具有增强的热导率的照明组件的制作方法

专利名称：具有增强的热导率的照明组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生大量热量的电子器件，具体地讲涉及诸如发光二极管(LED)器件之类的光源及其在液晶显示(LCD)器件中的使用、其元件以 及相关的制品和工艺。
背景技术：
LED在一定程度上是可取的光源选择，这是因为它们具有相对较小的 尺寸、较低的功率/电流要求、快速的响应时间、较长的使用寿命、牢固的 封装、各种可用的输出波长并兼容现代电路结构。这些特性有助于解释过 去数十年中它们得以广泛应用于多种不同的终端应用的原因。对LED的效 率、亮度和输出波长方面的改进一直在持续进行，这进一步扩大了潜在的 终端应用。近来，LED已经开始用于LCD电视机中的用于背光照明目的的照明单 元以及其它类型的照明系统、标牌系统和显示系统。对于大多数照明应 用，需要多个LED来提供所需的光强度。因为它们的尺寸相对较小，所以 多个LED可以装配成具有小尺寸、高亮度或高辐照度的阵列，尤其是当使 用未封装晶粒或裸晶粒的LED时。通过增加阵列中各个LED的组装密度，有可能提高LED阵列的光强 度。组装密度的提高可通过以下方式实现增加阵列中LED的数目而不增 大阵列所占空间；或者保持阵列中LED的数目同时减小阵列尺寸。然而， 即使有全局性的、有效的热传导机制，局部加热也会减少LED的使用寿 命，因而在阵列中密集组装大量的LED存在着长期使用的可靠性问题。因 此，随着LED组装密度的增加，如何散发LED阵列产生的热量变得越来越 重要。
在其它应用中，即使没有采用高组装密度，LED晶粒的驱动电压/电流以及尺寸和亮度也在不断增加，导致LED晶粒周围的局部温度升高。因 此，每个LED晶粒所在位置以及整个阵列都需要更好地散热。传统的LED安装技术使用如(Shimizu等人的)美国专利申请公开 2001/0001207A1所述的封装，这种封装无法快速地将LED中所生成的热从 LED传送出去。因此，装置的性能受到了限制。近来，耐热增强型封装已 可供使用，在这种封装中装配有LED并将其线连在电绝缘但是可导热的基 底(例如陶瓷)上，或者线连至具有导热通孔的阵列(如美国专利申请公 开2003/0001488A1 (Sundahl)中所述)，或者使用引线框电连接晶粒， 该晶粒连接在导热且导电的传热介质上(如美国专利申请公开 2002/0113244A1 ( Barnett等人)中所述)。美国专利申请公开 2005/0116235A1 (Schultz等人)中公开了 一种改善了热特性的照明组 件，其中照明组件包括布置在基底上的多个LED晶粒，该基底在其第一侧 面具有电绝缘层，并且在其第二侧面具有导电层。各个LED晶粒均被布置 在通孔中，该通孔穿过基底第 侧面上的电绝缘层延伸到基底第二侧面上 的导电层，而且每个LED晶粒均通过通孔与导电层进行热连接和电连接。 在导电层上形成图案以定义多个电绝缘的传热元件，这些元件被依次布置 在靠近散热组件处。虽然最近的方法改善了 LED阵列的热特性，但是仍然存在对改善的热 特性、更低的成本和更简单的制造工艺的持续需求。发明内容本专利申请公开了一种照明组件，其包括具有由电绝缘层隔离的第一 导电层和第二导电层的基底。该绝缘层包括加载有导热颗粒的聚合物材 料。至少一部分所述导热颗粒同时与第一导电层和第二导电层两者接触。 多个光源优选布置在第一导电层上。导热颗粒产生的热阻抗低于加载了基 本小于电绝缘层厚度的颗粒的电绝缘层。在示例实施例中，导热颗粒分布在LED晶粒附近。在一些实施例中， 第一导电箔和第二导电箔及电绝缘层被改变以控制基底的光学特性。所述 绝缘层也可以包括相同的聚合物材料，该材料加载了具有高的相对介电常 数的颗粒，所述颗粒与两个导电层都发生电接触。至少一部分电介质颗粒 同时与第一导电层和第二导电层两者接触，产生的有效介电常数比可以通 过使所述介电层加载基本小于介电层厚度的颗粒而获得的有效介电常数冋o根据下面的详细描述，本专利申请的这些方面及其它方面将显而易 见。然而，在任何情况下以上概述都不应理解为是对要求保护的主体的限 制，所保护主体仅受所附权利要求的限定，在申请过程中可以对其进行修 正。


图1为照明组件的一部分的透视图；图2为图1的照明组件的一部分的俯视平面图，其示出照明组件的较 大的表面区域；图3是沿着图2的线3-3截取的放大的横截面视图，其示出了均匀分 布的导热颗粒；图4是放大的横截面视图，其示出了另一个具有均匀分布的导热颗粒 的照明组件；图5A-5C是所嵌入的并且变形的导热颗粒的多倍放大的横截面视图； 图6是类似于图3的放大的横截面视图，但是其中示出了非均匀分布 的导热颗粒；图7是类似于图6的放大的横截面视图，其示出了对于密封剂和光学薄膜的可选使用；图8为一种制备照明组件的方法的示意图；以及图9A-9D是一种制造具有增强的热导率的基底的方法的示意图。在这些附图中，相同的附图标号指示相同的元件。这些附图是理想化的，并非按比例绘制，并且仅用于示例性目的。
具体实施方式
下面的"具体实施方式
"描述了一种包括LED晶粒的照明组件。其 中，"发光二极管"或"LED"是指可以发光的二极管，其所发出的光可以 是可见光、紫外光或红外光。其包括作为"LED"销售的松散包装或者封装 的半导体器件，可以是传统或者超辐射的类型，并且可以是向前发光或者侧发光类型，后者在显示器应用中通常是有利的。如果LED发出不可见光 (如紫外光)，以及在一些发出可见光的情况下，可以将它与有机或无机 荧光粉封装在一起(或者它可以照亮放置在远处的荧光粉)，以使波长短 的光转换为波长稍长的可见光，在某些情况下，还可以获得发射白光的装 置。"LED晶粒"是LED最基本的形态，即经半导体加工方法制成的分立 元件或芯片。例如，LED晶粒通常是由一种或多种III族元素和一种或多 种V族元素化合而形成的(III-V半导体)。合适的III-V半导体材料的 实例包括氮化物(如氮化镓)和磷化物(如磷化铟镓)。还可以使用其它 类型的III-V材料，例如可以使用元素周期表的其它族的无机材料。元件 或芯片可包括适用于电源应用的电接点来为装置提供能量。实例包括焊接 回流、引线键合、带式自动键合(TAB)、或者倒装键合。该元件或芯片的各 独立层和其它功能元素通常以晶圆级形成，并且将加工好的晶圆切成单个 元件，以生产多个LED晶粒。可以用表面贴装、芯片直接贴装或其它已知 的贴装结构来构造LED晶粒。利用在LED晶粒和相关反射杯上形成聚合物 密封剂来制成一些封装的LED。现在参见图l，其示出了照明组件10的一部分的透视图。照明组件IO 包括以阵列形式布置在基底30上的多个LED晶粒20。可以选择LED晶粒 20以发出优选的波长，例如在红光、绿光、紫外光或红外光谱区中的波 长。每个LED晶粒20可以在相同的光谱区或不同的光谱区进行发射。在一 些情况下，LED晶粒20的标称高度为250pm。基底30包括限定基底的顶面34的第一导电层32，以及限定基底30 的底部表面38的第二导电层36。第一导电层32和第二导电层36由电绝 缘层40隔离，所述电绝缘层40具有通过使导热颗粒42电绝缘提供的增强 的热导率(如图3-7中所示)。如图所示，在第一导电层32上制成图案而 形成电路迹线41，并且LED晶粒20被布置在第一导电层32上并与之进行 电连接。所示电路迹线41仅仅是示例性的。在图1的照明组件10中，LED晶粒20是一类在LED晶粒的相对侧具 有电接点的晶粒，所述相对侧是指晶粒的基部和顶面。每个LED晶粒20的
基部上的接点在LED晶粒20的正下方与电路迹线41进行电连接和热连 接。每个LED晶粒20顶部上的接点通过从LED晶粒20延伸的引线键合39 电连接到电路迹线41的另一部分。例如，为了有利于形成良好的引线键 合，第一导电层32可包括镍和金的表面金属化沉积。第一导电层32和第二导电层36包括导电材料，例如金属或者导电性 塑料，如加载有诸如银薄片之类的导电材料的聚合物。在示例实施例中， 第一导电层32和第二导电层36包括金属箔或者基本上由金属箔构成。适 用的金属包括铜、铝、镍、金、银、钯、锡、铅以及它们的组合，例如镀 铝铜箔。当第一导电层32和第二导电层36是金属时，所述金属所具有的 退火温度优选地等于或者低于电绝缘层40的聚合物材料的固化温度，或者 所述金属在涂覆电绝缘层40之前退火。在一些实施例中，选择第一导电层32的材料以便为具体应用提供所需 的光学特性(如反射、颜色、散射、衍射或这些特性的组合)。在其它实 施例中，第一导电层32的顶面34的光学特性通过电镀和/或涂覆而增强， 从而提供所需的光学特性。在一些实施例中，顶面34经过电镀，然后将暴 露的电镀表面进行涂覆，以改善光学性能。适用的涂覆材料和电镀材料包 括银、钝化银、金、铑、铝、反射率提高的铝、铜、铟、镍(如浸镍、无 电镀镍或电镀镍)、铬、锡以及它们的合金。在一些实施例中，涂层可包 括白色涂层，例如高反射率的白色聚合物(如由Spraylat公司(Pelham， NY)出售的Starbrite EF反射涂层)。也可以在第一导电层32的表面34 上沉积多层电介质叠层，以用于增大反射率。适用的涂层也可包括金属和 半导体氧化物、碳化物、氮化物以及它们的混合物和化合物。根据预期应 用，这些涂层可以是导电的或绝缘的。适用的涂覆方法包括溅射、物理气 相沉积和化学气相沉积。涂覆工艺可选地可以采用离子辅助的方式。通过 控制前面所述的表面34和/或电镀层和涂层的表面纹理，也可以改进导电 层32以及其上电镀层或涂层的光学特性。例如光学上光滑的表面光洁度在 一些情况下可能是优选的，而在其它情况下不光滑或有些粗糙的表面光洁 度是优选的。在其它实施例中，光学薄膜(例如3M公司出售的Vikuiti Enhanced Specular Reflectivity (ESR)薄膜)也可以提供在第一导电层32的一个或两个主表面上，以增强期望的光学特性，如镜面反射率或漫反 射率。通常，第一导电层32和第二导电层36的厚度范围为0.5到8密耳 (大约10到20(Him)，更优选为0. 5到1. 5密耳(大约10到38pm)。在 一些情况下，期望第一导电层32和第二导电层36每个都比电绝缘层40 厚。在其它情况下，期望第一导电层32和第二导电层36每个或者个别地 比电绝缘层40薄。在一些情况下，第一导电层32的厚度与第二导电层36 的厚度大致相等。在其它情况下，第一导电层32的厚度与第二导电层36 的厚度不同。在一些情况下，第二导电层36的厚度比第一导电层32的厚 度大，使得第二导电层36更有效地从LED晶粒20的位置横向传播热量， 同时允许在第一导电层32上有良好的电路特性。基底30的第二导电层36被布置为邻近散热器或散热组件50，并且通 过热界面材料层52与之热耦合。散热组件50可以是(例如)通常称为散 热器的散热装置，该散热装置由导热金属(例如铝或铜)或导热电绝缘材 料(例如填碳聚合物)或其组合制成。热界面材料层52可包含任何适用的 材料，包括粘合剂、油脂和焊料。热界面材料层52可以是(例如)导热电 绝缘粘合剂，例如含氮化硼的聚合物(如，3M公司出售的3M Thermally Conductive Adhesive TC-2810)，或者为导热导电材料，例如填银化合物 (如，由Visalia， Calif" U.S.A.的Arctic Silver Incorporated出售的Arctic Silver 5 High-Density Polysynthetic Silver Thermal Compound)。优选的 是，散热组件50具有尽可能小的热阻抗，优选小于1.0°C/W。在一些情况 下，散热组件50的热阻抗优选在0. 5到4. 0°C/W的范围内。层52的材料 的热导率有利地在0. 1到lOOW/m-'C的范围内，优选为至少lW/m-°C。在一个实施例中，第二导电层36和热界面材料层52被去除，使得电 绝缘层40与散热组件50直接接触。图1的第一导电层32的图案在图2中观察是最佳的。如上所述，在第 一导电层32上形成图案以限定多个电路迹线41。布置每个电路迹线41以 电耦合和热耦合到相关联的LED晶粒20以及相关联的键合引线39,使得 根据具体应用的要求，至少一些LED晶粒20以串联、并联或其组合的方式 电连接，如图2中所示。如图2中清楚示出的，并非是在第一导电层32上
形成图案来仅仅提供狭窄的导线迹线以与LED晶粒20进行电连接，而是可 以通过在第一导电层32上形成图案以移除必需的导电材料来使电路迹线 41电绝缘，尽可能多地保留第一导电层32以用为LED晶粒20所发出的光 的反射器。留下尽可能多的第一导电层32还产生更宽的电路迹线41，并 且允许诸如LED之类的高功率器件所需要的高驱动电流。宽的电路迹线也 有助于在层32上横向传播LED热源。在一些实施例中，也可以在第二导电 层36上形成图案以获得额外的电路复杂性，特别是当使用电绝缘热界面材 料层52时。可在基底30的各个部分上形成图案以容纳单个LED晶粒、晶粒簇或成 队或成行的LED晶粒。LED晶粒可以包括互补色二极管或者不同的白场色 温。在一些实施例中，多于一个的LED (如，分别具有红色、绿色和蓝色 输出的LED)被密集地布置在局部区域，以产生表观白光。可对LED晶粒 的布置、LED晶粒与可选的密封剂和/或光学薄膜相结合的布置进行构造以 增强颜色的混合。图3为沿图2的线3-3截取的放大的截面图。LED晶粒20布置在第一 导电层32的顶面34上，并且通过键合引线39电连接到第一导电层32的 电路迹线41，并且还具有层60，所述层60是各向同性的导电粘合剂(例 如可得自Elverson的Metech Incorporated (Pa. ， U.S.A.)的Metech 6144S)或各向异性的导电粘合剂或者焊料。焊料的耐热性通常比粘合剂 低，但是并非所有LED晶粒都具有可焊接的基部金属。由于加工过程中熔 化的焊料的表面张力，焊连也具有LED晶粒20自对准的优点。 一些LED晶 粒20可以采用高温80/20金/锡焊料，该焊料可以回流而形成非常稳定的 低耐热性界面，该界面能够经受最多26(TC的后续焊接工艺。然而， 一些 LED晶粒20可能对焊接回流温度敏感，因此层60优选采用粘合剂。现在参见图4，另一个照明组件的横截面图示出了其中两个电接触片 位于LED晶粒同一侧的LED晶粒20'，而不是像图1-3的引线键合的实施 例中那样使电接触片位于二极管的相对侧。根据LED晶粒20'的设计，光 从与接触片相对的二极管20'侧射出，或者从与接触片在同一侧的二极管 20'侧射出。像图1-3的引线键合的LED晶粒20那样，导电粘合剂、各向 异性的导电粘合剂或者焊料回流都是可以用于将LED晶粒20'连接到第一导电层32的连接方法。如图3和4中所示，基底30的电绝缘层40包含电绝缘聚合物粘合材 料，其加载有电绝缘的导热颗粒42，该颗粒提高了绝缘层40的热导率。 至少一部分导热颗粒42的尺寸足够大，以同时接触第一导电层32和第二 导电层36两者。大的导热颗粒42 (即颗粒尺寸与绝缘层40的厚度相同或 者更大)提供比大量加载的小导热颗粒(即尺寸比绝缘层40的厚度小的颗 粒)更高的热导率，这是因为大导热颗粒42提供了通过绝缘层40的直接 热路径，而没有介入不利地影响热导率的绝缘层40的电介质材料。因此， 第一导电层32和第二导电层36之间的热阻抗仅仅受限于导热颗粒42的热 导率以及导热颗粒42在绝缘层40内的水平加载。绝缘层40的聚合物材料 提供了在第一导电层32和第二导电层36与导热颗粒42之间的粘合力。除了同时接触第一导电层32和第二导电层36两者的大导热颗粒之 外，绝缘层40还可以包含不同时接触第一导电层32和第二导电层36两者 的其它颗粒，例如厚度小于绝缘层40的颗粒。在一些实施例中，这些其它 颗粒进一步增大了绝缘层40的热导率。在一些实施例中，这些其它颗粒增 强了绝缘层40的其它性质(电学性质、光学性质和/或机械性质)。在一 个实施例中，不同时接触第一导电层32和第二导电层36的其它颗粒具有 至少IOO的介电常数。在一个实施例中，所有或部分的大颗粒42 (例如同时接触第一导电层 32和第二导电层36两者的颗粒)由介电常数至少为10的材料构成。与导 电层32、 36接触的这些高介电常数的大颗粒可以增大有效介电常数并因而 增加了绝缘层40的电容。在有关热量的情况下，可以将小的电介质和/或 者导热颗粒(如不同时接触第一导电层32和第二导电层36的颗粒)与大 颗粒混杂，以进一步增大材料的热导率和/或相对介电常数。在图3和4中，导热颗粒42被图解为部分延伸到第一导电层32和第 二导电层36两者中(或使第一导电层32和第二导电层36变形)。根据颗 粒42、第一导电层32和第二导电层36的相对硬度，颗粒42要么使第一 导电层32和第二导电层36变形要么被第一导电层32和第二导电层36变 形。参见图5A-5C，示出了颗粒42A使两个导电层32、 36变形(图5A); 示出了颗粒42B使一个导电层(即导电层32)变形，而被另一个导电层 (即导电层36)变形(图5B);并且示出了颗粒42C被导电层32、 36变 形(图5C)。在图3和4中，导热颗粒42均匀地分布在整个绝缘层40内。均匀分 布尺寸大于绝缘层40的最终厚度的导热颗粒42可以通过(例如)在先前 形成的层40上沉积颗粒或者通过使用溶剂涂覆工艺来实现。可以通过喷 射、筛撒或者沉积颗粒来将颗粒42涂覆于通过溶剂涂覆工艺或者无溶剂涂 覆工艺预先形成的层40上，以在层40上形成整体均匀的(尽管局部密度 是随机的)颗粒。也可以在涂覆之前将颗粒42与树脂基质相结合。例如， 可以将加载有导热颗粒42的树脂湿层涂覆在第一导电层32和第二导电层 36之一或者两者上，所述湿层的初始厚度可以大于导热颗粒42的尺寸。干燥该湿树脂会使该材料的厚度縮小并导致最终的粘合剂厚度比导热颗粒 42薄。通常，电绝缘层40的厚度范围是从约0. 5至约5(Vm。适用的树脂包括环氧树脂及其共混物。可商购获得的环氧树脂包括由 Resolution Performance Products出售的Epon 1001F环氧树脂，以及 由Vantico公司出售的XP71756环氧树脂。示例的树脂可以经受在典型的 焊接回流操作中会出现的温度，例如，在约18(TC到约29(TC的范围内的温 度。优选的是，树脂可以经受短时间暴露在超过30(TC的温度下，在对常 用于LED晶粒连接的80/20金/锡焊料进行回流时需要达到该温度。可使这 些树脂干燥或固化以形成电绝缘层40。在其它实施例中，如图6中所示，导热颗粒42以特定的图案不均匀地分布在整个电绝缘层40中。在一个实施例中，对导热颗粒42形成图案， 以便使其更集中于或者使其仅存在于要求有良好散热的高功率器件(例如 LED晶粒20、集成电路芯片等)将要连接到的区域。在图6中，导热颗粒 42聚积在LED晶粒20附近。导热颗粒42的图案化可以通过与绝缘层40 的聚合物粘合材料的涂覆相分离地分配导热颗粒42来实现。将导热颗粒 42的放置与粘合剂涂覆工艺相分离是可能的，这是因为由于大的导热颗粒 42与第一导电层32和第二导电层36两者的直接接触而不要求加载过多的 颗粒来获得低热阻抗。绝缘层40的热阻抗取决于颗粒42加载、颗粒42使 导电层32、 36变形和/或被导电层32、 36变形的程度以及还有颗粒42本 身的类型和结晶。例如，可以通过下述方式来对导热颗粒42形成图案以布置到预先涂覆 的粘合剂层上使用至少一个其中具有开口的掩模(如漏印板、模板、蜂 窝型材料、网格等)，并且通过在掩模中的开口筛撒或者散播导热颗粒42 至载体或者基底上，所述载体或者基底能够暂时和/或永久地支承或者负载 至少一些所述颗粒。掩模和载体的组件接收大量颗粒，其中一些颗粒通过 掩模的开口并被固定在或者驻留在载体上，而其它颗粒到达掩模上并驻留 在开口之间的掩模上。掩模的外部表面(与邻近载体的表面相对)优选具 有粘贴装置，颗粒附着到该粘贴装置以将所述颗粒保持在掩模外部表面 上。然后，其上粘结有颗粒的掩模与载体分离，分离的掩模由此有效且有 效率地移除了将不形成最终产品的一部分的多个颗粒。所得结果是载体上 的颗粒分布图案。根据掩模的设计(主要是根据掩模开口的尺寸、形状和 分布)以及颗粒的尺寸和形状而将颗粒分布在载体上。因此，在载体上提 供了颗粒的编制分布或者非随机分布。根据载体和/或颗粒的特性以及载体或颗粒的表面特性，例如被提供到 载体和/或颗粒上的涂覆材料、含水量、湿度、重量、(重力温度的利用) 温度(如负温度)、磁化、静电、放电条件等，可以提供颗粒在载体上的 支承或暂时保持。另外，在将颗粒放置在载体上后，可以提供另外的物质 以更永久地将颗粒附连到载体上。在这样将颗粒固定到载体之前、期间或 之后，可以从载体移除掩模。在将颗粒放置在载体上并且移除掩模后，对 这个组件进行进一步的处理。作为这个进一步处理的结果，颗粒42被加载到绝缘层40中。在一个 实施例中，所述载体是其上涂覆了粘合剂树脂的导电层32、 36中的至少一 个。美国专利6,478,831 (Tselesin)中描述的用于分布磨粒的掩模和载 体的使用是示例性的例子。使用向背衬施加颗粒的领域中已知的静电涂覆或磁涂覆技术，颗粒42 可以优先被定向，以使得大多数颗粒42从绝缘层40的粘合剂树脂突出。 在静电涂覆期间，向颗粒施加静电电荷，并且这将颗粒推向涂覆了粘结剂
前体的制品。磁性涂覆涉及使用磁场来将磨粒推向并推进所述粘结剂前 体。如上所述，选择颗粒42以增大绝缘层40的热导率。可选择任何适用 的材料用于此目的。在示例性实施例中，颗粒42由下列材料组成碳化 硅、氧化铝、氮化硼、金刚石、或更复杂的工程材料(例如具有电绝缘涂层的金属颗粒，或者纳米颗粒)。颗粒42是电介质(电绝缘的)，用以防 止导电层32、 36之间电短路。但是，在一些实施例中，导电层32、 36之 间的电连接可能在特定位置是期望的，那么可以在那些位置的层40中包括 大的导电颗粒。示例性的相对较高绝缘性的颗粒包括钛酸钡、钛酸锶钡、氧化钛、锆 钛酸铅、硼、氮化硼、金刚石、氧化铝、铍、硅以及以上材料的其它碳化 物、氧化物和氮化物，以及它们的化合物或混合物。可以从日本东京的 Nippon Chemical Industrial公司购买到商品名"BESPA AKBT"的钛酸 钡。示例性的导电颗粒可以包括导电材料或半导体材料，例如碳、石墨、 金属或金属合金颗粒，其中所述金属可以是银、金、镍、铜锡，或者是金 属涂覆的聚合物颗粒或者金属涂覆的成形聚合物颗粒。导热颗粒42可以是任何形状，并且可以是规则或者不规则的形状。示 例形状包括球体、小板块、立方体、针状、扁圆、类球体、锥体、棱柱、 片状、杆状、板、纤维、薄片、触须状以及这些形状的组合。粒度，即颗 粒的最小尺寸，通常范围是从约0.05至约50 Hm。颗粒可以基本上具有相 同的尺寸，也可以采用不同尺寸颗粒的混合物。选择导热颗粒42的形状和 尺寸以确保至少一部分导热颗粒42同时接触第一导电层32和第二导电层 36两者。至少一部分颗粒42具有足以同时接触第一导电层32和第二导电 层36两者的尺寸。在一些实施例中，颗粒42的平均尺寸可以大于电绝缘 层40的厚度。在一些实施例中，基本上每个颗粒42均具有大于电绝缘层 40的厚度的尺寸。基于电绝缘层40的总体积，按体积来计算，聚合物中的颗粒42装载 量通常是10%到75%。如上所述，颗粒42的分布可以是均匀的或者是成图 案的。在聚合物中加载较多的颗粒42可能会引起聚合物和导电层32、 36
之间粘合力降低。然而，可以采用本领域中已知的用于改善粘合力的技术。例如，可以处理邻接电绝缘层40的第一导电层32和第二导电层36的 表面以提供改善的与电绝缘层40的粘合力。可用于提供改善的粘合力的示 例性表面处理包括5-氨基苯并三唑和3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅垸、 电晕放电、等离子灰化/蚀刻、自组装单层和反应层，以将树脂基质材料粘 合至第一导电层和第二导电层32、 36。也可使用防腐处理法来处理金属层 以改善粘合力(如，对铜使用锌/铬处理)。在另一种用于改善粘合力的技 术中，与包含颗粒的树脂相匹配的无颗粒树脂可以被表层涂覆在导电层 32、 36之一或者两者上，并且被部分地固化。然后，部分固化的无颗粒树 脂与包含颗粒的树脂接触，并完全固化。当然，也可以以类似的方式对颗 粒42进行表面处理，以改善与聚合物的粘合力。除了改变电绝缘层40的热特性外，还可以选择聚合物材料和/或颗粒 42来改变绝缘层40的电学性质、光学性质和/或机械性质。当电设计包括 靠近LED的大面积裸露电绝缘层40时，也可以增强电绝缘层40的光学特 性(如反射率、扩散率和透明度)。可以选择聚合材料和/或颗粒42以增加绝缘层40的反射率。例如，绝 缘层40可以加载有白色漫反射材料(如，BaS04、 Ti02)，或加载有高折射 率材料(如金刚石、SiC、 A1203)，或加载有反射性材料(如薄银片或纳米 颗粒材料)，或利用电/磁手段定向以实现所需光学特性的材料，例如铁电 材料，如PLZT。作为另外一种选择，可选择聚合材料和/或颗粒42以使得 绝缘层40基本透明。在这种情况下，可以选择或改变第二导电层36的带 涂层一侧的光学特性以提供所需的特性(如反射率、扩散率)。在其它实 施例中，选择聚合材料和/或颗粒42以使得绝缘层40具有所需的表观颜 色。在每个这些实施例中，可以在每个LED晶粒20上提供密封剂以帮助在 晶粒外耦合光，禾卩/或优先将所发出的光引向绝缘层40，以便由绝缘层40 对光进行反射(镜面反射或漫反射)、偏振或波导。通过预先形成导电层 32、 36的内部主表面(即电绝缘层40与第一导电层32以及第二导电层36 的界面)，可以对绝缘层40的宏观结构、微观结构以及纳米结构进行设计 以实现特定的光学特性。例如，可以通过化学手段(纹理蚀刻)、机械手
段(压花)或光学手段(激光烧蚀)来构造铜箔的内表面。将这种结构压 到电绝缘层40上，其表面呈现金属薄膜预成型件的反面或者镜像。也可通过在绝缘层40中添加一种或多种荧光粉或荧光材料来改变绝缘层40的光学特性，以使得入射辐射的波长发生偏移。在这些波长变换的情况下，有 效地去除斯托克斯位移能量可以得到额外的有益效果。本文所述的示例性实施例在与已知密封剂和/或已知光学薄膜组合使用 时尤其有用。例如，具有荧光粉层(用于颜色转换)或含有荧光粉的密封剂可被用在LED晶粒20的上面或周围而不会减少LED晶粒的光输出。图7 示出了与图6类似的照明组件的一部分，但是其中光学密封剂90覆盖了 LED晶粒20，并且一个或多个可选的光学膜92，例如漫射薄膜、偏振薄膜(例如可从3M公司获得的VikiiitiT" DBEF薄膜的任何一种)、或者结构化 表面薄膜(例如可从3M公司获得的Vikuiti BEF薄膜的任何一种)与该 组件联合使用。如果需要，单个密封剂可以封装多个LED晶粒，而不论是 相同发光颜色还是不同发光颜色。现在参见图8，在制造照明组件10的过程中，提供了上述的基底30(例如通过展开基底的送料辊100来提供)，并且在图案化工位102对第 一导电层32形成图案而形成所需的电路迹线41。可使用任何传统的电路 构造技术来实现层32的图案化。使用上述已知的传统的晶粒粘贴及引线 键合方法，在晶粒粘贴工位104将LED晶粒20附连在形成图案后的第一导 电层32上。接着，在封装工位106可选地提供密封剂90，并在其后固 化，然后将其上具有LED晶粒20的基底30巻绕于巻取辊110上。在一些 情况下，不是以辊-至-辊的方式来处理，而是在刚性或半刚性载体上板化 或者批处理基底30。在一些情况下，并未将其上具有LED晶粒20的基底 30巻绕于巻取辊110上，而是以一定的间隔切割该基底，从而提供多个照 明组件带、板或其它适于安装在背光源(如用于背光显示、标志或图形) 中的形状。在此外的其它实例中，巻取辊110可以成为后续工序的送料 辊。现在参见图9A-9D，其图解说明了一种用于制造上述基底30的示例方 法。提供了第二导电层36，例如通过展开导电层36的送料辊120来提 供，并且在粘合剂涂覆工位122，将一层电绝缘粘合剂124提供到导电层 36上。粘合剂层124可选地加载有电介质颗粒(未示出)。在热颗粒施加 工位126，将导热颗粒42施加到粘合剂层124上。在一个实施例中，导热 颗粒42被均匀地施加到粘合剂层124上。在另一个实施例中，导热颗粒 42以预定的图案被施加到粘合剂层上。在一个实施例中，使用本领域已知 的溶剂涂覆方法将颗粒42施加到湿树脂中，使得在千燥所述树脂后，颗粒 42在干燥后的树脂层128的表面之上突出。在层压工位130处，第一导电 层32 (可选地具有电绝缘粘合剂层124'，其也可以包含颗粒42)从送料 辊134提供并且压靠在第二导电层36和其上的颗粒42上，使得颗粒42被 推动通过粘合剂层124、 124'，并且部分地使导电层32、 36变形和/或被 导电层32、 36变形，以形成基底30。然后将基底30巻绕在巻取辊140 上。巻取辊140可以成为用于如关于图8所描述的后续处理步骤的供料辊 100。在一些情况下，基底30的加工直接进行到如关于图8所描述的工 序，而不是巻绕在巻取辊140上。使用在粘结剂中分散的金刚石颗粒来制造基底。分散体是92% (重 量)的金刚石，并且包括金刚石粒度的混合物。粒度分布的平均值是 0.25、 3和30微米，并且每种粒度的重量比是1:2:4。在这些粒度分布 内，销售商测量的最大颗粒尺寸为最多47微米。粘合的粘结剂是可得自 Resolution Performance Products的商品名为Heloxy 71的热固性环氧 树脂。在涂覆前，使用甲基异丁基酮来稀释100%固体混合物。利用具有 100微米间隙的刮刀式涂胶机，用加载了金刚石的粘合剂涂覆轧制的1盎 斯铜箔，并在室温下风干四个小时。在风干后，在14(TC和40磅载荷下用 24英寸的轧辊来将带涂层的铜箔层压到相同的未涂覆的箔上。当层压涂层 时，有一些加载了金刚石的粘合剂的流动，其导致较低的涂层厚度。该压 层然后在160°C下固化3小时。与层压压力一起确定最终电介质厚度的最 大颗粒尺寸高达47微米。所得的基底具有40微米厚的电介质层。金刚石 颗粒看起来使两个铜层都发生了变形。样本中40微米的介电厚度具有大约 lcm2°C/W的热阻抗，该热阻抗是3M公司用定制的热阻抗测量设备测量的。 值得注意的是，40微米厚的样本的热阻抗与8微米C-ply样本(可以从3M
公司得到商品3M Embedded Capacitor Material )的热阻抗大致相同， 尽管它们在厚度上具有5倍的差别。 实例2在24英寸的真空和180°C下，用真空压力来层压并固化实例1中所 述的金刚石环氧树脂涂层2小时。通过这种方法制备的样本的所得的介电 厚度是30微米，其比在实例1中通过热辊层压而制备的样本更薄。本发明所公开的基底不仅可以用于如上所述的LED晶粒，而且可以用 于其它电路元件，尤其是产生大量热量的其它类型的微型光源或者其它元 件。因此，我们设想了与上述本发明公开的照明组件相似的组件，但是其 中一些或所有LED晶粒由以下一个或多个元件替代激光二极管、有机发 光二极管(OLED)、功率晶体管、集成电路(IC)和有机电子器件。除非另外指出，否则本说明书和权利要求中用来表达数量、特性量度 等的所有数字应当理解为在所有情况下均由术语"约"来修饰。因此，除 非有相反的说明，否则说明书和权利要求中列出的数值参数均为近似值， 并且根据本领域中的技术人员利用本发明的教导内容所欲获得的所需特性 而有所不同。在最低程度上，每个数字参数并不旨在将等同原则的应用限 制于权利要求保护的范围，至少应该根据所报告数字的有效数位和通过惯 常的舍入法来理解每一个数字参数。虽然阐述本发明广义范围的数值范围 和参数是近似值，但是本说明依然尽可能精确地报告在具体实例中所列出 的数值。然而，任何数值固有地包含一定的误差，这些误差必然是因为各 自测试测量中所存在的标准偏差弓I起。上述具体实施方式
为示例性的，并非旨在限制本发明的范围。本文所 公开的实施例可能存在变体及修改形式，本领域的普通技术人员研究本专 利文档后可以理解实施例中多种元件的实际替代物和等同物。在不脱离本 发明范围和精神的前提下，可以对本文所公开的实施例应用这些以及其它 的变体及修改形式。
权利要求
1. 一种照明组件，包括基底，其包括由电绝缘层隔离的第一导电层和第二导电层，所述绝缘层包括加载有导热颗粒的聚合物材料，其中至少一部分所述导热颗粒同时与所述第一导电层和第二导电层两者接触；以及布置在所述第一导电层上的多个光源。
2. 根据权利要求1所述的组件，其中所述光源选自包括LED、激光二 极管和OLED的组。
3. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导热颗粒包括从如下组中选 择的颗粒钛酸钡、钛酸锶钡、氧化钛、锆钛酸铅、硼、氮化硼、 金刚石、氧化铝、铍、硅以及它们的任何碳化物、氧化物和氮化 物。
4. 根据权利要求1所述的组件，还包括所述绝缘层的聚合物材料中加 载的介电常数至少为100的电介质颗粒，其中所述电介质颗粒不同 时接触所述第一导电层和第二导电层两者。
5. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导热颗粒不均匀地分布于所 述绝缘层中。
6. 根据权利要求4所述的组件，其中所述导热颗粒集中在所述光源附 近。
7. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导热颗粒使所述第一导电层 和第二导电层中的至少一个变形。
8. 根据权利要求1所述的组件，其中所述导热颗粒被所述第一导电层 和第二导电层中的至少一个变形。
9. 根据权利要求1所述的组件，其中所述第一导电层和第二导电层中 的至少一个包括箔。
10. 根据权利要求1所述的组件，其中在所述第一导电层上制成图案以 形成一条或多条迹线。
11. 根据权利要求1所述的照明组件，其中所述第二导电层包括散热 器。
12. 根据权利要求l所述的组件还组合有 散热器；以及热界面材料层，该热界面材料层被布置在所述散热器和所述第二导 电层之间。
13. —种用于显示器的背光源，包括根据权利要求l所述的组件。
14. 一种制造照明组件的方法，所述方法包括提供基底，该基底包括由电绝缘层隔离的第一导电层和第二导电 层，所述绝缘层包含导热颗粒，所述导热颗粒同时与所述第一导电 层和第二导电层两者接触； 在第一导电层上形成图案；以及 在形成图案的第一导电层上提供多个光源。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供基底的步骤包括在所述第二导电层上提供电绝缘聚合物材料层；在所述聚合物材料层上提供导热颗粒；以及将所述第一导电层层压在所述导热颗粒上，以使所述导热颗粒同时 接触所述第一导电层和第二导电层两者。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中提供电绝缘聚合物材料层包括 将厚度小于所述电绝缘聚合物材料层的颗粒加载至所述聚合物材 料，所述颗粒的介电常数至少为100。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中提供导热颗粒包括将导热颗粒提 供在图案中。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供基底的步骤包括 在所述第一导电层或第二导电层中的至少一个上提供电绝缘聚合物 材料层，所述电绝缘聚合物材料层中具有分散的导热颗粒；以及 在导热颗粒上层压所述第一导电层，以使导热颗粒同时接触第一导 电层和第二导电层两者。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中所述提供基底的步骤包括展开一 巻基底。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以一定间隔切割所述基底，以 提供多个照明组件带、照明组件板或其它适于安装在照明单元中的形状。
全文摘要
照明组件包括基底，所述基底具有由电绝缘层(40)隔离的第一导电层和第二导电层(32，36)。所述绝缘层(40)包括加载有导热颗粒(42)的聚合物材料。导热颗粒(42)的至少一部分同时接触所述第一导电层和第二导电层(32，36)。多个光源例如LED(20)或其它微型光源优选布置在所述第一导电层(32)上。
文档编号H05K1/03GK101401490SQ200780008774
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月17日
发明者约翰·C·舒尔茨, 纳尔逊·B·奥布赖恩 申请人:3M创新有限公司