具有绝缘过孔的金属基板的制作方法

背景技术：

具有过孔的电子基板通常用于为多层电子板提供不同层的表面区域之间的电连接和/或热连接。导电过孔可以用于布置电力供应和信号供应并且可以进行操作以从电气部件去除热。

用于多层板的最常见的基层材料是氧化铝(Al₂O₃)或氮化铝(AlN)陶瓷层以及FR4环氧树脂板层。这样的基层材料中的过孔通过钻出通孔并且随后用导电材料或金属镀层填充这些通孔来形成。然而，在这些常见的基础材料中的每种基础材料的使用中存在限制。例如，作为基础材料的FR4具有非常低的导热率(约0.1W/mK)并且它不能用于需要高热传递的应用。

Al₂O₃具有比FR4更高的导热率(约20-30W/mK)，并且Al₂O₃是用于制造具有过孔的电子基板的当前优选基层材料。由于AlN具有更高的导热率(约140-180W/mK)，所以它用于在热学方面要求最严苛的应用。AlN是比FR4或Al₂O₃明显更昂贵的材料，并且这限制了其应用。Al₂O₃和AlN两者(以及其它陶瓷层)遭受固有的脆性。这种脆性会妨碍形成非常薄的陶瓷基层(很难形成比100微米更薄的层)并且将陶瓷基层的表面面积限制成几十平方英寸。

由于金属具有高导热率和高韧度，所以使用金属作为基层有益于电子基板应用。使用金属层形成的电子基板(其可以称为金属基板)具有与用陶瓷层形成的电子基板不一样的尺寸限制，并且能够被形成为如10微米一样薄。用作金属基板中的金属层的最常见的金属中的一种金属是铝(Al)。铝具有约150-200W/mK的导热率；与AlN基板的导热率类似，但是该材料明显更便宜。使用金属基层形成多层板需要形成贯穿金属层的导电过孔。过孔的导电芯必须与基层金属电绝缘。这通过构造具有绝缘过孔的金属基板(MSIV)来实现。

在提供导电材料的过孔与MSIV的金属基层之间的电绝缘方面存在许多困难。实现双面MSIV的标准过程通常如下：

首先，使用介电膜将铜(Cu)层粘合到金属层的每侧。然后对所得到的板材(其由金属层、两个介电膜层和两个铜层构成)进行钻孔，以提供延伸通过该板材的通孔。该通孔使金属层的材料暴露，这意味着需要在能够形成导电过孔之前用电绝缘材料来填塞通孔。一旦被填塞，就使用更小的钻机来钻通电绝缘填塞材料。然后能够用导电材料填充该第二通孔，以产生从金属层的一侧延伸至另一侧的导电过孔。可以使用湿化学籽晶层和电镀工艺，或通过使用导电过孔填充材料，或使用上述的组合来形成电连接。

可以看出，MSIV中过孔形成的过程涉及许多步骤以及因此涉及高复杂度。然而，主要缺陷是过孔边缘处的电击穿的风险，其中在过孔的边缘处，由电绝缘的孔填塞提供的电介质最少。

已经尝试由预先钻孔的Al板材来形成MSIV，随后对其进行阳极化处理以在通孔的表面上和内壁上提供介电层。这样的MSIV并没有得到工业应用，这是因为阳极化层不能提供充分稳定和可靠的电绝缘。阳极化介电层的这个问题归因于阳极化层上的多孔性以及由阳极化层的固有结构导致的通孔边缘处的裂缝。在Al层的平坦表面上以及在通孔内，阳极化介电层在热循环下同样会断裂。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有绝缘过孔的金属基板(MSIV)，以及一种形成如在现在应当参考的所附独立权利要求中所限定的MSIV的方法。在各个从属子权利要求中阐述了本发明的优选特征或有利特征。

因此，在第一方面中，具有绝缘过孔的金属基板(MSIV)可以包括：

金属层，该金属层具有通过金属层的第一表面与第二表面之间的金属层的厚度限定的通孔；

介电层，该介电层至少部分地通过金属层的氧化来形成，介电层被形成为金属层的第一表面和第二表面中的至少一个上或者金属层的第一表面和第二表面两者上、以及通孔的内壁上的连续层；

导电金属过孔，该导电金属过孔延伸通过在金属层中限定的通孔，导电金属过孔通过介电层与金属层电绝缘；以及

电路，该电路形成在介电层的一部分上，电路与导电金属过孔电接触和/或热接触。

介电层是介电纳米陶瓷层，该介电纳米陶瓷层具有平均晶粒大小为500纳米或更小的等轴晶体结构、介于0.1与100微米之间的厚度、大于20KV mm^-1的介电强度以及大于3W/mK的导热率。

如本文所使用的，金属层是具有比其厚度尺寸明显更大的长度尺寸和宽度尺寸的层。金属层可以称为金属基层或金属片。优选地，金属层具有介于5微米与5000微米之间的厚度，优选地介于10微米与2000微米之间，或者介于20微米与500微米之间。在一些实施方式中，金属层可以为柔性结构，诸如金属箔。在一些实施方式中，金属层可以为刚性结构，例如金属板。在一些实施方式中，金属层可以为成型结构或部件。

金属层可以具有通过其厚度限定的多个通孔，多个通孔中的每个通孔的内壁涂覆有介电纳米陶瓷层的一部分。可以在金属层的不同部分处以图案限定多个通孔，以针对特定目的优化导热率和/或导电率。

如本文所使用的，术语金属基板是指一种由金属层或片形成的电子基板，其中金属层或片与金属层的一侧或两侧上的介电层绝缘。

介电纳米陶瓷层至少部分地通过金属层的氧化来形成，并且在本文中也可以被称为介电涂层或纳米陶瓷层或纳米陶瓷涂层。

根据本发明的任一方面的MSIV包括通过金属层形成的但与金属层电绝缘的导电过孔。例如通过机械钻孔或激光钻孔或者通过对金属层进行冲孔，通过金属层形成通孔。然后形成介电纳米陶瓷层，并且该层在金属层的表面的一部分上连续地延伸并且还覆盖该通孔或每个通孔的内壁，以提供一个或多个绝缘通孔。然后，能够在绝缘通孔内形成导电材料诸如金属，以产生导电过孔。可以以小至20微米的直径来形成通孔。上部尺寸可以为任意直径，但是许多通孔将具有在20微米至2000微米的范围内的直径。有利地，可以在具有高至10或15或20或更高的纵横比的通孔的内壁上形成介电纳米陶瓷涂层。纵横比被定义为通孔的深度除以通孔的直径。优选地，通孔的纵横比介于0.1与20之间。

彼此靠近地形成多个通孔以及因此形成多个过孔的能力可以是特别有利的特征。现有技术MSIV由于制造问题而不具有近间隔过孔。因此，可能有利的是，金属层包括直径介于20与300微米之间，或者直径介于50与200微米之间的多个通孔，其中，通孔之间的间距与通孔的直径是同一数量级的，例如介于20与300微米之间或介于50与200微米之间。

涂层具有晶体结构，其中该晶体结构具有小于500纳米的平均晶粒大小。这样的纳米晶体结构在金属层的表面(包括通孔的边缘和内表面)上提供均匀致密层。有利地，平均晶粒大小可以为250纳米或更小，或者为100纳米或更小。

介电纳米陶瓷的微结构大致由等轴晶粒构成。这是组成具有x、y和z轴的纳米陶瓷的晶粒，其中x、y和z轴具有大致相同的长度。等轴晶粒具有较大数目的操作滑移面，并且纳米陶瓷具有将比晶粒结构为各向异性的情况更高的强度和延展性。小的晶粒大小和大致等轴晶粒结构是允许复杂形状诸如通孔上介电层的均匀覆盖的重要参数。由于纳米级的晶粒大小和等轴结构，可以均匀地涂敷介电纳米陶瓷层以覆盖具有低至20微米的内直径和高达20的纵横比(纵横比等于基板的厚度除以孔的直径大小)的通孔的内表面。

介电纳米陶瓷层的厚度介于0.1与100微米之间。在该厚度范围内，大致等轴的纳米陶瓷层具有大于20KV/mm的高介电强度和大于3W/mK的高导热率。这些值有利于许多电子基板应用。在一些实施方式中，介电纳米陶瓷层的厚度可以介于1微米与50微米之间，例如介于5微米与40微米之间或介于10微米与30微米之间。

有利地，介电层可以被形成为金属层的第一表面和第二表面两者上以及通孔的内壁上的连续层。然后，第一电路和第二电路可以分别形成在介电层的部分上，其中介电层的所述部分形成在金属层的第一表面和第二表面两者上，第一电路和第二电路通过导电金属过孔被电连接和/或热连接。以这种方式，可以开始形成多层结构，其中不同级别的电路在金属基板上被支持并且通过与金属基板的金属层绝缘的过孔连接。

术语“金属”在本文中用于描述广泛的金属种类。因此，该术语描述诸如纯铝的元素金属、以及一种或更多种元素的合金和金属互化物。实际上，用于形成本文所述的MSIV的金属层有可能是可商业获得的金属成分的片。许多金属可以适合于用作其上形成有涂层的金属层。合适的材料可以包括被归类为阀金属的那些金属。优选地，可以使用铝、镁、钛、锆、钽、铍，或者这些金属中的任何金属的合金或金属互化物的金属层来形成MSIV。

对于电子基板应用，绝缘介电层的介电强度尤其重要。有利地，本文所述的纳米陶瓷层可以提供介于20kV/mm与100kV/mm之间的介电强度。

对于电子基板应用，优选的是介电层的导热率为高。需要绝缘介电层或涂层提供工作电子部件与支持该部件的金属层之间的电绝缘，并且同时将热从该部件传导到金属层中。因此，有利的是，根据本文所述的任一方面的介电纳米陶瓷层具有大于3W/mk的导热率，例如介于3W/mk与7W/mk之间。

对于一些电子基板应用，可以优选的是介电层具有高介电常数。当打算将MSIV用在RF或微波应用中时，高介电常数是特别优选的。优选地，MSIV包括具有大于7，例如介于7.5与10之间的介电常数的介电层。

形成在金属基板上的陶瓷涂层的许多物理性质在一定程度上取决于陶瓷涂层的晶体大小或晶粒大小。本文所述的纳米陶瓷层是包括等轴晶粒的晶体陶瓷涂层，其中，等轴晶粒具有小于500纳米，特别优选地小于100纳米，例如约50纳米或40纳米或30纳米的平均直径。可替选地，晶粒可以称为晶体或微晶。术语晶粒大小是指材料例如介电层中晶粒或晶体的平均尺寸两端的距离。因此，MSIV包括下述层或涂层：由于其具有纳米级的大小或尺寸的物理特征而可以被描述为纳米结构层或纳米陶瓷层。细晶粒大小可以提高结构同质性，以及诸如在过孔内及其边界上形成均匀的介电层的能力的性质。细晶粒大小也可以增大陶瓷材料的导热率、介电强度和介电常数。由于细晶粒大小也可以形成更平滑的表面轮廓。

在一些实施方式中，在MSIV是柔性的情况下可以是有利的。可以参考弯曲半径来限定MSIV的柔性。弯曲半径是用于表征布线、线缆和片形式的材料的柔性的标准度量。为了测量弯曲半径，通常围绕具有减小直径的杆或圆筒来弯曲片，以确定在无损坏的情况下该片可以被弯曲成的最小曲率。MSIV可能是材料片的形式。如本文所使用的，弯曲半径是指在不损坏其性质的情况下MSIV够被反复弯曲成的半径。最小弯曲半径是在不损坏其性质的情况下MSIV能够被弯曲成的最小曲率。

MSIV的最小弯曲半径在一定程度上取决于MSIV的总厚度。在FES具有高厚度(例如，2mm)的情况下，最小弯曲半径可以为高。例如，最小弯曲半径优选地低于25cm，特别优选地低于15cm或者低于10cm。在一些实施方式中，MSIV可以具有低于2mm的总厚度并且MSIV的柔性可以为高。优选的是，MSIV的最小弯曲半径低于20mm，例如，低于10mm或低于5mm，或者介于2mm与5mm之间。

MSIV的优选实施方式可以包括金属层、至少部分地通过金属层的表面的氧化形成的介电纳米陶瓷层，以及形成在介电层的表面上的电路，其中，介电纳米陶瓷层具有由晶粒构成的晶体结构，所述晶粒具有100纳米或更小的平均晶粒大小、介于1微米与50微米之间的厚度、大于20KV mm^-1的介电强度以及大于3W/mK的导热率；限定通孔的金属层、通孔的壁涂覆有具有与介电纳米陶瓷层相同的成分并且与介电纳米陶瓷层连续的介电纳米陶瓷材料。

在金属层上通过阳极化过程形成的层或涂层往往是高孔隙度的。阳极化涂层通常也具有无定形结构(即，阳极化涂层很少是晶体的)以及开放柱状结构。典型阳极化涂层的规则柱状结构可以致使涂层易受裂缝的形成的影响，特别是在热循环或涂层弯曲之后。易受裂缝形成影响的性质限制了阳极化涂层在电子基板中的应用。

为了形成根据本发明的任一方面的MSIV，在金属层的至少一部分上形成具有期望性质的纳米陶瓷层。金属层具有预先钻出的过孔。纳米陶瓷层可以使用任何合适的方法来形成。在金属层上形成纳米陶瓷层的优选方法包括将金属层定位在包含含水电解液和至少两个电极的电解室中的步骤。期望在上面形成晶体纳米陶瓷涂层的金属层的表面的至少一部分和电极的一部分与含水电解液接触。

通过在该部分与电极之间施加具有交替极性的电压脉冲的序列(其中恒电势地和恒电流地独立地控制正脉冲和负脉冲)，可以在不导致显著水平的微放电的情况下施加具有高电压的脉冲。通过在形成纳米陶瓷涂层期间最小化或避免微放电事件，可以控制涂层参数，诸如表面粗糙度和涂层孔隙度的大小。因此，通过控制该过程，根据期望可以形成平均孔大小低于500纳米的纳米陶瓷层。

微放电也可以称为微火花(microspark)放电或微弧(microarcing)。微放电的存在是PEO涂层工艺的基本特征，但是会产生本征地不适合用在MSIV中的陶瓷层。因此，优选的是，使用无火花过程产生纳米陶瓷涂层。

可能有利的是，调整正电压脉冲和负电压脉冲的形状，以避免在每个电压脉冲期间形成电流尖峰。电流尖峰与涂层的击穿和微放电有关。通过调整电压脉冲的形状以避免电流尖峰，可以显著减少或消除微放电。如上所述，微放电对许多涂层性质，例如对层的平均孔大小并且因此对层的介电强度产生有害影响。

在正电压脉冲和负电压脉冲中的一个或两个的形状基本上为梯形形状的情况下，会是特别有利的。

金属层中材料的转化以形成纳米陶瓷层发生在正电压脉冲期间，在正电压脉冲期间金属层相对于电极阳极偏置。纳米陶瓷层被形成为与金属材料本身发生反应的含水电解液中的含氧物质。在连续的正电压脉冲期间，纳米陶瓷层的厚度增大。随着该层的厚度增大，该层的电阻增大并且针对所施加的电压有更少的电流流动。因此，虽然优选的是在预定周期内正电压脉冲中的每个正电压脉冲的峰值电压是恒定的，但是在预定周期内随每个连续的电压脉冲流动的电流可以减小。

随着纳米陶瓷层的厚度的增大，该层的电阻增大，并且因此在每个连续的负电压脉冲期间通过该层的电流导致该层的电阻发热。在负电压脉冲期间的这种电阻发热可以有助于该层中的增加的扩散水平，并且因此可以辅助发展中的层内结晶化过程和晶粒形成过程。

通过以这种方式控制纳米陶瓷涂层的形成，优选地其中基本上避免了微放电，可以形成具有晶体或极细尺度的晶粒大小的致密涂层。优选地，所形成的纳米陶瓷涂层的晶粒大小小于200纳米，特别优选地小于100纳米，例如小于50纳米。

如果使用在电解液中执行的电解过程来形成纳米陶瓷层，会是有利的，其中电解液是碱性水溶液，优选地是pH为9或更大的电解液。优选地，该电解液具有大于1mS cm^-1的导电率。合适的电解液包括碱金属氢氧化物，特别是包括氢氧化钾或氢氧化钠的电解液。

如果电解液是胶体的并且包括分散在水相中的固体颗粒，会是特别有利的。特别优选的是，电解液包括具有小于100纳米的颗粒大小的一定比例的固体颗粒。

颗粒大小是指颗粒的最大尺寸的长度。

在所施加的电压脉冲期间产生的电场导致分散在水相中的静电带电的固体颗粒向金属层的生长非金属纳米陶瓷涂层的表面转移。随着固体颗粒与生长的纳米陶瓷涂层接触，固体颗粒可以与涂层发生反应并且变成并入到涂层中。因此，在使用胶体电解液的情况下，纳米陶瓷涂层可以包括通过金属层的表面的一部分的氧化所形成的纳米陶瓷材料以及通过源于电解液的胶体颗粒所形成的纳米陶瓷材料两者。

在阳极化正电压脉冲期间产生了形成在金属层上的纳米陶瓷涂层。为了使纳米陶瓷涂层生长，需要在金属层与电解液之间保持连接。生长的纳米陶瓷涂层并不是完全致密的，而是具有一定程度的孔隙。通过该孔隙来保持金属层材料与电解液之间的连接。在电解液是胶体的并且包括固体颗粒的情况下，可以显著改变在纳米陶瓷涂层的形成中所固有的孔隙。分散在水相中的非金属固体颗粒在电场下可以迁移到生长中的涂层的孔中。一旦进入到孔内，固体颗粒例如通过烧结过程可以与涂层以及已迁移到孔中的其它固体颗粒两者发生反应。以这种方式，显著减小了孔的尺寸并且改变了涂层的孔隙，发展为纳米孔隙。例如，涂层中的孔的最大尺寸可以从1或更多微米宽减小到小于400纳米宽或小于300纳米宽。

通过减小孔隙，增大了纳米陶瓷涂层的密度。此外，遍布该涂层的孔隙的尺寸的减小可以显著地增大涂层的介电强度和导热率。

一种合适于在金属层的表面上形成介电纳米陶瓷涂层的设备可以包括用于容纳含水电解液的电解室、能够位于电解室内的至少两个电极，以及能够在金属层与电极之间施加具有交替极性的电压脉冲序列的电源。

特别有利的是，该设备还包括胶体电解液，胶体电解液包括分散在水相中的固体颗粒。分散在这样的电解液中的固体颗粒可以变成并入使用该设备产生的纳米陶瓷涂层中。

只要从金属层的两个表面施加电解槽中提供的电场，形成纳米陶瓷涂层的上述示例性技术就提供通孔过孔内的介电涂层的均匀性。由于厚度校平效应，实现均匀性，这意味着具有较高纳米陶瓷厚度的涂覆区域具有更高的电阻，这导致在具有较低纳米陶瓷厚度的区域中优先纳米陶瓷生长。这种自校平机制可以解释在边缘和角落上提供纳米陶瓷的一致厚度和质量的能力。

对于特定应用，会期望填充纳米陶瓷涂层中存在的任何孔。因此，根据本发明的任意方面的MSIV可以包括如下纳米陶瓷涂层：该纳米陶瓷涂层已经被合适的有机或无机材料密封或浸渍，以填充涂层中的任何孔。合适的密封材料可以为：例如树脂、含氟聚合物、聚酰亚胺、聚酯、水玻璃、丙烯酸或溶胶凝胶材料。合适的密封材料的这个列表并不是穷举的，并且本领域技术人员将能够鉴别其它合适的材料。密封材料可以通过许多已知方法(例如通过浸泡、喷射、真空浸渍以及通过PVD和CVD沉积技术)被涂敷于涂层。

根据本发明的任意方面的MSIV包括在纳米陶瓷层的表面上构造的电路。可以通过任何常规技术，诸如丝网印刷术、导电油墨印刷、无电镀金属化、电镀金属化、金属箔的粘接、预制柔性电路的接合、金属溅射、化学气相沉积(CVD)金属化以及物理气相沉积(PVD)金属化来提供电路。

根据本发明的任意方面的MSIV包括位于绝缘通孔内的导电过孔。导电过孔包括穿过绝缘通孔的导电材料，诸如金属，从而形成绝缘过孔。可以通过常规技术，诸如通过丝网印刷术、无电镀金属化和电镀金属化、化学气相沉积(CVD)以及物理气相沉积(PVD)而用导电材料填充过孔来实现将导电材料并入到通孔中。能够通过上述技术的组合，诸如在通过无电镀过程构造金属籽晶层而后进行导电过孔材料的电镀构造来实现构造具有导电芯的绝缘过孔。

特别适合于高温应用的MSIV的优选实施方式可以包括金属层，该金属层具有在金属层上形成的纳米陶瓷涂层；以及电路，其中，完全用无机材料诸如金属，例如通过在金属溅射而后进行无电镀金属化或电镀金属化来构造该电路。这样的MSIV具有完全无机组分并且能够在高于200℃的温度下进行操作。它们不受塑料材料所固有的热降解所影响。无机MSIV在用作在例如半导体封装、高温电子器件、聚光型光伏器件、热电能量收集、高亮度LED或工作在高环境温度下的传感器中使用的装置的基板时可能是特别有利的。这些应用通常需要从板的顶侧到底侧的通孔过孔连接。

又一方面可以提供一种形成具有如上所述的绝缘过孔的金属基板(MSIV)的方法，该方法包括以下步骤：

提供金属层，

通过金属层的第一表面与第二表面之间的金属层的厚度来限定通孔，

在金属层的第一表面和第二表面中的至少一个上以及在通孔的内壁上形成介电层，该介电层至少部分地通过金属层的氧化来形成，用导电材料填充通孔以形成导电过孔，并且在介电层的一部分上形成电路，该电路与导电过孔电接触和/或热接触。

又一个方面可以提供被合并或者安装到根据以上任意方面的MSIV的装置。与现有技术MSIV相比，根据本发明的MSIV具有更优的介电性质和导热性质，并且安装到其上的装置由于改进的通过MSIV从装置的部件的热传导而可以更有效地进行操作。这样的热传导可以通过MSIV上涂层的改进的介电强度以及材料的改进的导热率的组合来实现，其中，MSIV上涂层的改进的介电强度允许该涂层在提供电绝缘的同时可以更薄。

对于特定应用，可以证明具有多层结构的MSIV是有利的。例如，可以根据上文所述的任意方面或实施方式来形成MSIV，并且该MSIV随后可以形成多层MSIV的基部。也就是说，另外的MSIV可以置于该MSIV的表面以形成多层结构。

本发明的优选实施方式

现在将参考附图来描述本发明的优选实施方式，其中：

图1是实施本发明的MSIV的侧剖视图，MSIV包括具有绝缘过孔的金属片，MSIV的绝缘由介电纳米陶瓷层来提供。构造在绝缘金属层两侧上的电路通过导电过孔连接。

图2是适合于在具有通孔过孔的金属层上构造纳米陶瓷介电涂层的电解装置的示意图。

图3是图示出使用厚膜金属化技术构造MSIV的示意图。

图4是图示出使用粘接铜技术构造MSIV的示意图。

图5是图示出通过金属籽晶层和随后的电镀图案镀层的溅射使用直接金属化构造MSIV的示意图。

图6是具有绝缘通孔过孔的金属基板的横截面的SEM图像。

图7是具有纳米陶瓷层和阳极化介电层的绝缘金属基板的横截面的SEM图像。

图8是形成在铝合金上的纳米陶瓷涂层的X射线衍射(XRD)图案。

图1提供了实施本发明的具有绝缘过孔的金属基板(MSIV)的示意性侧视图，MSIV包括在上表面和下表面上通过介电纳米陶瓷层12绝缘的金属层或片11。MSIV包括在位于金属片11的相反侧上的纳米陶瓷层12的表面上构造的电路13、14。介电纳米陶瓷层提供使电路13和14的区域互连的导电通孔过孔15的表面的电绝缘。

金属片可以具有在10微米与30,000微米之间的任何厚度。厚度由诸如热容量、热阻、机械强度的要求的范围来确定。应当由以下金属形成金属层，该金属能够通过电化学转变技术被处理以在金属层的表面上形成纳米晶体氧化层。这样的金属的示例包括铝、镁、钛、锆、钽、铍或这些金属中的任何金属的合金或金属互化物。

如在GB专利GB2497063中所描述的，使用在胶体电解液中金属到氧化物的电化学转变的专有技术来涂敷纳米陶瓷涂层12，该专利GB2497063的内容通过引用被合并到本文中。纳米陶瓷层的厚度可以从0.1微米到100微米变化，并且该厚度由MSIV的电绝缘要求诸如击穿电压来确定。

电路13和14被构造在位于MSIV的相反侧的纳米陶瓷层的表面上。通过常规方法，诸如丝网印刷术、导电油墨喷墨印刷、无电镀金属化、电镀金属化、金属箔的粘接、预制柔性电路的接合、金属溅射、化学气相沉积(CVD)金属化以及物理气相沉积(PVD)金属化，或者这样的方法的组合，形成电路。可以使用具有高金属含量的印刷Ag或印刷Cu过孔填充材料或者通过镀铜而在绝缘通孔内构造过孔的导电芯。

图2图示出适合于与在具有预先钻出的通孔21的金属层上形成纳米陶瓷介电层的方法一起使用的典型电解设备。该设备包括容纳电解质溶液23的化学惰性槽22，例如由不锈钢合金形成的槽。电解质溶液23是碱性电解质水溶液，例如氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，并且电解质溶液23具有大于1mS cm^-1的导电率。电解液可以为包括固体颗粒的胶体电解液，其中这些固体颗粒中的一定比例具有低于100纳米的颗粒大小。

期望在上面形成非金属涂层的金属层或片21电连接至脉冲电源24的第一输出27。电极25’和25”连接至脉冲电源24的第二输出28。两个电极25’和25”被布置在金属层21的任一侧，以在金属层的表面上以及在通过金属层限定的通孔内产生均匀电场。电极25’、25”和金属层21被浸渍在槽22内所容纳的电解液溶液23中。脉冲电源24能够供给具有交替极性的电脉冲，以使金属层21相对于电极25’和25”电偏置。

注意到，应当期望多于两个的电极可以被耦接至脉冲电源24的输出。同样，多于一个的金属层可以同时被耦接至脉冲电源4的输出，使得多于一个的金属层可以在任何同一时间被涂覆。

图2的设备还包括热交换器26，电解液23通过该热交换器26循环。热交换器6允许电解液23在槽22内循环，并且此外热交换器26允许控制电解液的温度。

示例1

图3A至图3C图示出使用厚膜金属化技术形成MSIV的具体实施方式所涉及的步骤。这样的MSIV可以有利地用于例如半导体封装。例如，这样的MSIV可以用作LED表面安装部件的金属基板。

图3A图示出基部金属层31，该基部金属层31是0.5mm厚的铝片(6061等级)，其具有通过片从顶面到底面限定的直径为0.2mm的通孔35。通过上述电化学过程来处理该铝片，以在两个表面上以及在通孔35的内壁上产生纳米陶瓷介电涂层32。在图6中示出了该绝缘基板的SEM横截面图像。介电纳米陶瓷层32均匀且连续地覆盖两个平坦表面以及通孔35的内壁，而没有裂缝或瑕疵。介电层的厚度是20微米，这提供了对应于1300V DC的电绝缘。

如图3B中所示，通过用Ag过孔填充材料填充绝缘通孔来形成过孔36。然后，通过丝网印刷术以及随后的热固化或光子固化(图3C)在金属层的两侧上构造电路33和34。在介电纳米陶瓷涂层上形成位于金属片的相反侧的电路区域，并且所述电路区域通过导电过孔36被电连接和热连接，导电过孔36延伸通过金属层，但是与金属层电绝缘。

示例2

图4A至图4F图示出使用粘接铜技术形成MSIV的具体实施方式所涉及的步骤。这样的MSIV可以特别优选地例如作为功率电子应用的基板。

图4A图示出基部金属层41，该基部金属层41是具有直径为0.3mm的通孔45的1mm厚铝片(6082等级)。通过上述电化学过程来处理该铝片，以在两个表面上以及在通孔45的内壁上产生纳米陶瓷介电涂层42。该介电纳米陶瓷层的厚度是35微米，这提供了2000V DC的电绝缘。

如图4B中所示，涂有4微米厚的环氧树脂的35微米厚的铜箔47被粘接至绝缘片的两侧。然后，从通孔区域蚀刻掉铜箔(图4C)。可以涂敷光致抗蚀剂掩膜以防止从金属层的其它区域蚀刻掉铜箔。

如图4D中所示，然后用可电镀的Cu焊膏46填充通孔以形成导电过孔。随后，将70微米厚的铜层电镀地涂敷到金属层的两侧上，因此导致金属层的每侧上铜层的总厚度达到105微米(图4E)。最后，通过经由适当定位的光致抗蚀剂掩膜蚀刻该铜层而在基板的两侧上形成电路43和44，从而留下完全形成的MSIV(图4F)。

示例3

图5A至图5F图示出使用直接金属化、通过溅射TiCu籽晶层和随后的电镀图案镀层来形成MSIV的具体实施方式所涉及的步骤。这样的MSIV可以用于例如半导体封装。例如，这样的MSIV可以有利地用作高功率LED模片阵列的金属基板。

图5A图示出基部金属层51，该基部金属层51是是0.5mm厚的铝片(Al 6061等级)，其具有通过片从顶面到底面限定的直径为0.15mm的通孔。通过上述电化学过程来处理该铝片，以在两个表面上以及在通孔55的内壁上产生纳米陶瓷介电涂层52。该介电纳米陶瓷层均匀且连续地覆盖两个平坦表面以及通孔内部的表面，而没有裂缝或瑕疵。介电纳米陶瓷层的厚度是15微米，这提供了对应于1000V DC的电绝缘。然后将TiCu籽晶层57涂敷于介电层的所有表面，包括通孔内部的表面。利用TiCu的溅射来涂敷籽晶层(图5B)。沉积该籽晶层达到2微米厚。然后将光致抗蚀剂掩膜涂敷于籽晶层(图5C)，并且生长基板被电镀铜。镀铜以在金属层的两侧上产生70微米厚的层59(图5D)。电镀过程构造了导电衬垫和迹线的区域，并且也用铜完全填充了该通孔，从而产生导电过孔56。随后去除光致抗蚀剂掩膜(图5E)，并且蚀刻籽晶层以完成在基板的两侧上形成电路53和54(图5F)。

图6是示出在形成绝缘过孔的金属化前(图6A)和在金属化后(图6B)金属层的横截面的SEM图像，其中金属层具有介电层形成的绝缘通孔。金属层是具有20微米的纳米陶瓷涂层62的0.5mm厚的Al片61，其中纳米陶瓷涂层62在金属层61的所有表面，包括通过该片限定的通孔63的内壁上提供电绝缘。图6A展示了纳米陶瓷层均匀并连续地覆盖金属层61的两个平坦表面和通孔的内表面。图6B展示了金属化64完全填充通孔以形成导电过孔，以及用35微米厚的Cu层覆盖基板的两侧上的所需区域，以产生电路。

图7A是已使用本文所限定的纳米陶瓷涂层而绝缘的通孔的横截面的SEM图像。相比之下，图7B是相同尺度的SEM图像，其示出了已经通过金属层的阳极化被绝缘的通孔的等效部分。图7A展示了均匀介电层71，其不具有物理瑕疵并且提供所需要的电绝缘。然而，图7B以分层74的形式示出了阳极化绝缘层73的多个瑕疵以及到达基部Al金属层71的裂缝75。阳极化涂层不能够提供允许形成具有绝缘过孔的金属基板的、通孔内所需要的电绝缘。

图8是形成在铝合金上的纳米陶瓷涂层的X射线衍射(XRD)图案。图层的XRD分析揭示了涂层的组分是氧化铝，并且揭示了该涂层的平均晶体晶粒大小为40nm。对衍射峰的加宽的分析证实了晶体基本上是等轴的。根据谢乐公式(B.D.Cullity&S.R.Stock,Elements of X-Ray Diffraction,3^rd Ed.,Prentice-Hall Inc.,2011,p 167-171)基于XRD数据来计算平均晶体大小。