因为其与金属氧化物介电层的击穿以及微放电相关联。微放电可能对用于绝缘目的的介电层的特性具有不利影响。例如，微放电可能影响金属氧化物介电层中孔的结构和尺寸，并因此影响介电层的介电强度。
[0040]在一个实施方案中，在正电压脉冲期间发生金属芯基底中的材料向金属氧化物绝缘体表面层的转变，其中金属芯基底相对于电极被施加阳极偏压，如下所述。在水性电解液中的含氧物质与金属芯基底反应时，形成金属氧化物绝缘体。因此，连续的正电压脉冲可以增大金属氧化物层的厚度。随着金属氧化物层的厚度增大，绝缘体的电阻可能增大，并因此对于所施加电压来说较少的电流可以流动。因此，尽管使各正电压脉冲的峰值电压在预定时间段中恒定可能是有利的，但是伴随每个连续电压脉冲的电流流动在预定时间段中可能减小。
[0041]此外，随着金属氧化物绝缘体的厚度增大，金属氧化物介电层的电阻可能增大，因此在每个连续负电压脉冲期间流经金属氧化物层的电流可能使金属氧化物层发生电阻加热。负电压脉冲期间的这种电阻加热可以有助于使金属氧化物层中的扩散水平增大，并因此可以有助于在形成中的介电层内的期望的结晶和晶粒形成。在一个优选实施方案中，通过控制金属氧化物层的形成(其中避免了微放电)，可以形成用于绝缘的较致密的金属氧化物层，该金属氧化物层包含尺度非常小的微晶或晶粒尺寸。本文中所使用的术语“晶粒尺寸”是指跨金属氧化物介电层中的晶粒或晶体的平均尺寸的距离。
[0042]在一个实施方案中，电压脉冲的脉冲重复频率可以为0.1KHz至20KHz、具体为
1.5KHz至15KHz或者2KHz至1KHz。例如，有利的脉冲重复频率可以为2.5KHz或3KHz或4KHz。在低的脉冲重复频率下，金属氧化物层可能经历一段时间的生长，然后经历一段时间的欧姆加热。因此，与利用较高的脉冲重复频率相比，所得到的金属氧化物层可能获得较粗糙的结构或表面轮廓，并且相对较高的脉冲重复频率可以产生更加精细的结构以及更加光滑的涂层表面，但是该工艺的生长速率以及效率在一定程度上可能减小。
[0043]形成用于绝缘的金属氧化物层的方法可以在电解液中进行，该电解液为碱性水溶液，具体是PH为9或更大的电解液。具体地，该电解液具有大于ImS cm—1的电导率。电解液可以包含碱金属氢氧化物，特别是包含氢氧化钾或氢氧化钠的那些。
[0044]有利地，该电解液可以为胶态的并且包含分散于水相中的固体颗粒。具体地，该电解液可以包含一定比例的颗粒尺寸小于100纳米的固体颗粒，其中颗粒尺寸是指颗粒的最大尺寸的长度。
[0045]因此，在一个实施方案中，在所施加的电压脉冲期间产生的电场可以使分散于水相中的带静电的固体颗粒朝着其上正在生长金属氧化物层的金属芯基底的表面运送。当固体颗粒接触生长中的金属氧化物层时，固体颗粒可以与所述层反应和/或与所述层物理混合，并变得结合到所述层中。因此，在使用胶态电解液时，金属氧化物层可以任选地包括通过使金属基底的表面的一部分氧化而形成的材料以及源自电解液的胶态颗粒二者。具体地，分散于水相中的金属氧化物固体颗粒可以在电解过程的电场作用下迀移至生长中的金属氧化物层的孔中。一旦在所述孔内，所述固体颗粒就可以例如通过烧结工艺而与金属氧化物层以及已迀移进入金属氧化物层的孔中的其他固体颗粒二者发生交互作用或反应。以此方式，据信孔的尺寸可以减小并且金属氧化物层会形成所期望的纳米孔隙率。通过减小孔隙率，金属氧化物介电层的密度增加。透过金属氧化物介电层的孔隙的尺寸减小可以显著增大所述层的介电强度和热导率，已发现这有助于在金属芯基底的各个侧上以及在通孔通路中形成有效的介电层。
[0046]电解液可以包含最初存在于电解质溶液中的固体颗粒。或者，可以在电解过程期间向水性电解液添加固体颗粒。固体颗粒可以是陶瓷颗粒，例如结晶陶瓷颗粒或玻璃颗粒，并且一定比例的颗粒可以具有小于100纳米的最大尺寸。在一个实施方案中，固体颗粒可以是选自硅、铝、钛、铁、镁、钽、稀土金属、及其组合中的元素的一种或更多种金属氧化物或氢氧化物。在一个实施方案中，胶态电解液中的固体颗粒可以具有特征等电点，对应于该等电点的PH可以与该电解液的水相的pH相差1.5或更多，使得在施加双极性电脉冲期间，所述固体颗粒可以在所施加电场的影响下朝向金属芯基底的表面迀移并且在形成金属氧化物绝缘层时变得结合到该金属氧化物绝缘层中。
[0047]如上所述，形成金属氧化物层的方法可以持续预定时间。特别地，可执行该过程达提供金属氧化物介电层的所期望或所预先选择的厚度所需要的时间，以为预期目的或应用提供必要的绝缘。在一个实施方案中，预定时间可以为I分钟至2小时、具体为8分钟至20分钟。金属氧化物材料的层的形成速率可以取决于许多因素，包括:电压、用于对基底相对于电极加偏压的波形、和/或当该方法采用胶态电解液时胶态电解液中的颗粒的密度和尺寸、以及所涉及的时间。
[0048]如可以被本领域技术人员所理解的，适用于在金属芯基底的表面上形成金属氧化物介电层的设备可以包括:用于容纳水性电解液的电解室;可位于该电解室中的电极；以及能够在金属芯基底与电极之间施加电压(具体为一系列具有交替极性的电压脉冲)的电源。在一个实施方案中，电源包括第一脉冲发生器，所述第一脉冲发生器用于产生以恒电压方式受控的系列正电压脉冲，以对金属芯基底相对于电极加阳极偏压。所述电源还可以包括第二脉冲发生器，所述第二脉冲发生器用于产生以恒电流方式受控的系列负电压脉冲，以对所述基底相对于电极加阴极偏压。
[0049]利用这样的技术，电路材料的金属氧化物介电层的表面中的孔的平均直径可以小于500纳米、具体地小于400纳米、更具体地小于300纳米或小于200纳米。金属氧化物介电层可以具有平均晶粒尺寸小于500纳米(0.5微米)的结晶结构。
[0050]可以使用使金属芯基底的表面氧化的其他方法。例如，可以使用经适当优化的常规阳极化来在金属芯基底上形成金属氧化物介电层，如通过常规阳极化所熟知的。然而，常规阳极化往往产生更多孔的且通常具有非晶结构(即，经阳极化的涂层很少为结晶的)的介电层。其中已通过阳极处理工艺而形成有介电层的电路材料可能被限于要求较不严格的较低功率的应用。使金属芯基底的表面氧化的又一方法是通过等离子体电解氧化(PEO)，其为一种阳极化，如本领域技术人员将理解的。所产生的介电层可以是结晶的，但往往具有较高的平均孔隙大小，这可能限制介电特性和热导率。
[0051]因此，期望在金属氧化物绝缘体中获得纳米尺度的孔隙，其可有助于实现所期望的和有益的机械特性和电特性，并且使通孔通路的绝缘更加有效。例如，低的平均孔径可以增大层的介电强度。高的介电强度可以意味着可以减小针对特定应用而实现预定最小介电强度所需的金属氧化物介电厚度，这进而可以增大该层的热导率。此外，较低的孔尺寸也可以通过改进穿过该层的热流动路径来提高金属氧化物介电层的热导率。具体地，在一个实施方案中，电路材料中的金属氧化物介电层的孔的平均尺寸小于400纳米、具体地小于300纳米，以提尚电路材料的特性。
[0052]更具体地，根据电路材料的一个实施方案，电路材料的介电层是结晶氧化铝材料，该结晶氧化铝材料包含平均直径小于200纳米、具体地小于100纳米(例如约50纳米或40纳米)的晶粒。这样的晶粒可以被称为晶体或微晶。因此，电路材料的一个具体实施方案可以包括作为纳米结构层的氧化铝介电层，其中氧化铝介电层包括具有纳米尺度尺寸的结构特征。细小的晶粒尺寸可以改进结构均匀性以及诸如硬度、耐磨性和光滑表面轮廓等特性。细小的晶粒尺寸也可以增大介电材料的热导率、介电强度和介电常数。
[0053]布置在金属氧化物介电层上的导电金属层有利地既是导电性又是导热性。用于形成本文中所公开的电路材料的有用导电金属层包括不锈钢、铜、镀镍的铜、铝、铜覆铝、锌、锌覆铜、铁、过渡金属、以及包括上述中至少之一的合金，其中铜特别有用且在本文中作为导电金属的代表。关于导电金属层的厚度没有特别限制，而且对导电金属层的表面的形状、尺寸或纹理也没有任何限制。在一个示例性实施方案中，导电金属层的厚度为约3微米至约200微米、具体地为约5微米至约180微米、更具体地为约7微米至约75微米。当存在两个或更多个导电金属层时，所述两个层的厚度可以相同或不同。
[0054]包含镀覆金属(具体地，电镀铜)的导电金属层特别有用。
[0055]在一个实施方案中，第一导电金属层和第二导电金属层以及通孔通路中的含金属的芯元件包含铜。镀铜的导电金属层还可以涂覆有银或金。第一导电金属层和第二导电金属层的总厚度可以为I微米至250微米，而金属芯基底的厚度可以为0.5mm至1.5mm、具体地为0.38mm至1.0mm，该厚度对应于所存在的通孔通路的厚度。
[0056]位于金属芯基底的相反侧上的第一导电金属层和第二导电金属层可以通过选自以下的工艺来形成:丝网印刷、金属墨印刷、无电镀金属化、电镀金属化、化学气相沉积(CVD)、以及等离子体气相沉积(PVD)金属化。因此，金属箔或挠性电路可以得以消除。导电金属层可以如以下所进一步讨论的被图案化，或者不被图案化。电路材料可以有利地呈面板的形式，所述面板所具有的面积为4.5英寸X4.5英寸的常规面板(图像面积为4英寸X4英寸的陶瓷坯板)的面积的15倍至20倍。随后，这样的较大的面板可以被分成单独的单元或者被用于制造较大的单独面板。例如，可以制成14英寸X 22英寸的电路材料。例如，尺寸为14英寸X 22英寸的面板可以实现3 X 5个面板图像的阵列或者相当于15个4.5英寸X 4.5英寸的面板。
[0057]一般而言，可以通过总体上包括如下步骤的方法来制造电路材料:提供导热的金属芯基底;在该金属芯基底中形成至少一个通孔通路;通过包括使该金属芯基底的上表面部分中的金属氧化转变成金属氧化物的工艺而在该金属芯基底的相反侧上以及在所述通孔通路中形成金属氧化物介电层；以及然后在该金属芯基底的相反侧上的至少因此形成的金属氧化物介电层的表面之上施加铜或其他导电金属。(在以下对该方法的讨论中，将使用铜来代表导电金属，但应理解不将该方法限于铜)。
[0058]在一个实施方案中，可以在镀覆导电金属层期间用含金属的芯元件填充通孔通路，从而形成作为块体金属的含金属的芯元件，所述含金属的芯元件电连接金属芯基底的相反侧上的导电层。或者，可以在施加导电金属层之后用含金属的芯元件填充通孔通路，所述含金属的芯元件电连接金属芯基底的相反侧上的导电层，