TWI510148B - 保護電子組件防止靜電放電（ｅｓｄ）脈衝的系統 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種應用電壓調變介電(Voltage Switchable Dielectric,VSD)材質及配套的阻抗元件，以及採用電壓調變介電材質實現保護防止靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)情況的結構、方法及裝置，其特徵在於所述VSD材質及/或配套的阻抗元件被結合在第一級(first level)及/或第二級(second level)封裝，而且所述第一級封裝可以是設置在基板的晶粒，所述第二級封裝可以是設置在第一級封裝的電路板的構造、方法和設備。
電子設備往往是通過組裝和連接各種電子組件所製成。許多組件，特別是半導體，在所謂過電壓條件下對施加過大電壓的電氣情況很敏感。過電壓條件的來源包含靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)、反電動勢(back electromotive force,EMF)、雷電、太陽風、開關的電磁感應負載，如電動機和電磁鐵、開關的阻抗負載、大電流充電、電磁脈衝及其相似者。過電壓條件可能導致高電壓在含有主動及/或被動電子組件或電路元件的裝置中，如半導體積體電路晶片，這可能導致大電流通過或存在組件中。大電流可能對主動元件或被動元件或電路元件的功能性造成破壞或負面影響。
靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)情況發生在電子裝置的正常操作情況下(例如：當用戶操作行動電話)、電子裝置或基板的製造過程(例如：在印刷電路板的製
造過程或發光二極體顯示器的組裝過程)或任何操作電子裝置、電子組件或基板的其它階段(例如：在運輸、安裝、相互連接......等等)。
有些晶片包含整合針對一些過電壓情況(如：輕微的ESD情況)的保護，過電壓情況可在晶片的封裝或各電子裝置的操作(例如：防護人體放電模式的情況)期間被預期。
一個晶片可能被封裝(例如：嵌入一個保護晶片封裝或以其它方式連接到晶片基板)。封裝後的晶片可連接到額外的(如：晶片外的)過電壓保護裝置，用以保護封裝晶片預防更嚴重(例如：高電壓)的過電壓情況。由於晶片上及晶片外的過電壓保護裝置皆在電通信中，晶片外的過電壓保護裝置可能需要保護晶片上的過電壓保護裝置。ESD測試規範的例子包含“IEC 61000-4-2”及“JESD22-A114E”。
印刷電路板、印刷線路板或相似的基板(也稱為PCB)可被用於組裝、支撐及連接電子組件。PCB上通常包含絕緣材質的基板及一個或多個導線以提供各種附加元件、晶片及其同類元件進行電氣傳導。通常情況下，金屬導線的圖案是鍍(例如：使用如絲網印刷的印刷技術)在電介質基板上用以提供電氣連接。另外，金屬層(如：銅、銀、金的層)應用在基板且部分的金屬層會被移除(例如：蝕刻)形成所需的圖案。導電圖案及/或電介質材料(或稱為介電材質)的多個層可能被設置在PCB上，這些層則可使用通孔連接。印刷電路板包含“14”層或更多層的比比皆是。
PCB通常用於支撐或連接各種電子元件，如：晶片、封裝物、及其它積體裝置。PCB也可支撐及連接分離的元件，如：電阻、電容、電感及其相似物，以及提供積體裝置與分離元件連接。在PCB中的導電模式及/或層，以及其它在電子裝置中的元件或區域有時提供路徑以引導可能損害或對元件造成負面影響的過電壓情況。
在以往的技術中存在各種結構、方法及裝置提供給電子裝置(例如：將分離的突波抑制組件表面安裝在印刷電路板)進行過電壓保護，但是以往的技術在製造、效能、工作特性及成本上通常具有各種限制。
本發明揭露一種保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其具體實施例涉及採用電壓調變介電材質和阻抗來達到防止ESD和其它過電壓情況的結構、方法和裝置。
本發明所揭露的保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其包含：電壓調變介電材質(VSDM)組件及基於組件的阻抗元件。其中，電壓調變介電材質組件嵌入在基板，所述VSDM組件包含VSDM用以在超過VSDM的特徵電壓時，從非導電狀態切換至導電狀態；基於組件的阻抗元件用以嵌入在電子組件中，所述電子組件設置在基板；其中，所述基於組件的阻抗元件與VSDM組件共同運作以保護電子組件防止ESD脈衝。
100‧‧‧VSDM構造
110‧‧‧電壓源
112‧‧‧ESD脈衝
120、122‧‧‧電極
130、132‧‧‧通孔
140‧‧‧VSD材質層
142‧‧‧箭頭
150‧‧‧間隙
160‧‧‧基板
170‧‧‧絕緣層
200‧‧‧VSDM構造
210‧‧‧電壓源
212‧‧‧ESD信號
230、232‧‧‧導電面
240‧‧‧VSD材質
242‧‧‧線段
250‧‧‧間隙
300‧‧‧印刷電路板
400‧‧‧VSDM構造
430‧‧‧導電結構
432‧‧‧導電層
434‧‧‧互連層
440‧‧‧VSD材質
442‧‧‧間隙
450、452‧‧‧導電結構
460、462‧‧‧基板層
470、472‧‧‧導電層
474、476‧‧‧導電層
478、479‧‧‧導電層
480‧‧‧預浸填料
482‧‧‧核心
484‧‧‧預浸填料
486‧‧‧核心
488‧‧‧預浸填料
490‧‧‧VSDM構造
498‧‧‧VSD材質
499‧‧‧互連層
500‧‧‧VSDM構造
512‧‧‧ESD脈衝
520、524‧‧‧電極
528‧‧‧電極
530‧‧‧預浸料層
540‧‧‧VSD材質
542‧‧‧間隙
550‧‧‧通孔
570‧‧‧導電層
580‧‧‧互連層
590‧‧‧ESD放電路徑
596‧‧‧嵌入式阻抗
598‧‧‧電子組件
600‧‧‧圖形
602、604‧‧‧局部
610、612‧‧‧信號
620、622‧‧‧響應曲線
704、804‧‧‧VSDM組件
712、812‧‧‧ESD脈衝
720、820‧‧‧阻抗元件
730、830‧‧‧電子組件
832‧‧‧晶片上的電路
832‧‧‧ESD層
890‧‧‧基板
904、1004‧‧‧VSDM組件
912、1012‧‧‧ESD脈衝
920、1020‧‧‧阻抗元件
922‧‧‧阻抗元件
930、1030‧‧‧電子組件
932‧‧‧電子組件
990、1090‧‧‧基板
1032‧‧‧晶粒
1080‧‧‧凸塊
1080‧‧‧再分配層
1082‧‧‧RDL層
1104、1204‧‧‧VSDM組件
1112、1212‧‧‧ESD脈衝
1120、1220‧‧‧阻抗元件
1130、1230‧‧‧電子組件
1180、1280‧‧‧凸塊
1190、1290‧‧‧基板
1206‧‧‧VSDM組件
1214‧‧‧ESD脈衝
1222‧‧‧阻抗元件
1234‧‧‧晶粒
1282‧‧‧連接器/墊片
1282‧‧‧凸塊
1284、1286‧‧‧銲線
1292‧‧‧印刷電路板
1298‧‧‧內插板
1312‧‧‧ESD脈衝
1330‧‧‧組件
1340‧‧‧VSD材質
1342‧‧‧間隙
1350、1352‧‧‧導電層
1360、1362‧‧‧基板層
1364‧‧‧基板層
1370、1372‧‧‧導電結構
1374‧‧‧導電結構
1390‧‧‧基板
1404、1504‧‧‧VSDM組件
1412、1512‧‧‧ESD脈衝
1420‧‧‧阻抗走線
1430‧‧‧電子組件
1490、1590‧‧‧基板
1520‧‧‧阻抗元件
1530‧‧‧堆疊組件
1532‧‧‧晶粒/封裝A
1534‧‧‧晶粒/封裝B
1550‧‧‧凸塊
第1圖為根據一個實施例顯示水平切換的VSDM構造，用以為電子組件提供ESD防護之示意圖。
第2圖為根據一個實施例顯示水平切換的VSDM構造，用以為電子組件提供ESD防護之示意圖。
第3A圖為根據一個實施例顯示垂直切換的VSDM構造，用以為電子組件提供ESD防護之示意圖。
第3B圖為根據一個實施例顯示垂直切換的VSDM構造，用以為電子組件提供ESD防護之示意圖。
第4圖為根據一個實施例顯示為連接具有不可忽略阻抗的嵌入式電路元件之電子組件提供ESD防護的VSDM構造之示意圖。
第5圖為根據一個實施例顯示VSDM構造的樣本響應電壓平均之示意圖。
第6圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的電路配置之示意圖。
第7圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第8圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第9圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第10A圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第10B圖為根據一個實施例顯示另一電路配置以使用與阻抗元件結合的VSDM組件保護晶粒防止ESD情況之示意圖。
第11圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的
VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第12圖為根據一個實施例中的配置所顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
第13圖為根據一個實施例顯示使用與阻抗元件結合的VSDM組件以保護電子組件防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。
一、VSD材質及VSDM結構的概述
為了保護預防基板裝置的ESD及其它過電壓情況，按照本發明所述的各種具體實施例，其電子組件及/或電子裝置可包含整合電壓調變介電材質(“VSD材質”或“VSDM”)於各基板及/或裝置中。在本技術領域中的通常知識者能夠確認過電壓情況，此過電壓情況包含許多情況所組成，在文中ESD則可被稱為過電壓情況。
在一個實施例中，VSD材質被嵌入在裝置中作為一層或其它結構，其適用於傳導通過裝置的ESD信號的至少一部分至接地或其它預定的點。
在一個實施例中，電路元件，如：過濾器，其設置在垂直切換的VSDM構造及電子組件之間，用以減少或防止由ESD情況產生的高頻電壓部分流入電子組件。電路元件可被嵌入在基板裝置中作為層、結構或通孔，或是可附著在基板作為表面安裝元件。
根據本發明各種具體實施例中的VSD材質，其材質呈現非線性電阻作為電壓函數。雖然VSD材質表現出非線性電阻，但並非所有非線性電阻的材質都是VSD材質。舉例來說，材質的電阻變化作為溫度函數，但不會大幅改變電壓函數，所以將不會被解釋成本發明具體實施例中的VSD材質。在各具體實施例中，VSD材質呈現非線性電阻的變化作為電壓函數，並且額外處理參數，如：電流、電場密度、光或其它電磁輻射輸入及/或其它類似的參數。
VSD材質的電阻變化作為電壓函數呈現，其包含從高電阻狀態過渡到低電阻狀態。這種轉變發生在一個特定的電壓值，其可簡稱為“特徵電壓(characteristic voltage)”、“特徵電壓水平(characteristic voltage level)”、“開關電壓(switching voltage)”或“開關電壓水平(switching voltage level)”。所述特徵電壓可能隨不同VSD材質的配方而有所不同，但對於已知配方而言其相對穩定。對於特定配方的特徵電壓可能會加上額外的參數，如：溫度及/或不同波長附帶的電磁能量包含光、紅外線、紫外線或微波。
對於特定的VSD材質成分，特徵電壓可定義相應的“特徵電場”或“特徵場”來表示每單位長度(如：每密耳伏特數“V/mil”、每微米伏特數“V/um”)電壓。
除非另有明確說明，否則所述名詞：“VSD材質的結構”、“VSD材質結構”或“VSDM結構”是指具有特定物理尺寸的任意數量VSD材質，其可執行電氣開關功能。以VSD材質的結構為例，包含VSD材質層(設置在基板上或是作為一個獨立的層)、VSD材質的體積介於兩個或多個電極及/或半導體結構之間、或其它任意元件或VSD材質的配置，其可於足夠大的電壓變化時在非導電和導電狀態之間切換。
在一個具體的實施例中，VSDM結構可能透過結合具有一定體積且具有第一特徵電壓的第一VSD材質來產
生，所述具有第一特徵電壓的第一VSD材質的體積介於兩個具不同特徵電壓的VSD材質的體積間，此兩個不同體積的VSD材質其特徵電壓不同於第一特徵電壓(此兩個不同體積的VSD材質的特徵電壓可能會或可能不會彼此相等)。
在一個具體實施上，VSDM結構可能透過結合具有一定體積且具有第一特徵電壓的第一VSD材質來產生，所述具有第一特徵電壓的第一VSD材質的體積介於(a)兩個具不同特徵電壓的VSD材質的體積間，以及(b)一個或多個電極、絕緣結構及/或半導體結構之間。
一個VSDM結構的例子，VSD材質層設置在銅箔上(但不包括銅箔)，其複合構造包含VSD材質層及銅箔兩者，並可表示成“VSDM構造”。更複雜的VSDM構造將在稍後作說明。
VSDM結構的另一個例子是塗料、板材或其它VSD材質的佈局設成在PCB中的水平層，並且介於PCB中的兩個相鄰水平層之間(即一個水平層在VSDM結構上，以及一個水平層在VSDM結構下)。其複合構造包含VSDM結構及結合兩個相鄰的水平層以形成一個VSDM構造的例子。
VSDM結構的另一個例子是將一定體積的VSD材質設置在PCB中的水平層且介於同樣設置在相同水平層的四個結構(即四個蝕刻通道所劃定的VSDM結構)，並且介於兩個電極之間，所述電極設置在兩個相鄰的水平層(即：導電層在上而絕緣層在下)，組成的構造包含VSDM結構及結合四個結構及兩個電極以形成一個VSDM構造的例子。
對於已知兩個施加電壓點位置的VSD材質結構(例如：當電壓通過VSD材質層的厚度或是穿過VSDM結構的另一間隙)，特徵電壓可被定義為特定的電壓值(例如：此VSDM結構的特徵電壓可被定為一個特定的電壓值)。
因此，VSDM結構的特徵電壓在特徵電場的術語中可被稱為每個單位長度的電壓值，或是作為特徵電壓表示
當VSD材質被視為具有某些已知尺寸特徵的特定體積時的特定電壓值(例如：穿過電壓開關的VSDM結構，可能具有特定的厚度)。在各情況下，本發明描述可在各具體實施例中參考VSD材質的特徵電場或特徵電壓，並且在各情況下，相應的特徵電場(每單位長度的伏特)或特徵電壓(在伏特的術語中)可在考慮到各VSD材質結構的尺寸特徵而獲得適當的轉換。舉例來說，一般在VSDM結構中標準的特徵電場，其VSDM結構中特徵電壓的計算可以透過將VSD材質的特徵電場(伏特/密耳)與穿過電壓開關的間隙(密耳)相乘後獲得。更簡單的理解是，特徵電場是電極間隙的作用，但其它因素也可能發揮作用，如：實際的導通路徑、橫截面面積及VSD材質的厚度。在一些實施例中，對於一些公式化的VSD材質表述方式及穿過電壓開關之間隙的物理特徵來說，穿過電壓開關間隙的VSD材質的特徵電壓可能不會與各間隙大小直接或線性相關(例如：在此實施例中，各特徵電壓可通過直接測量或通過更複雜的模擬或近似法)。
在各具體實施例中，設在兩個接觸VSD材質的電極之間的VSDM結構中的特徵電場，會因為兩個電極之間的距離減少而降低。兩個電極之間穿過VSD材質的距離可以依照大到足以視為“厚度(thickness)”、“有效厚度(effective thickness)”、“間隙(gap)”、“開關間隙(switching gap)”或“有效的間隙(effective gap)”的電壓變化，而在實質導電與實質絕緣的不同狀態中進行切換。倘若兩個電極設在實質上的水平面及/或電壓開關主要發生在水平方向，VSDM結構結構的有效的間隙可以被視為水平，倘若兩個電極設置在不同的垂直平面及/或倘若電壓開關主要發生在垂直方向，則VSD材質結構的有效的間隙可以被視為垂直。
如果對於一個給定的VSD材質成分，VSD材質的特徵電場被定義在每密耳伏特(V/mil)(或以其它方式定義
在每單位長度伏特)，具有一特定厚度的VSD材質的層或結構的特徵電壓可被確定為一個特定電壓值，舉例來說，假設跨越VSD材質的間隙大小表示為T(如：「第1圖」實施例中電極120與電極122之間的間隙150，或「第4圖」實施例中跨越VSD材質層540的厚度的間隙542)，且VSD材質的特徵電場表示為每密耳伏特ECH
，對應的特徵電壓值以伏特為單為表示成VCH
，並且可表示為如下公式：VCH
(V)=ECH
(V/mil) * T(mil) 公式一
假設特徵電場ECH
的數值是常數，或是近似於厚度T的常數，公式一的計算式成立。
一般而言，在整個相應的VSD材質的間隙，特徵電場ECH可能不是常數，並且因不同VSDM結構的厚度而產生變化的值。在一定程度上，特徵電場ECH在VSD構造的間隙上不是常數，特徵電壓VCH可以通過建模、直接或間接的測量、相似方式或任何其它允許在特徵電場及特徵電壓間建立足夠精確關係的方式來獲得。
從公式一可以看出，透過減少VSD材質的切換間隙大小，相應的VSDM結構的特徵電壓也相對地降低。
在一般情況下，VSDM結構的特徵電壓可能是一個數量、截面積、體積、深度、厚度、寬度及/或VSDM結構的長度之函數，也可能是相對的形狀、幾何尺寸、密度變化和其它關於VSDM結構的類似變量之函數。
VSD材質在電壓低於各特徵電壓水平時具有顯著的非傳導性(即：顯著的絕緣特性)，在此情況下，VSD材質的行為是絕緣體(insulator)或電介質(dielectric)。這種狀態可被稱為不導電或絕緣的狀態，電壓在VSD材質的特徵電壓水平下可稱為低電壓(至少相對於上述特徵電壓水平而言)。在特徵電壓水平下，VSD材質在本發明的實施例中可被解釋為具有半導體特性，類似於半導體材質作為半導體製造工藝的基板。各具體實施例中，施加正負電壓時VSD材質在
電壓幅度低於特徵電壓水平時可表現為絕緣體。
當電壓高於特徵電壓水平，VSD材質在本發明各實施例中表現為導體，這稱為導電狀態。電壓高於特徵電壓水平可稱為高電壓，施加正負電壓時VSD材質在電壓幅度高於特徵電壓水平時可表現為導電或大幅導電。特徵電壓取決於電壓極性可能為正或為負，當VSD材質成為導電而回應電壓超過其特徵電壓時，VSD材質能夠稱為“開關開啟(switch on)”，當VSD材質在移除高於其特徵電壓的電壓後成為非導電之後，VSD材質可稱為“開關關閉”，當VSD材質切換為開或關時，VSD材質可簡稱為“開關”。
在一個理想的模式，於本發明各實施例中的VSD材質運作在電壓低於特徵電壓時是近似無限電阻，而在電壓高於特徵電壓時電阻值低微。在一般的工作條件中，雖然VSD材質通常為高電位，但在電壓低於特徵電壓為有限電阻(finite resistance)，且為低電位，而電壓高於特徵電壓為非零電阻(nonzero resistance)。以特定的VSD材質為例，電阻率在低電壓至高電壓可預期有一個很大的值(例如：103
、106
、109
、1012
或更高的範圍)。在一個理想的模式中，此一比例可近似於無限或以其它方式成為非常高。
VSD材質在本發明不同的實施例中展現高重複性(即：可逆性)，其工作在低電壓及高電壓兩者。在一些實施例中，VSD材質在電壓低於特徵電壓水平時，實際上為絕緣體或電介質(即：實際上是不導電，展現出非常高或無限大的電阻)，當電壓高於特徵電壓水平時所述VSD材質切換成導電，而在電壓低於特徵電壓水平時則再次成為絕緣體或電介質。倘若輸入電壓水平在電壓低於特徵電壓及高於特徵電壓之間轉換，VSD材質能夠持續在這兩種工作狀態進行切換。雖然VSD材質在這兩種工作狀態之間切換可能受到一定程度的遲滯，其可能會在一定程度上改變特徵電壓水平、開關反應時間或VSD材質的其它工作特性。
所述轉換介於第一(低電位)電壓(當VSD材質為絕緣)及第二(高電位)電壓(當VSD材質為導電)之間。在本發明實施例中，實際上可預見及預計一般侷限在信號振幅的有限包絡(envelope)、開關時間的有限範圍。在理想的模式中，VSD材質從絕緣狀態轉換到導電狀態的時間反應輸入級函數信號(input step function signal)其上升高於特徵電壓可能近似於奈秒或更小。也就是說，轉換的過渡相對來說可能在一瞬間。同樣地，在一個理想的模式中，VSD材質從導電狀態轉換到非導電狀態的時間反應輸入級函數信號(input step function signal)其下降低於特徵電壓可能近似於零，這種反向過渡也可能在一瞬間。但在正常工作條件下，VSD材質的這兩種過渡時間都不為零。在一般情況下，過渡時間是短暫且進可能地短(例如：在約106
、109
、1012
或更小的範圍內)。VSD材質的詳細構造及特性請參考揭露在美國專利號“7,872,251”(申請人為“Kosowsky,et al”；公告日為2011年1月18日；名稱為“Formulations for Voltage Switchable Dielectric Material Having a Stepped Voltage Response and Methods for Making the Same”)的專利。
當在導電狀態時，各具體實施例的VSD材質可直接引導電氣信號至各電路、基板或電子裝置的接地或另一個指定接點以保護電子組件。在各具體實施例中，所述指定接點是接地、虛接地、屏蔽、安全接地及其相似者。以電子組件為例，其可透過本發明各具體實施例中的VSD材質運作及/或保護，所述電子組件包含(a)電路元件、電路結構、表面設置的電子組件(如：電阻、電容、電感)、PCB或其它電路板、電子裝置、電子子系統、電氣系統、(b)任何其它電子、電磁、微機電結構(MEMS)或相似元件、結構、組件、系統及/或裝置、(c)任何其它單元處理或傳輸數據以及使用電氣信號或受電氣信號損壞、(d)由上述(a)、(b)及/或(c)的組合。
在一般情況下，VSD材質能在高信號電壓、電流強度、能量或功率水平破壞之前限制傳導電流或其它操作，其破壞為不可逆的。此外，倘若持續太長時間，VSD材質通常在操作規範中也可能被電氣信號損毀(例如：VSD材質在傳導信號可能升溫，最終導致分解)。舉例來說，當在小於一百奈秒時間內持續接觸具有一萬伏特電壓水平的輸入信號時VSD材質可能還能正常工作，但如果信號持續施加超過幾毫秒則可能被損壞。VSD材質能夠在損壞之前容忍高的電壓、電流、功率或能量水平，其可能取決於各種因素，例如：特定的VSD材質成分、相應VSDM結構的具體特徵(即：具有較大物理尺寸的VSDM結構能夠引導更高的電流密度)、相應的電路架構、其它存在的ESD防護元件及包含VSD材質的裝置之特性。
在不同具體實施例中的VSD材質為高分子複合材質，並可能包括如：金屬、半導體、陶瓷和其類似的微粒材質。所述VSD材質可按照不同具體實施例使用各種成分，例如：美國專利申請號“12/953,309”，名稱為“Formulations for Voltage Switchable Dielectric Materials Having a Stepped Voltage Response and Methods for Making the Same”、美國專利申請號“12/832,040”，名稱為“Light-Emitting Diode Device For Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”、美國專利申請號“12/717,102”，名稱為“Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”，以及美國專利號“7,981,325”，名稱為“Electronic Device For Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”。
根據不同實施例，VSD材質可能包括基質材料(matrix material)及一個或多個類型的有機及/或無機粒子分散於基質材料中。
不同實施例的VSD材質中的基質材料可能包含
有機聚合物，如：酚醛樹脂、有機矽聚合物、環氧樹脂(例如：“EPON樹脂828(EPON Resin 828)”、“丙二酚A(difunctional bisphenol A)或環氧氯丙烷(epichlorohydrin)製成的液態環氧樹脂”)、聚氨酯(polyurethane)、聚甲基(poly(meth))、丙烯酸酯(acrylate)、聚酰胺(polyamide)、聚酯(polyester)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚丙烯酰胺(polyacrylamides)、聚酰亞胺(polyimide)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚碸(polysulphone)、有機奈米陶瓷(ceramer)(一種溶凝膠/聚合物的複合材料)及聚苯碸(polyphenylene sulfone)。所述基質材料的其它例子則包括無機聚合物(inorganic polymers)如：矽氧烷(siloxane)及聚偶磷氮(polyphosphazines)。
以加入VSD材質的顆粒為例，在各具體實施例中可包含導電及/或半導體材質，包含：銅(copper)、鋁(aluminum)、鎳(nickel)、銀(silver)、金(gold)、鈦(titanium)、不銹鋼(stainless steel)、鉻(chrome)、鎢、其它金屬合金及氧化物、鈦(T)、矽(Si)、氧化鎳(NiO)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氮化硼(BN)、碳(C)(包括鑽石、納米管、和/或富勒烯(fullerenes)的形式)、硫化鋅(ZnS)、氧化鉍(Bi2
O3
)、氧化鐵(Fe2
O3
)、二氧化鈰(CeO2
)、二氧化鈦(TiO2
)、氧化銅、三氧化鎢(WO3
)、氮化鋁(AlN)、銦硒化合物。在一些具體實施例中，二氧化鈦可能未摻雜或摻雜，如：三氧化鎢(WO3
)，其中摻雜可能包括表面塗層。這種顆粒可從球形高度拉長，包括：高縱橫比(high-aspect ratios,HAR)的顆粒、碳奈米管(單壁及/或多壁)、富勒烯、金屬奈米棒或金屬奈米線。以材質為例，其可形成奈米棒及/或奈米粒，包含：氮化硼(boron nitride)、氧化銻錫(antimony tin oxide)、二氧化鈦(titanium dioxide)、氧化鋅(zinc oxide)、銀(silver)、銅(copper)、錫(tin)、金(gold)。
在各具體實施例中，存在於VSD材質的一些顆粒的縱橫比率超過“3：1”、“10：1”、“100：1”及“1000：1”。具有高的縱橫比率之材質有時也稱為“高縱橫比”顆粒或“HAR”顆粒。奈米碳管就是具有超級高縱橫比顆粒的例子，其具有“1000：1”甚至更高的縱橫比。任何具有較低縱橫比的材質都可以在不同的實施例中被用來混合至VSD材質，其中包含黑碳煙(carbon black)顆粒(縱橫比在10：1)以及碳纖維(carbon fiber)顆粒(縱橫比在100：1)。
在各具體實施例中，VSD材質中混合顆粒可能有各種尺寸，包括由最小尺寸“500奈米”甚至更小(如：最小尺寸小於“100奈米”或“50奈米”的顆粒)。
在各具體實施例中，VSD材質中的顆粒可能包含有機材質，VSD材質結合有機材質可使VSD材質提高熱膨脹率和熱導率、更好的介電常數、提高韌性、更佳的壓縮強度以及提高金屬附著能力。以有機半導體材質為例，其可結合各具體實施例中的VSD材質，包含碳的形成如：導電的半導體碳奈米管及富勒烯(例如，“C60”和“C70”)。所述富勒烯及碳奈米管可以在一些具體實施例中作修改以功能化來包含共價鍵的化學群組或官能基(moiety)。以其它有機半導體為例，其可結合在各具體實施例中的VSD材質，包含：聚三己基塞吩(poly-3-hexylthiophene)、聚塞吩(polythiophene)、聚乙炔(polyacteylene)、聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))、聚對苯乙烯磺酸(poly(styrenesulfonate))、五苯(pentacene)、8-羥基喹啉鋁((8-hydroxyquinolinolato)aluminum(III))及NPD(N,N′-di-[(naphthalenyl)-N,N′diphenyl]-1,1′-biphenyl-4 and 4′-diamine)。此外，有機半導體可以從單體(monomers)、噻吩的低聚物及聚合物(oligomers and polymers of thiophene)、苯胺(analine)、次苯基(phenylene)、亞乙烯基(vinylene)、芴(fluorene)、萘(naphthalene)、吡咯(pyrrole)、乙炔
(acetylene)、咔唑(carbazole)、吡咯烷酮(pyrrolidone)、氰基材料(cyano materials)、蒽(anthracene)、五苯(pentacene)、紅熒烯(rubrene)、苝(perylene)及噁二唑(oxadizole)得到。這些有機材質可能是光活性有機材料如：聚噻吩(polythiophene)。
關於VSD材質中聚合物的顆粒之分布，其分布顆粒“substantially uniformly”是指顆粒均勻地及/或隨機分布在材質中，但可能在有限的部分發生不均勻地及/或不隨機的顆粒聚集。實際上，即使經過廣泛的混合後，這種顆粒的聚集通常會在一個非零的統計機率可能發生在VSD材質的有限體積內，而且這可能發生在VSD材質的所有階段，包含：當VSD材質在形成之前處於液體或半流質時用於基板、之後設置在基板(例如：透過塗佈)以及/或之後加熱固化(無論是在基板上或以其它方式)。但總體而言，在考量VSD材質的整體體積(或VSD材質中足夠大的各部分)，各顆粒可被視為均勻地或隨機地分布在混合物內，並且在對各VSD材質的行為建立模型時，顆粒可被建模為均勻地或隨機地分布。
二、水平切換的VSDM構造範例
「第1圖」為根據一個實施例顯示水平切換的VSDM構造100，其包含可為電子組件提供ESD防護的VSD材質。在「第1圖」的實施例中，電極120及電極122分別電性連接通孔130及通孔132。
一般而言，術語“電極”可以是或可以包括任何導電結構，以電極或導電結構為例，其包括墊片、鉛、電路、通孔(例如：透孔、盲孔、埋孔)、電線、導電薄膜、信號層、導電層、導電印刷電路板層(例如：導電黏合片或填充層)或任何其它連接器，其被設計成導電性且在任何基板(例如：此基板可包括任何印刷電路板或半導體封裝)中提供電氣互連功能。
在各實施例中，一個或兩個電極(120、122)可以被省略，只要通過通孔130及/或通孔132的電性連接能被建立。電極120及/或電極122也可以由銅或其它合適的導電材料來製造，電極120及/或電極122可透過沉積、絲網印刷、黏合或其它接合方式製成，無論是機械、化學或其它方式。
在各種實施例中，電極120及電極122可被封裝材料或形成如絕緣層所覆蓋。在「第1圖」中，電極120及電極122被嵌入在絕緣層170中。
通孔130及通孔132為導電結構，其可全部或部分的穿過或完整地越過VSD材質140。通孔130及/或通孔132可能是一個透孔、盲孔、埋孔、電路或任何其它導電結構，其被設計為導電且在電子裝置中促進信號傳播。通孔130及/或通孔132可由銅或其它合適的導電材料來製造，通孔130及/或通孔132可透過沉積、絲網印刷、黏合或其它接合方式製成，無論是機械、化學或其它方式。通孔130及/或通孔132可以是固體(例如：固態的金屬結構)、中空的(例如：導電彎曲或圓筒狀構造)或可能是中空的且部分或全部填充有合適的導電材料(例如：部分填充有導電材質的中空彎曲或圓筒狀構造)。
在一個實施例中，通孔130及/或通孔132部分地或完全地填充VSD材質而不是僅僅導電。在此實施例中，通孔130及/或通孔132可為垂直或水平切換構造，在某種意義上，各通孔通常可視為一個絕緣結構，但在電壓超過VSD材質的特徵電壓時將變成導電。在此實施例中，所述切換可以是垂直沿著各通孔或水平穿過各通孔。
在「第1圖」的實施例中，VSD材質140是設置在基板160上，所述基板160可為導電基板(例如：銅或其它導電材料的層、薄片或箔)，或是絕緣基板(例如：印刷電路板黏合片層)。在一個實施例中，基板160可以是一個具可
變導電性的基板，如VSD材質層。
在「第1圖」的實施例中，可以連接一個電壓源，因此，其產生電極120及電極122的電壓差。電壓源110如「第1圖」所示意作為一個獨立的電壓源，它也可以是一個電流源，或是任何其它電能的來源。在測試裝配中或在特定的架構佈局中可能會遇到這樣的安排，所述特定的架構佈局的VSD材質是為了在增加由電壓源110產生的電壓時刻意被啟動。所述電壓源110如「第1圖」所示連接至通孔130以與電極122電接觸。在各種替代的應用和實施例中，所述電壓源110可用於通孔132而接地則用於通孔130。
更一般而言，電壓施加在電極120及電極122之間可以是任何電壓信號或其它電器信號，包含由ESD情況產生的電壓，如「第1圖」所示意的ESD脈衝112。在終端用戶裝置，如：行動電話，正常的操作情況下，ESD脈衝112可以被預期具有高的電壓幅度(例如：超過幾百伏特，且可能是幾千伏特)，以及短暫的持續時間(例如：幾奈秒與幾微秒之間)。儘管短暫的持續時間，由ESD脈衝112產生的電流可望達到超過十安培的大振幅，倘若「第1圖」的實施例的結構用於ESD保護，電極120或電極122可以直接或間接地連接到接地(或受到保護的電路或裝置中的另一預定點)，假如ESD脈衝112到達另一電極，ESD脈衝112可通過連接至接地的電極或預定點被引導至接地或所述預定點。
假設透過電壓源(或ESD脈衝112)施加的電壓不超過VSD材質140的特徵電壓，VSD材質140基本上不導電，並且沒有顯著的電流通過VSD材質140在電極120及電極122之間傳導(除了一部份的漏電流，其原因是為了不影響電子裝置的性能，通常在水平切換結構100的部署時VSD材質140會被設計成最小化)。
為了圖解說明電壓源110及ESD脈衝112可以存在於替代方案中且用於一般性描述的目的，電極120及電
極122之間的連接線以虛線表示，在一般情況下，可施加任何電壓源、ESD信號或其它電源、過電壓信號或兩個電極(120、122)之間的電壓電位。兩電極中的任何一個也可連接至接地或另一個參考電壓電平的點。所述電壓源110的極性可以是電極120及電極122之間的任一方向。
假如透過電壓源(或ESD脈衝112)施加的電壓超過VSD材質140的特徵電壓，VSD材質140切換成實際導電，並且有顯著的電流通過VSD材質140在電極120及電極122之間傳導。
在「第1圖」的實施例中，VSD材質140可稱為在水平方向或橫向方向切換。所述水平或橫向方向的定義是相對於基板160，因為電流流動通過VSD材質140發生在通孔130及通孔132之間，主要是在與基板160的主平面平行的方向。在一個實施例中，基板160為印刷電路板的一層，在這種情況下，水平切換方式的電流流動通過VSD材質140主要發生在印刷電路板的主表面平行方向，其主表面上設置了大部分的組件及電子元件(或上下兩表面，在此情況下的印刷電路板上下兩表面均連接有組件)。
在各實施例中，VSD材質140被設計成在電極120及電極122之間的兩個方向容納電流，這取決於電極120及電極122之間施加的電壓的極性。在「第1圖」的實施例中，VSD材質140的水平切換方向以箭頭142表示，由於基板160(例如：印刷電路板或印刷電路板核心)實際上是一個三維結構，具有較大的二維平面(即：連接組件的印刷電路板表面或限定的平面)及較小的高度尺寸，在電極120及電極122之間的水平流動的電流可以發生在任何方向，基本上是與較大的二維平面平行。換句話說，如「第1圖」的實施例所示意，電流由左到右或由右到左流動，考慮到基板的三維尺寸，如裝置封裝或印刷電路板，電流的流動可能發生在任何方向上，其基本上是與基板160的主表面所形成的二維
平面平行。
請參考「附錄第1圖」的實施例，水平切換方式，其電流會在任意方向流動且基本上與「附錄第1圖」所示意的X-Y平面平行。實現上，電流通過介質一般涉及電荷的三維流動，水平切換並不意味著所有的電荷必須只在水平和平面方向流動，相反地，所述水平切換或發生在水平方向的切換意味著電荷的運動主要是沿著與基板的二維主要平面相互平行的平面，但它當然可能且預期至少會有一部分的電流將表現出一定數量的垂直運動。電荷的垂直運動可能更容易偵測到，假設模擬或分析在微觀層級(micro-level)進行。然而，在一般情況下，水平切換方式其至少有兩個導電結構，如：通孔130及通孔132被設置在相對於基板垂直的維度，並且電流流動發生在兩個通孔之間，主要是在與基板的主要二維平面平行的方向。
在「第1圖」的實施例中，在電極120及電極122之間的距離定義為VSD材質140的間隙，此間隙如「第1圖」的間隙150所示意且具有厚度T。在一般情況下，水平切換的VSDM構造的水平間隙是由橫跨VSD材質的結構的最短電氣路徑所決定，並且在「第1圖」中，此最短電氣路徑是由具有VSD材質140界面上的電極120及電極122的邊緣所決定。如果在一個實施例中，電極120及電極122並非朝向彼此延伸，如「第1圖」所示意的間隙150小於通孔130及通孔132之間的距離，VSD材質140可以改為在通孔130與通孔132之間的水平間隙中切換。
在商業上的實現，T可採用一個範圍值，這取決於VSD材質140的構造以及取決於所述VSD材質140的特徵電壓及其它所需的物理或操作特性。厚度T具體的範例值可在製造過程中實現，包括4密耳、3密耳、2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳及更小。在一般情況下，較小的T數值可在VSDM結構140提供較低的特徵電壓。
在一個實施例中，VSD材質140的特徵電場定義為伏特/密耳，在此實施例中，透過定義一個特定間隙尺寸的間隙150，設置在通孔130及通孔132之間的VSD材質140結構的特徵電壓實際可以伏特為單位。
在一個實施例中，如「第1圖」所示意的結構包含矩形結構(例如：VSD材質層140可以建置為矩形結構)。在一個實施例中，如「第1圖」所示意的結構包含彎曲結構(例如：VSD材質層140可建置為彎曲或基本上為圓筒狀的構造)。
「第2圖」根據一個實施例顯示水平切換的VSDM構造200，其包含設置在兩個導電面(例如：銅面)的VSD材質240，可用於電子組件的ESD防護，所述兩個導電面表示為導電面230及導電面232。VSDM結構200大致等同於「第1圖」的實施例之結構100，但說明了如「第1圖」所示意的各方面如何可以實現在一個彎曲架構。所述導電面230及導電面232基本上是以VSD材質的體積分開的同心導電結構。為了簡單起見，基板及電極並未在圖中進行示意。
在一個實施例中，「第2圖」所示意的結構200為實現於印刷電路板中的結構剖視圖。請參閱「附錄第1圖」的實施例，在「第2圖」所示意的環形帶(annulus)介於導電面230及導電面232之間，基本上將被設置與「附錄第1圖」所示的X-Y平面大致平行。以三維的角度來看，導電面230及導電面232在垂直方向延伸，兩者在印刷電路板中基本上與「附錄第1圖」的實施例所示意的Z軸平行。
在「第2圖」的實施例中，電壓源210或ESD信號212會產生一個介於導電面230及導電面232的電壓。假設此電壓超過VSD材質240的特徵電壓，所述VSD材質將切換為導通，而且VSD材質將從不導電改變為導電。在此情況下，顯著的電流將在導電面230及導電面232之間流動。對於如「第2圖」所示意的同心結構，電流主要是發生在線
段242所示意的徑向(radial direction)。請參閱「附錄第1圖」的實施例，「第2圖」所示的水平切換結構意味著電流將在導電面230及導電面232之間流動，主要是沿著與「附錄第1圖」所示意的X-Y平面大致平行的平面。同樣地，有關「第1圖」的實施例，水平切換並不意味著電流將嚴格限制在沿著與基板的主要二維平面大致平行的平面上流動，反而因為通孔、VSDM結構及微觀層級效應(micro-level effects)的三維物體而可被預期有一定數量的電流將會發生在垂直維度。然而，水平切換意味著電流確實會發生在與基板的主要二維平面平行方向的平面，例如：通過VSD材質240在水平方向上使用電流可以實現有用的電氣功能。
在一個實施例中，VSD材質240的特徵電場定義為伏特/密耳，在此實施例中，透過定義一個特定間隙尺寸的間隙250，設置在導電面230及導電面232之間的VSD材質240結構的特徵電壓實際上可以伏特為單位。在一個實施例中，VSD材質240的特徵電壓與間隙250的尺寸相關聯，並且可在一定程度上作為以伏特為單位的值。
在「第2圖」實施例中，間隙250的尺寸定義為T，在商業上的實現，T可採用一個範圍值，這取決於VSD材質240的構造以及取決於所述VSD材質240的特徵電壓及其它所需的物理或操作特性。厚度T具體的範例值可在製造過程中實現，包括4密耳、3密耳、2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳及更小。在一般情況下，較小的T數值可在VSDM結構140提供較低的特徵電壓。
「附錄第1圖」為印刷電路板和在各種實施例中相關方向的參考之示意圖，「附錄第1圖」所示意的印刷電路板300具有一個定義在X軸及Y軸的主要水平平面，以及一個定義在Z軸的垂直維度。此參考座標系統是定義為在物理空間的印刷電路板的實際定位，使印刷電路板旋轉在空間中不改變水平平面及垂直維度。此參考系統將在關於印刷電路
板，如「附錄第1圖」所示的印刷電路板300之中更詳細的說明，但也適用於相似的任何其它基板。
一般而言，“基板裝置(substrate device)”可被針對ESD或其它過電壓情況的VSDM構造所保護，或是在其中摻入VSDM構造，基板裝置是指任何固體介質上的物質或結構，可被應用或以其它方式連接。為了簡單起見，“基板裝置”有時可表示為“基板(substrate)”。
在一些實施例中，術語“基板”是指矽半導體材料的切片，如：矽、金屬氧化物或砷化鎵(GaAs)，用以作為基礎元件，如：電晶體及積體電路(integrated circuits ICs)。在積體電路的製造過程中，基板材質被切割或形成晶圓，並且在上面進行個別電子組件的蝕刻、沉積或製程。
在一些實施例中，術語“基板”是指第一級封裝。第一級封裝包含一種或多種材質，設置在一個或多個層。以可被包含在第一級封裝的材質為例，其可包含任何金屬、陶瓷、玻璃、矽、聚合材料(例如：FR4、FR5、BT)、或上述任何組合。第一級封裝還可包含電子電路用以使用互連材質連接單個或多個積體電路(例如：以多個積體電路為例，包含晶粒、晶片或裝置)，以所述互連材質為例，可包含銲料、金屬電鍍、金屬線或銲線接合(tab bonding)或其它互連材質。所述互連材質可附著在圖案化的金屬墊片以連接到基板上的積體電路。在這樣的配置中，積體電路和基板之間的互連被稱為第一級互連，而之後的基板則通常被稱為第一級封裝(1st level package)或第一級互連封裝(1st level interconnect package)或第一級基板封裝(1st level substrate package)。第一級封裝也可被稱為印刷線路板(Printed Wiring Board,PWB)或印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)。第一級互連封裝在各種應用中可在頂部或底部具有圖案化的金屬墊片用以連接第一級封裝至第二級封裝。
在一些實施例中，術語“基板”是指第二級封
裝。所述第二級封裝可具有與上述第一級封裝相同的結構，但設置在多層堆疊中的不同層，所述多層堆疊也包含第一層封裝。
在各具體實施例中，以基板為例可包含PCB、單層或多層為一組的PCB、半導體裝置的封裝(如：球閘陣列(ball grid array,BGA)、基板柵格陣列(land grid array,LGA)、針格陣列)、LED基板、積體電路(IC)基板、內插板或其它任何連接兩個或多個電子組件、裝置或基板(可能垂直及/或水平連接)的平台、其它任何堆疊封裝或晶粒.格式(如：內插板、晶圓級封裝、封裝內封裝、系統級封裝或任何其它堆疊至少兩個封裝、晶粒或基板的組合)、或任何其它可附加在基板的VSDM構造或可被納入基板的VSDM構造。
使用此參考座標系統，水平切換方向定義在「第2圖」實施例中的線段142及「附錄第1圖」實施例中的線段242，將沿著與印刷電路板300的主要二維平面大致平行的平面，所述印刷電路板300的主要二維平面定義在「附錄第1圖」所示意的X-Y平面。
三、典型的垂直切換的VSDM構造
「第3A圖」為根據一個實施例顯示使用VSD材質實現垂直切換的VSDM構造400，且其可被整合在基板裝置，如：印刷電路板、可撓式電路(flexible circuit)或半導體晶片的封裝。VSDM構造疊層適用於執行垂直切換，其包含多層(包含至少一層為VSD材質層及/或至少一個VSDM結構)，有時也被稱作為“垂直切換的VSD材質構造”或“垂直切換的VSDM構造”。所述垂直切換的VSDM構造400可以用剖視圖顯示印刷電路板、半導體封裝或另一基板裝置中的各層。
有一些垂直切換的VSDM構造揭露在美國專利申請號“12/417,589”，其為“Shocking Technologies,Inc.”在“2009/4/2”提出申請，以及揭露在美國專利申請號
“61/537,490”，其為“Shocking Technologies,Inc.”在“2011/9/21”提出申請，所述申請號“12/417,589”及申請號“61/537,490”其全部內容各自通過引用併入本文。
「第3A圖」顯示的構造400包含兩個基板層460及462，兩者為絕緣層整合在印刷電路板中、一個VSD材質層440、一個導電結構430及一個導電層432。
所述導電結構430可為通孔(如：鐳射鑽孔的通孔)、墊片、電路或任何其它結構，其被設計為導電且方便電氣信號傳播。
導電層432可作為信號層或接地層並整合在印刷電路板中，在一個實施例中，導電層432為預先設置有VSD材質440的導電結構(例如：一個已塗佈和固化VSD材質440的銅箔)。
「第3A圖」所示意的VSDM構造400是沿著印刷電路板的垂直維度，如Z軸所示而設置。請參閱「附錄第1圖」的實施例，「第3A圖」所示的Z軸與「附錄第1圖」所示的Z軸相同。
以「第1圖」及「第2圖」實施例中的水平切換的方向來類推，垂直切換方式其電流在與基板的垂直方向平行的平面流動。
請參閱「附錄第1圖」實施例，垂直切換的結構顯示在「第3A圖」的實施例，其方式是假設VSD材質440因為電壓超過其特徵電壓而切換成導電，電流將在導電結構430及導電層432之間流動，主要是在與「附錄第1圖」所示意的Z軸平行的方向。同樣地，如「第1圖」及「第2圖」實施例中所述的水平切換，垂直切換並不意味著電流將嚴格限制在與基板的Z軸(或垂直軸)大致平行的方向流動。相反地，由於導體的三維物體、印刷電路板佈局的三維結構、三維物理特性及VSDM結構的形狀、在VSD材質本身的微觀層級效應(如：電流在VSD材質內分散的顆粒之內及/或之
間傳播)、發生在水平維度的一定數量的電流、至少在VSD材質中的局部體積而可被預期。然而，垂直切換方式其電流主要將發生在與印刷電路板或其它基板的Z軸(或垂直軸)大致平行的方向，以便透過VSD材質440垂直方向的電流實現有用的電氣功能。
在一個實施例中，VSDM構造400更包含互連層434(layered interconnect)，其設置來接觸導電結構430及VSD材質440。所述互連層434為導電特性，也可以添加在各實施例中，以便增加導電結構和VSDM構造之間的邊界之橫截面傳導區域，例如：「第3A圖」所示意的導電結構430及VSD材質440之間的邊界。此外，互連層在這樣的邊界可提升各導電結構的能力以攜帶更多的電流，特別是假如邊界具有小的物理特性，否則可能導致電流集中(concentration of currents)或電場集中(concentration of electrical fields)。這可能更理想，舉例來說，如果導電結構430具有小的橫截面區域接觸VSD材質440的位置。
一般而言，互連層被設置在導電元件及VSD材質結構之間，例如：「第3A圖」所示意的互連層434可提供增強導電結構及VSD材質之間的電流、提高導電結構及VSD材質之間的界面的機械性能(如：增加黏著或貼合、更好的溫度係數……等等)、改善導電結構及VSD材質之間的電氣連接、以及其它類似的優點。
在各實施例中，此互連層434的設置可以從VSD材質440完全地或部分地分離導電結構430，或可設置在另一導電結構430的邊界以提供導電結構430及VSD材質440之間的額外的電氣路徑(例如：垂直)。
在一個實施例中，互連層434實體分離導電結構430及VSD材質440。為了製造此實施例，互連層434能夠形成在VSD材質440的頂端，以及導電結構430能形成在互連層434上方，避免互連層434經由導電結構430完整的滲
透。
在一個實施例中，互連層434物理接觸VSD材質440，並且在VSD材質440的界面，互連層434封裝了一部分的導電結構430。為了製造此實施例，互連層434能夠形成在VSD材質440的頂端，以及導電結構430能形成在互連層434上方，然後穿透互連層434以建立導電結構430及VSD材質440之間的直接物理接觸(例如：以鐳射鑽一個洞穿過互連層434直到VSD材質440，之後使用導電材質填補這個洞以產生一個導電通孔)。
「第3B圖」根據一個實施例顯示包含VSD材質層498的VSDM構造490，其可整合在印刷電路板或另一基板且實現垂直切換。在一個實施例中，「第3B圖」所示意的VSDM構造490包含「第3A圖」所示意的結構430的結構組件以及一些附加特性及層。
「第3B圖」所示意的VSDM構造490包含一些基板層，其一般為絕緣(或介電質)，表示為預浸填料480、核心482、預浸填料484、核心486及預浸填料488。
「第3B圖」所示意的VSDM構造490也包含一些導電信號層，表示為L1~L6導電層且編號為導電層470、472、474、476、478及479。這些信號層可在印刷電路板中、或是連接在印刷電路板的組件及電路元件來傳導電氣信號、或用作接地或其它電壓參考點。
「第3B圖」所示意的VSDM構造490也包含兩個導電結構，表示為導電結構450及452。任一個或兩個導電結構450及452可為通孔、墊片、電路或任何其它結構，其設計為導電且方便電信號傳播。「第3B圖」所示意的VSDM構造490沿著印刷電路板的垂直維度設置，如Z軸所示。請參閱「附錄第1圖」的實施例，「第3A圖」所示的Z軸與「附錄第1圖」所示的Z軸相同。
在「第3B圖」的實施例中，互連層499設置在
導電結構452及VSD材質498之間的界面。在各具體實施例中，互連層499相似於「第3A圖」的實施例的互連層434。互連層499可對介於導電結構452及VSD材質498的界面提供各種優點，包含在「第3A圖」的實施例中所提到的那些優點。
假如VSD材質層498接觸到介於導電結構452及導電層474之間的電壓，其超過VSD材質層498的特徵電壓，包含在VSD材質層498的VSD材質將切換為導通，並且將成為導電。在此狀況下，電流主要是在垂直方向流動，介於導電結構452及導電層474之間。假設此一狀況發生，VSD材質層498具有垂直切換。
在一個實施例中，類似於「第1圖」及「第2圖」實施例，在以伏特為單位測量VSD材質層498的特徵電壓時，與VSD材質的間隙大小有關。如「第3B圖」的實施例，間隙大小會與導電結構452及導電層474的距離大致相等，也正好與VSD材質498的厚度相等。雖然以間隙大小來計算VSD材質的特徵電壓的確切公式會受到一些變數的影響(例如：確切的VSD材質配方、VSDM結構或層的完整體積、透過實現切換的VSDM結構的實際形狀、連接到VSD材質的任何電路元件的阻抗……等等)。但在各種實施例中使用的VSD材質配方，較小的VSD材質的間隙通常導致較小的特徵電壓，較小的特徵電壓在某些應用可能是最好的(例如：應用在VSD材質將切換至較低的電壓)。
在一般的設計考量中，減少VSD材質的間隙大小必須平衡VSDM結構變得太小因此失去其理想的操作特性的風險(例如：太薄的VSDM結構在快速連續地接觸到類似的觸發電壓時可能會在重複性的一致性上呈現降低、可能遇到散熱能力下降、或是遭受短路或損毀的風險較高)。
在任何特定應用中決定是否實施水平切換的VSDM構造或垂直切換的VSDM構造，取決於設計的數量、
製造及應用考量。
以實現VSDM結構特定的特徵電壓為例，在特定設計和尺寸的考量下，可能會建議使用垂直切換或水平切換的VSDM構造，看切換間隙尺寸是否能夠更方便地被實現。
製造因素也可能影響決定，例如，在某些製造環境中，可能更容易控制垂直切換構造的間隙尺寸(例如：透過先進的塗佈技術再加上適當的檢驗、測量和監控程序，VSD材質的塗佈厚度設置為基板內的水平層)相較於水平切換構造(例如：「第1圖」實施例中的間隙150及「第2圖」實施例中的間隙250)。從製造的角度來看，一個評估水平及垂直構造的選擇標準可以是特徵電壓及/或操作穩健性穿過相同基板及/或穿過多個基板將提供較低的統計變化。
從應用的角度來看，水平切換及垂直切換的VSDM構造可被比較以評估此技術會導致更好的裝置性能、增強ESD保護、改進基板空間的垂直及/或水平利用率、裝置組建及/或基板的佈線資源、增加設備的可靠性及其它類似在裝置規格上的改進。
在垂直切換和水平切換的VSDM構造之間選擇的另一個標準是能夠進行較大的功率，例如：在一些實施例中，一個垂直切換的VSDM構造可提供較大的橫截面面積，使VSD材質基本上成為導電時讓電流流過，一般能夠攜帶更多的電流，因而導致相應的VSDM結構更好的性能特性及耐久性。舉例來說，在「第1圖」的實施例中，VSD材質140的橫截面切換區域與VSD材質層在垂直方向測量的厚度成正比，其通常很小。與此相反，在「第4圖」的實施例中，VSD材質540的橫截面切換區域與在X-Y平面測定的電極520及/或電極540的表面積成正比，這往往會產生較大的橫截面面積。
要處理基板上的VSD材質層，如「第1圖」的實施例中，基板160上的VSD材質140或「第3A圖」的實
施例中，導電層432上的VSD材質440，VSD材質可被塗佈和固化在所述基板上。以「第3A圖」的實施例為例，處理導電層432上的VSD材質層440，VSD材質可被塗佈及固化在導電薄片的材質(如：銅)。然後，得到的固化VSDM構造可作為印刷電路板中的化合物層，包含成為導電層432的導電薄片的材質以及成為VSD材質層440的VSD材質。「第3A圖」顯示的其它特徵可在製造過程中通過各種製造步驟形成。
除非特別明確指出，否則術語“VSD材質構造”、“VSDM構造”、“VSD材質的構造”、“VSDM的構造”、“VSD材質的構造”、“VSD材質堆疊”或“VSDM堆疊”是指任意的組合、排列或其它結構，包含(a)至少一個VSDM結構及(b)下列其中之一或一個以上：(i)絕緣元件(如：一個預浸填料或其它絕緣層或結構中的印刷電路板，在半導體封裝中的絕緣層或結構等)、(ii)電極(如：印刷電路板中的導電通孔或在半導體封裝中的導電連接器)、(iii)半導體元件(如：半導體材料製造出的結構)及/或(iv)不同的VSDM結構。以VSDM構造為例，其更簡單的配置是(a)VSDM結構(如：VSD材質層)的組合設置在銅箔上及(b)銅箔本身。
更複雜的VSD構造的其它例子是水平及垂直切換的VSDM構造，其描述在本專利的各實施例中，包含：「第1圖」實施例的水平切換的VSDM構造100、「第2圖」實施例的水平切換的VSDM構造200、「第3A圖」實施例的VSDM構造400、「第3B圖」實施例的VSD材質構造490以及「第4圖」實施例的VSDM構造500。
塗佈和固化VSD材質結構於基板(例如：塗佈和固化VSD材質層在銅箔上)，可透過一系列的步驟來達成。舉例來說，在導電片上設置「第1圖」實施例的VSD材質140，最終會成為基板160，或在導電片上設置「第3A圖」實施例的VSD材質440，其最終會成為導電層432，其可使用如下
步驟：(1)將VSD材質點膠(dispense)在基板，此VSD材質是液體或半液體狀態(例如：由於顆粒和高分子量材質混合在VSD材質內，VSD材質的黏度會傾向高於純水等液體的黏度，因此流動較慢)；(2)在基板上的一層中擴展VSD材質，同時保持VSD材質的厚度在理想範圍及橫跨基板表面的公差內；(3)監控、檢查及/或測試塗佈在基板大表面的VSD材質的厚度，以確保VSD材質的厚度維持在理想範圍及公差內；(4)固化(cure)VSD材質，將其暴露在熱環境(如：透過烤箱處理塗佈在基板上的VSD材質，烤箱的溫度能夠控制及/或變化在理想範圍內)；(5)移除較早前的製造工序中所使用的溶劑或其它材質，並且設計為在此時移除以方便後續處理；以及(6)監控、檢查及/或測試產生的VSDM構造，包含設置在基板上的固化VSD材質層，用以確保此固化的VSD材質層在厚度、一致性、缺陷密度、切換電壓、物理彈性、黏附性、靈活性或其它物理屬性、熱耐久性或其它熱屬性，及/或其它相關參數方面具有預期的特性及公差。
除了塗佈之外，其它方法可用於將VSDM結構部署在基板上，如VSD材質層，這樣的方法包括：沉積、絲網印刷、晶粒封膠、刮刀式塗佈、壓合、機械黏附(如：過預先固化VSD材質於一層，然後將其附於基板)、或透過任何其它結合方式，無論是機械、化學或其它方式。無論使用何種方法，得到的VSDM構造將包含設置在基板(無論是否導電)頂端的VSD材質層，VSD材質在固化狀態且能夠執行電壓切換功能。
在一個實施例中，替代生產VSDM構造的方法包含一個提前固化在基板上的VSD材質層，然後將此VSDM
構造整合至印刷電路板中，所述VSD材質在印刷電路板實際的製造過程中可被塗佈在印刷電路板的一層。以「第3B圖」為例，L3導電層474在VSDM構造490的製造過程中可以附著至預浸填料484，接著VSD材質層498可設置及固化在L3導電層474上，然後互連層434可形成(如：絲網印刷)在VSD材質498的頂端，之後核心482附著在VSD材質層498，導電結構452隨後形成在核心482之中或在核心482附著前已經產生在其中。
四、切換VSDM構造及嵌入式電路元件
「第4圖」根據一個實施例顯示為連接具有不可忽略阻抗的嵌入式電路元件之電子組件提供ESD防護的VSDM構造500，相對的各種實施例將以下作進一步說明，兩個水平切換的VSDM構造及垂直切換的VSDM構造可操作在連接嵌入式電路元件以提供ESD保護。
在「第4圖」實施例中顯示切換的VSDM構造500為水平切換的VSDM構造，其可被整合在任何電子裝置，包含基板裝置以提供保護防止ESD及其它過電壓情況。以基板裝置為例，VSDM構造500可被整合在各實施例中包含印刷電路板及半導體晶片封裝。「第4圖」顯示一種在基板裝置的垂直方向的VSDM構造的橫截面。
「第4圖」的垂直切換的VSDM構造500包含一個VSD材質層540，其具有垂直厚度T穿過間隙542。在各實施例中，多個VSD材質層可被利用。在商業實現上，T可以採用的範圍數值取決於VSD材質540的配方，以及取決於所述VSD材質540所需的特徵電壓和其它物理或操作特性。厚度T的具體範例數值可在生產過程中被考量，包括：2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳及更小。在一般情況下，預計較小數值的T可以使VSDM結構540提供較低的特徵電壓。
「第4圖」的VSDM構造500包含一組電極520
及524，其被設置來接觸VSD材質層540。導電層570被設置為與預浸料層530相鄰，預浸料層530設置在導電層570及VSD材質層540之間，被設置的互連層580接觸VSD材質層540。在一個實施例中，如「第4圖」所示意，互連層580形成在預浸料層530之中。在一個實施例中，互連層580可設置為獨立的層(即：不形成在預浸料層530之中)從VSD材質540與預浸料層530分離。預浸料層530可以是基板裝置，如印刷電路板、可撓式電路或半導體裝置封裝。
在各個實施例中，“互連層”是任意的導電結構，其可作為結構的一部分，或是連接切換的VSDM構造以沿著電氣路徑傳遞電壓及/或電流，電氣路徑包含一個或多個VSDM結構。在一些實施例中，互連層設置在水平方向(如：在一個水平層內)以提供導電。在一些實施例中，互連層設置在垂直方向(如：越過一個或多個水平層，及/或介於兩個或兩個以上的水平層)以提供導電。在一些實施例中，將互連層同時設置在水平和垂直方向，及/或斜向。
在各種實現中，互連層，如「第4圖」的互連層580，可以使用任何合適的工藝，包括透過絲網印刷、模板印刷、沉積、黏附、使用熱及/或壓力壓合、透過任何其它物理連接(如：膠合或黏合)、或透過預先建立互連層至基板內(如：設置互連層作為印刷電路板中的一個層、結構、導電核心或預浸填料，或作為半導體封裝內的一個層、導電結構)。在一個實施例中，附著VSD材質層的基板(例如：使用銅箔作為VSD材質層的基板)可作為互連層以便在印刷電路板或其它基板內提供水平傳導。在一般情況下，互連層適用於各水平或垂直切換的VSDM構造的實施例，其可透過任何機械的、化學的或其它適合的沉積方式生產。
在各種實施例中，互連層可具有阻抗範圍。舉例來說，在一些實施例中，最好具有可忽略的阻抗(如：導電性高的薄膜，其具有非常低的電阻且不引入任何顯著的電壓
降)。在另一個例子中，互連層可以有意地構成具有較高的阻抗，並且當電流流過它時引入一個特定的電壓降(如：互連層可設計為一個嵌入式電路元件，或可包含一個嵌入式電路元件)。以一個具有電阻的互連層為例，其電阻通常不被認為可忽略不計，將是具有一個介於“25”歐姆及“1000”歐姆間的電阻的導電薄膜。在一個實施例中，互連層可被構成為或被建模成運作在電子裝置或基板裝置中的嵌入式組件，例如：「第4圖」實施例中的嵌入式阻抗592。
在各實施例中，互連層有一個使用碳填充環氧樹脂(carbon filled epoxy)或作為沉積在銅上的鎳鉻合金(如：一個熱薄膜電阻層沉積在銅箔)製成不可忽略的電阻率。
在各實施例中，互連層可被具高介電常數的材料或材料組合製造出來，這將使互連層具有較高的電容。
在各種實施例中，互連層可被任何材料或材料組合製成，其可傳導電流且適用於基板應用。
在本發明的實施例中，以一個製成互連層的材料為例，“3M公司”製造的Z軸導電帶，市場上銷售的商品名為“3MTM
Z-Axis Electrically Conductive Tape 9703”。當設置為一個基本上水平的層時，Z軸導電帶呈現出各向異性(anisotropic)沿著Z軸垂直導電，當沿著Z軸傳導電流時，基本上是導電性但水平絕緣。
其它可使用在本發明實施例作為互連層的材料之例子，如：互連層580為銀膏、銅膏、鎳膏以及其它黏貼的金屬類型、塗佈銀的銅層、碳層、鐵性材質或包括鐵氧體、導電環氧樹脂或聚合物的化合物、或是其它能夠傳導電流的材質層、結構或連接器。在一般情況下，除非互連層具有各向異性導電率，互連層可用於各實施例的垂直切換的VSDM構造以使電流在水平、垂直及/或傾斜方向傳導，這取決於各實施例的特定結構。
在各實施例中，一個互連層或其它電極適合作為
各水平或垂直切換的VSDM構造的一部分，可透過電鍍使用VSD材質層作為種子層(seed layer)。一個生產各裝置的方法，如LED裝置透過電鍍VSD材質的方法揭露在美國專利公告號“7,825,491”，專利名稱為“Light-emitting device using voltage switchable dielectric material”，在此通過引用將其全部併入。在這樣的實施例中，VSD材質層設置在基板上。VSD材質層可選擇性覆蓋不同材質的圖案(如：基本上不導電的材質)。雖然VSD材質層透過施加超過VSD材質的特徵電壓基本上成為導電，一個離子的沉積過程可發生在VSD材質的暴露區域用以形成導電結構(例如：互連層，如「第4圖」實施例中的互連層580)。也可以使用各種習知的沉積技術，用以沉積離子介質到被曝露的VSD材質的圖案所定義的至少一些暴露區域。
在「第4圖」的實施例中，通孔550穿過預浸料層530且電氣連接互連層580，以及建立導電層570與互連層580之間的電氣連接。
在「第4圖」的實施例中，電極520及電極524連接至接地。在一些實施例中，一個或兩個電極能在電路中連接至不同的點，其中可能包括連接至電壓源、電路元件或組件、或另一針對ESD脈衝的基準電壓電位或直接連接的其它電壓。
假如在導電層570的ESD脈衝512(或透過電壓源)施加的電壓超過VSDM結構540的特徵電壓，VSD材質540基本上將成為導電。電流流過VSD材質540主要將發生在介於互連層580及電極520及/或電極524之間。
因此，「第4圖」實施例的VSDM構造500將垂直切換，其電流流動主要發生在VSDM結構540且方向與各基板的Z軸(或垂直軸)大致平行，隨後，對應於ESD信號512的電流流經VSDM構造500的電氣路徑如「第4圖」所示意表示為ESD放電路徑590。
「第4圖」的實施例更顯示出表示為嵌入式阻抗596的電路元件。在各實施例中，此電路元件可被整合在部分地或完全地納入VSDM構造500內或可與VSDM構造500通信(例如：它可以嵌入在相同的印刷電路板作為VSDM構造500，或是安裝在印刷電路板表面以與VSDM構造500結合)。
在「第4圖」的實施例中，嵌入式阻抗596顯示為電路元件，其至少一部分嵌入於VSDM構造500內。具體而言，「第4圖」顯示嵌入式阻抗596至少部分嵌入預浸料層530內。在替代或補充的實施例中，嵌入式阻抗596可設置在基板內或VSDM構造500內的其它位置。舉例來說，嵌入式阻抗596可設置在VSDM結構540內、在另一印刷電路板層內、或在另一基板內，如：半導體封裝。
在一個實施例中，嵌入式阻抗596不是如「第4圖」所示意嵌入在VSDM構造500中，但嵌入在同樣結合有VSDM構造500的基板(如：同樣的印刷電路板)。在一個實施例中，嵌入式阻抗596及/或電子組件598可被連接在同樣結合有VSDM構造500的基板之表面。在一個實施例中，嵌入式阻抗596及/或電子組件598可被結合在不同的電子裝置，其電性連接在結合有VSDM構造500的基板(如：VSDM構造500可被結合在連接器，其被安裝在包含嵌入式阻抗596及/或電子組件598的電子裝置)。在一個實施例中，VSDM構造500及嵌入式阻抗596被包含在電子組件598的封裝，或以其它方式連接到或納入到基板與電子組件598物理連接或電氣通信。
在各實施例中，嵌入式阻抗596由一個或多個電路元件所組成，或包括一個或多個電路元件。在各實施例中，嵌入式電路元件阻抗596可包含一個或多個電阻、一個或多個電感、一個或多個電容、一個或多個鐵性電路元件(如：嵌入式鐵性電路元件，其可能會或可能不會包含VSD材質)、一個或多個濾波器(如：一個或多個低通、帶通、高通濾波
器或濾波級的各種組合)、任何其它被動或主動的電路元件或電子組件、任何具有可忽略不計的阻抗的互連層、任何具有不可忽略阻抗的互連層(如：高介電材質層)、任何具有不可忽略阻抗的電極或其它導電結構及/或上述任意組合。
嵌入式阻抗596可用於連接VSDM結構540以對電子組件提供部分地或完全地ESD保護，如「第4圖」所示意的電子組件598。在「第4圖」中，電子組件598透過電極528連接至嵌入式阻抗，所述嵌入式阻抗596也電性連接至導電層570。在沒有VSD材質540的情況下，ESD脈衝或其它大電壓施加在導電層570上將導致大電壓及/或電流透過嵌入式阻抗596傳播到電子組件598。在存在VSD材質540時，當相應的大電壓超過垂直切換的VSDM結構540的特徵電壓時，VSDM構造500切換為導通，接著透過電極520及/或電極524將至少部分地ESD脈衝轉移至接地，否則將到達電子組件598。因此，垂直切換的結構500採用嵌入式阻抗596保護電子組件598避免遭受到導電層570潛在的破壞性ESD脈衝或其它過電壓情況。
在各實施例中，一個水平切換的VSDM構造，如：「第1圖」的VSDM構造100或「第2圖」的VSDM構造200，同樣可以使用嵌入式電路元件提供電子組件或電子裝置進行ESD保護，例如：嵌入式阻抗596。以「第1圖」的VSDM構造100為例，一個嵌入式電路元件，如：嵌入式阻抗596可被設置在電極120及電子組件之間以保護防止由ESD脈衝112產生的ESD情況(例如：嵌入式電路元件可被設置在「第1圖」的絕緣層170，並電性連接至電極120)。
電路的架構及操作可用於連接至VSDM結構540作為垂直切換的結構500的一部分以對電子組件提供部分地或完全地ESD保護，如「第4圖」所示意的電子組件598，其詳細揭露在美國專利申請號“13/096,860”，其於“2011/04/28”提出申請，專利名稱為“Embedded Protection
Against Spurious Electrical Events”，並透過引用將其全部內容併入本文。本發明所述的水平及垂直切換的VSDM結構及/或權利要求可用於美國專利申請號“13/096,860”所公開的實施例及權利範圍內，用以提供增強的保護避免電子組件遭受到ESD及其它過電壓情況。
在各實施例中，電子組件598可以是下列中的任一個或多個：一個半導體晶片或其它積體電路(Integrated Circuit,IC)(如：微處理器、控制器、記憶體晶片、射頻電路、基頻處理器、系統單晶片(system on a chip,SOC)、覆晶......等等)、一個發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、LED陣列、液晶、LED、有機發光二極體或任何其它顯示器類型、一個微機電系統晶片或基板、或設置在電子裝置內部的任何其它組件或電路元件或用以顯示產生的訊息的電子裝置。
在一個實施例中，嵌入式阻抗596可使用鐵性電路元件來實現，其包含部分嵌入在鐵性材質的導電結構。鐵性電路元件包含鐵性VSD材質，而適用於嵌入的實現已揭露在美國專利申請號“13/115,068”，其於“2011/05/24”提出申請，並透過引用將其全部內容併入本文。在各實施例中，嵌入式阻抗596可被實現作為嵌入式鐵性電感器、嵌入式鐵性VSD材質電感器、嵌入式鐵性電容、嵌入式鐵性VSD材質電容、或作為任何其它嵌入式鐵性電路元件或嵌入式鐵性VSD材質電路元件。
在一個實施例中，VSDM構造適用於使用VSD材質同時實現垂直切換和水平切換。使用VSD材質同時進行垂直切換和水平切換的VSDM構造表示為“雙向切換的VSDM構造”或“雙切換的VSDM構造”。為了達到雙切換的功能，VSDM構造可包含一個或多個水平間隙及一個或多個垂直間隙，並且發生在穿過水平或垂直間隙的切換會取決於VSDM構造的幾何形狀、VSD材質的特性及被施加ESD脈
衝的位置。在各實施例中，雙切換的VSDM構造可運作在水平切換的VSDM構造、垂直切換的VSDM構造、及/或雙切換VSDM構造。在各實施例中，雙切換的VSDM構造可定義為在水平切換的VSDM構造中垂直切換會在穿越的垂直間隙中發生，或定義為在垂直切換的VSDM構造中水平切換會在穿越的水平間隙中發生。
舉例來說，「第4圖」實施例的VSDM構造被描述為垂直切換的VSDM構造，其切換發生在互連層580及電極520及/或電極524之間穿過間隙542。在一個替代的實施例中，倘若電極520及524的距離足夠小，水平間隙將定義在電極520及524之間，而且水平切換可能發生穿過此水平間隙。舉例來說，假如電極524保持接地、電極520及524之間的間隙足夠小(例如：4密耳、3密耳、2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳及更小)，而且有一個ESD脈衝施加到電極520，VSD材質540將水平切換穿過電極520及524所形成的水平間隙。在此配置中，「第4圖」實施例的VSDM結構500可實現為一種雙切換的VSDM構造。
有關雙切換的VSDM構造的詳細說明揭露在美國專利申請號“61/537,490”，其為“Shocking Technologies,Inc.”在“2011/9/21”提出申請。
為了方便起見，術語“切換VSDM構造”可用於包含所有類型的VSDM構造，其採用VSD材質透過電氣切換機制提供ESD保護，包含水平切換的VSDM構造、垂直切換的VSDM構造及雙切換的VSDM構造。
五、切換VSDM構造的電氣響應的概述
「第5圖」顯示垂直切換的VSDM構造的樣本響應電壓平均之圖形600，所述VSDM構造如「第4圖」所示意的VSDM構造500。其它切換的VSDM構造，包含水平VSDM構造，其響應電壓平均可呈現形狀和大小的變化比較並顯示在圖形600內，但在導通的時候將會遵循一般的原則，
一個VSDM構造適當的設計和實現將透過產生一個衰減的響應信號來抑制輸入ESD信號。
「第5圖」所示意的電壓響應曲線620是透過測量具有二密耳的垂直間隙的VSD材質層的電壓，同時以傳輸線脈衝(Transmission Line Pulse,TLP)的形式重複施加輸入電壓而取得。舉例來說，在「第4圖」實施例中，這種測量能夠以TLP所產生的ESD脈衝512來測量相對於電極520及/或電極524的導電層570的電壓來實現。
在一個實施例中，VSDM構造的響應電壓的測量，可使用TLP產生器處理相應的TLP，且示波器顯示如下：(1)TLP產生器傳送脈衝沿著同軸電纜傳輸線朝向VSDM構造的電極，其中有一個與特徵電壓對應的間隙；(2)示波器截取朝向VSDM構造的靶電極的TLP；(3)TLP到達VSDM構造的靶電極，部分來自TLP的能量被反射回作為回波；(4)示波器截取反射回波；以及(5)一計算機用以處理TLP及反射信號來評估橫跨間隙的VSDM構造的特徵電壓。
響應曲線620顯示在一個較長的時間尺度的圖的局部602，響應曲線622顯示在一個十六奈秒的較短時間尺度的圖的局部604，TLP電壓輸入顯示為信號610以及信號612。
如圖形600所示，當輸入信號610開始增加時，VSDM結構兩端的電壓開始跟著輸入電壓上升，但在VSD材質開始傳導越來越多的電流後開始出現發散。在某些時候，VSD材質切換為大幅導電，並且響應信號穩定在低於200伏特的值，儘管輸入信號610持續增加。VSD材質層的特徵電壓可估計在圖形600中的150伏特及220伏特之間。
六、阻抗元件的操作概述
所述範例電路(exemplary circuits)的架構及運作，其可利用揭露於美國專利申請案號“13/096,860”及“13/115,068”兩申請案中所述及/或權利範圍之VSDM構造以進行ESD保護。
「第6圖」根據一個實施例顯示一種電路配置，其使用結合阻抗元件720的VSDM組件704以保護電子組件730防止ESD情況。所述顯示在「第6圖」的電路配置之架構及操作類似於揭露在美國專利申請號“13/096,860”及“13/115,068”中的一些範例電路(例如：美國專利申請號“13/096,860”的「第2圖」實施例的電路)。
一般而言，術語“VSDM組件”包括任何切換的VSDM構造，其可適用於提供ESD保護，包含本發明各實施例中所述的水平切換的VSDM構造、垂直切換的VSDM構造及雙切換的VSDM構造。從系統設計、模擬及製造的角度而言，當考量切換的VSDM構造的操作和功能時，術語“VSDM組件”可能會更方便。VSDM組件可被描述、效仿、模擬和建模類似於電子電路中的其它組件(無論是嵌入式或分散)。
在「第6圖」的實施例中，VSDM組件704可整合在基板或以其它方式連接到基板，包含上述「第1圖」、「第2圖」、「第3A圖」、「第3B圖」及「第4圖」實施例的基板。以基板為例，如前面所述，包含任何印刷電路板、單層或多層為一組的印刷電路板、半導體裝置的封裝、LED基板、積體電路(IC)基板、內插板或任何其它連接兩個或多個電子組件的平台、裝置或基板(這樣的連接可以是垂直及/或水平)、任何其它堆疊封裝規格或晶粒規格(如：內插板、晶圓級封裝、封裝內封裝(package-in-package)、系統級封裝或至少兩個封裝或基板的堆疊組合)或任何其它可附著VSDM構造或在其中摻入VSDM構造的基板。
在「第6圖」的實施例中，VSDM組件704顯示為連接到接地，這個接地可以是一個在基板中的基地平面，
或是任何其它導電結構，其直接或間接連接到接地信號等級(ground signal level)。在一個替代的實現，VSDM組件704可連接至電子電路中的不同點或電子裝置的內部(例如：任何預設的網板、潛在的或其它的參考或點，ESD脈衝可被全部或部分地或從接收到的電信號被引導)。在各實施例中，VSDM組件704連接至接地、虛接地、屏蔽層、安全接地、封裝殼、導線、直接或間接的連接到組件、沿著任何其它電氣路徑的點、或上述的任意組合。VSDM組件704連接至接地或另一個參考點可直接或間接透過一個或多個電路元件。
在「第6圖」的實施例中，阻抗元件720設置在VSDM組件704及電子組件730以保護防止ESD情況。在一個實施例中，阻抗720是相同或相似於「第4圖」所描述的嵌入式阻抗596。
在一個實施例中，阻抗元件720為電阻，在這種情況下，阻抗元件720的阻抗H基本上是電阻性且不包括任何顯著的電容或電感元件。在其它實施例中，阻抗元件720可能是一個更複雜的阻抗剖面，進一步說明如下以及在美國專利申請號“13/096,860”及“13/115,068”之中。
在各實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720是由一個或多個電路元件所組成，執行一個或多個電路元件的功能，或包括一個或多個電路元件。在各實施例中，阻抗元件720可包含一個或多個電阻、一個或多個電感、一個或多個電容、一個或多個鐵性電路元件(如：嵌入式鐵性電路元件，其可能會或可能不會包含VSD材質)、一個或多個二極體、一個或多個電晶體、一個或多個濾波器(如：一個或多個低通、帶通、高通濾波器或濾波級的各種組合)、任何其它被動或主動的電路元件或電子組件、任何具有不可忽略阻抗的互連層(如：高介電材質層)、任何具有不可忽略阻抗的電極或其它導電結構及/或上述任意組合。
在各實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720，
可被嵌入在VSDM組件(例如：VSDM組件704)，或可被嵌入在整合有VSDM組件704的相同基板。在一個實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720，可被設置在整合有VSDM組件704的相同基板之表面。在一個實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720，可被整合在不同的電子裝置，其電性連接至整合有VSDM組件704的基板(例如：VSDM組件704可被整合在連接器，其連接至包含阻抗元件的電子裝置)。在一個實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720包含在電子組件730的封裝中，或以其它方式連接到或整合至基板與電子組件730物理連接或電氣通信。
從操作的角度來看，在「第6圖」的實施例中，阻抗元件720被設計透過衰減或以其它方式改變全部或一部分朝向響應ESD脈衝712的電子組件730的信號，用以幫助保護電子組件730。一旦ESD脈衝712發生，VSDM組件704切換至基本上導電狀態且重新引導至少一部分ESD脈衝712到「第6圖」所示意的接地(或其它點)，因此，衰減ESD脈衝712所產生的信號，否則會傳導至電子組件730。在此配置中，一個衰減後的第二部分ESD脈衝712可能達到阻抗元件720而不是完整的ESD脈衝712。透過重新引導至少一部分ESD脈衝712至接地，VSDM組件704防止重新引導的部分ESD脈衝到達電子組件730，因此，提供電子組件730至少部分的ESD保護。
在「第6圖」的實施例中，仍然朝向響應ESD脈衝712的電子組件730的信號被阻抗元件720攔截。阻抗元件720可被設計為更進一步衰減此信號(例如：減少它的電壓及/或電流振幅)，或以其它方式對其修改(例如：改變其頻譜)。其結果是，電子組件730收到較小部分的ESD脈衝712且被保護防止ESD損壞。
在一些實施例中，所述信號是傳送至電子組件730經過阻抗元件720兩端的電壓降。透過控制此電壓降(例
如：透過適當的設計規格)，電子組件730接收到的電壓及電流可以降低至非破壞性或其它預設的水平。
一般而言，阻抗元件720可被設計成具有傳遞功能，其具有衰減或抑制朝向電子組件730的部分或所有的電氣或信號的頻率特性。以這種特性為例，其可根據實施例所揭露的電子組件730被衰減或抑制，包含電壓、電流、頻率及/或頻寬(例如：預期的頻譜)、時間值及/或脈衝形狀。
在「第6圖」的實施例中，阻抗元件720可被配置為暫時阻止ESD脈衝712，同時VSDM組件704切換至導電狀態。在一些實施例中，ESD脈衝712具有急劇上升的前緣(leading edge)。同時，VSDM組件704可被配置為快速切換，VSD材質的響應時間一般需要非零的時間延遲。一些ESD脈衝的前緣可能上升的速度快於VSDM組件704的響應時間。因此，ESD脈衝712所產生的電壓可能瞬間超過電子組件730的損壞閥值(damage threshold)。阻抗元件720可包含電路元件，如：低通濾波器，配置為阻止快速上升脈衝中的高頻部分。在各實施例中，當電壓水平小於VSDM組件704的特徵電壓時，阻抗元件720阻止上升脈衝。為了實現此目標，阻抗元件720可被配置為在VSDM組件704切換之前，至少暫時抑制全部或部分的ESD脈衝。其結果是，阻抗元件720可以在VSDM組件704從絕緣狀態切換至導電狀態所花費的期間阻止一個或多個ESD脈衝712的特性或部份(例如：ESD脈衝712的脈衝前緣)。
在各實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件720，包含一個電壓或電流振幅及/或頻率濾波器。舉例來說，阻抗元件720可被配置為高通濾波器、低通濾波器或帶通濾波器，阻抗元件720可傳輸沒有或基本上沒有衰減或抑制的第一電壓或電流(例如：正常操作的電子組件730)，以及可阻止全部或部分關於異常情況(例如：ESD情況)的第二電壓或電流。舉例來說，阻抗元件720可被配置為低通濾波器以
將正常或設計的頻率傳遞到電子組件730。當ESD脈衝712(包含高頻部分)發生後，阻抗元件720可阻止全部或部分的ESD脈衝712的高頻部分。所述ESD脈衝的全部或部分阻止可提供VSDM組件704有足夠的時間在電氣組件730被損毀前響應高壓且切換至導電狀態。
阻抗元件720的阻抗可以被選擇為能夠傳遞到的電子組件730通常不會損壞電子組件730的電壓(例如，電壓低於40伏特，24伏特以下，低於12伏特，5伏特以下，及/或低於3伏特，這取決於各自的晶片或設備規格)。阻抗元件720的阻抗更進一步可被選擇用來在高的及/或潛在的破壞性電壓時阻止ESD脈衝712(例如：(例如，10伏特以上，高於100伏特，1000伏特以上，一萬伏特以上，或甚至更高)，這取決於晶片規格或設備的電子組件730及/或ESD脈衝712的頻率部分。
在一個實施例中，阻抗元件720可被實現為使用鐵性電路元件，其包含一個導電結構嵌入在部分的鐵性材質內。鐵性電路元件包含鐵性VSD材質及適用於揭露在美國專利申請號“13/115,068”中的這些實施例。在各實施例中，阻抗元件720可被實現為嵌入式鐵性電感器、嵌入式鐵性VSD材質電感器、嵌入式鐵性電容器、嵌入式鐵性VSD材質電容器、或任何其它嵌入式鐵性電路元件或嵌入式鐵性VSD材質電路元件。
七、可用於VSDM構造的組件阻抗配置
「第7圖」根據一個實施例顯示一種電路配置，其使用與阻抗元件820結合的VSDM組件804以保護電子組件830防止ESD情況。在「第7圖」實施例中，VSDM組件804顯示為已被整合在基板890中。
在一個實施例中，「第7圖」顯示的配置在操作及一般架構上相似於「第6圖」所描述的配置，並且「第7圖」的阻抗元件820相應於「第6圖」的阻抗元件720。不同
的地方在於，「第6圖」的阻抗元件720被設置在電子組件730之外，而「第7圖」的實施例中，阻抗元件820被設置在電子組件830的內部。
電子組件830包含一個或多個電路、模組及/或子系統，用於資料處理、記憶、混合信號及整合邏輯與記憶，包含：反及閘(NAND)、反或閘(NOR)及動態隨機存取記憶體(DRAM)、數位基頻或應用處理、微處理、微控制，一般表示在「第7圖」作為晶片上的電路832。晶片上的電路832可以在電子組件中執行任何功能類型，包含：有線或無線資料傳輸及接收、信號處理、發信號、邏輯功能及資料處理等等。在一般情況下，晶片上的電路832有一些或全部對ESD情況敏感且需要防止ESD或其它過電壓情況。
在一般情況下，一些電子組件可整合一個內部的ESD保護層(ESD protection stage)，其包含電路目的是為相應的電子組件提供ESD保護。在「第7圖」中，此ESD保護層示意為ESD層834。此ESD層834是一個包含在電子組件中的可選用之內部子系統，並且在「第7圖」中以虛線表示。所述ESD層834顯示為連接於阻抗元件820及晶片上的電路832。
即使電子組件包含ESD保護層，各組件仍然可能從外部的VSDM組件受到保護。如「第6圖」實施例所述，VSDM組件的ESD性能可透過使用阻抗元件被提高，如：阻抗元件720。由於「第6圖」的阻抗元件720設置在電子組件730的外部，所述阻抗元件720的設計、特性及位置可被確定而不用改變電子組件的設計來防止ESD情況。因此，「第6圖」實施例的架構作法的一個優點是電子組件730的設計不受任何方式影響，而且所有設計和製造的決定，關於阻抗元件720的設計、特性及位置可作在基板或系統級。
在「第7圖」的實施例中，阻抗元件820是內建在電子組件830中，這種方式的一個優點是，如果電子組件
的設計在電子組件的成本和操作的影響是可以被接受的情況下，透過在內部增加這樣一個阻抗電路元件來改變，電子組件能夠被大量製造來配合阻抗元件。因此，消除或降低將阻抗元件整合在基板的需求(例如：在第一級封裝或第二級封裝，如分別在球柵陣列和印刷電路板)，而這些電子組件因此最終仍會被連接。
在一般情況下，阻抗元件納入電子組件中且用以連接整合VSDM組件的基板以保護電子組件防止ESD脈衝或其它過電壓情況可被表示為“基於組件的阻抗元件”或“基於晶片的阻抗元件”。
同樣地，阻抗元件被納入在基板中，並且可用以連接VSDM組件以保護電子組件防止ESD脈衝或其它過電壓情況可被表示為“基於基板的阻抗元件”。
在一個實施例中，電子裝置可以同時利用一個基於組件的阻抗元件及晶片外的阻抗元件納入到基板(表示為“基於基板的阻抗元件”)以連接電子組件。舉例來說，在「第7圖」的實施例，假如內部的阻抗元件820被納入電子裝置830後才發現VSDM組件804在特定電路配置中太小，一個額外的基於基板的阻抗元件可被納入基板連接VSDM組件804(例如：可以納入到「第6圖」實施例的阻抗元件720之相同位置)。這種方式可以允許設計者在一個添加方式中(例如：假設兩個阻抗元件為電阻則增加電阻值)、或在一個互補方式中(例如：假設基於基板的阻抗元件為電容以及基於組件的阻抗元件為電阻)利用基於組件的阻抗元件和基於基板的阻抗元件。
「第7圖」實施例中所示意的基於組件的阻抗元件，提供裝置及/或系統的設計者用於最佳化電子裝置的成本和設計：阻抗元件可被納入基板、可被納入電子組件且被連接至基板或可納入基板及電子組件中。
在各實施例中，基於組件的阻抗元件，如：阻抗
元件820，可被設置在電子組件的每一個腳位，包含：資料輸出/輸入腳位(I/O pins)、電源及接地腳位、信號腳位......等等。這可以最大限度地使電子組件被基於基板的VSDM組件所保護，並且可以透過避免或減少需要實現的基於基板的阻抗元件在基板級(substrate level)將成本和設計複雜度降到最低。
在一些實施例中，基於組件的阻抗元件，如：阻抗元件820，可只設置在電子組件的選擇腳位(例如：只在一些資料輸出/輸入腳位或只在一些信號腳位)，這樣可以將電子組件的成本和設計複雜度降到最小，但是透過增加實現基於基板的阻抗元件於各VSDM組件時，在基板級可能會增加成本及設計複雜度。
要設計一種基於組件的阻抗元件，如「第7圖」所示意的阻抗元件820，在各種實施方式中，包含下列多個考慮因素：
A.最佳的阻抗類型、特性及數值需要可用於VSDM組件804的操作(例如：使用特定的電阻值(歐姆)、濾波層的頻率傳遞函數......等等。)，在一個實施例中，一個或多個VSDM組件的特定操作特性被實現在基板(例如：特徵電壓、切換時間......等等)及其它已知的相關設計參數(例如：任何額外的阻抗，其可存在於VSDM組件及電子組件之間的連接)以及基於組件的阻抗元件可以被設計為考量關於基板及/或晶片外的特性及參數。在一個實施例中，這些關於基板及/或晶片外的特性和參數，設計者可以採取一定的標準值(例如：這些值可被指定為在設備級或基板級的資料手冊或設計指南中的設計參數)，並且可因此使用這些標準值來設計基於組件的阻抗元件。
B.在電子組件830上可接受的設計影響，包含任何對成本、電路空間、信號路由、性能、功率消耗和其它類似在行業中慣用的設計參數之影響。
C.透過比較基於組件的阻抗元件和基於基板的阻抗元件來權衡裝置總成本、設計複雜度及性能。
從製造的角度來看，相同的標準製造技術用於製造電路的其餘部分，模組及電子組件的子系統也可用以製造「第7圖」的電子組件830內部的阻抗元件820。在一般情況下，阻抗元件820可以被設計為電子組件830的設計之一部分，並且可以製造及測試作為電子組件830的製造及認證過程的一部分。
「附錄第2圖」根據一個實施例顯示使用與阻抗元件920結合的VSDM組件904以保護電子組件930防止ESD情況的另一種電路配置，在「附錄第2圖」的實施例中，電子組件930表示為導線架(leadframe)電子組件的類型且相互連接，「附錄第2圖」也顯示電路配置，其使用整合阻抗元件922的VSDM組件904以保護電子組件932防止ESD情況，根據一個實施例，電子組件932表示為電子組件的銲線(wirebond)類型及具體實施。在各種其它實施例中，電子裝置的任何其它類型、封裝及相互連接可適用於納入一個或多個阻抗元件(如：阻抗元件920及922)於互連層，其連接電子裝置至基板。其它類的電子組件也可同樣使用類似「附錄第2圖」所示意的結構來保護。
在「附錄第2圖」的實施例中，VSDM組件904被納入基板990。
在一個實施例中，阻抗元件，如：阻抗元件920及/或922，是被納入設置在電子組件內部的墊片或圖案化墊片結構，如：電子組件930及932。
在現有的應用中，電子組件的互連或多個互連(例如：一組腳位)一般是被製成高導電性材質，並且一個設計目標是盡量減少這些腳位的阻抗。然而，在「附錄第2圖」的實施例中，有意引入一個阻抗元件於一個、一些或所有連接元件或電子組件的互連層的其它部分，以透過一個或
多個晶片外的VSDM組件來提高電子組件的ESD保護。
在「附錄第2圖」實施例所示意的架構，類似於「第7圖」實施例的配置，「附錄第2圖」的阻抗元件920或922相應於「第7圖」的阻抗元件820。不同的地方在於，「附錄第2圖」的阻抗元件920或922是設置在腳位、導線或電子組件的其它連接器接口部分，而不是被納入電子組件內部。
由於阻抗元件920或922分別內建在電子組件930或932內，阻抗元件920及922仍然被認為是一種基於組件的阻抗元件，類似於「第7圖」的阻抗元件820。因此，上述「第7圖」有關阻抗元件820的說明也同樣適用於「附錄第2圖」的阻抗元件920及922，包含可能的定位和設計。
為了明確起見，「附錄第2圖」所示意具有基於晶片的阻抗元件之兩個不同的電子組件(即：分別是電子組件930包含基於晶片的阻抗元件920，以及電子組件932包含基於晶片的阻抗元件922)，上述各種配置是用來表示各自獨立的實施例，其可一起使用、用於單一電子裝置且被連接至單一VSDM組件、或可單獨使用連接至不同VSDM組件(無論是在相同的電子裝置或在不同的電子裝置)。
在各個實施例中，一個嵌入式阻抗被納入在腳位、墊片、墊片結構、導線、接合線(bondwire)、或電子組件的其它介面連接器，可由整個腳位、導線、接合線或連接器(例如：晶片的接合線連接器可完全被製成電阻材質)所組成、或可內建在這些腳位、導線、接合線或連接器的一部分(例如：晶片接合線的部分可能包含不可忽略阻抗的材質或特徵，而其餘部分的接合線由阻抗可忽略不計的高導電性材質製成)。
在一個實施例中，將阻抗元件920或922製成為互連元件的一部分(例如：腳位、墊片、墊片結構、導線、接合線或電子組件的其它介面連接器)，被製成的各互連元件全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗。舉例來說，互連
元件可被製成電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
在一個實施例，將阻抗元件920製造成互連元件(例如：腳位、墊片、墊片結構、導線、接合線或電子組件的其它介面連接器)，各互連元件被修改以便具有不可忽略的阻抗。舉例來說，接合線的橫截面面積、體積或形狀可被修改以便呈現較高的阻抗(例如：透過在接合線製造凹槽或一系列的凹槽，接合線的阻抗可被增加)。在各實施例中，電子組件的腳位、導線、接合線或其它介面連接器的形狀之修改還需要考量二次效應，例如：來自在數據傳輸速率下傳輸數據的腳位的射頻輻射。
「第8圖」根據一個實施例顯示使用與阻抗元件1020結合的VSDM組件1004以保護電子組件1030防止ESD情況的另一電路配置。在「第8圖」的實施例中，VSDM組件1004被納入基板1090。
在「第8圖」實施例所示意的架構，類似於「附錄第2圖」實施例的配置，「第8圖」的阻抗元件1020相應於「附錄第2圖」的阻抗元件920。不同的地方在於，「第8圖」的阻抗元件1020是設置在再分配層1080而不是被納入電子組件的腳位、導線或其它連接器接口。
再分配層(有時也表示為“RDL”)是一個互連層或一組路線連接，其可被增加至電子組件(例如：具有小特徵及高密度I/O線的積體電路)以方便這個電子組件與基板或其它組件相互連接。在目前的行業應用中，電子組件通常使用一組凸塊連接至基板(例如：印刷電路板)，如「第8
圖」所示意的凸塊1080。每個電子組件使用的凸塊數量通常會隨著需要連接組件的密度而增加，再分配層有時被用在內部連接器的間距小於凸塊之間的間隔時，在這種情況下，再分配層可被用於扇形連接器，以與連接基板上的可用凸塊配置相匹配。再分配層的另一種應用是路由(route)內部連接器線路從電子組件內的晶粒到特定的凸塊，假設特定的接腳分佈和信號分佈是電子組件需要的或希望的。一個再分配層通常包含一個或多個層、走線、電路或其它連接元件，其根據適用的規格允許信號路由。再分配層的說明可從“FlipChip International LLC”公佈的文件標題“Bumping Design Guide ”(在“2009年5月修訂”)找到且透過引用方式將此文件的全部內容併入本文。
在「第8圖」的實施例中，電子組件1030包含一個或多個晶粒，表示為晶粒1032及再分配層1080。晶粒1032透過再分配層1080及一組凸塊被連接在基板1090，所述凸塊被表示為凸塊1080。
再分配層1080包含一個或多個導電層、走線、電路、線或其它連接元件，其可在晶粒1032及凸塊之間路由信號，包含凸塊1080。凸塊1080及其它凸塊是電性連接在基板1090，以便數據可在晶粒1032及基板1090之間的一個或兩個方向傳輸。
在各實施例中，再分配層的一個、多個或全部的層、走線、電路、線或其它連接元件，如：互連層1080，包括或整合一個阻抗元件，如：阻抗元件1020。舉例來說，「第8圖」所示意的互連層1080，有一層表示為RDL層1082包含有一個阻抗元件1020。在各實施例中，RDL層1082可為一層、走線、路線或其它連接元件，其與晶粒1032及凸塊1080直接或間接電性連接。在一個實施例中，阻抗元件1020可由分散在RDL層1082內的電路元件組成(例如：電阻可以內建在RDL層1082，而RDL層1082的其餘部分基本上是導電
性)。在一個實施例中，RDL層1082本身可由具不可忽略阻抗的材質所製成，例如：RDL層1082本身可以是(全部或部分)阻抗元件。
在「第8圖」的實施例中，VSDM組件1004電性連接至凸塊1080。凸塊1080透過阻抗元件1020電性連接至晶粒1032。因此，在「第8圖」實施例中配置的一般架構類似於「第6圖」所述的電路結構。「第8圖」的阻抗元件1020相應於「第6圖」的阻抗元件720。
「第8圖」的實施例將因此操作類似於「第6圖」實施例所述電路：當ESD脈衝1012產生大的電壓及/或電流，VSDM組件1004及阻抗元件1020適用於共同保護晶粒1032。類似於上述「第6圖」實施例所述，當透過「第8圖」實施例中的ESD脈衝1012產生的電壓超過VSDM組件1004的特徵電壓時，VSDM組件1004基本上成為導電，且轉移至少一部分ESD脈衝1012至接地，被包含在RDL層1082的阻抗元件1020衰減或以其它方式改變朝向晶粒1032傳遞的全部或一部分電壓及/或電流。其結果是，「第8圖」實施例中所示意的配置採用一個基於組件的阻抗元件以保護電子組件1030防止ESD損害。
在一個實施例中，製造阻抗元件1020，RDL層1082被製成全部或一部分具有不可忽略的阻抗。舉例來說，合適的材料包括：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
八、可用於VSDM構造的互連阻抗配置
「第9圖」根據一個實施例顯示使用與阻抗元件
1120結合的VSDM組件1104以保護電子組件1130防止ESD情況的另一電路配置之示意圖。
在「第9圖」的實施例中，電子組件1130透過一組銲錫凸塊(為方便說明以“凸塊”表示)被連接至基板1190，包含凸塊1180。所述凸塊1180是直接或間接與VSDM組件1104電通信。VSDM組件1140被嵌入在基板1190中。
在行業中用於連接電子組件至基板(如：印刷電路板)的一種常見的凸塊類型是銲錫凸塊。另一種在行業中用於連接電子組件至基板的凸塊類型包括：熱銅柱凸塊和銅柱銲錫凸塊，這往往是用於電子封裝和光電封裝，包括中央處理器和圖形處理器晶片的覆晶封裝、雷射二極體和半導體光放大器(SOA)。
在現有的應用中，凸塊及其它連接器是用以將電子組件設置在基板，一般是被製造成導電性高的材質，以及一個設計目標是盡量減少所述凸塊或其它連接器的阻抗。然而，在「第9圖」的實施例中，有意引入一個阻抗元件於電子組件的一個、一些或所有凸塊或其它連接器，以透過一個或多個晶片外的VSDM組件來提高電子組件的ESD保護。
在「第9圖」中，阻抗元件1120設置在凸塊1180內部，在一個實施例中，凸塊1180被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗。舉例來說，合適的材質包含：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
因為阻抗元件1120設置在凸塊中，其作為一個相互連接的介質，在電子組件1130及基板1190或其它電子
組件之間中介通信。阻抗元件1120可被表示為“基於互連的阻抗元件”，在一般情況下，阻抗元件設置在導線、連接器、墊片、或其它在電子組件及基板之間進行互連功能，或在電子組件及其它的電路元件或電子組件之間的結構，可以表示為一種基於互連的阻抗元件。
在一般情況下，「第9圖」實施例的架構類似於「第6圖」的實施例，阻抗元件1120相應於「第6圖」的阻抗元件720，且VSDM組件1104相應於「第6圖」的VSDM組件704。在功能上，VSDM組件1104及VSDM組件1104適用於協同保護電子組件1130，其與「第6圖」實施例中所述保護電子組件710的方式大致相同。
在一般情況下，「第9圖」實施例的架構也類似於「第8圖」的實施例，阻抗元件1120相應於「第8圖」的阻抗元件1020，且VSDM組件1104相應於「第8圖」VSDM組件1104。然而，不同的地方在於阻抗元件1120是設置在凸塊內部或具有錫覆蓋1180的支柱材質，而不是被納入再分配層。在功能上，VSDM組件1104及VSDM組件1140適用於協同保護電子組件1130，其與「第8圖」實施例中所述保護電子組件1030及晶粒1032的方式大致相同。
「第10A圖」根據一個實施例顯示使用與阻抗元件1220結合的VSDM組件1204以保護電子組件1230防止ESD情況的另一電路配置。
在「第10A圖」的實施例中，電子組件1230通過一組凸塊被連接到基板1290，包含凸塊1280。每一凸塊透過連接器、墊片或其它連接結構連接在基板1290，如「第10A圖」所示意的連接器/墊片1282。電子組件1230是直接或間接透過凸塊1220及連接器/墊片1282與VSDM組件1204電通信。VSDM組件1204是被嵌入在基板1290內。
在現有的應用中，連接器、墊片及其它導電結構是用以將電子組件連接在基板，一般被製成高導電性材質，
並且一個設計目標是盡量減少連接器、墊片及其它導電結構的阻抗。然而，在「第10A圖」的實施例中，有意引入一個阻抗元件於一個、一些或所有連接器、墊片或其它導電結構，其連接電子組件至基板，因此，透過一個或多個晶片外的VSDM組件來提高電子組件的ESD保護。
如「第10A圖」所示意，阻抗元件1220是設置在連接器、墊片或其它導電結構的內部，其被設計為有利連接電子組件至基板，如所示意的連接器/墊片1282。在一個實施例中，所述連接器/墊片1282被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗。舉例來說，合適的材質包含：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
因為阻抗元件1220被設置在連接器、墊片或其它導電結構中，其相互連接電子組件1230及基板1290或其它電子組件。阻抗元件1220可被表示為“基於互連的阻抗元件”。
在一般情況下，「第10A圖」實施例的架構類似於「第8圖」或「第9圖」的實施例，阻抗元件1220及VSDM組件1204分別相應於「第9圖」的阻抗元件1120及VSDM組件1104。在功能上，阻抗元件1220及VSDM組件1204適用於協同保護電子組件1230，其與「第9圖」實施例中所述阻抗元件1120及VSDM組件1104保護電子組件1110的方式大致相同。
「第10B圖」根據一個實施例顯示另一種電路配置，其使用與阻抗元件1222結合的VSDM組件1206來保護
晶粒1234防止ESD情況。
在「第10B圖」的實施例中，晶粒1234連接至內插板1298，連接在晶粒1234及內插板1298之間是如「第10B圖」所示意的銲線1286，但一般可透過任何互連元件(例如：腳位、銲線、凸塊或其它導電連接器)來實現。晶粒1234是直接或間接透過銲線1286與VSDM組件1206電通信。VSDM組件1206被嵌入在內插板1298。在一個替代的實施例中，VSDM組件1206可被設置在基板內部以與內插板連接(例如：「第10B圖」所示意的印刷電路板1292)。
在一般情況下，內插板是一個互連裝置，其包含一組腳位、導線、線(例如：銲線)、導電面、或其它連接器，其適用於促進晶粒或電子組件及基板之間的電氣介面的路由(在這種情況下，內插板可視為第一級封裝，與內插板連接的基板(例如：印刷電路板)可視為第二級封裝)、或兩個或多個電子組件之間。以使用內插板的情況為例，分散緊密地電子組件的I/O線組以在基板上提供更寬的連接間距、或重新路由電子組件的特定連接線至基板上可用的特定連接器。在功能上，內插板類似於「第8圖」實施例所述的再分配層，除了內插板通常設置在電子組件的外部，而再分配層可視為電子組件的一部分(例如：晶圓、晶片或晶粒的一部分)。
在現有的應用中，內插板及其它互連結構可用以連接晶粒至基板，一般是被製成高導電性材質，並且一個設計目標是盡量減少這些連接器、墊片及其它導電結構的阻抗。然而，在「第10B圖」的實施例中，有意引入一個或多個阻抗元件於內插板或其它導電結構，其連接晶粒至基板，因此，透過一個或多個VSDM組件來提高電子組件的ESD保護。
在「第10B圖」的實施例中，內插板1298作為一個互連基板，其連接晶粒1234到另一基板，如所示意的印刷電路板1292，內插板1298被連接到這個其它基板(例如：
印刷電路板1292)是透過一個或多個合適的互連元件的任一組，如：銲線(例如：銲線1284)、凸塊(例如：凸塊1282)、腳位、內插板、或任何其它導電結構。
在「第10B圖」的實施例中，阻抗元件1222設置在內插板(即：內插板1298)之中。在其它的實施例中，阻抗元件1222可被設置在其它有利於連接晶粒至基板的導電結構。
在一個實施例中，產生一個或多個阻抗元件在內插板中(例如：內插板1298內部)或在另一個互連結構內部，其連接晶粒至基板，如：阻抗元件1222、一個或多個導電元件(例如：腳位、導線、線(例如：銲線)、導電面、或其它適用於在內插板或其它互連結構內促進電氣介面內部路由的連接器)被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗，舉例來說，合適的材質包含：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
因為阻抗元件1222設置在內插板或其它互連結構的內部，其連接晶粒1234及印刷電路板1292，阻抗元件1222可被表示為“基於互連的阻抗元件”。
VSDM組件1206及阻抗元件1202的運作用以保護晶粒1234在響應ESD脈衝時防止的ESD損害，例如：ESD脈衝1214，在功能上，其與「第8圖」及「第9圖」實施例中所述方式大致相同。
在一個實施例中，產生一個或多個阻抗元件於內插板中(例如：內插板1298內部)或另一個連接晶粒至基板
的互連結構之內部，如：阻抗元件1222、一個或多個導電元件(例如：腳位、導線、線(例如：銲線)、導電面、或其它適用於在內插板或其它互連結構內促進電氣介面內部路由的連接器)被改變以使其具有不可忽略的阻抗。舉例來說，接合線的橫截面面積、體積或形狀可被修改為使其具有更高的阻抗(例如：透過在接合線製造凹槽或一系列的凹槽，接合線的阻抗可被增加)。在各實施例中，導電元件的形狀之修改還需要考量二次效應，例如：來自在數據傳輸速率下傳輸數據的腳位的射頻輻射。
九、可用於VSDM構造的基板阻抗配置
「第11圖」根據一個實施例顯示另一種電路配置，其使用與阻抗元件結合的VSDM組件1304以保護電子組件1330防止ESD情況。「第11圖」的阻抗元件被配置為水平切換的VSDM構造，設置在基板1390內部。
在「第11圖」的實施例中，基板1390包含基板層1360、相鄰的阻抗層1320。阻抗層1320接觸導電層1350。基板層1362分隔導電層1350及VSD材質層1340。導電層1352分隔VSD材質層1340及基板層1364。
導電結構1372建立導電層1350及VSD材質層1340之間的電性連接，穿過基板層1362。第二個導電結構1374在VSD材質層1340內部界定一個水平間隙1342，導電結構1374被接到接地。
組件1330連接在基板1390，導電結構1370被設置穿過基板層1360以建立組件1390與阻抗層1320之間的電性連接。
在「第11圖」實施例中所示意的佈局架構，建立了類似於「第6圖」實施例所述的配置，具有一個被納入基板1390的水平切換的VSDM構造，相應於「第6圖」的阻抗元件720。一旦具有足夠高的電壓的ESD脈衝1312發生後，VSD材質1340基本上成為導電穿過間隙1342，將至少
一部分的ESD脈衝1312重新導向接地。阻抗層1320衰減或以其它方式改變全部或至少一部分的電壓或電流，否則將透過導電層1350及導電結構1370傳遞至組件1330。在操作和功能上，「第11圖」實施例所示意的配置類似於前面「第6圖」實施例所述的操作和功能。
在各實施例中，額外的層、導電結構及其它構造可被設置在基板1390內部及/或改變「第11圖」所示意的基板1390的結構及佈局。但是「第11圖」實施例的功能及操作可被保留，只要維持「第6圖」實施例的整體架構。同樣地，「第11圖」所示意的水平切換的VSDM構造可以替換為垂直切換構造或雙切換VSDM構造，只要維持「第6圖」實施例的整體架構。
在各實施例中，阻抗層1320可被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗。舉例來說，合適的材質包含：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
因為「第11圖」所示意的阻抗元件由納入在基板的阻抗層所組成(即：阻抗層1320納入基板1390)，「第11圖」實施例的阻抗元件可被表示為“基於基板的阻抗元件”，在一般情況下，阻抗元件為內建、嵌入或以其它方式設置在基板內部，也可以視為基於基板的阻抗元件。
設計基於基板的阻抗元件，如：「第11圖」所示意的阻抗層1320，在各實施例中所需要考慮的一些因素可以參考「第7圖」實施例所述。
從製造的角度來看，相同的標準製造技術用以製
成基板1390的各層，也可用於製造阻抗層1320(例如：阻抗層可被納入在CCL隨後整合至印刷電路板，或可內建作為印刷電路板中獨立的一層)。
「第12圖」根據一個實施例的配置顯示另一種電路配置，其使用與阻抗元件結合的VSDM組件1404以保護電子組件1430防止ESD情況。
「第12圖」實施例的阻抗元件被配置為阻抗走線1420，其設置在基板1390的外表面(例如：印刷電路板的表面)，或納入基板1390(例如：通孔、內部走線或路由、或其它納入至基板的導電結構)。阻抗走線建立VSDM構造1404及組件1430間的電性連接。
「第12圖」實施例所示意的佈局架構類似於「第6圖」所述的實施例，所述VSDM組件1404相應於「第6圖」的VSDM組件704，以及阻抗走線1420相應於「第6圖」的阻抗元件720。一旦具有足夠高的電壓的ESD脈衝1412發生後，VSDM組件1404基本上成為導電，將至少一部分的ESD脈衝1412重新導向接地。阻抗走線1420衰減或以其它方式改變全部或至少一部分的電壓或電流，否則將透過傳遞至組件1430。在操作和功能上，「第12圖」實施例所示意的配置類似於前面「第6圖」實施例所述的操作和功能。
在各實施例中，阻抗層1420可被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗。舉例來說，合適的材質包含：電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
因為「第12圖」所示意的阻抗元件由納入在基
板的阻抗層所組成(即：阻抗層1420納入基板1490)，「第12圖」實施例的阻抗元件可被表示為“基於基板的阻抗元件”，在各實施例中，一個或多個走線或其它內建在基板表面及/或基板內部的連接器可被配置為阻抗元件以保護全部或部分的電子組件。
十、可用於VSDM構造的堆疊組件阻抗配置
「第13圖」根據一個實施例顯示另一種電路配置，其使用與阻抗元件結合的VSDM組件1504以保護電子組件1530防止ESD情況。在「第13圖」的實施例中，VSDM組件1504被納入基板1590。
由於增加電子組件的密度、功能及性能，電子裝置的形式因子將變得更小及/或更薄，基板上的水平表面區域安裝的電子組件會受到限制。因此，業界已走向在電子組件內部垂直整合的功能，包括發展多層組件以及在單一電子組件堆疊多晶粒或多封裝組件。
在一般情況下，堆疊電子組件(為方便起見表示為“堆疊組件”)是任何電子組件，其包含兩個或更多晶粒、兩個或封裝電子組件、或至少一個晶粒及至少一個封裝電子組件。以堆疊組件為例，包含下列一個或多個：半導體晶片或另一個積體電路(例如：微處理器、控制器、記憶體晶片、射頻電路、基頻處理器、系統單晶片、覆晶......等等)、發光二極體、發光二極體陣列、液晶、LED、有機發光二極體或任何其它顯示器類型、微機電系統晶片或結構、或設置在電子裝置內部的任何其它組件或電路元件或用以顯示產生的訊息的電子裝置。
在「第13圖」實施例中，堆疊組件1530被連接在基板1590(例如：堆疊組件1530可被表面設置在基板1590)，堆疊組件1530及基板1590之間的連接可以多種方式實現，包含透過一組凸塊，如「第13圖」所示意的凸塊1550。
堆疊組件1530顯示包含兩個個別的晶粒或封裝
組件，表示為晶粒/封裝A1532及晶粒/封裝B1534。在堆疊組件1530內部，所述晶粒/封裝A1532及晶粒/封裝B1534透過互連元件，如：腳位、導線、線、錫或其它有利於傳送資料、電源、接地及/或其它信號的導電連接器而被連接。在目前的應用中，這些腳位、導線、線或其它連接器通常製成高導電性材質，並且一個設計目標是盡量減少這些腳位的阻抗。然而，在「第13圖」的實施例中，有意引入一個阻抗元件於一個、一些或所有互連元件(例如：腳位、導線、線、錫或其它有利於傳送資料、電源、接地及/或其它信號的導電連接器)，其在堆疊電子組件內部互連兩個或更多晶粒以透過一個或多個晶片外的VSDM組件來提高堆疊組件的ESD保護。
「第13圖」實施例所示意的架構類似於「第7圖」實施例的配置，「第13圖」的阻抗元件1520相應於「第7圖」的阻抗元件820。在「第13圖」中，阻抗元件1520被設置為腳位、導線、線、或其它在兩個或多個晶粒或封裝組件之間傳遞數據或信號傳輸的連接器的一部分。
由於阻抗元件1520被設計及建立在堆疊組件1530的內部，阻抗元件1520仍然可能被認為是基於組件的阻抗元件，類似於「第7圖」所示意的阻抗元件820。因此，前面「第7圖」實施例所提及的阻抗元件820也可適用於「第13圖」實施例的阻抗元件1520，包含定位和設計。
在各實施例中，嵌入式阻抗被納入一個或多個互連元件(例如：腳位、導線、線、錫、或其它有利於傳送資料、電源、接地及/或其它信號的導電連接器)設置在堆疊組件內部，可能包括整個互連元件(例如：可被製成晶粒內連接器，完全脫離電阻材質)、或可建立為互連元件的一部分(例如：一部分晶粒內的銲線可包括具有不可忽略的阻抗，而其餘的銲線以高導電性材質製成具有可忽略不計的阻抗)。
在一個實施例中，將阻抗元件1520製造在堆疊
組件中的一個或多個互連元件內部(例如：腳位、導線、線、錫、或其它適用於促進傳輸資料、電源、接地及/或其它信號的連接器)，各互連元件被製成全部或一部分材質有一個不可忽略的阻抗，舉例來說，互連元件可被製成電阻材質、部分導電聚合物、金屬薄膜電阻(例如：塗佈有鎳鉻的薄膜)、金屬氧化薄膜、任何其它修改為呈現較高電阻的導電材質(例如：摻雜導電性較低的材質或其合金)、碳組合物電阻材質(例如：碳及陶瓷材質的組合物)、碳薄膜、薄膜電阻(以濺射法製造)、厚膜電阻(例如：使用網版或模版印刷製造)、或任何其它具有不可忽略的阻抗之特性的材質，其可為設計目的被充分控制或預測。
在一個實施例中，阻抗元件1520製造成一個或多個互連元件(例如：腳位、導線、線、錫、或其它適用於促進傳輸資料、電源、接地及/或其它信號的連接器)的一部分，各互連元件被修改以便具有不可忽略的阻抗。舉例來說，腳位的橫截面面積、體積或形狀可被修改以便呈現較高的阻抗(例如：透過在接線製造凹槽或一系列的凹槽，接線的阻抗可被增加)。在各實施例中，設置在堆疊組件內部的互連元件之形狀修改還需要考量二次效應，例如：來自在數據傳輸速率下傳輸數據的腳位的射頻輻射。
十一、應用
在各實施例中，包括各切換的VSDM構造及VSDM組件可被實現在常規的剛性基板(例如：剛性印刷電路板、剛性半導體封裝)、可撓式電路、可撓式基板、可撓式半導體封裝、及其它可撓式裝置。
在可撓式應用中，各實施例中提出的VSD材質構造可被調整以提高性能彈性，舉例來說，作為一般準則，在VSD材質減少金屬顆粒的含量(例如：透過減少或移除散佈在VSD材質中的金屬顆粒)或以其它方式固化VSD材質可減少VSD材質的脆性並因此使VSD材質更適合用於可撓式應
用。
切換的VSDM構造及VSDM組件可進一步適用於可撓式應用，其透過加入具有適當的機械及/或環境耐力特性的一個或多個層或結構來實現。舉例來說，一個或多個層或印刷電路板、半導體封裝、連接器或其它納入VSDM構造基板中的結構可以被聚酰亞胺材質(polyimide materials)，特氟綸(Teflon)，環氧基材質(epoxy-based materials)，或其它可撓式的混合材料製造出。
聚酰亞胺材質通常是輕巧且靈活的，具有較高的力學延展性和拉伸強度，而且往往可以更好地抵禦高溫和化學反應。聚酰亞胺材質被用在電子工業中來製造軟性電纜、在數位半導體和微機電系統晶片中的製程中作為絕緣層或鈍化層、作為絕緣薄膜、作為高溫黏合劑、用於醫療導管的應用、以及用於其它可撓性、低重量及提升環境韌性所需的應用。
另一個切換的VSDM構造的可能應用，其採用耐熱材料，如：聚酰亞胺材質用於高熱能應用，例如：LED面板或電子應用操作的區域具有較高的環境溫度(如：炎熱的氣候)或在裝置中具有有限的通風(如：封閉或嵌入式電子裝置或系統具有有限或沒有散熱)。
文中及/或申請專利範圍所述之切換的VSDM構造及VSDM組件，包含：「第1圖」實施例的VSDM構造100、「第2圖」實施例的VSDM構造200、「第3A圖」實施例的VSDM構造400、「第3B圖」實施例的VSDM構造490、「第4圖」實施例的VSDM構造500、「第6圖」至「第13圖」實施例的VSDM組件，其可用於電子電路及裝置中的電路元件及組件的ESD保護。以電子組件為例，其可透過所述VSDM構造提供保護，包含下列一個或多個：半導體晶片或另一積體電路(IC)(如：微處理器、控制器、記憶體晶片、射頻電路、基頻處理器、系統單晶片、覆晶......等等)、發光
二極體、發光二極體陣列、LED、有機發光二極體或其它顯示器類型、微機電系統晶片或基板、或任何設置在電子裝置內的其它組件或電路元件、或用以顯示產生的訊息的電子裝置。一個電子組件可由單一晶片單元、或包含多個晶粒及/或堆疊組件所組成，這些組件是封裝在一起或以其它方式一起運作。
所述範例電路(exemplary circuits)的架構及運作，其可利用揭露於美國專利申請案號“13/096,860”及“13/115,068”兩申請案之切換的VSDM構造以進行ESD保護。
在本專利所述及/或權利要求之切換的VSDM構造及VSDM組件，可被用於基板裝置的ESD保護，以基板裝置為例，包含：一層或多層為一組的印刷電路板、半導體裝置的封裝、或任何其它可安裝VSDM構造的基板，或將VSDM構造納入基板以進行電氣切換操作。
在本專利所述及/或權利要求之切換的VSDM構造及VSDM組件可被用於電子裝置的ESD保護，此VSDM構造被納入其中(如：透過納入至一個基板，被包含在所述電子裝置)，或是此VSDM構造被連接(當此VSDM構造被納入安裝在所述電子裝置的一個連接器或電纜，或當此VSDM構造被納入至一個裝置，其連接所述電子裝置)。
以電子裝置為例，其可透過所述切換的VSDM構造被保護，或其可包含基板裝置、電子組件或電路元件，這些透過所述切換的VSDM構造被保護，包含行動電話、平板、閱讀器、行動電腦(如：筆記型電腦)、桌上型電腦、伺服器電腦(如：伺服器、刀鋒伺服器、多處理器的超級計算機)、電視機、視訊顯示器、音樂播放器(如：可攜式MP3播放器)、個人健康管理裝置(如：脈搏監測器、心臟監測器、距離監測器、溫度監測器、或任何其它應用在健康管理的感測器)、發光二極體(LEDs)及包含發光二極體的裝置、發光
模組、及任何其它消費性及/或工業裝置，其使用電氣或機電信號處理或以其它方式儲存資料，其它例子包括衛星、軍事設備、航空儀表、船用設備。
在各實施例中，本專利所述及/或權利要求的VSDM構造及VSDM組件可被整合在連接器，此連接器可被安裝在電子裝置有利於提供保護防止ESD或其它過電壓情況。以此連接器為例，包含電源連接器、USB連接器、乙太網路電纜連接器、HDMI連接器、或任何其它連接器，其便於串列、並列或其它類型的資料、信號或電力傳輸。在這樣一個實施例中，電纜被設置在這樣的電子裝置可以同時提供基本功能(例如：數據通信)及ESD保護。
十二、結論
本說明書詳細描述了各種實施例及實現本發明，而且本發明公開了額外的實施例及實現，進一步改進及可替換結構。還有，本發明並未將其限制在揭露的特定實施例和實現中，相反地，本發明涵蓋所有修改、等同物和替代的實施例及實現，這些皆落入權利要求的範圍內。
在本說明書中，一集合是指任何具有一、兩個或多個項目的群組。同樣地，一子集合意味著相對於N個項目的一個群組，其任一群組是由N-1或更少的相應項目所組成。
在本說明書所使用的術語“包含”、“包括”、“舉例來說”、“範例”、“如”及其相似語法，並非用以作文義上的限制而是應伴隨著“不限於”或具有相似涵義的文字。本發明說明書中所定義、以及所有標頭、標題及副標題是為了便於理解的目的所作的描述，但不適用於限制本發明的權利要求範圍。每個定義都應涵蓋其它對等的項目、技術或詞彙，或熟悉該項技藝者所知悉或能知悉且認知為對等或者可替換的對應項目、技術或詞彙。除非文義另有規定，否則動詞“可能”、“可”、“會”或“能夠”表示相應的動作、步驟或實現方式可能達成或發生的機會，而非強調限
制相應的動作、步驟或實現方式必須要發生，也並非強調相應的動作、步驟或實現方式必須依照所描述的內容達成或發生。
雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作些許之更動，然本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。此外，無論是以一實施例個別提出或是作為實施例之一部分的獨有特徵，可與其它個別提出或是作為其它實施例一部分的特徵相結合，縱然那些獨有特徵未被其它特徵或實施例所提及，因此，那些未描述到的組合特徵不應被排除於本發明之權利保護範圍之外。
100‧‧‧VSDM構造
110‧‧‧電壓源
112‧‧‧ESD脈衝
120、122‧‧‧電極
130、132‧‧‧通孔
140‧‧‧VSD材質層
142‧‧‧箭頭
150‧‧‧間隙
160‧‧‧基板
170‧‧‧絕緣層
Claims (10)
- 一種保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，該系統包含：一電壓調變介電材質(VSDM)組件嵌入在一基板，該VSDM組件包含一VSDM，用以在超過該VSDM的一特徵電壓時，從一非導電狀態切換至一導電狀態；及一基於組件的阻抗元件，用以嵌入在一電子組件中，該電子組件設置在該基板，其中該基於組件的阻抗元件與該電子組件的腳位、導線或其它接口結合；其中，該基於組件的阻抗元件與該VSDM組件共同運作以保護該電子組件防止該ESD脈衝。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該系統更包含一ESD層，並且該基於組件的阻抗元件直接或間接電氣連接該ESD層。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該基於組件的阻抗元件包含低通濾波器以阻止該ESD脈衝的高頻部分。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該基於組件的阻抗元件與該電子組件的一再分配層(redistribution layer)結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該電子組件為一堆疊組件，並且該基於組件的阻抗元件與設置在該堆疊組件內的腳位、導線、電線或其它連接器結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該基於組件的阻抗元件包含電阻、電感、電容、鐵性(ferroic)電路元件、包含VSDM的鐵性電路元件、二極體、電晶體、濾波器、被動電路元件、主動電路元件或具有不可忽略阻抗的互連層。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電 (ESD)脈衝的系統，其中該基於組件的阻抗元件包含電阻材質、部分導電的高分子、金屬薄膜電阻、塗佈有鎳鉻的薄膜、金屬氧化薄膜、碳原子組成的電阻材質、碳薄膜、薄膜電阻器、厚膜電阻器。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該電子組件為半導體晶片、積體電路組件、微處理器、控制器、記憶體晶片、射頻電路、基頻處理器、系統單晶片、覆晶(flip chip)、發光二極體、發光二極體陣列、液晶顯示器、發光二極體顯示器、有機發光二極體顯示器或微機電系統晶片。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該基板及該電子組件係包含在一電子裝置中，該電子裝置為行動電話、平板電腦、電子閱讀器、移動式電腦、筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器、電視機、視訊顯示器、音樂播放器、個人健康管理裝置、發光二極體、包含至少一發光二極體的裝置或照明模組。
- 如申請專利範圍第1項所述之保護電子組件防止靜電放電(ESD)脈衝的系統，其中該基板為印刷電路板、單層印刷電路板、包含多層為一組的印刷電路板結構、半導體裝置的封裝、發光二極體基板、積體電路基板或內插板(interposer)。
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