[发明专利]热基板

说明书

热基板包括多层膜、粘附至所述多层膜的第一外层的第一导电层和粘附至所述多层膜的第二外层的第二导电层。所述多层膜包括包含第一热塑性聚酰亚胺的第一外层、包含聚酰亚胺的芯层和包含第二热塑性聚酰亚胺的第二外层。所述多层膜具有5至150μm的总厚度，并且所述第一外层、所述芯层和所述第二外层各自包含导热填料。所述第一导电层和所述第二导电层各自具有250至3000μm的厚度。

技术领域

本披露的领域是热基板。

背景技术

在电力电子工业中，电力电子模块内的电绝缘层对于分开电路与热管理层是关键的。高功率密度电力电子包装中的热基板是可以安装半导体管芯的硬板。除了机械支撑之外，这些基板还提供对电路和管芯的电隔离以及用于用于散热的热有效路径。功率模块装置(诸如汽车中存在的那些装置)操纵不同形式的电流和电压以控制设备并且需要流过其基板的大量电流和高度电隔离。为了实现导电和隔离两者的竞争需要，热基板采用包括不同材料的导电层和绝缘层的多层形式，并且以形成使热流远离半导体管芯的路径的方式将所述层结合在一起，所述材料诸如金属(诸如导体)和陶瓷或聚合物(诸如绝缘体)。

用于热基板的最常见结构是在铜与高导热性陶瓷诸如Al₂O₃、AlN或Si₃N₄之间通过高温结合工艺形成的直接键合铜(DBC)部件。在典型DBC结构中，金属层和陶瓷层以环境受控的高温方法结合在一起，从而在两个铜片层之间提供导热且电绝缘的陶瓷层。然而，这些金属层和陶瓷层具有大的热膨胀系数(CTE)差异，并且因此它们之间的结合经历大的热机械应力，从而导致在功率模块操作期间在高温梯度下受损。另外，用于将铜层结合至陶瓷的方法将铜层的厚度限制为小于1000μm。典型DBC构造使用300μm铜层和380μm陶瓷层。

基于有机物的绝缘层(诸如环氧树脂)已在最近几年被商业化以用于相对低的功率装置(即，用于低于150℃的操作温度)。对于此类热基板，装置的温度通过有机组分的化学和机械稳定性来限制。另外，有机材料必须装载有导热填料以得到可接受的导热性，并且被制成薄膜以提供与陶瓷材料相当的导热性。然而，这些薄膜环氧树脂损害热基板的电绝缘特性。

在柔性印刷电路板的制造中使用聚酰亚胺膜，因为它们具有良好电绝缘特性、机械强度、高温稳定性和耐化学品特性。将聚酰亚胺膜粘附至薄金属箔以形成金属包层的层合物，并且发现用于柔性印刷连接板、半导体装置以及芯片级封装、柔性芯片、引线上芯片(chip on lead)、芯片上引线(lead on chip)、多芯片模块、球栅阵列(或微球栅阵列)的包装材料的管芯垫结合和/或带式自动结合的广泛用途以及其他应用。

美国专利号7,285,321描述了具有低玻璃化转变温度(T_g)聚酰亚胺层、高T_g聚酰亚胺层和导电层的多层层合物。高T_g聚酰亚胺层是热固性聚酰亚胺并且低T_g聚酰亚胺层是热塑性聚酰亚胺。美国专利号6,379,784描述了由芳族聚酰亚胺复合膜、金属膜和离型膜构成的芳族聚酰亚胺层合物。芳族聚酰亚胺复合膜由芳族聚酰亚胺基板膜和两个热塑性芳族聚酰亚胺层构成。在未使用额外粘合剂层的情况下将金属膜和离型膜粘附至芳族聚酰亚胺层合物的相反侧，其中在聚酰亚胺层合物与金属膜之间具有良好粘附。

聚酰亚胺膜可以通过添加导热填料来制成导热性的。欧洲专利申请号0659 553A1描述了一种用于提供可以包含导热颗粒的共挤出多层膜的方法。导热填料诸如BN、Al₂O₃、AlN、BeO、ZnO和Si₃N₄或其混合物的无机颗粒可以添加到高T_g聚酰亚胺层和低T_g聚酰亚胺层之一或二者中。填料典型地以浆料形式添加至聚合物浇铸溶液中。基于填料的浆料的溶剂可以与用于制成聚合物浇铸溶液的溶剂相同或不同。

发明内容