含有导体-叠-导体芯壳粒子的电压可切换介电材料制造技术

一种电压可切换介电(VSD)材料组合物，其包含一种浓度的芯壳粒子，所述粒子各包含导体芯和导体壳，以形成一种用于VSD材料的导体-叠-导体芯壳粒子组分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所述的实施方案总体上属于电压可切换介电材料，更具体而言，属于含有芯壳化合物的电压可切换介电复合材料。
技术介绍
电压可切换介电(VSD)材料是低电压下绝缘而较高电压下导电的材料。这些材料通常是在绝缘聚合物基体中包含导电粒子、半导电粒子和绝缘粒子的复合材料。这些材料用于电子器件的瞬变保护，最显著的是静电放电保护(ESD)和过电应力(E0S)。一般情况下，VSD材料表现为电介体，除非施加特征电压或电压范围，在这种情况下其表现为导体。存在各种各样的VSD材料。电压可切换介电材料的实例提供于参考文件例如美国专利4,977, 357、美国专利5，068，634、美国专利5，099，380、美国专利5，142，263、美国专利 5，189，387、美国专利 5，248，517、美国专利 5，807，509、WO 96/02924 和 TO 97/26665，这些专利全部以引用方式纳入本说明书。可用各种方法形成VSD材料。一种常规技术提出用高水平的金属粒子填充聚合物层至极接近于逾渗阈值(percolation threshold),通常大于25体积％。然后将半导体和/或绝缘体材料加入至混合物。另一种常规技术提出通过混合掺杂的金属氧化物粉末，再烧结粉末制成具有晶粒间界的粒子，然后将粒子加入至聚合物基体至高于逾渗阈值来形成VSD材料。其他形成VSD材料的技术记载于美国专利申请11/829，946，名称为VOLTAGESffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANICMATERIAL ;和美国专利申请 11/829，948，名称为 VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRICMATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES。附图说明图I是一层或一种厚度的VSD材料的不意截面图，描述根据多种实施方案的VSD材料的组分。图2示出根据一个实施方案的将芯壳结构用于VSD材料组合物的金属粒子组分的用途。图2B示出包括导电/半导电和/或纳米尺寸粒子的结合的VSD材料，以说明与本文所述其他实施方案的对比。图2C示出具有两层或多层壳材料的导体粒子。图2D示出具有包含两种或更多种材料的壳形成层的导体粒子。图3A至图3C示出表面改性导电粒子的真实图像，所述粒子使用前体溶液形成以形成壳材料。图4示出根据一个实施方案的用于VSD配制的导体-叠-导体(conductor^on-conductor)芯壳粒子组分。图5A示出布置有VSD材料的衬底器件，所述VSD材料具有例如本文提供的任一实施方案所述的组合物。图5B示出导电层嵌于衬底中的构造。图5C示出VSD材料纳入衬底中的垂直切换布置。图6是其上可提供有根据本文所述实施方案的VSD材料的电子器件简图。具体实施例方式本文所述实施方案提供一种包含导电芯壳粒子的电压可切换介电(VSD)材料组合物。根据一些实施方案，VSD材料配制成具有粒子组分，所述粒子组分各包括导电芯和一个或多个壳层。在一些实施方案中，VSD材料包括用于相应的导电芯中心的多个壳层。 在一些实施方案中，VSD材料包含导体-叠-导体芯壳粒子。这些粒子包括由例如金属如铜、银、镍、金或铝形成的芯。所述芯被一层或多层壳材料包围。外部或暴露的壳层(如果存在多于一个壳层)也包含金属，例如镍、银、金或铜。还进一步地，一个实施方案提供一种电压可切换介电(VSD)材料组合物,其包括一种浓度的芯壳粒子，所述粒子各包括导体芯和壳，每个芯壳粒子的壳都是(i)多层的和/或(ii)非均质的。还进一步地，一些实施方案包括一种组合物，其包括有多种粒子组分均匀混合于其中的粘合剂。所述多种粒子组分包括一种浓度的导体和/或半导体粒子组分，以及一种浓度的包括导体芯壳粒子的粒子。特别是，芯壳粒子可为导电的芯多层壳(CCMLS)粒子。此外或可作为替代地，芯壳粒子可包含非均质壳。所得VSD组合物(i)在不存在超过特征电压水平的电压时是介电的，且(ii)在施加超过组合物的特征电压水平的电压时是导电的。VSD材料概述本文所用的“电压可切换材料”或“VSD材料”为任意这样的组合物或组合物的结合，其具有介电或不导电特征，除非向材料施加超过材料特征水平的电场或电压，在这种情况下材料变为导电。因此VSD材料为介电的，除非向材料施加超过特征水平(例如由ESD现象(events)提供)的电压(或电场)，在这种情况下VSD材料切换成导电状态。VSD材料的特征可进一步为非线性电阻材料。在这样的实施方案中，特征电压可在超过电路或器件的操作电压水平数倍以外的范围内变化。这种电压水平可具有大约瞬变条件，例如由静电放电所产生的瞬变条件，但一些实施方案可包括使用计划的电现象。此外，一个或多个实施方案提出在不存在超过特征电压的电压时，材料的表现类似于粘合剂。还进一步地，一个实施方案提供这样的VSD材料，其特征可为含有与导体或半导体粒子部分混合的粘合剂的材料。在不存在超过特征电压水平的电压时，所述材料作为一个整体适应粘合剂的介电特性。在施加超过特征电压水平的电压时，所述材料作为一个整体适应导电特性。VSD材料的许多组合物通过将一种数量的导电材料分散在聚合物基体中至刚好低于逾渗阈值而提供所需的“电压可切换”电特征，其中逾渗阈值统计学上定义为可能穿越一种厚度的材料而形成连续导电通路的阈值。其他材料，例如绝缘体或半导体，可分散于基体中以更好地控制逾渗阈值。还进一步地，VSD材料的其他组合物,包括一些包括粒子组分例如芯壳粒子(如本文所述)或其他粒子的组合物，可负载逾渗阈值以上的可选粒子(particle constituency)。如一些实施方案所述,VSD材料可位于电子器件上保护器件的电路或电子部件(或器件的具体子区域)免于电现象，例如ESD或EOS。因此，一个或多个实施方案提出VSD材料具有超过器件的操作电路或部件的特征电压水平的特征电压水平。根据本文所述的实施方案，VSD材料的组分可均匀混入粘合剂或聚合物基体。在一个实施方案中，混合物以纳米级分散，这意味着包含有机导电/半导电材料的粒子在至少一个尺寸上(例如横截面)为纳米级并且包括该体积中的总分散量的可观数量的粒子是分别独立的(以使其不附聚或紧密在一起)。还进一步地，电子器件可具有根据本文所述任意实施方案的VSD材料。这种电子器件可包括衬底器件，例如印刷电路板、半导体包装(semiconductor package)、分立器件、发光二极管(LED)和射频(RF)部件。具有芯壳粒子的VSD复合物在一些应用中，使用负载粒子至刚好低于逾渗阈值的VSD复合材料可引起一些固有问题。特别是，本文所述的实施方案认识到，一些VSD组合物可纳入碳纳米管、导电聚合物和其他石墨化合物。但是在一些情况下，当这些粒子以“刚好低于”逾渗水平的水平时被负载至组合物的基体中时，粒子的导电性可具有比所需的电流漏泄高的和/或极低的负载水平。其他半导电粒子或纳米棒如二氧化钛、氧化锡或锑掺杂氧化锡不导电，因此可以高水平负载。但是，这些材料不导电，因此在“接通状态”下不能传导太多电流；所以不能提供太多的ESD保护。因此，希望的是能够“调本文档来自技高网...

【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：L·科索斯基，R·弗莱明，J·吴，P·萨拉夫，T·阮冈纳赞，
申请(专利权)人：肖克科技有限公司，
类型：
国别省市：