化之組合，其中將黏著劑塗佈至襯墊上，最初使其經受初始UV固化，隨後層壓至基板上並熱固化)、及其組合。
若黏著劑在施加至介電層之前黏附至傳導性(例如銅)層，則通常將黏著劑塗佈至襯墊上並用銅箔層壓或直接塗佈至銅箔上。電沈積或經輥退火之銅較佳。若銅具有粗糙側及平滑側，則通常較佳將黏著劑附接至粗糙側。
圖3繪示在介電層12中形成通孔10的本發明之實施例。可在介電層中形成類似通孔之陣列。傳導層18施加於底部開口及通孔之壁上且向上延伸至介電層12之頂部表面上。在傳導層18之中心部分上添加傳導材料18'。傳導層18及傳導材料18'與介電層12之頂部表面上的傳導層19電隔離。傳導層19可包含電路。
在本發明之至少一些實施例中，傳導層18與傳導材料18'之合併物質可與在通孔之底部開口上時一樣薄或其可與在通孔壁上時一樣薄，或其可更薄或更厚。若其更厚，則其可部分或完全填充通孔。在圖3之實施例中，所添加傳導材料18'在通孔10之底部開口上及在通孔壁之下部部分上比其在通孔壁之上部部分上產生更濃量之傳導物質，且因此，傳導物質部分填充通孔，例如約50%。傳導層18及材料18'可具有任一適宜厚度，例如通孔深度之10%、15%、25%或更大。在一些實施例中，傳導層18及材料18'填充通孔之較大百分比，例如約50%、約75%或約100%。儘管在此應用中之許多情況下，僅提及通孔10中之傳導層18，但應理解，傳導材料18'即使其未明確提及亦可存於通孔10中。傳導層20毗鄰介電層12之底部表面。傳導層20可具有任一適宜厚度。由於傳導層18及傳導層20彼此毗鄰位於通孔10之底部開口處，故其可聯合起作用以自LESD耗散熱。在一些實施例中，傳導層18可製得較薄且傳導層20可製得較厚，或反之亦然，從而獲得期望熱轉移性質。
在本發明之至少一些實施例中，可將反射塗層22進一步施加至通孔中之傳導層18及傳導材料18'上。反射塗層可為具有增強反射性之金、銀、鋁、固有反射介電材料、或有色材料。反射塗層可存於傳導材料與LESD之間或可在LESD下不存在以使LESD直接位於傳導層(或另一中間層)上。若反射塗層定位於傳導層與LESD之間，則其較佳具有導熱性及/或較薄以允許熱自LESD轉移至傳導層18。添加傳導性凸塊24(其可為Au、AuSn、AuGe、AuSi、或其他適宜材料)以線接合LESD與傳導層19。
圖4繪示類似於圖3之本發明實施例，其中將鈍化層23施加至LESD 26之底部以有利於晶粒接合LESD 26與反射層22。適宜鈍化材料包括諸如Au等金屬及諸如AuSn、AuGe、AuSi等金屬間合金。LESD 26線接合至傳導性凸塊24。可採用不同類型之晶粒接合(例如共晶、熔融及黏著劑接合)以在通孔中附接LESD。在一些類型之接合(例如共晶接合)情況下，較佳在LESD之底部上沈積金屬或金屬間合金(如此實施例中所闡釋)以有利於接合至可撓性介電層上之傳導層/材料或反射塗層(或另一中間層)。對於與Au/Sn之共晶接合而言，將LESD附接至通孔中之傳導層/材料所涉及之溫度通常係介於約250℃與325℃之間，最通常約285℃。可藉由其他方法(例如有機晶粒附接，例如使用銀環氧樹脂或焊接)黏著LESD。可將共晶接合視為直接接合方法，而將焊接視為間接接合方法。
本發明之可撓性LES裝置的至少一些實施例提供優良熱管理性質。至少部分由於通孔中支撐LESD之傳導層，由LESD產生之熱可容易地傳遞至介電層之底部側上的傳導層。以此方式熱可容易地自LESD傳導出。另外，在通孔中具有基本上遵循通孔之外形之傳導層可使傳導層之表面積最大化，此可改良熱耗散。一般而言，具有淺角度之通孔將為壁提供較大表面積，此可更好地熱耗散。在本發明之至少一些實施例中，發現傳導層20之底部的厚度為至少約50微米(μm)可獲得良好熱及結構性能。另外，可控制通孔中之傳導物質的量以進一步影響熱管理。在一些實施例(其中傳導層19之一部分延伸至通孔10中，包括延伸至通孔10之底部開口上，由此形成全部或部分傳導層18)中，整個傳導層19可製得相對較厚且不在通孔10中添加額外傳導材料。在本發明之至少一些實施例中，發現介電層表面上及通孔中厚度為約50 μm至約100 μm、較佳約75 μm至約100 μm之傳導性(例如銅)層19顯著增強熱自LESD及/或LESD下之焊料層至傳導層20耗散。在通孔中具有此厚傳導層18可增強自LESD及/或焊料層至傳導層18且隨後至傳導層20之垂直及橫向熱擴散。
本發明者亦發現，在本發明之至少一些實施例中，控制通孔10之底部開口的面積尺寸且因此控制底部開口上之傳導層18的面積尺寸可顯著影響自LESD及/或LESD下之焊料層至傳導層18且進一步至毗鄰底部通孔開口之傳導層20的熱擴散。通常，增大通孔開口面積與LESD佔用面積之比率可更好地熱耗散。發現比率為1:2(LESD佔用：底部通孔開口)及以上顯示熱耗散優於1:1比率改良，其中比率為1:3顯示熱耗散最顯著增大。據信在使用(例如)毗鄰熱轉移層使熱在較大表面積上擴展開之前，此比率有助於在z方向上耗散熱。儘管1:2之比率有助於熱耗散且可使用諸如1:4等較高比率，但發現1:3比率提供比(例如)1:1比率獲得更顯著改良，而1:4比率可提供優於1:3比率之遞增改良。
可藉由(例如)在個別LESD及在其上面或其內置有LESD之通孔上施加囊封材料、或藉由在LESD陣列及該等LESD周圍之傳導層上施加囊封劑直接在可撓性介電層上封裝LESD。囊封劑較佳係透明(即具有超過99%之透明度)模製化合物。
在本發明之至少一個實施例中，囊封劑係透明之顏色轉換材料，其可吸收自LESD之LES發射之光並重新發射不同(通常較高)波長之光。舉例而言，含有黃色磷光體之顏色轉換材料可用於囊封藍色LED，此可產生白色光。在本發明之一些實施例中，可調整通孔側壁之斜率以在LESD周圍產生均勻厚度之顏色轉換層以提供均勻光轉換且較佳提供優異熱管理。在本發明之至少一個實施例中，通孔側壁之斜率係約5°至約90°。本發明之至少一個實施例的優點在於將LESD放置於通孔中使得可精確放置囊封劑，此乃因其可包含於通孔中。本發明之至少一個實施例的優點在於將LESD放置於通孔之中心中並用囊封劑填充通孔由於可在LESD周圍產生囊封劑之均勻層而產生均勻光轉換。在本發明之替代實施例中，在將LESD放置於通孔中之前在通孔之底部處塗佈顏色轉換材料之層來替代用顏色轉換材料囊封LESD。以此方式，顏色轉換材料可吸收至少一些自LES發射之光並重新發射不同(通常較高)波長之光。適宜顏色轉換材料之實例係磷光體填充之囊封劑。該囊封劑可藉由混合黃色磷光體(例如以商標名ISIPHOR SSA612100自Merck獲得者)與具有適宜黏著性質之適宜聚矽氧囊封劑混合來製得。在一些實施例中，磷光體與聚矽氧黏著劑之重量比可宜為75%。在將囊封劑分配於通孔中後，在一些實施例中，其可藉由於80℃下暴露於UV光中1小時來固化。
在固化時，囊封劑可視情況適於發揮作為透鏡之作用。聚矽氧及環氧樹脂係適宜囊封化合物。囊封劑可進一步含有分佈於其中之光學擴散粒子。適宜囊封(模製)化合物可購自(例如)日本之Shin-Etsu Chemical有限公司及Santa Barbara,Calif.之NuSil Silicone Technology。若期望，可在囊封之前在LESD頂部上沈積波長轉換材料(例如磷光體塗層)。可在囊封LESD之前視情況施加底填充材料。亦可將可撓性LES裝置封閉於防水/耐候透明套管中，該套管可自任一適宜透明聚合材料製得。
圖5繪示本發明之實施例，其中在介電層12中形成與圖3及4中之通孔結構類似之通孔結構，高度小於通孔10之深度的LESD 26利用焊料28附接至通孔10中之傳導材料18'，且通孔填充有覆蓋LESD之囊封劑30。線接合自囊封劑30延伸出並與接合墊24連接。
圖6繪示本發明之可撓性LES裝置之實施例，其中介電層12分別在其頂部及底部表面上具有傳導層19及20、以及含有支撐由囊封劑30覆蓋之LES裝置26的傳導層18之通孔。在此實施例中及在本發明之其他實施例中，介電層及傳導層支撐並圍繞LESD，藉此提供可撓性且穩固的LESD。
圖7A至7D繪示製造本發明之替代實施例之方法，其中LESD之高度小於通孔之深度。在圖7A至7D之實施例中，可在通孔內部線接合LESD且可囊封線接合，藉此增大最後實施例中之線接合的穩健性。在此實施例中，通孔10在介電層12之第一主表面附近具有上部部分10a且在第二主表面附近具有下部部分10b且上部通孔部分10a之直徑大於下部通孔部分10b之直徑。上部及下部通孔部分之斜率可為適於期望應用之任一斜率且可相同或不同。每一斜率通常可介於約5°與約90°之間。此實施例可藉由以介電層12開始在其第二主表面上具有傳導層20來產生。用圖案化光遮罩覆蓋介電層12之第一主表面並移除介電層12之暴露部分以形成具有期望直徑及壁斜率之上部通孔部分10a(其在此階段中係腔，即，其不完全穿過介電層)，如圖7A中所示。隨後用光遮罩覆蓋新產生之腔底板之外部部分、以及腔壁及介電層12之第一主表面，且將腔之中心部分進一步蝕刻完全穿過介電層12以形成下部通孔部分10b，如圖7B所示。隨後，如圖7C中所示，可用自介電層12之第一主表面延伸至上部腔部分10a中之傳導層19之一部分塗佈上部通孔部分10a之壁。在此情形下，傳導層19之此部分不形成傳導層18之部分，而是與傳導層19之其他部分連接。用傳導層18塗佈下部通孔部分10b，該傳導層18與傳導層20連接並與傳導層19隔離。如圖7D中所示，可將LESD 26放置於通孔10之底部處並線接合至傳導層19延伸至上部通孔部分10a中之部分。其後，可用囊封劑30填充通孔10。
圖8A至8D繪示製造本發明之替代實施例之方法，與圖7A至7D類似，其中LESD之高度小於通孔之深度。圖8A至8D以及8D'及8D"之實施例與圖7A至7D之實施例的不同之處在於最終實施例具有兩個由傳導層19隔開之介電層12及12'。在此實施例中，通孔10具有在介電層12中形成之下部部分10b及在介電層12'中形成之上部部分10a。如圖8A中所繪示，首先在介電層12中形成下部通孔部分10b。可在形成下部通孔部分10b之前或之後在介電層12表面上沈積傳導層19。若其後沈積，則其可在下部通孔部分10b中沈積傳導層18的同時沈積。如圖8B中所繪示，將介電層12'施加於傳導層19及下部通孔部分10b上。如圖8C中所繪示，隨後在介電層12'中形成上部通孔部分10a。上部通孔部分10a之直徑通常大於下部通孔部分10b之直徑。上部及下部通孔部分之斜率可為適於期望應用之任一斜率且可相同或不同。每一斜率通常可介於約5°與約90°之間。如圖8D中所繪示，隨後可將LESD 26放置於通孔之底部處並與傳導層19在介電層12上之部分導線接合。在替代實施例中，如圖8D'中所繪示，可在介電層12'上沈積傳導層19'並在傳導層19與19'之間經由介電層12'進行電連接。在又一實施例中，如圖8D"中所繪示，可在施加介電層12'之前經由介電層12在傳導層19與20之間進行電連接。在該等實施例中之任一者中，可視情況用額外材料(未顯示)(例如傳導材料及反射材料)塗佈上部通孔部分10a之壁。其後，可視情況用囊封劑(未顯示)填充通孔10。
圖9繪示本發明之實施例，其中在介電層中形成與圖3中之通孔結構類似之通孔結構。在此實施例中，LESD 26係包括由囊封劑31包圍之LED晶粒26'及散熱器27的完全LES封裝。LESD 26之主體駐存於通孔10中並利用焊料28附接至通孔中之傳導層18，同時接觸導線延伸至傳導層19上之接合墊24。
可以任一期望圖案形成LESD之陣列。舉例而言，圖10繪示介電層12中形成之通孔10內的LESD 26陣列，LESD 26位於與傳導層20直接接觸之傳導層18上。在此實施例中，通孔係覆蓋蛇形通道之圖案。
圖11A及11B分別繪示具有多個大通孔10之可撓性介電層12的俯視圖及剖視圖，在該等通孔中定位有多個串聯且平行連接且與可撓性介電層12之表面上的傳導層19電連接的LESD 26。LESD由通孔10中毗鄰傳導層20之傳導層18支撐。傳導層18可將熱自LESD 26轉移至傳導層20。
可在間歇過程或連續過程(例如經常用於製造可撓性電路之輥對輥過程)中製造本發明之可撓性LES裝置。隨後可視需要藉由(例如)壓印或藉由切割LESD物件將LESD分割、例如單分成個別LESD、LESD之條帶、或LESD之陣列。因此，可運輸可撓性LESD之整個卷軸而無需傳統卷帶式過程，其中通常在載體帶之個別袋中輸送個別LESD。
在形成LESD之個別條帶、或陣列之前或之後，可藉由(例如)利用導熱黏著劑將介電層之第二主表面上的傳導層附接至額外基板而將可撓性LESD附接至額外基板。導熱黏著劑可進一步有利於熱自LESD轉移出。或者，可用金屬或其他材料處理介電層之第二主表面上的傳導層，該等材料有利於傳導層黏附至基板。基板亦可為導熱(例如)剛性金屬條帶，或可為可導熱及/或導電或不可導熱及/或導電之半導體或陶瓷基板。
可端視可撓性LES裝置之既定用途將其附接至任一期望基板。舉例而言，可將其附接至可撓性或剛性金屬基板(例如銅或鋁)、散熱器、介電基板、電路板等。若LES裝置用於電路板，則可撓性LES裝置不管是呈單分條帶還是陣列形式均可直接附接至最終使用者之電路板，藉此消除對習用引線框材料之需要。若LES裝置用作發光條帶，則其可封閉於防水/耐風雨透明套管中，如上文所述。
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。亦可在可撓性LES裝置分割之前使用(例如)直接晶圓接合或覆晶方法向可撓性介電層之頂部或底部表面添加諸如Zener二極體及Schottky二極體等額外元件。亦可將該等元件電連接至LESD。
在本發明之至少一個實施例中，可撓性LESD物件比習用單一或多個LESD薄，此乃因LESD位於介電層之表面下方。此使得本發明之可撓性LES裝置可用於具有嚴密體積限制之應用(例如行動電話及相機閃光燈)中。舉例而言，本發明之可撓性LES裝置可提供約0.7 mm至4 mm、且在一些實施例中0.7 mm至2 mm之輪廓，而習用LESD物件輪廓通常大於4 mm且係約4.8 mm至6.00 mm。此外，若需要，在本發明之至少一個實施例中，可使可撓性LESD撓曲或彎曲以容易地裝配至非線形或非平面總成中。
在至少一個實施例中，介電層及其上之傳導層為LESD提供薄的順應性支撐。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微米或更小。
實例
本發明係藉由以下實例加以闡釋，但該等實例中列舉之特定材料及其量、以及其他情況及詳細內容不應理解為對本發明之不適當限制。
蝕刻方法
製備蝕刻劑之通用程序包括首先藉由混合將37 wt%氫氧化鉀(KOH)溶解於水中，之後後續添加3.5 wt%乙二醇及22 wt%乙醇胺。使用水性光阻劑(以商標名HM-4056自Hitachi Chemicals,Japan購得)作為蝕刻遮罩使一側上包覆有3 μm銅層之50 μm聚醯亞胺介電層的試樣(以商標名UPISEL-N自UBE Industries有限公司，Tokyo,Japan購得)自PI側經受選擇性蝕刻。完全蝕刻穿過介電層至銅表面之背側。
電路形成方法
首先將20英吋(50.8 cm)寬乘以20 m長之一側上包覆有3 μm銅之50 μm聚醯亞胺的試樣(以商標名UPISEL-N自UBE Industries有限公司，Tokyo,Japan購得)切成13.4英吋(34.04 cm)寬。在自聚醯亞胺(PI)側移除18 μm銅載體層之後，藉由在兩側上層壓乾燥膜光阻劑(以商標名HM4056自Hitachi Chemicals有限公司購得)並使用光微影蝕刻製程在聚醯亞胺側上產生圖案化蝕刻遮罩而在試樣中形成通孔。隨後使用上述蝕刻方法使試樣經受化學蝕刻過程以在聚醯亞胺層之背側上完全穿過銅層蝕刻介電層之暴露部分。在自兩側移除光阻劑後，首先藉由真空沈積使試樣之暴露PI表面經受厚度為2 nm至20 nm之鉻黏結層的引晶，隨後藉由真空沈積將銅以約100 nm之厚度沈積於黏結層上，從而形成傳導塗層。隨後使傳導塗層經受電鍍以使銅層累積至約3 μm之最終厚度。此在蝕刻通孔中及整個PI介電層上提供傳導塗層之結構。隨後將光阻劑施加至包覆銅(在一側上)及塗佈銅(在另一側上)之介電層的兩側上並藉由再配准光微影蝕刻製程在塗佈銅之側上圖案化。在蝕刻PI側上之薄電沈積銅之暴露部分上電沈積45 μm銅。隨後在自蝕刻PI側移除光阻劑後，移除3 μm銅層之暴露部分及鉻黏結層以在介電層上產生電路圖案。此可在聚醯亞胺層之暴露部分與蝕刻通孔中之35 μm銅塗層之間產生厚度為35 μm之傳導性電極。
實例1
以下係在可撓性基板上封裝LESD、具體而言利用有機晶粒附接材料在可撓性介電基板之通孔中安裝藍色LED的實例。
使用上述電路形成方法在可撓性介電層上形成傳導電路並在可撓性介電層中形成複數個通孔。每一通孔具有約35 μm之電鍍銅之傳導塗層及約0.2 μm之金反射塗層，此產生約15 μm之剩餘通孔深度。在每一通孔中，使用自Quantum Materials,San Diego,U.S.A.購得之銀環氧有機晶粒附接材料將Cree EZ 290 Gen II LED(以零件號CA460EZ290-S2100-2自Cree公司，Durham,NC,U.S.A.購得)接合至反射/傳導塗層，於150℃下熱固化1小時。使用手動線接合器(以商標名4524D自Kulicke and Soffa Industries公司，Fort Washington,PA,U.S.A.購得)並使用1密耳直徑之金導線經由金接合墊將每一LED線接合至介電層之頂部表面上的傳導電路。使用以型號EX4210R(電壓額定值42 V、電流額定值10 A)自Thurlby Thandar Instruments Limited(TTi),Huntingdon,Cambridgeshire,United Kingdom購得之電源測試總成。LED在點亮時係亮藍色且總成顯示撓性。
實例2
以下係在可撓性基板上封裝LESD、具體而言利用直接晶粒附接接合在可撓性介電層之通孔中安裝藍色LED的另一實例。
使用上述電路形成方法在可撓性介電層上形成傳導電路並在可撓性介電層中形成複數個通孔。每一通孔具有約35 μm之電鍍銅之傳導塗層及約0.2 μm之鍍金反射塗層，此產生約15 μm之剩餘通孔深度。在每一通孔中，使用比率為80:20之金-錫將Cree EZ 290 Gen II LED(以零件號CA460EZ290-S2100-2自Cree公司，Durham,NC,U.S.A.購得)接合至反射/傳導塗層。使用手動線接合器(以商標名4524D自Kulicke and Soffa Industries公司,Fort Washington,PA,U.S.A.購得)並使用1密耳直徑之金導線經由金接合墊將每一LED線接合至介電層之頂部表面上的傳導電路。使用以型號EX4210R(電壓額定值42 V、電流額定值10 A)自Thurlby Thandar Instruments Limited(TTi),Huntingdon,Cambridgeshire,United Kingdom購得之電源測試總成。LED在點亮時係亮藍色且總成顯示撓性。
實例3
以下係在可撓性基板上封裝LESD、具體而言利用間接晶粒接合在可撓性介電基板之通孔中安裝藍色LED的另一實例。
使用上述電路形成方法在可撓性介電層上形成傳導電路並在可撓性介電層中形成複數個通孔。每一通孔具有約35 μm之電鍍銅之傳導塗層及約0.2 μm之鍍金反射塗層，此產生約15 μm之剩餘通孔深度。在每一通孔中，在LED與反射/傳導塗層之間使用焊料將Cree EZ 290 Gen II LED(以零件號CA460EZ290-S2100-2自Cree公司，Durham,NC,U.S.A.購得)接合至反射/傳導塗層。使用手動線接合器(以商標名4524D自Kulicke and Soffa Industries公司，Fort Washington,PA,U.S.A.購得)並使用1密耳直徑之金導線經由金接合墊將每一LED線接合至介電層之頂部表面上的傳導電路。使用以型號EX4210R(電壓額定值42 V、電流額定值10 A)自Thurlby Thandar Instruments Limited(TTi),Huntingdon,Cambridgeshire,United Kingdom購得之電源測試總成。LED在點亮時係亮藍色且總成顯示撓性。
本發明之額外實施例包括以下：
實施例1.　一種物件，其包含：可撓性聚合介電層，其具有第一及第二主表面，該介電層具有至少一個自第一主表面延伸至第二主表面之通孔，該第一主表面上具有第一傳導層且該第二主表面上具有第二傳導層，該至少一個通孔由包含介電材料之壁及覆蓋第二主表面中之通孔開口之該第二傳導層界定，該至少一個通孔在其壁之至少一部分上及在覆蓋第二主表面中之通孔開口之第二傳導層的至少一部分上具有第三傳導層；該第三傳導層經組態以直接或間接支撐發光半導體裝置，其中該第一傳導層具有導電性且該第二及第三傳導層具有導熱性，且其中該第三傳導層不在第一及第二傳導層之間提供直接電連接。
實施例2.　如實施例1之物件，其中該介電層具有通孔之陣列。
實施例3.　如實施例1或2之物件，其中發光半導體裝置直接或間接接合至該至少一個通孔中之傳導層或材料。
實施例4.　如實施例1至3中任一項之物件，其中發光半導體裝置線接合至第一傳導層。
實施例5.　如實施例1至4中任一項之物件，其中該介電層包含聚醯亞胺核及該核之一側或兩側上之熱塑性聚醯亞胺層。
實施例6.　如實施例1至5中任一項之物件，其中該至少一個通孔之頂部表面具反射性。
實施例7.　如實施例6之物件，其中該至少一個通孔之頂部表面包含施加於該通孔中之傳導材料之至少一部分上的反射材料。
實施例8.如實施例7之物件，其中該反射材料選自由以下組成之群：具有增強反射性之金、銀、鋁、固有反射性介電材料、及有色材料。
實施例9.　如實施例7之物件，其在該至少一個通孔中之該反射材料與該發光半導體裝置之間進一步包含鈍化層。
實施例10.　如實施例9之物件，其中該鈍化層包含金：錫且該反射層包含金。
實施例11.　如實施例1至10中任一項之物件，其中該至少一個通孔填充有填充磷光體之囊封劑。
實施例12.　一種方法，其包含：提供具有第一主表面及第二主表面之可撓性介電層；產生至少一個自該介電層之第一主表面延伸至第二主表面之通孔；在該介電層之第一及第二主表面上產生傳導層；及在該至少一個通孔中施加傳導層以使該通孔中之傳導層與該介電層之第二主表面上之傳導層電接觸。
實施例13.　如實施例12之方法，其進一步包含將發光半導體裝置直接或間接接合至該至少一個通孔中之傳導層；及將該發光半導體裝置與該介電層之第一主表面上的傳導層電連接。
雖然本文係出於闡述較佳實施例之目的闡釋並闡述具體實施例，但彼等熟習此項技術者應瞭解，可使用許多種替代及/或等價之實施方案來替換所顯示及闡述之具體實施例，此並不背離本發明之範圍。本申請案旨在涵蓋本文所論述之較佳實施例之任何修改形式或變化形式。因此，本發明明確地意欲僅由申請專利範圍及其等效物限制。
10．．．通孔
10a．．．上部部分
10b．．．下部部分
12．．．可撓性介電層
14．．．核心層
16．．．薄外層
18．．．傳導層
18'．．．傳導材料
19．．．傳導層
20．．．傳導層
22．．．反射塗層
23．．．鈍化層
24．．．傳導性凸塊
26．．．發光半導體裝置LESD
26'．．．LED晶粒
27．．．散熱器
28．．．焊料
30．．．囊封劑
31．．．囊封劑
圖1繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖2A至2B繪示製備本發明之介電層的方法。
圖3繪示經製備以得到LES裝置之本發明之層的實施例。
圖4繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖5繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖6繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖7A至7D繪示製造本發明之可撓性LESD之實施例的方法及所得可撓性LESD。
圖8A至8D"繪示本發明之可撓性LESD之製造實施例的方法及所得可撓性LESD。
圖9繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖10繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
圖11A至11B繪示本發明之可撓性LESD的實施例。
10．．．通孔
12．．．可撓性介電層
18．．．傳導層
18'．．．傳導材料
19．．．傳導層
20．．．傳導層
22．．．反射塗層
23．．．鈍化層
24．．．傳導性凸塊
26．．．發光半導體裝置LESD

Claims (21)

  1. 一種可撓性發光二極體(LED)裝置，其包含：可撓性聚合介電層，其具有第一及第二主表面，該介電層具有自該第一主表面延伸至該第二主表面之通孔的陣列，該第一主表面上具有第一傳導層且該第二主表面上具有第二傳導層，該通孔由該介電層之壁及覆蓋該第二主表面中之該通孔開口之該第二傳導層界定，至少一個通孔在其壁之至少一部分上及在覆蓋該第二主表面中之該通孔開口之該第二傳導層的至少一部分上具有第三傳導層；該第三傳導層經組態以直接或間接支撐發光半導體裝置，其中該第一傳導層具有導電性且該第二及第三傳導層具有導熱性，且其中該第三傳導層不在該第一及該第二傳導層之間提供直接電連接，其中該可撓性聚合介電層具有50微米或更小之厚度。
  2. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第一傳導層具有導電性及導熱性。
  3. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第二傳導層具有導熱性及導電性。
  4. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第三傳導層具有導熱性及導電性。
  5. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第三傳導層包含該第一傳導層之一部分，該部分延伸至該通孔中但與該第 一傳導層之剩餘部分電隔離。
  6. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第一傳導層包含電路。
  7. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第二傳導層包含電路。
  8. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第三傳導層經組態以直接或間接支撐與該第一傳導層電連接之LESD。
  9. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第三傳導層經組態以直接或間接支撐與該第二傳導層電連接之LESD。
  10. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該至少一個通孔除該第三傳導層外至少25%填充有傳導材料。
  11. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該傳導層與傳導材料之組合在該至少一個通孔之軸向方向上的厚度為該可撓性聚合介電層之厚度的約5%至約100%。
  12. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該至少一個通孔具有以如所量測與該介電層之主平面成約5°至約60°之角度自該介電層之該第一主表面至該第二主表面傾斜的壁。
  13. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第二傳導層藉由導熱黏著劑附接至導熱剛性基板。
  14. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第二傳導層包含導熱黏著劑。
  15. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中發光半導體裝置由腔中之該第三傳導層支撐且選自由裸晶粒、裸晶粒LES構造、中間LES構造及完全封裝之LES構造組成之群。
  16. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該發光半導體裝置之佔用面積與該介電層之該第二主表面中之該通孔開口的面積之比率為約1：2至約1：4。
  17. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該發光半導體裝置之佔用面積與該介電層之該第二主表面中之該通孔開口的面積之比率為約1：3。
  18. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該第一及第三傳導層具有約50微米至約100微米之厚度。
  19. 如請求項1之可撓性LED裝置，其中該至少一個通孔具有接近該可撓性介電層之該第一主表面的上部部分及接近該第二主表面的下部部分，且其中該通孔之該上部部分之直徑大於該通孔之該下部部分之直徑。
  20. 如請求項1之可撓性LED裝置，其在該第一傳導層上進一步包含第二聚合介電層，該第二聚合介電層具有延伸穿過其中且與該至少一個通孔對準之開口以使該開口形成該通孔之上部部分。
  21. 如請求項1之可撓性LED裝置，進一步包含置於該第三傳導層上之反射塗層。
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