含有导电芯壳粒子的电压可切换电介质材料制造技术

一种电压可切换电介质（ＶＳＤ）材料组合物，其包含一种浓度的芯壳粒子，所述芯壳粒子各自包含导体芯和壳，每个芯壳粒子的壳都是（ｉ）多层的和／或（ｉｉ）非均质的。如图示的，ＶＳＤ材料１００包括基质粘合剂１０５和多种粒子组分，以多种浓度分散于粘合剂中。所述ＶＳＤ材料的粒子组分可包括导电粒子１１０、半导体粒子１２０、纳米尺寸粒子１３０和／或芯壳粒子１４０的结合物。在一些实施方案中，所述芯壳粒子可取代一些或所有所述导电粒子。作为替代或变化方案，所述ＶＳＤ组合物可省略使用导电粒子、半导体粒子或纳米尺寸粒子，特别是存在一种浓度的芯壳粒子时。因此，ＶＳＤ组合物中包含的粒子组分的种类可改变，取决于所述ＶＳＤ材料所需的电学特性和物理特性。例如，一些ＶＳＤ组合物可包含导电粒子，但不包含半导体粒子和／或纳米尺寸粒子（例如碳纳米管）。另外，其它实施方案可能省略使用导电粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所述实施方案总体上属于电压可切换电介质材料，更具体而言，属于含有芯壳化合物的电压可切换电介质复合材料。
技术介绍
电压可切换电介质(VSD)材料是在低电压下绝缘而在较高电压下导电的材料。这些材料通常是在绝缘聚合物基质中含有导电粒子、半导电粒子和绝缘粒子的复合物。这些材料用于电子器件的瞬态保护，最值得注意的是静电放电保护(ESD)和电过载(EOS)。通常，VSD材料表现为电介质，除非施加特征电压或电压范围，这种情况下，其表现为导体。 存在多种VSD材料。电压可切换电介质材料的实例见于以下参考文件中，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 ^P Μ)97Λ6665，这些专利都通过引用的方式纳入本说明书。可用多种方法形成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非常接近逾渗阈值，通常为大于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、然后将粉末烧结以制备具有晶粒间界的粒子、再将粒子加入至聚合物基质至高出逾渗阈值，从而形成VSD材料。用于形成VSD材料的其它技术描述于名称为“具有导电或半导电有机材料的电压可切换电介质材料” (VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL)的美国专利申请 No. 11/8 , 946 和名称为“具有高纵横比粒子的电压可切换电介质材料”(VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES)的美国专利申请 No. 11/8 , 948。附图说明图1是一层或具有厚度的VSD材料的示例性(非按比例)的截面图，示出多个实施方案的VSD材料的组分。图2A示出一个实施方案中，芯壳结构用于VSD材料组合物的金属粒子组分的用途。图2B示出包括导电的/半导电的和/或纳米尺寸的粒子的结合物的VSD材料，以给出与本文所述的其它实施方案的对比方案。图2C示出含有两层或更多层壳材料的导体粒子。图2D示出含有壳结构层的导体粒子，所述壳结构层包含两种或更多种材料。图3A至图3C示出通过使用前体溶液形成壳材料而形成的表面改性导电粒子的实际图像。图4A和图4B各自示出配置有VSD材料的衬底器件的不同构造，所述VSD材料含有例如本文提供的任意实施方案所述的组合物。图5是电子器件的简图，其上可提供本文所述实施方案的VSD材料。 具体实施例方式本文所述的实施方案提供了一种电压可切换电介质(VSD)材料的组合物，其包含导电的芯壳粒子。根据一些实施方案，配制了 VSD材料，其含有各自包含导电芯和一层或多层壳层的粒子组分。在一些实施方案中，所述VSD材料包括用于相应的导电芯中心的多壳层。此外，一个实施方案提供了一种电压可切换电介质(VSD)材料的组合物，其包含一种浓度的芯壳粒子，所述芯壳粒子各自包含导体芯和壳，各芯壳粒子的壳为(i)多层的和/或(ii)非均质的。此外，一些实施方案包括一种组合物，其包含粘合剂，所述粘合剂含有均勻地混合于其中的多种粒子组分。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， 和一种浓度的包括导电芯壳粒子的粒子。特别是，所述的芯壳粒子可为导电的、一芯多壳 (core multi-layered shell,CCMLS)粒子。作为替代方案，所述芯壳粒子可包含非均质的壳，或者所述芯壳粒子另外可包含非均质的壳。所得VSD组合物(i)在不存在超过所述组合物特征电压水平的电压时是介电的，而(ii)在施加超过所述组合物特征电压水平的电压时是导电的。VSD材料概述如本文所用，“电压可切换材料”或“VSD材料”是任意的组合物或组合物的结合物，其具有介电或不导电特性，除非将超过所述材料特征水平的电场或电压施加于所述材料(这时所述材料是导电的)。因此，VSD材料是电介质，除非将超过特征水平的电压(或电场)(例如由ESD事件产生的)施加于所述材料(这时所述VSD材料切换成导电状态)。 VSD材料可进一步以非线性电阻材料为特征。在一个如所描述的实施方案中，特征电压可在超过电路或器件工作电压水平数倍的数值范围内变化。这样的电压水平可能大约为瞬态值，例如通过静电放电而产生，但一些实施方案可能使用的是计划的电学事件。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，所述材料的行为与粘合剂相似。此外，一个实施方案提出，VSD材料可表征为这样的材料，所述材料包含部分与导体或半导体粒子混合的粘合剂。当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符合粘合剂的介电特性。当施加超过特征水平的电压时，所述材料作为一个整体符合导电特性。许多VSD材料的组合物通过将一些导电材料分散于聚合物基质至刚好低于逾渗阈值来提供所需“电压可切换”的电学特性，其中所述逾渗阈值静态地定义为很可能会造成材料整个厚度内形成连续导电通路的阈值。其它材料，例如绝缘体或半导体，可分散于基质以更好地控制逾渗阈值。此外，其它VSD材料的组合物——包括一些含有诸如芯壳粒子(如本文所述)或其它粒子的粒子可选材料——可在逾渗阈值以上装载粒子可选材料 (particle constituency) 0如实施方案所述，为了保护器件的电路或电学元件(或器件的特定子区域)避免经受电学事件例如ESD或E0S，可将VSD材料置于所述电学器件上。因此，一个或多个实施方案提供，VSD材料具有超过所述器件的工作电路或元件的特征电压水平。根据本文所述实施方案，可将VSD材料的组分均勻地混合至粘合剂或聚合物基质。在一个实施方案中，以纳米级分散所述混合物，即包含有机导电/半导电材料的粒子至少在一个维度(例如横截面)上是纳米级的，并且占据体积中的全部分散量中大部分的粒子是彼此分离的(使得不会附聚或紧压在一起)。此外，可向电子器件提供本文所述任意实施方案的VSD材料。这类电子器件可包括衬底器件，例如印刷电路板、半导体包装、分立器件、发光二极管(LED)和射频(RF)元件。含有芯壳粒子的VSD复合物在一些应用中，使用使粒子装载至刚好低于逾渗阈值的VSD复合物可引起一些固有问题。特别是，本文所述实施方案考虑，在一些VSD组合物中可引入碳纳米管、导电聚合物和其它石墨化合物。但在一些实例中，当将这些粒子装载至所述组合物的基质以达到“刚好低于”逾渗阈值的水平时，所述粒子的导电性可能具有高于所需的电流漏泄值和/或极低的装载水平。其它半导电粒子或纳米棒，例如二氧化钛、氧化锡或掺锑氧化锡，导电性不佳， 因此可装载至高的水平。然而，这些材料导电性不佳，因此在“导通状态”下不能引导太多电流；从而不能提供太多ESD保护。因此，有利的是能够“调节”聚合物、粒子、纳米粒子和/ 或纳米棒的导电性和带隙，从而优化“导通状态”的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电压可切换电介质（ＶＳＤ）材料的组合物，包含粘合剂；和一种或多种分散于所述粘合剂中的粒子，所述一种或多种粒子包括一种浓度的芯壳粒子，所述芯壳粒子各自包含导体芯和壳，其中所述壳为（ｉ）多层的和／或（ｉｉ）非均质的。

【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，
申请(专利权)人：肖克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US