CN111430315B - 绝缘金属基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘金属基板及其制造方法。绝缘金属基板(Insulated Metal Substrate,IMS)包含金属基板、绝缘层、塑料框架及多个导电金属片。绝缘层位于金属基板上。塑料框架位于绝缘层上，且具有多个镂空区域。导电金属片位于绝缘层上且分别位于镂空区域中，且导电金属片具有接触塑料框架的侧壁。多个导电金属片由塑料框架限位后，才设置于绝缘层上，因此不易产生偏移，并可提升导电金属片贴合于绝缘层上的可靠性。此外，可省去焊料层，进而降低制造成本。

Description

绝缘金属基板及其制造方法
技术领域
本案是有关于一种绝缘金属基板及一种绝缘金属基板的制造方法。
背景技术
电动车或油电混合车的绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolartransistor,IGBT)功率模块需使用绝缘基板，因此一般采用覆铜陶瓷(Direct bondcopper,DBC)基板。然而，陶瓷与铜的热膨胀系数差异大，导致在高低温测试下，位于铜层与散热底板之间的焊料层容易剥离。
覆铜陶瓷基板中的陶瓷虽然可用绝缘膜取代，然而，电动车或油电混合车的功率模块内的电子元件功率很高，因此需增加绝缘金属基板中的铜层的厚度，以提升均热效果，但当铜层厚度太大时，便难以使用蚀刻的方式制作线路图案。若改以冲压的方式制作线路图案，在线路图案不连接的情况下，会将铜层冲压出数个区块，使得后续将铜层与绝缘膜压合的制程变得困难且复杂，且多个区块铜层分别设置在绝缘膜的多个不同位置易产生偏移。
发明内容
本揭露的一技术态样为一种绝缘金属基板。
根据本揭露一实施方式，一种绝缘金属基板(Insulated Metal Substrate,IMS)包含金属基板、绝缘层、塑料框架及多个导电金属片。绝缘层位于金属基板上。塑料框架位于绝缘层上，且具有多个镂空区域。导电金属片位于绝缘层上且分别位于镂空区域中，且导电金属片具有接触塑料框架的侧壁。
在本揭露一实施方式中，金属基板包含位于金属基板背对绝缘层的表面上的多个散热结构。
在本揭露一实施方式中，导电金属片的厚度介于1mm至5mm的范围中。
在本揭露一实施方式中，导电金属片的厚度与塑料框架的厚度大致相同。
在本揭露一实施方式中，导电金属片由塑料框架围绕而定位。
本揭露的一技术态样为一种绝缘金属基板的制造方法。
根据本揭露一实施方式，一种绝缘金属基板的制造方法包含下列步骤。形成具有多个镂空区域的塑料框架；冲压一金属材料，以形成多个导电金属片；压合导电金属片分别于塑料框架的镂空区域中，使得导电金属片的侧壁接触塑料框架；将塑料框架与导电金属片设置于在金属基板上的绝缘层上。
在本揭露一实施方式中，形成塑料框架是由射出成型执行。
本揭露的一技术态样为一种绝缘金属基板的制造方法。
根据本揭露一实施方式，一种绝缘金属基板的制造方法包含形成多个导电金属片；形成塑料框架围绕导电金属片，使得导电金属片的侧壁接触塑料框架；将塑料框架与导电金属片设置于在金属基板上的绝缘层上。
根据本揭露一实施方式，形成塑料框架围绕导电金属片包含将导电金属片置入模具内；于模具内使用塑料射出成型塑料框架。
本揭露的另一技术态样为一种绝缘金属基板的制造方法。
根据本揭露另一实施方式，一种绝缘金属基板的制造方法包含形成多个导电金属片；贴合或涂布绝缘层于金属基板上；将导电金属片设置于金属基板上的绝缘层上；形成塑料框架围绕导电金属片，使得导电金属片的侧壁接触塑料框架。
根据本揭露上述实施方式，在制造绝缘金属基板的过程中，先冲压金属材料使其形成导电金属片。接着，将导电金属片定位于塑料框架的镂空区域中，使塑料框架紧密围绕导电金属片以形成片状结构。如此一来，便能够使导电金属片及塑料框架与绝缘层更紧密地结合，提升了贴合于绝缘层上的可靠性。此外，由于塑料框架具有绝缘耐温的特性，且具有与金属(例如铜)基板及绝缘层大致相同的物理性质(例如热膨胀系数)，因此在完成贴合后，塑料框架可保留于绝缘金属基板中而不影响后续的制程。此外，将包含塑料框架与导电金属片的片状结构透过绝缘层贴合于金属基板上，可省去传统制造覆铜陶瓷基板时所使用的焊料层，使成本得以降低。另外，多个导电金属片可由塑料框架限位后，才设置于绝缘层上，因此不易产生偏移。
附图说明
图1绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板的俯视图；
图2绘示图1的绝缘金属基板沿线段2-2的剖面图；
图3绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板的制造方法的流程图；
图4绘示以图3的制造方法组合绝缘金属基板时的示意图；
图5绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板的制造方法的流程图；
图6绘示以图5的制造方法组合绝缘金属基板时的示意图；
图7绘示根据本揭露另一实施方式的绝缘金属基板的制造方法的流程图。
【符号说明】
100：绝缘金属基板
110：金属基板
112：表面
120：绝缘层
130：塑料框架
132：镂空区域
140：导电金属片
142：侧壁
150：片状结构
160：散热结构
S1、S2、S3、S4：步骤
S1’、S2’、S3’：步骤
S1”、S2”、S3”、S4”：步骤
2-2：线段
具体实施方式
以下将以附图揭露本揭露的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本揭露。也就是说，在本揭露部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板100的俯视图。图2绘示图1的绝缘金属基板100沿线段2-2的剖面图。同时参阅图1与图2，绝缘金属基板100包含金属基板110、绝缘层120、塑料框架130及多个导电金属片140。绝缘层120位于金属基板110上。塑料框架130位于绝缘层120上，且具有多个镂空区域132。导电金属片140位于绝缘层120上且分别位于镂空区域132中，且导电金属片140具有接触塑料框架130的侧壁142。
在本实施方式中，在金属基板110背对绝缘层120的表面112上具有多个散热结构160。在其他实施方式中，金属基板110可为不具有散热结构160的平面基板，但并不用以限制本揭露。
此外，由于在本实施方式中的绝缘金属基板100可应用于电动车或油混合车中的绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)功率模块，而此种功率模块内的电子元件功率很高，因此需增加导电金属片140的厚度以提升均热效果。本实施方式中的导电金属片140的厚度可介于1mm至5mm的范围中(例如厚度为3mm)，可有效提升均热效果。在本实施方式中，导电金属片140的材质可为铜，但并不用以限制本揭露。
由于导电金属片140由塑料框架130围绕且定位于塑料框架130的镂空区域132中，且导电金属片140的厚度与塑料框架130的厚度大致相同，因此可形成具有大致切齐的顶面与底面的片状结构150。由于包含导电金属片140与塑料框架130的片状结构150具有切齐且平整的底面，因此可使其贴合于绝缘层120上的步骤变得简单，提高贴合的紧密度与可靠性。另外，多个导电金属片140可由塑料框架130限位后，才设置于绝缘层120上，因此不易产生偏移。在本实施方式中，塑料框架130的材质可包含环氧树脂，但并不用以限制本揭露。塑料框架130具有绝缘耐温的特性，且具有与金属基板110(例如铜基板110)及绝缘层120大致相同的物理性质(例如热膨胀系数)，因此除了方便贴合外，塑料框架130还可保留于绝缘金属基板100中而不影响后续的制程，且可进一步通过高低温测试。
此外，将塑料框架130与导电金属片140所形成的片状结构150贴合于金属基板110上的绝缘层120上，除了可提升贴合的紧密度与可靠性外，还可省去传统覆铜陶瓷基板(Direct bond copper,DBC)中的焊料层，使成本得以降低。在本实施方式中，绝缘层120的材质可包含环氧树脂，但并不用以限制本揭露。
应了解到，已叙述过的元件连接关系、材料与功效将不再重复赘述，合先叙明。在以下叙述中，将说明绝缘金属基板100的制造方法。
图3绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板100的制造方法的流程图。图4绘示以图3的制造方法组合绝缘金属基板100时的示意图。同时参阅图3与的4图，绝缘金属基板100的制造方法包含下列步骤。首先在步骤S1中，形成具有多个镂空区域132塑料框架130；接着在步骤S2中，形成多个导电金属片140；之后在步骤S3中，压合导电金属片140分别于塑料框架130的镂空区域132中，使得导电金属片140的侧壁142接触塑料框架130；接着在步骤S4中，将塑料框架130与导电金属片140设置于在金属基板110上的绝缘层120上。在以下叙述中，将进一步说明上述各步骤。
首先，于模具内使用塑料射出成型具有镂空区域132的塑料框架130。在本实施方式中，塑料框架130的材质可包含环氧树脂，但并不用以限制本揭露。接着，将金属材料以冲压的方式形成数块导电金属片140，以作为线路图案。在本实施方式中，金属材料可为厚铜板材，以让导电金属片140具有足够的厚度，而可应用于电动车或油混合车中的绝缘栅双极晶体管功率模块，并提升均热效果。
在形成具有镂空区域132的塑料框架130与导电金属片140后，以压合的方式将导电金属片140分别定位于塑料框架130的镂空区域132中，使得导电金属片140的侧壁142接触塑料框架130，且塑料框架130围绕并紧密结合导电金属片140。也就是说，塑料框架130与导电金属片140为紧配设计。由于塑料框架130的厚度与导电金属片140的厚度大致相同，因此在将两者压合后，所形成的片状结构150具有切齐且平整的顶面与底面，以利后续与金属基板110上的绝缘层120进行贴合。在本实施方式中，绝缘层120的形成可以是将绝缘膜片贴合至金属基板110上，或是以绝缘胶涂布至金属基板110上。此外，在本实施方式中，塑料框架130的材质(例如环氧树脂)可具有绝缘耐温的特性，且与导电金属片140及绝缘层120可具有相近的热膨胀系数。
接着，将塑料框架130与导电金属片140所形成的片状结构150贴合于在金属基板110上的绝缘层120上，可省去传统制造覆铜陶瓷(Direct bond copper,DBC)基板时所使用的焊料层，以降低制程的成本。在本实施方式中，金属基板110可为平面基板或可为具有多个散热结构160的散热基板，但并不用以限制本揭露。
由于分别射出成形塑料框架130与冲压形成导电金属片140，并将两者压合以形成具有切齐且平整的底面的片状结构150，因此使得片状结构150与位于金属基板110上的绝缘层120的贴合变得简单，提高贴合的紧密度与可靠性。另外，多个导电金属片140可由塑料框架130限位后，才设置于绝缘层120上，因此不易产生偏移。此外，塑料框架130的材质(例如环氧树脂)可具有绝缘耐温的特性，且与导电金属片140及绝缘层120可具有相近的热膨胀系数，因此可保留于绝缘金属基板100中而不影响后续的制程。
图5绘示根据本揭露一实施方式的绝缘金属基板100的制造方法的流程图。图6绘示以图5的制造方法组合绝缘金属基板100时的示意图。绝缘金属基板100的制造方法包含下列步骤。首先在步骤S1’中，形成多个导电金属片140；接着在步骤S2’中，形成围绕导电金属片140的塑料框架130，使得导电金属片140的侧壁142接触塑料框架130；之后在步骤S3’中，将塑料框架130与导电金属片140设置于在金属基板110上的绝缘层120上。
首先，将金属材料以冲压的方式形成数块导电金属片140，以作为线路图案。在本实施方式中，金属材料可为铜板材，使得导电金属片140的厚度可介于1mm至5mm的范围中(例如厚度为3mm)，但并不用以限制本揭露。
接着，将导电金属片140置入模具内，并于模具内使用塑料以射出成型紧密围绕导电金属片140的塑料框架130，利用此方式可形成包含塑料框架130及导电金属片140的片状结构150。也就是说，塑料框架130与导电金属片140为紧配设计。在本实施方式中，塑料框架130的材质可包含环氧树脂，但并不用以限制本揭露。通过模具的设计，使得通过射出成型并围绕导电金属片140的塑料框架130的高度与导电金属片140的高度大致相同，也就是说，所形成的片状结构150具有切齐且平整顶面与底面，以利后续与金属基板110上的绝缘层120进行贴合。在本实施方式中，绝缘层120的形成可以是将绝缘膜片贴合至金属基板110上，或是以绝缘胶涂布至金属基板110上。值得注意的是，本实施方式与前一实施方式不同之处在于形成塑料框架130的方式。本实施方式是将导电金属片140置于模具内并将塑料框架130射出成型，使得导电金属片140由塑料框架130围绕，以形成片状结构150。此方法可使导电金属片140与塑料框架130之间的结合更加紧密，以加强其结构的稳固。
接着，将塑料框架130与导电金属片140所形成的片状结构150贴合于在金属基板110上的绝缘层120上，可省去传统制造覆铜陶瓷(Direct bond copper,DBC)基板时所使用的焊料层，以降低制程的成本。在本实施方式中，金属基板110可为平面基板或可为具有多个散热结构160的散热基板，但并不用以限制本揭露。
图7绘示根据本揭露另一实施方式的绝缘金属基板100的制造方法的流程图。绝缘金属基板100的制造方法包含下列步骤。首先在步骤S1”中，形成多个导电金属片；接着在步骤S2”中，贴合绝缘膜片于金属基板上或涂布绝缘胶于金属基板上并待绝缘胶半固化，以形成绝缘层；之后在步骤S3”中，将导电金属片设置于金属基板上的绝缘层上；随后在步骤S4”中，将具有绝缘层的金属基板与导电金属片共同置于模具内并将塑料框架射出成型，以形成围绕导电金属片的塑料框架，使得导电金属片的侧壁接触塑料框架。
由于冲压金属材料形成导电金属片140后，将导电金属片140置于模具内，并于模具内使用塑料以射出成型紧密围绕导电金属片140的塑料框架130，因此可形成包含塑料框架130及导电金属片140的片状结构150。利用此方法可使导电金属片140与塑料框架130之间的结合更加紧密，使得所形成的片状结构150具有更稳固的结构。可通过模具的设计使包含塑料框架130与导电金属片140的片状结构150具有切齐且平整的底面，如此便能够使片状结构150与位于金属基板110上的绝缘层120的贴合变得简单，提高贴合的紧密度与可靠性。另外，多个导电金属片140可由塑料框架130限位后，才设置于绝缘层120上，因此不易产生偏移。此外，塑料框架130的材质(例如环氧树脂)可具有绝缘耐温的特性，且与导电金属片140及绝缘层120可具有相近的热膨胀系数，因此可保留于绝缘金属基板100中而不影响后续的制程。
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种绝缘金属基板，其特征在于，包含：
一金属基板，所述金属基板包括铜；
一绝缘层，位于该金属基板上，所述绝缘层包括环氧树脂；
一塑料框架，位于该绝缘层上，且具有多个镂空区域，所述塑料框架包括环氧树脂；以及
多个导电金属片，位于该绝缘层上且分别位于所述多个镂空区域中，其中所述多个导电金属片具有接触该塑料框架的侧壁，所述多个导电金属片的厚度介于1mm至5mm的范围中，所述多个导电金属片包括铜。
2.根据权利要求1所述的绝缘金属基板，其特征在于，该金属基板包含：
多个散热结构，位于该金属基板背对该绝缘层的表面上。
3.根据权利要求1所述的绝缘金属基板，其特征在于，所述多个导电金属片的厚度与该塑料框架的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的绝缘金属基板，其特征在于，所述多个导电金属片由该塑料框架围绕而定位。
5.一种绝缘金属基板的制造方法，其特征在于，包含：
形成一塑料框架，该塑料框架具有多个镂空区域，所述塑料框架包括环氧树脂；
冲压一金属材料，以形成多个导电金属片，所述多个导电金属片的厚度介于1mm至5mm的范围中，所述金属材料包括铜；
压合所述多个导电金属片分别于该塑料框架的所述多个镂空区域中，使得所述多个导电金属片的侧壁接触该塑料框架；以及
将该塑料框架与所述多个导电金属片设置于在一金属基板上的一绝缘层上，所述金属基板包括铜，且所述绝缘层包括环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的绝缘金属基板的制造方法，其特征在于，形成该塑料框架是由射出成型执行。
7.一种绝缘金属基板的制造方法，其特征在于，包含：
形成多个导电金属片，所述多个导电金属片的厚度介于1mm至5mm的范围中，所述多个导电金属片包括铜；
形成一塑料框架围绕所述多个导电金属片，使得所述多个导电金属片的侧壁接触该塑料框架，所述塑料框架包括环氧树脂；以及
将该塑料框架与所述多个导电金属片设置于在一金属基板上的一绝缘层上，所述金属基板包括铜，且所述绝缘层包括环氧树脂。
8.根据权利要求7所述的绝缘金属基板的制造方法，其特征在于，形成该塑料框架围绕所述多个导电金属片包含：
将所述多个导电金属片置入一模具内；以及
于该模具内使用一塑料射出成型该塑料框架。
9.一种绝缘金属基板的制造方法，其特征在于，包含：
形成多个导电金属片，所述多个导电金属片的厚度介于1mm至5mm的范围中，所述多个导电金属片包括铜；
贴合或涂布一绝缘层于一金属基板上，所述绝缘层包括环氧树脂，且所述金属基板包括铜；
将所述多个导电金属片设置于该金属基板上的该绝缘层上；以及
形成一塑料框架围绕所述多个导电金属片，使得所述多个导电金属片的侧壁接触该塑料框架，其中所述塑料框架包括环氧树脂。
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