DE102007044446A1

DE102007044446A1 - Flexible Schaltkreise mit verbesserter Zuverlässigkeit und Wärmedissipation

Info

Publication number: DE102007044446A1
Application number: DE102007044446A
Authority: DE
Inventors: Chew Tong Bayan Lepas Fatt
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Intellectual Discovery Co Ltd
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2008-04-17
Also published as: CN101150121B; US20080067526A1; CN101150121A

Abstract

Ein flexibler Schaltkreis, der montierte elektrische Komponenten, wobei Bonddrähte, die eine elektrische Verbindung zu den elektrischen Komponenten bereitstellen, senkrecht zu der primären Ebene ausgerichtet sind, in die sich der flexible Schaltkreis biegt, und mehrere redundante Via für elektrische und thermale Verbindungen aufweist. Der flexible Schaltkreis kann ein Array aus Leuchtdioden (LEDs) aufweisen, die längs in einem flexiblen LED-Streifen angeordnet sind, sowie flexible gedruckte Schaltkreise, an denen eine Mehrzahl an elektrischen Komponenten befestigt sind, wobei die elektrischen Komponenten LEDs aufweisen können. Verfahren zum Verbessern der Zuverlässigkeit und der Wärmedissipation eines flexiblen Schaltkreises und zum Herstellen eines flexiblen Schaltkreises mit neu ausgerichteten Bonddrähten und einer Mehrzahl an Vias für elektrische und Wärmeverbindungen sind ebenfalls bereitgestellt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Definition eines flexiblen Schaltkreises in IPC-T-50-F: Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, Revision F (Juni 1996) lautet: „A patterned arrangement of printed wiring utilizing flexible base material with or without flexible cover lay." Laut dieser Definition existiert eine Reihe von Grundmaterialelementen, die einen flexible Schaltkreis ausmachen: ein dielektrisches Substratmaterial, elektrische Leiter, ein Schutzüberzug, und Klebstoffe, um die verschiedenen Materialien miteinander zu verbinden, wobei die Klebstoffe optional sind, da Alternativen zur Verwendung von Klebstoffen für das Verbinden verschiedener Materialien miteinander vorliegen.
Im Allgemeinen kann das dielektrische Material entweder eine Polymidschicht sein, wie z.B. Kapton^®, Apical^® oder Upilex^®, oder ein Polyester. Was den elektrischen Leiter betrifft, ist das Material der Wahl allgemein Kupfer, von dem mehrere Typen zur Verfügung stehen. Was den flexiblen Schaltkreis selbst betrifft, liegen mehrere generische Variationen vor, wie z.B. einseitiger Aufbau, doppelseitiger Aufbau, mehrschichtiger Aufbau, und starr-flexibler Aufbau. Im Fall von starr-flexiblen Schaltkreisen können starre und flexible Substrate übereinander geschichtet sein, wobei das starre Substrat typischerweise FR-4 ist, das Material, das normalerweise in gedruckten Leiterplatten (Printed Circuit Boards – PCBs) zu finden ist. Zusammen bilden diese Materialien einen Grund-Verbundkörper eines flexiblen Schaltkreises, der als einfache Leitungsanordnung oder, nach dem Anbringen weiterer Vorrichtungen direkt auf dem flexiblen Schaltkreisverbundkörper oder Schaltkreislaminat, als flexible endgültige Schaltkreisanordnung benutzt wird.
Die Vorteile flexibler Schaltkreise liegen darin, dass sie wesentlich dünner und leichter sind als standardmäßige starre PCBs, und dort benutzt werden können, wo Raum wertvoll ist, indem der flexible Schaltkreis um Ecken herum gebogen oder gefaltet werden kann, um in einen wesentlich kleineren Raum zu passen, als er für einen starren PCB erforderlich wäre. Flexible Schaltkreise werden in vielen Arten von Anwendungen benutzt, und ihre Auslegung basiert teilweise auf der Anzahl von Biegezyklen, die während ihrer erwarteten Lebensdauer erforderlich sind, und die zwischen einigen Malen während der Montage, d.h. einmaligem Biegen zum Einpassen oder Montieren (statischem Biegen) bis hin zu einer Vielzahl von Biegungen reichen kann, d.h. wiederholtem Biegen über viele Zyklen hinweg (dynamischem Biegen).
Mit Fortschritten in der Oberflächenmontagetechnik (Surface Mount Technology – SMT) liegt die Möglichkeit vor, zahlreiche andere elektrische Bauteile auf einem flexiblen Schaltkreisverbundkörper zu montieren, z.B. Widerstände, Kapazitäten, Strom-Treiber Integrierte Schaltkreise (ICs), Steuerungs- und andere ICs. Außerdem zählen zu diesen elektrischen Bauteilen Leuchtdioden (LEDs). LEDs sind im Allgemeinen Miniaturhalbleitervorrichtungen, die eine Form der Elektrolumineszenz verwenden, die sich aus der elektronischen Erregung eines Halbleitermaterials ergibt, um sichtbares Licht zu erzeugen. Anfangs war die Benutzung dieser Vorrichtungen hauptsächlich auf das Anzeigen von Funktionen an elektronischen Geräten beschränkt, und die abgegebenen Farben waren Rot und Grün. Mit verbesserter Technik wurden LEDs leistungsfähiger, und sind nun in einem breiten Farbspektrum erhältlich, einschließlich Blau und Weiß.
Mit der Fähigkeit, weißes Licht zu erzeugen, existiert nun die Möglichkeit, LEDs anstelle von Glühlampen und Leuchtstoffröhren zur Beleuchtung zu benutzen, einschließlich der Benutzung in Außenbeleuchtungsanwendungen. Die Vorteile der Benutzung von LEDs zur Beleuchtung liegen darin, dass sie weitaus effizienter sind als übliche Beleuchtung, robust und sehr kompakt sind, und wesentlich länger halten als Glühlampen oder Leuchtstoffröhren oder -lampen.
Angesichts dieser Eigenschaften der LEDs und der verschiedenen heute verfügbaren Farben werden LEDs zunehmend in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter Anwendungen, die flexible Schaltkreise benutzen. Ein Beispiel eines flexiblen Schaltkreises ist das flexible LED-Array (oder Flex-LED), wobei es sich um eine Reihe aus LEDs handelt, die längs angeordnet sind, wobei jede LED der Flex-LED elektrisch mit den benachbarten LEDs verbunden ist, und so eine elektrische Verbindung herstellt, wodurch jede LED der Flex-LED eine Vorspannung oder Bissspannung aufweist. Die Flex-LED kann auch ein Verkapselungsmaterial, das jede LED abdeckt, wobei es sich um jedes beliebige Verkapselungsmaterial handeln kann, das für eine LED benutzt wird, wie z.B. ein optisch klares Epoxidharz- oder Silikonsystem, und ein flexibles Substrat aufweisen, an dem die LEDs befestigt sind. Die Flex-LED kann auch in einem wasserdichten, witterungsbeständigen transparenten Gehäuse untergebracht sein, das aus jedem beliebigen polymerischen transparenten Material hergestellt sein kann. Die Flex-LED kann in verschiedenen standardisierten Leuchtstreifenlängen im Handel erhältlich sein, derart, dass diese Leuchtstreifen durchschnitten oder durchbohrt werden können, so dass der Benutzer mehrere Leuchtstreifen verbinden kann, und die Flex-LED an seine jeweiligen Installationsanforderungen anpassen kann.
In 1A ist eine schematische Darstellung gezeigt, die ein Beispiel eines Längsschnitts durch eine bekannte Flex-LED 100 darstellt. Die Flex-LED 100 ist ein Ausschnitt aus einem Flex-LED-Streifen, der eine Standardlänge aufweisen kann, das heißt, die Flex-LED 100 zeigt nur einen Abschnitt eines längeren Streifens, der mehrere LEDs aufweist, die äquidistant durchgehend auf dem Flex-LED-Streifen angeordnet sind. Dieser Flex-LED-Streifen kann geschnitten werden, um die gewünschte Länge zu erhalten, und mehrere Streifen können mit Hilfe standardisierter Bindeglieder (nicht dargestellt) miteinander verbunden werden.
Die Flex-LED 100 kann ein Substrat 102 aufweisen, wobei es sich um einen flexiblen Schaltkreis Verbundkörper handeln kann, der ein flexibles Dielektrikum und elektrische Leiter aufweist. An dem Substrat 102 ist eine Mehrzahl von LEDs 104 befestigt. Ein Bonddraht 106 kann eine der zwei elektrischen Verbindungen bereitstellen, die für jede LED 104 benötigt werden, beispielsweise eine Anodenverbindung. Eine Kathodenverbindung kann an der Unterfläche jeder LED 104 angeordnet sein, in Form einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt), die implementiert sein kann, indem ein leitfähiges Material an der Unterseite jeder LED 104 befestigt wird. Die gesamte Anordnung der LEDs 104 und des Substrats 102 kann dann in einem Verkapselungsmaterial 108 verkapselt werden, das auf die Fläche der Anordnung aufgebracht wird. Außerdem kann die gesamte Anordnung einschließlich des Verkapselungsmaterials 108 auch in einem transparenten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht sein.
1B zeigt eine seitliche Breitenquerschnittansicht der Flex-LED 100. In 1B weist die Flex-LED 100 eine LED 104 auf, die an einem Substrat 102 befestigt ist. Dieses Packet (package) kann von einem Verkapselungsmaterial 108 abgedeckt sein. Der Bonddraht 106 komplettiert die elektrische Verbindung mit einem elektrischen Leiter (nicht dargestellt). In 1A zeigen die Pfeile 112 die Primärrichtung der Biegung der Flex-LED 100 an. Indem sich die Flex-LED 100 in Richtung der Pfeile 112 biegt, werden die Bonddrähte 106 dazu tendieren sich zu strecken, und bei einem wiederholten Biegen der Flex-LED 100 liegt eine erhöhte Wahrscheinlichkeit vor, dass die Bonddrähte 106 brechen oder funktionsunfähig werden.
In 1C ist eine schematische Darstellung gezeigt, die ein anderes Beispiel eines Längsschnitts durch eine bekannte Flex-LED 100 darstellt. Wie in 1A ist die Flex-LED 100 ein Ausschnitt eines Flex-LED-Streifens, der eine Standardlänge aufweisen kann, das heißt, die Flex-LED 100 zeigt nur einen Abschnitt eines längeren Streifens, der eine Mehrzahl von LEDs aufweist, die äquidistant durchgehend auf dem Flex-LED-Streifen angeordnet sind. Die Flex-LED 100 kann ein Substrat 102 aufweisen, das ein flexibles Dielektrikum und elektrische Leiter aufweisen kann. An dem Substrat 102 sind eine Mehrzahl von LEDs 104 befestigt. Ein Bonddraht 106 kann eine der zwei elektrischen Verbindungen bereitstellen, die für jede LED 104 benötigt werden, beispielsweise eine Anodenverbindung. Die andere Verbindung, in diesem Fall eine Kathodenverbindung für jede LED 104, kann dann durch den Bonddraht 110 bereitgestellt werden. Die gesamte Anordnung der LEDs 104 und des Substrats 102 kann dann in einem Verkapselungsmaterial 108 verkapselt sein, das auf die Fläche der Anordnung aufgebracht ist. Außerdem kann die gesamte Anordnung einschließlich des Verkapselungsmaterials 108 auch in einem transparenten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht werden.
Die Pfeile 112 zeigen die Primärrichtung der Biegung der Flex-LED 100. Indem sich die Flex-LED 100 in Richtung der Pfeile 112 biegt, werden die Bonddrähte 106 und 108 dazu tendieren sich zu strecken, und bei einem wiederholten Biegen der Flex-LED 100 liegt eine erhöhte Wahrscheinlichkeit vor, dass die Bonddrähte 106 brechen oder funktionsunfähig werden.
Ein ähnliches Problem sowohl bei flexiblen als auch starren Schaltkreisen liegt in Bezug auf Vias vor. Vias sind im Allgemeinen Löcher, die durch eine flexible Schaltung oder ein PCB gebohrt wurden, durchmetallisiert wurden, und dann mit einem Polymer gefüllt wurden, das leitfähig oder nicht leitfähig sein kann, um eine vertikale elektrische Verbindung oder eine Wärmeverbindung zwischen verschiedenen Schichten des flexiblen Schaltkreises oder dem PCB bereitzustellen. In 2 ist eine schematische Darstellung gezeigt, die ein Beispiel eines Ausschnitts eines bekannten flexiblen Schaltkreises darstellt. Der flexible Schaltkreis 200 kann ein Dielektrikum 202 aufweisen, das mit einem oberen Leiter 204 auf der Oberseite, und einem unteren Leiter 206 auf der Unterseite laminiert ist. Der flexible Schaltkreis 200 kann auch ein Via 208 aufweisen, das durchmetallisiert 210 und mit einem Füllstoff 212 gefüllt sein kann.
Wenn sich der flexible Schaltkreis 200 in Richtung der Pfeile 214 biegt, kann sich der Füllstoff 212 von der Kante des Via 208 lösen, und so Risse und Sprünge in dem durch Kreis 216 angezeigten Bereich erzeugen. Bei wiederholtem Biegen des flexiblen Schaltkreises 200 liegt eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür vor, dass die Risse in dem flexiblen Schaltkreis 200 auftreten, die schließlich zu seinem Versagen führen können. Insbesondere wenn das Via zur Wärmedissipation benutzt wird, kann die Tendenz zum Auftreten solcher Risse noch wahrscheinlicher sein.
In 3 ist eine schematische Darstellung gezeigt, die ein Beispiel eines Ausschnitts einer bekannten flexiblen gedruckten Leiterplatte (FPC) 300 darstellt. Die FPC 300 zeigt eine Seitenansicht eines Ausschnitts eines flexiblen Schaltkreises, der eine Standardlänge aufweisen kann, das heißt, die FPC 300 zeigt nur einen Ausschnitt eines längeren Streifens, der ein Array aufweist, das an ein dünnes, flexibles Dielektrikum gebonded ist. Ein Dielektrikum 302 ist zwischen einer oberen Metallschicht 304 und einer unteren Metallschicht 306 angeordnet. An der oberen Metallschicht 304 kann eine Komponente 308 befestigt sein, bei dem es sich beispielsweise um eine LED handeln kann. Ein Bonddraht 310 kann eine der zwei elektrischen Verbindungen bereitstellen, die für die Komponente 308 erforderlich sind, beispielsweise eine Anodenverbindung. Eine Kathodenverbindung kann dann an der Unterfläche des Bauteils 308 angeordnet werden, in Form einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt), die implementiert sein kann, indem ein leitfähiges Material an der Unterseite der Komponente 308 befestigt wird. Die gesamte Anordnung kann dann von einem Verkapselungsmaterial 312 abgedeckt werden.
Neben den Problemen, die durch ein wiederholtes Biegen der Flex-LEDs und flexiblen Schaltkreise verursacht werden, weisen diese Vorrichtungen auch das Problem der Wärmedissipation auf. Insbesondere erzeugen LEDs Wärme, und bei den LED-Arrays, die in flexiblen Schaltkreisen vorhanden sind, ist dieses Problem sogar noch größer. Allgemein neigen LED-Vorrichtungen zu Schäden aufgrund einer Aufstauung von Wärme, die innerhalb der Vorrichtungen erzeugt wird, sowie von Wärme durch Sonnenlicht im Fall von Außenbeleuchtungsanwendungen. Obwohl metallisierte LED-Substrate nützliche Konstruktionselemente sind, die in LED-Vorrichtungen eingebaut werden können und dazu dienen können, Wärme abzuführen, sind diese Elemente oft nicht ausreichend, um angemessen moderate Temperaturen in den Vorrichtungen aufrechtzuerhalten. Eine übermäßiger Wärmestauung kann trotzdem zu einer Verschlechterung der Materialien führen, die in den LED-Vorrichtungen benutzt werden, z.B. der Verkapselungsmaterialien der LED. Wenn LEDs an flexiblen Schaltkreisverbundkörpern befestigt sind, die auch andere elektrische Bauteile aufweisen können, nehmen die Wärmeabführungsprobleme stark zu.
Deshalb besteht ein fortwährender Bedarf nach Verbesserung des Designs flexibler Schaltkreise und Flex-LEDs, um Schäden an diesen Vorrichtungen zu reduzieren, die durch ein wiederholten oder starkes Biegen verursacht werden und die während der Herstellung, Prüfung, Installation oder dem Betrieb auftreten können und um die Dissipationseigenschaften dieser Vorrichtungen zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Allgemein sind ein System und ein Verfahren zum Verbessern der Zuverlässigkeit flexibler Schaltkreise und ihrer Wärmedissipationseigenschaften durch neues Ausrichten des Drahtbondings in diesen Vorrichtungen und durch Hinzufügen und Umpositionieren redundanter Vias in dem flexiblen Schaltkreislaminat (flexible-circuit laminate), die zur Wärmedissipation benutzt werden, offenbart. Bei einer flexiblen LED-Vorrichtung ist das Drahtbonding für jede LED senkrecht zu der Richtung der primären Biegung ausgerichtet, d.h. senkrecht zu der Längsachse der Flex-LED. Außerdem kann ein flexibler Schaltkreis mehrere Vias aufweisen, die zur Wärmedissipation benutzt werden, und die nahe einer Komponente angeordnet sind, die an dem flexiblen Schaltkreis Laminat befestigt ist, um die Wärmedissipation zu verbessern.
In einem anderen Beispiel einer Implementierung kann eine elektrische Verbindung ohne ein Via hergestellt werden, indem eine elektrische Verbindung auf der Oberfläche des flexiblen Schaltkreis Laminats verwendet wird.
Andere Systeme, Verfahren und Merkmale der Erfindung sind oder werden Fachleuten durch Betrachten der nachfolgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es ist vorgesehen, dass alle zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile Teil dieser Beschreibung sind, innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, und von den begleitenden Ansprüchen geschützt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung lässt sich durch Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser nachvollziehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei die Betonung stattdessen auf der Veranschaulichung der Grundgedanken der Erfindung liegt. In den Figuren weisen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten auf korrespondierende Teile hin.
1A zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein Beispiel einer Implementierung einer bekannten Flex-LED darstellt.
1B zeigt eine Querschnitt-Endansicht der bekannten Flex-LED-Vorrichtung aus 1A.
1C zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein anderes Beispiel einer Implementierung einer bekannten Flex-LED mit zwei Bonddrähten pro LED darstellt.
2 zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein Beispiel einer Implementierung einer bekannten gedruckten Leiterplatte darstellt.
3 zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein Beispiel eines bekannten flexiblen Schaltkreises (flexible circuit) darstellt.
4A zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein Beispiel einer Implementierung einer erfindungsgemäßen Flex-LED darstellt.
4B zeigt eine Querschnitt-Endansicht der Flex-LED aus 4A.
4C zeigt eine Querschnitt-Endansicht der Flex-LED mit einem gefüllten Via.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Beispiels einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises mit mehreren Vias.
5B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines anderen Beispiels einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises, welches mehrere Vias aufweist.
6 zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht, die ein Beispiel einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises zeigt, welcher mehrere Vias für Wärmeverbindungen und elektrische Verbindungen aufweist.
7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises, welcher mehrere Vias aufweist.
7B zeigt eine Draufsicht eines Beispiels eines Vialayouts für den flexiblen Schaltkreis aus 7A.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises ohne Vias darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung von Beispielen für Implementierungen wird auf die begleitenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden, und die veranschaulichend spezifische Implementierungen der Erfindung zeigen, welche benutzt werden mögen. Es können auch andere Implementierungen benutzt werden, und es mögen strukturelle Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Allgemein sind ein System und ein Verfahren zum Verbessern der Wärmedissipations- oder Wärmeabführungseigenschaften flexibler Schaltkreise (flexible circuits) durch Hinzufügen und Umpositionieren von Vias, die zur Wärmedisspitation benutzt werden, und der Zuverlässigkeit dieser Vorrichtungen durch Hinzufügen mehrerer elektrischer Vias sowie durch neues Ausrichten der Drahtbondings in diesen Vorrichtungen offenbart. Bezug nehmend auf 4A ist eine Querschnitt-Seitenansicht gezeigt, die ein Beispiel einer Implementierung einer Flex-LED 400 gemäß der Erfindung darstellt. Die Flex-LED 400 mag ein Substrat 402 aufweisen, das ein flexibles Dielektrikum und elektrische Leiter aufweisen mag. An dem Substrat 402 ist eine Mehrzahl von LEDs 404 befestigt. Ein Bonddraht 406 mag eine der zwei elektrischen Verbindungen bereitstellen, die für jede der LEDs 404 benötigt werden, beispielsweise eine Anodenverbindung. Eine Kathodenverbindung mag dann an der unteren Oberfläche oder Unterfläche der LED 404 angeordnet werden, in Form einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt), die implementiert sein mag, indem ein leitfähiges Material an der Unterseite oder Boden jeder LED 404 befestigt ist, und indem die LED 404 auf dem Elektroden- und Wärmedissipationspad 414 angebracht wird.
In 4A ist der Drahtbondingdraht 406 für jede LED 404 senkrecht zur Richtung des primären Biegens ausgerichtet, d.h. senkrecht zur Längsachse der Flex-LED 400. In einer anderen Ausführungsform mag ein Zweidraht-Bond-LED-Chip implementiert sein, bei dem sowohl die Anoden- als auch die Kathodenelektrodenkontakte auf derselben Seite des LED-Chips angeordnet sind, d.h. auf der oberen Oberfläche oder Oberseite. Wenn zwei Bonddrähte pro LED-Chip vorliegen, sind beide Bonddrähte so angeordnet, dass sie im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Flex-Streifens verlaufen.
Die gesamte Anordnung oder Baugruppe mag in einer Verkapselung oder einem Verkapselungsmaterial 408 verkapselt sein. In einer anderen Ausführungsform mögen das Verkapselungsmaterial und die Anordnung in einem transparenten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht sein. 4B zeigt eine Querschnitt-Endansicht der Flex-LED 400 über ihre Breitenerstreckung. In 4B weist die Flex-LED 400 eine LED 404 auf, die an einem Substrat 402 befestigt ist. Dieses Paket mag in einem Verkapselungsmaterial 408 verkapselt sein. Der Bonddraht 406 vervollständigt eine elektrische Verbindung zu einer zweiten Elektrode 416 im Substrat 402. Die andere elektrische Verbindung besteht mit einer ersten Elektrode 414, bei der es sich um ein vollständig gefülltes Via handeln mag, z.B. ein Sackloch (blind via) oder ein gefülltes Via, d.h. ein Via, das durch ein Loch gebildet wird, das durch das Substrat 402 gebohrt wird, und dann mit einem leitfähigen Metall wie Kupfer, Silber usw. durchmetallisiert wird, und mit einem Harz-/Verschlussmaterial gefüllt wird.
In 4A zeigen die Pfeile 412 die primäre Biegerichtung der Flex-LED 400 an. In 4B ist der Bonddraht 406 in einer Ausrichtung an der LED 404 befestigt und mit der zweiten Elektrode 416 verbunden, die senkrecht zur Ebene der Richtung des primären Biegens liegt, das heißt, der Ebene, die durch die Pfeile 412 definiert ist. Auf diese Weise wird ein Biegen in dieser Ebene den Bonddraht 406 nicht beeinflussen und wird ihn keiner Belastung aussetzen.
In 4C ist eine Querschnitt-Endansicht gezeigt, die ein anderes Beispiel einer Implementierung der Flex-LED Vorrichtung aus 4A darstellt. Wie in 4B ist der Bonddraht 406 in einer Ausrichtung an der LED 404 befestigt und mit der zweiten Elektrode 416 verbunden, die senkrecht zu der Ebene der primären Biegerichtung verläuft, das heißt, der Ebene, die durch die Pfeile 412 definiert ist. Die Verbindung zu der ersten Elektrode 414 wird über das Via 418 hergestellt, welches unter der LED 404 positioniert ist. Auf diese Weise wird ein Biegen in dieser Ebene den Verbindungsdraht 406 nicht beeinflussen und wird ihn keiner Belastung aussetzen.
In 5A ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts gezeigt, die ein Beispiel eines flexiblen Schaltkreises 500 mit mehreren Vias gemäß der Erfindung darstellt. Der flexible Schaltkreis 500 mag ein Substrat 502 aufweisen, an dem eine Komponente 504, z.B. eine LED, befestigt sein mag. Ein Bonddraht 506 mag eine elektrische Verbindung für die Komponente 504 mit einem Anodenpad 510 bereitstellen, wobei eine Verbindung mit einem Kathodenpad 508 an der unteren Oberfläche oder Unterseite der Komponente 504 unter Benutzung einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt) hergestellt ist.
Der flexible Schaltkreis 500 mag auch vier Via 514 aufweisen, die nahe der LED angeordnet sein mögen, welche an dem flexiblen Schaltkreis befestigt ist. Beispielsweise kann der flexible Schaltkreis mehrere redundante Vias 514 aufweisen, die zur Wärmedissipation benutzt werden, und die nahe der Komponente 504 in etwa gleichen Abständen von dieser angeordnet sind. Mit dieser Konfigurierung mehrerer Wärmevias, die zur Wärmedissipation benutzt werden, unterliegen wenigstens zwei dieser Vias keinem Stress durch wiederholtes oder starkes Biegen des flexiblen Schaltkreises, von denen sie ein Teil sind.
In 5B ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts gezeigt, die ein anderes Beispiel eines flexiblen Schaltkreises 500 mit mehreren Vias gemäß der Erfindung darstellt. Eine Komponente 504, z.B. eine LED, mag an einem Substrat 502 befestigt sein, wobei ein Bonddraht 506 eine elektrische Verbindung für die Komponente 504 mit einem Anodenpad 510 bereitstellt, und ein Bonddraht 512 eine elektrische Verbindung mit einem Kathodenpad 508 bereitstellt. Wie in 5A mag der flexible Schaltkreis 500 mehrere redundante Vias 514 aufweisen, die zur Wärmedissipation benutzt werden, und die nahe der Komponente 504 in etwa gleichem Abstand von dieser angeordnet sind, so dass der Stress vermieden werden kann, der durch wiederholtes oder starkes Biegen des flexiblen Schaltkreises verursacht wird, von dem sie ein Teil sind.
Bezug nehmend auf 6 ist eine Querschnitt-Seitenansicht gezeigt, die ein Beispiel einer Implementierung eines flexiblen Schaltkreises mit mehreren Vias für Wärme- und elektrische Verbindungen darstellt. Der flexible gedruckte Schaltkreis (FPC) 600 mag ein Dielektrikum 604 aufweisen, das zwischen einer oberen Metallschicht 606 und einer unteren Metallschicht 602 angeordnet ist. An der oberen Metallschicht 606 mag eine Komponente 608 befestigt sein, bei der es sich beispielsweise um eine LED handeln mag. Ein Bonddraht 610 mag eine der zwei elektrischen Verbindungen bereitstellen, die für die Komponente 608 benötigt werden, beispielsweise eine Anodenverbindung. Eine Kathodenverbindung mag dann auf der unteren Oberfläche oder Unterseite der Komponente 608 in Form einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt) angeordnet sein, die durch Befestigen eines leitfähigen Materials an der Unterseite der Komponente 608 implementiert sein mag. Die gesamte Anordnung mag dann von einem Verkapselungsmaterial 612 abgedeckt sein.
Der FPC 600 mag auch Vias 614 und 616 zur Wärmedissipation aufweisen, die durch das Dielektrikum 604 hindurch verlaufen, und Wärme von der Komponente 608 durch die obere Schicht 606 an die untere Schicht 602 abführen, bei der es sich um eine Aluminium- oder Kupferplatte handeln mag. Für die andere elektrische Verbindung, d.h. in diesem Beispiel die Kathodenverbindung, kann der FPC 600 ein Sackloch 618 unter der Komponente 608 aufweisen, die eine elektrische Verbindung zur unteren Schicht 602 bereitstellt.
In 7A ist eine perspektivische Ansicht gezeigt, die ein Beispiel einer anderen Implementierung eines Flex-Schaltkreises darstellt, die mehrere Vias aufweist. Der Flex-Schaltkreis 700 mag ein Substrat 702 aufweisen, auf dem eine Komponente 704, z.B. eine LED, befestigt sein mag. Ein Bonddraht 706 mag für die Komponente 704 eine elektrische Verbindung mit einem Anodenpad 710 bereitstellen, während eine Verbindung zu einem Kathodenpad 708 an der Unterseite der Komponente 704 mit Hilfe einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt) hergestellt ist. In einer Ausführungsform mögen das Substrat 702 und die LED 704 in ein Verkapselungsmaterial 712 verkapselt sein. In einer anderen Ausführungsform mag das Substrat 720 in einem transparenten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht sein, das dann mit einem Verkapselungsmaterial gefüllt werden kann.
Der Flex-Schaltkreis 700 mag mehrere Vias aufweisen, die durch das Substrat 702 hindurch gebohrt sind, z.B. die Vias 714, die in elektrischer Verbindung mit dem Anodenpad 710 stehen mögen, und Vias 716, die in elektrischer Verbindung mit dem Kathodenpad 708 stehen mögen. Diese Vias mögen auch dazu konfiguriert sein, einen Weg zur Wärmedissipation von der Komponente 704 bereitzustellen, indem sie mit einem wärmeleitenden Material gefüllt sind.
Der Flex-Schaltkreis 700 mag ferner ein Sackloch (nicht dargestellt) aufweisen, das unter der Komponente 704 angeordnet ist, und das eine elektrische Verbindung von der Komponente 704 an eine Masseebene (nicht dargestellt) unter dem Substrat 702 bereitstellt. 7B zeigt eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Vialayouts für den Flex-Schaltkreis 700 aus 7A zeigt. Die Vias 714 und 716 mögen für Wärmeverbindungen konfiguriert sein, während das Sackloch 718 für eine elektrische Verbindung für die Komponente (nicht dargestellt) konfiguriert sein mag, das an dem Kathodenpad 708 befestigt ist.
In 8 ist eine perspektivische Ansicht gezeigt, die ein Beispiel einer Implementierung eines Flex-Schaltkreises ohne Vias darstellt. Der Flex- Schaltkreis 800 mag ein Substrat 802 aufweisen, auf dem eine Komponente 804, z.B. eine LED, befestigt sein mag. Ein Bonddraht 806 kann eine elektrische Verbindung für die Komponente 804 mit einem Anodenpad 810 bereitstellen, während eine Verbindung mit einem Kathodenpad 808 an der unteren Oberfläche der Komponente 804 mit Hilfe einer Rückseitenmetallisierung (nicht dargestellt) hergestellt ist. In einer ersten Ausführungsform mögen das Substrat 802 und die LED 804 mit einem Verkapselungsmaterial 812 verkapselt sein. In einer zweiten Ausführungsform mögen das Substrat 802 und die LED 804 in einem transparenten Gehäuse (nicht dargestellt) untergebracht sein, das dann mit einem Verkapselungsmaterial gefüllt werden mag.
Bei dem Flex-Schaltkreis 800 wird die elektrische Verbindung durch externe Abschlüsse 814 und 816 elektrischer Terminals aus dem Flex-Schaltkreis 800 geführt, ohne Vias oder Lötpads zu benutzen. Die elektrischen Anschlüsse mögen so angeordnet sein, dass sie auf derselben Seite des Flex-Schaltkreises 800 aus dem Flex-Schaltkreis 800 geführt werden.
Während die vorstehenden Beschreibungen sich auf die Benutzung einer LED als die Komponente beziehen, die an einer Flex-LED und einem flexiblen Schaltkreis befestigt ist, ist der Gegenstand nicht auf LEDs als Komponente, die in einem flexiblen Schaltkreis benutzt wird, oder auf Flex-LEDs oder flexible gedruckte Schaltkreise als Substrat beschränkt. Jede beliebige elektronische Komponente und jeder beliebige Typ von Substrat, die von den Funktionalitäten profitieren können, die von den oben beschriebenen Komponenten bereitgestellt werden, können als die Elemente der Erfindung implementiert werden. Die oben beschriebenen flexiblen Schaltkreise betreffen dünne Verbundschaltkreise (laminated circuits) mit einer geringen Dicke im Vergleich zu üblichen PCBs, und mögen oder mögen nicht in der Endanwendung sehr viele Male einem Biegen oder Knicken ausgesetzt sein. In Endanwendungen mögen sie in sich in einem finalen Zustand oder einer finalen Form der Biegung oder Krümmung befinden, um sich an eine bestimmte Form anzupassen, die gerade Abschnitte, gekrümmte Abschnitte oder Kombinationen derselben aufweist.
Außerdem versteht es sich, dass die vorstehende Beschreibung zahlreicher Implementierungen der Veranschaulichung und Beschreibung dient. Sie ist nicht erschöpfend und beschränkt die beanspruchten Erfindungen nicht auf die im Einzelnen offenbarten Formen. Modifikationen und Variationen sind angesichts der oben stehenden Beschreibung möglich, oder mögen durch Ausüben der Erfindung erlangt werden. Die Ansprüche und ihre Äquivalente definieren den Umfang der Erfindung.

Claims

Flexibler Schaltkreis, der an eine gewünschte Konfiguration anpassbar ist, wobei der flexible Schaltkreis aufweist: ein flexibles Substrat, das geeignet ist, in wenigstens eine Richtung gebogen zu werden; eine Mehrzahl an LEDs, die an dem flexiblen Substrat befestigt ist; und zumindest einen Bonddraht, der eine elektrische Verbindung für jede der Mehrzahl an LEDs herstellt, wobei der zumindest eine Bonddraht senkrecht zu der Richtung des Biegens des flexiblen Schaltkreises konfiguriert ist.
Flexibler Schaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei das flexible Substrat ein flexibles Schaltkreis Laminat ist, das ein flexibles Dielektrikum, einen ersten elektrischen Leiter, und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist.
Flexibler Schaltkreis gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest eine elektrisches Komponente aus der Gruppe, welche aus Widerständen, Kapazitäten, Treiber-Integrierten-Schaltkreisen und Steuerungs-Integrierten Schaltkreisen besteht, an dem flexiblen Substrat befestigt ist.
Flexibler Schaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mehrzahl an LEDs längs in einem LED-Streifen befestigt ist.
Flexibler Schaltkreis gemäß Anspruch 4, der ferner eine Mehrzahl an redundanten Vias für jede in dem LED-Streifen ausgebildete LED aufweist, die geeignet sind, eine elektrische oder eine Wärmeverbindung zu dem flexiblen Schaltkreis bereitzustellen.
Flexibler Schaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vias relativ zu jeder LED außerhalb einer Ebene angeordnet sind, die durch die Richtung definiert ist, in die der flexible Schaltkreis gebogen werden kann.
Flexibler Schaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das flexible Substrat zum statischen Biegen konfiguriert ist.
Flexibler Schaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das flexible Substrat zum dynamischen Biegen konfiguriert ist.
Verfahren zum Verbessern der Zuverlässigkeit und der Wärmedissipation eines flexiblen Schaltkreises mit einer Mehrzahl an LEDs, wobei das Verfahren aufweist: Drahtbonden zumindest einer elektrischen Verbindung für jede der Mehrzahl an LEDs, wobei ein Bonddraht senkrecht zu einer Richtung ausgerichtet wird, in die der flexible Schaltkreis gebogen werden kann; und Bereitstellen zumindest eines Via zur Wärmedissipation für jede der Mehrzahl an LEDs, wobei das zumindest eine Via an dem flexiblen Schaltkreis außerhalb einer Ebene angeordnet wird, die von der Richtung definiert wird, in die der flexible Schaltkreis gebogen werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Mehrzahl an LEDs längs in einem LED-Streifen elektrisch verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer elektrischen Verbindung an einer Basis jeder der Mehrzahl an LEDs unter Benutzung eines Sacklochs aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, das ferner den Schritt des Bereitstellens zumindest eines anderen Via zur Wärmedissipation für jede der Mehrzahl an LEDs.
Verfahren zum Herstellen eines flexiblen Schaltkreises mit einer Mehrzahl an LEDs, wobei das Verfahren aufweist: Befestigen der Mehrzahl an LEDs an einem flexiblen Schaltkreissubstrat; Drahtbonden zumindest einer elektrischen Verbindung für jede der Mehrzahl an LEDs unter Verwenden eines Bonddrahts; Ausrichten der Bonddrähte senkrecht zu einer Richtung, in die der flexible Schaltkreis gebogen werden kann; Versehen des flexiblen Schaltkreissubstrat mit zumindest einem Via zur Wärmedissipation für jede der Mehrzahl an LEDs; und Positionieren des zumindest einen Via an dem flexiblen Schaltkreissubstrat außerhalb einer Ebene, die von der Richtung definiert wird, in die der flexible Schaltkreis gebogen werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das flexible Schaltkreissubstrat ein flexibles Schaltkreislaminat ist, das ein flexibles Dielektrikum, einen ersten elektrischen Leiter, und einen zweiten elektrischen Leiter aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, das ferner den Schritt des Befestigens zumindest einer elektrischen Komponente aus der Gruppe bestehend aus Widerständen, Kapazitäten, Treiber-Integrierten-Schaltkreisen, und Steuerungs-Integrierten Schaltkreisen, an dem flexiblen Schaltkreissubstrat aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Befestigen der zumindest einen elektrischen Komponente unter Benutzung von Oberflächenmontagetechnik erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Mehrzahl an LEDs längs elektrisch verbunden werden, und einen LED-Streifen mit dem flexiblen Schaltkreissubstrat bilden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer elektrischen Verbindung an einer Basis jeder der Mehrzahl an LED unter Benutzung eines Sackloches.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der Schritt des Bereitstellens des zumindest eines Via zur Wärmedissipation ferner ein Bereitstellen zumindest eines anderen Vias für jede der Mehrzahl an LED aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das flexible Schaltkreissubstrat zum statischen Biegen oder zum dynamischen Biegen konfiguriert wird.