(57)【要約】【課題】絶縁金属基板を提供する。【解決手段】金属基板と、金属基板に位置する絶縁層と、絶縁層に位置し、且つ複数の中抜き領域を有するプラスチックフレームと、絶縁層に位置し、且つそれぞれ中抜き領域の中に位置し、プラスチックフレームに接触する側壁を有する複数の導電性金属シートと、を含む絶縁金属基板（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ＩＭＳ）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、
前記金属基板に位置する絶縁層と、
前記絶縁層に位置し、且つ複数の中抜き領域を有するプラスチックフレームと、
前記絶縁層に位置し、且つそれぞれ前記中抜き領域の中に位置し、前記プラスチックフレームに接触する側壁を有する複数の導電性金属シートと、
を含む絶縁金属基板（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ＩＭＳ）。
【請求項２】
前記金属基板は、前記金属基板の前記絶縁層に反対する表面に位置する複数の放熱構造を含む請求項１に記載の絶縁金属基板。
【請求項３】
前記導電性金属シートの厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある請求項１に記載の絶縁金属基板。
【請求項４】
前記導電性金属シートの厚さは、前記プラスチックフレームの厚さとほぼ同じである請求項１に記載の絶縁金属基板。
【請求項５】
前記導電性金属シートは、前記プラスチックフレームにより囲まれて位置決めされる請求項１に記載の絶縁金属基板。
【請求項６】
複数の中抜き領域を有するプラスチックフレームを形成する工程と、
金属材料をプレスして、複数の導電性金属シートを形成する工程と、
前記導電性金属シートの側壁を前記プラスチックフレームに接触させるように、前記導電性金属シートをそれぞれ前記プラスチックフレームの前記中抜き領域の中に圧着する工程と、
前記プラスチックフレームと前記導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける工程と、
を含む絶縁金属基板の製造方法。
【請求項７】
前記プラスチックフレームの形成は、射出成形で行われる請求項６に記載の絶縁金属基板の製造方法。
【請求項８】
複数の導電性金属シートを形成する工程と、
前記導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、前記導電性金属シートを囲む前記プラスチックフレームを形成する工程と、
前記プラスチックフレームと前記導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける工程と、
を含む絶縁金属基板の製造方法。
【請求項９】
前記導電性金属シートを囲む前記プラスチックフレームの形成は、
前記導電性金属シートを鋳型内に入れる工程と、
前記鋳型内でプラスチックによって前記プラスチックフレームを射出成形する工程と、
を含む請求項８に記載の絶縁金属基板の製造方法。
【請求項１０】
複数の導電性金属シートを形成する工程と、
絶縁層を金属基板に貼り付け又は塗布する工程と、
前記導電性金属シートを前記金属基板における前記絶縁層に設ける工程と、
前記導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、前記導電性金属シートを囲む前記プラスチックフレームを形成する工程と、
を含む絶縁金属基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、絶縁金属基板及び絶縁金属基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車又はハイブリッド車の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）のパワーモジュールは、絶縁基板を使用する必要があるため、一般的に、銅張セラミック（Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄ  ｃｏｐｐｅｒ；ＤＢＣ）基板が採用される。しかしながら、セラミックと銅との熱膨張係数差が大きいため、高温・低温試験（Ｈｉｇｈ  ａｎｄ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｔｅｓｔ）において、銅層と放熱ベースプレートとの間に位置するはんだ層は剥がれやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
銅張セラミック基板におけるセラミックの代わりに絶縁フィルムを採用してもよいが、電気自動車又はハイブリッド車のパワーモジュール内の電子素子のパワーが高いため、均熱効果を向上させるように、絶縁金属基板における銅層の厚さを増加させる必要があるが、銅層が厚すぎると、エッチングによって回路パターンを製作することは困難である。改めてプレスによって回路パターンを製作すると、回路パターンが繋がらない場合、銅層がいくつかのブロックにプレスされて、後で銅層と絶縁フィルムとを圧着するプロセスが困難で複雑になり、且つ複数のブロックの銅層がそれぞれ絶縁フィルムの複数の異なる位置に設けられてずれが生じやすくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の技術的態様の一つは、絶縁金属基板である。
【０００５】
本開示の一実施形態によれば、金属基板と、金属基板に位置する絶縁層と、絶縁層に位置し、且つ複数の中抜き領域を有するプラスチックフレームと、絶縁層に位置し、且つそれぞれ中抜き領域の中に位置し、プラスチックフレームに接触する側壁を有する複数の導電性金属シートと、を含む絶縁金属基板（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ＩＭＳ）を提供する。
【０００６】
本開示の一実施形態において、金属基板は、金属基板の絶縁層に反対する表面に位置する複数の放熱構造を含む。
【０００７】
本開示の一実施形態において、導電性金属シートの厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。
【０００８】
本開示の一実施形態において、導電性金属シートの厚さは、プラスチックフレームの厚さとほぼ同じである。
【０００９】
本開示の一実施形態において、導電性金属シートは、プラスチックフレームにより囲まれて位置決めされる。
【００１０】
本開示の技術的態様の一つは、絶縁金属基板の製造方法である。
【００１１】
本開示の一実施形態によれば、絶縁金属基板の製造方法は、複数の中抜き領域を有するプラスチックフレームを形成する工程と、金属材料をプレスして、複数の導電性金属シートを形成する工程と、導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、導電性金属シートをそれぞれプラスチックフレームの中抜き領域の中に圧着する工程と、プラスチックフレームと導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける工程と、を含む。
【００１２】
本開示の一実施形態において、プラスチックフレームの形成は、射出成形で行われる。
【００１３】
本開示の技術的態様の一つは、絶縁金属基板の製造方法である。
【００１４】
本開示の一実施形態によれば、絶縁金属基板の製造方法は、複数の導電性金属シートを形成する工程と、導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、導電性金属シートを囲むプラスチックフレームを形成する工程と、プラスチックフレームと導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける工程と、を含む。
【００１５】
本開示の一実施形態によれば、導電性金属シートを囲むプラスチックフレームの形成は、導電性金属シートを鋳型内に入れる工程と、鋳型内でプラスチックによってプラスチックフレームを射出成形する工程と、を含む。
【００１６】
本開示の技術的態様のもう一つは、絶縁金属基板の製造方法である。
【００１７】
本開示の別の実施形態によれば、絶縁金属基板の製造方法は、複数の導電性金属シートを形成する工程と、絶縁層を金属基板に貼り付け又は塗布する工程と、導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける工程と、導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、導電性金属シートを囲むプラスチックフレームを形成する工程と、を含む。
【００１８】
本開示の上記実施形態によれば、絶縁金属基板の製造中に、まず、金属材料をプレスして導電性金属シートを形成する。そして、導電性金属シートをプラスチックフレームの中抜き領域の中に位置決めして、プラスチックフレームが導電性金属シートを緊密に囲むようにしてシート状構造を形成する。このように、導電性金属シート及びプラスチックフレームと絶縁層とをより緊密に結合させ、絶縁層への貼り付けの信頼性を向上させる。また、プラスチックフレームが絶縁性と温度耐性の特性を持ち、且つ金属（例えば、銅）基板及び絶縁層とほぼ同じ物理的特性（例えば、熱膨張係数）を持つため、貼り付けが完了した後、プラスチックフレームは、後のプロセスに影響を与えずに絶縁金属基板の中に残ることができる。また、プラスチックフレームと導電性金属シートを含むシート状構造を絶縁層によって金属基板に貼り付けると、従来の銅張セラミック基板の製造で使用されるはんだ層を省いて、コストを削減することができる。なお、複数の導電性金属シートは、プラスチックフレームによって位置制限されてから、絶縁層に配置されることができるので、ずれが生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の一実施形態による絶縁金属基板を示す上面図である。
【図２】図１の絶縁金属基板の線分２−２に沿った断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による絶縁金属基板の製造方法を示すフロー図である。
【図４】図３の製造方法によって絶縁金属基板を組み合わせる場合の模式図である。
【図５】本開示の一実施形態による絶縁金属基板の製造方法を示すフロー図である。
【図６】図５の製造方法によって絶縁金属基板を組み合わせる場合の模式図である。
【図７】本開示の別の実施形態による絶縁金属基板の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、下記叙述で多くの実際の細部を合わせて説明する。しかしながら、これらの実際の細部は本発明を制限するためのものではないことを理解すべきである。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必要ないものである。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。
【００２１】
図１は、本開示の一実施形態による絶縁金属基板１００を示す上面図である。図２は、図１の絶縁金属基板１００の線分２−２に沿った断面図である。図１と図２を同時に参照すると、絶縁金属基板１００は、金属基板１１０と、絶縁層１２０と、プラスチックフレーム１３０と、複数の導電性金属シート１４０と、を含む。絶縁層１２０は、金属基板１１０に位置する。プラスチックフレーム１３０は、絶縁層１２０に位置し、且つ複数の中抜き領域１３２を有する。導電性金属シート１４０は、絶縁層１２０に位置し、且つそれぞれ中抜き領域１３２の中に位置し、プラスチックフレーム１３０に接触する側壁１４２を有する。
【００２２】
本実施形態において、金属基板１１０の絶縁層１２０に反対する表面１１２に複数の放熱構造１６０を有する。他の実施形態において、金属基板１１０は、放熱構造１６０を有しない平面基板であってよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００２３】
また、本実施形態における絶縁金属基板１００が電気自動車又はハイブリッド車における絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）のパワーモジュールに適用されることができ、このようなパワーモジュール内の電子素子のパワーが高いので、均熱効果を向上させるために、導電性金属シート１４０の厚さを増加させる必要がある。本実施形態における導電性金属シート１４０の厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあってよく（例えば、厚さが３ｍｍである）、均熱効果を効果的に向上させることができる。本実施形態において、導電性金属シート１４０の材質は、銅であってよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００２４】
導電性金属シート１４０は、プラスチックフレーム１３０により囲まれて且つプラスチックフレーム１３０の中抜き領域１３２に位置決めされ、且つその厚さがプラスチックフレーム１３０の厚さとほぼ同じであるため、ほぼ面一である上面及び底面を有するシート状構造１５０を形成することができる。導電性金属シート１４０とプラスチックフレーム１３０を含むシート状構造１５０が面一で平坦な底面を有するため、それを絶縁層１２０に貼り付ける工程を簡単にし、貼り付けの緊密度と信頼性を向上させることができる。また、複数の導電性金属シート１４０は、プラスチックフレーム１３０により位置制限されてから、絶縁層１２０に設けられてよいため、ずれが生じにくい。本実施形態において、プラスチックフレーム１３０の材質は、エポキシ樹脂を含んでよいが、本開示を制限するためのものではない。プラスチックフレーム１３０は、絶縁性と温度耐性の特性を持ち、且つ金属基板１１０（例えば、銅基板１１０）及び絶縁層１２０とほぼ同じ物理的特性（例えば、熱膨張係数）を持つため、貼り付けが便利である以外、後のプロセスに影響を与えずに絶縁金属基板１００の中に残ることができ、且つ更に高温・低温試験に合格することができる。
【００２５】
また、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０から形成したシート状構造１５０を金属基板１１０における絶縁層１２０に貼り付けると、貼り付けの緊密度と信頼性を向上させることができるとともに、従来の銅張セラミック基板（Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄ  ｃｏｐｐｅｒ；ＤＢＣ）におけるはんだ層を省いて、コストを削減することができる。本実施形態において、絶縁層１２０の材質は、エポキシ樹脂を含んでよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００２６】
述べられた素子の接続関係、材料と効果については、繰り返して説明しなく、最初に説明されることを理解されたい。以下の叙述において、絶縁金属基板１００の製造方法を説明する。
【００２７】
図３は、本開示の一実施形態による絶縁金属基板１００の製造方法を示すフロー図である。図４は、図３の製造方法によって絶縁金属基板１００を組み合わせる場合の模式図である。図３と図４を同時に参照すると、絶縁金属基板１００の製造方法は、下記工程を含む。まず、工程Ｓ１において、複数の中抜き領域１３２を有するプラスチックフレーム１３０を形成する。そして、工程Ｓ２において、複数の導電性金属シート１４０を形成する。その後、工程Ｓ３において、導電性金属シート１４０の側壁１４２をプラスチックフレーム１３０に接触させるように、導電性金属シート１４０をそれぞれプラスチックフレーム１３０の中抜き領域１３２に圧着する。そして、工程Ｓ４において、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０を金属基板１１０における絶縁層１２０に設ける。以下の記述において、上記の各工程を更に説明する。
【００２８】
まず、鋳型内でプラスチックによって中抜き領域１３２を有するプラスチックフレーム１３０を射出成形する。本実施形態において、プラスチックフレーム１３０の材質は、エポキシ樹脂を含んでよいが、本開示を制限するためのものではない。そして、金属材料をプレスによって複数の導電性金属シート１４０を形成して、回路パターンとする。本実施形態において、導電性金属シート１４０が十分な厚さを有し、電気自動車又はハイブリッド車における絶縁ゲートバイポーラトランジスタパワーモジュールに適用されて、均熱効果を向上させるように、金属材料は、厚い銅板材であってよい。
【００２９】
中抜き領域１３２を有するプラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０を形成した後、圧着によって導電性金属シート１４０をそれぞれプラスチックフレーム１３０の中抜き領域１３２に位置決めして、導電性金属シート１４０の側壁１４２をプラスチックフレーム１３０に接触させ、且つプラスチックフレーム１３０が導電性金属シート１４０を囲んでそれに緊密に結合される。つまり、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０とは、緊密に設計される。プラスチックフレーム１３０の厚さと導電性金属シート１４０の厚さとがほぼ同じであるため、両者が圧着された後、形成されたシート状構造１５０が面一で平坦な上面と底面を有して、後で金属基板１１０における絶縁層１２０との貼り付けに寄与する。本実施形態において、絶縁層１２０の形成としては、絶縁フィルムを金属基板１１０に貼り付けても、又は絶縁ペーストで金属基板１１０に塗布してもよい。また、本実施形態において、プラスチックフレーム１３０の材質（例えば、エポキシ樹脂）は、絶縁性と温度耐性の特性を有してよく、且つ導電性金属シート１４０及び絶縁層１２０と類似している熱膨張係数を有してよい。
【００３０】
そして、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０から形成したシート状構造１５０を金属基板１１０における絶縁層１２０に貼り付けると、従来の銅張セラミック（Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄ  ｃｏｐｐｅｒ；ＤＢＣ）基板の製造で使用されるはんだ層を省いて、コストを削減することができる。本実施形態において、金属基板１１０は、平面基板又は複数の放熱構造１６０を有する放熱基板であってよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００３１】
それぞれプラスチックフレーム１３０を射出成形し、導電性金属シート１４０をプレスして形成し、両者を圧着し面一で平坦な底面を有するシート状構造１５０を形成するため、シート状構造１５０と金属基板１１０に位置する絶縁層１２０との貼り付けを簡単にし、貼り付けの緊密度と信頼性を向上させる。なお、複数の導電性金属シート１４０は、プラスチックフレーム１３０により位置制限された後、絶縁層１２０に設けられてよいため、ずれが生じにくい。また、プラスチックフレーム１３０の材質（例えば、エポキシ樹脂）は、絶縁性と温度耐性の特性を有してよく、且つ導電性金属シート１４０及び絶縁層１２０と類似している熱膨張係数を有してよいため、後のプロセスに影響を与えずに絶縁金属基板１００の中に残ることができる。
【００３２】
図５は、本開示の一実施形態による絶縁金属基板１００の製造方法を示すフロー図である。図６は、図５の製造方法によって絶縁金属基板１００を組み合わせる場合の模式図である。絶縁金属基板１００の製造方法は、以下の工程を含む。まず、工程Ｓ１’において、複数の導電性金属シート１４０を形成する。そして、工程Ｓ２’において、導電性金属シート１４０の側壁１４２がプラスチックフレーム１３０に接触するように、導電性金属シート１４０を囲むプラスチックフレーム１３０を形成する。その後、工程Ｓ３’において、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０を金属基板１１０における絶縁層１２０に設ける。
【００３３】
まず、金属材料は、プレスによって複数の導電性金属シート１４０を形成して、回路パターンとする。本実施形態において、金属材料は、導電性金属シート１４０の厚さが１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある（例えば、厚さが３ｍｍである）ように、銅板材であってよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００３４】
そして、導電性金属シート１４０を鋳型内に入れ、鋳型内でプラスチックによって導電性金属シート１４０を緊密に囲むプラスチックフレーム１３０を射出成形し、このように、プラスチックフレーム１３０及び導電性金属シート１４０を含むシート状構造１５０を形成することができる。つまり、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０とは、緊密に設計される。本実施形態において、プラスチックフレーム１３０の材質は、エポキシ樹脂を含んでよいが、本開示を制限するためのものではない。鋳型の設計により、射出成形され且つ導電性金属シート１４０を囲むプラスチックフレーム１３０の高さと導電性金属シート１４０の高さとをほぼ同じようにし、つまり、形成されたシート状構造１５０は面一で平坦な上面と底面を有し、後で金属基板１１０における絶縁層１２０との貼り付けに寄与する。本実施形態において、絶縁層１２０の形成としては、絶縁フィルムを金属基板１１０に貼り付けても、又は絶縁ペーストで金属基板１１０に塗布してもよい。本実施形態がプラスチックフレーム１３０の形成形態に、前の実施形態と異なっていることは、注意すべきである。本実施形態は、導電性金属シート１４０を鋳型内に入れてプラスチックフレーム１３０を射出成形することで、導電性金属シート１４０がプラスチックフレーム１３０により囲まれるようにして、シート状構造１５０を形成する。この方法によれば、導電性金属シート１４０とプラスチックフレーム１３０との間の結合をより緊密にし、その構造の安定性を強めることができる。
【００３５】
そして、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０から形成したシート状構造１５０を金属基板１１０における絶縁層１２０に貼り付けると、従来の銅張セラミック（Ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄ  ｃｏｐｐｅｒ；ＤＢＣ）基板の製造で使用されるはんだ層を省いて、コストを削減することができる。本実施形態において、金属基板１１０は、平面基板又は複数の放熱構造１６０を有する放熱基板であってよいが、本開示を制限するためのものではない。
【００３６】
図７は、本開示の別の実施形態による絶縁金属基板１００の製造方法を示すフロー図である。絶縁金属基板１００の製造方法は、以下の工程を含む。まず、工程Ｓ１’’において、複数の導電性金属シートを形成する。そして、工程Ｓ２’’において、絶縁フィルムを金属基板に貼り付け又は絶縁ペーストを金属基板に塗布し絶縁ペーストを半硬化させてから、絶縁層を形成する。その後で、工程Ｓ３’’において、導電性金属シートを金属基板における絶縁層に設ける。それから、工程Ｓ４’’において、絶縁層を有する金属基板と導電性金属シートとを共に鋳型内に入れてプラスチックフレームを射出成形して、導電性金属シートの側壁をプラスチックフレームに接触させるように、導電性金属シートを囲むプラスチックフレームを形成する。
【００３７】
金属材料をプレスして導電性金属シート１４０を形成してから、導電性金属シート１４０を鋳型内に入れ、鋳型内でプラスチックによって導電性金属シート１４０を緊密に囲むプラスチックフレーム１３０を射出成形するため、プラスチックフレーム１３０及び導電性金属シート１４０を含むシート状構造１５０を形成することができる。この方法により、導電性金属シート１４０とプラスチックフレーム１３０との間の結合をより緊密にして、形成されたシート状構造１５０により安定した構造を持たせることができる。鋳型の設計により、プラスチックフレーム１３０と導電性金属シート１４０を含むシート状構造１５０に面一で平坦な底面を持たせることができ、このように、シート状構造１５０と金属基板１１０に位置する絶縁層１２０との貼り付けを簡単にし、貼り付けの緊密度と信頼性を向上させることができる。なお、複数の導電性金属シート１４０は、プラスチックフレーム１３０により位置制限された後、絶縁層１２０に設けられてよいため、ずれが生じにくい。また、プラスチックフレーム１３０の材質（例えば、エポキシ樹脂）は、絶縁性と温度耐性の特性を有してよく、且つ導電性金属シート１４０及び絶縁層１２０と類似している熱膨張係数を有してよいため、後のプロセスに影響を与えずに絶縁金属基板１００の中に残ることができる。
【００３８】
本開示の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本開示を限定するものではなく、当業者であれば、本開示の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えてもよいので、本開示の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００３９】
１００…絶縁金属基板、  １１０…金属基板、  １１２…表面、
１２０…絶縁層、  １３０…プラスチックフレーム、  １３２…中抜き領域、
１４０…導電性金属シート、  １４２…側壁、  １５０…シート状構造、
１６０…放熱構造、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’、Ｓ１’’、Ｓ２’’、Ｓ３’’、Ｓ４’’…工程、
２−２…線分。
【図１】
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【図２】
2020113754.tif 000004
【図３】
2020113754.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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