粒状非高分子バリスタ材料、それを含む基板装置、およびそれを形成する方法
記載された実施の形態は、単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になる非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料、その製造プロセス、およびそのような非高分子ＶＳＤ材料を使用する用途を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載された実施の形態は、電圧で切替可能な誘電体材料に関し、より詳しくは、粒状バリスタおよびそれを使用する用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料は、低電圧では絶縁性であり、より高い電圧では導電性である材料である。これらの材料は、一般に、高分子マトリクス中に導体粒子、半導体粒子、および絶縁体粒子を含む複合体である。これらの材料は、電子装置の過渡的保護、特に、静電気放電（ＥＳＤ）および電気的オーバーストレス（ＥＯＳ）からの保護に使用される。一般に、ＶＳＤ材料は、固有の電圧または電圧範囲が印加されない限り、誘電体として挙動し、印加された場合には、この材料は導体として挙動する。様々な種類のＶＳＤ材料が存在する。電圧で切替可能な誘電体の例が、特許文献１から９などの文献に与えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４９７７３５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５０６８６３４号明細書
【特許文献３】米国特許第５０９９３８０号明細書
【特許文献４】米国特許第５１４２２６３号明細書
【特許文献５】米国特許第５１８９３８７号明細書
【特許文献６】米国特許第５２４８５１７号明細書
【特許文献７】米国特許第５８０７５０９号明細書
【特許文献８】国際公開第９６／０２９２４号パンフレット
【特許文献９】国際公開第９７／２６６６５号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここに記載された実施の形態は、単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になる非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料、その製造プロセス、およびそのような非高分子ＶＳＤ材料を使用する用途を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ある実施の形態による、銅または金属ホイル上にバリスタ材料の層を形成するためのシステムの説明図
【図２】１つ以上の実施の形態による、標的構造上にバリスタ層を形成するプロセスを示す流れ図
【図３Ａ】実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の層が上に形成される基板装置の説明図
【図３Ｂ】２枚の対向する金属板またはホイル３１０，３２０の間にバリスタ層３１２が埋め込まれた基板装置の説明図
【図４Ａ】ここに提供された実施の形態のいずれかに記載されたような非高分子ＶＳＤ材料が構成された基板装置の説明図
【図４Ｂ】ある実施の形態による、導体層が基板内に埋め込まれた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成の説明図
【図４Ｃ】ある実施の形態による、基板内に垂直切替配列が設けられた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成の説明図
【図５】ここに記載された実施の形態によるＶＳＤ材料が設けられる、電子装置の概略図
【図６】ある実施の形態による、過渡的電気的保護のための非高分子ＶＳＤ材料を使用したウェハー基板装置の説明図
【図７】ある実施の形態による、過渡的電気事象に対する保護素子として非高分子ＶＳＤ材料を含む、リードフレームデザインを有する個別素子のパッケージ部分の平面図
【図８】ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の集積層を有する、リードフレーム構造を使用した個別素子の説明図
【図９】ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体型埋め込み層を有する個別素子の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００６】
バリスタは、重要な非オーム電流・電圧特徴を有する材料の部類である。そのような材料は、電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料と称されることもある。他のＶＳＤ材料と同様に、バリスタは、電場が存在しない場合、誘電性または絶縁性（すなわち絶縁体の部類の材料）と考えられるのに十分に高い電気抵抗を有する。しかし、トリガーを超える電圧の印加により、バリスタの抵抗は著しく降下し、よってその材料は導電性（すなわち導体の部類の材料）になる。
【０００７】
「VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL 」と題する米国特許出願第１１／８２９９４６号明細書（ここに引用する）；および「VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES」と題する米国特許出願第１１／８２９９４８号明細書（ここに引用する）に記載されたような多くの種類のＶＳＤ材料は、結合剤中に導体粒子および半導体粒子を均一に分散させることによって形成される。反対に、バリスタは、結合剤が存在しないという点で、そのような高分子系のＶＳＤ材料とは異なる。それゆえ、バリスタは非高分子ＶＳＤ材料である。実施の形態によれば、分子組成において実質的に均質すなわち純粋であるバリスタ材料が提供される。ここに用いたように、実質的に純粋な分子組成は、表示量（例えば、バリスタ層）の９９％超が特定の分子化合物（例えば、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウム）から形成されていることを意味する。
【０００８】
バリスタを含むＶＳＤ材料は、静電気放電（ＥＳＤ）または落雷などの、過渡的電気事象から電気装置を保護するために使用される。
【０００９】
ここに記載された実施の形態は、標的装置上に堆積されたバリスタ層を含む様々な基板装置（およびそのような装置を形成するための技法）を含む。この標的装置は、銅ホイルまたは他の金属の基板などの金属または導体素子に相当し得る。
【００１０】
いくつかの実施の形態において、バリスタ層は、現場で形成され、ＥＳＤなどの過渡的電気事象から基板装置の電気コンポーネントを保護するのに効果的であるように配置される。例えば、バリスタ層は、金属基板上で相互接続される他の電気素子を保護するために、その基板上に形成されるであろう。
【００１１】
別の実施の形態では、金属ホイル（または板）であって、そのホイル上にバリスタ層を形成するために、選択された化合物の粒子構造が配置された金属ホイルが提供される。
【００１２】
さらにまた、金属ホイルまたは板上にバリスタ材料の層を堆積させるために、薄膜堆積プロセスを行ってもよい。
【００１３】
図１は、ある実施の形態によれば、銅または金属ホイル上にバリスタ材料の層を形成するためのシステムを示している。システム１００は、保持機構１１０、モータ１２０、およびレーザ１３０により提供される。保持機構１１０は、ある量の未加工(raw)バリスタ材料１１２を保持している。この材料は、未加工状態においては、非晶質であり、所望の非オーム電気挙動を示すことのできる必須の結晶構造がない。それゆえ、材料１１２は、未加工形態（または非晶質）において、バリスタではないが、バリスタに形成される可能性を持っている。レーザビーム１３２（またはエネルギービームの他の形態）の印加により、分子が結晶化し、粒子構造の集合体を形成し始める。その結果生じた材料の凝集塊は、粒子構造において形成された分子境界の結果として、非オーム電気特徴を示すと考えられる。
【００１４】
ある実施の形態において、未加工バリスタ材料１１２は酸化亜鉛の塊である。別の実施の形態において、未加工バリスタ材料１１２は酸化ビスマスの塊である。酸化ニッケル、テルル化カドミウムおよび酸化タングステンなどの他の材料（セラミック系金属酸化物を含む）を使用してもよい。いくつかの実施において、未加工バリスタ材料１１２を、最初に、機械的に把持でき、操作できる固体形状に構築し、よって、以下に記載するように、レーザビーム１３２の存在下で回転させることができる。
【００１５】
標的１４０（例えば、金属板）を、レーザの印加により形成された結晶を採集するために、未加工バリスタ材料１１２の下に位置決めする。図１に示された実施において、モータ１２０がある量の未加工状態のバリスタ材料１１２を回転させながら、レーザ１３０が材料１１２上にビーム１３２を向ける。ビーム１３２を、回転されている量の未加工材料１１２に向けるプロセスは、真空槽内で行っても差し支えない。その結果、未加工材料１１２は、外部で結晶化されて、塊から剥離される。
【００１６】
ある実施の形態において、レーザ１３０は高エネルギーパルスレーザである。他の形態のレーザおよびエネルギービームを使用してもよい。代わりのビームを選択するための判断基準の１つは、分子結晶が未加工塊の外面に形成されて、剥離されるように、そのビームが、十分な量のエネルギーを未加工状態の材料１１２に向ける能力を有することである。
【００１７】
真空環境において、結晶化した分子は、未加工材料１１２の塊から落下し、標的１４０でバリスタ材料１４２の層または量として凝集する。バリスタ材料１４２の凝集塊は、堆積したときに材料を焼結せずに形成される。いくつかの実施の形態において、そのようなプロセスにより標的１４０上に形成されるバリスタ材料の量は、数ナノメートルから３００ナノメートルに及び得る。標的１４０をロボットまたは他の機構により動かして、バリスタ材料１４２を選択的に堆積するまたはパターン形成することができる。バリスタ材料１４２は、未加工材料１１２の塊の組成（実質的に純粋であると仮定する）と一致するという点で、その組成が実質的に均質すなわち純粋である。バリスタ材料１４２は、未加工材料１１２の塊の結晶化により形成される粒子構造の分子レベルで構成されている。その結果得られた材料の非オーム電気的特徴は、選択された化合物（例えば、酸化亜鉛）の粒子構造（および粒子間に形成された境界）の結果であると考えられる。
【００１８】
図２は、１つ以上の実施の形態による、標的構造上にバリスタ層を形成するプロセスを示している。図２の方法を説明する上で、説明されている工程または副工程を行うための適切な構成または要素を示す目的で、図１を参照する。
【００１９】
未加工状態の材料１１２を、その後エネルギービームによりエネルギーを印加するために、真空槽内に保持する（２１０）。この材料は、エネルギーが印加されたときに、バリスタ様電気的性質を有する結晶質分子を形成する能力に基づいて選択されるであろう。使用できる未加工材料の例としては、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムが挙げられる。使用される材料は、その材料の粒状化形態の公知の電気的特徴に基づいて選択してもよい。どの材料が使用されるかの選択に影響を与える特別な電気的特徴としては、材料のトリガー電圧（材料が導体状態に切り替わる電圧）、クランプ電圧または漏れ電流が挙げられる。上述したように、結晶質分子が標的位置に堆積される。
【００２０】
標的構造を、真空槽の標的位置に配置する（２２０）。実施の形態によれば、標的構造として数多くの種類の構造を使用することができる。ある実施の形態において、標的構造は、銅、銀、ニッケル、金、またはクロムにより形成されるものなどの金属ホイルに相当する。別の実施の形態において、標的構造は、プリント回路基板装置のための基板に相当する。さらにまた、他の用途に、ダイ素子が上に設けられるウェハー基板がある。後者の場合、このウェハーは、予め不動態化された標的位置に配置されるであろう。
【００２１】
次いで、未加工状態の材料を、周囲の分子を結晶化するのに十分なエネルギービームに曝露する（２３０）。未加工材料１１２の分子は、未加工状態において、比較的非晶質であり、エネルギービームの印加により、境界を有する粒子構造を形成することによって、個々の分子が結晶化する。これらの分子構造は、未加工材料１１２上へのエネルギービームの連続的印加により、その標的位置に凝集し、その結果、粒状化分子が未加工材料１１２の塊から標的位置へと剥離する。
【００２２】
いくつかの実施の形態で、エネルギービームに対して材料１１２を回転させることによって形成できる結晶の量が増加する。いくつかの実施の形態によれば、未加工状態の材料１１２を回転させながら、高エネルギービームをその材料に向ける。別の方法として、ビームを未加工材料１１２の周りに動かすこともできる。
【００２３】
ある実施の形態において、高エネルギービームはレーザビームに相当する。高エネルギービームは、分子結晶が標的位置（またはその位置に配置された標的装置）上に落下させるのに十分なエネルギーを提供する。個々の結晶化分子は標的位置に凝集して、バリスタ材料を形成する。標的装置上に十分なバリスタ材料が形成されたときに、このプロセスは完了する。
【００２４】
図１および２を参照して、以下に、ある実施の形態の実施例を提供する。高エネルギービームは、超高エネルギーパルスビームとして与えてもよい。バリスタの未加工材料１１２は、高真空槽（例えば、１０-6トール未満で）内に保持され、比較的遅い回転速度（例えば、毎分１〜１０回転）で回転させてもよい。回転速度と高エネルギーレーザの組合せにより、材料の外層を加熱することができる。標的位置も動かし（回転および／または平行移動させ）て、分布した（一点に堆積させるのではなく）所望の位置に、粒状化材料を落下させることができる。実験において、回転させ、約２００℃に加熱した銅板上に、粒状構造を形成した。
【００２５】
図３Ａは、実施の形態にしたがって、非高分子ＶＳＤ材料の層が上に形成された基板装置を示している。この基板装置３００は、金属板３１０またはホイル（例えば、銅、金、銀、クロム、黄銅）を含むが、どのような金属または導体部材（例えば、リード線、バックプレーン、ピン）を使用してもよい。いくつかの実施の形態において、非高分子ＶＳＤが、図１および図２の実施の形態に関して記載したようなバリスタ材料から形成される。バリスタを形成するために、金属板３１０（または他の導体素子）に、システム１００（図１）に実施したようなプロセスを施してよく、ここでは、未加工材料１１２の塊（図１）をエネルギービームに曝露して、下にある部材上に結晶を形成することができる。その結果、厚さがある範囲に及び得る（例えば、２〜３００ｎｍ）バリスタ材料の層が、製造プロセスの一部として金属板３１０上に形成される。製造プロセスの一部として、バリスタ材料３１２は、金属板と一体に組み合わされ、金属板３１０から形成された製品の固有の電気的保護が可能になる。
【００２６】
図３Ａの実施の形態において、バリスタ材料３１２と基板３１０との組合せが、回路基板などの基板装置のコアを形成する。このコアは、ＥＳＤおよび他の過渡的電気事象が生じたときに、その後に基板上に形成される電気素子の接地面を提供するために使用できる固有の非オーム特徴を有する。
【００２７】
図３Ｂは、２枚の対向する金属板またはホイル３１０，３２０の間にバリスタ層３１２が埋め込まれた基板装置を示している。数ある用途の中で、この構成により、ＥＳＤすなわち過渡的事象が生じたときに、その装置の電気素子を設置するためにバイアに電気的に接続できる埋込み接地面を基板装置３５０が有することができる。
【００２８】
図４Ａは、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料により構成された装置を示している。図４Ａにより示されるように、基板装置４００は、例えば、プリント回路基板に相当する。電極４１２および他のトレース要素または相互接続器を含む導体層４１０が、基板４００の表面厚さ上に形成される。図示した構成において、適切な電気事象（例えば、ＥＳＤ）の存在下で、このＶＳＤ層４２０に被さる電極４１２間での横方向スイッチを提供するために、基板４００（例えば、コア層構造の一部として）上に非高分子ＶＳＤ材料４２０が形成される。いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料は、図１および図２の実施の形態に関して記載したような堆積プロセスを使用して作製される。先の実施の形態により記載されたようなバリスタを非高分子ＶＳＤ材料として使用してもよい。
【００２９】
電極４１２間の間隙４１８は、十分な過渡的電気事象が生じたときに、「オン」になる横すなわち水平方向スイッチとして働く。ある用途において、電極４１２の内のあるものは、接地面または装置まで延在する接地素子である。接地電極４１２は、間隙４１８により隔てられた他の導体素子４１２を相互接続して、ＶＳＤ層４２０内の材料が導体状態に切り替えられた結果として（過渡的電気事象の結果として）、接地する。
【００３０】
ある実施において、バイア４３５が接地電極４１２から基板４００の厚さ中に延在している。このバイアは、接地電極４１２から延在する接地路を完了するための電気接続を提供する。間隙４１８の下にあるＶＳＤ層の部分が導体素子４１２を橋絡し、よって、過渡的電気事象が接地され、それゆえ導体層４１０を含む導体素子４１２に相互接続された部材および装置が保護される。
【００３１】
図４Ｂは、ある実施の形態による、導体層が基板内に埋め込まれた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成を示している。図示した構成において、電極４６２を含む導体層４６０が基板４４０の厚さ内に分布している。非高分子ＶＳＤ材料の層４７０および誘電体材料４７４（例えば、Ｂ−ステージ材料）が、埋め込まれた導体層に被さっていてもよい。非高分子ＶＳＤ層４７０の直接下にまたは接触したものなどの、誘電体材料の追加の層４７７を含んでもよい。表面電極４８２は、基板４４０の表面に設けられた導体層４８０を含む。表面電極４８２は、非高分子ＶＳＤ材料の層４７１に被さっていてもよい。１つ以上のバイア４７４が、導体層４６０，４８０の電極／導体素子を電気的に相互接続してもよい。非高分子ＶＳＤ材料の層４７０，４７１は、十分な大きさの過渡的電気事象がＶＳＤ材料に到達したときに、それぞれの導体層４６０，４８０の間隙４６８に亘り、隣接する電極を水平に切り替え、橋絡するように配置されている。いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料は、図１および図２の実施の形態について記載されたようなバリスタ材料から形成される。バリスタ材料の個々の層の各々は、図１および図２について記載したような堆積プロセスから形成してもよい。これらの層は、バリスタ材料を対応する導体層４６０，４８０上に堆積した後、一方の上に他方が載るように作製してもよい。
【００３２】
図４Ａおよび図４Ｂの実施の形態の代わりの方法または変種として、図４Ｃは、基板中に非高分子ＶＳＤ材料を含ませるために垂直切替構成を示している。基板４８６は、導体材料の２つの層４８８，４９８を隔てる非高分子ＶＳＤ材料４９０の層を含んでいる。ある実施において、一方の導体層４９８が埋め込まれている。過渡的電気事象が非高分子ＶＳＤ材料の層４９０層に到達したときに、導体が切り替わり、導体層４８８，４９８が橋絡される。垂直切替構成を使用して、導体素子を接地に相互接続してもよい。例えば、埋め込まれた導体層４９８が接地面を提供してもよい。
【００３３】
図５は、ここに記載した実施の形態にしたがう非高分子ＶＳＤ材料が設けられる電子装置の概略図である。図５は、基板５１０、コンポーネント５４０、および必要に応じてのケーシングまたはハウジング５５０を含む装置５００を示している。ＶＳＤ材料５０５（記載された実施の形態のいずれかによる）を、表面５０２の上の位置、表面５０２の下の位置（トレース要素の下またはコンポーネント５４０の下などの）、または基板５１０の厚さ内を含む多くの位置の任意の１つ以上に組み込んでもよい。あるいは、非高分子ＶＳＤ材料をケーシング５５０中に組み込んでもよい。各場合において、非高分子ＶＳＤ材料５０５を、特徴電圧を超える電圧が存在する場合、トレースリード線などの導体素子と結合するように組み込んでもよい。それゆえ、非高分子ＶＳＤ材料５０５は、特定の電圧条件の存在下で導体素子である。
【００３４】
ここに記載した用途のいずれに関しても、装置５００はディスプレイ装置であってもよい。例えば、コンポーネント５４０は、基板５１０から照らすＬＥＤまたはＬＥＤアレイに相当してもよい。基板５１０上のＶＳＤ材料５０５の位置決めおよび配置は、導線、端子（すなわち、入力または出力）および発光装置に設けられる、それにより使用されるまたはそこに組み込まれる他の導体素子を収容するように選択的であってよい。代わりの例として、ＶＳＤ材料を、基板から離れて、ＬＥＤ装置の正の導線と負の導線の間に組み込んでもよい。さらにまた、１つ以上の実施の形態は有機ＬＥＤの使用を提供し、この場合、ＶＳＤ材料は、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の下に設けられるであろう。
【００３５】
ＬＥＤおよび他の発光装置に関して、米国特許出願第１１／５５２２８９号明細書（ここに引用する）に記載された実施の形態のいずれを、図１または図２の実施の形態について記載され、製造されたように非高分子ＶＳＤ材料で実施してもよい。
【００３６】
あるいは、装置５００は、無線周波数識別装置などの無線通信装置に相当してもよい。無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）および無線通信コンポーネントなどの無線通信装置に関して、ＶＳＤ材料は、例えば、過充電またはＥＳＤ事象からコンポーネント５４０を保護するであろう。そのような場合、コンポーネント５４０は、その装置のチップまたは無線通信コンポーネントに相当するであろう。あるいは、非高分子ＶＳＤ材料５０５を使用することにより、コンポーネント５４０により生じるかもしれない帯電から他のコンポーネントを保護してもよい。例えば、コンポーネント５４０は電池に相当し、非高分子ＶＳＤ材料５０５は、電池事象から生じる電圧条件から保護するために基板５１０の表面にトレース要素として設けてもよい。ここに記載した実施の形態による非高分子ＶＳＤ材料のいずれの組成物（例えば、図１または図２参照）を、米国特許出願第１１／５５２２２２号明細書（ここに引用する）に記載された装置および装置構成のためのＶＳＤ材料として使用するために実施してもよい。この文献には、ＶＳＤ材料を組み込んだ無線通信装置の数多くの実施が記載されている。
【００３７】
代わりの例または変更例として、コンポーネント５４０は、例えば、個別半導体装置に相当してもよい。非高分子ＶＳＤ材料５０５は、この材料をオンに切り替える電圧の存在下でコンポーネントに電気的に接続するように、位置決めしても、またはコンポーネントと一体化させてもよい。
【００３８】
さらにまた、装置５００は、パッケージ装置、または基板コンポーネントを受容するための半導体パッケージに相当してもよい。装置に基板５１０またはコンポーネント５４０を含ませる前に、非高分子ＶＳＤ材料５０５をケーシング５５０と組み合わせてもよい。
【００３９】
図６は、ある実施の形態による、過渡的電気的保護のための非高分子ＶＳＤ材料を使用したウェハー基板装置を示している。ウェハー基板装置６００は、ウェハー基板層６１０、集積回路層６２０、およびシーリング層(ceiling layer)６３０を含む。シーリング層６３０は、ウェハー基板装置の不動態化または封止の前の最も外側の層である。シーリング層６３０上に追加の封止層を設けてもよい。一般に、電気接触素子６３２（はんだ隆起部などの）が、ウェハー基板装置の外部の電気接触を可能にするようにシーリング層で接触素子６３４に電気接続されている。図示した特定の構成において、電気接触素子６３２（例えば、はんだ隆起部）は、電気接触素子６３４および埋め込まれた接地面６４２を通じて接地面６４０に接触する接地素子である。ウェハーおよび基板装置に他のバイア、接地面および構成を使用してもよい。例えば、他のはんだ隆起部が、ウェハー基板装置の非接地コンポーネントとの電気接続を提供してもよい。図示した構成において、非高分子ＶＳＤ材料６５０が、接地するために、電気的に保護された素子６５２および電気接点６３４の間に設けられている。過渡的電気事象のない状況では、非高分子ＶＳＤ材料６５０は、保護された素子６５２を電気接点６３４から電気的に隔離された状態を維持する。過渡的電気事象の最中には、非高分子ＶＳＤ材料６５０は、導体状態に切り替わり、保護された素子６５２を接地に接続する。
【００４０】
ＶＳＤ材料６５０が導体状態に切り替わる電圧は、設計の内の１つであってよい。したがって、バリスタ（または他の非高分子ＶＳＤ材料）に使用される材料、並びに厚さなどの他の特徴（例えば、クランプ電圧、トリガー電圧、漏電）は、粒状化形態（例えば、図１および図２により記載されたような、堆積後）の特徴に基づいて選択される。
【００４１】
図６により示されるものなどの実施の形態に様々な変更が可能である。例えば、非高分子ＶＳＤ材料６５０を代わりの製造前工程でウェハー基板上に堆積してもよく、よって、ＶＳＤ材料６５０が、例えば、集積回路層内に埋め込まれている。
【００４２】
図７は、ある実施の形態による、過渡的電気事象に対する保護素子として非高分子ＶＳＤ材料を組み込んだ、リードフレーム設計を有する個別素子のパッケージ部分の平面図である。基板装置（図８により示されるものなどの）を収容するために、パッケージ７１０が使用される。ダイ（図示せず）をパッケージ７１０の中央部分に付着させても他の様式で取り付けてもよい。ある実施の形態において、非高分子バリスタ材料が、パッケージ７１０の周囲に連続層７２０として堆積される。この層は、パッケージ７１０のリードフレーム部分７１２および中央部分７１４に及ぶ。このパッケージ７１０を使用する装置が完成したときに、リードフレーム部分７１２と中央部分７１４との間の間隙（７１１および７１３により表される）が、パッケージ７１０またはそのリードフレーム部分７１２を使用した装置の内部または接続された電気素子を接地する導体経路を形成できる。
【００４３】
図８は、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体化層を有する、リードフレーム構造を使用した個別素子を示す。装置８００は、ダイ８２０およびこのダイからリードフレームまで延在する配線８２２を含む。ダイ８２０は、非高分子ＶＳＤ材料８４０の一体化層を含む基板８３０上に載置されてもよい。非高分子ＶＳＤ材料８４０は接地面８４８に接続してよく、これは、ＶＳＤ材料８４０の下にあり得る。図示した実施において、非高分子ＶＳＤは、表面近くに設けられて、過渡的電気事象が生じたときに、要素を接地する保護間隙を電気的に橋絡する。多くの装置設計において、接地（例えば、はんだボール８５４）を含む外部電気接続のために、はんだボール８５４〜８５５（または他の電気接触要素）が使用される。バイア８５８がダイ８２０とはんだボール８５４〜８５５の間を接続するように延在してもよい。例えば、接地路が、接地はんだボール８５５、接地バイア８５８および非高分子ＶＳＤ材料８４０（導体状態にある場合）の間に形成されるであろう。非高分子ＶＳＤ材料８４０は、図１または図２の実施の形態について記載されたようなバリスタから形成されてもよい。過渡的電気事象が生じたときに、非高分子ＶＳＤ材料８４０が導体状態に切り替わり、それゆえ、保護材料を接地要素に電気接続するであろう。
【００４４】
図９は、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体化埋め込み層を有する個別素子を示している。装置９００は、多数の電気接触層９３２および相互接続バイア９５８を有し、非高分子ＶＳＤ材料９４０の一体化層を含む多層基板９３０上に載置されているパッケージ９１０を含む。非高分子ＶＳＤ材料９４０は接地素子に繋がっていてもよい。図示した実施において、はんだボール９５４および９５５（接地）が外部電気接続のために使用されている。他の接続要素を形成してもよい。バイアは、接触層、ダイおよびはんだボール９５４，９５５の間を接続するように延在してもよい。例えば、基板９３０の内部層９３２（ダイ９２０に繋がっていてもよい）は、バイア９５９と接地面９６１との間の間隙９３５にて基板９３０内で接地するように接続されてもよい。非高分子ＶＳＤ材料９４０は、間隙９３５に被さり、過渡的電気事象が生じたときに、電気的橋絡として働く。非高分子ＶＳＤ材料９４０は、導体状態にあるときに、接地バイア９５８およびはんだボール９５５によって、バイア９５９（電気素子および／またはダイ９２０に繋がる）を接地に電気接続する。
【００４５】
いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料９４０は、図１または図２の実施の形態について記載されたようなバリスタから形成されてもよい。過渡的電気事象が生じたときに、非高分子ＶＳＤ材料９４０が導体状態に切り替わり、それゆえ、保護材料を接地要素に電気接続するであろう。
【００４６】
説明のための実施の形態を、添付の図面を参照してここに詳しく説明してきたが、特定の実施の形態および詳細に対する改変がここに包含される。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその同等物により定義されることが意図されている。さらに、記載された特定の特徴は、個々にまたは実施の形態の一部のいずれかとして、他の個々に記載された特徴、または他の実施の形態の一部と組み合わせても差し支えないことが考えられる。それゆえ、組合せの記載がないことは、本出願の発明者等が、そのような組合せに対する権利の主張を除外するものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１００ バリスタ材料の層を形成するためのシステム
１１０ 保持機構
１１２ 未加工バリスタ材料
１２０ モータ
１３０ レーザ
１４０ 標的
１４２，３１２ バリスタ材料
３００，４００ 基板装置
３１０ 金属板
４１２ 電極
４３５，８５８，９５８，９５９ バイア
４４０，４８６，５１０ 基板
４６０，４８０，４８８，４９８ 導体層
４７０，５０５，６５０，８４０，９４０ 非高分子ＶＳＤ材料
５４０ コンポーネント
５５０ ケーシング、ハウジング
６００ ウェハー基板装置
６２０ 集積回路層
６３０ シーリング層
７１０ パッケージ
８２０ ダイ
８５４，８５５，９５４，９５５ はんだボール
【技術分野】
【０００１】
ここに記載された実施の形態は、電圧で切替可能な誘電体材料に関し、より詳しくは、粒状バリスタおよびそれを使用する用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料は、低電圧では絶縁性であり、より高い電圧では導電性である材料である。これらの材料は、一般に、高分子マトリクス中に導体粒子、半導体粒子、および絶縁体粒子を含む複合体である。これらの材料は、電子装置の過渡的保護、特に、静電気放電（ＥＳＤ）および電気的オーバーストレス（ＥＯＳ）からの保護に使用される。一般に、ＶＳＤ材料は、固有の電圧または電圧範囲が印加されない限り、誘電体として挙動し、印加された場合には、この材料は導体として挙動する。様々な種類のＶＳＤ材料が存在する。電圧で切替可能な誘電体の例が、特許文献１から９などの文献に与えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４９７７３５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５０６８６３４号明細書
【特許文献３】米国特許第５０９９３８０号明細書
【特許文献４】米国特許第５１４２２６３号明細書
【特許文献５】米国特許第５１８９３８７号明細書
【特許文献６】米国特許第５２４８５１７号明細書
【特許文献７】米国特許第５８０７５０９号明細書
【特許文献８】国際公開第９６／０２９２４号パンフレット
【特許文献９】国際公開第９７／２６６６５号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここに記載された実施の形態は、単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になる非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料、その製造プロセス、およびそのような非高分子ＶＳＤ材料を使用する用途を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ある実施の形態による、銅または金属ホイル上にバリスタ材料の層を形成するためのシステムの説明図
【図２】１つ以上の実施の形態による、標的構造上にバリスタ層を形成するプロセスを示す流れ図
【図３Ａ】実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の層が上に形成される基板装置の説明図
【図３Ｂ】２枚の対向する金属板またはホイル３１０，３２０の間にバリスタ層３１２が埋め込まれた基板装置の説明図
【図４Ａ】ここに提供された実施の形態のいずれかに記載されたような非高分子ＶＳＤ材料が構成された基板装置の説明図
【図４Ｂ】ある実施の形態による、導体層が基板内に埋め込まれた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成の説明図
【図４Ｃ】ある実施の形態による、基板内に垂直切替配列が設けられた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成の説明図
【図５】ここに記載された実施の形態によるＶＳＤ材料が設けられる、電子装置の概略図
【図６】ある実施の形態による、過渡的電気的保護のための非高分子ＶＳＤ材料を使用したウェハー基板装置の説明図
【図７】ある実施の形態による、過渡的電気事象に対する保護素子として非高分子ＶＳＤ材料を含む、リードフレームデザインを有する個別素子のパッケージ部分の平面図
【図８】ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の集積層を有する、リードフレーム構造を使用した個別素子の説明図
【図９】ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体型埋め込み層を有する個別素子の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００６】
バリスタは、重要な非オーム電流・電圧特徴を有する材料の部類である。そのような材料は、電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料と称されることもある。他のＶＳＤ材料と同様に、バリスタは、電場が存在しない場合、誘電性または絶縁性（すなわち絶縁体の部類の材料）と考えられるのに十分に高い電気抵抗を有する。しかし、トリガーを超える電圧の印加により、バリスタの抵抗は著しく降下し、よってその材料は導電性（すなわち導体の部類の材料）になる。
【０００７】
「VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL 」と題する米国特許出願第１１／８２９９４６号明細書（ここに引用する）；および「VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES」と題する米国特許出願第１１／８２９９４８号明細書（ここに引用する）に記載されたような多くの種類のＶＳＤ材料は、結合剤中に導体粒子および半導体粒子を均一に分散させることによって形成される。反対に、バリスタは、結合剤が存在しないという点で、そのような高分子系のＶＳＤ材料とは異なる。それゆえ、バリスタは非高分子ＶＳＤ材料である。実施の形態によれば、分子組成において実質的に均質すなわち純粋であるバリスタ材料が提供される。ここに用いたように、実質的に純粋な分子組成は、表示量（例えば、バリスタ層）の９９％超が特定の分子化合物（例えば、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウム）から形成されていることを意味する。
【０００８】
バリスタを含むＶＳＤ材料は、静電気放電（ＥＳＤ）または落雷などの、過渡的電気事象から電気装置を保護するために使用される。
【０００９】
ここに記載された実施の形態は、標的装置上に堆積されたバリスタ層を含む様々な基板装置（およびそのような装置を形成するための技法）を含む。この標的装置は、銅ホイルまたは他の金属の基板などの金属または導体素子に相当し得る。
【００１０】
いくつかの実施の形態において、バリスタ層は、現場で形成され、ＥＳＤなどの過渡的電気事象から基板装置の電気コンポーネントを保護するのに効果的であるように配置される。例えば、バリスタ層は、金属基板上で相互接続される他の電気素子を保護するために、その基板上に形成されるであろう。
【００１１】
別の実施の形態では、金属ホイル（または板）であって、そのホイル上にバリスタ層を形成するために、選択された化合物の粒子構造が配置された金属ホイルが提供される。
【００１２】
さらにまた、金属ホイルまたは板上にバリスタ材料の層を堆積させるために、薄膜堆積プロセスを行ってもよい。
【００１３】
図１は、ある実施の形態によれば、銅または金属ホイル上にバリスタ材料の層を形成するためのシステムを示している。システム１００は、保持機構１１０、モータ１２０、およびレーザ１３０により提供される。保持機構１１０は、ある量の未加工(raw)バリスタ材料１１２を保持している。この材料は、未加工状態においては、非晶質であり、所望の非オーム電気挙動を示すことのできる必須の結晶構造がない。それゆえ、材料１１２は、未加工形態（または非晶質）において、バリスタではないが、バリスタに形成される可能性を持っている。レーザビーム１３２（またはエネルギービームの他の形態）の印加により、分子が結晶化し、粒子構造の集合体を形成し始める。その結果生じた材料の凝集塊は、粒子構造において形成された分子境界の結果として、非オーム電気特徴を示すと考えられる。
【００１４】
ある実施の形態において、未加工バリスタ材料１１２は酸化亜鉛の塊である。別の実施の形態において、未加工バリスタ材料１１２は酸化ビスマスの塊である。酸化ニッケル、テルル化カドミウムおよび酸化タングステンなどの他の材料（セラミック系金属酸化物を含む）を使用してもよい。いくつかの実施において、未加工バリスタ材料１１２を、最初に、機械的に把持でき、操作できる固体形状に構築し、よって、以下に記載するように、レーザビーム１３２の存在下で回転させることができる。
【００１５】
標的１４０（例えば、金属板）を、レーザの印加により形成された結晶を採集するために、未加工バリスタ材料１１２の下に位置決めする。図１に示された実施において、モータ１２０がある量の未加工状態のバリスタ材料１１２を回転させながら、レーザ１３０が材料１１２上にビーム１３２を向ける。ビーム１３２を、回転されている量の未加工材料１１２に向けるプロセスは、真空槽内で行っても差し支えない。その結果、未加工材料１１２は、外部で結晶化されて、塊から剥離される。
【００１６】
ある実施の形態において、レーザ１３０は高エネルギーパルスレーザである。他の形態のレーザおよびエネルギービームを使用してもよい。代わりのビームを選択するための判断基準の１つは、分子結晶が未加工塊の外面に形成されて、剥離されるように、そのビームが、十分な量のエネルギーを未加工状態の材料１１２に向ける能力を有することである。
【００１７】
真空環境において、結晶化した分子は、未加工材料１１２の塊から落下し、標的１４０でバリスタ材料１４２の層または量として凝集する。バリスタ材料１４２の凝集塊は、堆積したときに材料を焼結せずに形成される。いくつかの実施の形態において、そのようなプロセスにより標的１４０上に形成されるバリスタ材料の量は、数ナノメートルから３００ナノメートルに及び得る。標的１４０をロボットまたは他の機構により動かして、バリスタ材料１４２を選択的に堆積するまたはパターン形成することができる。バリスタ材料１４２は、未加工材料１１２の塊の組成（実質的に純粋であると仮定する）と一致するという点で、その組成が実質的に均質すなわち純粋である。バリスタ材料１４２は、未加工材料１１２の塊の結晶化により形成される粒子構造の分子レベルで構成されている。その結果得られた材料の非オーム電気的特徴は、選択された化合物（例えば、酸化亜鉛）の粒子構造（および粒子間に形成された境界）の結果であると考えられる。
【００１８】
図２は、１つ以上の実施の形態による、標的構造上にバリスタ層を形成するプロセスを示している。図２の方法を説明する上で、説明されている工程または副工程を行うための適切な構成または要素を示す目的で、図１を参照する。
【００１９】
未加工状態の材料１１２を、その後エネルギービームによりエネルギーを印加するために、真空槽内に保持する（２１０）。この材料は、エネルギーが印加されたときに、バリスタ様電気的性質を有する結晶質分子を形成する能力に基づいて選択されるであろう。使用できる未加工材料の例としては、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムが挙げられる。使用される材料は、その材料の粒状化形態の公知の電気的特徴に基づいて選択してもよい。どの材料が使用されるかの選択に影響を与える特別な電気的特徴としては、材料のトリガー電圧（材料が導体状態に切り替わる電圧）、クランプ電圧または漏れ電流が挙げられる。上述したように、結晶質分子が標的位置に堆積される。
【００２０】
標的構造を、真空槽の標的位置に配置する（２２０）。実施の形態によれば、標的構造として数多くの種類の構造を使用することができる。ある実施の形態において、標的構造は、銅、銀、ニッケル、金、またはクロムにより形成されるものなどの金属ホイルに相当する。別の実施の形態において、標的構造は、プリント回路基板装置のための基板に相当する。さらにまた、他の用途に、ダイ素子が上に設けられるウェハー基板がある。後者の場合、このウェハーは、予め不動態化された標的位置に配置されるであろう。
【００２１】
次いで、未加工状態の材料を、周囲の分子を結晶化するのに十分なエネルギービームに曝露する（２３０）。未加工材料１１２の分子は、未加工状態において、比較的非晶質であり、エネルギービームの印加により、境界を有する粒子構造を形成することによって、個々の分子が結晶化する。これらの分子構造は、未加工材料１１２上へのエネルギービームの連続的印加により、その標的位置に凝集し、その結果、粒状化分子が未加工材料１１２の塊から標的位置へと剥離する。
【００２２】
いくつかの実施の形態で、エネルギービームに対して材料１１２を回転させることによって形成できる結晶の量が増加する。いくつかの実施の形態によれば、未加工状態の材料１１２を回転させながら、高エネルギービームをその材料に向ける。別の方法として、ビームを未加工材料１１２の周りに動かすこともできる。
【００２３】
ある実施の形態において、高エネルギービームはレーザビームに相当する。高エネルギービームは、分子結晶が標的位置（またはその位置に配置された標的装置）上に落下させるのに十分なエネルギーを提供する。個々の結晶化分子は標的位置に凝集して、バリスタ材料を形成する。標的装置上に十分なバリスタ材料が形成されたときに、このプロセスは完了する。
【００２４】
図１および２を参照して、以下に、ある実施の形態の実施例を提供する。高エネルギービームは、超高エネルギーパルスビームとして与えてもよい。バリスタの未加工材料１１２は、高真空槽（例えば、１０-6トール未満で）内に保持され、比較的遅い回転速度（例えば、毎分１〜１０回転）で回転させてもよい。回転速度と高エネルギーレーザの組合せにより、材料の外層を加熱することができる。標的位置も動かし（回転および／または平行移動させ）て、分布した（一点に堆積させるのではなく）所望の位置に、粒状化材料を落下させることができる。実験において、回転させ、約２００℃に加熱した銅板上に、粒状構造を形成した。
【００２５】
図３Ａは、実施の形態にしたがって、非高分子ＶＳＤ材料の層が上に形成された基板装置を示している。この基板装置３００は、金属板３１０またはホイル（例えば、銅、金、銀、クロム、黄銅）を含むが、どのような金属または導体部材（例えば、リード線、バックプレーン、ピン）を使用してもよい。いくつかの実施の形態において、非高分子ＶＳＤが、図１および図２の実施の形態に関して記載したようなバリスタ材料から形成される。バリスタを形成するために、金属板３１０（または他の導体素子）に、システム１００（図１）に実施したようなプロセスを施してよく、ここでは、未加工材料１１２の塊（図１）をエネルギービームに曝露して、下にある部材上に結晶を形成することができる。その結果、厚さがある範囲に及び得る（例えば、２〜３００ｎｍ）バリスタ材料の層が、製造プロセスの一部として金属板３１０上に形成される。製造プロセスの一部として、バリスタ材料３１２は、金属板と一体に組み合わされ、金属板３１０から形成された製品の固有の電気的保護が可能になる。
【００２６】
図３Ａの実施の形態において、バリスタ材料３１２と基板３１０との組合せが、回路基板などの基板装置のコアを形成する。このコアは、ＥＳＤおよび他の過渡的電気事象が生じたときに、その後に基板上に形成される電気素子の接地面を提供するために使用できる固有の非オーム特徴を有する。
【００２７】
図３Ｂは、２枚の対向する金属板またはホイル３１０，３２０の間にバリスタ層３１２が埋め込まれた基板装置を示している。数ある用途の中で、この構成により、ＥＳＤすなわち過渡的事象が生じたときに、その装置の電気素子を設置するためにバイアに電気的に接続できる埋込み接地面を基板装置３５０が有することができる。
【００２８】
図４Ａは、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料により構成された装置を示している。図４Ａにより示されるように、基板装置４００は、例えば、プリント回路基板に相当する。電極４１２および他のトレース要素または相互接続器を含む導体層４１０が、基板４００の表面厚さ上に形成される。図示した構成において、適切な電気事象（例えば、ＥＳＤ）の存在下で、このＶＳＤ層４２０に被さる電極４１２間での横方向スイッチを提供するために、基板４００（例えば、コア層構造の一部として）上に非高分子ＶＳＤ材料４２０が形成される。いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料は、図１および図２の実施の形態に関して記載したような堆積プロセスを使用して作製される。先の実施の形態により記載されたようなバリスタを非高分子ＶＳＤ材料として使用してもよい。
【００２９】
電極４１２間の間隙４１８は、十分な過渡的電気事象が生じたときに、「オン」になる横すなわち水平方向スイッチとして働く。ある用途において、電極４１２の内のあるものは、接地面または装置まで延在する接地素子である。接地電極４１２は、間隙４１８により隔てられた他の導体素子４１２を相互接続して、ＶＳＤ層４２０内の材料が導体状態に切り替えられた結果として（過渡的電気事象の結果として）、接地する。
【００３０】
ある実施において、バイア４３５が接地電極４１２から基板４００の厚さ中に延在している。このバイアは、接地電極４１２から延在する接地路を完了するための電気接続を提供する。間隙４１８の下にあるＶＳＤ層の部分が導体素子４１２を橋絡し、よって、過渡的電気事象が接地され、それゆえ導体層４１０を含む導体素子４１２に相互接続された部材および装置が保護される。
【００３１】
図４Ｂは、ある実施の形態による、導体層が基板内に埋め込まれた非高分子ＶＳＤ材料を使用した代わりの基板装置構成を示している。図示した構成において、電極４６２を含む導体層４６０が基板４４０の厚さ内に分布している。非高分子ＶＳＤ材料の層４７０および誘電体材料４７４（例えば、Ｂ−ステージ材料）が、埋め込まれた導体層に被さっていてもよい。非高分子ＶＳＤ層４７０の直接下にまたは接触したものなどの、誘電体材料の追加の層４７７を含んでもよい。表面電極４８２は、基板４４０の表面に設けられた導体層４８０を含む。表面電極４８２は、非高分子ＶＳＤ材料の層４７１に被さっていてもよい。１つ以上のバイア４７４が、導体層４６０，４８０の電極／導体素子を電気的に相互接続してもよい。非高分子ＶＳＤ材料の層４７０，４７１は、十分な大きさの過渡的電気事象がＶＳＤ材料に到達したときに、それぞれの導体層４６０，４８０の間隙４６８に亘り、隣接する電極を水平に切り替え、橋絡するように配置されている。いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料は、図１および図２の実施の形態について記載されたようなバリスタ材料から形成される。バリスタ材料の個々の層の各々は、図１および図２について記載したような堆積プロセスから形成してもよい。これらの層は、バリスタ材料を対応する導体層４６０，４８０上に堆積した後、一方の上に他方が載るように作製してもよい。
【００３２】
図４Ａおよび図４Ｂの実施の形態の代わりの方法または変種として、図４Ｃは、基板中に非高分子ＶＳＤ材料を含ませるために垂直切替構成を示している。基板４８６は、導体材料の２つの層４８８，４９８を隔てる非高分子ＶＳＤ材料４９０の層を含んでいる。ある実施において、一方の導体層４９８が埋め込まれている。過渡的電気事象が非高分子ＶＳＤ材料の層４９０層に到達したときに、導体が切り替わり、導体層４８８，４９８が橋絡される。垂直切替構成を使用して、導体素子を接地に相互接続してもよい。例えば、埋め込まれた導体層４９８が接地面を提供してもよい。
【００３３】
図５は、ここに記載した実施の形態にしたがう非高分子ＶＳＤ材料が設けられる電子装置の概略図である。図５は、基板５１０、コンポーネント５４０、および必要に応じてのケーシングまたはハウジング５５０を含む装置５００を示している。ＶＳＤ材料５０５（記載された実施の形態のいずれかによる）を、表面５０２の上の位置、表面５０２の下の位置（トレース要素の下またはコンポーネント５４０の下などの）、または基板５１０の厚さ内を含む多くの位置の任意の１つ以上に組み込んでもよい。あるいは、非高分子ＶＳＤ材料をケーシング５５０中に組み込んでもよい。各場合において、非高分子ＶＳＤ材料５０５を、特徴電圧を超える電圧が存在する場合、トレースリード線などの導体素子と結合するように組み込んでもよい。それゆえ、非高分子ＶＳＤ材料５０５は、特定の電圧条件の存在下で導体素子である。
【００３４】
ここに記載した用途のいずれに関しても、装置５００はディスプレイ装置であってもよい。例えば、コンポーネント５４０は、基板５１０から照らすＬＥＤまたはＬＥＤアレイに相当してもよい。基板５１０上のＶＳＤ材料５０５の位置決めおよび配置は、導線、端子（すなわち、入力または出力）および発光装置に設けられる、それにより使用されるまたはそこに組み込まれる他の導体素子を収容するように選択的であってよい。代わりの例として、ＶＳＤ材料を、基板から離れて、ＬＥＤ装置の正の導線と負の導線の間に組み込んでもよい。さらにまた、１つ以上の実施の形態は有機ＬＥＤの使用を提供し、この場合、ＶＳＤ材料は、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の下に設けられるであろう。
【００３５】
ＬＥＤおよび他の発光装置に関して、米国特許出願第１１／５５２２８９号明細書（ここに引用する）に記載された実施の形態のいずれを、図１または図２の実施の形態について記載され、製造されたように非高分子ＶＳＤ材料で実施してもよい。
【００３６】
あるいは、装置５００は、無線周波数識別装置などの無線通信装置に相当してもよい。無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）および無線通信コンポーネントなどの無線通信装置に関して、ＶＳＤ材料は、例えば、過充電またはＥＳＤ事象からコンポーネント５４０を保護するであろう。そのような場合、コンポーネント５４０は、その装置のチップまたは無線通信コンポーネントに相当するであろう。あるいは、非高分子ＶＳＤ材料５０５を使用することにより、コンポーネント５４０により生じるかもしれない帯電から他のコンポーネントを保護してもよい。例えば、コンポーネント５４０は電池に相当し、非高分子ＶＳＤ材料５０５は、電池事象から生じる電圧条件から保護するために基板５１０の表面にトレース要素として設けてもよい。ここに記載した実施の形態による非高分子ＶＳＤ材料のいずれの組成物（例えば、図１または図２参照）を、米国特許出願第１１／５５２２２２号明細書（ここに引用する）に記載された装置および装置構成のためのＶＳＤ材料として使用するために実施してもよい。この文献には、ＶＳＤ材料を組み込んだ無線通信装置の数多くの実施が記載されている。
【００３７】
代わりの例または変更例として、コンポーネント５４０は、例えば、個別半導体装置に相当してもよい。非高分子ＶＳＤ材料５０５は、この材料をオンに切り替える電圧の存在下でコンポーネントに電気的に接続するように、位置決めしても、またはコンポーネントと一体化させてもよい。
【００３８】
さらにまた、装置５００は、パッケージ装置、または基板コンポーネントを受容するための半導体パッケージに相当してもよい。装置に基板５１０またはコンポーネント５４０を含ませる前に、非高分子ＶＳＤ材料５０５をケーシング５５０と組み合わせてもよい。
【００３９】
図６は、ある実施の形態による、過渡的電気的保護のための非高分子ＶＳＤ材料を使用したウェハー基板装置を示している。ウェハー基板装置６００は、ウェハー基板層６１０、集積回路層６２０、およびシーリング層(ceiling layer)６３０を含む。シーリング層６３０は、ウェハー基板装置の不動態化または封止の前の最も外側の層である。シーリング層６３０上に追加の封止層を設けてもよい。一般に、電気接触素子６３２（はんだ隆起部などの）が、ウェハー基板装置の外部の電気接触を可能にするようにシーリング層で接触素子６３４に電気接続されている。図示した特定の構成において、電気接触素子６３２（例えば、はんだ隆起部）は、電気接触素子６３４および埋め込まれた接地面６４２を通じて接地面６４０に接触する接地素子である。ウェハーおよび基板装置に他のバイア、接地面および構成を使用してもよい。例えば、他のはんだ隆起部が、ウェハー基板装置の非接地コンポーネントとの電気接続を提供してもよい。図示した構成において、非高分子ＶＳＤ材料６５０が、接地するために、電気的に保護された素子６５２および電気接点６３４の間に設けられている。過渡的電気事象のない状況では、非高分子ＶＳＤ材料６５０は、保護された素子６５２を電気接点６３４から電気的に隔離された状態を維持する。過渡的電気事象の最中には、非高分子ＶＳＤ材料６５０は、導体状態に切り替わり、保護された素子６５２を接地に接続する。
【００４０】
ＶＳＤ材料６５０が導体状態に切り替わる電圧は、設計の内の１つであってよい。したがって、バリスタ（または他の非高分子ＶＳＤ材料）に使用される材料、並びに厚さなどの他の特徴（例えば、クランプ電圧、トリガー電圧、漏電）は、粒状化形態（例えば、図１および図２により記載されたような、堆積後）の特徴に基づいて選択される。
【００４１】
図６により示されるものなどの実施の形態に様々な変更が可能である。例えば、非高分子ＶＳＤ材料６５０を代わりの製造前工程でウェハー基板上に堆積してもよく、よって、ＶＳＤ材料６５０が、例えば、集積回路層内に埋め込まれている。
【００４２】
図７は、ある実施の形態による、過渡的電気事象に対する保護素子として非高分子ＶＳＤ材料を組み込んだ、リードフレーム設計を有する個別素子のパッケージ部分の平面図である。基板装置（図８により示されるものなどの）を収容するために、パッケージ７１０が使用される。ダイ（図示せず）をパッケージ７１０の中央部分に付着させても他の様式で取り付けてもよい。ある実施の形態において、非高分子バリスタ材料が、パッケージ７１０の周囲に連続層７２０として堆積される。この層は、パッケージ７１０のリードフレーム部分７１２および中央部分７１４に及ぶ。このパッケージ７１０を使用する装置が完成したときに、リードフレーム部分７１２と中央部分７１４との間の間隙（７１１および７１３により表される）が、パッケージ７１０またはそのリードフレーム部分７１２を使用した装置の内部または接続された電気素子を接地する導体経路を形成できる。
【００４３】
図８は、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体化層を有する、リードフレーム構造を使用した個別素子を示す。装置８００は、ダイ８２０およびこのダイからリードフレームまで延在する配線８２２を含む。ダイ８２０は、非高分子ＶＳＤ材料８４０の一体化層を含む基板８３０上に載置されてもよい。非高分子ＶＳＤ材料８４０は接地面８４８に接続してよく、これは、ＶＳＤ材料８４０の下にあり得る。図示した実施において、非高分子ＶＳＤは、表面近くに設けられて、過渡的電気事象が生じたときに、要素を接地する保護間隙を電気的に橋絡する。多くの装置設計において、接地（例えば、はんだボール８５４）を含む外部電気接続のために、はんだボール８５４〜８５５（または他の電気接触要素）が使用される。バイア８５８がダイ８２０とはんだボール８５４〜８５５の間を接続するように延在してもよい。例えば、接地路が、接地はんだボール８５５、接地バイア８５８および非高分子ＶＳＤ材料８４０（導体状態にある場合）の間に形成されるであろう。非高分子ＶＳＤ材料８４０は、図１または図２の実施の形態について記載されたようなバリスタから形成されてもよい。過渡的電気事象が生じたときに、非高分子ＶＳＤ材料８４０が導体状態に切り替わり、それゆえ、保護材料を接地要素に電気接続するであろう。
【００４４】
図９は、ある実施の形態による、非高分子ＶＳＤ材料の一体化埋め込み層を有する個別素子を示している。装置９００は、多数の電気接触層９３２および相互接続バイア９５８を有し、非高分子ＶＳＤ材料９４０の一体化層を含む多層基板９３０上に載置されているパッケージ９１０を含む。非高分子ＶＳＤ材料９４０は接地素子に繋がっていてもよい。図示した実施において、はんだボール９５４および９５５（接地）が外部電気接続のために使用されている。他の接続要素を形成してもよい。バイアは、接触層、ダイおよびはんだボール９５４，９５５の間を接続するように延在してもよい。例えば、基板９３０の内部層９３２（ダイ９２０に繋がっていてもよい）は、バイア９５９と接地面９６１との間の間隙９３５にて基板９３０内で接地するように接続されてもよい。非高分子ＶＳＤ材料９４０は、間隙９３５に被さり、過渡的電気事象が生じたときに、電気的橋絡として働く。非高分子ＶＳＤ材料９４０は、導体状態にあるときに、接地バイア９５８およびはんだボール９５５によって、バイア９５９（電気素子および／またはダイ９２０に繋がる）を接地に電気接続する。
【００４５】
いくつかの実施の形態によれば、非高分子ＶＳＤ材料９４０は、図１または図２の実施の形態について記載されたようなバリスタから形成されてもよい。過渡的電気事象が生じたときに、非高分子ＶＳＤ材料９４０が導体状態に切り替わり、それゆえ、保護材料を接地要素に電気接続するであろう。
【００４６】
説明のための実施の形態を、添付の図面を参照してここに詳しく説明してきたが、特定の実施の形態および詳細に対する改変がここに包含される。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその同等物により定義されることが意図されている。さらに、記載された特定の特徴は、個々にまたは実施の形態の一部のいずれかとして、他の個々に記載された特徴、または他の実施の形態の一部と組み合わせても差し支えないことが考えられる。それゆえ、組合せの記載がないことは、本出願の発明者等が、そのような組合せに対する権利の主張を除外するものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１００ バリスタ材料の層を形成するためのシステム
１１０ 保持機構
１１２ 未加工バリスタ材料
１２０ モータ
１３０ レーザ
１４０ 標的
１４２，３１２ バリスタ材料
３００，４００ 基板装置
３１０ 金属板
４１２ 電極
４３５，８５８，９５８，９５９ バイア
４４０，４８６，５１０ 基板
４６０，４８０，４８８，４９８ 導体層
４７０，５０５，６５０，８４０，９４０ 非高分子ＶＳＤ材料
５４０ コンポーネント
５５０ ケーシング、ハウジング
６００ ウェハー基板装置
６２０ 集積回路層
６３０ シーリング層
７１０ パッケージ
８２０ ダイ
８５４，８５５，９５４，９５５ はんだボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になる非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料。
【請求項２】
前記単一化合物が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つに相当することを特徴とする請求項１記載の非高分子ＶＳＤ材料。
【請求項３】
基板装置において、
金属層、および
非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料の層、
を備え、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が前記金属層上に形成されることを特徴とする基板装置。
【請求項４】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になることを特徴とする請求項３記載の基板装置。
【請求項５】
前記金属層が、銅、銀、ニッケル、金、またはクロムの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項６】
前記非高分子ＶＳＤ材料が前記単一化合物のみからなることを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項７】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つから形成されることを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項８】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記基板装置内に埋め込まれた層として形成されることを特徴とする請求項３記載の基板装置。
【請求項９】
基板装置において、
１つ以上の導体層、および
非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料の層、
を備え、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が前記導体層上に形成され、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が、前記１つ以上の導体層の１つ以上の電気素子と接地素子との間の間隙を橋絡するように配置されていることを特徴とする基板装置。
【請求項１０】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記１つ以上の電気素子と前記接地素子との間の前記間隙を水平方向に橋絡するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１１】
前記接地素子が、接地路の一部として垂直に延在するバイアを含むことを特徴とする請求項１０記載の基板装置。
【請求項１２】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記基板装置内に埋め込まれた層として設けられることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１３】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記１つ以上の電気素子と前記接地素子との間の前記間隙を垂直に橋絡するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１４】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つのみから形成されることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１５】
半導体パッケージに相当することを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１６】
ウェハー装置であることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１７】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記ウェハー装置のシーリング層上に配置されていることを特徴とする請求項１６記載の基板装置。
【請求項１８】
高分子ＶＳＤ材料を標的上に形成する方法において、
エネルギービームが印加される外層を結晶化させ、剥離させるように、該エネルギービームを非晶質状態にあるバリスタ材料に印加する工程、および
前記バリスタ材料が結晶化され、剥離されたときに形成された該バリスタ材料の粒子構造を標的位置上に凝集させる工程、
を有してなる方法。
【請求項１９】
前記エネルギービームを印加する工程が、前記非晶質状態にある前記材料上にエネルギーを向ける工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記材料を、向けられた前記レーザに対して回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つからなることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
真空下で行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
エネルギービームが印加される外層を結晶化させ、剥離させるように、該エネルギービームを非晶質状態にあるバリスタ材料に印加する工程、および
前記バリスタ材料が結晶化され、剥離されたときに形成された該バリスタ材料の粒子構造を標的位置上に凝集させる工程、
を有してなる方法により形成される、非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料。
【請求項１】
単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になる非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料。
【請求項２】
前記単一化合物が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つに相当することを特徴とする請求項１記載の非高分子ＶＳＤ材料。
【請求項３】
基板装置において、
金属層、および
非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料の層、
を備え、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が前記金属層上に形成されることを特徴とする基板装置。
【請求項４】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、単一化合物のみから形成された粒子構造から実質的になることを特徴とする請求項３記載の基板装置。
【請求項５】
前記金属層が、銅、銀、ニッケル、金、またはクロムの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項６】
前記非高分子ＶＳＤ材料が前記単一化合物のみからなることを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項７】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つから形成されることを特徴とする請求項４記載の基板装置。
【請求項８】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記基板装置内に埋め込まれた層として形成されることを特徴とする請求項３記載の基板装置。
【請求項９】
基板装置において、
１つ以上の導体層、および
非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料の層、
を備え、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が前記導体層上に形成され、
前記非高分子ＶＳＤ材料の層が、前記１つ以上の導体層の１つ以上の電気素子と接地素子との間の間隙を橋絡するように配置されていることを特徴とする基板装置。
【請求項１０】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記１つ以上の電気素子と前記接地素子との間の前記間隙を水平方向に橋絡するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１１】
前記接地素子が、接地路の一部として垂直に延在するバイアを含むことを特徴とする請求項１０記載の基板装置。
【請求項１２】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記基板装置内に埋め込まれた層として設けられることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１３】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記１つ以上の電気素子と前記接地素子との間の前記間隙を垂直に橋絡するように配置されていることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１４】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つのみから形成されることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１５】
半導体パッケージに相当することを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１６】
ウェハー装置であることを特徴とする請求項９記載の基板装置。
【請求項１７】
前記非高分子ＶＳＤ材料が、前記ウェハー装置のシーリング層上に配置されていることを特徴とする請求項１６記載の基板装置。
【請求項１８】
高分子ＶＳＤ材料を標的上に形成する方法において、
エネルギービームが印加される外層を結晶化させ、剥離させるように、該エネルギービームを非晶質状態にあるバリスタ材料に印加する工程、および
前記バリスタ材料が結晶化され、剥離されたときに形成された該バリスタ材料の粒子構造を標的位置上に凝集させる工程、
を有してなる方法。
【請求項１９】
前記エネルギービームを印加する工程が、前記非晶質状態にある前記材料上にエネルギーを向ける工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記材料を、向けられた前記レーザに対して回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記材料が、酸化亜鉛、酸化ビスマス、酸化タングステン、またはテルル化カドミウムの内の１つからなることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
真空下で行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
エネルギービームが印加される外層を結晶化させ、剥離させるように、該エネルギービームを非晶質状態にあるバリスタ材料に印加する工程、および
前記バリスタ材料が結晶化され、剥離されたときに形成された該バリスタ材料の粒子構造を標的位置上に凝集させる工程、
を有してなる方法により形成される、非高分子の電圧で切替可能な誘電体（ＶＳＤ）材料。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１３−５１５３７２（Ｐ２０１３−５１５３７２Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４５９８４（Ｐ２０１２−５４５９８４）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８４３５
【国際公開番号】ＷＯ２０１２／０７１０５１
【国際公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（５０８１５３４３１）ショッキング テクノロジーズ インコーポレイテッド (14)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＯＣＫＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８４３５
【国際公開番号】ＷＯ２０１２／０７１０５１
【国際公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（５０８１５３４３１）ショッキング テクノロジーズ インコーポレイテッド (14)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＯＣＫＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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