[发明专利]含有导体-叠-导体芯壳粒子的电压可切换介电材料

说明书

技术领域

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。

背景技术

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(EOS)。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WO 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VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL；和美国专利申请11/829,948，名称为VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES。

附图说明

图1是一层或一种厚度的VSD材料的示意截面图，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