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TWI736695B - 電子裝置與其製造方法 - Google Patents

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TWI736695B
TWI736695B TW106136523A TW106136523A TWI736695B TW I736695 B TWI736695 B TW I736695B TW 106136523 A TW106136523 A TW 106136523A TW 106136523 A TW106136523 A TW 106136523A TW I736695 B TWI736695 B TW I736695B
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Abstract

本發明揭露一種電子裝置及其製造方法。電子裝置的製造方法包括以下步驟：以一薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於一基材上；以一印刷製程形成至少一電性連接墊於基材上，其中電性連接墊與薄膜導電線路電性連接；以及設置至少一電子元件於基材上，其中電子元件通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。本發明的電子裝置的成本較低，並具較高的元件設置密度，且藉由電性連接墊的設置使電子元件的生產良率與可靠度提高。

Description

電子裝置與其製造方法
本發明係關於一種電子裝置，特別關於一種電子裝置與其製造方法。
傳統的半導體電子裝置(例如LED顯示器)在製造過程中，如需將電子元件與電路基板做連接時，電路基板上之導電線路需具有一定的厚度(一般厚度需大於3微米)，而一般半導體薄膜製程之導電線路的厚度較薄(一般小於3um)，故無法以薄膜製程之導電線路與電子元件直接做電性連接。
本發明之目的為提供一種可使電子元件透過一電性連接墊之設置而與電路板上之薄膜導電線路做電性連接的電子裝置與其製造方法。
本發明提出一種電子裝置，包括一電路板以及至少一電子元件。電路板包含一基材、至少一薄膜導電線路及至少一電性連接墊，薄膜導電線路設置於基材上。電性連接墊設置於基材上，並與薄膜導電線路電性連接。電子元件以共晶接合電連接於電性連接墊，並通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。
本發明提出另一種電子裝置，包括一電路板以及至少一電子元件。電路板包含一軟性基材、至少一薄膜導電線路及至少一電性連接墊。薄膜導電線路設置於軟性基材上。電性連接墊設置於軟性基材上，並與薄膜導電線路電性連接。電子元件設置於電性連接墊，並通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。
在一實施例中，基材為軟性基材或硬性基材。
在一實施例中，軟性基材包含有機高分子材料，有機高分子材料之玻璃轉換溫度介於攝氏250度至攝氏600度。
在一實施例中，至少部分薄膜導電線路的線寬介於1~10微米。
在一實施例中，薄膜導電線路的厚度小於3微米。
在一實施例中，電性連接墊的厚度介於3~20微米。
在一實施例中，電性連接墊的材料包含銅粉及高分子材料。
在一實施例中，電性連接墊的孔隙度大於或等於5%，且小於或等於40%。
在一實施例中，電子裝置更包括一絕緣層，其覆蓋至少部分薄膜導電線路。
在一實施例中，電性連接墊具有一本體及一延伸部，電子元件連接於本體，延伸部與薄膜導電線路連接。
在一實施例中，本體與延伸部的寬度或厚度不相同。
在一實施例中，延伸部至少部分覆蓋薄膜導電線路。
在一實施例中，電子元件為一表面貼裝元件、一積體電路或一控制電路板。
在一實施例中，電子裝置更包括一導電材料，其設置於基材上，電子元件的一電極通過導電材料與電性連接墊及薄膜導電線路電性連接。
本發明又提出一種電子裝置的製造方法，包括：以一薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於一基材上、以一印刷製程形成至少一電性連接墊於基材上，其中電性連接墊與薄膜導電線路電性連接，以及設置至少一電子元件於基材上，其中電子元件通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。
在一實施例中，製造方法更包括：形成基材於一剛性載板上。
在一實施例中，製造方法更包括：形成一絕緣層於基材上，其中絕緣層覆蓋至少部分薄膜導電線路。
在一實施例中，印刷製程為非真空印刷製程。
在一實施例中，製造方法更包括：進行多次的印刷製程，以增加至少一電性連接墊的寬度或厚度。
承上所述，在本發明的電子裝置與其製造方法中，係以薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於基材上，再以印刷製程形成至少一電性連接墊於基材上，使電性連接墊與薄膜導電線路電性連接，之後，再設置至少一電子元件於基材上，使電子元件可通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。藉此，由於本發明是在基材上分別通過薄膜製程與印刷製程製作膜導電線路與電性連接墊，且使電子元件通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接，因此，可以製作出很多精細的線路，除了可降低電子裝置的材料成本及提高元件的設置密度外，更可提高電子裝置之生產良率與可靠度。
1、1a~1e:電子裝置
11、191:基材
12:薄膜導電線路
13:絕緣層
14、14a~14d:電性連接墊
141:本體
142:延伸部
15、17、18:導電材料
16、19:電子元件
192:導電層
9:剛性載板
C:電路板
S01~S03:步驟
圖1為本發明較佳實施例之一種電子裝置之製造方法的流程示意圖。
圖2A至圖2F分別為本發明一實施例之電子裝置的製造過程示意圖。
圖3A至圖6B分別本發明不同實施態樣之電子裝置的不同示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之電子裝置與其製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。以下實施例所顯示的圖示只是示意，不代表真實尺寸與比例。
電子裝置例如可為發光二極體(LED)顯示器、微發光二極體顯示器(Micro-LED Display)、感測裝置(例如指紋感測、指紋辨識器、X光感測器)、半導體裝置或照明裝置等等，本發明在此不做限制。
請參照圖1所示，其為本發明較佳實施例之一種電子裝置之製造方法的流程示意圖。
如圖1所示，電子裝置製造方法可包括以下步驟：以一薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於一基材上(步驟S01)、以一印刷製程形成至少一電性連接墊於基材上，其中電性連接墊與薄膜導電線路電性連接(步 驟S02)，以及設置至少一電子元件於基材上，其中電子元件通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接(步驟S03)。
在上述中，基材11可為硬性基材或軟性基材。在一些實施例中，若基材為一軟性基材時，為了使後續的元件可通過薄膜製程與印刷製程順利地形成在軟性基材上，需在步驟S01之前，先將(軟性)基材形成於一剛性載板上，且在步驟S03之後，再移除該剛性載板。不過，若基材為硬性基材時，則不需要這兩個步驟。
以下，請參照圖1並配合圖2A至圖2E所示，以說明上述的步驟。其中，圖2A至圖2E分別為本發明一實施例之電子裝置1的製造過程示意圖。
若基材11為硬性基材時，其可為玻璃、金屬或樹脂基材、或是複合式基材。若基材11為軟性基材時具有可撓性，並可包含有機高分子材料，有機高分子材料的玻璃轉換溫度(Glass Transition Temperature,Tg)例如可介於攝氏250度至攝氏600度之間。較佳的溫度範圍例如可介於攝氏300度至攝氏500度之間。藉由如此高的玻璃轉換溫度，可使軟性基材於後續的製程中可進行薄膜製程。於此，有機高分子材料可為熱塑性材料，例如為聚醯亞胺(PI)、聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚氯乙烯(Polyvinylehloride,PVC)、聚苯乙烯(PS)、壓克力(丙烯，acrylic)、氟化聚合物(Fluoropolymer)、聚酯纖維(polyester)或尼龍(nylon)。
在本實施例中，基材11是以軟性基材，且其材料例如是以聚醯亞胺(PI)為例。因此，如圖2A所示，需先形成軟性基材(基材11)於剛性載板9上。剛性載板9可為可透光或是不可透光材料製成，例如但不限於為玻璃板、陶瓷板、金屬板或石英板，本實施例的剛性載板9是以玻璃為例。基材(軟性基材)11可例如以膠合或塗佈方式設置，並經固化(熱固化或光固化)後形成於剛性載板9上。若以膠合方式將軟性基材形成於剛性載板9上，可先在剛性載板9上塗佈一黏著層(未繪示)後，再貼合軟性基材在黏著層上經層壓、固化後而成。黏著層的材料可例如但不限於環氧樹脂膠或矽烷偶聯劑(Silane coupling agent,SCA)。另外，若以塗佈方式設置軟性基材，則可直接將有機高分子材料塗佈在剛性載板9上， 經固化後在剛性載板9上直接形成一層軟性基材(基材11)。
接著，進行再步驟S01，如圖2B所示，是利用薄膜製程形成至少一薄膜導電線路12於基材11上。於此，薄膜製程可為半導體製程，並可包含低溫多晶矽(LTPS)製程、非晶矽(a-Si)製程或金屬氧化物(如IGZO)半導體製程等。薄膜導電線路12的材料可使用金屬(例如鋁、銅、銀、鉬、鈦)或其合金所構成的單層或多層結構。本實施例是先以薄膜製程形成一層導電層後，再以曝光、顯影與蝕刻方式形成至少一個薄膜導電線路12。其中，至少部分的薄膜導電線路12的線寬可介於1~10微米，且其厚度可小於3微米，如此可提高薄膜導電線路12上的元件設置密度。在一實施例中，部分的薄膜導電線路12的線寬則可介於1~400微米。以軟性基板(例如PI)上通過20mA的電流為例，如果薄膜導電線路12的厚度為3μm，則其寬度需要120μm，如果薄膜導電線路12的厚度為1μm，則其寬度需加大到360μm左右才可承受20mA的電流。本實施例是在基材11上形成兩個分離的薄膜導電線路12為例。在一些實施例中，可依設計需要在基材11上形成更多個薄膜導電線路12，以供後續多個電性連接墊與多個電子元件的設置。
之後，進行步驟S02，如圖2C所示，以印刷製程形成至少一電性連接墊14於基材11上，其中電性連接墊14與薄膜導電線路12電性連接。於此，係在兩個薄膜導電線路12上分別以印刷製程形成一個電性連接墊14，使電性連接墊14與薄膜導電線路12電連接，進而使後續電子元件設置時可達到足夠的黏著強度，如此也可降低材料成本。其中，印刷製程可為真空印刷製程或非真空印刷。於此，係以非真空印刷製程為例。電性連接墊14的材料可例如包含銅粉及高分子材料。於此，可將銅粉均勻混合於例如環氧樹脂(epoxy)的高分子材料的黏合劑(binder)中，使其成為膏性的銅膠，再以印刷製程(例如但不限於噴墨印刷或3D列印)形成在薄膜導電線路12上，再透過表面處理方式提高電性連接墊14與焊料，例如錫球或金凸塊(Au bump)的黏著力。如圖所示，電性連接墊14可為單層式結構。
要提醒的是，若要使電性連接墊14可容許較大電流流過 時，則需要較寬或較厚的電性連接墊14，因此，本發明的製造方法更可包括：進行多次的印刷製程，以於薄膜導電線路12上增加電性連接墊14的寬度或厚度。在一些實施例中，電性連接墊14的厚度例如可大於或等於3微米，並介於3~20微米之間。在一些實施例中，因為有加入高分子材料，故電性連接墊14的孔隙度(porosity)可例如大於或等於5%，且小於或等於40%(5%≦porosity≦40%)。
接著，在進行下一步驟S03之前，如圖2C所示，更可進行另一步驟：形成一絕緣層13於基材11上，其中絕緣層13覆蓋至少部分薄膜導電線路12。於此，絕緣層13例如可以薄膜製程形成於基材11上，以覆蓋部分的薄膜導電線路12，或同時覆蓋部分的薄膜導電線路12與部分的基材11。其中，電性連接墊14的厚度可大於或等於絕緣層13的厚度。再提醒的是，可先形成薄膜導電線路12之後，再依序形成電性連接墊14與絕緣層13；或者，也先形成薄膜導電線路12之後，再依序形成絕緣層13與電性連接墊14，本發明不限制。
之後，如圖2D所示，進行步驟S03：設置至少一電子元件16於基材11上，其中電子元件16通過電性連接墊14與薄膜導電線路12電性連接。電子元件16與電性連接墊14的接合方式可為表面貼裝技術(SMT)、共晶接合(eutectic bonding，例如Au-Sn)、非導電膠(non-conductive paste,NCP)接合、異方性導電薄膜(Anisotropic Conductive Film,ACF)接合、異方性導電塗膠(anisotropic conductive paste,ACP)接合、錫球接合或超音波接合，本發明不特別限定。
在一些實施例中，電子元件16可為表面貼裝元件(SMD)，並例如為雙電極元件，包含但不限於發光二極體(LED)、微發光二極體(μLED)、光二極體(photo diode)，或是影像感測器(image sensor)；在另一些實施例中，電子元件16也可以是三電極元件，例如電晶體。在又一些實施例中，電子元件16可為一積體電路(IC)或一控制電路板(可為軟板或硬板皆可)，本發明亦不限制。
在本實施例中，電子元件16為表面貼裝元件，且其兩個電極(未繪示)是使用表面貼裝技術(SMT)設置在電性連接墊14上，以通 過一導電材料15與電性連接墊14及其薄膜導電線路12電性連接為例(電性連接墊14已與薄膜導電線路12電性連接)。在一些實施例中，例如可通過加熱方式熔化材料為錫球或金凸塊(Au bump)的導電材料15，使電子元件16的兩電極可分別通過導電材料15而分別與電性連接墊14電性連接。本實施例的電子裝置1是利用薄膜製程、印刷製程分別形成薄膜導電線路與電性連接墊，再利用表面封裝技術(SMT)設置電子元件16於基材11上，如此可節省材料成本，提高元件設置密度，更可提升電子裝置1的生產良率及可靠度。
在一些實施例中，部分的薄膜導電線路12可介於1~400μm。若以薄膜導電線路12的厚度為0.6μm為例，如果要承受的電流為5mA，則薄膜導電線路12所需線寬至少需要150μm，此時要連接電子元件16的話可以有以下兩種做法：第一：使薄膜導電線路12的厚度為0.6μm，其寬度為150μm，然後，在與電子元件16連接處印刷電性連接墊14(材料例如為銅膠)；第二：使薄膜導電線路12的厚度為0.6μm，其寬度為10μm，之後，在形成電性連接墊14的同時以一次或多次印刷方式形成一延伸部覆蓋在薄膜導電線路12上，使電性連接墊14可與薄膜導電線路12連接，以加大電性連接墊14與薄膜導電線路12的導電性，使其足以承受5mA的電流。
最後，在本實施例中，如圖2E所示，再移除剛性載板9。其中，可使用雷射剝離(Laser lift-off)或機械剝離技術來移除剛性載板9，以得到具有以軟板為系統(system on film,SOF)的電子裝置1。
圖2A至圖2E的電子裝置1的基材11雖以軟性基材為例，但電子裝置1的其他技術特徵，例如薄膜導電線路的線寬、厚度、電性連接墊的厚度、材料、孔隙度、絕緣層與電子元件的種類等等內容亦可適用於具有硬性基材的電子裝置。
圖2F為圖2E的電子裝置1的部分俯視示意圖。如圖2E與圖2F所示，電子裝置1可包括一電路板C以及至少一電子元件16。電路板C包含一基材11、至少一薄膜導電線路12及至少一電性連接墊14，薄膜導電線路12.設置於基材11上，電性連接墊14設置於基材11上，並與 薄膜導電線路12電性連接。電子元件16設置於電性連接墊14，並通過電性連接墊14與薄膜導電線路12電性連接。由於本實施例是在基材11上分別通過薄膜製程與印刷製程製作薄膜導電線路12與電性連接墊14，且使電子元件16通過電性連接墊14與薄膜導電線路12電性連接，因此，可以製作出很多精細的線路，除了可降低電子裝置1的材料成本與提高電子元件16的設置密度外，更可提高其生產良率與可靠度。此外，在一些實施例中，電子元件16可以共晶接合電連接於電性連接墊14，並通過電性連接墊14與薄膜導電線路12電性連接。在一些實施例中，基材11可以是軟性基材，使電子裝置1具有可撓性。
圖3A至圖6B分別本發明不同實施態樣之電子裝置1a~1e的不同示意圖。
如圖3A所示，電子裝置1a與電子裝置1主要的不同在於，本實施態樣的電子裝置1a的右側電性連接墊14a是通過多次印刷製程而形成，其厚度比左側的電性連接墊14厚，因此可容許較大的電流負載。在一些實施例中，可兩側的電性連接墊皆通過多次的印刷製程而形成較厚的電性連接墊14a。
另外，如圖3B所示，本實施態樣的電子裝置1b的右側的電性連接墊14b是通過多次印刷製程而形成，其寬度較左側的電性連接墊14寬，因此可容許較大的電流負載。在一些實施例中，可兩側的電性連接墊皆通過多次印刷製程而形成寬度較寬的電性連接墊14b。
另外，圖4A與圖4B分別為不同實施態樣的電子裝置1c的剖視示意圖與部分俯視示意圖。如圖4A與圖4B所示，電子裝置1c的右側電性連接墊14c具有一本體141及一延伸部142，其中，本體141與延伸部142設置於基材11上，而電子元件16可通過導電材料15連接於本體141，且延伸部142至少部分覆蓋薄膜導電線路12而與薄膜導電線路12連接，以加大電性連接墊14c與薄膜導電線路12的導電性。在電子裝置1c中，由於右側的電性連接墊14c是通過不同印刷次數的關係(本體141的印刷次數大於延伸部142的印刷次數)，因此造成本體141與延伸部142的厚度不相同；或者，在另一些實施例中，可通過多次印刷製程而使電性連接墊14c 的本體141與延伸部142的寬度不相同；又或者，可通過多次印刷製程而使本體141與延伸部142的厚度與寬度皆不相同，本發明並不限制。
另外，如圖5所示，本實施例的電子裝置1d的電性連接墊14d的皆通過較多次的印刷製程，因此，其厚度較前述的電性連接墊14厚，因此可容許較高的負載電流。另外，本實施態樣的電子裝置1d具有二個電子元件16，且這兩個電子元件16是通過同一個電性連接墊14d而與薄膜導電線路12電性連接，使得兩個電子元件16的其中一個電極彼此電連接。
另外，如圖6A與圖6B所示，本實施例的電子裝置1e的電子元件19是以一控制電路板為例。其中，電子元件19(控制電路板)可包括一基材191與至少一導電層192，且導電層192可通過導電材料18(例如但不限於ACF)而與電性連接墊14及薄膜導電線路12電性連接。在一些實施例中，基材191可為軟性基材，導電層192為導電膜，使電子元件19為一覆晶薄膜(COF)。在另一些實施例中，基材191也可為硬性基材，導電層192為一銅層，使電子元件19為一印刷電路板。由於電子元件19(控制電路板)與薄膜導電線路12電性連接的過程中，需要利用壓合來使兩者的接觸電阻降低、導電性提高，因此可能造成薄膜導電線路12斷線而使良率降低，因此，在本實施例中，可通過印刷製程增加電性連接墊14的厚度(例如厚度大於3微米)，以保護基材11上的薄膜導電線路12不會被電子元件19的導電層192壓壞而斷線。
此外，電子裝置1a~1e及其製造方法的其他技術特徵可參照上述的電子裝置1及其製造方法，在此不再贅述。
綜上所述，在本發明的電子裝置與其製造方法中，係以薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於基材上，再以印刷製程形成至少一電性連接墊於基材上，使電性連接墊與薄膜導電線路電性連接，之後，再設置至少一電子元件於基材上，使電子元件可通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接。藉此，由於本發明是在基材上分別通過薄膜製程與印刷製程製作膜導電線路與電性連接墊，且使電子元件通過電性連接墊與薄膜導電線路電性連接，因此，可以製作出很多精細的線路，除了可降低電子裝置的材料成本及提高元件的設置密度外，更可提高電子裝置之生產良率與可靠度。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
S01、S02、S03‧‧‧步驟

Claims (26)

  1. 一種電子裝置，包括：一電路板，包含：一基材；至少一薄膜導電線路，設置於該基材上；及至少一電性連接墊，設置於該基材上，並與該薄膜導電線路電性連接；以及至少一電子元件，以共晶接合電連接於該電性連接墊，並通過該電性連接墊與該薄膜導電線路電性連接；其中該電性連接墊的孔隙度大於或等於5%，且小於或等於40%。
  2. 一種電子裝置，包括：一電路板，包含：一軟性基材；至少一薄膜導電線路，設置於該軟性基材上；及至少一電性連接墊，設置於該軟性基材上，並與該薄膜導電線路電性連接；以及至少一電子元件，設置於該電性連接墊，並通過該電性連接墊與該薄膜導電線路電性連接；其中該電性連接墊的孔隙度大於或等於5%，且小於或等於40%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該基材為軟性基材或硬性基材。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的電子裝置，其中該軟性基材包含有機高分子材料，該有機高分子材料之玻璃轉換溫度介於攝氏250度至攝氏600度。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中至少部分該薄膜導電線路的線寬介於1~10微米。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該薄膜導電線路的厚度小於3微米。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該電性連接墊的 厚度介於3~20微米。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該電性連接墊的材料包含銅粉及高分子材料。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該電性連接墊為一單層式結構。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電子裝置，其中該電性連接墊的材料包含銅粉。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，更包括：一絕緣層，覆蓋至少部分該薄膜導電線路。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該電性連接墊具有一本體及一延伸部，該電子元件連接於該本體，該延伸部與該薄膜導電線路連接。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電子裝置，其中該本體與該延伸部的寬度或厚度不相同。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的電子裝置，其中該延伸部至少部分覆蓋該薄膜導電線路。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，其中該電子元件為一表面貼裝元件、一積體電路或一控制電路板。
  16. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電子裝置，更包括：一導電材料，設置於該基材上，該電子元件的一電極通過該導電材料與該電性連接墊及該薄膜導電線路電性連接。
  17. 一種電子裝置的製造方法，包括：以一薄膜製程形成至少一薄膜導電線路於一基材上；以一印刷製程形成至少一電性連接墊於該基材上，其中該電性連接墊與該薄膜導電線路電性連接；以及設置至少一電子元件於該基材上，其中該電子元件通過該電性連接墊與該薄膜導電線路電性連接；其中該電性連接墊的孔隙度大於或等於5%，且小於或等於40%。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，更包括： 形成該基材於一剛性載板上。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中該基材為軟性基材或硬性基材。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中該電性連接墊的厚度介於3~20微米。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中該印刷製程為非真空印刷製程。
  22. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，更包括：形成一絕緣層於該基材上，其中該絕緣層覆蓋至少部分該薄膜導電線路。
  23. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中該電性連接墊具有一本體及一延伸部，該電子元件連接於該本體，該延伸部與該薄膜導電線路連接，且該本體與該延伸部的寬度或厚度不相同。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的製造方法，其中該延伸部至少部分覆蓋該薄膜導電線路。
  25. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，更包括：進行多次的該印刷製程，以增加該至少一電性連接墊的寬度或厚度。
  26. 如申請專利範圍第17項所述的製造方法，其中該電性連接墊為一單層式結構，且其材料包含銅粉。
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