(57)【要約】  温度管理回路材料が、熱伝導性金属コア基板と、金属コア基板の両面上の金属酸化物誘電体層と、金属酸化物誘電体層上の導電性金属層と、導電性金属層のそれぞれの少なくとも一部分を接続する導電性金属含有コア要素で充填された少なくとも１つのスルー・ホール・バイアと、からなり、スルー・ホール・バイアの含有壁は、金属コア基板の両面上の金属酸化物誘電体層の少なくとも一部分を接続する金属酸化物誘電体層によって覆われる。金属コア基板の表面部分の酸化的変換によって金属酸化物誘電体層を形成する工程からなる、そのような回路材料を作る方法も開示される。回路材料に実装されたＨＢＬＥＤなどの発熱する電子デバイスを有する物品も開示される。
2017500730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスを実装するために使用することができる温度管理回路材料において、
熱伝導性金属コア基板と、
前記金属コア基板の第１の面上の第１の金属酸化物誘電体層と、
前記熱伝導性金属コア基板の前記第１の面の反対側にある第２の面上の、第２の金属酸化物誘電体基板層と、
前記第１の金属酸化物誘電体層上の第１の導電性金属層と、
前記第２の金属酸化物誘電体層上の第２の導電性金属層と、
前記第１及び第２の導電性金属層のそれぞれの少なくとも一部分を電気的に接続する金属含有コア要素を形成する導電性金属で充填される、少なくとも１つのスルー・ホール・バイアであって、前記スルー・ホール・バイアを画定する壁が、前記第１の金属酸化物誘電体層と前記第２の金属酸化物誘電体層を横断方向に結合する中間金属酸化物誘電体層を有し、前記中間金属酸化物誘電体層が、前記スルー・ホール・バイア内の前記金属含有コア要素を前記熱伝導性金属コア基板から絶縁する、少なくとも１つのスルー・ホール・バイアと、
からなり、
前記第１、第２、及び中間の金属酸化物誘電体層が、前記金属コア基板の表面部分の酸化からなる工程によって作られ、前記第１、第２、及び中間の金属酸化物誘電体層が、前記熱伝導性金属コア基板のための金属酸化物絶縁体を全体として形成する、回路材料。
【請求項２】
前記第１及び第２の金属酸化物誘電体層が、１メートル度ケルビン当たり約５ワット以上の熱伝導率と、１ｍｍ当たり約５０ＫＶ以上の絶縁耐力とを有する、請求項１に記載の回路材料。
【請求項３】
前記誘電体材料が、約４００℃以上の温度において熱的に安定であり、前記誘電体層が、１セ氏度当たり百万分率で０から約２５の熱膨張係数を有する、請求項１又は２に記載の回路材料。
【請求項４】
前記第１及び第２の金属酸化物誘電体層が、５から３０マイクロメートルの厚さをそれぞれ有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項５】
前記第１及び第２の導電性金属層が、１から２５０マイクロメートルの厚さを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項６】
前記熱伝導性金属コア基板が、０．２５から３．０ｍｍの厚さを有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項７】
パターン形成された又はパターン形成されていない導電性金属層を有する前記回路材料が、１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）である従来のパネルの面積の１５から２０倍の面積を有するパネルを形成する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項８】
前記第１、第２の導電性金属層、及び前記金属含有コア要素が、銅、金、銀、又はそれらの組合せからなる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項９】
前記金属コア基板が、アルミニウム、又は、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、及びベリリウムからなる群から選択された１種又は複数種の金属とアルミニウムの合金からなる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１０】
前記第１の導電性金属層を前記第１の金属酸化物誘電体層に直接接着し、前記第２の導電性金属層を前記第２の金属酸化物誘電体層に直接接着し、また前記バイア内の前記導電性金属含有コア要素を前記中間金属酸化物誘電体層に直接接着する、接着性向上層をさらに含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１１】
前記接着性向上層が、前記導電性金属層のめっきのための金属シード層であり、前記金属シード層が、それが被覆される前記金属酸化物層よりも実質的に薄いものである、請求項１０に記載の回路材料。
【請求項１２】
前記スルー・ホール・バイアが、前記金属酸化物誘電体層の形成に
先立って、前記熱伝導性金属コア基板から選択的に金属を除去して前記金属コア基板の一方の面から他方の面まで延在するスルー・ホール・バイアを作ることによって形成された、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１３】
前記スルー・ホール・バイアが、前記金属コア基板を穿孔することによって形成された、請求項１２に記載の回路材料。
【請求項１４】
前記スルー・ホール・バイアが、金属酸化物又はセラミック誘電体層を通した穿孔又はエッチングによって形成されていない、請求項１３に記載の回路材料。
【請求項１５】
前記バイア内の前記金属含有コア要素を形成する前記導電性金属と前記スルー・ホール・バイアの前記壁を形成する前記中間金属酸化物層との間に、前記スルー・ホール・バイア内のスパッタ金属のシード金属の層が存在する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１６】
前記金属酸化物誘電体層が、電解酸化からなる工程によって作られる、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１７】
前記金属酸化物誘電体層が、５００ナノメートル未満の平均粒径を有する結晶構造を備え、前記金属酸化物絶縁体の表面に画定される細孔が、５００ナノメートル未満の平均直径を有する、請求項１６に記載の回路材料。
【請求項１８】
前記金属酸化物誘電体層が、前記金属コア基板の表面部分の電解酸化によって形成され、前記金属酸化物誘電体層が、５０ＫＶｍｍ−１よりも大きい絶縁耐力と、５Ｗｍ−１Ｋ−１よりも大きい熱伝導率と、５から３０マイクロメートルの間の厚さと、５００ナノメートル（０．５ミクロン）未満の平均粒径を有する結晶構造とを備え、前記金属酸化物誘電体層の表面に画定される細孔が、５００ナノメートル未満の平均直径を有する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項１９】
前記金属酸化物絶縁体が、前記基板を水性電解質中で電極に対して電気的に偏倚させることにより前記絶縁体を形成することからなる工程によって作られ、前記基板が、交番する極性の一連の電圧パルスによって偏倚される、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項２０】
前記金属酸化物誘電体層が、電解酸化からなる工程によって作られ、前記工程において、アルミニウムからなる金属コア基板が、水性コロイド電解質と接触し、前記コロイド電解質中に分散したコロイド粒子が、前記金属酸化物誘電体層に取り込まれる、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項２１】
前記導電性金属層がパターン形成される、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項２２】
前記導電性金属層が、前記金属酸化物誘電体層に付加されるときにはパターン形成されずに、その後でサブトラクティブ法によってパターン形成される、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の前記回路材料に実装された発熱する電子デバイスからなる物品。
【請求項２４】
前記電子デバイスが、光電子デバイス、ＲＦデバイス、又はマイクロ波デバイス、スイッチングもしくは増幅半導体、又はパワー・トランジスタからなる群から選択され、前記電子デバイスが、前記回路材料の前記第１の導電性金属層上に支持される、請求項２３に記載の物品。
【請求項２５】
前記パワー・トランジスタが、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである、請求項２４に記載の物品。
【請求項２６】
前記物品が、ＲＦ構成要素を含み、前記回路材料の前記表面上に形成される回路が、高Ｑ入力／出力伝送線、ＲＦデカップリング及びマッチング回路、又はパワー・トランジスタからなる、請求項２３に記載の物品。
【請求項２７】
前記第１の導電性金属層及び前記第２の導電性金属層がパターン形成され、前記電子デバイスと第１の接触部分との間、及び前記電子デバイスと前記第１の導電性金属層の第２の接触部分との間に電気的接続が存在し、少なくとも１つの導電性バ
イアが、前記第１及び第２の接触部分のそれぞれを前記第２の導電性金属層の対応する接触部分に接続する、請求項２３に記載の物品。
【請求項２８】
前記電子デバイスがＬＥＤである、請求項２３に記載の物品。
【請求項２９】
前記第１の金属酸化物誘電体層又は前記第１の金属酸化物誘電体層上のパッド上に実装されたＬＥＤデバイスを含み、前記ＬＥＤデバイスが、前記第１の導電性金属層の少なくとも一部分に電気的に接続されている、請求項２８に記載の物品。
【請求項３０】
熱伝導性である金属コア基板を用意する工程と、
前記金属コア基板に少なくとも１つのスルー・ホール・バイアを形成する工程と、
前記金属コア基板の金属を金属酸化物に変換する酸化反応により、前記金属コア基板の両面上及びスルー・ホール・バイア内に金属酸化物誘電体層を形成する工程と、
少なくとも前記金属コア基板の両面上の前記金属酸化物誘電体層の表面に導電性金属層を付加する工程とを備える、回路材料を製造するための方法。
【請求項３１】
前記スルー・ホール・バイアが、前記導電性金属層のめっき中に、前記金属コア基板の両面上の前記導電性層を電気的に接続する金属含有コア要素で充填される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記スルー・ホール・バイアが、前記導電性金属層を付加する工程後に、前記金属コア基板の両面上の前記導電性層を電気的に接続する金属含有コア要素で充填され、前記金属含有コア要素が、金属粒子及び有機樹脂からなる金属ペーストで前記スルー・ホール・バイアを充填することによって作られる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記金属酸化物誘電体層を形成する工程の後に、また、前記金属酸化物誘電体層の前記表面上に導電性金属を付加する工程の前に、前記金属酸化物層の前記表面を金属シード層で被覆する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属酸化物誘電体層を形成する工程の後に、また、前記金属酸化物誘電体層の前記表面上に前記導電性金属を付加する工程の前に、金属酸化物誘電体層を接着性向上材料で被覆する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
金属酸化物誘電体層を形成し前記層を金属シード層で被覆する工程の後に、また、前記導電性金属層を付加する工程の前に、前記被覆した金属酸化物誘電体層にレジスト被覆を付加する工程と、前記レジストを露光する工程と、前記レジストを現像する工程（露光された領域は除去される）と、前記レジストが現像された領域において前記金属酸化物誘電体層上に導電性金属層をめっきする工程と、前記レジストを剥ぎ取る工程と、導電性金属層でめっきされていない領域から前記金属シード層を除去する工程とをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記導電性金属層が銅であり、前記方法が、前記銅の酸化を防ぎかつハンダ濡れ性を向上させるために、前記銅層の表面を別の金属でめっきする工程をさらに含む、請求項３０乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記金属酸化物誘電体層の前記表面上に銅層を付加する工程の後に、２つの面のそれぞれで約１０．１６から１２．７センチメートル（４．０から５．０インチ）の範囲内の寸法をそれぞれが有する複数のより小さなパネルに前記回路材料を分割する工程をさらに含む、請求項３０乃至３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記金属層がパターン形成され、前記方法が、パターン形成された前記回路材料上に電子デバイスを実装する工程をさらに含む、請求項３０乃至３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記電子デバイスが高輝度発光ダイオードである、請求項３０乃至３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記金属コア基板及び電極が水性電解質と接触する、前記水性電解質及び前記電極を含有する電解チャンバ内に前記金属コア基板を位置決めすることにより、前記金属酸化物誘電体層を形成する工程と、正電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陽極に偏倚させ、負電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陰極に偏倚させ、前記正及び負の電圧パルスの振幅が制御される、交番する極性の一連の電圧パルスを所定期間印加することにより、前記基板を前記電極に対して電気的に偏倚させる工程とを含む、請求
項３０乃至３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記電解質が、コロイド状であり、かつ、水相中に分散した固体粒子を含み、前記電解質が、１００ナノメートル未満の粒子寸法を有する固体粒子をある割合で含み、前記電解質由来の前記固体粒子が、成長中の金属酸化物誘電体層に組み込まれる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記固体粒子が、ケイ素、アルミニウム、チタン、鉄、マグネシウム、タンタル、希土類金属、及びそれらの組合せからなる群から選択された元素の金属酸化物及び／又は金属水酸化物からなる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記金属コア基板の前記表面上に前記金属酸化物誘電体層を形成する前記方法が、アルカリ性水相中に分散した固体粒子を含むコロイド電解質を含有する電解チャンバ内に前記金属コア基板を位置決めする工程を含み、前記チャンバが電極も含有し、前記金属コア基板の両面の少なくとも一部分及び前記電極の少なくとも一部分が、前記電解質と接触し、前記方法がさらに、前記基板の極性が前記電極に対して陽極である状態から前記電極に対して陰極である状態へと循環するように一連の２極性電気パルスを印加することにより、所定期間にわたって前記基板を前記電極に対して電気的に偏倚させて、前記金属コア基板上に金属酸化物含有誘電体層を作り出す工程を含み、前記金属酸化物含有層が、前記基板が前記電極に対して陽極になる周期の期間中に形成され、ここで、前記固体粒子が、印加された電界の影響の下で前記基板の前記表面に向かって移動し、前記金属酸化物含有誘電体層に組み込まれて、前記金属酸化物誘電体層を形成する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
アルミニウム・コア基板を用意する工程と、
前記アルミニウム・コア基板に導電性スルー・ホール・バイアのパターンを穿孔する工程と、
前記コア基板のアルミニウムをアルミナに変換する酸化反応により、前記アルミニウム・コア基板の両面上及び前記スルー・ホール・バイア内にアルミナ誘電体層を形成する工程であって、前記アルミニウム・コア基板の両面の少なくとも一部分及び電極の少なくとも一部分が水性電解質と接触する、前記水性電解質及び前記電極を含有する電解チャンバ内に、前記アルミニウム・コア基板を位置決めすること、ならびに、正電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陽極に偏倚させ、負電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陰極に偏倚させ、前記正及び負の電圧パルスの振幅が制御される、交番する極性の一連の電圧パルスを所定期間印加することにより、前記基板を前記電極に対して電気的に偏倚させることをさらに含み、それにより、アルミナ誘電体層が前記アルミニウム・コア基板の両面上及び前記スルー・ホール・バイアの壁に作り出され、前記アルミニウム・コア基板を効果的に絶縁して、使用時の短絡を防止する工程と、
前記アルミニウム・コア基板の両面上及び前記スルー・ホール・バイア内の前記アルミナ誘電体層に銅をめっきする工程とを備える、回路材料を製造するための方法。
【請求項４５】
金属シード層が、前記アルミナ誘電体層に付加され、かつ、パターン形成された回路材料を形成するための銅のめっき後に、めっきされていない前記アルミナ層の領域から除去される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
パターン形成された回路材料の表面上に高輝度発光ダイオードデバイスを実装する工程をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ又は複数の導電性バイアを含む温度管理回路材料に関する。そのような回路材料は、光電子デバイス、マイクロ波デバイス、ＲＦデバイス、電力半導体デバイス、又は他の電子デバイスを支持するために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
今日利用可能な回路材料には様々なものがあるが、特に、高出力用途、すなわち高い比エネルギーを発生する又は高い動作温度を伴う用途のための回路材料に対する需要が存在する。具体的には、比較的高い電流負荷を担うように設計された半導体は、動作温度に対する上限を有する場合があり、この上限を超えると半導体は故障して、回路全体の動作信頼性を危うくする恐れがある。動作温度を所望の範囲内に維持するために、温度管理を行うように設計された回路材料が、熱を放散させる必要がある場合に使用されてきた。そのような熱放散温度管理回路材料は、高出力のダイオード、トランジスタ、等に有用であり得る。例えば、光電子デバイス、マイクロ波デバイス、ＲＦデバイス、スイッチング・デバイス、増幅デバイス、又は他の電子デバイスが、デバイスを支持しかつデバイスから熱を除去するように働く基板に実装され得る。そのような基板は、十分な絶縁耐力及び良好な熱伝導率を必要とする。
【０００３】
通常、温度管理回路材料は、高出力構成要素から遠ざけるように熱を誘導するための熱伝導性ベース又はコア基板（典型的には、アルミニウムなどの熱伝導性金属）を有する。誘電体層が、コア基板を誘電体層上に配置されたパターン形成可能な又はパターン形成された導電性金属層（典型的には、銅などの金属）から絶縁する。そのような回路材料は、絶縁金属基板又はＩＭＳ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と呼ばれることがある。誘電体材料を使用して片面又は両面上の熱伝導性ベースを絶縁することが知られている。そのような絶縁金属基板はまた、金属コア・プリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）と呼ばれ得る。温度管理回路材料はまた、ヒート・シンクに取り付けられる基板層を含むことができ、この基板層は、場合により熱伝導材料の層を介してヒート・シンクに取り付けられる。しかし、温度管理回路材料は、単独に構成されたヒート・シンクとともに又はヒート・シンクなしで、金属板又は支持フレームをコア基板として含むことができる。
【０００４】
温度管理回路材料上の誘電体材料は、電子デバイスに関連付けられた回路からの電気絶縁を確実にして短絡を回避又は防止するために、高い絶縁耐力を有するべきである。しかし、熱伝導性コア基板上に配置された誘電体層は、回路材料に望ましい熱伝導率を制限する場合がある。したがって、誘電体材料は、さもなければ回路材料に実装されたデバイスの性能、信頼性、及び寿命に悪影響を及ぼし得るデバイスによって生成された熱を放散させるために十分な熱伝導率を有するべきである。一般に、向上された絶縁耐力を有する誘電体材料により、回路材料がより薄い絶縁層を有することが可能になり、それにより、（同一の絶縁材料を用いて）熱抵抗を下げることが可能になる。誘電体材料の他の電子工学的特性も関連し得る。例えば、ＲＦ用途及びマイクロ波用途では、高い誘電率を有する誘電体材料を温度管理回路材料が含むことも有益であり得る。
【０００５】
種々多様な有機及び無機の誘電体材料が、当技術分野で知られている。具体的には、ポリマー誘電体材料、例えばエポキシ、フルオロポリマー、ポリイミド、又は熱伝導性セラミック粉末で満たされたそれらの複合材料である誘電体材料を使用して熱伝導性ベースを絶縁することが知られている。しかし、そのようなポリマー誘電体材料は、低い熱伝導率を有する場合があり、さらに、例えば１５０℃を上回る高い動作温度に必要とされる、不
十分な熱安定性を呈示する場合がある。一方、無機の誘電体材料は、より高い熱伝導率（通常、１メートル度ケルビン当たり約２０ワット、又は約２０Ｗ／ｍ−Ｋ以上）と、低い熱膨張率（通常、１セ氏度当たり百万分率で１０以下、１０ｐｐｍ／℃以下）と、高い熱安定性（例えば、約９００℃まで）とを有することができるが、導電性金属層が接着するために、接着剤を必要とする場合がある。無機の誘電体材料は、通常、誘電体の厚さ１ｍｍ当たり約２０キロ・ボルト（Ｖ／ｍｉｌ）以下の、より低い絶縁耐力を有し、したがって比較的厚い層（１０ミル／２５０マイクロメートル以上）を必要とする場合があり、それにより熱伝導率が損なわれる可能性がある。これは、より小さな構成要素とより高い熱伝導率とをますます必要としている用途にとって不都合であり得る。
【０００６】
絶縁金属基板のための無機の誘電体層は、様々な技法によって得ることができる。誘電体層は、陽極酸化法（例えば、特許文献１参照）又はプラズマ電解酸化（ＰＥＯ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）（例えば、特許文献２参照）により、ヒート・シンク上に直接形成されてもよい。あるいは、シャシュコフら（Ｓｈａｓｈｋｏｖ  ｅｔ  ａｌ．）は、交番する極性の一連の電圧パルスを印加して金属基板を電極に対して電気的に偏倚させることにより電解チャンバ内で金属基板上に非金属の被覆又は層を形成する方法を開示した（例えば、特許文献３参照）。この技法によれば、所望の被覆特性への悪影響を有し得る望ましくない水準の微小放電を著しく低減又は排除すると同時に、より高電圧のパルスを金属基板に印加することができる。この（特許文献３の）方法は、水相中に分散した固体粒子を含むコロイド状の電解質を有利に使用することができる。固体粒子は、成長中の非金属被覆に送られてその中に取り込まれることができ、そこでそれらは、成長中の被覆の特有の細孔寸法及び結晶構造を都合良く変更することができ、それにより、向上された硬さ、熱伝導率、及び電気的破壊が提供され得る。
【０００７】
同じくシャシュコフら（Ｓｈａｓｈｋｏｖ  ｅｔ  ａｌ．）への特許文献４は、特許文献３の方法によって作られるような絶縁金属基板が、デバイスを支持するために使用することができ、また、１つの面でヒート・シンクに固定されることができることを開示している。絶縁金属基板上のセラミック誘電体被覆は、５０ＫＶｍｍ−１を超える絶縁耐力、及び５Ｗｍ−１Κ−１を超える熱伝導率を有することができる。シャシュコフら（Ｓｈａｓｈｋｏｖ  ｅｔ  ａｌ．）は、ＬＥＤなどのパッケージ化されたデバイス又はチップとともに使用するための、一方の面で絶縁され他方の面にヒート・シンクを有する絶縁金属基板（ＩＭＳ）を示す。セラミック被覆を貫通する熱バイアが、金属ヒート・シンクに接続してさらなる熱移動を提供し得る。特許文献３は全般に、誘導体被覆の形成の前のマスキング工程、被覆が形成された後のエッチング工程、又はセラミック誘電体被覆のレーザ切断により、そのような熱バイアを形成できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許第２１６２６９４号
【特許文献２】米国特許第２００８２５７５８５Ａ１号
【特許文献３】国際特許出願公開第２０１２／１０７７５４号
【特許文献４】国際特許出願公開第２０１２／１０７７５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＨＢ  ＬＥＤ（高輝度発光ダイオード（ｈｉｇｈ−ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ））などの高出力デバイスで使用するための所望の熱的特性及び電気的特性を有する、高出力用途のための温度管理回路材料が必要とされている。回路材料は、比較的薄いことが望ましい。そのような回路材料は、コア金属基板の両面上の導電性金属層のためにコア金属基板の両面上に誘電体絶縁体を有し、導電性バイアが
導電性金属層を接続する。誘電体絶縁が高い熱伝導率と低い導電性との良好な釣合いを提供し、高輝度発光ダイオード（ＨＢＬＥＤ）パッケージなどの高出力用途のための１つ又は複数の電子デバイスを実装することに回路材料を使用することができる、そのような温度管理回路材料が望ましい。それに加えて、そのような温度管理回路材料が効率的かつ経済的に作られ得ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来技術の温度管理回路材料の上記その他の欠点及び不備は、熱伝導性金属コア基板と、金属コア基板の第１の面上の第１の金属酸化物誘電体層と、熱伝導性金属コア基板の第１の面の反対側の第２の面上の第２の金属酸化物誘電体基板層と、第１の金属酸化物誘電体層上の第１の導電性金属層と、第２の金属酸化物誘電体層上の第２の導電性金属層と、第１及び第２の導電性金属層のそれぞれの少なくとも一部分を電気的に接続する導電性金属含有コア要素で充填される、金属コア基板内の少なくとも１つのスルー・ホール・バイアと、からなる回路材料であって、スルー・ホール・バイアを画定する壁が、第１の金属酸化物誘電体層と第２の金属酸化物誘電体層とを横断方向に結合する中間金属酸化物誘電体層で覆われ、金属酸化物誘電体層が導電性金属を絶縁する回路材料により、克服又は緩和することができる。したがって、第１、第２、及び中間の誘電体層（まとめて、「誘電体層」）は、熱伝導性金属コア基板を導電性金属層及びスルー・ホール・バイア内の金属含有コア要素から絶縁する連続的な（短絡を生じさせ得る穴を誘電体層に形成しない）誘電体層を形成することができ、誘電体層は、金属コア基板の表面部分の酸化からなる方法によって作られる。１つの実施形態では、金属酸化物誘電体層は、１メートル度ケルビン当たり約５ワット以上の熱伝導率、及び／又は５０ＫＶｍｍ−１以上の絶縁耐力を有し得る。
【００１１】
場合により、誘電体層と導電性金属層又はスルー・ホール・バイア内の金属含有コア要素との間に、接着性向上層が存在し得る。１つの実施形態では、金属の接着性向上層が、第１の導電性金属層と第１の金属酸化物誘電体層との間、第２の導電性金属層と第２の金属酸化物誘電体層との間、及びスルー・ホール・バイア内の金属含有コア要素と中間金属酸化物層との間に存在するが、導電性金属層と接触していない金属酸化物誘電体層の他の領域からは除去される。
【００１２】
本発明の別の態様は、特にＨＢ  ＬＥＤ（高輝度ＬＥＤ）を含む、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの光電子デバイス、ＲＦデバイス、マイクロ波デバイス、スイッチング・デバイス、増幅デバイス、又はパターン形成された導電性層を有する上記の回路材料上に支持された他の電子デバイスからなる群から選択された電子デバイスを含む物品、すなわち、例えば絶縁基板を含むパッケージ化されたＬＥＤを得るために、電子デバイスを実装するのに回路材料が使用される物品を対象とする。電子デバイスは、発熱する半導体、ダイオード、又はトランジスタであってもよい。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、回路材料を作る方法であって、熱伝導性金属コア基板を用意する工程と、金属コア基板に少なくとも１つのスルー・ホール・バイアを形成（例えば、穿孔）する工程と、金属コア基板の金属の表面層において金属を金属酸化物に酸化的に変換することからなる方法により金属コア基板の両面上及びスルー・ホール・バイア内に金属酸化物誘電体層を形成する工程と、少なくとも金属コア基板の両面上に銅などの導電性金属を付加する工程と、からなる方法を対象とする。それにより、得られる回路材料は、１メートル度ケルビン当たり約５０ワット以上の熱伝導率を有し得る。
【００１４】
本発明の１つの実施形態は、アルミニウム・コア基板を用意する工程と、アルミニウム・コア基板に導電性スルー・ホール・バイアのパターンを穿孔する工程と、コア基板のアルミニウムをアルミナに酸化的に変換することからなる工程によりアルミニウム・コア基
板の両面上及びバイア内にアルミナ（酸化アルミニウム又はＡｌ２Ｏ３）を形成する工程と、からなる回路材料を作る方法であって、この方法が、少なくともアルミニウム・コア基板の表面及び電極の一部分が水性電解質と接触する、水性電解質及び電極を含有する電解チャンバ内にアルミニウム・コア基板を位置決めする工程、ならびに、電圧、具体的には交番する極性の一連の電圧パルスを所定期間にわたって印加することによりアルミニウム・コア基板を電極に対して電気的に偏倚させる工程を含み、ここで、正電圧パルスが、アルミニウム・コア基板を電極に対して陽極に偏倚させ、負電圧パルスが、アルミニウム・コア基板を電極に対して陰極に偏倚させ、スルー・ホール・バイアの含有壁を含めてアルミナ誘電体層の表面が選択的に銅でめっきされ得るように、正及び負の電圧パルスの振幅が制御され得る、回路材料を作る方法を対象とする。
【００１５】
温度管理回路材料は、比較的高い熱伝導率、低い導電性、ならびに高い熱安定性及び寸法安定性を提供する金属酸化物誘電体層を含んで、類似の回路材料に見られる特性に優る所望の特性の組合せを有することができる。有利には、回路材料はまた、薄い断面で提供され得る。さらに、回路材料は、後で再分割することが可能なより大きなパネルに作ることができ、優れた製品を作るためのより経済的な工程をもたらす。
【００１６】
本発明の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から、当業者には明らかになり理解されるであろう。
次に、いくつかの図において同様の要素が同様に番号付けされている例示的な図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による温度管理回路材料の斜視図。
【図２】図２に示されるような温度管理回路材料の断面の顕微鏡画像。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、ＬＥＤパッケージを実装するために使用することができる、複数のスルー・ホール・バイアが穿孔されたコア基板を含む熱管理回路材料の上面平面図。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、ＬＥＤパッケージを実装するために使用することができる、複数のスルー・ホール・バイアが穿孔されたコア基板を含む熱管理回路材料の底面図。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、ＬＥＤパッケージを実装するために使用することができる、複数のスルー・ホール・バイアが穿孔されたコア基板を含む熱管理回路材料の断面図。
【図４Ａ】ＬＥＤデバイスが実装された熱温度管理回路材料の代替的実施形態の断面図。
【図４Ｂ】ＬＥＤデバイスが実装された熱温度管理回路材料の代替的実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
熱伝導性金属コア基板と、金属コア基板の実質的に平坦な両面上の金属酸化物誘電体層と、金属酸化物誘電体層のそれぞれの上の導電性金属層と、導電性金属層のそれぞれの少なくとも一部分を接続する導電性金属含有コア要素で充填される少なくとも１つのスルー・ホール・バイアと、からなる温度管理回路材料が有利に作製され得ることが、本発明者らによって明らかにされている。一実施形態では、スルー・ホール・バイアの含有壁は、金属酸化物誘電体材料の層によって覆われ、この金属酸化物誘電体材料の層は、金属コア基板の両面上の金属酸化物誘電体層に連続的に接続して、金属コア基板を導電性金属層及びスルー・ホール・バイア内の導電性金属含有コア要素から絶縁するための「金属酸化物誘導体絶縁体」を全体として形成する。
【００１９】
金属酸化物誘導体絶縁体は、金属コア基板の表面部分における金属の酸化からなる工程によって形成され得る。回路材料に実装されたＨＢＬＥＤなどの電子デバイスを有する物品も開示される。
【００２０】
金属酸化物誘電体層は、優れた熱伝導率及び絶縁耐力のみならず、他の所望の電気的特性も提供するように設計され得る。回路材料は、１メートル度ケルビン当たり約５０ワット以上の熱伝導率を有することができる。２５ｐｐｍ／℃以下のｚ軸熱膨張係数を含めて、有利な物理的特性を得ることもできる。さらに、金属酸化物誘電体層は、例えば、５００℃又はそれを上回る動作温度において、優れた熱安定性を提供することができる。最後に、金属酸化物誘電体層は、その後の回路材料の加工に望ましい化学安定性を提供することができる。そのような特性の釣合いは、有機の誘電体材料、無機の誘電体材料、又は有機／充填材ベースの誘電体材料を使用するかどうかに関係なく、同等の回路材料に見られるものと比べて優れている。１つの実施形態では、金属酸化物誘電体層はアルミナからなるが、後述のように、他の金属酸化物及びそれらの組合せが存在していてもよい。
【００２１】
有機の誘電体材料と比較すると、金属酸化物誘電体層は、熱伝導性コア金属基板に対する接着の問題を提示しない。したがって、回路材料は、誘電体層と金属コア基板との間に介在する接着剤の（すなわち、接着性向上）層の必要性を排除することによって効率的に作ることができ、接着剤の層は、回路材料の熱抵抗を高めて悪影響をもたらす恐れがある。
【００２２】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの他の無機材料の使用と比べると、本発明の金属酸化物誘電体層は、比較的安価な材料及び製品を使用して作ることができる。さらに、熱抵抗Ｒｔｈ（熱伝導率の逆数）は、ＡｌＮ誘電体層のそれよりも著しく低下し得る。１つの実施形態では、金属酸化物誘電体層は、金属コア基板中の金属から類似の金属酸化物含有組成物を作る代替的な方法と比較しても、金属酸化物材料の優れた物理的性質に基づいて、熱伝導率又は絶縁耐力の優れた釣合いを提供する工程によって作られる。
【００２３】
具体的には、回路材料は、金属コア基板の両面及びスルー・ホール・バイアの含有壁が同じ酸化工程中に同じ金属酸化物材料で同時かつ効率的に覆われることを思いのほか可能にする工程によって作られ得る。このことは、特に、スルー・ホール・バイアの構造と、絶縁が不十分だった場合の短絡の危険性とを考えると、驚くべきことである。さらに、そのような工程は、レーザ穿孔を必要とし得る金属酸化物誘電体層及び金属コア基板の両方を穿孔することによる、より困難なスルー・ホール・バイアの作製の必要性をなくすことができる。したがって、本回路材料は、セラミック又は他の無機の誘電体層なしに、金属コア基板を穿孔することからなる工程によって作られ得る。したがって、機械的な穿孔を使用して、レーザ穿孔にかかる費用を節約すると同時に、廉価なアルミニウム（及び、より安いＡｌＮ又は他のセラミック材料）に対する穿孔工程の解体衝撃を抑えることができる。
【００２４】
さらなる利点は、ＬＥＤに対して１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）（１１．４３Ｘ１１．４３センチメートル（４．５Ｘ４．５インチ））の現在の産業の寸法よりも実質的に大きな寸法を有するパネルの形態で回路材料が製造され得ることである。本発明の方法では、それぞれＨＢＬＥＤ又は他のＬＥＤで使用するための複数のそのような標準サイズのパネルに再分割することができるパネルを製造することが実際的である。あるいは、実装されたＬＥＤのためのより大きなフォーマット、例えば２０．３２センチメートル（８インチ）ウェハが考慮され得る。対照的に、従来技術におけるセラミック・ブランクは、実質的に４．５ｘ４．５フォーマットよりも大きなサイズでの製造が困難である。
【００２５】
その上に誘電体層が形成される予定の金属コア基板は、誘電機能が望ましい所定の領域のみに金属酸化物被覆が付加されるようにマスキングされ得る。あるいは、金属コア基板は、金属酸化物層で完全に被覆されてもよい。金属コア基板は、任意の所望の形状とすることができる。具体的には、金属コア基板は、ＨＢＬＥＤで使用されるような実質的に平坦な薄い板とすることができる。
【００２６】
本明細書において、金属の（ｍｅｔａｌｌｉｃ）又は金属（ｍｅｔａｌ）という用語は、半金属組成物を含めてそのような材料の幅広い種類を表すことを目的としている。したがって、これらの用語は、純アルミニウム又は純マグネシウムなどの元素金属の他に、１種又は複数種の元素の合金、及び金属間化合物を表す。実際には、金属コア基板は、この状況下で機能し得る市販の金属組成物又は半金属組成物とされ得る。具体的には、コア金属基板のための金属は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、ベリリウム、及びそれらの合金又は金属間化合物合金とされ得る。より具体的には、金属は、実質的にアルミニウム又はその合金であり、特に圧倒的又は基本的にはアルミニウムである。
【００２７】
誘電体層又は絶縁体への言及における「金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）」もしくは「金属酸化物含有の（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、１種又は複数種の金属酸化物を基礎とする材料を意味するが、他の化合物、例えば金属水酸化物がより少ない量で存在していてもよい。例えば、アルミニウム金属の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３又はアルミナ）への酸化を基礎とする誘電体層は、酸化中に作り出されるような水酸化アルミニウム又はＡｌ（ＯＨ）３などの他の化合物を含み得る。また、後述のように、ガラス又は他の非金属材料などの固体粒子が、電気分解による誘電体層の成長中に誘電体層に取り込まれ得る。金属酸化物誘電体層は、少なくとも６０ｗｔ．％の１種又は複数種の金属酸化物、特には少なくとも８０又は９０ｗｔ．％の１種又は複数種の金属酸化物、例えば酸化アルミニウムからなり得る。
【００２８】
金属コア基板内の１つ又は複数のスルー・ホール・バイアは、熱伝導性金属コア基板から選択的に金属を除去して金属コア基板の一方の面から他方の面まで延在する穴を作ることによって形成することができる。これは、金属酸化物誘電体層の形成の前に遂行することができる。具体的には、スルー・ホール・バイアは、金属コア基板を機械的に穿孔することによって形成することができる。あるいは、スルー・ホール・バイアは、エッチング又はレーザ穿孔によって形成されてもよい。したがって、有利には、スルー・ホール・バイアは、費用及び難しさを増す金属酸化物誘電体層の穿孔又はエッチングによって形成される必要はない。
【００２９】
スルー・ホール・バイアの断面は、円形又は非円形の形状を含め、様々な断面形状を有することができる。スルー・ホール・バイアは、例えば、１０から１０００マイクロメートル、具体的には５０から５００マイクロメートル、より具体的には１００から３００マイクロメートル、最も具体的には１５０から２５０マイクロメートルの範囲内で、様々な直径又は等しい直径を有することができる。複数のスルー・ホール・バイア、又はあるパターンのスルー・ホール・バイアのそれぞれの断面形状及び／又は寸法は、独立して予め定められ得る。１つの実施形態では、回路材料内のスルー・ホール・バイアは、実質的に一様な直径の円形形状を有する。
【００３０】
第１の導電性金属層と第２の導電性金属層との間の接続を可能にするために、１枚のパネル、例えば１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）のパネル１枚当たり５０個から３５，０００個の回路の個々の回路につき、例えば１個から４０個、具体的には２個から１６個の複数のバイアが回路材料に存在していてもよい。したがって、例えば、１，０００個の個別の回路を有するパネルの形
態で回路材料を作ることができ、それぞれの回路は４個のバイアを含み、結果として４．５ｘ４．５パネル１枚につき４，０００個のバイアが含まれる。パッケージ化されたＬＥＤの製造では、各パネルはその後で、例えば６０ワット電球に対して３０個の発光ダイオードをそれぞれが有する多数のユニットへと、例えばダイヤモンド刃を使用して分割され得る。
【００３１】
スルー・ホール・バイアは、バイア内にも誘電体層が形成されるように絶縁誘電体層の形成の前に形成され得るので、その後の誘電体層上への接着性向上層（例えば、金属シード層）の付加もまた、絶縁されたコア金属基板に付加された導電性金属の下だけでなく、スルー・ホール・バイアの壁上の誘電体層上にも接着性向上層を存在させ得ることになる。したがって、１つの実施形態では、接着促進層、例えばスパッタ金属シード層が、バイア内の導電性金属含有コア要素とスルー・ホール・バイアの含有壁上の金属酸化物層との間でスルー・ホール・バイア内に存在し、この接着促進層は、熱伝導性コア基板上の誘電体層の表面全体に一様かつ同時に付加され、次いで銅又は他の金属によるめっきを望まない場所から除去され得る。
【００３２】
金属酸化物誘電体層は、約１から５０マイクロメートル（約０．０４ミルから約２ミル）、具体的には約０．１３から約１．２ミル（約５から３０マイクロメートル）、より具体的には約１０から約３０マイクロメートル、最も具体的には１２から２０マイクロメートルの厚さを有し得る。一実施形態では、金属コア基板の両面上及びスルー・ホール・バイア内の第１及び第２の誘電体層の平均の厚さは、例えば、互いに５０パーセントの範囲内、より具体的には２５パーセントの範囲内、最も具体的には１０パーセントの範囲内で実質的に一様とされ得る。
【００３３】
１つの実施形態では、金属酸化物誘電体層の厚さは、具体的には４０マイクロメートル未満であり、また具体的には２０マイクロメートル未満、より具体的には１５マイクロメートル未満である。金属酸化物誘電体層が薄いほど、層にまたがる熱移動はより効果的になる。したがって、さらに薄い、例えば５マイクロメートルから１５マイクロメートルの厚さを有する金属酸化物誘電体層を提供することが有利であり得る。
【００３４】
熱伝導性コア基板を絶縁する金属酸化物誘電体層は、少なくとも部分的には、金属コア基板の表面の一部分を酸化させることによって形成され得る。本発明の１態様による回路材料は、金属コア基板の一部分又は金属コア基板全体に選択的に加えられた金属酸化物誘電体層を含み得る。したがって、１つの実施形態では、金属コア基板上の金属酸化物誘導体絶縁は、水性電解質及び電極を含む電解チャンバ内に１つ又は複数のスルー・ホール・バイアが形成された金属コア基板を位置決めすることからなる方法によって形成される。金属コア基板は、例えば、回路基板の形態、具体的には穿孔されるか他の方法で１つ又は複数のスルー・ホール・バイアが作られた、実質的に平坦な２つの面に有する薄いパネルの形態であり得る。金属コア基板の上面部分において金属酸化物層を変換及び成長させるために、電圧が金属コア基板に電圧が加えられて、金属コア基板を電極に対して電気的に偏倚させ得る。少なくともその上に金属酸化物誘電体層を形成することが望まれる金属コア基板の表面、具体的には金属コア基板の両面及びスルー・ホール・バイアの含有壁、ならびに電極の一部分は、水性電解質と接触する。
【００３５】
１つの実施形態では、交番する極性の一連の電圧パルスが、所定期間印加される。正電圧パルスが、基板を電極に対して陽極に偏倚させ、負電圧パルスが、基板を電極に対して陰極に偏倚させる。正電圧パルスの振幅は、定電圧制御、すなわち電圧に関して制御することができ、負電圧パルスの振幅は、定電流制御、すなわち電流を参照することによって制御することができる。そのような現在の回路材料において金属酸化物誘電体層を形成する方法は、例えばＷＯ２０１２／１０７７５５５及びＷＯ２０１２／１０７７５４で詳細
に開示されており、それらの公報全体を本願明細書に援用する。正のパルスが定電圧制御され負のパルスが定電流制御される交番する極性の一連の電圧パルスを印加することにより、実質的な水準の微小放電を誘発することなしに高電圧のパルスをコア金属基板に印加することができる。金属酸化物誘電体層の形成中の微小放電事象を最小限に抑えるか又は回避することにより、表面粗さ及び被覆の多孔性の程度を制御することができる。これにより、ホール・スルー・バイアが、それらの微細に成形された性質に関わらず、実装された電子デバイスの動作時にバイアにおいて短絡が回避されるように、金属酸化物の絶縁層により効率的かつ連続的に被覆されることが分かった。さらに、それと同時に、単独の又は連続的なめっき操作により、別個の又は独立して行われる単位操作を必要とせずに金属基板層の両面及びスルー・ホール・バイアを「被覆」することができ、それにより、非常に効率的な製造がもたらされる。さらに、微細に形作られたスルー・ホール内の誘電体層を含む誘電体層の電気特性に対して、特に有利な製造及び経済的な関連材料の点から見て、優良かつ有利な特性の均衡を得ることができる。
【００３６】
交番する極性の一連の電圧パルスが印加される工程の１つの実施形態では、電圧パルス中の電流スパイクは、例えばＷＯ２０１２／１０７７５４で説明されているように、正及び負の電圧パルスを整形することによって回避され得る。１つの実施形態では、正及び負の電圧パルスのうちの一方又は両方が、実質的に台形の形状である。電流スパイクは金属酸化物誘電体層の破壊及び微小放電を伴うので、電流スパイクを回避、低減、又は排除することが望ましい。微小放電は、絶縁目的のための誘電体層の特性への悪影響を有し得る。例えば、微小放電は、金属酸化物誘電体層内の細孔の構造又はサイズに影響を及ぼす可能性があり、結果として誘電体層の絶縁耐力に影響を及ぼす可能性がある。
【００３７】
１つの実施形態では、以下のように、金属コア基板が電極に対して陽極に偏倚される正電圧パルス中に、金属コア基板内の材料の、金属酸化物絶縁体の表面層への変換が生じる。金属酸化物絶縁体は、水性電解質内の酸素含有種が金属コア基板と反応すると形成される。したがって、連続的な正電圧パルスにより、金属酸化物層の厚さを増大させることができる。金属酸化物層が厚さを増すにつれて、絶縁体の電気抵抗が高まる可能性があり、それに応じて、印加された電圧に対してより少ない電流が流れることになる。したがって、正電圧パルスのそれぞれのピーク電圧は所定期間にわたって一定であることが望まれ得るが、各連続的電圧パルスにより流れる電流は、所定期間にわたって減少し得る。
【００３８】
さらに、金属酸化物絶縁体が厚さを増すにつれて、金属酸化物誘電体層の抵抗が高まる可能性があり、したがって、各連続的負電圧パルス中に金属酸化物層を通過する電流は、金属酸化物層の抵抗加熱を引き起こす可能性がある。この負電圧パルス中の抵抗加熱は、金属酸化物層における拡散の水準の向上に寄与することができ、したがって、成長中の誘電体層内での所望の結晶化及び結晶粒形成を支援することができる。微小放電が回避される、金属酸化物層の形成を制御することにより、１つの好ましい実施形態においては微細な規模の晶子又は粒径を含む、絶縁のためのより高密度の金属酸化物層が形成され得る。本明細書において、粒径という用語は、金属酸化物誘電体層内の粒子又は結晶の平均寸法の差渡しを意味する。
【００３９】
１つの実施形態では、電圧パルスのパルス繰返し周波数は、０．１から２０ＫＨｚの間、具体的には１．５から１５ＫＨｚの間、又は２から１０ＫＨｚの間とされ得る。例えば、有利なパルス繰返し周波数は、２．５ＫＨｚ、又は３ＫＨｚ、又は４ＫＨｚであり得る。低いパルス繰返し周波数では、金属酸化物層は、成長期間に続いてオーム加熱の期間を経験し得る。したがって、得られる金属酸化物層は、より高いパルス繰返し周波数を使用した場合よりも粗大な構造又は表面プロフィルを得る可能性があり、また、相対的により高いパルス繰返し周波数は、より微細な構造及びより滑らかな被覆面を作り出すことができるが、成長率及び工程の効率が若干低下する場合がある。
【００４０】
絶縁のための金属酸化物層を形成する方法は、アルカリ性水溶液である電解質、具体的には９以上のｐＨを有する電解質中で行われ得る。具体的には、電解質は、１ｍＳｃｍ−１を上回る導電率を有する。電解質は、アルカリ金属水酸化物を、特には水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムからなるものを含むことができる。
【００４１】
有利には、電解質は、コロイド状であり、水相中に分散した固体粒子を含み得る。具体的には、電解質は、１００ナノメートル未満の粒径を有する固体粒子をある割合で含むことができ、ここで、粒径とは、粒子の最大寸法の長さを意味する。
【００４２】
したがって、一実施形態では、印加される電圧パルス中に生成される電界により、水相中に分散した静電的に帯電された固体粒子が、その上で金属酸化物層が成長している金属コア基板の表面に向けて運ばれ得る。固体粒子は、成長中の金属酸化物層と接触すると、層と反応しかつ／又は物理的に混ざり合って、その層に組み込まれ得る。したがって、場合により金属酸化物層は、コロイド電解質が使用されるときには、金属基板の表面の一部分の酸化によって形成された材料と、電解質に由来するコロイド粒子の両方を含み得る。具体的には、水相中に分散した金属酸化物固体粒子は、電解工程の電界の下で、成長中の金属酸化物層の細孔内に移動し得る。固体粒子は、いったん細孔内に入ると、例えば焼結法により、金属酸化物層及び金属酸化物層の細孔内に移動した他の固体粒子の両方と相互作用又は反応することができる。このようにして、細孔の寸法を減少させることができ、金属酸化物層が望ましいナノ細孔性を発現させると考えられる。多孔性を低くすることにより、金属酸化物誘電体層の密度が高められる。金属酸化物誘電体層にわたる孔隙の寸法の減少は、層の絶縁耐力及び熱伝導率を実質的に向上させることができ、このことは、金属コア基板の両面上だけでなくスルー・ホール・バイア内への効果的な誘電体層の形成を促すことが分かっている。
【００４３】
電解質は、電解質溶液中に最初に存在する固体粒子からなり得る。あるいは、電解工程中に固体粒子が水性電解質に加えられてもよい。固体粒子は、セラミック粒子、例えば結晶性セラミック粒子又はガラス粒子であってもよく、また、粒子の一部は、１００ナノメートル未満の最大寸法を有していてもよい。一実施形態では、固体粒子は、ケイ素、アルミニウム、チタン、鉄、マグネシウム、タンタル、希土類金属、及びそれらの組合せからなる群から選択された元素の１種もしくは複数種の金属酸化物又は金属水酸化物であり得る。１つの実施形態では、コロイド電解質中の固体粒子は、特有の等電点を有することができ、この等電点に対応するｐＨは、電解質の水相のｐＨとは１．５以上異なっていてもよく、それにより、２極性電気パルスの印加中、固体粒子は、印加される電界の影響を受けて金属コア基板の表面に向かって移動して、金属酸化物絶縁層が形成されているときにそれに取り込まれることができる。
【００４４】
上記のように、金属酸化物層を形成する方法は、所定時間にわたり得る。具体的には、工程は、意図された目的又は用途に必要な絶縁を提供するために、所望の又は予め選択された金属酸化物誘電体層の厚さを提供するのに必要な時間にわたって行われ得る。１つの実施形態では、所定時間は、１分から２時間の間、具体的には８から２０分の間とされ得る。金属酸化物材料の層の成長速度は、関連する時間だけでなく、電圧、基板を電極に対して偏倚させるために使用される波形、ならびに／又は方法がコロイド電解質を用いるときのコロイド電解質中の粒子の密度及びサイズを含む、多数の要因に依存し得る。
【００４５】
金属コア基板の表面上に金属酸化物誘電体層を形成するのに適した装置は、当業者には理解されるであるように、水性電解質を収容するための電解チャンバと、電解チャンバ内に設置可能な電極と、金属コア基板と電極との間に電圧、具体的には代替的な極性の一連の電圧パルスを印加することができる電源と、からなり得る。一実施形態では、電源は、
金属コア基板を電極に対して陽極に偏倚させるための定電圧制御された連続的な正電圧パルスを発生させる第１のパルス発生器からなる。電源は、基板を電極に対して陰極に偏倚させるために、定電流制御された一連の負電圧パルスを発生させる第２のパルス発生器をさらに含むことができる。
【００４６】
そのような技法を使用すると、回路材料の金属酸化物誘電体層の表面における細孔は、５００ナノメートル未満、具体的には４００ナノメートル未満、より具体的には３００ナノメートル未満、又は２００ナノメートル未満の平均直径を有し得る。金属酸化物誘電体層は、５００ナノメートル（０．５ミクロン）の平均粒径を持つ結晶構造を有し得る。
【００４７】
他の金属コア基板の表面を酸化させる方法が使用されてもよい。例えば、従来の陽極酸化によって評価されるのと同様に、適切に最適化された従来の陽極酸化が、金属コア基板上に金属酸化物誘電体層を形成するために使用され得る。しかし、従来の陽極酸化は、より多孔質でかつ通常非晶構造を有する（すなわち、陽極酸化被覆はほとんど結晶性でない）誘電体層をもたらす傾向がある。陽極工程によって誘電体層が形成された回路材料は、要求があまり厳格でない、より低出力の用途に限定され得る。金属コア基板の表面を酸化させるさらに別の方法は、プラズマ電解酸化（ＰＥＯ：ｐｌａｓｍａ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によるものであり、これは当業者には理解されるであるように、陽極酸化の１種である。得られる誘電体層は、結晶性であり得るが、より大きい平均孔隙サイズを有する傾向があり、それにより誘電特性及び熱伝導率が制限される可能性がある。
【００４８】
したがって、望ましくかつ有益な機械特性及び電気特性に寄与することができ、かつ、スルー・ホール・バイアのより効果的な絶縁を可能にする、金属酸化物絶縁体におけるナノスケールの孔隙を得ることが望ましい。例えば、小さい平均孔径は、層の絶縁耐力を向上させることができる。高い絶縁耐力は、特定の用途に対する所定の最小絶縁耐力を得るために必要とされる金属酸化物誘電体の厚さをより薄くすることができることを意味し、このことは、層の熱伝導率を向上させられることを意味する。さらに、より小さい細孔サイズもまた、層を通る熱流路を改善することにより、金属酸化物誘電体層の熱伝導率を向上させることができる。具体的には、１つの実施形態では、回路材料内の金属酸化物誘電体層の細孔は、回路材料の特性を高めるために、４００ナノメートル未満、具体的には３００ナノメートル未満の平均サイズを有する。
【００４９】
より具体的には、本回路材料の１つの実施形態による回路材料の誘電体層は、２００ナノメートル未満、具体的には１００ナノメートル未満、例えば約５０ナノメートル又は４０ナノメートルの平均直径を有する粒子からなる結晶アルミナ材料である。そのような粒子は、結晶又は晶子と呼ばれ得る。したがって、回路材料の特定の実施形態は、ナノ構造の層である酸化アルミニウム誘電体層を含むことができ、ここでナノ構造層とは、ナノメートル・スケール上の寸法を有する構造特徴を備えるものである。微細な粒径は、構造的均一性、ならびに硬度、耐摩耗性、及び滑らかな表面形状などの特性を向上させることができる。微細な粒径はまた、誘電体材料の熱伝導率、絶縁耐力、及び誘電率を高めることができる。
【００５０】
金属酸化物誘電体層上に配置される導電性金属層は、望ましくは、導電性でもあり熱伝導性でもある。本明細書で開示される回路材料の形成に役立つ導電性金属層は、ステンレス鋼、銅、ニッケルめっきをした銅、アルミニウム、銅被覆アルミニウム、亜鉛、亜鉛被覆銅、鉄、遷移金属、及びそれらのうちの少なくとも１種を含む合金からなり、銅は特に有用であり、本明細書においては導電性金属を代表する。導電性金属層の厚さに関する制限は特になく、導電性金属層の表面の形状、サイズ、又は質感に関しても制限はない。例示的な実施形態では、導電性金属層は、約３マイクロメートルから約２００マイクロメー
トル、具体的には約５マイクロメートルから約１８０マイクロメートル、より具体的には約７マイクロメートルから約７５マイクロメートルの厚さを有する。２つ以上の導電性金属層が存在する場合、２つの層の厚さは、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００５１】
めっきした金属、具体的には電気めっきした銅からなる導電性金属層は、特に有用である。
１つの実施形態では、第１及び第２の導電性金属層、ならびにスルー・ホール・バイア内の金属含有コア要素は、銅からなる。銅めっきした導電性金属層は、銀又は金でさらに被覆することができる。第１及び第２の導電性金属層は、１から２５０マイクロメートルの全体厚さを有することができ、一方で金属コア基板は、存在するスルー・ホール・バイアの厚さに対応して、０．５から１．５ｍｍ、具体的には０．３８から１．０ｍｍの厚さを有することができる。
【００５２】
金属コア基板の両面上の第１の導電性金属層及び第２の導電性金属層は、スクリーン印刷、金属インク印刷、無電解金属被覆法、ガルバニック金属被覆法（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、化学蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及びプラズマ蒸着（ＰＶＤ：ｐｌａｓｍａ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）金属被覆法から選択された方法によって形成され得る。したがって、金属箔又はフレックス回路を排除することができる。導電性金属層は、以下でさらに論じられるように、パターン形成されるか、又は非パターン形成され得る。回路材料は、有利には、１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）である従来のパネルの面積（１０．１６センチメートル（４インチ）掛ける１０．１６センチメートル（４インチ）の画像領域を有するセラミック・ブランク）の１５から２０倍の面積を有するパネルの形態をとることができる。続いて、そのようなより大きなパネルは、個々のユニットに分割されるか、又はより大きな個々のパネルを作るために使用され得る。例えば、３５．５６０１センチメートル（１４インチ）掛ける５５．８８０１センチメートル（２２インチ）の回路材料が作り出され得る。例えば、３５．５６０１センチメートル（１４インチ）掛ける５５．８８０１センチメートル（２２インチ）の寸法を有するパネルは、３ｘ５のパネル・イメージの配列、又は１１．４３センチメートル（４．５インチ）ｘ１１．４３センチメートル（４．５インチ）パネル１５枚に相当する物を可能とすることができる。
【００５３】
一般に、回路材料は、全般的に、熱伝導性の金属コア基板を用意する工程と、金属コア基板に少なくとも１つのスルー・ホール・バイアを形成する工程と、金属コア基板の上面部分内の金属を酸化的に変換させて金属酸化物にすることからなる工程により金属コア基板の両面及びスルー・ホール・バイア内に金属酸化物誘電体層を形成する工程と、次いで少なくともそのようにして形成された金属コア基板の両面上の金属酸化物誘電体層の表面上に銅又は他の導電性金属を加える工程と、からなる方法によって作られ得る。（以下の方法についての論述では、導電性金属を表すために銅が使用されるが、方法は銅に限定されるものではないことが理解されるべきである）。
【００５４】
１つの実施形態では、スルー・ホール・バイアは、導電性金属層のめっき中に金属コア基板の両面上の導電性層を電気的に接続しそれよりバルク金属である金属含有コア要素を形成する、金属含有コア要素で充填され得る。あるいは、スルー・ホール・バイアは、導電性金属層の付加の後で、金属コア基板の両面上の導電性金属層を電気的に接続する金属含有コア要素で充填されてもよく、その場合、金属含有コア要素は、当業者には理解されるであるように、金属粒子及び有機樹脂からなる金属ペーストでスルー・ホール・バイアを充填することによって作られる。したがって、スルー・ホール・バイアは、導電性金属層のめっき後、めっき前、又はめっきと同時に充填することができる。第１の金属酸化物誘電体層、第２の金属酸化物誘電体層、及び／又はスルー・ホール・バイア内の誘電体層
は、特に金属酸化物誘電体層を形成した後、及び金属酸化物誘電体層の表面上に銅を付加する前に、接着性向上材料で被覆され得る。例えば、導電性金属層を形成するために続けて付加される導電性金属の付着を促進するか又はめっきを開始するために、金属酸化物層の表面上に金属シード層が被覆され得る。１つの実施形態では、金属シード層は、１００から１５０ナノメートルの厚さを有するチタン（Ｔｉ）からなるスパッタ層であり、その後に１〜２ミクロンの銅（Ｃｕ）が続く。
【００５５】
一実施形態では、回路材料を作る方法は、金属酸化物誘電体層を形成し場合により接着性増強材料で被覆する工程の後、しかしめっき又は他の方法により銅を付加する工程の前に、被覆された又は被覆されていない金属酸化物誘電体層にレジスト被覆を付加する工程と、レジストを露光する工程と、レジストを現像する工程とを、さらに含み得る。したがって、金属酸化物誘電体層の表面上への銅のめっきの後、レジストは、パターン形成された導電性金属層を作り出すために剥ぎ取られ得る。あるいは、銅又は他の金属が、パターン形成されていないめっきとされ、次いで銅を印刷及びエッチングすることにより選択的にパターン形成されてもよい。しかし、付加的なめっきは、より費用効率が高いものになり得る。
【００５６】
後続の銅層の付着を向上させるために誘電体層の表面上に任意選択の金属シード層がスパッタされる場合、金属シード層は、金属酸化物誘電体層の表面上への銅のめっき及びパターニングの後で（例えば、エッチングにより）除去されてもよい。
【００５７】
１つの実施形態では、回路材料を作る方法は、金属酸化物誘電体層を形成する工程の後に、層を金属のシード層で被覆する工程を含み、また、導電性金属層を付加する工程の前に、被覆された金属酸化物誘電体層にレジスト被覆を付加する工程と、レジストを露光する工程と、レジストを現像する工程と、レジストが現像された領域において金属酸化物誘電体層上に導電性金属層をめっきする工程と、レジストを剥ぎ取る工程と、導電性金属層でめっきされていない領域から金属のシード層を除去する工程と、を含む。代替的実施形態では、スルー・ホール・バイアは、金属ペースト、例えば銅ペーストと、スクリーン印刷された金属コア基板の両面上の導電性金属層とで充填され得る。方法は、銅を酸化から保護するために、銅層の表面を別の金属、例えば銀でめっきする工程をさらに含むことができ、向上されたハンダ濡れ性を提供する。それに続いて、金属酸化物誘電体層の表面上への１種又は複数種の金属のめっき後、当業者には理解されるであるように、ハンダ・ストップ層が付加され得る。
【００５８】
方法は、金属酸化物誘電体層の表面上に銅をめっきする工程の後に、回路材料をそのそれぞれが個々のＬＥＤユニット又はパッケージに対する標準的なサイズであるような約１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）（又はそれぞれの寸法の５０パーセント内、具体的には３０パーセント内、より具体的には１０パーセント内）である複数の別個のパネルに分割する工程をさらに含み得る。
【００５９】
方法は、絶縁された金属コア基板の表面上に銅をめっきする工程の後に、回路材料の表面に電子デバイスを実装してその電子デバイスを含む製品ユニットを提供する工程をさらに含み得る。１つの実施形態では、電子デバイスは、以下でさらに論じられるように、ＨＢＬＥＤであり得る。
【００６０】
より具体的な実施形態では、回路材料を作る方法は、熱伝導性の金属コア基板を用意する工程と、穿孔又は他の方法で金属コア基板に少なくとも１つのスルー・ホール・バイアを形成する工程と、少なくとも金属コア基板の金属を金属酸化物に酸化的に変換することにより金属コア基板の両面上及びバイア内に金属酸化物誘電体層を形成する工程と、場合により無機の接着性向上材料で金属酸化物誘電体層を被覆する工程と、からなり、方法は
さらに、導電性金属層をパターニングする工程を含む。具体的には、導電性金属層は、１つの実施形態では、シード層を被覆した金属酸化物誘電体層にレジスト被覆を付加し、次いでレジストを露光及び現像した後、金属酸化物誘電体層の表面上に銅をめっきし、レジストを剥ぎ取り、金属酸化物誘電体層のめっきされていない領域から無機の接着性向上材料（例えば、スパッタ被覆された金属シード層）をエッチング又は他の方法で除去することにより、パターン形成され得る。
【００６１】
したがって、誘電体層への銅の付着を促進するためのスパッタ被覆される金属のシード層からなる無機の接着性向上層で金属酸化物誘電体層を被覆する場合には、金属のシード層は、短絡を防止するために、その後に金属酸化物誘電体層のめっきされていない領域から除去され得る。
【００６２】
金属酸化物誘電体層の（したがって回路材料の）絶縁耐力は、サンプル上の複数の位置において絶縁破壊電圧を測定することによって判定することができ、これは、測定点において金属酸化物誘電体層の厚さに等しい距離だけ各電極が分離されるように、誘電体材料の表面及び内部のコア金属のどちらかと密着している２つの電極にわたって電圧を印加することにより行われ、ここで、誘電体層の下の電極へのアクセスは、面を通して又は金属酸化物層の一部分を除去することによって得られ得る。直流電位が電極にわたって置かれ、電圧が高められるにつれて、電圧流れに対する抵抗が測定される。電極間に電流が流れ始めるときの電圧は絶縁破壊電圧として知られ、厚さ１ミル当たりのボルト（Ｖ／ｍｉｌ）又はＶ／ｍｍで測定される。様々な絶縁破壊電圧が、様々な構成の材料に関連し、かつ、熱伝導性金属の金属、表面部分の誘電体層への変換を行う工程、及び他の組成又は工程に関する因子を含む誘電体層の組成に応じて変化し得る。厚さの均一性もまた、絶縁破壊電圧に影響を及ぼす場合があり、薄い領域ほどより低い絶縁破壊電圧を示す。しかし、いかなる場合においても、短絡を防止するためには、必要に応じて連続的かつ効果的な被覆が重要である。
【００６３】
一実施形態では、回路材料は、電子デバイス（例えば、半導体デバイス）からのさらなる熱放散のための経路を設けるために、表面への取付物のための製作者に供給され得る。そのような表面の例は、ヒート・シンク等の表面を含む。温度管理回路材料、又は温度管理材料由来の回路の表面への取り付けのために、任意の適切な手段を使用することができる。一実施形態では、温度管理回路材料は、適切な熱伝導層、又は熱伝導性接着剤などの処理剤を使用して、表面に取り付けられ得る。そのような熱伝導性接着剤が使用される場合、熱伝導性接着剤は、導電性、半導性、又は非導電性であってもよい。
【００６４】
一実施形態では、回路材料は、金属コア基板層よりも実質的に厚くかつ高い熱伝導性を有する金属からなる、熱伝導性ヒート・シンク等に取り付けられ得る。そのような特性を有する適切な金属は、アルミニウム、銅、アルミニウム被覆銅等、又は、ＡｌＳｉＣ、Ｃｕ／Ｍｏ合金等のような工業用熱的材料（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む。そのような熱伝導性ヒート・シンクは、単一の層、単一の材料の複数の層、又は２種以上の異なる材料からなる複数の層を含むことができる。ヒート・シンクは、均一の厚さのものであってもよく、又は、可変厚さのものであってもよい。熱伝導性ベース層は、熱移動をさらに向上させるために、冷却フィン、チューブなどの特徴を含むか、又は、冷却剤を通過させることが可能な、ヒート・シンクを突き通されたチューブを有することができる。
【００６５】
さらなる実施形態では、誘電体層、接着層、導電性金属層、回路層、又はそれらのうちの少なくとも１つを含む組合せからなる少なくとも１つの追加的な層が、多層回路を形成するのに適した態様で、パターン形成された導電性層又は回路上に配置され得る。
【００６６】
本明細書で説明される回路材料は、優れた特性、例えば、良好な寸法安定性、及び強化された安定性、例えばめっきしたスルー・ホールの安定性、ならびに特に高温における優れた銅（金属）引きはがし強さを有し得る。
【００６７】
一実施形態では、回路材料、具体的には金属酸化物誘電体層は、１５０℃以上、具体的には４００℃以上、より具体的には５００℃以上の温度において熱的に安定である。特に高出力タイプの半導体デバイスとの組合せでの使用では、回路材料は、ハンダ付け、鑞付け、及び溶接などの処理操作中に遭遇する温度への暴露に耐えることができる熱的特性を有し得る。不活性雰囲気又は水素雰囲気のいずれにおいても、約４００℃の温度に遭遇し得る。典型的には、ハンダ付け操作は約２００℃で、より低温であるが、鑞付け操作は約４２５℃を超えて、より高温を有し得る。これらの高温での工程を使用した結果としての酸化銅の形成は、ニッケル、亜鉛、又は銅表面上の酸化物の形成を軽減することができる他の適切な金属などの金属のめっきを使用することによって軽減され得る。
【００６８】
いくつかの用途では、誘電体被覆は、高誘電率を有することができる。例えば、ＲＦ用途又はマイクロ波用途において回路材料が使用される場合、高誘電率が望まれる。具体的には、一実施形態において、回路材料は、７よりも大きい、具体的には７．５よりも大きい、より具体的には約８から１２、例えば９から１０の誘電率を有する誘電体被覆を含み得る。
【００６９】
一実施形態では、誘電体材料、又は金属酸化物層は、１Ｗ／ｍ−Ｋ以上、具体的には５Ｗ／ｍ−Ｋ以上、より具体的には１０Ｗ／ｍ−Ｋ以上の熱伝導率を有する。また、一実施形態では、２つの金属酸化物層及び熱伝導性材料からなる得られる回路材料は、５０Ｗ／ｍ−Ｋ以上、具体的には１２０  Ｗ／ｍ−Ｋ以上の熱伝導率を有する。
【００７０】
金属酸化物誘電体材料は、厚さ１ミル当たり８００ボルト以上（又は、１ｍｍ（ｍｍ−１）当たり５０ＫＶよりも大きい、具体的には１ｍｍ当たり６０から１１０ＫＶの絶縁耐力を有し得る。
【００７１】
誘電体層の放散率は、１から１０ＧＨｚの周波数で測定したときに約０．００８以下であり得る。
誘電体材料の熱膨張係数（ＣＴＥ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は、できるだけ低いことが望ましい。熱伝導率における他の便益に加えて、低いＣＴＥは、ＣＴＥが導電性金属層及び熱伝導性ベース層のＣＴＥとより厳密に整合される高温での操作中に、誘電体材料を使用して作られる回路材料への歪みをより少なくする。各層間でのＣＴＥの整合は、操作中の回路基板の接着不良による亀裂、層間剥離、及び破損を防止するのに役立つ。
【００７２】
一実施形態では、誘電体材料は、５０ｐｐｍ／℃以下、具体的には２５ｐｐｍ／℃以下のＣＴＥを有する。また、金属酸化物誘電体材料は、０ｐｐｍ／℃よりも大きい、具体的には１ｐｐｍ／℃以上、より具体的には２ｐｐｍ／℃以上のＣＴＥを有し得る。（対照的に、有機の誘電体材料は、約２５から約６５ｐｐｍ／℃の、比較的高いＣＴＥを有する場合があり、これは、隣接する金属層のＣＴＥよりも平均してかなり高い）。
【００７３】
金属酸化物誘電体層を有する回路材料は、印刷回路工程において遭遇する化学薬品への優れた耐性、ならびに、１つ又は複数の層の切断、引き裂き、亀裂、又は穿刺などの損傷をもたらす可能性のある切断、成形、ブローチ作業、圧印加工、又は折曲げ加工によって生じ得る機械的破損への耐性を呈示することができる。回路材料の機械的特性及び電気的特性は、その後の組立て中及び最終製品の機能操作中に予期される処理条件に耐え得る電気的マウント（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍｏｕｎｔ）を提供することができる。例えば、
回路材料は、印刷回路製作中に遭遇する化学薬品への暴露に耐えることができ、また、完成品は、例えばＬＥＤ製造における実装の技法及び条件に耐えるのに十分な機械的耐久性を有することができる。
【００７４】
温度管理回路材料の１つの実施形態が、図１に示されている。図１を参照すると、回路材料１は、熱伝導性金属コア基板３と、金属コア基板３の実質的に平坦な第１の面上の第１の金属酸化物誘電体層５と、熱伝導性金属コア基板の第１の面の反対側の第２の面上の第２の金属酸化物誘電体基板層７と、からなる。第１の導電性金属層９（この実施形態ではパターン形成されていない）が、第１の金属酸化物誘電体層５上に、導電性金属、例えば銅からなる。第２の導電性金属層１１が、第２の金属酸化物誘電体層７上に配置される。
【００７５】
スルー・ホール・バイア１３が、例えばめっきにより、やはり銅であり得る導電性金属で充填され、それにより、それと同時に、第１の導電性金属層９及び第２の導電性金属層１１のそれぞれの少なくとも一部分を電気的に接続することができる金属含有コア要素１５が、スルー・ホール・バイア内に形成され、ここで、スルー・ホール・バイア１３は、熱伝導性金属コア基板（及びその金属酸化物誘電体層）内に形成されて（それらによって画定されて）、金属コア基板の一方の面から他方の面まで延在する。
【００７６】
したがって、スルー・ホール・バイアを画定する含有壁は、中間の又は第３の金属酸化物誘電体層１７で覆われ、この第３の金属酸化物誘電体層１７は、短絡を生じさせ得るギャップを含むことなしに、第１の金属酸化物誘電体層９を第２の金属酸化物誘電体層１１に物理的に連結（連続的に接続）する。
【００７７】
上述のように、金属酸化物誘電体層よりも実質的に厚さの少ない、具体的には誘電体層の厚さの４分の１未満の金属シード層などの任意選択の接着性向上層が、導電性金属層の付加に先立って金属酸化物誘電体層上に付加され得る。したがって、図１の温度管理回路材料では、第１の導電性金属層９と第１の金属酸化物誘電体層５との間、第２の導電性金属層１１と第２の金属酸化物誘電体層７との間、及びスルー・ホール・バイア１５の金属酸化物層１７とスルー・ホール・バイア１３内の導電性金属含有コア要素１５との間に、接着性向上層（図示せず）が存在し得る。１つの実施形態では、接着性向上層は、スパッタ金属、例えば銅及び／又はチタンからなる金属シード金属である。
【００７８】
図２は、図１に示されたような、また、回路材料を作る工程の１つの実施形態に従って作られた温度管理回路材料の拡大された断面の顕微鏡画像である。図１及び２において対応する特徴は、同様に番号付けされている。図２の顕微鏡図は、アルミニウム・コア基板３内のスルー・ホール・バイア内の金属コア基板３とともに、金属酸化物誘電体層５内のアルミナに変換されたアルミニウム・コア基板３の表面部分を示す。
【００７９】
図３Ａから３Ｃは、ＬＥＤデバイス・パッケージのためのサブマウントとして使用することが可能な温度管理回路材料を示し、この温度管理回路材料は、金属酸化物誘電体層の形成及び銅めっきに先立って穿孔することができる複数のスルー・ホール・バイア２０が穿孔された金属コア基板１８を含む。図３Ａは、図３Ｂでは底面図で示され図３Ｃでは（図３Ｂの線Ｃ−Ｃに沿った）断面図で示された温度管理回路材料の上面平面図を示す。具外的には、図３Ａは、部分２４ａ及び２４ｂにパターン形成された第１の導電性金属層２４と、部分２５ａ及び２５ｂにパターン形成された第２の導電性金属層２５とでめっきされた温度管理回路材料２２の１つの実施形態の上面平面図を示す。図３Ａでは、点線は、第１の金属酸化物誘電体層２８の領域によってその部分が分割された第１の導電性金属層２４の下にある、複数のスルー・ホール・バイア２６の位置を示す。図３Ｂでは、第２の金属酸化物誘電体層２９が底面図から分かる。図３Ｃでは、金属含有コア要素２６で充填
されたスルー・ホール・バイア２０が明らかである。
【００８０】
いくつかの用途では、回路材料は、多層構造を有し得る。例えば、追加的な誘電体材料の１つ又は複数の層及び関連する金属導電性層（図示せず）が、図１の回路材料における第１の導電性金属層９及び／又は第２の導電性金属層１１の上面上に形成され得る。追加的な誘電体層は、例えば、ＦＲ−４ガラス繊維積層板からなるか、又は有機樹脂、例えばフルオロポリマー、ポリイミド、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ（アリーレン・エーテル）、及びそれらの組合せからなる群から選択され得る有機樹脂からなる。ベース回路材料上に形成される多層構造は、多数の外部接続が作られることを可能にし得る。
【００８１】
上述のように、高い熱伝導率を提供するために、図３Ｂに示されるような温度管理回路材料に、電子デバイスが有利に取り付けられ得る。したがって、本発明の別の態様は、電子デバイス、例えば光電子デバイス、ＲＦデバイス、マイクロ波デバイス、電源スイッチ、電力増幅器、又は回路の他の発熱構成要素を含む物品を対象とし、その電子構成要素又はデバイスは、回路材料の第１の導電性金属層上に支持され得る。具体的には、電子デバイスは、当業者には理解されるであるように、半導体のタイプのもの、例えば、ＬＥＤ、ＨＢＬＥＤ、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ
ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、又は他の電力用途のための発熱構成要素であり得る。いくつかの用途では、物品はＲＦ構成要素を含むことができ、その場合、回路材料の表面上に形成される回路は、高Ｑ入力／出力伝送線、ＲＦデカップリング及びマッチング回路からなる。
【００８２】
ＬＥＤデバイス（具体的にはＨＢＬＥＤを含む）の場合、ＬＥＤデバイスは、例えば、金属線により又はフリップ・チップ構成において、第１の導電性金属層の少なくとも一部分に電気的に接続され得る。ＬＥＤの２つの端部のそれぞれは、ＬＥＤに電力を供給する電圧源に順次接続され得る。１つの実施形態では、第１の導電性金属層及び第２の導電性金属層は、パターン形成されることができ、ＬＥＤデバイスからの線は、第１の導電性金属層の第１及び第２の接触部分に接続され得る。さらに、少なくとも１つの導電性スルー・ホール・バイアが、第１及び第２の接触部分のそれぞれを回路材料上の第２の導電性金属層の対応する接触部分に電気的に接続し得る。
【００８３】
ＬＥＤデバイス（「チップ」）は、熱伝導性金属コア基板上の、チップと金属コア基板との間の電気絶縁を提供する金属酸化物誘電体層に直接取り付けられてもよく、又は、ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤのアノード又はカソードから分離された、金属酸化物誘電体層上の電気絶縁された熱パッド又は支持パッドによって支持されてもよい。金属酸化物層の厚さは、チップの破壊電圧要求によって決定することができ、また、破壊電圧要求に適合する最小厚さまで成長させることができる。それにより、熱を発生させるチップ内の半導体構成要素と金属コア基板との間に最短の熱経路を提供することができる。図４Ａ及び４Ｂは、ベース温度管理回路材料に実装されたＬＥＤパッケージ又はユニットを有する物品３０の２つの異なる例示的な実施形態を示す。図４Ａ及び４Ｂにおける対応する特徴は、同様に番号付けされている。図３Ａの実施形態では、第１の導電性金属層４２の一部である接触パッド３８及び４０に電気的に接続されたリード線３４及び３６を含むＬＥＤデバイス３２が、回路材料上に配置（実装）されている。金属コア要素４４及び４６が、スルー・ホール・バイア４８及び５０のそれぞれを埋めて、第１の導電性金属層４２にある電気接触パッド３８及び４０を、それぞれ第２の導電性金属層５６にある電気接触パッド５２及び５４に電気的に接続し、これらの電気接触パッドは、めっきされた銅からなるパターン形成された回路の一部であり得る。金属コア基板６０の両面上の一体に接続されかつ実質的に一様な金属酸化物誘電体層５７及び５８、ならびに円筒形状の中間の金属酸化物誘
電体層６２は、導電性金属を熱伝導性金属コア基板６０から絶縁する。上述のように、誘電体層は、金属コア基板の表面部分の酸化によって少なくとも部分的に形成され得る金属酸化物からなる。
【００８４】
図４Ｂの実施形態は、ＬＥＤデバイス３２が第１の導電性金属層４２の電気接触パッド３８上に支持されるフリップ・チップ構成を示す。ＬＥＤの１つの端部が、第１の導電性金属層４２の電気接触パッド４０に電気的に接続された線３６を有する。金属コア要素４４及び４６が、スルー・ホール・バイア４８及び５０のそれぞれを埋めて、第１の導電性金属層にある電気接触パッド３８及び４０を、それぞれ第２の導電性金属層にある電気接触パッド５２及び５４に電気的に接続し、これらの接触パッドは、めっきされた銅からなるパターン形成された回路の一部であり得る。図４Ａの実施形態に関して論じられたように、誘電体層５６、５８、及び６２が、導電性金属を熱伝導性金属コア基板６０から絶縁する。
【００８５】
本明細書において開示される回路材料は、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。
実施例
（実施例１）
この実施例は、アルミニウム・コア基板上に酸化アルミニウム絶縁体を形成する方法を説明する。アルミニウム・コア基板は、１００ｍｍｘ１００ｍｍｘ０．５ｍｍの寸法を有するＡｌ６０８２合金の板の形態であり、そこに１，０９２個のスルー・ホール・バイアが機械的に開けられ、各スルー・ホール・バイアは、直径０．１９５ｍｍの円形断面を有する。
【００８６】
電解質を含有するタンクを含む電解装置内にアルミニウム・コア基板を配置し、また、アルミニウム・コア基板及び電極をパルス電源に接続した。基板と電極との間での交番する極性の一連の電圧パルスにおいてパルス発生器を適用した。正電圧パルスが、５００から７００Ｖの範囲内で一定の正電圧振幅（Ｖａ）を有して印加され、負電圧パルスが、０から５００Ｖまでの範囲内で連続的に大きくなる負電圧振幅（Ｖｃ）を有した。パルス繰返し周波数は、１から３ＫＨｚの範囲内である。
【００８７】
１２分間にわたってパルスが印加され、それにより、アルミニウム・コア基板の表面上及びスルー・ホール・バイア内に所望の厚さの酸化アルミニウム層が形成された。
図２は、そのような工程に従って作られた温度管理回路材料の拡大された断面の顕微鏡画像を示し、アルミニウム・コア基板３の表面部分は、アルミニウム・コア基板３内のスルー・ホール・バイア内の金属コア基板３とともに、金属酸化物誘電体層５内のアルミナに変換されている。
【００８８】
単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を含む。同一の特性又は構成要素を対象とする全ての範囲の端点は、単独で組み合わせ可能であり、かつ、挙げられた端点を含むものである。全ての参照文献を本明細書に援用する。本明細書において、また全体を通して、「配置された（ｄｉｓｐｏｓｅｄ）」、「接触した（ｃｏｎｔａｃｔｅｄ）」、及びそれらの変異形は、それぞれの材料、基板、層、膜、等の間での完全な又は部分的な物理的接触を意味する。さらに、本明細書において、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」等の用語は、いかなる順序、量、又は重要性を意味するものではなく、むしろ１つの要素を別の要素と区別するために使用されるものである。
【００８９】
例示の目的のために典型的な実施形態を提示してきたが、上記の説明は、本発明の範囲に関する制限と見なされるべきではない。したがって、当業者は、本発明の精神及び範囲
から逸脱することなく、種々の修正形態、翻案、及び代替形態を見いだすことができる。
【図１】
2017500730.tif 000003
【図２】
2017500730.tif 000004
【図３Ａ】
2017500730.tif 000005
【図３Ｂ】
2017500730.tif 000006
【図３Ｃ】
2017500730.tif 000007
【図４Ａ】
2017500730.tif 000008
【図４Ｂ】
2017500730.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月27日(2016.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスを実装するために使用することができる温度管理回路材料において、
熱伝導性金属コア基板と、
前記金属コア基板の第１の面上の第１の金属酸化物誘電体層と、
前記熱伝導性金属コア基板の前記第１の面の反対側にある第２の面上の、第２の金属酸化物誘電体基板層と、
前記第１の金属酸化物誘電体層上の第１の導電性金属層と、
前記第２の金属酸化物誘電体層上の第２の導電性金属層と、
前記第１及び第２の導電性金属層のそれぞれの少なくとも一部分を電気的に接続する金属含有コア要素を形成する導電性金属で充填される、少なくとも１つのスルー・ホール・バイアであって、前記スルー・ホール・バイアを画定する壁が、前記第１の金属酸化物誘電体層と前記第２の金属酸化物誘電体層を横断方向に結合する中間金属酸化物誘電体層を有し、前記中間金属酸化物誘電体層が、前記スルー・ホール・バイア内の前記金属含有コア要素を前記熱伝導性金属コア基板から絶縁する、少なくとも１つのスルー・ホール・バイアと、
からなり、
前記第１、第２、及び中間の金属酸化物誘電体層が、アルカリ水性電解質の溶液中で前記金属コア基板の表面部分の酸化によって得られ、前記第１、第２、及び中間の金属酸化物誘電体層が、前記熱伝導性金属コア基板のための金属酸化物絶縁体を全体として形成する、回路材料。
【請求項２】
前記第１及び第２の金属酸化物誘電体層が、１メートル度ケルビン当たり約５ワット以上の熱伝導率と、１ｍｍ当たり約５０ＫＶ以上の絶縁耐力とを有する、請求項１に記載の回路材料。
【請求項３】
前記第１及び第２の金属酸化物誘電体層が、５から３０マイクロメートルの厚さをそれぞれ有する、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項４】
パターン形成された又はパターン形成されていない導電性金属層を有する前記回路材料が、１１．４３センチメートル（４．５インチ）掛ける１１．４３センチメートル（４．５インチ）である従来のパネルの面積の１５から２０倍の面積を有するパネルを形成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項５】
前記金属酸化物誘電体層が、５００ナノメートル未満の平均粒径を有
する結晶構造を備え、前記金属酸化物絶縁体の表面に画定される細孔が、５００ナノメートル未満の平均直径を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路材料。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の前記回路材料に実装された発熱する電子デバイスからなる物品。
【請求項７】
前記電子デバイスがＬＥＤである、請求項６に記載の物品。
【請求項８】
熱伝導性である金属コア基板を用意する工程と、
前記金属コア基板に少なくとも１つのスルー・ホール・バイアを形成する工程と、
前記金属コア基板の金属をアルカリ水性電解質の溶液中で金属酸化物に変換する酸化反応により、前記金属コア基板の両面上及びスルー・ホール・バイア内に金属酸化物誘電体層を形成する工程と、
少なくとも前記金属コア基板の両面上の前記金属酸化物誘電体層の表面に導電性金属層を付加する工程とを備える、回路材料を製造するための方法。
【請求項９】
前記金属酸化物誘電体層の前記表面上に銅層を付加する工程の後に、２つの面のそれぞれで約１０．１６から１２．７センチメートル（４．０から５．０インチ）の範囲内の寸法をそれぞれが有する複数のより小さなパネルに前記回路材料を分割する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電子デバイスが高輝度発光ダイオードである、請求項８乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属コア基板及び電極が前記水性電解質と接触する、前記水性電解質及び前記電極を含有する電解チャンバ内に前記金属コア基板を位置決めすることにより、前記金属酸化物誘電体層を形成する工程と、正電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陽極に偏倚させ、負電圧パルスが前記基板を前記電極に対して陰極に偏倚させ、前記正及び負の電圧パルスの振幅が制御される、交番する極性の一連の電圧パルスを所定期間印加することにより、前記基板を前記電極に対して電気的に偏倚させる工程とを含む、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
高出力ＬＥＤを搭載するためのパネルであって、それぞれのパネルが５０〜３５０００個の別個の回路からなり、及び前記回路のそれぞれが導電材料を充填した２〜１６個のスルー・ホール・バイアを含んでなるパネルを備える、請求項１に記載の温度管理回路材料。
【国際調査報告】
2017500730.tif 000010
2017500730.tif 000011
2017500730.tif 000012