具有低带隙聚合物粘合剂的电压可切换介电材料或复合物制造技术

提供了一种组合物，该组合物包含一种聚合物粘合剂和一类或多类颗粒组分。至少一类颗粒组分包含各自具有不大于２ｅＶ的带隙的半导电颗粒。作为ＶＳＤ材料，该组合物（ｉ）在不具有超过特征电压水平的电压的情况下为介电性的，并且（ｉｉ）在施加所述超过特征电压水平的电压的情况下为导电性的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所述实施方案涉及电压可切换介电材料。具体而言，本文所述实施方案涉及 具有低带隙聚合物粘合剂的电压可切换介电(voltageswitchable dielectric)材料或复 合物。
技术介绍
已知电压可切换介电(VSD)材料为在低电压下具有绝缘性并且在高电压下具有 导电性的材料。这些材料通常为在绝缘聚合物基质中含有导电性、半导电性和绝缘性颗 粒的复合物。这些材料用于电子装置的瞬时保护、最显著的是静电放电保护(ESD)和过电 应力(EOS)。通常地，VSD材料具有电介质的性能，除非施加了特征电压或电压范围—— 在该情况下其具有导体性能。存在多种VSD材料。电压可切换介电材料的实例在文献例 如美国专利No. 4，977，357、美国专利No. 5，068，634、美国专利No. 5，099，380、美国专利 No. 5，142，263、美国专利 No. 5，189，387、美国专利 No. 5，248，517、美国专利 No. 5，807，509、 WO 96/02924和WO 97/26665中有提供，所有这些专利的内容通过引证的方式纳入本文。VSD材料可使用多种方法和材料或者组合物形成。一种常规技术提供了，将一层聚 合物填充大量的金属颗粒至极接近逾渗阈值(percolationthreshold)——其通常大于25 体积％。然后将半导体和/或绝缘体材料添加到该混合物中。另一种常规技术提供了，通过混合掺杂的金属氧化物粉末、然后烧结该粉末从而 制得具有晶界的颗粒、然后将该颗粒添加到一种聚合物基质中至上述逾渗阈值而形成VSD 材料。形成VSD材料的其他技术及组合物在专利技术名称为VOLTAGESWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING C0NDUCTIVE0R SEMI-CONDUCT IVE ORGANIC MATERIAL 的美国专利申请 No. 11/829，946 和专利技术名称为 VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRICMATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES 的美国专利申请 No. 11/829, 948 中有描述。附图说明图1为VSD材料的一个层或厚度的说明性(不按比例)剖视图，描绘了多种实施 方案的VSD材料的组分。图2为图1中所绘VSD材料的随机试样部分的一个特写，用以说明在一个实施方 案的VSD材料中使用具有相对低带隙的颗粒填充剂的效果。图3A和图3B各自说明了用具有例如本文提供的任一个实施方案所述的组合物的 VSD材料构造的基底装置的不同结构。图4为电子装置的一个简图，在该电子装置上可配有本文所述实施方案的VSD材 料。
技术实现思路
本文所述实施方案提供了包含一种具有相对低带隙的聚合物粘合剂的VSD材料。 所述聚合物粘合剂可制备成具有小于2电子伏特(eV)的带隙。在一个实施方案中，所述 聚合物粘合剂的带隙值在0. 8-1. 2eV的范围内。所述聚合物粘合剂可由多种聚合物组分 形成，所述组分包括至少一种用于将该聚合物粘合剂的有效带隙调至所需范围的聚合物组 分。另外，本文所述实施方案还提供了含有半导电颗粒的VSD材料，所述半导电颗粒 具有相对低的带隙以增强聚合物的性能；或者替代地，本文所述实施方案提供了含有半导 电颗粒的VSD材料，所述半导电颗粒具有相对低的带隙以增强聚合物的性能。所述半导 电颗粒可为具有与所述聚合物粘合剂的带隙基本相等或与之相当(例如小于2电子伏特 (eV))的带隙的微米或纳米尺寸的颗粒。所述半导电颗粒可分散在聚合物粘合剂中从而形 成VSD材料的一个聚合物复合物部分。根据一个实施方案，提供了一种含有一种或多种聚合物组分和一类或多类颗粒组 分的组合物。至少一类颗粒组分包含各自具有不大于2eV的带隙的半导电颗粒。替代地， 所述半导电颗粒各自具有基本等于聚合物粘合剂带隙的带隙；或者另外地，所述半导电颗 粒还各自具有基本等于聚合物粘合剂带隙的带隙。作为VSD材料，该组合物(i)在不具有 超过特征电压水平的电压的情况下为介电性的，并且(ii)在施加所述超过特征电压水平 的电压的情况下为导电性的。电压可切换介电(VSD)材料本文所用“电压可切换材料”或“VSD材料”为任意下述组合物或组合物的结合，所 述组合物或组合物的结合具有介电性或非导电性特征，除非对该材料施加了超过该材料特 性水平的场或电压——在此情况下，该材料变为导电性的。因此，VSD材料为一种电介质，除 非对该材料施加了超过特性水平的电压(或场)(例如由ESD事件提供)——在此情况下， VSD材料转换成导电状态。VSD材料还可被表征为一种非线性电阻材料。在许多应用中， VSD材料特征电压值的数值范围比电路或装置的工作电压水平高几倍。所述电压水平可大 约与瞬时条件相当，所述瞬时条件例如由静电放电而产生，但实施方案也可包括使用有计 划的电事件。此外，一个或多个实施方案提供了，在电压不超过特征电压的情况下，所述材 料表现类似于粘合剂(即其为非导电性的或介电性的)。此外，一个实施方案提供了，VSD材料可表征为含有部分地与导体或半导体颗粒混 合的粘合剂的材料。在电压不超过特征电压水平时，所述材料整体上变得具有粘合剂的介 电性。在施加超过特征水平的电压的情况下，所述材料整体上变得具有导电性。根据本文所述的实施方案，可将VSD材料的组分均勻混入粘合剂或聚合物基质。 在一个实施方案中，所述混合物以纳米规格分散，意味着含有导电/半导电材料的颗粒在 至少一个维度上(例如横截面)为纳米规格的，并且构成整体分散体积量的大量颗粒各自 分离(以便不凝聚或压紧在一起)。此外，本文所述任一个实施方案的VSD材料可被提供给一种电子装置。所述电子装置可包括基底装置，例如印刷电路板、半导体封装、分立器件、薄膜电子器件、发光二极管 (LED)、射频(RF)组件和显示器件。 VSD材料的一些组合物通过将导电性和/或半导电性材料以刚好低于渗滤的量加 载到一种聚合物粘合剂中而起作用。渗滤可对应一个统计学上定义的阈值，当施加相对低 的电压时通过渗滤产生一个连续的导电通道。可添加其他绝缘或半导电材料，来更好的控 制逾渗阈值。 聚合物粘合剂或复合物本文所述的一些实施方案使用聚合物的混合物作为VSD材料的聚合物粘合剂，以 降低或调节聚合物粘合剂的有效带隙。通过降低聚合物粘合剂的有效带隙，可降低VSD材 料的“通导”电压(即钳位电压或触发电压)。在一个实施方案中，可调节聚合物粘合剂为 具有所需有效带隙值。聚合物粘合剂可通过混合具有所选浓度的聚合物进行调节。所述聚 合物混合物可包括具有相对较低带隙的第一类聚合物和具有其他所需特征或性能(例如 所需物理或机械性能)的第二类聚合物。将聚合物混合形成一种具有所需有效带隙值的聚 合物粘合剂。聚合物粘合剂的较低有效带隙便于降低VSD材料的触发电压/钳位电压，同 时保持VSD材料的所需机械性能。在聚合物粘合剂中使用的粘合剂和聚合物的具体实例在 图1的一个实施方案中有描述。更具体地，在无序非晶相中经由定域态进行的电子传递显著不同于在有序晶相中 的电子传递。聚合物的无序非晶相导致能带中随机分布的定域态。实施方案还表明，具有 费米能级附近的能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R弗莱明，L科索斯基，史宁，J吴，
申请(专利权)人：肖克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US