專利名稱：粒狀非聚合變阻材料、包含它的襯底器件及形成它的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里描述的實(shí)施方案涉及電壓可切換介電材料，更具體地涉及粒狀變阻材料(varistor)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電壓可切換介電(VSD)材料是在低電壓絕緣且在較高電壓導(dǎo)電的材料。這些材料一般是由聚合物基質(zhì)中的導(dǎo)電、半導(dǎo)電和絕緣顆粒組成的復(fù)合物。這些材料用于電子器件的瞬時(shí)保護(hù)，最顯著的是靜電放電保護(hù)(ESD)和電過(guò)載(E0S)。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，在此情況下表現(xiàn)為導(dǎo)體。存在各種各樣的VSD材料。電壓可切換介電材料的實(shí)例在如下參考文獻(xiàn)中提供，諸如美國(guó)專利4，977，357、美國(guó)專利5，068，634、美國(guó)專利5，099，380、美國(guó)專利5，142，263、美國(guó)專利5，189，387、美國(guó)專利5，248，517、美國(guó)專利 5，807，509、WO 96/02924 和 WO 97/26665。


圖I示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于在銅箔或金屬箔上形成變阻材料層的系統(tǒng)。圖2示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的用于在目標(biāo)結(jié)構(gòu)上形成變阻材料層的方法。圖3A不出了根據(jù)一些實(shí)施方案的襯底器件,在該襯底器件上形成有非聚合VSD材料層。圖3B示出了一個(gè)襯底器件，其中在兩個(gè)對(duì)立的金屬片或金屬箔310、320之間嵌入有變阻材料層312。圖4A示出了一個(gè)襯底器件，該襯底器件配置有如這里提供的任何實(shí)施方案描述的非聚合VSD材料。圖4B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用非聚合VSD材料的一個(gè)替代的襯底器件配置，其中在襯底中嵌入有導(dǎo)電層。圖4C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用非聚合VSD材料的一個(gè)替代的襯底器件配置，其中在襯底內(nèi)設(shè)置有豎向(vertical)切換布置。圖5是一個(gè)電子器件的簡(jiǎn)化圖，在該電子器件上可設(shè)置有根據(jù)這里描述的一些實(shí)施方案的VSD材料。圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用非聚合VSD材料進(jìn)行瞬時(shí)電保護(hù)的晶片(wafer)襯底器件。圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有引線框架設(shè)計(jì)的分立器件的封裝部分的俯視圖，該分立器件包括非聚合VSD材料作為免受瞬時(shí)電事件(transient electrical event)的影響的受保護(hù)的元件。圖8示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的使用引線框架結(jié)構(gòu)的分立器件，該分立器件具有集成的非聚合VSD材料層。
圖9示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的分立器件，該分立器件具有集成的和嵌入的非聚合VSD材料層。
具體實(shí)施例方式所描述的實(shí)施方案包括基本由僅由單一化合物形成的粒結(jié)構(gòu)組成的非聚合電壓可切換介電(voltage switchable dielectric, VSD)材料；用于制造該材料的方法；以及這樣的非聚合VSD材料的應(yīng)用。變阻材料是一類具有顯著的非歐姆電流電壓特性的材料。這樣的材料有時(shí)被稱為電壓可切換介電(VSD)材料。如同其他的VSD材料，變阻材料具有足夠高的電阻，從而當(dāng)不存在電場(chǎng)時(shí)會(huì)被認(rèn)為是介電的或絕緣的(或絕緣體類材料)。但是若施加了超過(guò)觸發(fā)點(diǎn)的電壓，則變阻材料的電阻顯著降低，使得該材料變?yōu)閷?dǎo)電的(或?qū)w類材料)。
許多類型的VSD 材料-諸如在題為 “VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC
MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCT IVE ORGANIC MATERIAL” 的美國(guó)專利申請(qǐng)11/829, 946 (通過(guò)引用納入本文)以及題為 “VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIALHAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES”的美國(guó)專利申請(qǐng)11/829，948 (通過(guò)引用納入本文)中描述的——是通過(guò)將導(dǎo)體顆粒和半導(dǎo)體顆粒均勻地散布在粘結(jié)劑中而形成的。相對(duì)t匕，本發(fā)明的變阻材料與這樣的基于聚合物的VSD材料的區(qū)別在于不存在粘結(jié)劑。就這一點(diǎn)而言，該變阻材料是非聚合VSD材料。根據(jù)一些實(shí)施方案，變阻材料被設(shè)置為在分子組分方面基本是同質(zhì)的或純凈的。用在這里，基本純凈的分子組分意味著所談的量(例如變阻材料層)多于99%是由某一分子化合物(例如氧化鋅、氧化鉍、氧化鎢或碲化鎘)形成的。VSD材料，包括變阻材料，被用于保護(hù)電器件免受諸如靜電放電(ESD)或雷擊等瞬時(shí)電事件的影響。這里描述的實(shí)施方案包括各種如下的襯底器件(以及用于形成這樣的器件的技術(shù))，該襯底器件包括沉積在目標(biāo)器件上的變阻材料層。該目標(biāo)器件可對(duì)應(yīng)于金屬或?qū)щ娫?，諸如銅箔或其他金屬襯底。在一些實(shí)施方案中，變阻材料層被現(xiàn)場(chǎng)(on site)形成，并且被安置為有效保護(hù)襯底器件的電部件免受瞬時(shí)電事件(諸如ESD)的影響。例如，變阻材料層可被形成在金屬襯底上，以保護(hù)在該襯底上互連的其他電元件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)置了金屬箔(或片)，其上沉積有所選擇的化合物的粒結(jié)構(gòu)，以在該箔上建立變阻材料層。更進(jìn)一步，可實(shí)施薄膜沉積處理以在金屬箔或片上沉積變阻材料層。圖I示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于在銅箔或金屬箔上形成變阻材料層的系統(tǒng)。系統(tǒng)100由保留機(jī)構(gòu)(retention mechanism) 110、馬達(dá)120和激光器130提供。保留機(jī)構(gòu)110保留一份原始(raw)變阻材料112。在原始狀態(tài)，材料112是非晶的(amorphic),并且缺少展現(xiàn)期望的非歐姆電行為所必需的晶體結(jié)構(gòu)。因此，在原始形式(或非晶的)，材料112不是變阻材料，但具有形成變阻材料的潛能。若施加了激光束132 (或其他形式的能量束)，分子會(huì)結(jié)晶并掉落以形成粒結(jié)構(gòu)的聚集(aggregation)。據(jù)信，由于該粒結(jié)構(gòu)中形成了分子邊界，所得到的材料聚結(jié)(agglomeration)展現(xiàn)出非歐姆電特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，原始變阻材料112是一塊氧化鋅。在另一個(gè)實(shí)施方案中，原始變阻材料112是一塊氧化鉍。也可使用其他材料(包括陶瓷金屬氧化物)，諸如氧化鎳、碲化鋪和氧化鶴。在一些實(shí)施方案中，原始變阻材料112可初始被構(gòu)造為能夠被機(jī)械夾持和f呆縱的固體形式，使得它們能夠在存在激光束132的情況下旋轉(zhuǎn)，如下文所述。目標(biāo)140(例如金屬片)被定為在原始變阻材料112下方，以收集因施加激光而形成的晶體。在圖I示出的實(shí)施方式中，當(dāng)激光器130將束132引導(dǎo)到材料112上時(shí)，馬達(dá)120旋轉(zhuǎn)這份原始狀態(tài)的變阻材料112。將束132引導(dǎo)到這份正在旋轉(zhuǎn)的原始材料112的處理可在真空腔中被執(zhí)行。結(jié)果是，原始材料112在外部結(jié)晶，并從所述塊剝落。在一個(gè)實(shí)施方案中，激光器130是高能量脈沖激光器。也可使用其他形式的激光器和能量束。選擇替代束的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是該束具有如下的能力將足夠的能量引導(dǎo)至原始狀態(tài)材料112，以使得分子晶體在這個(gè)原始?jí)K的外部形成并剝落。在真空環(huán)境中，已結(jié)晶的分子從這塊原始材料112掉落，并且在目標(biāo)140處聚結(jié)為一層或一份變阻材料142。變阻材料142的聚結(jié)在沉積時(shí)形成，而無(wú)需燒結(jié)該材料。在一些 實(shí)施方案中，以這樣的過(guò)程在目標(biāo)140上形成的變阻材料的量可在幾納米到300納米之間。目標(biāo)140可被機(jī)器人或其他機(jī)構(gòu)移動(dòng)，以使得變阻材料142能夠被選擇性地沉積或圖案化。變阻材料142的組分是基本同質(zhì)的或純凈的，在于它匹配這塊原始材料112(其被假定為基本純凈的)的組分。變阻材料142在分子水平上由粒結(jié)構(gòu)組成，該粒結(jié)構(gòu)是通過(guò)這塊原始材料112的結(jié)晶形成的。所得到的材料的非歐姆電特性被認(rèn)為是所選擇的化合物(例如氧化鋅)的粒結(jié)構(gòu)(以及在粒之間形成的邊界)的結(jié)果。圖2示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的用于在目標(biāo)結(jié)構(gòu)上形成變阻材料層的方法。在描述圖2的方法時(shí)，參照了圖I的元件，以例示用于執(zhí)行所描述的步驟或子步驟的合適的部件或元件。原始狀態(tài)材料112被保持在真空腔中(210)，用于隨后被能量束激勵(lì)。該材料可以是基于它在被激勵(lì)時(shí)形成具有類似變阻材料的電特性的晶體分子的能力而選擇的?？墒褂玫脑疾牧系膶?shí)例包括氧化鋅、氧化鉍、氧化鎢或碲化鎘。所使用的材料可以是基于該材料的粒化形式的已知電特性而選擇的。影響選擇使用哪種材料的具體電特性包括該材料的觸發(fā)電壓(使該材料切換成導(dǎo)電狀態(tài)的電壓)、箝位電壓或泄漏電流。如所描述的，晶體分子沉積在目標(biāo)位置上。該目標(biāo)結(jié)構(gòu)被安置在真空腔的目標(biāo)位置(220 )。根據(jù)一些實(shí)施方案，可使用多種類型的結(jié)構(gòu)作為目標(biāo)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該目標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于金屬箔，諸如由銅、銀、鎳、金或鉻形成的金屬箔。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該目標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于用于印刷電路板器件的襯底。更進(jìn)一步，其他應(yīng)用包括上面設(shè)置有裸片(die)元件的晶片襯底。在后一情況下，該晶片可在鈍化之前被安置在目標(biāo)位置。然后，該原始狀態(tài)材料經(jīng)受足以使其周邊分子結(jié)晶的能量束(230)。在原始狀態(tài)，原始材料112的分子是相對(duì)非晶的，并且能量束的施加導(dǎo)致個(gè)體分子通過(guò)形成具有邊界的粒結(jié)構(gòu)而結(jié)晶。通過(guò)向原始材料112持續(xù)施加能量束，這些分子結(jié)構(gòu)在該目標(biāo)位置聚結(jié)，導(dǎo)致已?；姆肿訌倪@塊原始材料112掉落到該目標(biāo)位置上。一些實(shí)施方案增加了通過(guò)相對(duì)于該能量束旋轉(zhuǎn)材料112能夠形成的晶體的量。根據(jù)一些實(shí)施方案，在將高能量束引導(dǎo)到材料112上時(shí)，原始狀態(tài)材料112旋轉(zhuǎn)。作為一個(gè)替代，該束也可圍繞原始材料112而移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，該高能量束對(duì)應(yīng)于激光束。該高能量束提供足夠的能量來(lái)使得分子晶體落在該目標(biāo)位置(或位于該位置的目標(biāo)器件)上。個(gè)體的已結(jié)晶的分子在該目標(biāo)位置聚結(jié)以形成變阻材料。當(dāng)在該目標(biāo)器件上形成了足夠的變阻材料時(shí)，該處理完成。參照?qǐng)DI和圖2,下面提供了實(shí)施一個(gè)實(shí)施方案的實(shí)例。聞能量束可被提供為超聞能量脈沖束。變阻材料的原始材料112可被保持在高真空腔中(例如在10_°6托)并以相對(duì)慢的轉(zhuǎn)速(例如每分鐘1-10轉(zhuǎn))旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)速度與高能量激光器的組合允許該材料的外層被加熱。目標(biāo)位置也可移動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)和/或平移)，以允許已?；牟牧系袈湓诜稚⒌钠谕恢?而非沉積在單個(gè)點(diǎn))。在實(shí)驗(yàn)中，粒狀結(jié)構(gòu)被形成在一個(gè)被旋轉(zhuǎn)并加熱至約200°C的銅板上。圖3A示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的襯底器件，在該襯底器件上形成有非聚合VSD材料層。襯底器件300包括金屬片310或金屬箔(例如銅、金、銀、鉻、黃銅)，盡管可使用任何金屬性或?qū)щ姷牟考?例如引線、背板、引腳)。在一些實(shí)施方案中，非聚合VSD材料由諸如 參照?qǐng)DI和圖2的實(shí)施方案描述的變阻材料形成。為了形成變阻材料，金屬片310(或其他導(dǎo)電元件)可經(jīng)受諸如用系統(tǒng)100 (圖I)實(shí)施的處理，其中這塊原始材料112 (圖I)經(jīng)受能量束以允許在下面的部件上形成晶體。結(jié)果是，變阻材料層作為生產(chǎn)過(guò)程的一部分形成在金屬片310上，其厚度可在某范圍內(nèi)變化(例如2-300nm)。作為生產(chǎn)過(guò)程的一部分，變阻材料312與該金屬片組合成一體，并且使得能夠?qū)τ山饘倨?10形成的產(chǎn)品進(jìn)行固有的電保護(hù)。在圖3A的實(shí)施方案中，變阻材料312與襯底310的組合形成了襯底器件(諸如電路板)的核心。該核心具有固有的非歐姆特性，可在ESD及其他瞬時(shí)電事件發(fā)生時(shí)被用來(lái)為隨后在該襯底上形成的電元件提供接地平面。圖3B示出了一個(gè)襯底器件，其中在兩個(gè)對(duì)立的金屬片或金屬箔310、320之間嵌入有變阻材料層312。這一構(gòu)造使得襯底器件350具有嵌入的接地平面(及其他應(yīng)用)，該接地平面可在ESD或瞬時(shí)事件發(fā)生時(shí)電連接至通路(via)，以將該器件的電元件接地。圖4A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的配置有非聚合VSD材料的器件。如圖4A所示，襯底器件400對(duì)應(yīng)于例如印刷電路板。包含電極412及其他跡線元件(trace element)或互連件的導(dǎo)電層410被形成在襯底400的表面的厚度上。在所示出的配置中，非聚合VSD材料420可設(shè)置在襯底400上(例如作為核心層結(jié)構(gòu)的一部分)，以當(dāng)存在合適的電事件(例如ESD)時(shí)在覆蓋VSD層420的電極412之間提供橫向開(kāi)關(guān)(lateral switch)。根據(jù)一些實(shí)施方案，非聚合VSD材料是使用諸如參照?qǐng)DI和圖2的實(shí)施方案描述的沉積處理制造的。諸如參照前述實(shí)施方案描述的變阻材料可被用作非聚合VSD材料。電極412之間的間隙418充當(dāng)作橫向開(kāi)關(guān)或水平開(kāi)關(guān)(horizontal switch),當(dāng)發(fā)生足夠的瞬時(shí)電事件時(shí)該開(kāi)關(guān)被觸發(fā)為“接通”。在一個(gè)應(yīng)用中，電極412之一是地元件(ground element),其延伸至地平面(ground plane)或器件。由于VSD層420中的材料被切換成導(dǎo)電狀態(tài)(由于瞬時(shí)電事件)，接地電極412將被間隙418分隔開(kāi)的其他導(dǎo)電元件412互連至地。在一個(gè)實(shí)施方式中，通路435從接地電極412延伸進(jìn)入襯底400的厚度。該通路提供電連接性，以完成從接地電極412延伸出的地路徑(ground path)。該VSD層的位于間隙418下面的部分橋接了導(dǎo)電元件412，使得該瞬時(shí)電事件被接地，從而保護(hù)互連至包括導(dǎo)電層410的導(dǎo)電元件412的部件和器件。圖4B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用非聚合VSD材料的一個(gè)替代的襯底器件配置，其中在襯底中嵌入有導(dǎo)電層。在示出的配置中，包括電極462的導(dǎo)電層460分布在襯底440的厚度內(nèi)。非聚合VSD材料層470和介電材料(例如B階材料)層474可覆蓋在嵌入的導(dǎo)電層上。還可包括附加的介電材料層477，諸如直接位于非聚合VSD層470下面或接觸非聚合VSD層470。表面電極482包括設(shè)置在襯底440的表面上的導(dǎo)電層480。表面電極482還可覆蓋非聚合VSD材料層471。一個(gè)或多個(gè)通路474可將導(dǎo)電層460、480的電極/導(dǎo)電元件電互連。非聚合VSD材料層470、471被安置為使得當(dāng)足夠幅度的瞬時(shí)電事件到達(dá)該VSD材料時(shí)，水平切換和橋接相應(yīng)導(dǎo)電層460、480的間隙468兩端的相鄰電極。根據(jù)一些實(shí)施方案，該非聚合VSD材料由變阻材料形成，諸如參照?qǐng)DI和圖2的實(shí)施方案描述的。每個(gè)個(gè)體變阻材料層可通過(guò)參照?qǐng)DI和圖2描述的沉積處理形成。在變阻材料沉積到相應(yīng)導(dǎo)電層460、480上之后，這些層可被裝配為一個(gè)在另一個(gè)上。作為圖4A和圖4B的實(shí)施方案的一個(gè)替代或變型，圖4C示出了用于將非聚合VSD材料納入襯底的一個(gè)豎向切換布置。襯底486納入了非聚合VSD材料層490，它分隔了兩個(gè)導(dǎo)電材料層488、498。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電層498之一是嵌入的。當(dāng)一個(gè)瞬時(shí)電事件到達(dá)非聚合VSD材料層490時(shí)，非聚合VSD材料層490切換成導(dǎo)電的并且橋接導(dǎo)電層488、498。該豎向切換布置還可用于將導(dǎo)電元件互連至地。例如，嵌入的導(dǎo)電層498可提供接地平面。圖5是一個(gè)電子器件的簡(jiǎn)化圖，在該電子器件上可設(shè)置有根據(jù)這里描述的實(shí)施方案的非聚合VSD材料。圖5示出了器件500，它包括襯底510、部件540以及可選的外殼或外罩550。VSD材料505 (根據(jù)任何所描述的實(shí)施方案)可被納入許多位置中的任何一個(gè)或多個(gè)位置，包括在表面502上、在表面502下面(諸如在其跡線元件下方或在部件540下方)或者在襯底510的厚度內(nèi)的位置。替代地，該非聚合VSD材料可被納入外殼550。在每個(gè)情況下，非聚合VSD材料505可被納入，以使得當(dāng)存在超過(guò)特征電壓的電壓時(shí)與導(dǎo)電元件(諸如跡線引線)聯(lián)接。從而，在某一具體電壓條件下，非聚合VSD材料505是導(dǎo)電元件。關(guān)于這里描述的任何應(yīng)用，器件500可以是顯示器件。例如，部件540可對(duì)應(yīng)于從襯底510發(fā)光的LED或LED陣列。VSD材料505在襯底510上的安置和配置可以是選擇性的，以適應(yīng)發(fā)光器件提供的、使用的或納入的電引線、端子(即輸入端或輸出端)及其他導(dǎo)電元件。作為一個(gè)替代，VSD材料可被納入在該LED器件的正引線與負(fù)引線之間，與襯底分開(kāi)。更進(jìn)一步，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提供了有機(jī)LED的使用，在該情況下，VSD材料可被設(shè)置在例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)下面。關(guān)于LED及其他發(fā)光器件，美國(guó)專利申請(qǐng)11/552,289 (通過(guò)引用納入本文)中描 述的任何實(shí)施方案可用諸如參照?qǐng)DI或圖2的實(shí)施方案制造和描述的非聚合VSD材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。替代地，器件500可對(duì)應(yīng)于無(wú)線通信器件，諸如射頻識(shí)別器件。關(guān)于諸如射頻識(shí)別器件(RFID)和無(wú)線通信部件等無(wú)線通信器件，VSD材料可保護(hù)部件540免受例如過(guò)充電或ESD事件的影響。在這樣的情況下，部件540可對(duì)應(yīng)于該器件的芯片(chip)或無(wú)線通信部件。替代地，使用非聚合VSD材料505可保護(hù)其他部件免受可由部件540造成的充電的影響。例如，部件540可對(duì)應(yīng)于電池，且非聚合VSD材料505可被提供為襯底510的表面上的跡線元件，以保護(hù)免受由電池事件引起的電壓狀態(tài)的影響。根據(jù)這里描述的實(shí)施方案(例如見(jiàn)圖I或圖2)的非聚合VSD材料的任何組分可被實(shí)施，用作用于美國(guó)專利申請(qǐng)11/552，222(通過(guò)引用納入本文，描述了納入VSD材料的無(wú)線通信器件的許多實(shí)施方式)中描述的器件和器件配置的VSD材料。作為一個(gè)替代或變型，部件540可對(duì)應(yīng)于例如分立的半導(dǎo)體器件。非聚合VSD材料505可與該部件集成，或者被安置為當(dāng)存在將該材料切換為“通”的電壓時(shí)與該部件電聯(lián)接。更進(jìn)一步，器件500可對(duì)應(yīng)于已封裝的器件，或者替代地，對(duì)應(yīng)于用于接收襯底部件的半導(dǎo)體封裝件。在襯底510或部件540被包括進(jìn)該器件之前，非聚合VSD材料505可與外殼550結(jié)合。、
圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的利用非聚合VSD材料進(jìn)行瞬時(shí)電保護(hù)的晶片襯底器件。晶片襯底器件600包括晶片襯底層610、集成電路層620和頂層(ceiling layer)630。頂層630是該晶片襯底器件被鈍化或密封之前的最外層。頂層630上可設(shè)置有附加的密封層。一般，電接觸元件632 (諸如焊凸)電連接至處于該頂層的接觸元件634，以使得能夠電接觸該晶片襯底器件的外部。在示出的具體配置中，電接觸元件632 (例如焊凸)是接地元件，其經(jīng)由電接觸元件634和嵌入的接地平面642連接至接地平面640。其他通路、接地平面和配置可被用在晶片和襯底器件中。例如，其他焊凸可提供與該晶片襯底器件的非接地部件的電互連性。在示出的配置中，在受到電保護(hù)的元件652與到地的電接觸部634之間沉積有非聚合VSD材料650。當(dāng)不存在瞬時(shí)電事件時(shí)，非聚合VSD材料650使受保護(hù)的元件652維持與電接觸部634電絕緣。在瞬時(shí)電事件期間，非聚合VSD材料650切換成導(dǎo)體狀態(tài)并且將受保護(hù)的元件652連接至地。使VSD材料650切換成導(dǎo)通狀態(tài)的電壓可以是設(shè)計(jì)出的。據(jù)此，用于該變阻材料(或其他非聚合VSD材料)的材料及其他特性(例如箝位電壓、觸發(fā)電壓、泄漏)諸如它的厚度，是基于它的?；问?例如在沉積之后，諸如圖I和圖2描述的)的特性來(lái)選擇的。對(duì)于諸如圖6所示的實(shí)施方案，多種變型是可行的。例如，在一個(gè)替代的和在先的制造步驟中，非聚合VSD材料650可沉積到晶片襯底上，使得VSD材料650被嵌入到例如集成電路層內(nèi)。圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有引線框架設(shè)計(jì)的分立器件的封裝部分的俯視圖，該分立器件納入了非聚合VSD材料作為免受瞬時(shí)電事件影響的受保護(hù)的元件。封裝體710被用于罩住襯底器件(諸如圖8所示)。裸片(未示出)可被粘附或以其他方式附接至封裝體710的中心部分。在一個(gè)實(shí)施方案中，非聚合變阻材料被沉積為環(huán)繞封裝體710周界的連續(xù)層720。該層跨過(guò)封裝體710的引線框架部分712和中心部分714。當(dāng)使用封裝體710的器件被完成時(shí)，引線框架部分712與中心部分714之間的間隙(用711和713表示)可形成導(dǎo)電通道，該導(dǎo)電通道使用封裝體710或其引線框架部分712將該器件的內(nèi)部或所連接的電元件接地。圖8示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的使用引線框架結(jié)構(gòu)的分立器件，該分立器件具有集成的非聚合VSD材料層。器件800包括封裝件810，封裝件810具有裸片820和從該裸片延伸至該引線框架的布線822。裸片820可坐落于襯底830上，襯底830包括集成的非聚合VSD材料840層。非聚合VSD材料840可連接至接地平面848，接地平面848可位于VSD材料840下面。在示出的實(shí)施方式中，該非聚合VSD被設(shè)置在表面附近，以在瞬時(shí)電事件發(fā)生時(shí)電橋接將元件接地的保護(hù)性間隙。在許多器件設(shè)計(jì)中，焊球854-855(或其他電接觸元件)被用于外部電連接性，包括接地(例如焊球854)。通路858可擴(kuò)展裸片820與焊球854-855之間的連接性。例如，接地路徑可形成在接地焊球855、接地通路858和非聚合VSD材料840之間(當(dāng)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí))。非聚合VSD材料840可由諸如參照?qǐng)DI或圖2的實(shí)施方案描述的變阻材料形成。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)電事件時(shí)，非聚合VSD材料840可切換成導(dǎo)電狀態(tài)，從而將受保護(hù)的材料電連接至接地元件。圖9示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的分立器件，該分立器件具有集成的和嵌入的非聚合VSD材料層。器件900包括封裝體910，封裝體910具有裸片920，裸片920坐落于多層襯底930上，多層襯底930具有多個(gè)電接觸層932和互連通路958，包括集成的非聚合VSD材料940層。非聚合VSD材料940可連接至接地元件。在示出的實(shí)施方式中，焊球954和955 (接地)被用于外部電連接性。可形成其他連接元件。通路可擴(kuò)展接觸層、裸片和焊球 954、955之間的連接性。例如，襯底930的內(nèi)部層932 (其可連接至裸片920)可在通路959與接地平面961之間的間隙935處連接至襯底930內(nèi)的地。非聚合VSD材料940覆蓋間隙935，并且當(dāng)瞬時(shí)電事件發(fā)生時(shí)用作電橋。當(dāng)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，非聚合VSD材料940經(jīng)由接地通路958和焊球955將通路959 (其連接至電元件和/或裸片920)電連接至地。根據(jù)一些實(shí)施方案，非聚合VSD材料940可由諸如參照?qǐng)DI或圖2的實(shí)施方案描述的變阻材料形成。當(dāng)瞬時(shí)電事件發(fā)生時(shí)，非聚合VSD材料940可切換成導(dǎo)電狀態(tài)，由此將受保護(hù)的材料電連接至接地元件。盡管這里已經(jīng)參照附圖詳細(xì)描述了示例實(shí)施方案，但這里包含具體實(shí)施方案和細(xì)節(jié)的變型。本發(fā)明的范圍意在由下列權(quán)利要求及其等同物限定。此外，規(guī)劃的是所描述的具體特征，要么個(gè)別地要么作為實(shí)施方案的一部分，可與其他個(gè)別描述的特征或者其他實(shí)施方案的部分相組合。因此，沒(méi)有描述組合不應(yīng)排除發(fā)明人主張這樣的組合。
權(quán)利要求
1.一種非聚合電壓可切換介電(VSD)材料，它基本由僅由單一化合物形成的粒結(jié)構(gòu)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非聚合VSD材料，其中所述化合物具體對(duì)應(yīng)于氧化鋅、氧化秘、氧化鶴或締化鎘之一。
3.一種襯底器件，包括 金屬層； 非聚合電壓可切換介電(VSD)材料層； 其中所述非聚合VSD材料層被形成在所述金屬層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料基本由僅由單一化合物 形成的粒結(jié)構(gòu)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的襯底器件，其中所述金屬層包括銅、銀、鎳、金或鉻至少之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料純粹由所述單一化合物組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料由氧化鋅、氧化鉍、氧化鶴或締化鋪之一形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料被形成為所述襯底器件內(nèi)的嵌入層。
9.一種襯底器件,包括 一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層； 非聚合電壓可切換介電(VSD)材料層； 其中所述非聚合VSD材料層被形成在所述金屬層上；以及 其中所述非聚合VSD材料層被安置為橋接處于所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的一個(gè)或多個(gè)電元件與接地元件之間的間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料被安置為水平橋接處于所述一個(gè)或多個(gè)電元件與所述接地元件之間的間隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的襯底器件，其中所述接地元件包括豎向延伸作為接地路徑的一部分的通路。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料被提供作為所述襯底器件內(nèi)的嵌入層。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料被安置為豎向橋接處于所述一個(gè)或多個(gè)電元件與所述接地元件之間的間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料純粹由氧化鋅、氧化鉍、氧化鎢或碲化鎘之一形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述襯底器件對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體封裝件。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底器件，其中所述襯底器件是晶片器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的襯底器件，其中所述非聚合VSD材料被安置在所述晶片器件的頂層上。
18.一種用于在目標(biāo)上形成非聚合VSDM材料的方法，所述方法包括 向處于非晶態(tài)的變阻材料施加能量束，以使所述能量束施加至的外層結(jié)晶并剝落；使當(dāng)所述變阻材料結(jié)晶并剝落時(shí)形成的變阻材料粒結(jié)構(gòu)聚集在目標(biāo)位置上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中施加能量束包括將激光引導(dǎo)到所述處于非晶態(tài)的材料上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)于所引導(dǎo)的激光旋轉(zhuǎn)所述材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述塊由氧化鋅、氧化鉍、氧化鎢或碲化鎘之一組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法在真空中被執(zhí)行。
23.一種非聚合電壓可切換介電(VSD)材料，它是通過(guò)包括下列步驟的方法形成的 向處于非晶態(tài)的變阻材料施加能量束，以使所述能量束施加至的外層結(jié)晶并剝落； 使當(dāng)所述變阻材料結(jié)晶并剝落時(shí)形成的變阻材料粒結(jié)構(gòu)聚集在目標(biāo)位置上。
全文摘要
所描述的實(shí)施方案包括基本由僅由單一化合物形成的粒結(jié)構(gòu)組成的非聚合電壓可切換介電(VSD)材料；用于制造該材料的方法；以及這樣的非聚合VSD材料的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01G9/02GK102741947SQ201080063041
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者J·吳, L·科索斯基, R·弗萊明, 史寧 申請(qǐng)人:肖克科技有限公司