[发明专利]热管理电路材料、其制造方法以及由其形成的制品

说明书

背景技术

本发明涉及包括一个或更多个导电通路的热管理电路材料。这样的电路材料可以 用于支承光电子器件、微波器件、射频器件、功率半导体器件或其他电子器件。

虽然现今存在各种可用的电路材料，但是尤其需要用于高功率应用(即，产生高比 能或涉及高操作温度的应用)的电路材料。特别地，被设计成载送较高电流负载的半导体可 能具有操作温度上限，高于该上限半导体可能发生故障，危害整个电路的操作可靠性。已将 被设计用于热管理的电路材料用于需要散热之处，以使操作温度保持在期望的范围内。这 样的散热性热管理电路材料可以适用于高功率二极管、晶体管等。例如，可以将光电子器 件、微波器件、RF器件、开关器件、放大器件或其他电子器件安装在提供支承并用于将热从 器件移除的基底上。这样的基底需要足够的介电强度和良好的导热性。

热管理电路材料通常具有用于将热从高功率部件传导出去的导热基体或芯基底 (通常为导热金属，例如铝)。介电层使芯基底与设置在介电层上的可图案化或经图案化的 导电金属层(通常为金属，例如铜)绝缘。这样的电路材料有时被称为绝缘金属基底或IMS。 已知使用介电材料来使导热基体在一面或两面上绝缘。这样的绝缘金属基底也可以被称为 金属芯印刷电路板(MCPCB)。热管理电路材料还可以包括任选地通过热界面材料层而附接 至散热片的基底层。然而，热管理电路材料可以包括金属板或支承框架作为芯基底，具有或 不具有单独配置的散热片。

热管理电路材料上的介电材料应具有高介电强度，以确保与关联于电子器件的电 路电绝缘，从而避免或防止短路。然而，设置在导热芯基底上的一个或更多个介电层可能限 制电路材料的期望热导率。因此，介电材料应具有足够的热导率来耗散由器件所产生的热， 否则可能对安装在电路材料上的器件的性能、可靠性以及寿命产生负面影响。一般而言，具 有增大的介电强度的介电材料使得电路材料能够具有更薄的绝缘层，这可减小热阻(对于 相同的绝缘材料而言)。介电材料的其他电子特性也可以是相关的。例如，对于RF和微波应 用而言，热管理电路材料包含具有高介电常数的介电材料也可能是有益的。

在现有技术中已知许多不同的有机及无机介电材料。特别地，已知使用作为聚合 物的介电材料来使导热基体绝缘，所述聚合物为例如带有导热陶瓷粉末的环氧树脂、含氟 聚合物、聚酰亚胺、或它们的复合材料。然而，这样的聚合物介电材料可能具有低的热导率， 此外，可能呈现不足的对于高操作温度(例如，大于150℃)来说所需的热稳定性。另一方面， 无机介电材料可以具有较高的热导率(通常大于或等于约20瓦/米·开氏度或W/m·K)、低 的热膨胀系数(通常小于或等于百万分之十/摄氏度，ppm/℃)、以及高的热稳定性(例如，最 高达约900℃)。然而，无机介电材料可能需要粘合剂以使导电金属层粘合。无机介电材料可 以具有较低的介电强度，通常小于或等于约20千伏/每毫米介电厚度(伏/密耳)，因此可能 需要较厚的层(大于或等于10密耳/250微米)，这进而可能降低热导率。这对于日益需要更 小部件和更高热导率的应用而言可能是不利的。

可以通过各种技术获得用于绝缘金属基底的无机介电层。可以通过如在GB 2162694中所述的阳极化工艺或如在美国专利2008257585A1中所述的等离子体电解氧化 (PEO)而在散热片上直接形成介电层。或者，Shashkov等人在WO2012/107754中公开了一种 通过施加一系列具有交替极性的电压脉冲以相对于电极对金属基底加电偏压而在电解室 中的金属基底上形成非金属涂层或非金属层的方法。根据该技术，可以向金属基底施加较 高的电压脉冲，同时显著减小或消除不期望的微放电水平，所述微放电可能对所期望的涂 层特性具有不利影响。WO2012/107754的工艺可以有利地使用作为胶态的电解质，该电解 质包含分散在水相中的固体颗粒。所述固体颗粒可以被转移到并且被结合到生长中的非金 属涂层内，其中所述固体颗粒可以有利地改变生长中的涂层的特征孔尺寸和结晶结构，这 进而可以提供改进的硬度、热导率和电击穿。