[发明专利]含有导电芯壳粒子的电压可切换电介质材料

说明书

相关申请

本申请要求美国临时专利申请No.61/101,637的优先权，该在先申请的全部内容通过引用的方式纳入本说明书。

技术领域

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。

背景技术

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和WO97/26665，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 SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL)的美国专利申请No.11/829,946和名称为“具有高纵横比粒子的电压可切换电介质材料”(VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES)的美国专利申请No.11/829,948。

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，所述粘合剂含有均匀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