專利名稱：含有導(dǎo)電芯殼粒子的電壓可切換電介質(zhì)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所述實(shí)施方案總體上屬于電壓可切換電介質(zhì)材料，更具體而言，屬于含有芯殼化合物的電壓可切換電介質(zhì)復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
電壓可切換電介質(zhì)(VSD)材料是在低電壓下絕緣而在較高電壓下導(dǎo)電的材料。這些材料通常是在絕緣聚合物基質(zhì)中含有導(dǎo)電粒子、半導(dǎo)電粒子和絕緣粒子的復(fù)合物。這些材料用于電子器件的瞬態(tài)保護(hù)，最值得注意的是靜電放電保護(hù)(ESD)和電過(guò)載(EOS)。通常，VSD材料表現(xiàn)為電介質(zhì)，除非施加特征電壓或電壓范圍，這種情況下，其表現(xiàn)為導(dǎo)體。 存在多種VSD材料。電壓可切換電介質(zhì)材料的實(shí)例見于以下參考文件中，例如美國(guó)專利 No. 4，977，357、美國(guó)專利 No. 5，068，634、美國(guó)專利 No. 5，099，380、美國(guó)專利 No. 5，142，263、 美國(guó)專利 No. 5，189，387、美國(guó)專利 No. 5，248，517、美國(guó)專利 No. 5，807，509,WO 96/02924 ^P Μ)97Λ6665，這些專利都通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書?？捎枚喾N方法形成VSD材料。一種常規(guī)技術(shù)提出，用高水平的金屬粒子填充聚合物層至非常接近逾滲閾值，通常為大于25體積％。然后將半導(dǎo)體和/或絕緣體材料加入至混合物。另一種常規(guī)技術(shù)提出，通過(guò)混合摻雜的金屬氧化物粉末、然后將粉末燒結(jié)以制備具有晶粒間界的粒子、再將粒子加入至聚合物基質(zhì)至高出逾滲閾值，從而形成VSD材料。用于形成VSD材料的其它技術(shù)描述于名稱為“具有導(dǎo)電或半導(dǎo)電有機(jī)材料的電壓可切換電介質(zhì)材料” (VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL)的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/8 , 946 和名稱為“具有高縱橫比粒子的電壓可切換電介質(zhì)材料”(VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES)的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/8 , 948。


圖1是一層或具有厚度的VSD材料的示例性(非按比例)的截面圖，示出多個(gè)實(shí)施方案的VSD材料的組分。圖2A示出一個(gè)實(shí)施方案中，芯殼結(jié)構(gòu)用于VSD材料組合物的金屬粒子組分的用途。圖2B示出包括導(dǎo)電的/半導(dǎo)電的和/或納米尺寸的粒子的結(jié)合物的VSD材料，以給出與本文所述的其它實(shí)施方案的對(duì)比方案。圖2C示出含有兩層或更多層殼材料的導(dǎo)體粒子。
圖2D示出含有殼結(jié)構(gòu)層的導(dǎo)體粒子，所述殼結(jié)構(gòu)層包含兩種或更多種材料。圖3A至圖3C示出通過(guò)使用前體溶液形成殼材料而形成的表面改性導(dǎo)電粒子的實(shí)際圖像。圖4A和圖4B各自示出配置有VSD材料的襯底器件的不同構(gòu)造，所述VSD材料含有例如本文提供的任意實(shí)施方案所述的組合物。圖5是電子器件的簡(jiǎn)圖，其上可提供本文所述實(shí)施方案的VSD材料。
具體實(shí)施例方式本文所述的實(shí)施方案提供了一種電壓可切換電介質(zhì)(VSD)材料的組合物，其包含導(dǎo)電的芯殼粒子。根據(jù)一些實(shí)施方案，配制了 VSD材料，其含有各自包含導(dǎo)電芯和一層或多層殼層的粒子組分。在一些實(shí)施方案中，所述VSD材料包括用于相應(yīng)的導(dǎo)電芯中心的多殼層。此外，一個(gè)實(shí)施方案提供了一種電壓可切換電介質(zhì)(VSD)材料的組合物，其包含一種濃度的芯殼粒子，所述芯殼粒子各自包含導(dǎo)體芯和殼，各芯殼粒子的殼為(i)多層的和/或(ii)非均質(zhì)的。此外，一些實(shí)施方案包括一種組合物，其包含粘合劑，所述粘合劑含有均勻地混合于其中的多種粒子組分。所述多種粒子組分包括一種濃度的導(dǎo)體和/或半導(dǎo)體粒子組分， 和一種濃度的包括導(dǎo)電芯殼粒子的粒子。特別是，所述的芯殼粒子可為導(dǎo)電的、一芯多殼 (core multi-layered shell,CCMLS)粒子。作為替代方案，所述芯殼粒子可包含非均質(zhì)的殼，或者所述芯殼粒子另外可包含非均質(zhì)的殼。所得VSD組合物(i)在不存在超過(guò)所述組合物特征電壓水平的電壓時(shí)是介電的，而(ii)在施加超過(guò)所述組合物特征電壓水平的電壓時(shí)是導(dǎo)電的。VSD材料概述如本文所用，“電壓可切換材料”或“VSD材料”是任意的組合物或組合物的結(jié)合物，其具有介電或不導(dǎo)電特性，除非將超過(guò)所述材料特征水平的電場(chǎng)或電壓施加于所述材料(這時(shí)所述材料是導(dǎo)電的)。因此，VSD材料是電介質(zhì)，除非將超過(guò)特征水平的電壓(或電場(chǎng))(例如由ESD事件產(chǎn)生的)施加于所述材料(這時(shí)所述VSD材料切換成導(dǎo)電狀態(tài))。 VSD材料可進(jìn)一步以非線性電阻材料為特征。在一個(gè)如所描述的實(shí)施方案中，特征電壓可在超過(guò)電路或器件工作電壓水平數(shù)倍的數(shù)值范圍內(nèi)變化。這樣的電壓水平可能大約為瞬態(tài)值，例如通過(guò)靜電放電而產(chǎn)生，但一些實(shí)施方案可能使用的是計(jì)劃的電學(xué)事件。此外，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提出，在不存在超過(guò)特征電壓的電壓時(shí)，所述材料的行為與粘合劑相似。此外，一個(gè)實(shí)施方案提出，VSD材料可表征為這樣的材料，所述材料包含部分與導(dǎo)體或半導(dǎo)體粒子混合的粘合劑。當(dāng)不存在超過(guò)特征電壓水平的電壓時(shí)，所述材料作為一個(gè)整體符合粘合劑的介電特性。當(dāng)施加超過(guò)特征水平的電壓時(shí)，所述材料作為一個(gè)整體符合導(dǎo)電特性。許多VSD材料的組合物通過(guò)將一些導(dǎo)電材料分散于聚合物基質(zhì)至剛好低于逾滲閾值來(lái)提供所需“電壓可切換”的電學(xué)特性，其中所述逾滲閾值靜態(tài)地定義為很可能會(huì)造成材料整個(gè)厚度內(nèi)形成連續(xù)導(dǎo)電通路的閾值。其它材料，例如絕緣體或半導(dǎo)體，可分散于基質(zhì)以更好地控制逾滲閾值。此外，其它VSD材料的組合物——包括一些含有諸如芯殼粒子(如本文所述)或其它粒子的粒子可選材料——可在逾滲閾值以上裝載粒子可選材料 (particle constituency) 0如實(shí)施方案所述，為了保護(hù)器件的電路或電學(xué)元件(或器件的特定子區(qū)域)避免經(jīng)受電學(xué)事件例如ESD或E0S，可將VSD材料置于所述電學(xué)器件上。因此，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提供，VSD材料具有超過(guò)所述器件的工作電路或元件的特征電壓水平。根據(jù)本文所述實(shí)施方案，可將VSD材料的組分均勻地混合至粘合劑或聚合物基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，以納米級(jí)分散所述混合物，即包含有機(jī)導(dǎo)電/半導(dǎo)電材料的粒子至少在一個(gè)維度(例如橫截面)上是納米級(jí)的，并且占據(jù)體積中的全部分散量中大部分的粒子是彼此分離的(使得不會(huì)附聚或緊壓在一起)。此外，可向電子器件提供本文所述任意實(shí)施方案的VSD材料。這類電子器件可包括襯底器件，例如印刷電路板、半導(dǎo)體包裝、分立器件、發(fā)光二極管(LED)和射頻(RF)元件。含有芯殼粒子的VSD復(fù)合物在一些應(yīng)用中，使用使粒子裝載至剛好低于逾滲閾值的VSD復(fù)合物可引起一些固有問(wèn)題。特別是，本文所述實(shí)施方案考慮，在一些VSD組合物中可引入碳納米管、導(dǎo)電聚合物和其它石墨化合物。但在一些實(shí)例中，當(dāng)將這些粒子裝載至所述組合物的基質(zhì)以達(dá)到“剛好低于”逾滲閾值的水平時(shí)，所述粒子的導(dǎo)電性可能具有高于所需的電流漏泄值和/或極低的裝載水平。其它半導(dǎo)電粒子或納米棒，例如二氧化鈦、氧化錫或摻銻氧化錫，導(dǎo)電性不佳， 因此可裝載至高的水平。然而，這些材料導(dǎo)電性不佳，因此在“導(dǎo)通狀態(tài)”下不能引導(dǎo)太多電流；從而不能提供太多ESD保護(hù)。因此，有利的是能夠“調(diào)節(jié)”聚合物、粒子、納米粒子和/ 或納米棒的導(dǎo)電性和帶隙，從而優(yōu)化“導(dǎo)通狀態(tài)”的電阻與“斷開狀態(tài)”的電阻之間的平衡， 即使斷開狀態(tài)的電阻最大化并使導(dǎo)通狀態(tài)的電阻最小化。本文所述實(shí)施方案能使芯殼粒子包含具有所需電學(xué)特性或物理特性的芯材料或殼材料。因此，芯殼粒子的芯材料或殼材料選擇為形成這樣一種VSD材料的芯殼粒子組分， 所述芯殼粒子組分可調(diào)節(jié)整個(gè)VSD材料的組合物的所需電學(xué)特性或物理特性。此外，本文所述一些實(shí)施方案考慮，對(duì)于許多VSD復(fù)合物，在一層或一些VSD材料受到高電壓ESD事件(或其模擬方案)脈沖之后，一些電流必定會(huì)在導(dǎo)電粒子之間流動(dòng)穿過(guò)聚合物基質(zhì)。因此，可能發(fā)生降解副反應(yīng)，這極有可能是由于聚合物中的高電流和局部加熱。本文所述實(shí)施方案包括VSD材料的復(fù)合物，其引入了芯殼粒子，例如CCMLS粒子或具有非均質(zhì)的殼層的芯殼粒子。含有這類芯殼粒子增強(qiáng)了 VSD組合物的所需電學(xué)特性(例如漏泄電流減少)。圖1是一層或具有厚度的VSD材料的示例性(非按比例)截面圖，示出多個(gè)實(shí)施方案的VSD材料的組分。如圖所示，VSD材料100包括基質(zhì)粘合劑105和以各種濃度分散于粘合劑中的各種粒子組分。所述VSD材料的粒子組分可包括以下結(jié)合導(dǎo)電粒子110、半導(dǎo)體粒子120、納米尺寸粒子130和/或芯殼粒子140。在一些實(shí)施方案中，所述芯殼粒子 140可取代一些或所有導(dǎo)電粒子110。作為替代或變化方案，所述VSD組合物可省略使用導(dǎo)電粒子110、半導(dǎo)電粒子120或納米尺寸粒子130，特別是存在一種濃度的芯殼粒子140時(shí)。 因此，VSD組合物中包含的粒子組分的種類可改變，取決于所述VSD材料的所需電學(xué)特性和物理特性。例如，一些VSD組合物可包含導(dǎo)電粒子110，但不包含半導(dǎo)電粒子120和/或納米尺寸粒子130。另外，其它實(shí)施方案可能省略使用導(dǎo)電粒子110?；|(zhì)粘合劑105的實(shí)例包括聚乙烯、硅氧烷、丙烯酸酯、聚酰亞胺(polymide)、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧化物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、聚酮、及其共聚物和/或摻混物。導(dǎo)電材料110的實(shí)例包括金屬，例如銅、鋁、鎳、銀、金、鈦、不銹鋼、磷化鎳、鈮、鎢、 鉻、其它金屬合金、或?qū)щ娞沾桑缍鸹伝虻?。半?dǎo)電材料120的實(shí)例包括有機(jī)和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體。一些有機(jī)半導(dǎo)體包括碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氧化鎳、氧化鋅、硫化鋅、氧化鉍、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鉍、氧化錫、氧化銦錫、氧化錫銻、和氧化鐵、氧化鐠。為獲得最適于VSD材料的特定應(yīng)用的機(jī)械性質(zhì)和電學(xué)特性，可選擇特定的制劑和組合物。納米尺寸粒子130可為一種或多種。根據(jù)實(shí)施方案，包含部分納米尺寸粒子130的至少一種組分為(i)有機(jī)粒子(例如碳納米管、石墨烯)；或(ii)無(wú)機(jī)粒子(金屬、金屬氧化物、納米棒或納米絲)。納米尺寸粒子可具有高縱橫比(HAR)，以便具有至少超過(guò)10 1(以及可超過(guò) 1000 1或更多)的縱橫比。所述粒子組分可以各種濃度均勻地分散于聚合物基質(zhì)或粘合劑。這類粒子的具體實(shí)例包括銅、鎳、金、銀、鈷、氧化鋅、氧化錫、碳化硅、砷化鎵、氧化鋁、氮化鋁、二氧化鈦、銻、氮化硼、氧化錫、氧化銦錫、氧化鋅銦、氧化鉍、氧化鈰和氧化鋅銻。多種類型的粒子分散在基質(zhì)105中可使VSD材料100呈非層狀并具有均勻的組成，同時(shí)表現(xiàn)出電壓可切換電介質(zhì)材料的電學(xué)特性。通常，VSD材料的特征電壓以伏/長(zhǎng)度 (例如每5mil)計(jì)量，但也可使用其它電場(chǎng)量度來(lái)替代電壓。因此，如果電壓超過(guò)間隙距離 L的特征電壓，則施加在VSD材料層間界102兩端的電壓108可將VSD材料100切換成導(dǎo)電狀態(tài)。如子區(qū)域104所述(其意欲代表VSD材料100)，VSD材料100包含當(dāng)電壓或電場(chǎng)作用于所述VSD組合物時(shí)各自帶電的粒子組分。如果電場(chǎng)/電壓高于觸發(fā)閾值，則至少一些種類的粒子會(huì)帶有足夠的電荷將組合物100的至少一部分切換成導(dǎo)電狀態(tài)。更特別地， 如代表性的子區(qū)域104所示，當(dāng)存在電壓或電場(chǎng)時(shí)，各粒子(各個(gè)種類的粒子，例如導(dǎo)體粒子、芯殼粒子或其它半導(dǎo)電或化合物粒子)在聚合物粘合劑105中獲得導(dǎo)電區(qū)域122。導(dǎo)電區(qū)域122的大小和數(shù)量足以導(dǎo)致電流穿過(guò)一個(gè)厚度的VSD材料100 (例如在間界102之間)時(shí)的電壓或電場(chǎng)水平等于所述組合物的特征觸發(fā)電壓。圖1示出總厚度的一部分上存在導(dǎo)電區(qū)域122。間界102之間提供的所述部分或厚度的VSD材料100可代表橫向或縱向放置的電極之間的間隔。存在電壓時(shí)，一些或所有所述部分的VSD材料可受到影響而增加該區(qū)域中導(dǎo)電區(qū)域的大小或數(shù)量。施加電壓時(shí)，根據(jù)例如該事件中電壓的位置和大小，導(dǎo)電區(qū)域的存在可在VSD組合物的整個(gè)厚度(縱向厚度或橫向厚度)內(nèi)變化。例如，根據(jù)電學(xué)事件的電壓和功率水平，僅部分所述VSD材料可脈沖。因此，圖1說(shuō)明了 VSD組合物的電學(xué)特性，例如導(dǎo)電性或觸發(fā)電壓，可部分受以下條件的影響(i)粒子的濃度，例如導(dǎo)電粒子、納米粒子(例如HAR粒子)、變阻粒子和/或芯殼粒子(如本文所述)；(ii)粒子的電學(xué)特性和物理特性，包括電阻特性(其受粒子種類的影響，例如粒子是芯殼的還是導(dǎo)體)；和(iii)聚合物或粘合劑的電學(xué)特性。用于將有機(jī)和/或HAR粒子引入至VSD材料的組合物中的具體組合物和技術(shù)描述于名稱為“具有導(dǎo)電或半導(dǎo)電有機(jī)材料的電壓可可切換電介質(zhì)材料”(VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL) 的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/829，946、和名稱為“具有高縱橫比粒子的電壓可切換電介質(zhì)材料”(VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES) 的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/829，948，上述兩篇專利申請(qǐng)各自的全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書?！?shí)施方案可提供包括變阻粒子作為其粒子組分的一部分的VSD材料。實(shí)施方案可引入一種濃度的粒子，所述粒子各自表現(xiàn)出非線性電阻特性，從而可視為活性變阻粒子。這類粒子通常包含氧化鋅、二氧化鈦、氧化鉍、氧化銦、氧化錫、氧化鎳、氧化銅、氧化銀、 氧化鐠、氧化鎢和/或氧化銻。這種一種濃度的變阻粒子可通過(guò)燒結(jié)所述變阻粒子(例如氧化鋅)然后將燒結(jié)的粒子混合至VSD組合物而形成。在一些應(yīng)用中，變阻粒子化合物由主要組分與次要組分的結(jié)合物形成，其中所述主要組分為氧化鋅或二氧化鈦，次要組分或其它金屬氧化物(如上所述)通過(guò)一種方法，例如燒結(jié)，熔化并擴(kuò)散至所述主要組分的晶粒間界。使用芯殼粒子的VSD材料的粒子裝載水平，如本文的實(shí)施方案所述，可根據(jù)VSD 材料所需的電學(xué)特性或物理特性，變化至低于或高于逾滲閾值?？墒褂镁哂懈邘兜牧Ｗ?(例如使用一個(gè)或多個(gè)絕緣的殼層)使VSD組合物能超過(guò)逾滲閾值。因此，在一些實(shí)施方案中，VSD材料總的粒子濃度，包括芯殼粒子的濃度(如本文所述)，數(shù)量上是充足的，使得粒子濃度超過(guò)組合物的逾滲閾值。特別是，一些實(shí)施方案提出，芯殼粒子的濃度可以變化，以使組合物的總粒子可選材料超過(guò)逾滲閾值。在一些常規(guī)的方法下，VSD材料組合物包括了分散于VSD材料的粘合劑中的金屬或?qū)щ娏Ｗ?。在一些情況下，根據(jù)VSD材料所需的電學(xué)特性，所述金屬粒子的大小和數(shù)量可變化。特別是，金屬粒子可選擇為具有能影響特定電學(xué)特性的特性。例如，為獲得較低的鉗位值(例如使VSD材料導(dǎo)電需要施加的電壓量)，VSD材料組合物可包括較高體積分?jǐn)?shù)的金屬粒子。結(jié)果，由于金屬粒子形成了導(dǎo)電通路(短路)，低偏壓下的低起始漏泄電流(或高電阻)變得難以維持。圖2A描述了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，可取代非殼導(dǎo)電粒子組分(例如金屬粒子)用于 VSD材料組合物的芯殼結(jié)構(gòu)。如文中所用，芯殼粒子包括芯和一個(gè)或多個(gè)殼層。根據(jù)一些實(shí)施方案，至少一些金屬粒子210——其為VSD材料100的組分(見圖1)——被改性成導(dǎo)電的芯殼粒子220，所述芯殼粒子當(dāng)以足夠的量分散于粘合劑中時(shí)(未示出)，可減少斷開狀態(tài)漏泄電流的形成，并使金屬/導(dǎo)電粒子(包括HAR粒子)的濃度能夠增加，甚至超過(guò)滲濾的水平。圖2A的一個(gè)實(shí)施方案描繪了包含導(dǎo)電芯殼粒子210和半導(dǎo)電粒子214的VSD材料100(圖1)。HAR粒子230的加入可進(jìn)一步增強(qiáng)所述組合物的電學(xué)特性。芯殼粒子與其它粒子(例如HAR粒子)的使用能使裝載至粘合劑105(見圖1)中的全部粒子濃度等于或超過(guò)滲濾水平。沒(méi)有芯殼結(jié)構(gòu)210，超過(guò)滲濾水平的裝載粒子將導(dǎo)致VSD材料200失去其在不存在超過(guò)某種閾值的電場(chǎng)時(shí)呈絕緣態(tài)的電學(xué)特性。特別是，所述VSD材料可表現(xiàn)為導(dǎo)體。 但是芯殼粒子210的使用能使粒子(例如HAR粒子和半導(dǎo)體粒子)具有更高的裝載濃度， 從而使VSD材料組合物具有較低的鉗位電壓和漏泄電流。圖2B描述了包含導(dǎo)電/半導(dǎo)電和/或納米尺寸粒子的結(jié)合物的VSD材料，以給出與其中VSD組合物包含芯殼粒子(單層的或多層的)的實(shí)施方案的對(duì)比方案。在圖2B中， 顯示了 VSD組合物的粒子不經(jīng)意地排列形成了偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215。所述偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215可由足以使一些電流流經(jīng)一個(gè)厚度的VSD材料100(見圖1)的各粒子的導(dǎo)電區(qū)域產(chǎn)生。雖然可將VSD材料進(jìn)行混合以最小化這種接觸，但存在于VSD組合物中的導(dǎo)電粒子越多，導(dǎo)電區(qū)域和偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路就越有可能形成。如果足夠量的粒子結(jié)合而形成能穿透一個(gè)厚度的VSD材料的通路，就會(huì)導(dǎo)致不利的影響。例如，這些偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215可不利地產(chǎn)生高漏泄電流(或低斷開狀態(tài)電阻性)。此外，當(dāng)形成導(dǎo)電區(qū)域的粒子濃度接近逾滲閾值時(shí)，導(dǎo)電粒子結(jié)合形成偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215的可能性增加。如圖2A的實(shí)施方案所示，通過(guò)將導(dǎo)電粒子210加工成包括一層或多層殼層222而形成芯殼粒子220。層222可包括半導(dǎo)電或不導(dǎo)電的材料，所述材料能減緩各個(gè)粒子與其它粒子形成偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路(如圖2B所示)。因此，例如，僅使兩個(gè)相鄰的芯殼粒子220 接觸可避免由于導(dǎo)電區(qū)域接觸而使這兩個(gè)粒子流通，而這在相似情形下對(duì)于兩個(gè)處境相似的導(dǎo)體粒子而言原本是會(huì)產(chǎn)生流通的。因此，可將芯殼粒子替換在非殼導(dǎo)體粒子處，因?yàn)榘雽?dǎo)電或不導(dǎo)電的殼可阻止兩個(gè)鄰近的或接觸的粒子形成偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215。另一方面，這類芯殼粒子可以以足夠的量包含在VSD組合物中，從而當(dāng)外部電壓超過(guò)特征值的時(shí)候，能使至少一部分組合物切換成導(dǎo)電狀態(tài)。因此，對(duì)VSD材料200的金屬粒子210提供一層或多層殼材料222。殼材料222 可為半導(dǎo)電的或絕緣的，通過(guò)形成金屬氧化物殼而提供這些性質(zhì)。金屬氧化物殼可通過(guò)，例如，熱氧化而形成。如下所述，殼材料222可為非均質(zhì)的，以使所述一層殼層或多層殼層由多種材料形成。非均質(zhì)芯殼粒子可由(i)在各個(gè)殼層中的不同種類的殼層和/或(ii)各自均勻但由不同種類的材料形成的多層來(lái)形成。可使用一種或多種殼形成方法在各個(gè)粒子上形成殼材料222。在一個(gè)實(shí)施方案中，可形成氧化物殼以包括相對(duì)均勻的厚度。或者，可不均勻地形成殼材料。一個(gè)實(shí)施方案提出，殼材料222由金屬氧化物粒子形成以包圍芯金屬粒子210。芯金屬粒子的尺寸可為微米級(jí)或亞微米級(jí)。如上所述，據(jù)信當(dāng)金屬粒子210和/或其它粒子(例如HAR粒子216)不規(guī)則地接觸或排列時(shí)，VSD材料200中可形成偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215(圖2B)(從而使其各個(gè)導(dǎo)電區(qū)域之間流通)。這類偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215的存在引起了漏泄電流，這會(huì)影響VSD材料 220的組合物的質(zhì)量以及預(yù)期或所需的電學(xué)特性。相反，一些實(shí)施方案提出，通過(guò)由一層或多層半導(dǎo)電的或電阻性的材料形成殼材料220，為金屬粒子210提供了一個(gè)抵抗這種偶然發(fā)生的接觸的保護(hù)罩。由于金屬粒子210周圍的殼材料的存在，阻礙了原本可形成的偶然發(fā)生的導(dǎo)電通路215的形成。如上所述，除了其它優(yōu)點(diǎn)之外，還特別是具有粒子裝載可超過(guò) VSD組合物的逾滲閾值的優(yōu)點(diǎn)。芯殼粒子根據(jù)一些實(shí)施方案，芯殼粒子包含金屬粒子，所述金屬粒子與氧化物前體溶液混合以控制所述粒子上氧化物殼的組成和厚度。通過(guò)將金屬粒子與氧化物前體溶液混合，可控制所得的氧化物殼的組成和厚度。在高溫下進(jìn)一步燒結(jié)能使各個(gè)金屬粒子周圍的氧化物殼更持久、更均勻。此外，實(shí)施方案認(rèn)為，還可用氧化物以外的材料形成殼，例如有機(jī)殼，以賦予所述金屬粒子其它性質(zhì)。可被殼包裹的用作VSD材料200的組分的導(dǎo)電粒子210(即“芯”)可選自寬范圍的材料，包括(i)金屬，例如鎳、鋁、鈦、鐵、銅或鎢、不銹鋼或其它金屬合金；(ii)導(dǎo)電金屬氧化物，例如摻銻氧化錫、摻銦氧化錫、摻鋁氧化鋅和摻銻氧化鋅。用于使導(dǎo)電顆粒210改性的殼材料可為絕緣的或半導(dǎo)電的。在一些變化方案中，至少一層殼層可由導(dǎo)電的材料形成。根據(jù)一些實(shí)施方案，用于表面改性的殼材料(殼材料)可為金屬氧化物，例如氧化錫、氧化鋅、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅、氧化鎳或氧化銅。此外，一個(gè)實(shí)施方案提出，在導(dǎo)電粒子(例如鎳)的存在下形成氧化物納米粒子的膠態(tài)溶液。此外，金屬/金屬氧化物的熔點(diǎn)低，例如少于1000°C，例如選自鉍、鉻、銻和鐠的金屬及其相應(yīng)的氧化物。所述膠態(tài)納米粒子在導(dǎo)電粒子表面上的吸附可借助范德華力、靜電引力、共價(jià)鍵、空間俘獲或適當(dāng)條件下的其它方式產(chǎn)生。然后通過(guò)在空氣中加熱至某一溫度使該結(jié)合的表層固化，從而確保由表面涂層材料形成導(dǎo)電粒子的均勻涂層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)完善的溶膠凝膠化學(xué)法使導(dǎo)電粒子與各種溶膠溶液混合?？蓪⒘Ｗ訑嚢璨⒎稚⒂谌苣z介質(zhì)中。溶劑蒸發(fā)和干燥之后，在導(dǎo)電粒子表面形成凝膠涂層，其可通過(guò)在高溫下加熱而進(jìn)一步固化?？蓪⑾嗤幕虿煌耐繉硬牧系钠渌繉又貜?fù)地以相似的方式施加于導(dǎo)電粒子表面。圖2C描述了具有兩層或多層殼材料的導(dǎo)體粒子。在粒子中，殼區(qū)域M0、242可包括通過(guò)實(shí)施一種或多種殼形成方法，如上所述，而粘合在殼材料上的殼材料。提供的雙殼區(qū)域 240,242(i)是基本不均勻的，以便最外層的殼層可暴露下面的殼層，或者(ii)殼區(qū)域彼此層疊地均勻形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，可順序?qū)嵤└鳉ば纬煞椒▉?lái)提供各層殼材料的厚度。 這樣，當(dāng)使用芯殼材料時(shí)，由實(shí)施同一種殼形成方法而形成的各層殼材料可提供或增強(qiáng)VSD 材料的特定電學(xué)特性。所述兩層或多層中的每一層均可用諸如上述的方法形成。此外，各層或厚度可包含不同種類的材料。圖2D描述了具有包含兩種或更多種材料的殼結(jié)構(gòu)層的導(dǎo)體粒子。與圖2A的實(shí)施方案不同，各種殼材料250、252可直接粘合于導(dǎo)體芯210，或者以相同的殼形成方法形成。在一些實(shí)施方案中，可使整個(gè)殼材料的一些部分與其它種類的殼材料結(jié)合以提供殼結(jié)構(gòu)。為了提供包含多種材料的殼結(jié)構(gòu)，一個(gè)實(shí)施方案提出，將導(dǎo)電的芯粒子浸漬或暴露于含有所需殼材料的前體溶液。作為前體溶液的一種替代物，可使用含有所需殼材料(其可包括不同種類的殼材料)的有機(jī)金屬溶液。在一個(gè)實(shí)施方案中顯示，殼材料250、252的各層基本均勻。然而，這兩層中的一層或多層也可為不均勻的，以使外層材料252暴露下層材料 250、或甚至芯210。對(duì)于圖2C和圖2D，芯殼粒子組分的芯材料和殼材料可基于所需電學(xué)特性或物理特性進(jìn)行選擇。特別是，VSD材料的總的電學(xué)特性或物理特性作為一個(gè)整體可通過(guò)選擇芯粒子或殼材料(一層或多層)來(lái)調(diào)節(jié)(或有意地影響)。多層殼層和/或多種殼材料的使用進(jìn)一步增強(qiáng)了 VSD材料設(shè)計(jì)或調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)特定的電學(xué)特性或物理特性的能力，其中，另外的殼材料和/或?qū)右部稍赩SD組合物的設(shè)計(jì)/調(diào)節(jié)中予以考慮。在可通過(guò)選擇殼/芯材料來(lái)調(diào)節(jié)的VSD材料的性質(zhì)中，特別是VSD材料的⑴導(dǎo)通或斷開狀態(tài)電阻、(ii)帶隙和 (iii)可潤(rùn)濕性可通過(guò)選擇芯材料或殼材料來(lái)影響。各種材料可以用一種結(jié)合的方法(例如含有多種材料的一種前體溶液)或用多種方法(例如各種殼材料的單獨(dú)的前體溶液)形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)形成非均質(zhì)的殼時(shí)，含有殼的材料可具有不同的電學(xué)性質(zhì)或特性。例如，一個(gè)實(shí)施方案可將金屬氧化物與納米粒子結(jié)合作為殼材料，而另一個(gè)實(shí)施方案可用兩種金屬氧化物作為殼材料。這樣，如圖2C和圖2D所示，可實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜的物理特性的多層和/或非均質(zhì)的材料涂層。下文提供金屬粒子上形成的殼材料的更詳細(xì)實(shí)例。芯殼粒子配制實(shí)施例1.氧化鎳殼在一個(gè)實(shí)施方案中，氧化鎳形成至少一層殼層，并形成金屬粒子芯。包含鎳芯和氧化鎳殼材料的芯殼粒子(用于VSD組合物)可如下配制(1)使120mL IM的NiSO4溶液與 90mL 0.2M K2S2O8溶液和 60mL DI 水混合；(2)將 IlOOg 的 Ni (例如 Novamet 4SP-10)加入至上述溶液；( 用頂置式混合器混合一段時(shí)間；然后(4)在劇烈攪拌下迅速加入24mLNH40H 溶液(30重量％ )。將混合物進(jìn)一步在室溫下混合8小時(shí)。過(guò)濾溶液并用DI水和乙醇沖洗。濾出的粉末于100°C真空干燥2小時(shí)。最后將干燥的粉末在爐中于300°C加熱1至3 小時(shí)。所有化學(xué)物質(zhì)都購(gòu)自Sigma-Aldrich。在實(shí)施方案中，涂層制劑包括(i)20至30體積％的表面改性鎳粒子，(ii)5至25 體積％的初級(jí)粒徑小于Iym的金屬氧化物半導(dǎo)體(例如TiO2)。使用環(huán)氧化物和環(huán)氧官能化的聚合物作為聚合物基質(zhì)材料，為了進(jìn)行混合可加入溶劑(即N-甲基吡咯烷酮或1-甲氧基-2-丙醇)來(lái)調(diào)節(jié)粘性。可將適當(dāng)種類和適當(dāng)量的交聯(lián)劑分散于粘合劑。可用少量分散劑來(lái)分散尺寸小于ι μ rn的粒子。結(jié)果如上配制的含有沈體積％的如上處理過(guò)的4SP-10鎳的VSD材料層，在5mil 電極間距大小下的所得鉗位電壓為^53V。所有樣品測(cè)試之前和測(cè)試之后在低偏壓下的電阻都大于101Qohm。含有沈體積%的處理過(guò)的4SP-20鎳和2 %的未處理的INP-400鎳(二者都購(gòu)自 Novamet)的VSD材料層，在5mil電極間距大小下的所得鉗位電壓為194V。在低偏壓下，樣品的電阻在測(cè)試之前大于IOltlOhm,測(cè)試之后大于106ohm。2.氧化鋅殼在另一個(gè)實(shí)施方案中，使用氧化鋅作為殼材料?？稍诮饘倭Ｗ又闲纬裳趸\殼。 使用了氧化鋅殼的芯殼粒子可如下形成(1)使用IM的乙酸鋅溶液在鎳粒子表面形成氧化鋅；⑵使120mL的IM乙酸鋅溶液與90mL的0. 2M K2S2O8溶液和60mL DI水混合；(3)將 IlOOg的Ni (例如Novamet 4SP-20)加入至上述溶液并用頂置式混合器混合；(4) 15分鐘之后，劇烈攪拌下迅速加入24mL NH4OH溶液(30重量％)。將混合物進(jìn)一步在室溫下混合8小時(shí)。過(guò)濾所得混合物并用DI水和乙醇洗滌數(shù)次。過(guò)濾過(guò)的粉末于100°C真空干燥2小時(shí)。 最后將干燥的粉末在爐子中于300°C加熱2小時(shí)。所有化學(xué)物質(zhì)都購(gòu)自Sigma-Aldrich。含有沈體積％的如上處理過(guò)的4SP-20鎳的VSD涂層在5mil電極間距大小下的所得鉗位電壓為238V。所有樣品測(cè)試之前和測(cè)試之后在低偏壓下的電阻都大于KTohm。3.氧化鈦殼此外，一個(gè)實(shí)施方案提供了氧化鈦?zhàn)鳛闅げ牧?。將氧化鈦殼的一層或多層配制在金屬粒子上。包括氧化鈦殼的芯殼粒子可如下形?1)使50mL的四異丙氧基鈦與250mL 的2-甲氧基乙醇和25mL的乙醇胺混合；(2)保持在氬氣流下，將混合物于80°C和120°C各自加熱一小時(shí)，然后重復(fù)一次。所得產(chǎn)品用氧化鈦前體溶液涂布鎳粒子。在一次配制下，使200g上述氧化鈦前體溶液與500g異丙醇混合。然后在用頂置式攪拌器劇烈攪拌同時(shí)進(jìn)行聲波處理的條件下加入600g鎳粉(例如，Novamet 4SP-20)。聲波處理(或混合)60分鐘之后，移除聲波儀角筒(sonicator horn)?？杀３?jǐn)嚢璨⒃?0°C加熱以移除混合物中的大部分揮發(fā)性溶劑?？蓪⒒旌衔镏糜?0°C的爐中直至所有溶劑都蒸發(fā)掉。然后于300°C加熱干燥的粉末兩小時(shí)，然后用于涂層配制。含有沈體積％的如上處理過(guò)的4SP-20鎳的VSD涂層在5mil電極間距大小下的鉗位電壓為309V。所有樣品測(cè)試之前和測(cè)試之后在低偏壓下的電阻都大于101(lOhm。此外，在另一個(gè)實(shí)施方案中，芯殼可包含金屬芯、金屬氧化物殼和聚合物殼。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬芯為鎳，氧化物殼為氧化鎳。可使用例如氫硅氧烷(hydrosiloxane)處理來(lái)形成聚合物殼，其它實(shí)施方案可包括使殼的表面與硅烷偶聯(lián)劑(例如氨基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或環(huán)氧丙基三乙氧基硅烷)反應(yīng)而形成聚合物殼。此外，一些實(shí)施方案提供了包含通過(guò)氫硅氧烷處理而形成的交聯(lián)聚合物殼的芯殼粒子。交聯(lián)聚合物殼可通過(guò)使形成芯殼粒子的殼的氫硅氧烷基團(tuán)聚合物連接而形成。該聚合物(例如聚甲基氫硅氧烷)與鉬或過(guò)氧化氫在溶液中交聯(lián)。作為VSD材料的芯殼粒子組分使用的表面改性粒子的更具體的實(shí)施例如下所述。金屬粒子的表面改件氧化的Ni粒子可用D4-H分子(1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷，購(gòu)自Gelest)通過(guò)汽相反應(yīng)處理。將600g的氧化Ni粉末轉(zhuǎn)移至500mL聚四氟乙烯容器中。然后加入3重量％ 的D4-H。使該容器中混合并將其置于溫度設(shè)為150°C的爐子中數(shù)小時(shí)。由于D4-H的沸點(diǎn)為135°C，D4-H于150°C蒸發(fā)，從而使D4-H在Ni的Ni0/Ni02表面上發(fā)生開環(huán)聚合。用乙醇和DI沖洗Ni粒子。干燥濾出的粉末。用硅氧烷(單體或聚合物)對(duì)氧化鎳進(jìn)行表面改性可在溶液相或汽相反應(yīng)中進(jìn)行。在以下兩個(gè)實(shí)施例中，描述了氧化鎳與1，3，5，7_四甲基環(huán)四硅氧烷(D4H)的溶液相或汽相反應(yīng)。除了 D4H之外，還可將其它硅氧烷施用于鎳的表面以進(jìn)行這類反應(yīng)八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)、八甲基三硅氧烷(SiCXB)、十甲基四硅氧烷(Si4)、十二甲基五硅氧烷(Si5)、辛基硅氧烷、聚甲基氫化硅氧烷和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。1，3，5，7_四甲基環(huán)四硅氧烷(D4H)在氧化鎳上的溶液相反應(yīng)將相對(duì)于溶劑約2-5體積％的D4H用氧化鎳處理。溶劑可為例如己烷、庚烷或甲苯。反應(yīng)溫度通常為 90-110°C并且反應(yīng)時(shí)間可變化。在一種方法中，將2. 5g的D4H和IOOg的鎳放入150g的甲苯中并回流一段時(shí)間。反應(yīng)之后，處理反應(yīng)混合物并于100°C干燥過(guò)夜，得到收率為90-95% 的產(chǎn)品。1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(D4H)在氧化鎳上的汽相反應(yīng)可將約2_10重量％ 的D4H與氧化鎳放入高壓聚四氟乙烯容器中。在烘箱中將其加熱至D4H的沸點(diǎn)以上。例如，將15g的D4H與600g的氧化鎳放入密封的聚四氟乙烯容器中。將其置于150°C的預(yù)熱烘箱中。然后將該容器冷卻至室溫，并用甲苯洗滌氧化鎳以移除未附著的硅氧烷單體并過(guò)濾。進(jìn)一步干燥，得到收率為90-95%的表面改性氧化鎳。在硅氧烷改性的氧化鎳上發(fā)生的其它種類的反應(yīng)也是可行的。例如，Si-H基團(tuán)可用于使氫化硅烷與其它含有官能團(tuán)的烯烴偶聯(lián)來(lái)調(diào)節(jié)表面化學(xué)性。烯丙基胺或丙烯腈可用于在使用鉬催化劑(例如氯鉬酸)的情況下與氫化硅氧烷改性的氧化鎳反應(yīng)。這將生成含有胺或腈末端基團(tuán)的氧化鎳表面。相似地，與全氟丁基乙烯的反應(yīng)在氧化鎳表面生成氟含量極高的末端基團(tuán)。在另一個(gè)實(shí)施例中，硅氧烷處理過(guò)的氧化鎳表面用諸如過(guò)氧化苯甲酰等輻射引發(fā)劑處理，該輻射引發(fā)劑可生成甲硅烷基，而所述甲硅烷基又可引發(fā)烯烴底物(例如丙烯酸酯單體)的聚合。例如，D4H改性的氧化鎳與己二醇二丙烯酸酯在過(guò)氧化苯甲酰的存在下反應(yīng)，生成涂布有丙烯酸酯殼的氧化鎳。表1列舉總結(jié)了可包含在VSD組合物中的表面改性鎳的原子組成，所述原子組成根據(jù)一些實(shí)施方案，由X-射線光電能譜法測(cè)量。表 1
表面氧化物Ni的種類Ni% AT0% ATZn% ATTi% AT氧化鎳4SP-1089. 210. 8氧化鎳4SP-2091. 028. 98氧化鋅4SP-2088. 3410. 221. 44氧化鈦4SP-2071. 8823. 384. 74 用芯殼粒子配制VSD參考上述實(shí)施方案，芯殼粒子可用以下實(shí)施例配制。芯殼粒子，例如所述的，可作為一種粒子組分按照上述實(shí)施方案包含于VSD材料中。在一個(gè)實(shí)施方案中，VSD材料包括納米粒子，例如碳納米管，作為粒子組分。將納米粒子(0.6g)混合進(jìn)聚合物粘合劑(例如 EPON 828或二官能化的雙酚A/表氯醇，由HEXION生產(chǎn)(70. 8g)和GP611環(huán)氧官能化的二甲基聚硅氧烷共聚物，由GENESEE POLYMERS CORP.生產(chǎn))(70. 8g)中。加入溶劑例如N-甲基-2-吡咯烷酮(140g)。施加適當(dāng)?shù)墓袒瘎┖痛呋瘎┎⒒旌暇鶆?。形成包含納米粒子(例如碳納米管)、樹脂和溶劑的預(yù)混物。在混合過(guò)程中加入78. 5g的TW2和2. 6g的鈦酸異丙基三(N-亞乙基二氨基)乙酯。然后加入617. 8g的經(jīng)濕法化學(xué)加工的氧化的Ni粒子(作為芯殼粒子組分而提供的)和85. Ig另外的TW2及142. 3gBi203。繼續(xù)混合以獲得均勻的可選材料。進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的高剪切混合以達(dá)到所需的均勻性，任選的聲波處理還可有利于促進(jìn)混合。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述制劑生成了包含Ni芯殼粒子的VSD材料，其對(duì)于!Mil的間隙和20盤直徑(pad diameter)而言具有約為313V的觸發(fā)電壓和約為217V的鉗位電壓， 用透射線脈沖測(cè)量。圖3A至圖3C描述了用前體溶液形成殼材料而形成的表面改性的導(dǎo)電粒子的真實(shí)圖像。特別地，圖3A示出了具有鎳芯殼粒子的VSD材料，其中殼材料為氧化鎳。圖;3B示出了作為芯鎳粒子上的殼材料的氧化鋅。圖3C示出了鎳上形成的氧化鈦殼。實(shí)施例進(jìn)一步顯示，殼可形成不同的尺寸。尺寸的減小使得可使用更多數(shù)量的芯粒子。更優(yōu)選地，所述殼材料為一種殼中包含有2種不同金屬氧化物材料的金屬氧化物，從而產(chǎn)生了協(xié)同電學(xué)性質(zhì)。 例如，可處理并涂布鎳金屬粒子來(lái)形成鎳金屬芯和NiOx-ZnO殼。所述殼具有比單獨(dú)用NiOx 殼更好的導(dǎo)電性和比單獨(dú)用ZnO殼更好的絕緣性。另一個(gè)實(shí)施例為鎳金屬芯和NiOx-TiOx 殼。NiOx具有較低的帶隙，但TiOx在高電壓脈沖下極為耐用，是水解穩(wěn)定的，并且耐腐蝕。 因此，通過(guò)混合金屬氧化物殼結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)協(xié)同增強(qiáng)的殼性質(zhì)。
作為所述實(shí)施方案的替代方案，所述芯殼粒子的芯可包含變阻粒子，例如氧化鋅或二氧化鈦。此外，其它實(shí)施方案可混合變阻材料和本文所述的芯殼粒子。VSD材料應(yīng)用本文所述任意實(shí)施方案的VSD材料組合物均存在諸多應(yīng)用。特別是，實(shí)施方案可應(yīng)用至提供在襯底器件——例如印刷電路板、半導(dǎo)體包裝、分立器件、薄膜電子器件以及更具體的應(yīng)用，例如LED和頻率器件(例如RFID標(biāo)簽)——上的VSD材料。此外，其它應(yīng)用可提供本文描述的VSD材料的在例如液晶顯示器、有機(jī)發(fā)光顯示器、電致變色顯示器、電泳顯示器或用于這些器件的背板驅(qū)動(dòng)器中的用途。包含VSD材料的目的是用于增強(qiáng)瞬態(tài)電壓和過(guò)載電壓條件下的處理，例如ESD事件中可發(fā)生的情形。VSD材料的其它應(yīng)用包括金屬沉積，如L. Kosowsky的美國(guó)專利No. 6，797，145所述，該專利的全部?jī)?nèi)容特此通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書。圖4A和圖4B各自描述了襯底器件的不同構(gòu)型，所述襯底器件構(gòu)造為含有例如本文提供的任意實(shí)施方案所述的組合物的VSD材料。在圖4A中，襯底器件400相當(dāng)于，例如， 印刷電路板。在這種構(gòu)型中，VSD材料410(含有例如本文所描述的任意實(shí)施方案所述的組合物)可提供至表面402之上，從而使連接元件的接地。作為替代或改變方案，圖4B描述了一種構(gòu)型，其中所述VSD材料形成一個(gè)嵌在襯底的厚度410中的接地連接。電鍍除了為處理例如ESD事件在器件上包含VSD材料之外，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案考慮使用VSD材料(用例如本文的任意實(shí)施方案所述的組合物)來(lái)形成襯底器件，包括襯底上的走線元件和互連元件，例如過(guò)孔(vias)。2007年7月四日提交的、要求美國(guó)專利 No. 6，797，145的優(yōu)先權(quán)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/881，896 (這兩件申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容都通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書)記載了使用VSD材料來(lái)電鍍襯底、過(guò)孔和其它器件的多種技術(shù)。本文所述實(shí)施方案使得可使用如本申請(qǐng)的任意實(shí)施方案所述的VSD材料。其它應(yīng)用圖5是電子器件的簡(jiǎn)圖，可在其上提供本文所述實(shí)施方案的VSD材料。圖5描述了器件500，包括襯底510、元件520和任選地外殼或外罩550?？蓪SD材料505(任意實(shí)施方案所述的)引入至多種位置中的任意一個(gè)或多個(gè)位置上，包括表面502上的位置、表面 502下的位置(例如在其走線元件下或元件520下)、或者在襯底510的厚度中?；蛘撸蓪SD材料引入至外殼550中。各情況下，當(dāng)存在超過(guò)特征電壓的電壓時(shí)，可引入VSD材料 505以與導(dǎo)電元件(例如走線導(dǎo)線)接合。因此，VSD材料505在存在特定電壓條件時(shí)為導(dǎo)電元件。關(guān)于本文所述的任意應(yīng)用，器件500可為顯示器件。例如，元件520可相當(dāng)于一個(gè)從襯底510上發(fā)出光線的LED?？蛇x擇VSD材料505在襯底510上的位置和構(gòu)型來(lái)容納發(fā)光器件中提供、使用或結(jié)合的導(dǎo)線、終端(即輸入或輸出)和其它導(dǎo)電元件?；蛘?，除了襯底之外，可在LED器件的正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間引入VSD材料。此外，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提供了有機(jī)LED的用途，在此情況下可在例如有機(jī)發(fā)光二極管下方提供VSD材料。就LED和其它發(fā)光器件而言，美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/562，觀9(該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容特此通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書)描述的任意實(shí)施方案都可用VSD材料(例如本申請(qǐng)的其它實(shí)施方案所述的那些)來(lái)實(shí)施。
或者，器件500可相當(dāng)于無(wú)線通信器件，例如射頻識(shí)別器件。就無(wú)線通信器件—— 例如射頻識(shí)別器件(RFID)和無(wú)線通信元件——而言，VSD材料可保護(hù)元件520免于經(jīng)受例如過(guò)充或ESD事件。在這種情況下，元件520可相當(dāng)于器件的芯片或無(wú)線通信元件?；蛘撸?VSD材料505的使用可保護(hù)其它元件免于經(jīng)受可由元件520引起的充電。例如，元件520 可相當(dāng)于一個(gè)電池，VSD材料505可作為襯底510的表面上的走線元件提供以抵抗由電池事件產(chǎn)生的電壓條件。本文所述實(shí)施方案的VSD材料的任意組合物都可用作美國(guó)專利申請(qǐng) No. 11/562，222(通過(guò)引用的方式納入本說(shuō)明書)所述的器件和器件構(gòu)型的VSD材料，該申請(qǐng)描述了引入了 VSD材料的無(wú)線通信器件的多個(gè)實(shí)施方案。作為替代或改變方案，元件520可相當(dāng)于例如分立的半導(dǎo)體器件。VSD材料505可與元件整合或者被布置，從而當(dāng)存在能將材料切換為導(dǎo)通狀態(tài)的電壓時(shí)與元件電接合。此外，器件500可相當(dāng)于包裝的器件，或者，用于接收襯底元件的半導(dǎo)體包裝。VSD 材料505可先與外殼結(jié)合，然后再將襯底510或元件520包括在器件內(nèi)。盡管本文已參照附圖對(duì)示例性的實(shí)施方案中進(jìn)行了詳細(xì)描述，但具體實(shí)施方案的變化方案和細(xì)節(jié)也都涵蓋于本文中。本發(fā)明的范圍意在通過(guò)以下權(quán)利要求及其等同方案來(lái)限定。此外，還應(yīng)考慮，所述特定的特征，無(wú)論是單獨(dú)的還是作為實(shí)施方案的一部分，都可與其它實(shí)施方案中單獨(dú)描述的其它特征或部分結(jié)合。因此，未記載結(jié)合不應(yīng)排除發(fā)明人要求保護(hù)這類結(jié)合的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種電壓可切換電介質(zhì)(VSD)材料的組合物，包含粘合劑；和一種或多種分散于所述粘合劑中的粒子，所述一種或多種粒子包括一種濃度的芯殼粒子，所述芯殼粒子各自包含導(dǎo)體芯和殼，其中所述殼為(i)多層的和/或(ii)非均質(zhì)的。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述一種或多種粒子以等于或高于所述組合物的滲濾水平的濃度分散于所述粘合劑。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述一種或多種粒子組分進(jìn)一步包含為導(dǎo)體或半導(dǎo)體的非芯殼粒子。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述一種或多種粒子組分進(jìn)一步包含為納米尺寸粒子的非芯殼粒子。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述納米尺寸粒子為高縱橫比的粒子。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述納米尺寸粒子為有機(jī)的。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中所述納米尺寸粒子包括碳納米管。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中所述納米尺寸粒子包括高縱橫比的金屬粒子。
9.權(quán)利要去1的組合物，其中所述一種或多種粒子組分進(jìn)一步包含非芯殼粒子，所述非芯殼粒子包括硼。
10.權(quán)利要求1的組合物，其中所述一種或多種粒子組分進(jìn)一步包含活性變阻粒子。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中所述粘合劑形成一種聚合物。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中所述粘合劑形成一種導(dǎo)電聚合物。
13.權(quán)利要求1的組合物，其中所述殼包括半導(dǎo)體材料或電阻材料。
14.權(quán)利要求1的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的導(dǎo)體芯各自包含金屬粒子。
15.權(quán)利要求14的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的殼各自包含一種或多種氧化物。
16.權(quán)利要求15的組合物，其中至少一些所述導(dǎo)體芯殼粒子包含一種或多種在所述金屬粒子上形成的氧化物。
17.權(quán)利要求14的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的殼各自包含一種或多種金屬氧化物。
18.權(quán)利要求1的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的殼包含由兩種或更多種材料形成的層。
19.權(quán)利要求1的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的各個(gè)殼包含多層，包括第一層和在所述第一層上形成的第二層，其中所述第一層的材料不同于所述第二層的材料。
20.權(quán)利要求1的組合物，其中至少一些所述芯殼粒子的各個(gè)殼為不均勻的，以便暴露所述導(dǎo)體芯或下層的殼。
21.權(quán)利要求1的組合物，其中所述導(dǎo)體芯為鎳，并且其中所述殼包括金屬氧化物。
22.—種組合物，包含 聚合物粘合劑；多種粒子組分，包括一種濃度的芯殼粒子，所述芯殼粒子各自包含金屬芯和殼，其中所述殼至少部分由金屬氧化物形成并且為(i)多層的和/或(ii)非均質(zhì)的；并且其中所述組合物(i)在不存在超過(guò)所述組合物特征電壓水平的電壓時(shí)是介電的，而(ii)在施加超過(guò)所述組合物特征電壓水平的電壓時(shí)是導(dǎo)電的。
全文摘要
一種電壓可切換電介質(zhì)(VSD)材料組合物，其包含一種濃度的芯殼粒子，所述芯殼粒子各自包含導(dǎo)體芯和殼，每個(gè)芯殼粒子的殼都是(i)多層的和/或(ii)非均質(zhì)的。如圖示的，VSD材料100包括基質(zhì)粘合劑105和多種粒子組分，以多種濃度分散于粘合劑中。所述VSD材料的粒子組分可包括導(dǎo)電粒子110、半導(dǎo)體粒子120、納米尺寸粒子130和/或芯殼粒子140的結(jié)合物。在一些實(shí)施方案中，所述芯殼粒子可取代一些或所有所述導(dǎo)電粒子。作為替代或變化方案，所述VSD組合物可省略使用導(dǎo)電粒子、半導(dǎo)體粒子或納米尺寸粒子，特別是存在一種濃度的芯殼粒子時(shí)。因此，VSD組合物中包含的粒子組分的種類可改變，取決于所述VSD材料所需的電學(xué)特性和物理特性。例如，一些VSD組合物可包含導(dǎo)電粒子，但不包含半導(dǎo)體粒子和/或納米尺寸粒子(例如碳納米管)。另外，其它實(shí)施方案可能省略使用導(dǎo)電粒子。
文檔編號(hào)H01C7/10GK102246246SQ200980147986
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者J·吳, L·科索斯基, P·薩拉夫, R·弗萊明, T·阮岡納贊 申請(qǐng)人:肖克科技有限公司