具有絕緣過孔的金屬基板制造技術

一種具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)具有金屬層，該金屬層具有通過金屬層的厚度限定的通孔；介電層，該介電層形成在金屬層的表面的一部分上，并且延伸以覆蓋通孔的內(nèi)壁；導電材料，該導電材料延伸通過絕緣通孔以形成絕緣過孔；以及電路，該電路以與導電過孔熱接觸和/或電接觸的方式形成介電層的一部分上。介電層是介電納米陶瓷層，該介電納米陶瓷層具有500納米或更小的平均晶粒大小的等軸晶體結構、介于0.1與100微米之間的厚度、大于20KV?mm?1的介電強度以及大于3W/mK的導熱率。這樣的MSIV能夠用作支持諸如功率裝置、微波裝置、光電裝置、固態(tài)照明裝置和熱電等裝置的電子基板。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及包括金屬層和延伸通過該金屬層的導電過孔的金屬基板。導電過孔與金屬基板電絕緣并且提供至金屬層的相反側的電連接和/或熱連接。這樣的金屬基板可以用作支持電力裝置、微波裝置、光電子裝置、固態(tài)發(fā)光裝置和熱電裝置的基板。
技術介紹
具有過孔的電子基板通常用于為多層電子板提供不同層的表面區(qū)域之間的電連接和/或熱連接。導電過孔可以用于布置電力供應和信號供應并且可以進行操作以從電氣部件去除熱。用于多層板的最常見的基層材料是氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)陶瓷層以及FR4環(huán)氧樹脂板層。這樣的基層材料中的過孔通過鉆出通孔并且隨后用導電材料或金屬鍍層填充這些通孔來形成。然而，在這些常見的基礎材料中的每種基礎材料的使用中存在限制。例如，作為基礎材料的FR4具有非常低的導熱率(約0.1W/mK)并且它不能用于需要高熱傳遞的應用。Al2O3具有比FR4更高的導熱率(約20-30W/mK)，并且Al2O3是用于制造具有過孔的電子基板的當前優(yōu)選基層材料。由于AlN具有更高的導熱率(約140-180W/mK)，所以它用于在熱學方面要求最嚴苛的應用。AlN是比FR4或Al2O3明顯更昂貴的材料，并且這限制了其應用。Al2O3和AlN兩者(以及其它陶瓷層)遭受固有的脆性。這種脆性會妨礙形成非常薄的陶瓷基層(很難形成比100微米更薄的層)并且將陶瓷基層的表面面積限制成幾十平方英寸。由于金屬具有高導熱率和高韌度，所以使用金屬作為基層有益于電子基板應用。使用金屬層形成的電子基板(其可以稱為金屬基板)具有與用陶瓷層形成的電子基板不一樣的尺寸限制，并且能夠被形成為如10微米一樣薄。用作金屬基板中的金屬層的最常見的金屬中的一種金屬是鋁(Al)。鋁具有約150-200W/mK的導熱率；與AlN基板的導熱率類似，但是該材料明顯更便宜。使用金屬基層形成多層板需要形成貫穿金屬層的導電過孔。過孔的導電芯必須與基層金屬電絕緣。這通過構造具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)來實現(xiàn)。在提供導電材料的過孔與MSIV的金屬基層之間的電絕緣方面存在許多困難。實現(xiàn)雙面MSIV的標準過程通常如下：首先，使用介電膜將銅(Cu)層粘合到金屬層的每側。然后對所得到的板材(其由金屬層、兩個介電膜層和兩個銅層構成)進行鉆孔，以提供延伸通過該板材的通孔。該通孔使金屬層的材料暴露，這意味著需要在能夠形成導電過孔之前用電絕緣材料來填塞通孔。一旦被填塞，就使用更小的鉆機來鉆通電絕緣填塞材料。然后能夠用導電材料填充該第二通孔，以產(chǎn)生從金屬層的一側延伸至另一側的導電過孔?？梢允褂脻窕瘜W籽晶層和電鍍工藝，或通過使用導電過孔填充材料，或使用上述的組合來形成電連接?？梢钥闯?，MSIV中過孔形成的過程涉及許多步驟以及因此涉及高復雜度。然而，主要缺陷是過孔邊緣處的電擊穿的風險，其中在過孔的邊緣處，由電絕緣的孔填塞提供的電介質最少。已經(jīng)嘗試由預先鉆孔的Al板材來形成MSIV，隨后對其進行陽極化處理以在通孔的表面上和內(nèi)壁上提供介電層。這樣的MSIV并沒有得到工業(yè)應用，這是因為陽極化層不能提供充分穩(wěn)定和可靠的電絕緣。陽極化介電層的這個問題歸因于陽極化層上的多孔性以及由陽極化層的固有結構導致的通孔邊緣處的裂縫。在Al層的平坦表面上以及在通孔內(nèi)，陽極化介電層在熱循環(huán)下同樣會斷裂。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供了一種具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)，以及一種形成如在現(xiàn)在應當參考的所附獨立權利要求中所限定的MSIV的方法。在各個從屬子權利要求中闡述了本專利技術的優(yōu)選特征或有利特征。因此，在第一方面中，具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)可以包括：金屬層，該金屬層具有通過金屬層的第一表面與第二表面之間的金屬層的厚度限定的通孔；介電層，該介電層至少部分地通過金屬層的氧化來形成，介電層被形成為金屬層的第一表面和第二表面中的至少一個上或者金屬層的第一表面和第二表面兩者上、以及通孔的內(nèi)壁上的連續(xù)層；導電金屬過孔，該導電金屬過孔延伸通過在金屬層中限定的通孔，導電金屬過孔通過介電層與金屬層電絕緣；以及電路，該電路形成在介電層的一部分上，電路與導電金屬過孔電接觸和/或熱接觸。介電層是介電納米陶瓷層，該介電納米陶瓷層具有平均晶粒大小為500納米或更小的等軸晶體結構、介于0.1與100微米之間的厚度、大于20KV mm-1的介電強度以及大于3W/mK的導熱率。如本文所使用的，金屬層是具有比其厚度尺寸明顯更大的長度尺寸和寬度尺寸的層。金屬層可以稱為金屬基層或金屬片。優(yōu)選地，金屬層具有介于5微米與5000微米之間的厚度，優(yōu)選地介于10微米與2000微米之間，或者介于20微米與500微米之間。在一些實施方式中，金屬層可以為柔性結構，諸如金屬箔。在一些實施方式中，金屬層可以為剛性結構，例如金屬板。在一些實施方式中，金屬層可以為成型結構或部件。金屬層可以具有通過其厚度限定的多個通孔，多個通孔中的每個通孔的內(nèi)壁涂覆有介電納米陶瓷層的一部分。可以在金屬層的不同部分處以圖案限定多個通孔，以針對特定目的優(yōu)化導熱率和/或導電率。如本文所使用的，術語金屬基板是指一種由金屬層或片形成的電子基板，其中金屬層或片與金屬層的一側或兩側上的介電層絕緣。介電納米陶瓷層至少部分地通過金屬層的氧化來形成，并且在本文中也可以被稱為介電涂層或納米陶瓷層或納米陶瓷涂層。根據(jù)本專利技術的任一方面的MSIV包括通過金屬層形成的但與金屬層電絕緣的導電過孔。例如通過機械鉆孔或激光鉆孔或者通過對金屬層進行沖孔，通過金屬層形成通孔。然后形成介電納米陶瓷層，并且該層在金屬層的表面的一部分上連續(xù)地延伸并且還覆蓋該通孔或每個通孔的內(nèi)壁，以提供一個或多個絕緣通孔。然后，能夠在絕緣通孔內(nèi)形成導電材料諸如金屬，以產(chǎn)生導電過孔?？梢砸孕≈?0微米的直徑來形成通孔。上部尺寸可以為任意直徑，但是許多通孔將具有在20微米至2000微米的范圍內(nèi)的直徑。有利地，可以在具有高至10或15或20或更高的縱橫比的通孔的內(nèi)壁上形成介電納米陶瓷涂層?？v橫比被定義為通孔的深度除以通孔的直徑。優(yōu)選地，通孔的縱橫比介于0.1與20之間。彼此靠近地形成多個通孔以及因此形成多個過孔的能力可以是特別有利的特征。現(xiàn)有技術MSIV由于制造問題而不具有近間隔過孔。因此，可能有利的是，金屬層包括直徑介于20與300微米之間，或者直徑介于50與200微米之間的多個通孔，其中，通孔之間的間距與通孔的直徑是同一數(shù)量級的，例如介于20與300微米之間或介于50與200微米之間。涂層具有晶體結構，其中該晶體結構具有小于500納米的平均晶粒大小。這樣的納米晶體結構在金屬層的表面(包括通孔的邊緣和內(nèi)表面)上提供均勻致密層。有利地，平均晶粒大小可以為250納米或更小，或者為100納米或更小。介電納米陶瓷的微結構大致由等軸晶粒構成。這是組成具有x、y和z軸的納米陶瓷的晶粒，其中x、y和z軸具有大致相同的長度。等軸晶粒具有較大數(shù)目的操作滑移面，并且納米陶瓷具有將比晶粒結構為各向異性的情況更高的強度和延展性。小的晶粒大小和大致等軸晶粒結構是允許復雜形狀諸如通孔上介電層的均勻覆蓋的重要參數(shù)。由于納米級的晶粒大小和等軸結構，可以均勻地涂敷介電納米陶瓷層以覆蓋具有低至20微米的內(nèi)直徑和高達20的縱橫比(縱橫比等于基板的厚度除以孔的直徑大小)的通孔的內(nèi)表面本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)，包括：金屬層，所述金屬層具有通過所述金屬層的第一表面與第二表面之間的所述金屬層的厚度限定的通孔；介電層，所述介電層至少部分地通過所述金屬層的氧化來形成，所述介電層被形成為所述金屬層的所述第一表面和所述第二表面中的至少一個上以及所述通孔的內(nèi)壁上的連續(xù)層；導電金屬過孔，所述導電金屬過孔延伸通過在所述金屬物中限定的所述通孔，所述導電金屬過孔通過所述介電層與所述金屬層電絕緣；以及電路，所述電路形成在所述介電層的一部分上，所述電路與所述導電金屬過孔電接觸和/或熱接觸，其中，所述介電層是介電納米陶瓷層，所述介電納米陶瓷層具有平均晶粒大小為500納米或更小的等軸晶體結構、介于0.1與100微米之間的厚度、大于20KV?mm?1的介電強度以及大于3W/mK的導熱率。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.11.15 GB 1320180.11.一種具有絕緣過孔的金屬基板(MSIV)，包括：金屬層，所述金屬層具有通過所述金屬層的第一表面與第二表面之間的所述金屬層的厚度限定的通孔；介電層，所述介電層至少部分地通過所述金屬層的氧化來形成，所述介電層被形成為所述金屬層的所述第一表面和所述第二表面中的至少一個上以及所述通孔的內(nèi)壁上的連續(xù)層；導電金屬過孔，所述導電金屬過孔延伸通過在所述金屬物中限定的所述通孔，所述導電金屬過孔通過所述介電層與所述金屬層電絕緣；以及電路，所述電路形成在所述介電層的一部分上，所述電路與所述導電金屬過孔電接觸和/或熱接觸，其中，所述介電層是介電納米陶瓷層，所述介電納米陶瓷層具有平均晶粒大小為500納米或更小的等軸晶體結構、介于0.1與100微米之間的厚度、大于20KV mm-1的介電強度以及大于3W/mK的導熱率。2.根據(jù)權利要求1所述的MSIV，其中，介電納米陶瓷層包括具有100納米或更小的平均晶粒大小的晶粒。3.根據(jù)權利要求1或2所述的MSIV，其中，所述介電納米陶瓷層具有介于1微米與50微米之間的厚度。4.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，其中，所述金屬層具有介于5微米與5000微米之間的厚度。5.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，其中，所述介電層被形成為所述金屬層的所述第一表面和所述第二表面上以及所述通孔的所述內(nèi)壁上的連續(xù)層，并且其中，第一電路和第二電路分別形成在所述介電層的部分上，其中所述介電層的所述部分形成在所述金屬層的第一表面和第二表面兩者上，所述第一電路和所述第二電路通過所述導電金屬過孔電連接和/或熱連接。6.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，其中，所述金屬層具有多個通孔，所述多個通孔通過其厚度來限定，所述多個通孔中的每個通孔的內(nèi)壁涂覆有所述介電納米陶瓷層的一部分。7.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，其中，所述通孔具有介于20微米與2000微米之間的直徑。8.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，包括直徑介于50與200微米之間的多個通孔，其中，通孔之間的間距介于50與200微米之間。9.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，包括多于一個的金屬層，每個金屬層具有至少一個通孔，其中，所述至少一個通孔的內(nèi)壁涂覆有如權利要求1中所限定的介電納米陶瓷材料。10.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，所述MSIV是具有低于25cm的最小彎曲半徑的柔性電子基板(FES)。11.根據(jù)任一前述權利要求所述的MSIV，其中，所述金屬層...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：帕維爾·沙什科夫，謝爾蓋·烏索夫，史蒂文·柯蒂斯，布雷特·W·基勒亨尼，
申請(專利權)人：康橋納諾塞姆有限公司，羅杰斯公司，
類型：發(fā)明
國別省市：英國;GB