金属基片和使用金属基片的电子组件制造技术

一金属基片包括一金属基座，一电路导体部分和位于该电路导体和金属基座之间的绝缘层，该绝缘层由有机绝缘材料构成，其内填充有片状无机填料，并且这些片状无机填料以分层形式叠积在该绝缘层内。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属基片，它包括金属基座部分，电路导体部分和位于所述电路导体部分和该基座部分之间的绝缘部分，特别是涉及一种适用于半导体器件的金属基片，这些半导体器件用于电力控制，它们与电子装置相结合，并且产生大量热。在电子控制装置中，例如变换器，伺服放大器和主轴放大器，电力控制用半导体器件包括大容量二极管，晶体管，绝缘栅双极性晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管。目前使用的一种电子电路板称为“DBC板”，板上的电路例如用于电力控制，它产生大量的热。这种DBC板包括构成导体电路的金属片，陶瓷绝缘材料和邻接所述陶瓷绝缘材料的底部的传热金属板。用于DBC板中的金属板可以是铜板。传热金属板可以是铜板。如果采用了这些具有高导热性材料如铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为陶瓷绝缘材料，则由导体电路产生的热将快速传送到金属板。此外，当材料本身是陶瓷时，由于电晕放电造成的，材料退化受到抑制，并且使耐放电性能得以改善。但是在DBC板中，陶瓷绝缘材料层的热膨胀系数与导热金属板层的热膨胀系数不同，于是导致热循环性能相当差，并使相互连接面上易于出现裂缝。另外，由于陶瓷生产工艺中的限制因素，人们难以生产大尺寸的片材。典型地，采用传统的生产工艺制成的陶瓷板尺寸限于约150mm×150mm。此外，采用传统生产工艺需要在高温下加热该板材，结果，不仅生产工艺复杂，而且生产成本高。为了克服DBC板的上述问题，人们在金属基片内加入一层由有机聚合物和金属膜构成的绝缘层，并且使用粘合剂粘到一导热金属板上。如图7所示，在其中的金属基片70内，电路导体3形成在绝缘层2上，该绝缘层由有机绝缘材料构成，并且形成在导热金属板1的上表面上，在绝缘层2内添加有晶粒状无机填料。具有这种结构的文献例如6235/1971号日本书和9650/1972号日本书。图中导体3和板1之间具有放电通道71。通常，有机聚合物构成的绝缘层DBC板所用的陶瓷相比，具有相当低的导热性，但是通过添加铝或硅的无机填料可使该导热性增大。此外，将该绝缘层的厚度减小到DBC板厚度的7％-30％，可使导热率上升到所需的水平。与此有关的技术文献包括106775/1991号、名称“金属基片”的日本实用新案公开说明书，73966/1988号、名为“热辐射绝缘板”的日本实用新案公开说明书，98253/1987号，名为“印刷电路板”的日本实用新案公开说明书，244180/1991号、名为“叠层式金属基片”的日本专利公开说明书，27786/1991号、名为“耐低热电路板”的日本专利公开说明书，232795/1989号，名为“制造金属基片的方法”的日本专利公开说明书和232792/1990，名为“电路板”的日本专利公开说明书。特别是在106775/1991号日本实用新案公开说明书的图1或图4中介绍了一种金属基片，在其有机绝缘层中填入具有高导热性的很长的无机填料。其纵向表面朝向金属基座或无定向地放置。由于填加了无机填料，使金属基片70的电路基片3上所装组件辐射的热能有效地转移发散到外面，这些组件例如晶体管，电阻器和电容器。此外，如果在这些金属基片内采用有机聚合物绝缘材料，就便于以低成本制造大于DBC板的基片。并且不会出现DBC板中由于热循环产生的裂缝问题。由于上述原因，在产生大量热的电力线路或其它类似电组件中采用如上所述结构的金属基片。在传统的如上所述类型的金属基片中，将粒状无机填料加入有机聚合物材料中，并且用所获得的混合物作为绝缘材料。可是，如果使该构绝缘层受到放电作用，则有机绝缘层容易退化，并且粒状填充材料并未有效工作。这也就是说，当放电造成的退化达到填充了粒状无机填料的区域时，这种退化过程会沿着这一区域的界面进行，结果，该填料对于改善耐放电性能并非总是有效的。此外，将绝缘层的厚度减少到一般DBC板厚度的约7％-30％，以确保所需的散热性能，这样将影响到高压绝缘性能。首先应注意到，如果增加绝缘层的厚度，刚耐受放电的能力将得以改善，但散热性能变差，原因在于电路导体内产生的热很难传导到金属基片上。还应注意到，尽管传统的金属基片一般使用在较低的工作电压，例如交流200V或以下，但近来人们常在400V或600V高压等级下使用金属基片。因此，考虑这两个条件，由于电晕放电使有机聚合物的绝缘层性能劣化，并且绝缘层的绝缘性能受到破坏。此外，当片的厚度变薄，维持绝缘不击穿的寿命也变短。产生这一问题的原因是多方面的，首先，如果在基片的电路导体区的表面上存在空气，而且即使这个区域已经抗蚀剂或硅封装物质处理过，在处理完的层内难免存在充有空气的空穴区。第二，众所周知，如果高压交流电压作用到这些充有空气的空穴部位，则产生电晕放电。第三，大部分有机聚合物的电晕放电起始电压范围大约为400-500V，虽然该起始电压与每个基片的厚度有关。不仅额定电压为400V或更低的电子组件，而且额定电压高于400V的电子组件，如果在与这些部分的电子控制相结合的开关操作中加载的电压高于400V，就可能发生电晕放电现象。此外，虽然106775/1991号日本技术说明书“金属基片”中提供了有效的热学改进措施，例如改善热传导性和减小线性热膨胀系数，但放电导致的劣化现象将沿着界面扩散，这从图7可看出，如前所述，所填充的料状无机填料，当放电到达这些填料时，将出现劣化现象，由此，该填料不能改善金属基片的抗放电能力。为此，本专利技术的目的是提供一种金属片，它具有优异的热发散特性以及出色的抗放电能力，还可在高电压下使用。本专利技术的另一目的是提供采用这种金属基片并在高压下工作的电子组件。本专利技术提供一种金属基片，它包括一金属基座层；一电路导体层和位于所述电路导体层和所述基座层之间的绝缘部分，所述绝缘部分包括一其内填充有片状机材料的有机绝缘材料层，所述片状无机材料以多叠层状态布置在所述绝缘部分内。所述片状无机填料的平坦面基本上平行于电路导体件和基座件的表面，从而使该无机片状填料板叠积成分层的状态。采用这种布置，即使电晕放电在电路导体部分表面或绝缘层内的空穴内产生，并且有机绝缘材料发生劣化，但由放电导致的劣化现象可被抑制或基本上限制在具有片状无机填料的部分内。结果，整个绝缘层的抗放电性能得以改善。本专利技术还提供一种利用上述金属基片的电子组件。在本专利技术的金属基片和使用该基片的电子组件中，所述有机绝缘材料层其内还填充有粒状无机填料。结果，即使在沿着电路导体表面的空穴中或在绝缘层的空穴部位内出现放电现象，并且使有机绝缘材料受到放电的损坏，但由于放电导致的劣化现象可防止，或基本上被抑制在填充有片状无机填料的区域内。从而改善了整个绝缘层的抗放电性能，并且由于存在颗粒状无机填料，绝缘层的导热性上升。同时，线性热膨胀系数可降低，因而通过变填充材料的固定比例可以制成适于专用条件下的绝缘层。在本专利技术的金属基片和使用该基片的电子组件中，绝缘部分还包括一由有机绝缘材料制成的绝缘层，其内填加有颗粒状无机填料，也就是说总共两个绝缘层，该片状无机填料的表面基本上平行于电路导体和基座件的表面，从而使该填充材料能叠积成分层状态。结果，即使由于电晕放电使有机绝缘材料受损，但由于放电导致的劣化可只限制在填加有片状无机填料的区域内，或者由于放电导致的劣化本身可被遏止，耐放电性能得以改善。此外，由于该绝缘层包含颗粒状无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属基片，包括：一金属基座层；一电路导体层；和一绝缘层，位于所述电路导体层和所述基座层之间；所述绝缘层包括一种其内填充有片状无机填料的有机绝缘材料，所述片状无机填料以多叠层状态布置在所述绝缘层内。

【技术特征摘要】
JP 1993-8-6 196398/93是在这些实施结构基础上描述的，但本发明并不局限于这些所描述的结构，任何依据现有技术在基本技术教导下做出的改型和变化结构均未脱离本发明的基本原则。权利要求1.一种金属基片，包括一金属基座层；一电路导体层；和一绝缘部分，位于所述电路导体层和所述基座层之间；其特征在于，所述绝缘部分包括一其内填充有片状无机填料的有机绝缘材料层，所述片状无机填料以多叠层状态布置在所述绝缘部分内。2.一种利用权利要求1所述的金属基片的电子组件，包括一金属基片，包括一金属基座层，一电路导体层，和一位于所述电路导体层和所述基座层之间的绝缘部分；和多个安装到所述电路导体层上的电力电路器件，其特征在于，所述绝缘部分包括一其内填充有片状无机填料的有机绝缘材料层，所述片状无机填料以多叠层状态布置在所述绝缘部分内。3.如权利要求1所述的金属基片，其特征在于，所述有机绝缘材料层其内还填充有粒状无机填料。4.如权利要求3所述的金属基片，其特征在于，所述粒状无机填料与至少一层片状无机填料相混合。5.如权利要求1所述的金属基片，其特征在于，所述绝缘部分还包括一由填充了粒状无机填料的有机绝缘材料制成的第二绝缘层。6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林悟，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]