專利名稱：具有電壓可切換介電材料的核心層結(jié)構(gòu)的制作方法
具有電壓可切換介電材料的核心層結(jié)構(gòu)L.科索斯蓋，R.弗萊明相關(guān)申請本申請要求2008年8月22日提交的美國臨時(shí)專利申請第61/091，288號(hào)的優(yōu)先權(quán)益；上述在先申請?zhí)卮送ㄟ^引用的方式全文納入。
背景技術(shù)：
電壓可切換介電(VSD)材料是在低電壓時(shí)絕緣并且在較高電壓時(shí)導(dǎo)電的材料。這些材料通常為由絕緣聚合物基質(zhì)(matrix)中的導(dǎo)電粒子、半導(dǎo)電粒子和絕緣粒子組成的復(fù)合材料。這些材料用于電子器件的瞬態(tài)保護(hù)，尤其用于靜電放電保護(hù)(ESD)和電過載 (EOS)。通常，VSD材料就像電介質(zhì)，除非施加一個(gè)特征電壓或電壓范圍，在這種情況下，VSD 材料就像導(dǎo)體。存在多種VSD材料。在諸如美國專利第4，977，357號(hào)，美國專利第5，068，634 號(hào)，美國專利第5，099，380號(hào)，美國專利第5，142，263號(hào)，美國專利第5，189，387號(hào)，美國專利第5，248，517號(hào)，美國專利第5，807，509號(hào)，WO 96/02924以及WO 97/26665的文獻(xiàn)中提供了電壓可切換介電材料的實(shí)例；所有上述文獻(xiàn)通過引用的方式全文納入本說明書中。
可以使用多種方法形成VSD材料。一種傳統(tǒng)的技術(shù)是聚合物層填充有高水平金屬粒子，直到非常接近滲出閾值，通常為大于25% (按體積計(jì))。然后將半導(dǎo)體和/或絕緣體材料添加到該混合物。
另一種傳統(tǒng)的技術(shù)是通過將摻雜的金屬氧化物粉末混合，然后燒結(jié)所述粉末以制成具有晶界(grain boundary)的粒子，以及然后將所述粒子添加到聚合物基質(zhì)直到超過滲出閾值，來形成VSD材料。
在名稱為“VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL”的第11/8 , 946號(hào)美國專利申請以及名稱為 "VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES” 的第11/829，948號(hào)美國專利申請中記載了其他用于形成VSD材料的技術(shù)。


圖1是電壓可切換介電(VSD)材料層或厚度的示例性(未成比例)截面圖，示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施方案的VSD材料的組分。
圖2A是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案用于形成基底(substrate)(例如印刷電路板 (PCB))和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)的簡化和代表性橫截面圖。
圖2B示出圖2A的核心層結(jié)構(gòu)，其被進(jìn)一步處理和分層作為構(gòu)建(build)工藝的一部分以形成印刷電路板或基底器件。
圖2C示出在圖2B示出的核心層結(jié)構(gòu)上使用附加的材料層。
圖2D示出根據(jù)一實(shí)施方案在核心層結(jié)構(gòu)中使用電阻材料。
圖2E示出根據(jù)一實(shí)施方案的核心層結(jié)構(gòu)，其包括嵌入的電阻層或元件，以電絕緣導(dǎo)電元件。
圖2F是根據(jù)一實(shí)施方案嵌入的電阻材料如何可以用來電絕緣選定器件并且結(jié)合 VSD材料層進(jìn)一步保護(hù)所述選定器件的代表性電路圖。
圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的核心層結(jié)構(gòu)的代表性的橫截面圖。
圖4A至圖4C示出一種用于形成根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案所述的核心層結(jié)構(gòu)的方法。
圖5A至圖5C示出一種用于形成根據(jù)多個(gè)實(shí)施方案在本文所述的核心層結(jié)構(gòu)的方法。
圖6A和圖6B示出另一個(gè)實(shí)施方案，該實(shí)施方案使用種子(seed)層來形成例如本文所述的核心層的其中一個(gè)導(dǎo)電層。
具體實(shí)施例方式本文描述的實(shí)施方案提供一種具有集成的電壓可切換介電(VSD)材料層的核心層結(jié)構(gòu)，其諸如用于生產(chǎn)印刷電路板或封裝的基底器件。除了其他優(yōu)點(diǎn)，帶有集成的VSD材料層的核心層結(jié)構(gòu)具有處理ESD或EOS事件的固有能力。這樣的核心層結(jié)構(gòu)可以用作生產(chǎn)印刷電路板或基底器件的構(gòu)建模塊；在核心層結(jié)構(gòu)中包含VSD材料使得這些器件能夠更容易地提供接地跡線(grounding trace)和元件，以在ESD、EOS或其他有害的電氣事件中保護(hù)所述器件的敏感電氣元件。
實(shí)施方案進(jìn)一步確認(rèn)，在核心層結(jié)構(gòu)中使用集成的VSD材料層可以被構(gòu)造為豎直地(或在豎直平面內(nèi))切換，以處理電氣事件，諸如由ESD或EOS引起的電氣事件。更具體地，集成的VSD層可以在基底的豎直平面內(nèi)(例如跨過基底的厚度)而不是在基底的水平面內(nèi)形成ESD保護(hù)電路。實(shí)施方案確認(rèn)，這些豎直ESD保護(hù)電路可以通過使用作為一厚度層而沉積在基底器件和封裝的箔片或?qū)щ姾诵闹械腣SD材料來實(shí)現(xiàn)。在導(dǎo)電層的厚度中使用 VSD材料，這允許ESD電路的更小、更可控的間隙尺寸在導(dǎo)電表面上形成。本文描述的實(shí)施方案提供了用于在導(dǎo)電層或?qū)щ姳砻娴暮穸戎畠?nèi)施加VSD材料層的多種技術(shù)和改進(jìn)方法。
提供了一種用于基底和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)。所述核心層結(jié)構(gòu)包括第一層、與所述第一層結(jié)合的第二層。電壓可切換介電(VSD)材料層設(shè)于所述第一層和所述第二層之間。
根據(jù)一些實(shí)施方案，第一層或第二層中的至少一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并且與VSD 材料直接接觸。在一些實(shí)施方案中，第一層或第二層都由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并且與VSD材料接觸。作為替代或者除此之外，絕緣或電阻材料層可被包含在核心層結(jié)構(gòu)中。
更進(jìn)一步，一些實(shí)施方案提供一種核心層結(jié)構(gòu)，該核心層結(jié)構(gòu)將電阻材料和VSD 材料結(jié)合使用，以將設(shè)置在對(duì)應(yīng)導(dǎo)電層上的分立元件電絕緣。在一實(shí)施方案中，導(dǎo)電表面層被圖案化(patterned)以提供多個(gè)分立元件。VSD材料層位于該表面層之下；導(dǎo)電元件將 VSD材料層電連接至地。該表面層包括占據(jù)所述分立元件中的兩個(gè)或更多個(gè)之間空間的電阻材料。
電壓可切換介電(VSD)材料 如在本文中使用的，“電壓可切換材料(voltage switchable material) ”或“VSD 材料”是這樣的組合物或組合物的組合所述組合物具有介電或不導(dǎo)電的特征，除非給該材料施加超過該材料的特征水平的場或電壓，在給該材料施加超過該材料的特征水平的場或電壓情況下，該材料變得導(dǎo)電。因此，如果未給VSD材料施加超過特征水平的電壓(或場) (例如由ESD事件提供的)，則該材料是介電的；如果給VSD材料施加超過特征水平的電壓 (或場)(例如由ESD事件提供的)，該材料被切換進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。VSD材料可進(jìn)一步被描述為非線性的電阻材料。在許多應(yīng)用中，VSD材料的特征電壓在這樣的值的范圍內(nèi)所述值超過電路或器件的工作電壓水平的幾倍以上。這樣的電壓水平可以是瞬態(tài)工況的等級(jí)，諸如由靜電放電所產(chǎn)生的瞬態(tài)工況，雖然實(shí)施方案可以包括使用計(jì)劃的電氣事件。另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在電壓未超過特征電壓的情況下，所述材料就像粘合劑(即，它為非導(dǎo)電的或介電的)。
更進(jìn)一步，在一個(gè)實(shí)施方案中，VSD材料可以被描述為包括部分混合有導(dǎo)體或半導(dǎo)體粒子的粘合劑的材料。在電壓未超過特征電壓水平的情況下，所述材料整體上符合粘合劑的介電特征。在施加超過特征水平的電壓的情況下，所述材料整體上符合導(dǎo)電特征。
根據(jù)本文描述的實(shí)施方案，VSD材料的組分可以均勻地混合進(jìn)粘合劑或聚合物基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該混合物以納米級(jí)分散，這意味著包括導(dǎo)電/半導(dǎo)電材料的粒子在至少一個(gè)尺寸(例如橫截面)上是納米級(jí)的，并且包括體積中所有分散量的大量粒子單個(gè)地分離(以便不會(huì)聚集或密集在一起)。
更進(jìn)一步，電子器件可以設(shè)有根據(jù)本文描述的任一個(gè)實(shí)施方案的VSD材料。這些電子器件可以包括基底器件，諸如印刷電路板、半導(dǎo)體封裝、分立器件、薄膜電子器件、發(fā)光二極管(LED)、射頻(RF)元件、以及顯示器件。
VSD材料的一些組合物通過將導(dǎo)電和/或半導(dǎo)電材料以恰好低于滲出 (percolation)的量被裝入聚合物粘合劑而起作用。滲出可以對(duì)應(yīng)于一種用統(tǒng)計(jì)方法確定的閾值，借助于該閾值，當(dāng)施加相對(duì)的低電壓時(shí)，存在連續(xù)的導(dǎo)電路徑?？梢蕴砑悠渌牧?(絕緣或半導(dǎo)電材料)，以更好地控制滲出閾值。更進(jìn)一步，一些實(shí)施方案可以構(gòu)造由分散在聚合物樹脂中的變阻器粒子形成的VSD材料。
圖1是VSD材料層或厚度的示例性的(未成比例)截面圖，示出根據(jù)各個(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以及以各種濃度分散在粘合劑中的各類粒子組分。VSD材料的粒子組分可以包括金屬粒子110、半導(dǎo)體粒子120、 和/或高縱橫比(HAR，high-aspect ratio)粒子130。應(yīng)注意，包含在VSD組合物中的粒子組分的類型可以變化，這取決于VSD材料的期望電氣特征和物理特征。例如，一些VSD組合物可以包括金屬粒子110，但不包括半導(dǎo)電粒子120和/或HAR粒子130。更進(jìn)一步，其他實(shí)施方案可以不使用導(dǎo)電粒子110。
基質(zhì)粘合劑105的實(shí)例包括聚乙烯、硅酮、丙烯酸脂、聚酰亞胺、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、聚酮、以及共聚物，和/或它們的混合物。
導(dǎo)電材料110的實(shí)例包括金屬，諸如銅、鋁、鎳、銀、金、鈦、不銹鋼、鉻、其他金屬合金、或者如二硼化鈦的導(dǎo)電陶瓷。半導(dǎo)電材料120的實(shí)例包括有機(jī)半導(dǎo)體和無機(jī)半導(dǎo)體。一些無機(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、氧化銻錫、以及氧化鐵?？梢詾樽钸m合VSD材料的具體應(yīng)用的機(jī)械和電氣性能選擇特定的配方和組成。HAR粒子130可以是有機(jī)的(例如，碳納米管、石墨烯)或者無機(jī)的(例如，納米絲或納米棒)，并且可以采用各種濃度分散在其他粒子之間。HAR粒子130的更具體的實(shí)例可以對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電的或者半導(dǎo)電的無機(jī)粒子，諸如由納米絲或某些類型的納米棒提供的無機(jī)粒子。用于這些粒子的材料包括銅、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、氧化銦鋅、氧化鉍、氧化鈰、以及氧化銻鋅。
各類粒子分散在基質(zhì)105中可以使得VSD材料100是不分層的，并且在組成上是均勻的，同時(shí)呈現(xiàn)出電壓可切換介電材料的電氣特征。通常，VSD材料的特征電壓是以伏特 /長度(例如每5密耳(mil))測量的，雖然其他的場測量單位可以用于替代伏特。因此， 施加在VSD材料層的邊界102兩側(cè)的電壓108如果超過間隙距離L的特征電壓，則可以將 VSD材料100切換進(jìn)導(dǎo)電狀態(tài)。在導(dǎo)電狀態(tài)，基質(zhì)復(fù)合材料(包括基質(zhì)粘合劑105和粒子組分)在導(dǎo)電粒子110之間傳導(dǎo)電荷(如導(dǎo)電路徑122所示)，從VSD材料的一個(gè)邊界傳導(dǎo)到另一邊界。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，VSD材料具有超過工作電路的特征電壓水平的特征電壓水平。如上所述，可以使用其他特征場測量單位。
在名稱為“VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL” 的第 11/8 , 946 號(hào)美國專利申請和名稱為 "VOLTAGE SffITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES” 的第11/829，948號(hào)美國專利申請中描述了將有機(jī)和/或HAR粒子納入VSD材料的組合物中的特定組成和技術(shù)；上述專利申請都通過引用的方式被本申請全文納入。
在VSD材料由分散在聚合物樹脂中的變阻器粒子形成的實(shí)施方案中，金屬氧化物變阻器可以通過使用Bi、Cr、Co、Mn、W以及釙來形成。組合物可以通過使用在800°C至 1300°C下燒結(jié)的摻雜ZnO或Ti02粉末來形成，雖然可以使用其他溫度范圍。燒結(jié)使得電氣粒子的導(dǎo)電性隨施加的電場而非線性地變化。
核心結(jié)構(gòu) 圖2A是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的用于形成基底(例如，印刷電路板(PCB))和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)的簡化且代表性的橫截面圖。該核心層結(jié)構(gòu)可以相當(dāng)于導(dǎo)電的材料箔或板，該材料箔或板具有插在其中的VSD材料層。如本文描述的核心層結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)電材料層、絕緣材料層和/或電阻材料層。在一些實(shí)施方案中，核心層結(jié)構(gòu)的厚度的截面部分包括將VSD材料層夾在中間的多個(gè)金屬/導(dǎo)電層。在其他實(shí)施方案中，核心層結(jié)構(gòu)可以將VSD材料夾在導(dǎo)電層和電阻層之間，或者夾在導(dǎo)電層和絕緣層(諸如預(yù)漬料(pr印reg)) 之間。任一核心層結(jié)構(gòu)都可以被進(jìn)一步處理，諸如通過圖案化(例如蝕刻)，以從所述層去除材料以及使得能夠集成另一種材料。
圖1示出不同類型或配方的VSD材料的實(shí)施例，所述VSD材料可以用在核心層結(jié)構(gòu)中，諸如以下提供的各實(shí)施方案(包括圖2A至圖2E)描述的核心層結(jié)構(gòu)。
參照圖2A的實(shí)施方案，導(dǎo)電箔200 (或核心層結(jié)構(gòu))包括第一層210、第二層220以及直接設(shè)于二者之間的VSD層230。第一或第二層210、220中的至少一個(gè)由導(dǎo)電材料(諸如銅、銀、金或其他金屬)形成。VSD材料可以具有根據(jù)圖1描述的實(shí)施方案的配方。在一實(shí)施方案中，一層VSD材料230被沉積(或者夾在)兩層導(dǎo)電材料110、120之間。例如，VSD 材料230可以被夾在兩層銅之間。
導(dǎo)電箔200可以接受不同工藝以形成電路，并且可以被封裝或者以其他方式集成到諸如印刷電路板(PCB)和封裝器件等器件。諸如示出的構(gòu)造使得ESD保護(hù)電路能夠在所述厚度的豎直平面中起作用。
因?yàn)閂SD材料的固有性能，在ESD或EOS工況不存在的情況下，VSD材料是絕緣的； 在ESD或EOS工況存在的情況下，VSD層被切換進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。具體地，在多個(gè)實(shí)施方案中， 在電壓或場超過閾值水平(例如，鉗位電壓)的情況下，VSD材料可以從絕緣體切換到導(dǎo)體。 VSD材料的這種性能使得VSD材料能夠?yàn)榘鐖D2A所述的導(dǎo)電箔(或核心層結(jié)構(gòu))的基底和封裝器件提供集成的保護(hù)層。
圖2B示出如圖2A所述的核心層結(jié)構(gòu)，該核心層結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步處理并且分層(作為構(gòu)建工藝的一部分)，以形成印刷電路板或基底器件。在圖2B中，第二導(dǎo)電層220被圖案化，然后可選地被一個(gè)或多個(gè)其他材料層填充。在圖2B示出的實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層220被圖案化并填充有一層絕緣材料232 (例如，預(yù)漬料)。絕緣材料232使得能夠形成被絕緣的電氣元件。作為替代或者除此之外，電阻材料可以填充一些或所有間隙。更進(jìn)一步，在圖案化第二導(dǎo)電層220時(shí)形成的一些間隙可以保持不被填充，尤其是當(dāng)?shù)诙?dǎo)電層220是表面層時(shí)。如圖2B的實(shí)施方案所示，第一導(dǎo)電層210可以被接地236。如果電氣事件發(fā)生，VSD 材料層230可以“切換”(進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài))并且將形成的電流傳送到地236。如上所述，VSD 層230切換到地的方向沿著豎直平面(由V示出)。
圖2C示出在核心層結(jié)構(gòu)上使用附加的材料層。在示出的實(shí)施例中，附加的導(dǎo)電層 2M設(shè)于絕緣層232上?？蛇x地，包括附加的VSD材料層234，以及另一個(gè)電氣層228。通路242 (具有表面觸頭對(duì)幻可以將VSD層230、234和導(dǎo)電層210、2M互相電連接地接地 236。在表面層處存在電氣事件的情況下，VSD層，例如234，可以被豎直地切換，通過使用通路242而將該事件接地。
圖2D示出根據(jù)一實(shí)施方案在核心層結(jié)構(gòu)中使用電阻材料。在圖2D的實(shí)施方案中， 導(dǎo)電核心層結(jié)構(gòu)200包括第一導(dǎo)電層210、VSD層230以及包括元件(包含元件220A，20B) 的第二導(dǎo)電層220。電阻材料252覆在VSD材料230的上面，以將第二導(dǎo)電層的相鄰元件分離。電阻材料252與VSD材料230結(jié)合可以使得明顯的電氣事件能夠接地，同時(shí)為更多的敏感電氣元件220B提供電絕緣。例如，在元件220A處存在電氣事件的情況下，VSD層230 可以切換，從而豎直地傳送電流。電阻材料252的存在排除了因所述事件引起的大電流被橫向地分散到元件220B，因?yàn)榻拥?36的路徑提供了最小的電阻。
圖2E示出了根據(jù)另一實(shí)施方案的核心層結(jié)構(gòu)，該核心層結(jié)構(gòu)包括嵌入的電阻層或元件，以將導(dǎo)電元件電絕緣。在圖2E示出的截面圖中，第一導(dǎo)電層210覆有絕緣材料232。 VSD材料層230設(shè)于絕緣層234之上。第二導(dǎo)電層220被形成和圖案化以提供跡線(trace) 元件。電阻材料(或?qū)?252可以被圖案化或者選擇性地形成在由第二導(dǎo)電層220形成的一些或所有元件之間。通路對(duì)2(及其表面觸頭元件對(duì)幻可以將VSD層230和導(dǎo)電層210 相互電連接地接地236。如上所述，電阻材料252將電氣元件Q20B)電絕緣。在存在電氣事件的情況下，VSD層230可以切換，以便電連接至通路M2。通過VSD材料230以及通路 262接地236的具有最小電阻的路徑是豎直的。因而，通過向本來在電氣元件220A和220B 之間的VSD材料被橫向切換的情況下可能得到的路徑增加電阻元件，所述電阻材料將相鄰的電氣元件絕緣并且保護(hù)所述相鄰的電氣元件。
圖2F是根據(jù)一些實(shí)施方案的嵌入電阻材料如何可以用來絕緣并進(jìn)一步保護(hù)與 VSD材料層組合的選定器件的代表性電路圖。具體地，圖2F是一電路圖，示出ESD事件(或其他電氣事件)如何在由圖2D或圖2E的實(shí)施方案示出的核心層結(jié)構(gòu)上得到處理。嵌入的電阻例如由圖2E的電阻材料252提供，并且定位為使待要被保護(hù)的元件(參見圖2E的 220B)絕緣。VSD材料230隨著事件而切換，使得所述事件能夠被豎直導(dǎo)向地236 (圖2E)， 這是因?yàn)樨Q直路徑比通向元件220B的電氣路徑具有更小的電阻。
以下描述了對(duì)圖2A至圖2E所述的核心層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行的許多變型中的一些。 對(duì)于以下或其他地方描述的實(shí)施方案，可以進(jìn)行附加的處理步驟(諸如圖2B至圖2E所述)，以從核心層結(jié)構(gòu)構(gòu)建基底和電路板器件。例如，以下或其他地方的各種實(shí)施方案所述的核心層結(jié)構(gòu)可以通過以下步驟被進(jìn)一步處理(i)圖案化，以形成跡線元件和絕緣元件或區(qū)域；(ii)形成通路和微通路，所述通路和微通路貫穿核心層結(jié)構(gòu)，以將多個(gè)層上的跡線元件或者元件電連接(或者使用VSD實(shí)現(xiàn)連接)至地；和/或(iii)多層化，以在圖案化或處理過的層上增加附加的VSD材料層、導(dǎo)電材料層、電阻材料層或者絕緣材料層。
圖3是根據(jù)另一實(shí)施方案的核心層結(jié)構(gòu)的代表性橫截面圖。在示出的實(shí)施方案中，核心層結(jié)構(gòu)300相當(dāng)于一導(dǎo)電的材料箔或板，所述材料箔或板具有插在其中的VSD材料層。核心層結(jié)構(gòu)300可以被上述或其他地方所述的任一實(shí)施例替換。
更具體地，核心層結(jié)構(gòu)300利用第一種導(dǎo)電材料310 (銅)作為初始接收VSD材料層320的平面。第二種導(dǎo)電材料(例如銀)330設(shè)于VSD材料320上以形成組合結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電材料層330被形成、沉積或者以其他方式設(shè)于VSD層320上，以便在箔300內(nèi)形成一對(duì)不同的導(dǎo)電層。
可以存在用于向VSD材料層320設(shè)置第一或第二導(dǎo)電層310、330的不同技術(shù)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，VSD層320被壓在金屬片(例如兩個(gè)銅片)之間。在另一實(shí)施方案中，VSD材料320被同時(shí)固化在這兩個(gè)導(dǎo)電層310、330之間(或者在不同類型的導(dǎo)電層112、 202之間)。
圖3的實(shí)施方案示出使用了不同類型的導(dǎo)電材料來形成核心層結(jié)構(gòu)，并且該實(shí)施方案可以應(yīng)用于本文所述的其他實(shí)施方案。例如，圖2B至圖2E的實(shí)施方案示出的核心層結(jié)構(gòu)可以在所述核心層結(jié)構(gòu)的不同層上包含不同類型的導(dǎo)電材料。
核心層結(jié)構(gòu)的形成 更進(jìn)一步，圖4A至圖4C的實(shí)施方案示出了一種用于形成根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的核心層結(jié)構(gòu)的方法。在圖4A中，形成核心層結(jié)構(gòu)的第一層410。第一層410可以由導(dǎo)電材料(諸如銅或銀)形成。
在圖4B中，包括VSD材料的第二層420形成在第一層410上。在提供的實(shí)施例中， VSD材料直接形成在第一層410上，以便接觸第一層。存在許多在第一材料上形成VSD材料 420的方法和技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，VSD材料層420以液體形式被沉積在第一層410上， 然后被固化在位。在另一實(shí)施方案中，VSD材料層420在第一層410上B階化(B-staged)。 第一導(dǎo)電層410上的VSD材料層420在形成核心的過程中提供了中間階段。
圖4C示出，在第一和第二層410、420結(jié)合起來的中間階段之后，第三導(dǎo)電層430 被形成或沉積在第一層410和第二層420的結(jié)合物上。存在許多用來在中間結(jié)構(gòu)上形成第三層430導(dǎo)電材料的方法和技術(shù)。如下所述，例如，在一些實(shí)施方案中，通過包括電解電鍍、 無電敷鍍(electro-less plating)的工藝來形成或沉積第三層430。因此，第一和第三層 410、430都可以由相同的導(dǎo)電材料形成，其中VSD材料被夾在二者之間。更進(jìn)一步，第三層 430導(dǎo)電材料可以被涂覆在中間結(jié)構(gòu)之上。例如，第三層430可以由可被直接涂覆到中間結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電油墨構(gòu)成。
替代地，第一或第三層410、430中的一個(gè)由非導(dǎo)電或電阻材料形成，如以下的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案所述的。更進(jìn)一步，第一或第三層中的一個(gè)可以由導(dǎo)電材料形成，并且通過電阻或絕緣材料(例如，預(yù)漬料)與第二層420的VSD材料分離。
在VSD上形成導(dǎo)電層 圖5A至圖5C示出了一種用于形成例如本說明書中各實(shí)施方案所述的核心層結(jié)構(gòu)的方法。更具體地，圖5A至圖5C示出了這樣的實(shí)施方案，其中(i)形成了包括第一層導(dǎo)電材料和VSD材料的中間結(jié)構(gòu)；以及(ii)在中間結(jié)構(gòu)的VSD材料層上形成第二導(dǎo)電層。根據(jù)一些實(shí)施方案，所述第二導(dǎo)電層例如通過電鍍金屬形成工藝而形成在所述中間結(jié)構(gòu)上。諸如圖5A至圖5C描述的實(shí)施方案可以用來產(chǎn)生如上面各實(shí)施方案(包括圖2A至圖2F)所述的核心層結(jié)構(gòu)。
在圖5A中，形成了中間結(jié)構(gòu)510。該中間結(jié)構(gòu)包括在導(dǎo)電層520上形成的VSD材料層530。中間結(jié)構(gòu)510被連接至電壓源502。來自電壓源502的電壓被用來將VSD材料層530切換進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。在將VSD材料層切換進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)的同時(shí)，中間結(jié)構(gòu)510在電解溶液MO中受到處理(圖5B)。第二導(dǎo)電層550開始在VSD材料上形成。第二導(dǎo)電層的組成可以在電解溶液540中選定。這樣，VSD材料層530在溶液MO中受到處理，使得第二導(dǎo)電層550在VSD材料層的頂部上形成(圖5C)。最后的形成物使得核心層結(jié)構(gòu)500的形成過程完成。
如在其他地方所述的，在一個(gè)實(shí)施方案中，溶液MO中的金屬可以不同于第一導(dǎo)電層520中的金屬。這導(dǎo)致核心層結(jié)構(gòu)500具有不同于第二導(dǎo)電層550的第一導(dǎo)電層510。
作為電鍍工藝的替代，VSD材料層520可以被切換到導(dǎo)電狀態(tài)(使用電壓源502施加的電壓)并且受到無電敷鍍處理以用于金屬形成。
作為另一種替代或變型，與第二導(dǎo)電層550 (見圖5C)描述的相同金屬形成或沉積工藝可以用來形成第一導(dǎo)電層520。例如，第一導(dǎo)電層520可以通過使VSD材料530受到電解溶液540處理而形成，所述電解溶液同時(shí)形成第一和第二導(dǎo)電層520、550。
作為對(duì)所述實(shí)施方案的替代，所述電解電鍍工藝可以被實(shí)施為雙卷軸 (reel-to-reel)工藝。
種子層實(shí)施方案 圖6A和圖6B示出另一個(gè)實(shí)施方案，該實(shí)施方案使用種子層來形成本文所述核心層的導(dǎo)電層中的一個(gè)。如所述的，種子層602用在形成核心層結(jié)構(gòu)600的其中一個(gè)導(dǎo)電層的工藝中。參照圖6A的實(shí)施方案，種子層602形成在包括第一導(dǎo)電層610和VSD材料層620 的中間結(jié)構(gòu)600上。更具體地，種子層602在VSD層620上形成。種子層602用作以下方法的替代“切換”VSD材料以將第二導(dǎo)電層630電鍍到中間結(jié)構(gòu)之上。種子層602可以被提供為一種被沉積或以其他方式在VSD材料層620上形成的材料薄層，以使得通過使用例如無電敷鍍或電解電鍍工藝能夠隨后形成第二導(dǎo)電層620。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過在第一導(dǎo)電層610上形成VSD層620之后進(jìn)行真空沉積來形成種子層602。例如，VSD層620可以以液體形式沉積在第一導(dǎo)電層610上，然后變干。接著，真空沉積工藝可以用來形成種子層602。接著，通過使種子層602接受電鍍或無電敷鍍工藝來形成第二導(dǎo)電層630。作為真空沉積的替代，可以使用其他技術(shù)形成種子層602，例如，物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、濺射或者原子層沉積(ALD)。在替代實(shí)施方案中或在變體中，可以通過以下工藝來形成種子層602，所述工藝包括⑴將種子層602的粒子捕獲到位(即，位于固化的VSD 材料層620上)；(ii)通過沉淀將種子層粒子沉積。
在一些實(shí)施方案中，種子層602是導(dǎo)電的，例如金屬?；蛘?，種子層602對(duì)于一些實(shí)施方案來說可以是半導(dǎo)電的。例如，半導(dǎo)電粒子可以被捕獲在固化的VSD材料層102上， 以形成種子層602。
更進(jìn)一步，種子層602可以由導(dǎo)電聚合物或沉積物形成。聚合物可以為自身導(dǎo)電的，或者載有金屬粒子和/或其他導(dǎo)電元素以使其導(dǎo)電。
變體 在一些實(shí)施方案中，無粘合劑(即，沒有粘合劑)配方的變阻器粒子可以組成核心層結(jié)構(gòu)的其中一個(gè)或多個(gè)層，作為圖1所述的VSD材料的替代物。具體地，可以選擇這樣的變阻器材料，所述變阻器材料具有在例如ESD或EOS事件引起的電壓的情況下“切換”到導(dǎo)電狀態(tài)的固有能力。
關(guān)于(例如圖2A至圖2E的核心層結(jié)構(gòu)或者用圖5A至圖5C的方法形成的核心層結(jié)構(gòu))所述的一些實(shí)施方案，可以進(jìn)行電解工藝以對(duì)形成核心層結(jié)構(gòu)的其中一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)電層增加厚度。例如，在VSD材料層上形成或提供初始厚度之后，可以進(jìn)行電解工藝以增加第二導(dǎo)電層的厚度。
關(guān)于一些實(shí)施方案，構(gòu)成核心層結(jié)構(gòu)的一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)電層可以用半導(dǎo)體材料代替。更進(jìn)一步，一個(gè)層可以由電阻材料代替。
作為另一個(gè)實(shí)施方案，附著力促進(jìn)劑可以被用于導(dǎo)電材料層的界面表面。
結(jié)論 雖然已在本文中參照附圖具體描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，但是應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施方案。如此，許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。因此，本發(fā)明的范圍意在由以下權(quán)利要求及其等同內(nèi)容限定。另外，想到了單獨(dú)描述或作為實(shí)施方案的組成部分描述的具體特征可以與其他單獨(dú)描述的特征或其他實(shí)施方案的組成部分組合，即使所述其他特征和實(shí)施方案沒有提到所述具體特征。因此，沒有描述這種組合不應(yīng)排除發(fā)明人對(duì)這樣的組合要求權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種用于基底和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)，該核心層結(jié)構(gòu)包括第一層；與所述第一層結(jié)合的第二層；其中所述第一層或所述第二層中的至少一個(gè)包括導(dǎo)電材料；電壓可切換介電(VSD)材料層，其設(shè)在所述第一層和所述第二層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層和所述第二層每個(gè)都由相同的導(dǎo)電材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述VSD材料層被設(shè)置為接觸所述第一層或所述第二層中的所述至少一個(gè)，所述第一層或所述第二層包括導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層包括導(dǎo)電材料，以及所述第二層包括絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層包括導(dǎo)電材料，以及所述第二層包括電阻材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述第一層和所述第二層每個(gè)都包括導(dǎo)電材料，其中所述VSD材料被設(shè)置為接觸所述第一層和所述第二層中的一個(gè)，以及其中所述核心層結(jié)構(gòu)包括由導(dǎo)電材料、絕緣材料或電阻材料組成的一個(gè)或多個(gè)附加層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述VSD材料包括分散在粘合劑中的導(dǎo)電粒子和/或半導(dǎo)電粒子的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述VSD材料包括變阻器粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述VSD材料包括沒有粘合劑的變阻器粒子。
10.一種用于基底和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)，該核心層結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層，所述多個(gè)層包括第一層，包括導(dǎo)電材料；在所述第一層上形成的電壓可切換介電(VSD)材料層；在所述VSD材料層上形成的第二層，所述第二層包括導(dǎo)電材料、絕緣材料或電阻材料中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的核心層結(jié)構(gòu)，還包括在所述第二層上形成的第三層，所述第三層包括導(dǎo)電材料、絕緣材料或電阻材料中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述第二層或所述第三層中的至少一個(gè)被圖案化。
13.一種用于形成核心層結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟產(chǎn)生中間結(jié)構(gòu)，該中間結(jié)構(gòu)包括(i)第一層以及(ii)在所述第一層上形成的電壓可切換介電(VSD)材料層；以及在所述中間結(jié)構(gòu)上形成第二層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一層或所述第二層中的至少一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中至少所述第一層由導(dǎo)電材料構(gòu)成，以及其中產(chǎn)生中間結(jié)構(gòu)包括所述VSD材料層在所述第一層上B階化。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中產(chǎn)生中間結(jié)構(gòu)包括將所述VSD材料層涂覆在所述第一層上。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中形成第二層包括通過使所述中間結(jié)構(gòu)接受電解電鍍工藝來形成對(duì)應(yīng)于所述第二層的導(dǎo)電材料厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成所述厚度包括施加足夠電壓給所述中間結(jié)構(gòu)，以將所述VSD材料層切換到導(dǎo)電狀態(tài)，其中在所述中間結(jié)構(gòu)被浸入電解溶液中時(shí)施加所述電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成導(dǎo)電材料厚度包括使用種子層以在使所述中間結(jié)構(gòu)接受所述電解電鍍工藝時(shí)形成所述厚度。
20.一種用于基底和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)，所述核心層結(jié)構(gòu)包括 包括導(dǎo)電材料的表面層，所述導(dǎo)電材料被圖案化以提供多個(gè)分立元件； 位于所述表面層下方的電壓可切換介電(VSD)材料層；導(dǎo)電元件，其將所述VSD材料層電連接至地；其中所述表面層包括電阻材料，所述電阻材料占據(jù)所述分立元件中兩個(gè)或更多個(gè)之間的空間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的核心層結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電元件對(duì)應(yīng)于一個(gè)通路，所述通路從至少所述VSD材料層經(jīng)由豎直路徑穿過所述核心層結(jié)構(gòu)的厚度延伸到地。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的核心層結(jié)構(gòu)，還包括絕緣材料層，該絕緣材料層被設(shè)置在所述VSD材料層的上面和/或下面。
全文摘要
提供了一種用于基底和封裝器件的核心層結(jié)構(gòu)。所述核心層結(jié)構(gòu)包括第一層、與第一層結(jié)合的第二層。電壓可切換介電(VSD)材料層被設(shè)置于所述第一層和第二層之間。
文檔編號(hào)H05K1/02GK102187746SQ200980141778
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者L·科索斯蓋, R·弗萊明 申請人:肖克科技有限公司