TWI630696B - 電路保護裝置及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於防禦靜電放電(ESD)的改良的電路保護 裝置及其形成方法，所述裝置包括：第一支撐基板；第一電極及第二電極，形成於第一支撐基板上，其中第一電極及第二電極是由導電材料形成。所述裝置更包括：第一結合墊，安置於第一電極及第二電極上，第一結合墊中形成有第一空腔；第二支撐基板，安置於第一結合墊上，第二支撐基板中形成有第二空腔；以及電壓可變材料，安置於第一空腔及第二空腔內，並電性連接至第一電極及第二電極。所述裝置更包括：第二結合墊，安置於第二支撐基板上；以及第三支撐基板，安置於第二結合墊上。

Description

電路保護裝置及其形成方法 [相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2015年1月22日提出申請的、標題為「可表面安裝的電路保護裝置(SURFACE-MOUNTABLE ELECTRICAL CIRCUIT PROTECTION DEVICE)」的美國臨時專利申請案第62106384號的優先權，所述美國臨時專利申請案的全文併入本案供參考。
本發明一般而言是有關於用於防禦靜電放電(electrostatic discharge，ESD)的電路保護裝置的領域，且更具體而言，是有關於一種可表面安裝的電路裝置。
電路及組件經受過度電性應力(electrical overstress，EOS)是一種被施加至電路或裝置的電性訊號超出正常運作參數的現象。該些過多的電性訊號在定義上是非正常的、且不是裝置的正常運作(例如，無過多的電訊號)的一部分。過度電性應力暫 態(EOS transient)產生高的電場且通常產生能夠損壞電路或電路中的高靈敏度電性組件的高峰值功率(peak power)，致使電路及組件暫時地或永久地喪失功能。過度電性應力暫態可包括能夠中斷電路運作或徹底損壞電路的暫態電壓或電流狀況。具體而言，過度電性應力暫態可例如由電磁脈波(electromagnetic pulse)、靜電放電、雷電(lightning)等引起或由其他電子組件或電性組件的運作所誘發。此種暫態可在微秒至亞奈秒(sub-nanosecond)時間訊框內上升至其最大幅值且可在本質上為重複性的。
電子電路及組件在經受靜電放電(一般稱為ESD)時尤其容易受到損壞。靜電放電的電壓可介於幾百伏特至幾千伏特範圍內。當積體電路經受靜電放電時，電壓及持續時間常常足以損壞半導體接面(semiconductor junction)，進而致使電路無法運行。電容器及其他組件亦可被靜電放電的電壓損壞。靜電放電的電流一般自被損壞的組件流至電路接地(circuit ground)或其他參考電壓或線。
因此，增加了對可保護電子電路免受靜電放電損壞的材料及電性組件的需求。
因此，需要用於防禦靜電放電(ESD)的可表面安裝的電路裝置。鑒於該些及其他考量，一直需要本發明所作的改良。
各種實施例一般而言是有關於一種可表面安裝的電路保 護裝置，所述可表面安裝的電路保護裝置具有：第一支撐基板；第一電極及第二電極，形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；第一結合墊，安置於所述第一電極及所述第二電極上，所述第一結合墊中形成有第一空腔；第二支撐基板，安置於所述第一結合墊上，所述第二支撐基板中形成有第二空腔；電壓可變材料(voltage variable material，VVM)，安置於所述第一空腔及所述第二空腔內，並電性連接至所述第一電極及所述第二電極；第二結合墊，安置於所述第二支撐基板上；以及第三支撐基板，安置於所述第二結合墊上。本文中闡述並請求保護所述電路保護裝置的其他實施例。
各種實施例一般而言是有關於一種電路保護裝置，所述電路保護裝置包括：第一支撐基板；第一電極及第二電極，形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；第二支撐基板，所述第二支撐基板中界定有空腔，且所述第二支撐基板安置於所述第一支撐基板上；以及電壓可變材料，安置於所述第一支撐基板上且位於所述第二支撐基板的所述空腔內，並電性連接至所述第一電極及所述第二電極。
一種用於形成根據本發明的電路保護裝置的方法可：提供第一支撐基板；提供第一電極及第二電極，所述第一電極及所述第二電極形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；提供第一結合墊，所述第一結合墊安置於所述第一電極及所述第二電極上，所述第一結合墊中形成有 第一空腔；提供第二支撐基板，所述第二支撐基板安置於所述第一結合墊上，所述第二支撐基板中形成有第二空腔；提供電壓可變材料，所述電壓可變材料安置於所述第一空腔及所述第二空腔內，並電性連接至所述第一電極及所述第二電極；提供第二結合墊，所述第二結合墊安置於所述第二支撐基板上；以及提供第三支撐基板，所述第三支撐基板安置於所述第二結合墊上。
100、400、500、600‧‧‧電路保護裝置
102A、402A、502A、602A‧‧‧第一電極
102B、402B、502B、602B‧‧‧第二電極
104、104A、104B、404、404A、404B、504A、504B、604‧‧‧外側終端
106、406、506、606‧‧‧電壓可變材料
108、408、508‧‧‧電極間隙
110、510、610‧‧‧第三支撐基板
112、512、612‧‧‧第二結合墊
120、520‧‧‧第二支撐基板
122‧‧‧第一結合墊
130、530‧‧‧第一支撐基板
138‧‧‧城堡形結構
140A、140B‧‧‧相對邊緣
141A、141B‧‧‧內端邊緣
150、450‧‧‧電壓可變材料保護空腔
150A、450A‧‧‧第二空腔
150B、450B‧‧‧第一空腔
200、202、204、206、208、302、304、306、308、452、454、458、555、560‧‧‧圖
410、430‧‧‧支撐基板
412、522A、522B‧‧‧結合墊
520A、520B‧‧‧部分
520A-B、522A-B‧‧‧中間層
630A、630B‧‧‧第一基板
630C‧‧‧內表面
550‧‧‧空腔
650‧‧‧電壓材料保護空腔
662A、662B、664A、664B、666A、666B‧‧‧製程
700、800‧‧‧製造方法
702、704、706、708、710、712、714、716、718、802、804、806、808、810、812‧‧‧區塊
現在將參照附圖以舉例的方式來闡述所揭露裝置的具體實施例，在附圖中：圖1A說明根據本發明的電路保護裝置的分解側視圖。
圖1B說明圖1A所繪示電路保護裝置的組件的對應俯視圖。
圖2A說明用於繪示圖1A至圖1B所示電路保護裝置的裝配的各種階段的側剖視圖。
圖2B說明圖2A中所繪示的電性保護裝置的俯視圖。
圖3A說明用於繪示圖2A至圖2B中所繪示的電路保護裝置的最終裝配的側剖視圖。
圖3B說明圖3A中所繪示的電路保護裝置的俯視圖及仰視圖。
圖4說明根據本發明的替代電路保護裝置。
圖5A說明根據本發明的電路保護裝置的分解剖視圖。
圖5B說明用於繪示圖5A中所繪示電性裝置的裝配的各種階段的剖視圖。
圖5C說明圖5A至圖5B中所繪示的電性裝置的最終裝配的剖視圖。
圖6說明圖1A和圖1B中的根據本發明的替代電性裝置的剖視圖。
圖7說明一種製造根據本發明的電路保護裝置的方法的第一流程圖。
圖8說明一種製造根據本發明的電路保護裝置的方法的第二流程圖。
現在將參照其中示出較佳實施例的附圖在下文中更充分地闡述本發明。然而，本發明可實施為諸多不同形式，而不應被視為僅限於本文中所述的實施例。更確切而言，提供該些實施例是為了使此揭露內容將透徹及完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明的範圍。在所有圖式中，相同的數字指代相同的元件。
如本文所述，提供電路保護裝置是為了防禦過度電性應力暫態且所述電路保護裝置被設計成實質上瞬時地(即，理想化地在暫態波達到其峰值之前)做出回應以使過度電性應力暫態在過度電性應力暫態的持續時間內分流而遠離靈敏的電路系統。所述電路保護裝置是由在低的或正常的操作電壓及電流下具有高電阻值來表徵。因應於過度電性應力暫態，所述電路保護裝置實質上瞬時地切換以提供低的電阻值。電路保護裝置的過度電性應力 材料可根據電壓而具有非線性電阻。當過度電性應力威脅已減輕時，電路保護裝置的過度電性應力材料可返回至其高電阻值。電路保護裝置的過度電性應力材料能夠在高電阻狀態與低電阻狀態之間反復切換，使得能夠保護電路不受多個過度電性應力事件損害。電路保護裝置的過度電性應力材料亦能夠在過度電性應力暫態終止時實質上瞬時地恢復至其原始高電阻值。為達成本發明的目的，可根據電壓而展現出非線性電阻或可變電阻的過度電性應力材料將被稱為「電壓可變(voltage variable)」材料。電壓可變材料可包括其中分散有導電性、半導電性、及絕緣性顆粒的聚合物黏合劑。
圖1A說明根據本發明的電路保護裝置100的分解側視圖。圖1B說明圖1A中所繪示的電路保護裝置100的組件的對應俯視圖。在一個實施例中，電路保護裝置100可為具有第一支撐基板130的可表面安裝的電路保護裝置。第一電極102A及第二電極102B可形成於及/或安置於第一支撐基板130上。第一電極102A與第二電極102B可被電極間隙108分隔開。第一電極102A及第二電極102B是由例如銀、鎳、鋁、鉑、金、鋅、及其合金等導電材料形成。第一結合墊122可安置於第一電極102A及第二電極102B上。第一結合墊122可包括形成於第一結合墊122中的第一空腔150B(例如，腔孔或孔隙)。第二支撐基板120可安置於第一結合墊122上。第二支撐基板120可包括形成於第二支撐基板120中的第二空腔150A(例如，腔孔或孔隙)。第一空腔150B及 第二空腔150A中的材料可被移除以形成阱或空腔及/或開放的孔隙。第一空腔150B及第二空腔150A組合於一起可形成電壓可變材料保護空腔150(參見圖2A至圖2B)，電壓可變材料保護空腔150可包括第一空腔150B及第二空腔150A。第一空腔150B的直徑與第二空腔150A的直徑可為實質上相同的大小。
當第一電極102A及第二電極102B形成於及/或安置於第一支撐基板130上時，第一電極102A與第二電極102B彼此分隔開且以「邊緣對邊緣(edge-to-edge)」的方式彼此面對，以形成電極間隙108(亦參見圖2B)。換言之，第一電極102A及第二電極102B變成兩個邊緣對邊緣地面對的電極。在一個實施例中，第一電極102A與第二電極102B可共平面。
電壓可變材料106可安置於第一空腔150B及第二空腔150A內，並電性連接至第一電極102A及第二電極102B。第二結合墊112可安置於第二支撐基板120上。在一個實施例中，第一結合墊122及第二結合墊112可為電性絕緣基板及/或環氧樹脂層。第三支撐基板110可安置於第二結合墊112上。在一個實施例中，第一支撐基板130、第二支撐基板120、及第三支撐基板110包括位於第一支撐基板130、第二支撐基板120、及第三支撐基板110中的每一者的相對邊緣140A、140B(即，與用於容納電壓可變材料106的內側區域相比位於最外側的邊緣)上的城堡形結構138。
應注意，電壓可變材料保護空腔150的大小可為各種預 定大小(例如，深度及/或直徑)。舉例而言，在一個實施例中，電壓可變材料保護空腔150的直徑可為近似0.020英吋。在一個實施例中，電壓可變材料保護空腔150的直徑可為近似0.025英吋或大於0.025英吋。隨著電壓可變材料保護空腔150的大小增大，環繞電壓可變材料106而形成的氣隙亦變大(或氣隙可如在圖4中的電壓可變材料保護空腔450中所更清楚地說明般完全環繞電壓可變材料106)。因此，相較於會增大絕緣電阻(insulation resistance，IR)故障風險的具有較小直徑的電壓可變材料保護空腔150而言，隨著電壓可變材料保護空腔150的直徑增大，絕緣電阻(IR)故障的風險會減小。此外，電壓可變材料保護空腔150的較大直徑使得在仍藉由模板孔隙大小(stencil aperture size)控制電壓可變材料106的沈積的同時為電壓可變材料106的對齊提供更大餘地。
在某些實施例中，電壓可變材料(VVM)106可實質上填充第一電極102A與第二電極102B之間的間隙。所述空腔的一部分可被填充以電壓可變材料106。作為另一選擇，電壓可變材料保護空腔150的一部分可不被填充以電壓可變材料106，以使電壓可變材料106不完全填充或覆蓋形成於電極間隙108上方以及第一電極102A及第二電極102B上方的電壓可變材料保護空腔150。一或多個附加的層或基板可定位於一或多個定位於第一電極102A及第二電極102B上方且用於形成電壓可變材料保護空腔150的層上方。所述一或多個附加的層或基板可包括結合層或黏著層。所述一或多個附加的層或基板可形成電路保護裝置100的蓋。 亦即，所述一或多個附加的層或基板可密封含有電壓可變材料106的電壓可變材料保護空腔150。由於電壓可變材料106可被沈積成不填充電壓可變材料保護空腔150，故所述一或多個附加的層或基板可密封所述空腔以使得在所述一或多個附加的層與沈積於電壓可變材料保護空腔150中的電壓可變材料106之間提供間隙或空間。
所述一或多個附加的層或基板可形成電路保護裝置100的剛性蓋。所述電路保護裝置的剛性蓋可保護含有電壓可變材料106且包括用於分隔電壓可變材料106與所述一或多個附加層的間隙的電壓可變材料保護空腔150的整體性。藉由在電壓可變材料保護空腔150中維持間隙以使電壓可變材料106不完全填充電壓可變材料保護空腔150，電路保護裝置100的效能可得到提高。具體而言，電路保護裝置的絕緣電阻可在多重電壓脈波中得到提高。
在某些實施例中，電壓可變材料保護空腔150可具有為0.020英吋或大於0.020英吋(例如，0.025英吋)的直徑。在某些實施例中，電壓可變材料106可沈積於第一電極102A及第二電極102B的間隙上方及電壓可變材料保護空腔150中作為薄的層(例如，作為具有為0.006英吋或低於0.006英吋的厚度(例如，為0.002英吋的厚度)的薄模板層)。在某些實施例中，電壓可變材料106定位於第一電極102A與第二電極102B之間的電極間隙108中及電壓可變材料保護空腔150中，且不定位於第一電極102A及第二 電極102B下方。在某些實施例中，電壓可變材料106不填充電壓可變材料保護空腔150，而是在電壓可變材料106與電壓可變材料保護空腔150的壁(由定位於第一電極102A及第二電極102B上方的所述一或多個層形成)及電壓可變材料保護空腔150的剛性蓋(由定位於所述空腔上方的所述一或多個附加的層或基板形成)之間提供間隙或空間。
此外，在某些實施例中，第一結合墊122及第二結合墊112可包括位於第一結合墊122及第二結合墊112的相對邊緣140A、140B上的城堡形結構138。在一個實施例中，位於第一支撐基板130、第二支撐基板120、第三支撐基板110、第一結合墊122、及第二結合墊112的相對邊緣140A、140B上的城堡形結構138可藉由鑽孔製程(drilling process)而形成。由於電路保護裝置100的各個層彼此堆疊於一起，故電路保護裝置100的每一層的城堡形結構138可實質上相同，且因此所截出的形狀跨越所述層中的每一者而對齊。
相對邊緣140A、140B可位於第一支撐基板130、第二支撐基板120、第三支撐基板110、第一結合墊122、及第二結合墊112的縱向端處。位於相對邊緣140A、140B上的城堡形結構138可藉由鑽孔而形成。例如第一支撐基板130、第二支撐基板120、第三支撐基板110、第一結合墊122、及第二結合墊112的相對邊緣140A、140B等縱向端可例如藉由光刻製程或其他鍍覆方式而鍍覆有銅或其他導電材料(或金屬)，以便於對裝配後的電路保護裝 置100的第一電極102A與第二電極102B進行電性連接。裝配後的電路保護裝置100的第一電極102A及第二電極102B可連接至外側終端104(在圖1A中被各別地示出為外側終端104A及104B)，外側終端104可部分地包繞於電路保護裝置100的相對端周圍。
外側終端104A及104B可與第一電極102A及第二電極102B物理接觸及電性接觸。在一個實施例中，外側終端104A可與第一電極102A物理接觸及電性接觸且另一個外側終端104B可與第二電極102B單獨地物理接觸及電性接觸。在替代實施例中，外側終端104A及104B可為一個耦合至第一電極102A及第二電極102B二者的單個終端。
在某些實施例中，由於外側終端104A及104B可包繞於電路保護裝置100的一部分周圍進而使得電路保護裝置100對稱，故電路保護裝置100可藉由任一側而裝設至印刷電路(printed circuit，PC)板。此對常常難以在印刷電路板上取向的較小的裝置而言是有益的。
此外，圖1A至圖1B中所繪示的電路保護裝置100藉由具有第三支撐基板110(例如，剛性蓋)而提供更穩健的設計之益處。第三支撐基板110當在可於電路保護裝置100的裝配及/或運作期間發生的結合(bonding)及/或壓製(pressing)操作期間，安置於或定位於電壓可變材料106上方/之上時，可免於接觸或壓縮電壓可變材料106。藉由防止第三支撐基板110接觸及/或壓縮電壓可 變材料106，電路保護裝置100可展現出減小的絕緣電阻故障或絕緣電阻變化。另一益處在於對絕緣電阻反復地暴露至例如來自由其他電子組件或電性組件的運作所誘發的電磁脈波、靜電放電等的脈波的此一狀況的改善。
圖2A說明用於繪示電路保護裝置100的裝配階段的側剖視圖。圖2B說明圖2A中所繪示的電路保護裝置100的對應的立體俯視圖。更具體而言，圖2A至圖2B說明電路保護裝置100的各種圖200、圖202、圖204、圖206、及圖208。如本文中所示，圖2A至圖2B繪示電路保護裝置100的裝配的各種階段。圖200是部分地裝配後的、無電壓可變材料保護空腔150的電路保護裝置100。圖206可對應於側視圖200的俯視圖。圖202可示出電壓可變材料保護空腔150的形成。圖204可示出電壓可變材料106在電壓可變材料保護空腔150內的位置。圖208可對應於側視圖204的俯視圖。
圖200說明裝配的階段，其繪示第二支撐基板120及第一結合墊122層疊至形成於及/或安置於第一支撐基板130上的第一電極102A及第二電極102B上。在一個實施例中，在第一電極102A及第二電極102B可結合於及/或形成於第一支撐基板130上之後，可進行結合或壓製操作以將第一電極102A及第二電極102B結合至具有第一結合墊122的第二支撐基板120。當第一電極102A及第二電極102B形成於及/或安置於第一支撐基板130上時，可使第一電極102A與第二電極102B彼此分隔開並以「邊緣對邊緣」 的方式彼此面對，以形成電極間隙108。換言之，第一電極102A及第二電極102B可變為兩個邊緣對邊緣地面對的電極。
如圖1A至圖1B及圖2A至圖2B所示，電極間隙108亦可形成電壓可變材料保護空腔150的底部部分。可在第一電極102A及第二電極102B之間形成電極間隙108。在一個實施例中，藉由光刻/電解沈積製程來形成電極間隙108。第一電極102A與第二電極102B可共平面，其中電極間隙108產生阱或空腔。在某些實施例中，電極間隙108可具有幾何構造及維度以使得電壓可變材料106的至少一部分可放置於電極間隙108中。
可在單獨地安置於支撐基板(例如，第一支撐基板130)上的兩個邊緣對邊緣地面對的電極(例如，第一電極102A與第二電極102B)之間形成電極間隙108。第一電極102A及第二電極102B的內端邊緣141A、141B形成主動電極區域。第一電極102A及第二電極102B可佔據相對大的平面區域，其中第一電極102A的主動區域及第二電極102B的主動區域用作所述電極的與電壓可變材料106接觸的部分。此外，為了獲得對某些應用而言恰當的電壓分流，第一電極102A及第二電極102B的內端邊緣141A、141B之間的電極間隙108可為預先確定的，根據製造規格而界定的、及/或實質上為兩(2)密耳或三(3)密耳(密耳為千分之一英吋)。使用傳統光刻/電解沈積製程而將第一電極102A及第二電極102B施加至第一支撐基板130的表面中的一者。為了確保在第一電極102A及第二電極102B與第一支撐基板130之間存在良好 的連接，首先清潔第一支撐基板130。此外，在電路保護裝置100的裝配操作之前，可首先清潔第一支撐基板130、第二支撐基板120、及第三支撐基板110。
用作第一支撐基板130的較佳材料包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷。被固化至C階段的FR-4環氧樹脂尤佳。此外，第一支撐基板130、第二支撐基板120、及第三支撐基板110可為FR-4且兩側上均未覆有銅(Cu)。可施加光阻劑材料至第一支撐基板130的表面。施加模板或遮罩至所述光阻劑材料並固化或顯影(develop)未被遮罩的材料。可剝離並清洗掉覆蓋所述表面的部分以接納第一電極102A及第二電極102B的光阻劑材料(即，未被固化的材料)。施加第一電極102A及第二電極102B至第一支撐基板130的被暴露出的內表面。較佳地，可藉由電解沈積而將銅(Cu)施加至第一支撐基板130的表面。然而，應理解，可使用例如銀、鎳、鋁、鉑、金、鋅、及其合金等若干種導電材料(例如，金屬)來形成第一電極102A及第二電極102B。在第一電極102A及第二電極102B被施加至第一支撐基板130之後，可藉由將所存留的被固化的光阻劑材料暴露至化學浴(chemical bath)而移除所述所存留的被固化的光阻劑材料。
圖202及圖206說明裝配的下一階段，其繪示電壓可變材料保護空腔150的形成。圖202及圖206中所繪示的裝配階段可為圖200中所繪示的裝配階段之後的階段。可藉由移除第一結合墊122的部分及第二支撐基板120的部分來形成電壓可變材料 保護空腔150。舉例而言，可藉由對第二支撐基板120的及第一結合墊122的層疊於第一電極102A及第二電極102B上的部分挖孔而形成電壓可變材料保護空腔150。藉由自第一結合墊122及第二支撐基板120移除材料，空腔或孔(即，電壓可變材料保護空腔150)被形成。
圖204及對應圖208示出圖202及對應圖206中所示的裝配階段之後的又一裝配階段。如圖204及圖208中所示，可沈積電壓可變材料106的至少一部分於電壓可變材料保護空腔150中及電極間隙108內。在電路保護裝置100的任何結合、壓製、及/或裝配期間，電壓可變材料保護空腔150防止電壓可變材料106被沈積至電壓可變材料保護空腔150及電極間隙108內之後受到壓製。電壓可變材料106可定位於第一電極102A及第二電極102B上方。
作為在第一結合墊122的部分及第二支撐基板120的部分皆層疊於第一電極102A及第二電極102B以及第一支撐基板130頂部之後，藉由移除第一結合墊122的所述部分及第二支撐基板120的所述部分來形成電壓可變材料保護空腔150的另一選擇，可在第二支撐基板120的部分及第一結合墊122的部分層疊至第一電極102A及第二電極102B上之前，藉由對第二支撐基板120的所述部分及第一結合墊122的所述部分挖孔來形成電壓材料保護空腔。由此，電壓可變材料106的沈積可在第二支撐基板120及第一結合墊122被裝配至第一電極102A及第二電極102B 上之前及/或與其同時，藉由模板印刷(stencil printing)而發生及/或可藉由模板印刷而沈積。
如本文所述，圖200、圖202、圖204、圖206、及圖208旨在強調電路保護裝置100的不同裝配階段的某些細節。舉例而言，藉由對電極間隙108填充具有預定大小的絕緣性、導電性、或半導電性顆粒的電壓可變材料106，電壓可變材料106的特性會與電極間隙108的間隔相結合地藉由電阻的變化來提供過度電性應力保護。舉例而言，電壓可變材料106的電阻可根據變化的電壓位準而變化，例如在電壓較低時具有高的電阻、而當電壓增大時具有較低的電阻。以此種方式，電壓可變材料106可分流過大電壓或過大電流的一部分，藉此保護電路及其組件。威脅暫態的主要部分可朝威脅的來源向回反射。被反射的暫態波被所述來源衰減、被輻射開來、或被重新導向而返回至突波保護(surge protection)裝置，所述突波保護裝置以每一返回脈波作出回應直至威脅能量被降至安全水準為止。
電極間隙108及電壓可變材料保護空腔150使得電壓可變材料106能夠被定位成在結合及/或壓製結合有第二結合墊112的第三支撐基板110時，消除或減少任何接觸、壓力、或壓縮。換言之，例如第一空腔150B等保護空腔在任何結合或壓製裝配操作期間、及/或任何隨後的製程期間防止電壓可變材料106受到壓製。
圖3A說明用於繪示根據本發明的電路保護裝置100的最 終裝配的側剖視圖。圖3B說明完整裝配後的電路保護裝置100的俯視圖及仰視圖。更具體而言，圖3A至圖3B說明電路保護裝置100的各種圖302、圖304、圖306、及圖308。圖302繪示例如電路保護裝置100的剛性蓋(包括第二結合墊112)等第三支撐基板110的側剖視圖。圖304繪示裝配後的電路保護裝置100的側剖視圖，所述裝配後的電路保護裝置100具有例如定位於電壓可變材料保護空腔150上方且結合至第二支撐基板120的剛性蓋(包括第二結合墊112)等第三支撐基板110。圖306繪示裝配後的電路保護裝置100的俯視圖且示出第三支撐基板110及位於相對邊緣140A、140B上的城堡形結構。圖308繪示裝配後的電路保護裝置100的仰視圖且示出底部基板(例如，第一支撐基板130)以及位於相對邊緣140A、140B上的城堡形結構138。如本文所述，圖302、圖304、圖306、及圖308旨在強調最終裝配後的電路保護裝置100的某些細節。
可進行結合及/或壓製操作，以將第三支撐基板110結合至第二結合墊112。可使用結合材料並可將所述結合材料預固化成第三支撐基板110。第三支撐基板110形成「剛性蓋(rigid cover)」且結合至具有第一結合墊122的第二支撐基板120。藉由第三支撐基板110及第二結合墊112而形成的第三支撐基板110(例如，剛性蓋)覆蓋電壓可變材料保護空腔150且在任何結合或壓製裝配操作、及/或例如電路保護裝置100的使用或操作等任何隨後的製程期間進一步防止電壓可變材料106受到壓製。在一個實施例中， 第一空腔150B及第二空腔150A(如圖1A至圖1B所示)一起形成用於在任何結合或壓製裝配操作、及/或任何隨後的製程或操作期間防止電壓可變材料106受到壓製的電壓可變材料保護空腔150。
圖4說明根據本發明的替代電路保護裝置400。圖4說明電路保護裝置400的各種部分的各種圖。舉例而言，圖452示出電路保護裝置400的底部層。圖458示出裝配後的電路保護裝置400的側視圖。圖454示出定位於電路保護裝置400的底部層上方以形成圖458中所繪示的最終裝配後的電路保護裝置400的各種材料、層、或組件。
如圖4所示，圖452示出電路保護裝置400的具有支撐基板430、第一電極402A及第二電極402B、以及電極間隙408的裝配後的底部部分。
圖454示出起到剛性蓋作用的支撐基板410、結合墊412、及電壓可變材料406。電壓可變材料406可沈積於第一電極402A及第二電極402B上方。如圖458中所示，支撐基板410及結合墊412可接著定位於電壓可變材料406以及第一電極402A及第二電極402B上方。
結合墊412及支撐基板410可結合/壓製至支撐基板430上。
第一電極402A及第二電極402B是由導電材料形成。電極間隙408是藉由以與第二電極402B「邊緣對邊緣」的方式放置 第一電極402A所形成。電極間隙408可藉由光刻/電解沈積製程而形成。
結合墊412可安置於第一電極402A及第二電極402B上。電路保護裝置400可具有一個結合墊。結合墊412中可界定有第一空腔450B，且結合墊412可安置於及結合於及/或壓製於支撐基板430上。在一個實施例中，第一空腔450B中的材料可被移除以形成腔孔或開放的孔隙。
支撐基板410中可界定有第二空腔450A。如圖458所示，支撐基板410可具有實質上為扁平的頂部部分及具有彎曲的或拱形的區段的底面，所述底面下定位有電壓可變材料406。支撐基板410形成「剛性蓋」並結合至結合墊412。如圖458中所示，第二空腔450A中的材料可被移除以形成阱或空腔及/或開放的孔隙。
電壓可變材料406可安置於支撐基板430上、結合墊412的第一空腔450B內、並電性連接至第一電極402A及第二電極402B。支撐基板410的底面的構形可減少或防止電壓可變材料406在任何結合或壓製裝配操作、及/或任何隨後的製程期間受到壓製。
如圖4所示，覆蓋電壓可變材料406的支撐基板410的底面的構形在繼續於電壓可變材料406與支撐基板410之間提供間隙的同時，與電壓可變材料406實質上共形。第一空腔450B及第二空腔450A共同地形成電壓可變材料保護空腔450，由於電壓可變材料保護空腔450在支撐基板410與具有拱形形狀或圓頂形形狀的電壓可變材料406的形狀一致時，形成拱形形狀或圓頂形 形狀，故電壓可變材料保護空腔450可被稱為「拱形空腔(arch cavity)」。
電壓可變材料保護空腔450包括當支撐基板410安置於第一基板上時，界定於電壓可變材料406與支撐基板410之間的中空空間。支撐基板410可與所沈積的電壓可變材料406的形狀實質上一致，進而形成電壓可變材料保護空腔450的拱形空腔，所述拱形空腔具有實質上為拱形的或圓頂形的形狀。
電路保護裝置400可包括外側終端404A及404B，外側終端404A及404B包繞於電路保護裝置400的相對端周圍。外側終端404A及404B可分別與第一電極402A及第二電極402B物理接觸及電性接觸。由於包繞在周圍的外側終端404使電路保護裝置400對稱，故電路保護裝置400可藉由任一側而裝設至印刷電路板。此對常常難以在印刷電路板上取向的較小的裝置而言是有益的。
圖5A說明用於繪示根據本發明的電路保護裝置500的層疊於一起的組件的分解側剖視圖。圖5B說明電路保護裝置500的裝配。圖5C說明完整裝配後的電路保護裝置500的側視圖。
圖560示出電壓可變材料506的沈積且圖555示出與電路保護裝置500的其他組件有關的被沈積的電壓可變材料506。如圖5A及圖5B所示，第三支撐基板510及第二結合墊512被結合及/或壓製於一起。此外，中間層520A-B及522A-B被結合至定位於第一支撐基板530上的第一電極502A及第二電極502B上。中 間層520A-B及522A-B的定位可形成空腔(例如，電壓材料保護空腔550)。中間層520A-B可為基板。中間層522A-B可為結合層。如圖5A及圖5B所進一步示出，第三支撐基板510及第二結合墊512可被放置於及/或安置於中間層520A-B及522A-B的頂部上。電壓可變材料506可沈積於空腔550中。與電路保護裝置100相比，中間層520A-B及522A-B是由兩個未連接於一起的區段形成。換言之，中間層520A-B是由兩個分隔開的部分520A及520B形成，而另一中間層522A-B是由兩個分隔開的結合墊522A及522B形成。
使用光刻或電解沈積製程可將第一電極502A及第二電極502B施加至第一支撐基板530。為了確保在第一電極502A及第二電極502B與第一支撐基板530之間存在良好的連接，首先清潔第一支撐基板530。此外，在電路保護裝置500的裝配操作之前，可首先清潔第一支撐基板530、第二支撐基板520、及第三支撐基板510。
用作第一支撐基板530的較佳材料包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷。被固化至C階段的FR-4環氧樹脂尤佳。此外，第一支撐基板530、第二支撐基板520、及第三支撐基板510可為FR-4且兩側上均未覆有銅(Cu)。可施加光阻劑材料至第一支撐基板530的表面上。施加模板或遮罩至所述光阻劑材料並固化或顯影未被遮罩的材料。可剝離並清洗掉覆蓋所述表面的部分以接納第一電極502A及第二電極502B的光阻劑材料(即，未被固化 的材料)。
接著施加第一電極502A及第二電極502B至第一支撐基板530的被暴露出的內表面。較佳地，藉由電解沈積將銅(Cu)施加至第一支撐基板530的表面。然而，應理解，可使用例如銀、鎳、鋁、鉑、金、鋅、及其合金等若干種導電材料來形成第一電極502A及第二電極502B。在第一電極502A及第二電極502B被施加至第一支撐基板530之後，藉由將所存留的被固化的光阻劑材料暴露至化學浴而移除所述所存留的被固化的光阻劑材料。第一電極502A及第二電極502B結合於及/或形成於第一支撐基板530上。
可在第一電極502A與第二電極502B之間形成電極間隙508。在一個實施例中，藉由光刻/電解沈積製程來形成電極間隙508。第一電極502A與第二電極502B可共平面且電極間隙508形成阱或空腔。電極間隙508(例如，第一電極502A與第二電極502B之間的阱或空腔)應具有幾何構造及維度以使電壓可變材料506的至少一部分可放置於電極間隙508中。在一個實施例中，電極間隙508是當第一電極502A及第二電極502B被施加至第一支撐基板530時形成的。
電壓可變材料506可沈積於在中間層520A-B與522A-B之間以及第三支撐基板510及第二結合墊512下方形成的電壓材料保護空腔550中。電壓可變材料506的一部分可被接納及安置於電極間隙508中。電壓可變材料506當被安置於電極間隙508 中時電性連接第一電極502A與第二電極502B。所述沈積可藉由模板印刷而發生。兩個分隔開的部分520A及520B可對稱地對齊且結合至兩個結合墊522A及522B上。
電壓可變材料506可在兩個分隔開的部分520A及520B對稱地對齊且結合至兩個結合墊522A及522B上之前、期間、及/或之後，及/或在兩個分隔開的部分520A及520B以及兩個結合墊522A及522B被結合或壓製至第一電極502A的及第二電極502B的以及第一支撐基板530的最外側區段上之前、期間、及/或之後沈積於電極間隙508及電壓材料保護空腔550中。
電壓材料保護空腔550使得電壓可變材料506能夠定位成在結合及/或壓製第三支撐基板510(結合有第二結合墊512)時消除或減少任何接觸、壓力、或壓縮。換言之，電壓材料保護空腔550在任何結合及/或壓製裝配操作期間、及/或任何隨後的製程期間防止電壓可變材料506受到壓製或壓縮。
電路保護裝置500可包括外側終端504A及504B，外側終端504A及504B包繞於電路保護裝置500的相對端的周圍。外側終端504A及504B分別與第一電極502A及第二電極502B物理接觸及電性接觸。由於包繞在周圍的外側終端504A及504B使得電路保護裝置500對稱，故電路保護裝置500可藉由任一側而裝設至印刷電路板。此對常常難以在印刷電路板上取向的較小的裝置而言是有益的。
圖6說明根據本發明的又一替代的電路保護裝置600的 裝配的剖視圖。製程662A-662B、664A-664B、及666A-666B說明電路保護裝置600的各種組件的裝配。可根據所期望偏好及/或製造商偏好來進行本文中所提供的製程中的每一者。
在製程662A-662B中，可安置第三支撐基板610於第二結合墊612上。第三支撐基板610及第二結合墊612可形成剛性蓋。
在製程664A-664B中，使用傳統光刻/電解沈積製程而將第一電極602A及第二電極602B施加至兩個第一基板630A及630B的表面中的一者。第一電極602A及第二電極602B對稱地對齊且安置於所述兩個第一基板630A及630B上。為了確保在第一電極602A及第二電極602B與所述兩個第一基板630A及630B之間存在良好的連接，首先清潔所述兩個第一基板630A及630B。此外，在電路保護裝置600的裝配操作之前，可首先清潔所述兩個第一基板630A及630B、第二支撐基板、及第三支撐基板610。
所述兩個第一基板630A及630B包括固定、結合、及/或壓製至所述兩個第一基板630A及630B的底部部分(例如，第三支撐基板610)上的外側終端604。外側終端604可在寬度、深度、維度、及幾何構造上與所述兩個第一基板630A及630B對等，及/或具有與所述兩個第一基板630A及630B不同的寬度、深度、維度、及幾何構造。舉例而言，外側終端604具有扁平的、平面的、矩形的幾何形狀。在一個實施例中，所述兩個第一基板630A及630B中的每一者定位於外側終端604的外側邊緣上以使得所述 兩個第一基板630A及630B中的每一者的一部分延伸超出外側終端604的外側邊緣或區段。兩個第一基板630A與630B彼此共平面，且外側終端604與兩個第一基板630A及630B不共平面。因此，在兩個第二支撐基板被結合至外側終端604上之後，在所述兩個第二支撐基板之間形成電壓材料保護空腔650。接下來，可將電壓可變材料606的至少一部分沈積於電壓材料保護空腔650中。所述沈積可藉由模板印刷而發生。電壓可變材料606電性連接第一電極602A與第二電極602B。電壓材料保護空腔650與第一電極602A及第二電極602B以及所述外側終端物理接觸及電性接觸。
用作第一基板630A及630B的較佳材料包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷。被固化至C階段的FR-4環氧樹脂尤佳。此外，第一基板630A及630B、第二支撐基板、及第三支撐基板610可為FR-4且兩側上均未覆有銅(Cu)。可施加光阻劑材料至第一基板630A及630B的表面。施加模板或遮罩至所述光阻劑材料並固化或顯影未被遮罩的材料。剝離並清洗掉覆蓋所述表面的部分以接納第一電極602A及第二電極602B的光阻劑材料(即，未被固化的材料)。接著施加第一電極602A及第二電極602B至第一基板630A及630B的被暴露出的內表面630C。較佳地，藉由電解沈積而將銅(Cu)施加至第一基板630A及630B的表面。然而，應理解，可使用例如銀、鎳、鋁、鉑、金、鋅、及其合金等若干種導電材料來形成第一電極602A及第二電極602B。在第一電極 602A及第二電極602B被施加至第一支撐基板之後，藉由將所存留的被固化的光阻劑材料暴露至化學浴而移除所述所存留的被固化的光阻劑材料。第一電極602A及第二電極602B結合於及/或形成於第一基板630A及630B上。
在製程666A-666B中，將第三支撐基板610及第二結合墊612結合及/或壓製至第一電極602A及第二電極602B上。在製程666A-666B中，電壓可變材料在電壓材料保護空腔650中被定位成在將結合有第二結合墊612的第三支撐基板610結合及/或壓製至第一電極602A及第二電極602B上時，消除任何接觸、壓力、或壓縮。換言之，電壓材料保護空腔650在任何結合或壓製配置操作期間、及/或任何隨後的製程期間防止電壓可變材料606受到壓製。
由於包繞在周圍的外側終端604使電路保護裝置600對稱，故電路保護裝置600可藉由任一側而裝設至印刷電路板。此對常常難以在印刷電路板上取向的較小的裝置而言是有益的。
圖7說明根據本發明的電路保護裝置的製造方法700的實施例的流程圖。製造方法700起始於區塊702。舉例而言，藉由說明，可使用圖7所示的製造方法來製造電路保護裝置100、電路保護裝置500、及/或電路保護裝置600。製造方法700移動至區塊704。在區塊704中，提供第一支撐基板。接下來，在區塊706中，製造方法700提供形成於第一支撐基板上的第一電極及第二電極，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成。在區塊708 中，製造方法700提供安置於第一電極及第二電極上的第一結合墊，所述第一結合墊中形成有第一空腔。在區塊710中，製造方法700提供安置於第一結合墊上的第二支撐基板，所述第二支撐基板中形成有第二空腔。所述第一空腔與所述第二空腔可對齊且可形成單個較大的空腔。在區塊712中，製造方法700提供安置於第一空腔及第二空腔內並電性連接至第一電極及第二電極的電壓可變材料。
在區塊714中，製造方法700提供安置於第二支撐基板上的第二結合墊。在區塊716中，製造方法700提供安置於第二結合墊上的第三支撐基板。製造方法700可結束於區塊718。
圖8說明根據本發明的電路保護裝置的製造方法800的實施例的流程圖。舉例而言，藉由說明，可使用圖8所示的製造方法來製造電路保護裝置400及/或電路保護裝置500。製造方法800起始於區塊802。製造方法800移動至區塊804。在區塊804中，製造方法800提供第一支撐基板。在區塊806中，製造方法800提供形成於第一支撐基板上的第一電極及第二電極，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成。在區塊808中，製造方法800提供其中界定有空腔且安置於第一基板上的第二支撐基板。在區塊810中，製造方法800提供電壓可變材料，所述電壓可變材料安置於第一基板上及第二支撐基板的空腔內並電性連接至第一電極及第二電極。製造方法800可結束於區塊812。
儘管本發明提及了某些實施例，然而可對所闡述的實施 例作出諸多潤飾、變更及變化，而此並不背離由隨附申請專利範圍所界定的本發明的領域及範圍。因此，旨在使本發明並非僅限於所闡述的實施例，而是具有由以下申請專利範圍、及其等效範圍的語言所界定的全部範圍。

Claims (19)

  1. 一種電路保護裝置，包括：第一支撐基板；第一電極及第二電極，形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；第一結合墊，安置於所述第一電極及所述第二電極上，所述第一結合墊中形成有第一空腔；第二支撐基板，安置於所述第一結合墊上，所述第二支撐基板中形成有第二空腔；電壓可變材料，安置於所述第一空腔及所述第二空腔內，並電性連接至所述第一電極及所述第二電極；第二結合墊，安置於所述第二支撐基板上；以及第三支撐基板，安置於所述第二結合墊上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一電極與所述第二電極共平面，具有將所述第一電極與所述第二電極分隔開的間隙。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電路保護裝置，其中所述電壓可變材料的至少一部分延伸至在所述第一電極與所述第二電極之間進行分隔的所述間隙中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一電極及所述第二電極是由選自包括銅、銀、鎳、鋁、鉑、金、及鋅的群組的金屬形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及所述第三支撐基板包括位於所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及所述第三支撐基板中的每一者的相對邊緣上的城堡形結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一結合墊及所述第二結合墊包括位於所述第一結合墊的及所述第二結合墊的相對邊緣上的城堡形結構。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及所述第三支撐基板是由選自包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷的群組的電性絕緣材料形成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電路保護裝置，其中所述第一電極及所述第二電極包括一對外側終端，所述一對外側終端適於連接至電路，所述一對外側終端電性連接至所述第一電極及所述第二電極。
  9. 一種用於形成電路保護裝置的方法，包括：提供第一支撐基板；提供第一電極及第二電極，所述第一電極及所述第二電極形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；提供第一結合墊，所述第一結合墊安置於所述第一電極及所述第二電極上，所述第一結合墊中形成有第一空腔； 提供第二支撐基板，所述第二支撐基板安置於所述第一結合墊上，所述第二支撐基板中形成有第二空腔；提供電壓可變材料，所述電壓可變材料安置於所述第一空腔及所述第二空腔內並電性連接至所述第一電極及所述第二電極；提供第二結合墊，所述第二結合墊安置於所述第二支撐基板上；以及提供第三支撐基板，所述第三支撐基板安置於所述第二結合墊上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的用於形成電路保護裝置的方法，更包括在所述第一電極與所述第二電極之間提供間隙，其中所述電壓可變材料的至少一部分延伸至所述間隙中。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的用於形成電路保護裝置的方法，其中所述第一電極及所述第二電極是由選自包括銅、銀、鎳、鋁、鉑、金、鋅、及其合金的群組的金屬形成，且所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及所述第三支撐基板是由選自包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷的群組的電性絕緣材料形成。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的用於形成電路保護裝置的方法，更包括：在所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及所述第三支撐基板中的每一者的相對邊緣上提供城堡形結構；以及在所述第一結合墊及所述第二結合墊的相對邊緣上提供城堡形結構。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的用於形成電路保護裝置的方法，更包括提供適於連接至電路的一對外側終端，所述一對外側終端分別電性連接至所述第一電極及所述第二電極。
  14. 一種用於電路保護的裝置，包括：第一支撐基板；第一電極及第二電極，形成於所述第一支撐基板上，所述第一電極及所述第二電極是由導電材料形成；第二支撐基板，所述第二支撐基板中界定有空腔且所述第二支撐基板安置於所述第一支撐基板上；以及電壓可變材料，安置於所述第一支撐基板上及所述第二支撐基板的所述空腔內，其中所述電壓可變材料電性連接至所述第一電極及所述第二電極，其中所述第一電極與所述第二電極被間隙分隔開，所述間隙被配置成接納所述電壓可變材料的至少一部分，其中所述空腔是拱形空腔，當所述第二支撐基板安置於所述第一支撐基板上時，所述空腔具有界定於所述電壓可變材料與所述第二支撐基板之間的中空空間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的用於電路保護的裝置，其中所述電壓可變材料的至少一部分延伸至所述第二支撐基板的所述空腔中，所述空腔具有環繞所述電壓可變材料的至少一部分的氣隙。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的用於電路保護的裝置，其中所述第二支撐基板的所述空腔被配置成使所述電壓可變材料不被所述第二支撐基板接觸及壓縮。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的用於電路保護的裝置，其中所述第一支撐基板及所述第二支撐基板是由選自包括FR-4環氧樹脂、聚醯亞胺、及陶瓷的群組的電性絕緣材料形成。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的用於電路保護的裝置，其中所述第一支撐基板包括一對外側終端，所述一對外側終端適於連接至電路，所述一對外側終端電性連接至所述第一電極及所述第二電極。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的用於電路保護的裝置，更包括位於所述第一支撐基板、所述第二支撐基板、及第三支撐基板中的每一者的相對邊緣上的一或多個城堡形結構。
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