CN102637658A

CN102637658A - 含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置

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Publication number: CN102637658A
Application number: CN2011100407245A
Authority: CN
Inventors: 崔骥; 罗臬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明提供了一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置，本发明所要实现的发明目的是，集成电路技术上急需可以集成在集成电路板内部电路保护材料和工艺方法，来提高手机或其它集成电路的集成度，省去电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本。还进而把电路的保护从点保护改进到面保护，提高电路的稳定性，简化电路设计。本发明的技术方案提出了在集成电路粘合片中使用高浓度的变阻粉末的复合材料并结合高分子材料，从而带来的制造工艺灵活性和变阻材料的变阻特性，省去现有技术的电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本。

Description

含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置

技术领域

本发明涉及一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置。

背景技术

集成电路板等微电子电路器件通常是通过玻璃纤维加强的环氧树脂粘合片作为绝缘层，以导电材料，比如铜箔，作为导电层生产制造的。导电层可以通过光罩、印刷、刻蚀、腐蚀或电镀等工艺流程形成格式化的电路。在多层电路中，层间电路的连接可以由过跨层的导电孔来连接。

集成电路以及集成电路上的许多电子元器件都容易被静电损坏。因此，许多集成电路上都有多个静电保护元器件。静电保护元器件通常是在低电压下不导电，在静电高压下与地线接通，从而保护电路。静电保护元器件是通过表面贴装技术粘合焊接在集成电路表面多个不同的位置来达到对电路的整体保护。一个手机的集成电路上经常有6-12个静电保护元器件。这些元器件大大提高了电路的成本，浪费集成电路表面积，并且低效。因此，集成电路技术上急需可以集成在集成电路板内部电路保护材料和工艺方法，来提高手机或其它集成电路的集成度，省去电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本。

US2008/0035370 A1说明了一种以导电或半导电有机材料为基础，以其它组分调整特征转换电压的具有电压转换性质有机高分子复合材料。US2008/0032049 A1进而发明了以高长径比填料为基础，比如碳纳米管，再辅以其他导电或半导电粒子和有机高分子介质组成的具有电压转换性质有机高分子复合材料。

US2005/0039949和US2003/0079910A1描述一种使电压转换材料电路格式化的方法。这种方法包括用高电压使电压转换材料变为导体，再用电化学手段在其表面电镀导电物质。

埋入型电容近来在微电子装置中得到应用。其技术要点是在集成电路板的绝缘层中使用高介电常数复合材料。高介电常数通常是通过在高分子介质中加入大量的陶瓷材料粉末或导电及半导电材料，如钛酸钡粉、金属粉、碳粉等。代表性产品如Oak-mitsui公司的FaradFlex

和杜邦公司的HK-04TM.US6864306报道了导电粒子对介电常数的影响。因为微电子装置小型化的需要，市场上需要一种材料可以满足多项功能，比如过电压保护和埋入型电容。尚还没用发现有关同时满足这两项用途的多功能材料和应用的报道。

传统的电压转换材料通常制成块状或片状的陶瓷材料，在高压下垂直方向导通。若需要调整导通电压，采用通过调整材料来调整特征转换电压本身，或者采用调整材料的厚度。这些调整在实际操作中带来很多困难。电子装置中不同的电子原件有不同的电压保护要求。因此需要有一种集成灵活的方法来满足这个要求。

传统的变阻材料大多是陶瓷材料。这些材料已经在许多领域得到应用。但它们易碎，不易成型，工艺复杂，对许多应用不宜使用。纯粹的陶瓷材料通常为无机粉末烧结成的易碎的高硬度材料。不宜与集成电路产品的生产工艺融合使用。需要一套相应材料和工艺的解决方法。

但是，到目前为止，还没有使用电压转换材料的粉末复合材料内置在微电子集成电路板中的应用的报道。

发明内容

本发明提供了一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置，本发明所要实现的发明目的是，集成电路技术上急需可以集成在集成电路板内部电路保护材料和工艺方法，来提高手机或其它集成电路的集成度，提高手机或其它集成电路的抗静电能力，省去电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案是，一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置，结构上包括一层过电压保护薄膜，所述过电压保护薄膜贴在一层导电层之上或夹在两层导电层之间，所述导电层是格局过的或者是非格局的，并且所述过电压保护薄膜具备以下性质：

(1)过电压保护薄膜材料是复合材料，包括

电压转换粉末材料和有机树脂粘合剂，所述电压转换粉末材料具有特征转换电压，在特征转换电压值以下，在其应用中表现为不导电物质，在特征转换电压值以上，电阻下降，在其应用中表现为导电物质；

(2)过电压保护薄膜整体具有特征转换电压值，所受电压在特征转换电压值以下，是不导电物质，在特征转换电压值以上，为导电物质；

(3)过电压保护薄膜厚度范围为0.1微米-200微米；

(4)电压转换粉末材料的粒径D50范围为0.01微米-40微米。

在本发明的技术方案中，还具有以下附加技术特征：

进一步地，所述电压转换粉末在有机树脂粘合剂中的浓度达到或者超过其相互接触的逾渗阈值；

或者所述过电压保护薄膜材料还包括除了电压转换粉末之外的其它电活性物质，包括电压转换粉末在内的所有电活性物质在有机树脂粘合剂中的浓度达到或者超过其相互接触的逾渗阈值。

更进一步地，所述的电压转换粉末材料包括Zn、Ti、Zr、Hf、Nb或Ta的氧化物中的一种或多种。

再进一步地，所述氧化物中有一种或多种下列元素的掺杂元素，所述掺杂元素包括Cu、In、Sn、Hg、Tl、Pb、Bi、Cr、Co、Y、La、Ce、Er、Dy、Nd、Ca、Sr、Ba、Mn、Al或Ga中的至少一种，所述掺杂元素的浓度在十万分之一以上30％以下。

可选的，所述电压转换粉末材料的粒径D50范围为0.01微米-5微米。

可选的，所述过电压保护薄膜的复合材料中含有导电粒子或可溶性导电材料来调整薄膜整体的特征转换电压或介电常数，导电粒子D50范围为0.01-20微米，优选范围0.1-0.5微米。

可选的，所述有机树脂粘合剂为聚合或交联的高分子材料，高分子材料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、亚克力材料或聚丙烯酸。

所述过电压保护薄膜中的复合材料介电常数大于15pf/cm²；

所述过电压保护薄膜提供过电压保护功能及嵌入式电容功能；

所述过电压保护薄膜是通过涂布、丝网印刷、热压粘合或辐照格局化，并与导电层结合形成层状结构。

所述过电压保护薄膜含有编织型纤维或者非编织型纤维。

其中的至少一层导电层是通过印刷电路刻蚀或电镀方法来格局化形成电路。

定义：这一部分定义一些本发明中重要的术语。若本说明的定义与其它文献中有分歧，以本说明的定义为准。

电压转换材料，或变阻材料，是非欧姆导体指。具有显著的非欧姆导体电阻电压关系的材料。它具有特征转换电压，在低于其特征转换电压下具有高电阻在其应用中表现为非导电材料或低导电材料；在达到或高于其其特征转换电压下，电阻急剧下降，在其应用中表现为低电阻材料。

无机变阻材料是指材料的变阻性质主要由无机变阻材料组分来提供。无机变阻材料被有机材料修饰，比如表面修饰，表面涂布，形成壳层包裹复合结构等仍定义属于无机变阻材料。

无机变阻材料的复合材料原理上不同于另外一类含无机导电物的复合变阻材料。在含有无机导电物的复合无机变阻材料中，无机导电粉末，比如银粉，炭黑，碳纳米管，金属氧化物，是分散在有机基质中。这些导电粉末独自不具有变阻性质，而分散体的整体具有变阻性质。两者关键的不同在于分散体颗粒的本身是否为无机变阻材料。

电压转换材料粉末或变阻材料粉末是纳米或微米级别的粒子。这些粒子在独立的状态下或相互连接的状态下，比如压挤粉堆成的薄片，具有非欧姆导体的电阻电压关系。这非线性电阻电压的性能通常与特定晶体结构，晶体界面，掺杂，及加工工艺条件有关。它可以是任何形状的粉末：球形，针状，片状，无规则形状，或其他任意形状。

电压转换薄膜或变阻薄膜是具有显著的非欧姆导体电阻电压关系的薄膜。它的材料具有特征转换电压，在低于其特征转换电压下具有高电阻在其应用中表现为非导电材料或低导电材料；在达到或高于其特征转换电压下，电阻急剧下降，在其应用中表现为导电材料。

电活性物质：包括变阻材料，导电材料，半导电材料。比如掺杂过得氧化锌变阻材料粉末，导电金属氧化物粉末，导电金属粉末，炭黑，碳纳米管，C60(富勒烯)，导电有机物的颗粒，和可溶解的导电有机物。

其它电活性物质包括导电或半导电金属氧化物粉末，金属粉末，炭黑，碳纳米管，C60(富勒烯)，导电或半导电有机物的颗粒，和可溶解的导电或半导电有机物。

非导电介质材料如环氧树脂，聚酰亚胺，为非电活性材料；无机非导电填料如本发明中的二氧化硅触变粘度添加剂也是非电活性材料。

逾渗阈值(Percolation threshold)：特定填充物可以从一个电极到另一个电极形成互通网路的最低浓度。粒子通常是在介质中随机分布。也可以使用工艺手段使其有序分布或局部有序分布来得到更好的控制。比如控制局部的浓度，粒子的取向，粒子间的相互作用等等。填充物可以是一种物质或多种电活性物质的混合物。

薄膜：低于0.1微米到200微米厚度的材料，可以是单一材料，如铜箔，高分子膜，或复合材料膜。其中可以有纺织(woven)的或无纺(non-woven)的纤维加强。

粉末的中间值粒径(D50)描述粒子的大小。是一个样品的累计粒度数均分布百分数达到50％时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。对于非球型的粒子，粒径是指与该粒子的体积等体积的球体的粒径。

本发明中所指的半导电材料为：在其应用电压范围内具有基本表现为欧姆导体并且其导电率在导体和绝缘体之间。虽然某些变阻材料的导电率数值在半导电材料范畴，本说明所述的半导电材料不包括这些变阻材料。

在空间上，“内置”这个词在本发明中是指在PCB里，用复合材料做成的介电层来完成电子元器件(如电容，电阻，电感，过电压保护)的功能。可以使在PCB的多层里的内层，或者是外层。这是为了和接在PCB表面的传统电子元器件相区别。一般这样的内置层覆盖了整个PCB的XY平面，但是也不排除只覆盖PCB平面的一部分。

在本说明中，介电层可以是一层介电材料，或者是多层介电材料；可以是均一的或者非均一的材料(复合材料在微米或纳米层面上是非均一的。)最后总的效果是等效于一层介电材料，夹在两层导电层中间。如果是多层结构的话，那么可以包括绝缘层，化学保护层，纤维增强层等。在本发明中凡是PCB两层铜膜之间的非导电夹层都属于介电层范畴。

在本说明中，格局是从英文(pattern)意译而来，指的是把导电层进行腐蚀(如光刻蚀)处理后做出PCB板上的规整的连接线路。非格局即未经刻蚀处理的平整表面。

本发明中所定义的电压转换材料具有非线性电学性质。它们在低电压下为高电阻材料，表现绝缘材料性质，在特征电压以上的高电压下(转换电压)电阻急剧下降，体现导体性质。(导体与绝缘体是对其应用需求而言。)此类材料有时也被称为变阻材料。

由此可见，本发明的技术方案提出了在集成电路粘合片中使用高浓度的变阻粉末的复合材料并可以结合高分子材料，从而带来的制造工艺灵活性和变阻材料的变阻特性，省去现有技术的电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本，还进而把电路的保护从点保护改进到面保护，提高电路的稳定性，简化电路设计。

附图说明

图1是埋入式电压转换材料薄膜在格局化的集成电路中提供过电压保护基本使用方法图示。

图2是电压转换材料的薄膜复合材料的一个截面图示。

图3是电压转换材料的薄膜复合材料电流电压实际测量曲线。

图4是电压转换材料的薄膜复合材料中加入导电材料来调整复合材料整体的特征平均转换电压的截面图示。

图5A、图5B和图5C是几种在微电子系统中几种常用电压转换薄膜结构图示。

具体实施方式

本发明的技术方案是，一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置，结构上包括一层过电压保护薄膜，所述过电压保护薄膜贴在一层导电层之上或夹在两层导电层之间，所述导电层是格局过的或者是非格局的，并且所述过电压保护薄膜具备以下性质：

(1)过电压保护薄膜材料是复合材料，包括

(3)过电压保护薄膜厚度范围为0.1微米-200微米；

(4)电压转换粉末材料的粒径D50范围为0.01微米-40微米。

所述过电压保护薄膜中的复合材料介电常数大于15pf/cm²；

所述过电压保护薄膜含有编织型纤维或者非编织型纤维。

本发明的设计构思是在PCB中直接加入电压转换材料，或变阻材料。为达到这一目的，最简单的方法是把这种变阻材料做到PCB的内部，即掺入两层铜膜中间的介电层里。一个制成的PCB可以含有一层或者多层的变阻材料薄膜。为了方便制造，变阻材料薄膜通常遍布于整个PCB的XY平面上。但是，本发明不排除只把变阻材料薄膜用在PCB的部分面积上(即不完全覆盖XY平面)。在本说明中凡是PCB两层铜膜之间的非导电夹层都属于介电层范畴。

作为本发明的一个例子，图1显示了埋入式电压转换材料薄膜在格局化的集成电路中提供高电压保护带来的灵活性和优势。图1中400是电压转换材料薄，500，501，502是电压转换材料薄膜上表面的电极，600是电压转换材料薄膜下表面的电极。这些电极通常是通过蚀刻等工艺流程形成。电压转换材料薄膜的厚度是D，单位为微米。电压转换材料薄膜具有是均匀的特征转换电压A伏特/微米。电极500与501间的缝隙宽度是L2，电极501与502间的缝隙宽度是L3。V1是导通电极500和600需要的电压；V2是导通电极500和501需要的电压，V3是导通电极501和502需要的电压。

若垂直方向受到大于AD(A乘D)的电压，即可达到这个方向的电导通，达到保护电路的作用。传统的变阻材料多是这样使用的。通过与格局化的电路设计集成，薄膜的电压转换特性可以简单地通过导线间的距离来调整。比如，调整L2和L3来控制V2和V3：V2＝A L2，V3＝A L3。

这类薄膜的一个例子如图2所示。它包括至少一种电压转换材料的微粉，和至少一种介质高分子材料，并且薄膜总体具有变阻特性。在薄膜中，电压转换材料粉末的浓度需要达到逾渗阈值，薄膜整体可以表现出其电压转换微粉的变阻性质。薄膜厚度通常为0.1-300微米。

电压转换材料的微粉是由电压转换陶瓷材料球磨而成。电压转换陶瓷材料是从ABB公司购买并进一步研磨到需要的粒径。本发明并不限制电压转换材料微粉的制作方法。为满足集成电路介电层的制作要求，粉末的中间值粒径(D50)需要在40微米以下，优选10微米以下，更优选1微米以下。

实施例1：氧化锌变阻粉末从ABB公司购买。电压转换材料的微粉和丁酮(MEK)混合搅拌。混合物被设置在两条间距100微米的的铜导线之间。由于丁酮溶剂迅速挥发，只有电压转换材料的微粉存留在导线之间。对微粉堆施加压力以确保粉末之间及粉末与导线的良好接触。增加导线上的电压，测量电流。电流突然增加时的电压为转换电压。转换电压除以100微米的长度为材料特征转化电压。

测试表明，粉末本身具有很强的非线性电压电流关系。材料在低电压下基本为非导体。当电压增加到每微米1.2伏特以上，导电性迅速增加，电阻减小，电流也随之迅速增加。

实施例2：是根据本发明设计构思的一个配方案例。具有变阻性质的氧化锌微粉与环氧树脂和引发剂混合。环氧树脂D.E.R.671从陶氏化学(DOWchemical)购买。混合物的悬浮溶液涂覆在铜箔表面，通过加热丁酮溶剂完全蒸发，留下一层约50微米厚的复合材料薄膜在铜箔表面。压合另一张铜箔在薄膜上，加热三层薄膜(铜箔-复合材料-铜箔)的器件到150℃，约20分钟实现聚合环氧树脂成分的基本聚合。然后在铜箔上连接电极侧量电压电流性质。

图2是复合材料的截面示意图。电压转换复合材料中含有树脂800，无机变阻材料粉末810，700和701分别是在电压转换材料薄膜上下表面的电极。V4是导通电极700和701之间的电压转换复合材料需要的电压。

连接上下导体700和701的最短的线路802含有四个变阻材料810粉末颗粒。电极间的电压需要导通这四个粒子来形成一个电通路。因此，电极间的电压需要大于这四个粒子的转换电压V4来形成对这四个粒子电阻变化的转换。

通常粒子在空间上是随机分布的。也可以通过定点添加，或使用机械，电场，或磁场等的手段达到更好的局部浓度控制。

图3显示了实际测量的电流电压曲线。可以看出电压在120伏特以下时，电流基本为零；电压增加到120伏特以上时，电流非线性的迅速增加。在接近340伏特时，电流增加到860微安，当电压降低到35伏特左右，电流恢复零。图3的循环曲线也显示出在从低压到高压的特征转换电压值与从高压到低压可以不相同。该测试进行了3万个循环重复性很好。

该结果表明这层复合材料薄膜可以内置于多层集成电路中。在高压下连接地线，达到静电保护的作用。薄膜的结构适用传统集成电路的生产工艺方法。可以有效的集成在集成电路板内部，取代插接或表面贴装的静电保护元器件，来提高手机或其他集成电路的集成度，省去电路表面额外的静电保护元器件相关的零件成本和工艺成本。还进而把电路的保护从点保护改进到面保护，提高电路的稳定性，简化电路设计。

实施例2与实施例1具有基本相同的特征转换电压。说明电压转换材料的微粉在复合材料中所起的作用与没用高分子介质时相似。当然，对于其它高分子介质，其他不同的浓度，或其他的添加剂系统，结果可以不同。

有时需要在变阻材料微粉表面进行修饰处理或涂布包裹。这些处理可以用来调整表面能，润湿性，分散性，调整转换电压特性等作用。这些修饰处理可以是硅烷或其他小分子，可聚合的单体小分子，高分子材料，或它们的组合。这些修饰处理可以包覆整个粒子表面，也可以只选择性的包覆粒子表面的一部分。

薄膜的平均电压转换特性可以通过导电或半导电材料调整。电压转换材料的微粉需要通过电压来影响其导电率，而导电或半导电材料保持恒定的电阻。加入一定比例的导电物质可以影响变阻微粉的有效导通距离，进而调整薄膜的整体平均电压转换特性。图4说明了该原理。

电压转换复合材料中含有树脂800，无机变阻材料粉末810，导电成分930。电极900和901分别是在电压转换材料薄膜上下表面的电极。V5是导通电极900和901之间的电压转换复合材料需要的电压。910、920是逾渗通路。

在图2中，最短的有效导通路径需要四个变阻材料微粉粒子。薄膜需要电压转换四个变阻材料微粉粒子来形成上下表面电极间的导通。比较而言，在图4中，在同样的薄膜厚度和变阻材料微粉粒子的浓度和分散情况下，最短的有效导通路径，如910，920，930，包括两个变阻材料微粉粒子和一个导电粒子。在这种情况下，只需要电压V5把两个变阻材料微粉粒子从非导体转换为导体就可以形成薄膜上下表面的电导通。若图2和图4的薄膜厚度相同，导电粒子有效的把平均特征转换电压(伏特/微米)降低了一半。

实施例3：是根据本发明的原则的一个配方案例。与实施例2相比，实施例3中减低了变阻粒子的浓度，增加了少量镍纳米粒子。所用纳米镍粉的D50是0.20微米。纳米镍粉从宁波广博纳米材料公司购买。这个微量调整使材料整体的转换电压显著降低。

导电微粉粒子通常比变阻材料微粉粒子的成本低。这种加入导电粒子的方法不仅可以提供技术的灵活性而且可以减低成本。导电粒子的浓度和均匀度必须仔细控制。若导电粒子的浓度在电极之间达到阈值，就会形成短路。薄膜越薄，这种风险就越大。比如，近一个10微米直径的导电粒子会使一张10微米厚的电压转换薄膜短路。碳纳米管通常有10-1000微米长。若它的取向不能有效的控制，会对10-300微米厚度的电压转换薄膜带来显著的短路或漏电风险。小尺寸的例子，比如纳米级别的粒子，可以减低这种风险。另外，有效的分散，防止小粒子团聚为大粒子也是极其重要的。

因为电压转换粒子本身在无电压或低电压下为非导体，即使电压转换粒子团聚到电压转换薄膜厚度的尺寸也不会造成薄膜短路。与完全基于导电成分的电压转换薄膜比较，基于电压转换粒子的电压转换薄膜大大减少了短路和漏电的风险。

电压转换粒子和其它电活性粒子的形状可以是球形或任何其他形状。高长径比的例子通常具有较低的阈值。电压转换粒子可以是一种材料，也可以是多种电压转换粒子材料的组合。电活性粒子的总浓度，包括变阻材料粉末和导电和半导电组分，需要达到或超过阈值。因为导电和半导电组分自身达到阈值，材料就会短路。因而导电和半导电的组分自身必须小于其阈值。导电成分可以是金属，金属氧化物，碳黑，碳纳米管，C60(富勒烯)，导电高分子颗粒，可溶解的有机导电物，其它导电或半导电物质，及它们的组合。

粒子的大小可以是均一的或一系列分布的组合。为了便于在集成电路生产工艺中使用，粒子需要小的尺寸。粒子的大小通常是一个分布而不是绝对均一的。D50需要在40微米以下，优选5微米以下，更优选1微米以下。

有机树脂粘合剂可以是一种或几种有机材料，必须具有下列性质：固化或交联成具有机械强度的结构，这个交联后的结构可以把其它组分牢固的结合成一个稳定的固体混和物。它可以从以下材料中选出：环氧树脂，聚氰酸酯，聚酯，聚亚酰胺，聚四氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚苯醚，和其它在PCB工艺里稳定的高分子。

在有机树脂粘合剂的配方里，可以用其它添加剂。例如，交联剂，熟化剂，交联加速剂，保证填充物稳定分散的分散剂，减少泡沫的消泡剂，调节黏度的流变控制剂，修饰树脂的塑化剂或交联剂可以使交联后的树脂更强或更柔韧，使树脂在高温下稳定的热稳定剂，使复合材料层和导电层结合力增强的粘合增强剂。

为了增加电压转换薄膜的机械强度或调整热膨胀系数，可以在薄膜中加入增强材料。增强材料通常包括但不限于纤维材料，塑料薄膜，和其它填料。纤维材料通常包括编织或非编织的玻璃纤维网或玻璃纤维布，编织或非编织的塑料纤维网或塑料纤维布，玻璃纤维或塑料纤维，和纸。塑料薄膜通常包括(但不限于)聚酰亚胺薄膜，聚四氟乙烯，PEEK。这些薄膜也可以是拉伸或其他方法制成的多孔结构。

导电层通常由铜箔构成，导电层可以用但不限于用以下材料：铝，镍，银，导电高分子，导电高分子复合体，导电糊，基于碳纤维的导电复合材料。铜箔表面可以先用其他材料处理，例如金属元素，金属氧化物，硅烷，粘合剂等，用以增加铜箔和EMI复合材料层的粘合力，或者提高这一结构的电容。用来做铜箔表面处理的元素包括镍，铬，钛，钨，锡，磷，硫，或者它们的氧化物，可以用单一组分，或者不同组分的混合。金属箔表面可以经过机械或电化学打磨，或者经过刻蚀来增加表面的粗糙度。导电复合材料，例如碳纳米管复合材料，可以用光刻蚀或者丝网印刷的工艺对电压转换薄膜复合材料表面进行电路图案的铺设(circuit patterning)。

由此制成的铜箔-电压转换薄膜复合材料-铜箔的电子装置可以通过普通的微电子工艺处理，在电压转换薄膜复合材料层上产生规则的导电连接线路。这普通工艺一般包含多个步骤：层间连接(via process)，电镀，光造影刻蚀，层压。这些具体工艺细节可以在教科书中找到，例如Print Circuit BoardHandbook，Sixth edition，Edited by Clyde F.Coombs。变阻材料的高电容性能使之在实现电路高电压保护功能之外还可以作为微电子装置的内置电容。

传统的变阻材料大多是陶瓷材料。这些材料已经在许多领域得到应用。但他们易碎，不易成型，工艺复杂，对许多应用不宜使用。本发明提出了在集成电路粘合片中使用高浓度的变阻粉末的复合材料可以结合高分子材料带来的制造工艺灵活性和变阻材料的变阻特性。

电压转换薄膜可以是独立的膜也可以是多层材料结构之中的一层或几层。一层薄膜可以有不同的厚度。有时，设计中需要变阻材料填充层间的空间或导线间的空间。因而可能有不同的厚度。

许多变阻材料都具有高介电常数。实施例2中的掺杂后氧化锌具有高介电常数。具有高浓度变阻材料的复合材料也可以具有高介电常数。比如实施例2中，77％重量比的氧化锌粉末把整体复合材料的介电常数提高到15-18。这样的薄膜在集成电路中可以有埋入式电容的应用。因而，这个材料可以带来双重用途。1)埋入式高电压保护；2)埋入式电容。

若需要进一步提高薄膜的电容密度，可以降低薄膜厚度，加入高介电常数填料，如钛酸钡，或加入导电成分，如炭黑，单壁或多壁碳纳米管，金属粒子，导电高分子，C60，或以上成分的组合。粒子最好是纳米尺寸。D50要小于20微米，优选小于1微米，更优选小于0.5微米。为了在介质中有效分散粒子或调整粒子的电学性质，粒子表面可以被硅烷或其他有机或无机方法处理或包裹。

图5描述了几种包含变阻薄膜的电子装置。图5A显示了单层变阻薄膜100。它可以是复合材料或复合材料与纤维，玻璃纤维布，或其他加强材料组成的薄膜。图5B显示了一层变阻薄膜300与一层导电薄膜材料200复合在一起。这种结构可以通过把含有变阻复合材料的溶液涂布或印刷在在铜箔上，把导电材料涂布或印刷在变阻薄膜上，或把变阻薄膜与导电层粘结复合粘接在一起。使用的方法包括但不限于溶液涂布，熔融涂布，丝网印刷，热压复合，真空热压复合。图5C显示了一层变阻薄膜300加在两层导电薄膜200中间形成夹心结构。

两层或三层结构是PCB或其它微电子装置生产工艺中常用的结构。它可以是从卷状材料通过涂布，压和连续生产而来，也可以通过涂布后分切成片，再把片状的薄膜和金属箔压和在一起。纤维网和塑料膜也可以包括在薄膜中起到加强，支撑，或调节热膨胀系数等作用。

变阻薄膜及变阻薄膜与铜箔的两层或三层复合薄膜可以通过集成电路板工艺来制成含有变阻薄膜的集成电路。这些工艺与流程可以在印刷电路板手册中有详细的描述。如Print Circuit Board Handbook，Sixth edition，Edited byClyde F.Coombs。

Claims

1.一种含有内置型过电压保护复合材料薄膜的电子装置，结构上包括一层过电压保护薄膜，所述过电压保护薄膜贴在一层导电层之上或夹在两层导电层之间，所述导电层是格局过的或者是非格局的，并且所述过电压保护薄膜具备以下性质：

(1)过电压保护薄膜材料是复合材料，包括

(2)过电压保护薄膜整体具有特征转换电压值，所受电压在特征转换电压值以下，在其应用中表现为是不导电物质，在特征转换电压值以上，在其应用中表现为为导电物质；

(3)过电压保护薄膜厚度范围为0.1微米-200微米；

(4)电压转换粉末材料的粒径D50范围为0.01微米-40微米。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于：所述电压转换粉末在有机树脂粘合剂中的浓度达到或者超过其相互接触的逾渗阈值；

3.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：所述的电压转换粉末材料包括Zn、Ti、Zr、Hf、Nb或Ta的氧化物中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于：所述氧化物中有一种或多种下列元素的掺杂元素，所述掺杂元素包括Cu、In、Sn、Hg、Tl、Pb、Bi、Cr、Co、Y、La、Ce、E r、Dy、Nd、Ca、Sr、Ba、Mn、Al或Ga中的至少一种，所述掺杂元素的浓度在十万分之一以上30％以下。

5.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：所述电压转换粉末材料的粒径D50范围为0.01微米-5微米。

6.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于：所述过电压保护薄膜的复合材料中含有导电粒子或可溶性导电材料来调整薄膜整体的特征转换电压或介电常数，导电粒子D50范围为0.01-20微米，优选范围0.1-0.5微米。

7.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：所述有机树脂粘合剂为聚合或交联的高分子材料，高分子材料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、亚克力材料或聚丙烯酸。

8.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：

所述过电压保护薄膜中的复合材料介电常数大于15pf/cm²；

9.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：所述过电压保护薄膜含有编织型纤维或者非编织型纤维。

10.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于：其中的至少一层导电层是通过印刷电路刻蚀或电镀方法来格局化形成电路。