用于ESD保护的垂直切换的构造.pdf

公开了用于ESD保护的垂直切换的构造。此处所公开的实施例一般涉及使用电压可切换的介电材料来实现针对ESD及其他过电压事件的垂直和/或双切换保护的结构、方法以及设备。

权利要求书1.  一种包含在衬底中的垂直切换的电压可切换介电材料(VSDM)构造，所述VSDM构造包括：a.布置在所述衬底的第一水平层中的第一导电元件和布置在所述衬底的第二水平层中的第二导电元件，所述第二水平层不同于所述第一水平层；b.具有特征电压和垂直厚度的VSDM结构，所述VSDM结构布置在所述衬底的第三水平层中，所述第三水平层不同于所述第一水平层和所述第二水平层；以及c.至少部分地嵌入在所述衬底中的电路元件，所述电路元件具有阻抗；以及d.其中，所述VSDM结构适用于变得跨其垂直厚度基本上导电，并响应于超出所述特征电压的ESD脉冲，在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间传导电流。2.  如权利要求1所述的构造，其中，所述第一导电元件是分层互连、Z轴导电带、银浆、铜浆、涂银的铜层、碳层、导电环氧树脂、导电聚合物、电极、衬垫、引线、迹线、通道、线路或信号层。3.  如权利要求1所述的构造，其中，所述垂直厚度小于2密耳。4.  如权利要求1所述的构造，其中，所述衬底是PCB、单层PCB或多层PCB的组，半导体器件封装、LED衬底、集成电路(IC)衬底、中介层、连接两个或更多电子组件、器件或衬底的平台、堆叠的封装格式、中介层、晶片级别封装、封装内的封装、系统中封装，或至少两个封装或衬底的堆叠的组合。5.  如权利要求1所述的构造，还包括电子设备。6.  如权利要求5所述的构造，其中，所述电子设备是移动电话、平板电脑、电子阅读器、移动计算机、台式计算机、服务器计算机、电视机、视频显示器、音乐播放器、个人健康管理设备、发光二极管(LED)、包括至少一个LED的设备或发光模块。7.  如权利要求1所述的构造，其中，所述电路元件包括下列各项中的至少一项：电阻器、感应器、电容器、铁性体电路元件、铁性体VSDM电路元件、二极管、晶体管、过滤器，或具有阻抗的分层互连。8.  一种包括衬底和垂直切换的电压可切换介电材料(VSDM)构造的电子设备，所述VSDM构造被包含在所述衬底中，所述衬底包括三个不同的水平层，所述VSDM构造包括：a.布置在所述第一水平层中的第一导电元件和布置在所述第二水平层中的第二导电元件；b.具有特征电压和垂直厚度的VSDM结构，所述VSDM结构布置在所述第三水平层中；以及c.至少部分地嵌入在所述衬底中的电路元件，所述电路元件具有阻抗；以及d.其中，所述VSDM结构适用于变得跨其垂直厚度基本上导电，并响应于超出所述特征电压的ESD脉冲，在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间传导电流，所述VSDM构造向所述电子设备提供ESD保护。9.  如权利要求8所述的电子设备，其中，所述电子设备是移动电话、平板电脑、电子阅读器、移动计算机、台式计算机、服务器计算机、电视机、视频显示器、音乐播放器、个人健康管理设备、发光二极管(LED)、包括至少一个LED的设备、发光模块、卫星，或航空仪表。10.  如权利要求8所述的电子设备，其中，所述第一导电元件是分层互连、Z轴导电带、银浆、铜浆、涂银的铜层、碳层、导电环氧树脂、导电聚合物、电极、衬垫、引线、迹线、通道、线路或信号层。11.  如权利要求8所述的电子设备，其中，所述垂直厚度小于2密耳。12.  如权利要求8所述的电子设备，其中，所述衬底是PCB、单层PCB或多层PCB的组，半导体器件封装、LED衬底、集成电路(IC)衬底、中介层、连接两个或更多电子组件、器件或衬底的平台、堆叠 的封装格式、中介层、晶片级别封装、封装内的封装、系统中封装，或至少两个封装或衬底的堆叠的组合。13.  如权利要求8所述的电子设备，其中，所述电路元件包括下列各项中的至少一项：电阻器、感应器、电容器、铁性体电路元件、铁性体VSDM电路元件、二极管、晶体管、过滤器，或具有阻抗的分层互连。14.  一种垂直切换的电压可切换电介质(VSD)材料结构，包括：a.第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件和所述第二导电元件布置在第一水平层中；b.布置在第二水平层中的分层互连；c.将所述第二导电元件连接到所述分层互连的第三导电元件；以及d.布置在第三水平层中的VSD材料的构造，所述VSD材料的构造具有跨在所述第一导电元件和所述分层互连之间形成的垂直间隙的特征电压；e.其中，所述VSD材料的构造适用于响应于超出所述特征电压的ESD脉冲而跨所述垂直间隙垂直地切换。15.  如权利要求14所述的结构，其中，所述第一导电元件是分层互连、Z轴导电带、银浆、铜浆、涂银的铜层、碳层、导电环氧树脂、导电聚合物、电极、衬垫、引线、迹线、通道、线路或信号层。16.  如权利要求14所述的结构，其中，所述垂直间隙小于2密耳。17.  如权利要求14所述的结构，其中，所述结构被包含在衬底中。18.  如权利要求17所述的结构，其中，所述衬底是PCB、单层PCB或多层PCB的组，半导体器件封装、LED衬底、集成电路(IC)衬底、中介层、连接两个或更多电子组件、器件或衬底的平台、堆叠的封装格式、中介层、晶片级别封装、封装内的封装、系统中封装，或至少两个封装或衬底的堆叠的组合。19.  如权利要求14所述的结构，其中，所述结构包括在电子设备内。20.  如权利要求19所述的结构，其中，所述电子设备是移动电话、平板电脑、电子阅读器、移动计算机、台式计算机、服务器计算机、电视机、视频显示器、音乐播放器、个人健康管理设备、发光二极管(LED)、包括至少一个LED的设备或发光模块。

说明书用于ESD保护的垂直切换的构造
技术领域
此处所公开的实施例一般涉及使用电压可切换的介电材料来实现针对ESD及其他过电压事件的垂直切换保护的结构、方法以及设备。
背景技术
电子设备常常是通过组装并连接各种组件(例如，集成电路、无源组件、芯片等等，下面简称为“芯片”)而制成的。许多组件，特别是半导体，对在所谓的过电压状态下向设备施加过量电压的杂散电气事件敏感。过电压状态的源的示例包括静电放电(ESD)、反电动势(EMF)、闪电、太阳风、诸如电动机和电磁体之类的切换的电磁感应负载、切换的重电阻性负载、大的电流变化、电磁脉冲等等。过电压状态可能会在包含有源和/或无源电子组件或电路元件(诸如半导体IC芯片)的设备中导致高电压，这些有源和/或无源电子组件或电路元件可能会导致大的电流流动通过组件或在组件内。大的电流流动可能会有效地损坏或者否则对这样的有源或无源组件或电路元件的功能造成负面的影响。
某些芯片包括针对在芯片的封装或相应的电子设备的操作过程中可能预期发生的某些过电压事件(例如，温和的ESD事件)的“芯片内”保护(例如，针对“人体模型”事件的保护)。
芯片可以被封装(例如，附接到衬底)。封装的芯片可以连接到额外的(例如，从芯片(ex-chip))过电压保护装置，这些保护装置保护封装的芯片，防止更严重的(例如，较高的电压)过电压事件。由于芯片内和芯片外过电压保护装置处于电气通信，因此，可能需要芯片外过电压保护装置来“保护”芯片内过电压保护装置。使用分离的组 件的芯片外过电压保护装置难以在衬底的制造过程中添加。此外，芯片内保护难以跨完整的系统或子系统优化。对于ESD测试的规范的示例包括IEC61000-4-2和JESD22-A114E。
可以使用印刷电路板、印刷线路板，或类似的衬底(下面也简称为“PCB”)来组装、支持以及连接电子组件。PCB通常包括介电材料和一个或多个导电引线的衬底，以提供各种附接的组件、芯片等等之间的导电性。通常，在电介质衬底中印制(例如，使用诸如丝网印刷之类的印刷技术)金属引线的图案，以提供电连接。可另选地，向衬底施加金属层(例如，Cu、Ag、Au的层)，随后，去除(例如，蚀刻)金属层的某些部分，导致所需的图案。可以在PCB上布置多层导电图案和/或介电材料。各层可以使用通道来连接。包括14层或更多层的印刷电路板并不少见。
PCB通常用于支持和连接各种集成的电子组件，诸如芯片、封装及其他集成器件。PCB也可以支持和连接分离的组件，诸如电阻器、电容器、感应器等等，并在集成的和分离的组件之间提供连接。电子设备内的PCB及其他组件或区域中的导电图案和/或层有时提供用于传导可能会损坏或者否则负面地影响组件的过电压事件的路径。
在现有技术中存在用于提供对电子设备的过压保护的各种结构、方法以及设备(例如，表面安装到PCB的分离的浪涌抑制组件)，但是，它们一般在可制造性、性能、操作特征和成本方面表现出各种限制。需要改善的过压保护结构、方法以及设备。
附图说明
关于下面的详细描述被包括，并构成了说明书的一部分的附图，用于进一步说明各种实施例，并说明根据此处所公开的示例实施例的各种原理和优点。
图1示出了可以用于电子组件的ESD保护的包括VSD材料的水平切换VSDM构造。
图2示出了可以用于电子组件的ESD保护的包括VSD材料的水 平切换圆柱形构造。
图3示出了关于各种实施例所使用的PCB和相关联的方向参考。
图4A示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换以及可以集成在衬底设备中的VSDM构造。
图4B示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料层的VSDM构造。
图5示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSDM构造。
图6示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSDM构造。
图7示出了根据实施例的用于在垂直切换的VSDM构造内产生诸如分层互连之类的一个或多个导电结构的方法。
图8示出了根据实施例的具有垂直切换的VSDM构造的样本响应电压包络的图。
图9示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图10示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图11示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图12A示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图12B示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图13示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料层的VSDM构造。
图14示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料构造的VSDM构造。
图15A示出了根据实施例的适用于与一个或多个电路元件一起 使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图15B示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造。
图16示出了根据实施例的适用于使用多个VSD材料结构来实现垂直切换的VSD材料构造。
图17示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直和水平切换的双向切换VSD材料构造。
具体实施方式
尽管说明书以定义各种实施例的特征的权利要求书来结束，但是，通过参考附图并阅读下列详细描述，将更好地理解本发明，其中，始终采用相同的附图标记。
根据此处所公开的各种实施例的针对衬底设备、电子组件和/或电子设备的ESD及其他过电压事件的保护，可以包括在相应的衬底和/或设备中包括电压可切换的介电材料(“VSD材料”或“VSDM”)。尽管所属领域的技术人员将认识到过电压事件包含多种事件，但是，此处可以使用ESD(静电放电)来一般性地描述过电压事件。
在一个实施例中，将VSD材料嵌入在设备中，作为适用于通过设备将ESD信号的至少一部分传导到地线或传导到另一预定义点的层或其他结构。
在一个实施例中，诸如滤波器之类的电路元件布置在垂直切换的VSDM构造和电子组件之间，以缩小或防止由ESD事件所生成的高频电压分量到达电子组件。电路元件可以作为层、结构或通道嵌入在衬底设备中，或可以作为表面安装组件附接到衬底中。
根据此处所公开的各种实施例的VSD材料是表现出作为电压的函数的非线性电阻的材料。尽管VSD材料表现出非线性电阻，但是，并非所有的表现出非线性电阻的材料都是VSD材料。例如，其电阻作为温度的函数变化但是基本上不作为电压的函数变化的材料，对于此处所公开的实施例，将不解释为VSD材料。在各种实施例中，VSD 材料表现出作为电压和诸如电流、能量场强度、光或其他电磁辐射输入的额外的操作参数和/或其他类似的参数的函数的非线性电阻变化。
由VSD材料表现出的作为电压的函数的电阻的变化包括从高电阻的状态到低电阻的状态的过渡。在大约特定电压值时发生此过渡，该特定电压值可以不同地被称为“特征电压”、“特征电压电平”、“切换电压”或“切换电压电平”。特征电压对于VSD材料的各种配方可以不同，但是，对于给定配方，相对稳定。特定配方的特征电压可以是与诸如温度和/或在各种波长(包括光学、红外线、UV或微波)时入射的电磁能量之类的附加参数相结合的电压的函数。
对于给定VSD材料成分，特征电压可以用以每长度单位的电压(例如，伏特/密耳(V/mil)、每微米的伏特(V/μm)等等)表达的对应的“特征电场”或“特征场”来定义。
除非另外明确地指出，术语“VSD材料的结构”、“VSD材料结构”或“VSDM结构”旨在是指可以执行电气切换功能的具有特定物理尺寸的VSD材料的任何体积。VSD材料的结构的示例包括一定量的VSD材料(无论布置在衬底上还是作为独立层固化)，限制在两个或更多电极之间的一定量的VSD材料、通过两个或更多绝缘的或半导体结构限制的一定量的VSD材料，或响应于充分大的电压变化可以在基本上不导电的状态和基本上导电的状态之间切换的VSD材料的任何其他元件或配置。
在一种实现中，VSD材料结构可以通过在具有不同于第一特征电压的其他两个一定量的VSD材料之间限制具有第一特征电压的一定量的第一VSD材料来产生(其他两个一定量的VSD材料的特征电压可以彼此相等或可以彼此不相等)。
在一种实现中，VSD材料结构可以通过在(a)具有不同的特征电压的一定量的VSD材料，以及(b)一个或多个电极、绝缘的结构，和/或半导体结构之间限制具有第一特征电压的一定量的VSD材料来产生。
VSD材料结构的示例是布置在铜箔(但是不包括铜箔)上的一层 VSD材料。包括VSD材料层和铜箔的化合物构造可以表示为“VSDM的构造”。下面讨论了VSDM的更复杂的构造。
VSD材料结构的另一示例是作为PCB中的水平层设置并限制在PCB的两个相邻的水平层(即，VSD材料结构上方的水平层，以及VSD材料结构下方的水平层)之间的VSD材料的涂层、片或其他布局。包括此VSD材料结构以及两个相邻的限制水平层的化合物构造将是VSDM的构造的示例。
VSD材料结构的另一示例是布置在PCB内的水平层并限制在布置在PCB的同一个水平层内的四个结构之间(例如，描绘矩形VSD材料结构的四个蚀刻孔道)以及在布置在两个相邻的水平层(例如，上方的导电层和下面的绝缘层)的两个电极之间的一定量的VSD材料。包括此VSD材料结构以及四个限制结构和两个电极的化合物构造将是VSDM的构造的示例。
对于在施加了电压(例如，当跨VSD材料层的厚度或跨VSD材料结构的另一间隙施加电压时)的两个点之间具有已知距离的VSD材料的结构，特征电压可以被定义为特定电压值(例如，此VSD材料结构的特征电压可以被指定为以伏特为单位的特定值)。
因此，当VSD材料被视为具有某些已知维度特征的特定量时(例如，具有可能跨其发生电压切换的特定厚度的VSD材料结构)，VSD材料结构的特征电压能够以表达为单位长度的电压值的特征电场定义，或者定义为表达为特定电压值的特征电压。在各种上下文中，此专利中的描述可以关于各种实施例引用VSD材料的特征场或特征电压，在每一种情况下，对应的特征场(以单位长度的伏特表示)或特征电压(以伏特表示)可以通过考虑VSD材料的相应的结构的维度特征而进行的适当转换来获得。例如，对于在VSD材料结构内所产生的均匀的特征电场，该VSD材料结构的特征电压可以通过将该VSD材料的特征场(以V/mil为单位)乘以将跨其发生切换的对应的间隙(以密耳为单位)来获得。从更一般的意义上来讲，对于在VSD材料结构内所产生的不均匀的特征电场，该VSD材料结构的特征电压可以通过 积分将跨其发生切换的间隙中的该VSD材料的特征场来获得。在某些实施例中，对于VSD材料的某些配方和跨其可能发生切换的间隙的物理特征，跨这样的间隙的VSD材料的特征电压可能不直接或线性地与相应的间隙的大小相关联(例如，在这样的实施例中，可以通过直接测量或通过更复杂的模拟或近似，来评估相应的特征电压)。
一般而言，VSD材料结构的特征电压可以是布置在施加电压的两个点之间的VSD材料结构的量、截面面积、体积、深度、厚度、宽度和/或长度的函数，并可能还是相对形状、几何形状、密度变化和其他涉及VSD材料结构的类似变量的函数。
VSD材料在低于相应的特征电压电平时基本上是非导电的(即，基本上是绝缘的)，在这样的情况下，它基本上表现为绝缘体或电介质。此状态可以被称为基本上不导电的或绝缘的状态。低于VSD材料的特征电压电平的电压可以被称为低电压(至少相对于高于特征电压电平的电压)。在这样的低于特征电压电平的操作规程下，在一个或多个实施例中所提供的VSD材料也可以被解释为具有半导体的属性，类似于在半导体制造过程中适合于充当衬底的半导体材料。当电压的大小低于特征电压电平时，根据各种实施例的VSD材料可以基本上表现为对于正的和负的电压的绝缘体。
在高于其特征电压电平的电压时，通过具有基本上为零的电阻，或相对低的电阻，根据此处所公开的各种实施例的VSD材料基本上表现为导体。这可以被称为基本上导电的状态。高于特征电压电平的电压可以被称为高电压。当电压的大小高于特征电压电平时，VSD材料对于正的和负的电压，是导电的或基本上导电的。特征电压可以是正的或者负的，取决于施加的电压的极性。当VSD材料响应于超出其特征电压的电压而变得基本上是导电的时，可以说VSD材料“通电”。当VSD材料在去除超出其特征电压的电压之后变得基本上是非导电的时，可以说VSD材料是“断电”。当VSD材料通电或断电时，可以简单地说VSD材料“切换”。
在理想模型中，在此处所公开的各种实施例中所提供的VSD材 料的操作近似为在低于特征电压的电压时具有无限电阻，在高于特征电压的电压时具有零电阻。然而，在正常工作状态下，这样的VSD材料通常在低于特征电压的电压时具有高但是有限的电阻，在高于特征电压的电压时具有低但是非零的电阻。作为示例，对于特定VSD材料，可以预期低电压时的电阻与高电压时的电阻的比率趋近于大的值(例如，在103、106、109、1012或更高的范围之内)。在理想模型中，此比率可以近似为无限，或否则的话非常高。
此处所公开的各种实施例中所提供的VSD材料在低电压状态和高电压状态下在其操作中表现出高可重复性(即，可逆性)。在某些实施例中，VSD材料在低于特征电压电平的电压时基本上表现为绝缘体或电介质(即，基本上是不导电的，并表现出非常高或基本上无限的电阻)。然后，当在高于特征电压电平的电压下操作时，VSD材料切换到变得基本上是导电，然后，在低于特征电压的电压时再次变得基本上绝缘体或电介质。如果输入电压电平在低于特征电压的电压和高于特征电压的电压之间过渡，VSD材料可以持续在这两种操作状态下交替变化不确定的次数。当在这两种操作状态之间过渡时，VSD材料可能会经历某一水平的滞后，这可能会在某种程度上改变VSD材料的特征电压电平、切换响应时间、或其他操作特征。
根据此处所公开的实施例的在当VSD材料基本上是绝缘的时的第一(较低的)电压状态和当VSD材料基本上是导电的时的第二(较高)电压状态之间的过渡基本上是可预测的，并预期一般限于有限的信号包络振幅和有限的切换次数的范围。在理想模型中，VSD材料响应于上升得高于特征电压的输入阶跃函数信号而从基本上绝缘的状态过渡到基本上导电的状态需要花费的时间可以近似为零。即，过渡可以近似为基本上是瞬时的。类似地，在理想模型中，VSD材料响应于降低到低于特征电压以下的输入阶跃函数信号而从基本上导电的状态过渡到基本上非导电的状态需要花费的时间可以近似为零。此反向过渡也可以近似于基本上是瞬时的。然而，在正常工作状态下，VSD材料的这两种过渡时间是非零的。一般而言，这样的过渡时间很小，优 选地，尽可能地小(例如，在大约10-6秒、10-9秒、10-12秒或更小的范围之内)。在2011年1月18日颁发给Kosowsky等人的标题为“Formulations for Voltage Switchable Dielectric Material Having a Stepped Voltage Response and Methods for Making the Same”的美国专利号7,872,251中公开了VSD材料的配方和特征的进一步的细节，这里引用了该专利申请的内容作为参考。
当在基本上导电的状态下，根据各种实施例的VSD材料可以将电信号定向到相应的电路、衬底或电子设备内的地线或另一预定点，以保护电子组件。在各种实施例中，预定点是地线、虚拟接地、屏蔽、安全接地等等。可以与根据此处所公开的各种实施例的VSD材料一起操作和/或受VSD材料保护的电子组件的示例包括：(a)电路元件、电路结构、表面安装的电子元件(例如，电阻器、电容器、感应器)、PCB或其他电路板、电子设备、电子子系统、电子系统，(b)任何其他电的、磁性的、微型电动机械结构(MEMS)或类似的元件、结构、组件，系统和/或设备，(c)处理或传输数据并使用电信号操作或可能被电信号损坏的任何其他单元，以及(d)在上面的(a)、(b)和/或(c)中标识的前述各项的任何组合。
一般而言，在存在高的信号电压、电流强度以及能量或功率水平的情况下，在被损坏、可能不可逆地损坏之前，VSD材料可能具有有限的传导电流或者否则操作的能力。另外，如果通常在操作规范内的电信号持续太长时间，VSD材料也可能被损坏(例如，VSD材料可能在传导这样的信号时发热并最终被击穿)。例如，当暴露于具有持续小于100纳秒的10KV的电压电平的输入信号时，VSD材料能够正常地运转，但是，如果该信号持续被施加大于几毫秒，则可能被损坏。在被损坏之前VSD材料耐受高水平的电压、电流、电源或能量的能力可能取决于各种因素，诸如VSD材料的特定成分、对应的VSD材料结构的特定特征(例如，具有较大的物理尺寸的VSD材料结构能够传导较高电流密度)，对应的电路体系结构、其他ESD防护组件的存在以及其中包括VSD材料的设备的特征。
根据各种实施例的VSD材料是聚合物合成物，并可以包括诸如金属、半导体、陶瓷等等之类的微粒材料。在例如，2010年11月23日提交、标题为“Formulations for Voltage Switchable Dielectric Materials Having a Stepped Voltage Response and Methods for Making the Same”的US专利申请号12/953,309、2010年7月7日提交、标题为“Light-Emitting Diode Device For Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”的US专利申请号12/832,040，以及2010年3月3日提交、标题为“Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”的US专利申请号12/717,102，以及在2011年7月19日颁发的标题为“Electronic Device For Voltage Switchable Dielectric Material Having High Aspect Ratio Particles”的美国专利7,981,325中，描述了根据各种实施例可以使用的各种VSD材料的混合物。
根据各种实施例的VSD材料可以包括基质材料以及一种或多种类型的分散在基质材料内的有机和/或无机粒子。
根据各种实施例的VSD材料中包含的基质材料的示例可以包括有机聚合物，诸如硅聚合物、酚醛树脂、环氧树脂(例如，EPON Resin828、双官能双酚A/环氧氯丙烷衍生液体环氧树脂)、聚氨基甲酸乙酯、聚丙烯酸酯(异丁烯酸酯)、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯醚、聚砜、陶瓷金属(ceramer)(溶胶-凝胶(solgel)/聚合物合成物)以及聚亚苯基砜。这样的基质材料的其他示例包括无机聚合物，诸如硅氧烷以及聚磷腈(polyphosphazine)。
根据各种实施例的VSD材料中包含的粒子的示例可以包括导电和/或半导电的材料，包括铜、铝、镍、银、金、钛、不锈钢、铬、其他金属合金、T、Si、NiO、SiC、ZnO、BN、C(以钻石、纳米管，和/或富勒烯的形式包括)，ZnS、Bi2O3、Fe2O3、CeO2、TiO2、A1N以及铟联硒化物的化合物。在某些实施例中，TiO2可以是无掺杂的或掺杂的，例如，利用WO3掺杂，其中，掺杂可以包括表面涂布。这 样的粒子可能具有从球状到高延长的形状，包括高长径比粒子，包括碳纳米管(单壁的和/或多壁的)、富勒烯、金属纳米棒或金属纳米线。形成纳米棒和/或纳米线的材料的示例包括氮化硼、氧化锡锑、二氧化钛、银、铜、锡以及金。
根据各种实施例的VSD材料中包含的某些粒子的长径比可以具有超过3:1、10:1、100:1、以及1000:1的长径比。具有较高长径比的材料有时叫做“高长径比”粒子或“HAR”粒子。碳纳米管是超级HAR粒子的示例，具有大约1000:1或更高数量级的长径比。在各种实施例中，可以包含在VSD材料中的具有较小的长径比的材料包括炭黑(大约10:1数量级的L/D)粒子以及碳纤维(大约100：1数量级的L/D)粒子。
根据各种实施例的VSD材料中包含的粒子可以具有各种大小，包括以等于500纳米或稍小的最小的尺寸或者甚至更小的(例如，最小的维度小于100纳米或50纳米的粒子)为特征的某些纳米尺度粒子。
根据各种实施例的VSD材料中包含的粒子可以包括有机材料。在VSD材料内包括有机材料可以向VSD材料提供改善的热膨胀系数和导热率、更好的介电常数、增强的断裂韧性、更好的压缩强度以及改善的粘附到金属的能力。在各种实施例中，可以包含在VSD材料中的有机半导体的示例包括碳的各种形式，诸如半导电的碳纳米管和富勒烯(例如，C60和C70)。在某些实施例中，可以修改富勒烯和纳米管，使其功能化,以包括共价键连接的化学族或半属族。在各种实施例中，可以包含在VSD材料中的有机半导体的其他示例包括聚-3-己基噻吩、聚噻吩、聚乙炔聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)，聚(苯乙烯磺酸)、并五苯、(8-羟基喹啉铝(III)以及N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺[NPD]。另外，有机半导体可以源自于单体、低聚物以及噻吩的聚合物、苯胺、亚苯基、1,1,2-次乙基、芴、萘、吡咯、乙炔、咔唑、吡咯烷酮、氰基材料、蒽、并五苯、红荧烯、二萘嵌苯以及噻二唑。这些有机材料中的某些可以是诸如聚噻吩之类的光敏化有机材料。
参考粒子在VSD材料聚合成分内的分布，“基本上均匀地”分布粒子意味着，平均来说，相应的粒子均匀地和/或随机地分布在材料内，当然，在聚合成分的有限的子部分，可能会发生这样的粒子的非均匀的和/或非随机的结块。实际上，甚至在大量的混合之后，通常，将有在VSD材料内的有限的体积内可能会发生粒子的这样的结块的非零的统计概率，这可能会在VSD材料的所有阶段发生，包括当在向衬底施加之前VSD材料处于液体或半液体形式时，在它被布置在衬底上之后(例如，通过涂布)，和/或在它固化之后(无论是否衬底上)。然而，总的说来，当考虑VSD材料的总量(或这样的VSD材料的充分大的子部分)时，相应的粒子可以被视为在混合物内均匀地和/或随机地分布，在建模相应的VSD材料的行为时，粒子可以被建模为均匀地和/或随机地分布。
在各种实施例中，布置在接触VSD材料的两个电极之间的VSD材料结构的特征电压随着电极之间的距离缩小而缩小。VSD材料可以响应于充分大的电压变化跨电极在基本上导电的状态和基本上不导电的状态之间切换，这样的电极之间的距离可以表示为“厚度”、“有效厚度”、“间隙”、“切换间隙”或“有效间隙”。VSD材料结构的有效间隙可以被视为是水平的，如果两个电极被布置在基本上水平的平面，或者，可以被视为是垂直的，如果两个电极被布置在不同的垂直平面中和/或如果电压切换主要在垂直方向发生。
图1示出了可以用于电子组件的ESD保护的包括VSD材料的水平切换结构100。在图1的实施例中，电极120和122分别与通道130和132电接触。
一般而言，术语“电极”可以是或可以包括任何导电结构。这样的电极或导电结构的示例包括衬垫、引线、迹线、通道(例如，通孔、盲的通道或掩埋的通道)、线路、导电膜、信号层、导电层、导电PCB层(例如，导电预浸渍或填料层)或被设计为是导电的并在任何衬底(例如，这样的衬底可包括任何PCB或半导体封装)中提供电的相互联接功能的任何其他连接器。
在各种实现中，电极120和122中的一个或两者都可以省略，只要可以建立到通道130和/或通道132的电连接。电极120和/或122可以利用铜或任何其他合适的导电材料制造。电极120和/或122可以通过沉积、丝网印刷、粘合或任何其他粘接方法制造，无论是机械的、化学的，还是以别的方式。
在各种实施例中，电极120和122可以通过诸如绝缘层之类的封闭材料或构造来覆盖。在图2中，电极120和122被示为嵌入在绝缘层170中。
通道130和132是可以完全或部分地穿透或可以完全地穿过VSD材料140的层的导电结构。通道130和/或132可以是通孔、盲的通道、掩埋的通道、迹线或被设计为导电并促进电子设备中的信号传播的任何其他导电结构。通道130和/或132可以利用铜或任何其他合适的导电材料制造。通道130和/或132可以通过沉积、丝网印刷、粘合或任何其他粘接方法制造，无论是机械的、化学的，还是以别的方式。通道130和/或132可以是实心的(例如，实心金属结构)、空心(例如，导电圆柱形构造)或可以是空心并部分地或完全用合适的导电材料(例如，部分地利用导电材料填充的空心导电圆柱形构造)填充。
在一个实施例中，通道130和/或132部分地或完全地利用VSD材料填充，而不是严格地导电。在这样的实施例中，通道130和/或通道132可以充当垂直或者水平切换的构造，在这个意义上，相应的通道通常将充当基本上绝缘的结构，但是，可以响应于超出相应的VSD材料的特征电压的电压变得基本上是导电的。在这样的实施例中，切换可以沿着相应的通道垂直地或者跨相应的通道水平地发生。
在图1的实施例中，VSD材料140的层被布置在衬底160中。衬底160可以是导电衬底(例如，铜或其他导电材料的层、片或箔)或绝缘的衬底(例如，PCB预浸渍层)。在一个实施例中，衬底160可以是诸如VSD材料层之类的具有可变导电性的衬底。
在图1的实施例中，电压源可以被连接，以便它在电极120和122之间产生电压差。在图1中，电压源110被示为独立电压源，也可以 是电流源，或任何其他电能源。在测试装置或在特定体系结构布局中可以遇到这样的布局，其中，计划通过增强由电压源110所生成的电压来故意激活VSD材料。在图1中，电压源110被示为连接到与电极120电接触的通道130，而地线被示为连接到与电极122电接触的通道132。在各种替代的应用和实施例中，可以向通道132施加电压源110，并可以向通道130施加地线。
然而，从更一般的意义上来讲，在电极120和122之间施加的电压可以是任何电压信号或其他电信号，包括由ESD事件所生成的电压，如图1的实施例中所示出的ESD脉冲112所示出的。在通常由最终用户设备(诸如移动电话)经历正常操作的情况下，可以预期ESD脉冲112具有高电压大小(例如，超过几百伏特，并且可能是几千伏特)和短持续时间(例如，在几纳秒和几微秒之间的任何值)。尽管持续时间短，可以预期由ESD脉冲112所生成的电流达到大的大小，可能超过10安培。如果图1的实施例的结构用于ESD保护，则电极120或电极122中的任何一个都可以直接或间接地连接到接地面(或要被保护的电路或设备内的另一预定点)，而如果ESD脉冲112到达其他电极，则可以通过连接到地线或预定点的电极将ESD脉冲112引导到地线或该预定点。
如果由电压源110(或者可另选地，由ESD脉冲112)施加的电压不超出VSD材料140的特征电压，则VSD材料140保持基本上是不导电的，没有大的电流在电极120和122之间，通过VSD材料140传导(可能，一定量的泄漏电流除外，VSD材料140通常被设计为最小化泄漏电流，以便不影响其中可能部署了具有100的结构的电子设备的性能)。
为用图形方式示出电压源110和ESD脉冲112可能替代地存在并用于一般性描述，它们中的每一个以及电极120和122之间的连接线利用虚线示出。一般而言，可以在两个电极120和122之间施加任何电压源、ESD信号或其他电源、过电压信号或电压电势。两个电极中的任何一个也都可以连接到地线，或在一定程度上与另一参考电压 电平。电压源110的极性可以是电极120和122之间的任何一个方向。
类似地，如果由电压源110(或者可另选地，由ESD脉冲112)施加的电压超出VSD材料140的特征电压，则VSD材料140切换并且变得基本上是导电的，大量的电流通过VSD材料140在电极120和122之间传导。
在图1的实施例中，可以说，VSD材料140在“水平”方向或“横向”方向切换。此水平或横向方向是相对于衬底160定义的，因为电流通过VSD材料140的流动在通道130和通道132之间，主要在基本上平行于衬底160的主平面的方向发生。在一个实施例中，衬底160是PCB中的一层，在这样的情况下，水平切换意味着，电流通过VSD材料140的流动主要在基本上平行于大多数组件和电气元件安装其中的PCB的主要表面(或在组件被附接到两侧的PCB的情况下，两个表面)的方向发生。
在各种实施例中，VSD材料140被设计成接纳电流在电极120和122之间的两个方向的流动，取决于在电极120和122之间施加的电压的极性。在图1的实施例中，VSD材料140的水平切换方向通过箭头142来表示。由于衬底160(例如，PCB或PCB芯)实际是三维结构，具有较大的2D平面(即，由组件被附接到的PCB的一个或多个表面所定义的平面)和较小的高度尺寸，因此，电流在电极120和122之间的水平流动可以在基本上平行于较大的2D平面的任何方向发生。换句话说，尽管图1的实施例看起来好像指出水平切换暗示电流的从左向右或从右向左的流动，但是，在现实中，考虑诸如设备封装或PCB之类的实际衬底的3D维度，电流的流动可以在基本上平行于由衬底160的主要表面形成的2D平面的任何方向发生。
参考图3的实施例，水平切换意味着，电流将在基本上平行于图3所示出的X-Y平面的任何方向流动。认识到电流通过介质的流动一般涉及电荷的3D流动，水平切换并不意味着，所有电荷都必须只在严格的水平和平面方向流动。相反，谈及水平切换或在水平方向发生的切换意味着，电荷的移动主要沿着基本上平行于衬底的主要2D平 面的平面发生，但是，当然，电流流动的至少一部分将表现出一定量的垂直移动也是可能的并可预期的。如果在微级别执行模拟或分析，则电荷的垂直移动可能更加容易检测。尽管如此，一般而言，水平切换意味着，诸如通道130和132之类的至少两个导电结构，相对于衬底布置在基本上垂直的维度，并且电流流动在两个通道之间，主要在基本上平行于衬底的主要2D平面的方向发生。
在图1的实施例中，电极120和122之间的距离定义VSD材料140的间隙。在图1中，此间隙被表示为间隙150。一般而言，水平切换的VSDM构造的水平间隙由跨VSD材料的结构的最短的电气通路来确定，而在图1中，此最短的电气通路由与VSD材料140的交界面处的电极120和122的边缘确定的。如果在一个实施例中，电极120和122不向彼此延伸，则图1所示出的这样的间隙150小于通道130和132之间的距离，VSD材料140可以在通道130和132之间的水平间隙中切换。
在一个实施例中，VSD材料140的特征场以伏特/密耳来定义。在该实施例中，通过定义间隙150的特定间隙尺寸，然后，能够以实际伏特来确定通道130和通道132之间的VSD材料140的结构的特征电压。
在一个实施例中，图1的实施例所示出的结构包括矩形结构(例如，VSD材料140的层可以构建为矩形结构)。在一个实施例中，图1的实施例中所示出的结构包括弯曲结构(例如，VSD材料140的层可以构建为基本上圆柱形构造)。
图2示出了水平切换的圆柱形结构200，包括布置在表示为导电平面230和导电平面232的两个导电平面(例如，铜平面)之间的可以用于对电子组件的ESD保护的VSD材料240。结构200一般与图1的实施例的结构等效，但是，示出了如何能够以弯曲的体系结构来实现图1所示出的各方面。根据一个实施例，导电平面230和导电平面232是由一定量的VSD材料分离的基本上同心的导电结构。为简明起见，在图2的实施例未示出衬底和电极。
在一个实施例中，图2所示出的结构200表示在PCB中实现的结构的剖面视图。参考图3的实施例，导电平面230和232之间的图2所示出的环将基本上与图3所示出的X-Y平面平行。在3D透视图中，导电平面230和232在垂直方向延伸，该垂直方向对于PCB，将基本上与图3的实施例所示出的Z轴平行。
在图2的实施例中，电压源210或ESD信号212可能会在导电平面230和232之间产生电压。如果此电压超出VSD材料240的特征电压，则VSD材料将通电，而VSD材料将从基本上不导电变为基本上导电。在该情况下，强大的当前将在导电平面230和232之间流动。对于如图2所示的同心结构，电流流动将主要在线242所示的辐射方向产生。参考图3的实施例，图2所示出的结构的水平切换意味着，电流将在导电平面230和232之间主要沿着基本上与图3所示出的X-Y平面平行的平面流动。同样，如关于图1的实施例所讨论的，水平切换并不意味着，电流将严格地局限于沿着基本上与衬底的主要2D维度平行的平面流动。相反，可以预期，给定通道的3D方面、VSD材料结构、以及微级效应，将在垂直维度产生一定量的电流。尽管如此，水平切换意味着，电流流动将确实主要在与衬底的主要2D平面平行的方向产生，以便可以使用在水平方向通过VSD材料240流动的电流，来实现有用的电气功能。
在一个实施例中，VSD材料240的特征场以伏特/密耳来定义。在该实施例中，通过定义间隙250的特定间隙尺寸，然后，能够以实际伏特来确定布置在导电平面230和232之间的VSD材料240的结构的特征电压。图2的实施例的结构200的弯曲的体系结构比图1的实施例的结构100的矩形体系结构更复杂，因此，以伏特确定实际特征电压对于结构200更困难。尽管如此，在一个实施例中，VSD材料240的特征电压与间隙250的尺寸相关联，并能够以一定程度的确定性确定为以伏特为单位的值。
图3示出了关于各种实施例所使用的PCB和相关联的方向参考。图3所示出的PCB300具有由X和Y轴所定义的主要水平的平面， 以及由Z轴所定义的垂直维度。此参考坐标系是独立于PCB在物理空间的实际朝向定义的，以便PCB在空间中的旋转不会改变这里所定义的水平平面和垂直维度约定。在此专利中参考诸如图3所示出的PCB300之类的PCB，比较详细地讨论了此参考系统，但是，可以类似地应用于任何其他衬底。
一般而言，可以通过VSDM构造来防止ESD或其他过电压事件，或其中可以包括VSDM构造的“衬底设备”，是指任何PCB、PCB的任何单层或多个层的组，半导体器件封装、LED衬底、集成电路(IC)衬底、中介层或连接两个或更多电子组件、设备或衬底的任何其他平台(其中，这样的连接可以是垂直的和/或水平的)、任何其他堆叠的封装格式(例如，中介层、晶片级别封装、封装内的封装、系统中封装或至少两个封装或衬底的任何其他堆叠的组合)，或VSD材料构造可以被附接到的或在其内可以包括VSD材料构造的任何其他衬底。为简明起见，衬底设备有时可以表示为“衬底”。
通过使用此参考坐标系，由图2的实施例中的线142所定义的以及由图3的实施例中的线242所定义的水平切换方向将压倒性地沿着基本上与PCB300的主要2D平面(它是由图3所示出的X-Y平面所定义的)平行的平面。
图4A示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换，并可以集成在诸如PCB、柔性电路或半导体芯片封装之类的衬底设备中的VSDM构造400。包括多个层(其中至少一层是VSD材料层)的VSDM构造，有时可以被称为VSDM构造，或简单地，VSDM构造。构造400可以是示出了半导体封装或另一衬底设备的PCB内的各层的剖面视图。一般而言，适用于实现垂直切换的VSDM构造也可以被称为“垂直切换的VSDM构造”。
在由Shocking Technologies，Inc.在2009年4月2日提交的美国专利申请12/417,589中公开了某些垂直切换的VSDM构造，该专利此处以引用的方式全部并入本文中。
图4A所示出的构造400包括两个衬底层460和462(是PCB中 所包含的绝缘层)，一层VSD材料440、导电结构430以及导电层432。
导电结构430可以是通道(例如，激光钻孔的通道)、衬垫、迹线或被设计为导电并促进电信号的传播的任何其他结构。
导电层432可以是集成在PCB中的信号层或接地层。在一个实施例中，导电层432是最初在其上面布置了VSD材料440的导电衬底(例如，在其上面涂了并固化了VSD材料440的铜箔)。
图4A所示出的VSDM构造400沿着PCB的垂直维度布置，如由Z轴所指示的。参考图3的实施例，图4A所示出的Z轴与图3所示出的Z轴相同。
与关于图1和图2的实施例对水平切换的讨论类似，垂直切换意味着，在基本上平行于衬底的垂直方向的方向发生电流的流动。
参考图3的实施例，图4A的实施例所示出的结构的垂直切换意味着，如果响应于超出其特征电压的电压，VSD材料440接通以变得基本上导电，电流将在导电结构430和导电层432之间主要在基本上平行于图3所示出的Z轴的方向流动。同样，如关于图1和图2的实施例针对水平切换所讨论的，垂直切换并不意味着电流将严格地局限于在基本上平行于衬底的Z轴(或垂直轴)的方向流动。相反，可以预期，给定导体的3D物理方面、PCB布局的3D结构、VSD材料结构的3D物理特征和形状以及VSD材料本身内的微级效应(例如，分散在VSD材料内的粒子内和/或粒子之间的电流传播)，一定量的电流流动可能会至少在VSD材料内的局部化的空间内在水平维度发生。尽管如此，垂直切换意味着，电流流动将主要在基本上与PCB板或其他衬底的Z轴(或垂直轴)平行的方向产生，以便可以使用在垂直方向流动通过VSD材料440的电流，来实现有用的电气功能。
在一种实现中，VSDM构造400还包括和导电结构430和VSD材料440接触而布置的分层互连434。分层互连434是可以在各种实施例中添加的以增大导电结构和VSD材料构造之间的边界(诸如图4A所示出的导电结构430和VSD材料440之间的边界)处的截面导电面积的导电特征。在这样的边界处添加分层互连可以提高相应的导 电结构携带较高电流的能力，特别是在边界具有否则可能会导致电流或电场的集中的小物理特征的情况下。这可能，例如，在导电结构430在它接触VSD材料440的点具有较小的截面面积的情况下，更合乎需要。
一般而言，布置在导电特征和VSD材料的结构之间的分层互连，诸如图4A所示出的分层互连434，可以在导电结构和VSD材料之间提供增强的电流流动，导电结构和VSD材料之间的交界面的改善的机械特性(例如，增强的粘附或粘接，更好的热系数匹配，等等)，导电结构和VSD材料之间的改善的电连接，及其他类似的优点。
在各种实施例中，分层互连434可以被布置为，以完全或部分地将导电结构430与VSD材料440分离，或者，可以被布置在导电结构430的另一边界处，以在导电结构430和VSD材料440之间提供额外的电气通路(例如，垂直地)。
在一个实施例中，分层互连434在物理上分离导电结构430和VSD材料440。为制造这样的实施例，可以在VSD材料440的上面形成分层互连434，然后，可以在分层互连434的上方形成导电结构430，避免导电结构430对分层互连434的完全的穿透。
在一个实施例中，分层互连434与VSD材料440物理接触，而分层互连434在VSD材料440的交界面处封闭导电结构430的一部分。为制造这样的实施例，可以在VSD材料440的上面形成分层互连434，然后，可以在分层互连434的上方形成导电结构430，穿透分层互连434，以在导电结构430和VSD材料440之间建立直接的物理接触(例如，通过在分层互连434中激光钻孔，一直到VSD材料440，然后，利用导电材料填充该孔，以产生导电通道)。
图4B示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料层498的VSDM构造490。在一个实施例中，图4B所示出的VSDM构造490包括图4A所示出的结构430的结构组件以及多个附加特征和层。
图4B所示出的VSDM构造490包括多个衬底层，它们一般是绝 缘的(或电介质)，被示为预浸渍填充物480、芯482、预浸渍填充物484、芯486以及预浸渍填充物488。
图4B所示出的VSDM构造490还包括多个导电信号层，表示为导电层L1到L6，并编号为导电层470、472、474、476、478以及479。这些信号层可以在PCB板内，或来往于附接到PCB的组件和电路元件传导电信号，或可以充当地线或其他电压基准点。
图4B所示出的VSDM构造490还包括两个导电结构，表示为导电结构450和452。导电结构450和452中的任何一个或者两者可以是通道、衬垫、迹线或者被设计为导电并促进电信号的传播的任何其他结构。图4B所示出的VSDM构造490沿着PCB的垂直维度布置，如由Z轴所指示的。参考图3的实施例，图4A所示出的Z轴与图3所示出的Z轴相同。
在图4B的实施例中，分层互连499被布置在导电结构452和VSD材料498之间的交界面处。在各种实现中，分层互连499可以类似于图4A的实施例的分层互连434。分层互连499可以为导电结构452和VSD材料498之间的交界面提供各种优点，包括关于图4A的实施例的分层互连434所讨论的那些优点。
如果VSD材料层498暴露于导电结构452和导电层474之间的超出其特征电压的电压，则包含在VSD材料层498中的VSD材料将通电，并将变得基本上导电。在该情况下，电流将在导电结构452和导电层474之间主要在垂直方向流动。如果发生这种情况，则VSD材料层498垂直地切换。
在一个实施例中，与关于图1和图2的实施例提供的讨论类似，当以伏特度量时VSD材料层498的特征电压与VSD材料的间隙尺寸相关联。对于图4B的实施例，此间隙尺寸将基本上等于导电结构452和导电层474之间的距离，该距离还正巧基本上是VSD材料层498的厚度。尽管将间隙尺寸与VSD材料的特征电压相关联的准确公式可能随着多个变量(例如，准确的VSD材料配方、VSD材料结构或层的整体量、通过其实现切换的VSD材料结构的实际形状、连接到VSD 材料的任何电路元件的阻抗，等等)而变化，但是，对于在各种实施例中所使用的VSD材料配方，VSD材料的较小的间隙一般会导致较小的特征电压。对于某些应用，较小的特征电压可能是首选的(例如，对于预期VSD材料响应于较低的电压而切换的应用)。
然而，作为一般设计考虑，缩小VSD材料的间隙的大小必须平衡VSD材料结构变得太小，并因此丧失其合乎需要的操作特性中的某些或全部的风险(例如，太薄的VSD材料结构，当在快速演替中暴露于类似的触发电压时可能表现出降低的可重复性、一致性，可能经历降低的耗散热量的能力，或可能遭受较高的短路或烧坏的风险)。
与水平切换相比，垂直切换的优点是，在某些制造环境中，与水平切换构造相比，控制垂直切换构造的间隙尺寸可能更加容易。例如，可以利用当前技术实现且同时包含产生水平VSD材料间隙(诸如图1的实施例的间隙150和图2的实施例的间隙250)的制造成本的容差，可能不会足够小，或可能跨普遍存在于大容量的工业制造生产线的PCB难以准确地维护。结果，不同的PCB板上的，或者甚至相同PCB板上的水平切换VSDM构造，可能在它们的相应的特征电压和/或操作健壮性上表现出高得不合乎需要的统计上的波动，而这样的波动使用当前生产线中部署的标准制造技术和过程可能更难以解决。
相比之下，在某些实施例中，与VSDM构造(诸如图4A所示出的VSD材料构造400)相关联的垂直容差可能更加容易准确地维护。例如，如果VSD材料440被设置在导电层432上的过程可以确保VSD材料440的一致的并且精确的厚度，则间隙442将具有相应地一致的并且精确的间隙尺寸。在实践中，这可以通过与适当的检查、计量和监控过程结合使用先进的涂布技术来实现。
与水平切换相比，垂直切换的另一个优点是，用于执行垂直切换的VSD材料结构可以在生产时具有较大的截面面积，当VSD材料变得基本上导电时，电流跨该截面流动。较大的截面面积通常将能够携带较高的电流，并因此导致相应的VSD材料结构的更好的性能特征和耐久性。例如，图1的实施例的VSD材料140的截面切换面积与在垂 直方向测量的VSD材料层的厚度成比例，该厚度通常小并倾向于产生较小的截面面积。相比之下，图9的实施例的VSD材料940的截面切换面积与在X-Y平面中确定的电极920的表面面积成比例，该表面面积倾向于产生较大的截面面积。
为在衬底上布置一层VSD材料，诸如图1的实施例中的衬底160上的VSD材料140或图4A的实施例中的导电层432上的VSD材料440，可以在衬底上涂布并固化VSD材料。作为示例，参考图4A的实施例，为在导电层432上布置一层VSD材料440，可以在材料的导电片(例如，铜)上涂布并固化VSD材料，然后，可以在PCB内，作为化合物层引入所产生的固化的VSDM构造，材料的导电片变为导电层432，VSD材料层变为VSD材料440。图4A所示出的特征的其余部分可以通过制造过程中的各种制造步骤来形成。
除非另外明确地指出，术语“VSD材料构造”、“VSDM构造”、“VSD材料的构造”、“VSDM的构造”、“VSD材料堆叠的”或“VSDM堆叠的”是指包括下列各项的任何组合、布局或其他结构：(a)至少一个VSD材料结构，以及(b)下列各项中的一个或多个：(i)绝缘元件(例如，PCB中的预浸渍层或其他绝缘层或结构，半导体封装中的绝缘层或结构，等等)，(ii)电极(例如，PCB中的导电通道或半导体封装中的导电连接器)，(iii)半导体元件(例如，用半导体材料构建的结构)，和/或(iv)不同的VSD材料结构。采用比较简单配置的VSD材料构造的一个示例，是布置在铜箔上的VSDM结构(例如，VSD材料层)以及箔本身的组合。
比较复杂的配置的VSDM构造的其他示例，是在此专利中与关于各种实施例公开和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造，包括图4A的实施例的VSDM构造400、图4B的实施例的VSDM构造490、图5的实施例的VSDM构造500、图6的实施例的VSD材料构造600、图9的实施例的VSD材料构造900、图10的实施例的VSD材料构造1000、图11的实施例的VSD材料构造1100、图12A的实施例的VSD材料构造1200、图13的实施例的VSD材料构造1300、图14的实施 例的VSD材料构造1400、图15A的实施例的VSD材料构造1500、图16的实施例的VSD材料构造1600以及图17的实施例的双向切换结构1700。
可以通过一系列步骤，实现在衬底上涂布和固化VSD材料结构，诸如VSD材料层。例如，参考图4A的实施例，为在衬底上布置最终变为导电层432的VSD材料层，诸如VSD材料440，可以使用诸如下列步骤之类的一系列步骤：
(1)当VSD材料处于液体或半液体状态时，将VSD材料分配到衬底上(例如，由于分散在VSD材料内的粒子及其他材料，VSD材料的粘度倾向于高于诸如水之类的纯液体的粘度，并因此倾向于流动得较慢)；
(2)在衬底上分散一层VSD材料，而同时跨衬底的表面，将VSD材料的厚度维持在所需范围和容差内；
(3)跨具有涂层的衬底的较大的表面，监控、检测和/或测试VSD材料层的厚度，以确保VSD材料的厚度确实维持在所需范围和容差内；
(4)通过将VSD材料暴露到热量中来固化它(例如，将在衬底上涂布的VSD材料置于烤箱中，在那里，温度得到控制和/或在合适的范围内变化)；
(5)一定程度地去除溶剂或其他材料，这样的溶剂或其他材料可能已经用于以前的制造步骤中并被设计成在此时去除以促进随后的处理；以及
(6)监控、检测和/或测试包括布置在衬底上的固化的VSD材料层的所产生的VSD材料构造，以确保固化的VSD材料层就厚度、一致性、缺陷密度、切换电压、物理回弹性、粘合性、柔韧性或其他物理属性、耐热性或其他热属性，和/或其他相关参数而言，表现出预期的特征和容差。
除涂布之外，还可以使用其他方法来在衬底上布置诸如VSD材料层之类的VSD材料结构。这样的其他方法包括沉积、丝网印刷、挤 压涂布、刮刀式涂布、叠合、机械粘合(例如，通过预固化层中的VSD材料，然后，将它附接到衬底)，或通过任何其他粘接方法，无论是机械的、化学的还是别的方式。不管所使用的方法是什么，所产生的VSD材料构造将包括布置在衬底上的一层VSD材料(无论是否导电)，VSD材料处于固化状态，并能够执行其电压切换功能。
在一个实施例中，可以在PCB的实际制造过程中将VSD材料涂布到PCB的一层中，而不是产生包括提前在衬底上固化的一层VSD材料的VSD材料构造，然后再将VSD材料构造集成到PCB。参考图4B，例如，可以在制造VSDM构造490的过程中将导电层L3474附接到预浸渍填充物484，然后，在导电层L3474上布置并固化一层VSD材料498。然后，可以在VSD材料498上面形成分层互连434(例如，丝网印刷)。然后，可以将芯482附接到VSD材料层498，随后，在芯482内形成导电结构452，或者在附接之前已经在芯482内产生导电结构452。
图5示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSDM构造500。图5的VSDM构造可以集成在诸如PCB、柔性电路或半导体芯片封装之类的衬底设备中。
图5的VSDM构造500包括一组导电层520和522，它们可以是PCB或其他电极中的导电信号层。图5的VSDM构造500还包括一层VSD材料540。
在导电层520和VSD材料540之间布置分层互连530。在VSD导电层522和导电层520之间布置分层互连532。在替代的实现中，分层互连530和532中的任何一个或两者不存在，在这样的情况下，VSD材料540与一个或两个导电层直接物理接触。
在各种实施例中，“分层互连”是可以被用作垂直切换的VSDM构造的一部分，或与垂直切换的VSDM构造一起使用，以沿着包括一个或多个VSDM结构的电气通路传输电压和/或电流的任何导电结构。在某些实施例中，布置分层互连以在水平方向提供导电(例如，在水平层内)。在某些实施例中，布置分层互连以在垂直方向提供导电(例 如，跨一个或多个水平层，和/或在两个或更多水平层之间)。在某些实施例中，布置分层互连以水平地和垂直地，和/或倾斜地提供导电。
在各种实现中，诸如图5的分层互连530或532之类的分层互连，可以使用任何合适的过程来产生，包括通过丝网印刷、模版印刷、沉积、粘合、使用热量和/或压力的叠合，通过任何其他物理附接(例如，粘结或粘接)，或通过将分层互连预先构建到衬底中(例如，在PCB内作为层、结构、导电芯或预浸渍层布置分层互连，在半导体封装内作为层或导电结构布置)。在一个实施例中，附接到一层VSD材料的衬底(例如，被用作一层VSD材料的衬底的铜箔)可以充当分层互连，以在PCB或其他衬底内提供水平导电性。一般而言，适合与各种垂直切换的VSDM构造实施例一起使用的分层互连可以通过任何机械、化学或其他合适的沉积过程来产生。
在各种实施例中，分层互连可以具有一系列阻抗。例如，在某些实现中，可能需要具有具有可忽略阻抗的分层互连(例如，具有非常低的电阻并且不会引入任何显著的电压降的高导电的膜)。作为另一个示例，可以故意构建分层互连以具有较高的阻抗，当电流流过它时，引入特定电压降(例如，分层互连可以被设计为是嵌入式电路元件，或可以包括嵌入式电路元件)。带有通常不被视为可忽略电阻的分层互连的示例将是具有25和1000欧姆之间的电阻的导电膜。在一个实施例中，分层互连可以被构建为图15A的实施例的元件1592，或可以被建模为作为图15A的实施例的元件1592来操作。
可以关于各种实施例使用填充碳的环氧树脂，或作为沉积在铜上的镍铬合金(例如，热沉积在铜箔上的薄膜电阻层)来制造具有不可忽略电阻率的分层互连。
在各种实施例中，分层互连可以利用将给分层互连提供较高电容的具有高介电常数的材料或材料组合来制造。
在各种实施例中，分层互连可以由能够传导电流并且适合于与衬底应用一起使用的任何材料或材料组合制成。
可以被用来关于各种实施例制造分层互连(诸如分层互连530或 532)的材料的示例是由3M Corporation制造并以商品名称“3MTM Z-Axis Electrically Conductive Tape9703”销售的Z轴导电带。当作为基本上水平层布置时，Z轴导电带沿着Z轴表现出各向异性垂直导电性，以便当沿着Z轴传播电流时它基本上是导电的，但是，水平地基本上是绝缘的。
可以被用来关于各种实施例制造分层互连(诸如分层互连530或532)的材料的其他示例是：银浆、铜浆、其他金属类型的浆、涂银的铜层、碳层、铁性体材料或包括铁氧体的化合物、导电环氧树脂或聚合物，或能够传导电流的任何其他材料层、结构或连接器结构。一般而言，除非分层互连具有各向异性导电性，在各种实施例中，分层互连可以与垂直切换的VSDM构造一起使用，以在水平、垂直和/或倾斜方向传导电流，取决于相应的实施例的特定体系结构。
在图5的实施例中，电压源可以连接在导电层520和522之间。在图5中，电压源510被示为独立电压源，也可以是电流源，或任何其他电能源。在测试装置或在特定体系结构布局中可以遇到这样的布局，其中，计划通过增强由电压源510所生成的电压来故意激活VSD材料。
然而，从更一般的意义上来讲，在导电层520和522之间施加的电压可以是任何电压信号或其他电信号，包括由ESD放电所生成的电压，如图5的实施例所示出的ESD脉冲512所示出的。在通常由最终用户设备(诸如移动电话)体验到的正常的操作情况下可以预期ESD脉冲512具有高电压大小(例如，超过几百伏特，可能，几千伏特)和短持续时间(例如，在几纳秒和几微秒之间的任何值)。尽管持续时间短，可以预期由ESD脉冲512所生成的电流达到大的大小，可能超过10安培。如果图5的实施例的结构用于ESD保护，则导电层520和522中的一个可以连接到接地面(或被保护的电路或设备内的另一预定点)，并可以将ESD脉冲512引导到到达地线或该预定点。
如果由电压源510(或者可另选地，由ESD脉冲512)施加的电压不超出VSD材料540的特征电压，则VSD材料540保持基本上是 不导电的，没有大的电流在导电层520和522之间，通过分层互连530和532，以及通过VSD材料540传导(可能，一定量的泄漏电流除外，VSD材料540通常被设计为最小化泄漏电流，以便不影响其中可能部署了500的结构的电子设备的性能)。
为用图形方式示出电压源510和ESD脉冲512可能替代地存在并用于一般描述，它们中的每一个以及导电层520和522之间的连接线利用虚线示出。一般而言，可以在导电层520和522之间施加任何电压源、ESD信号，或其他电源、过电压信号或电压电势。两个导电层中的任何一个也都可以连接到地线，或连接到具有另一参考电压电平的点。
如果由电压源510(或者可另选地，由ESD脉冲512)施加的电压超出VSD材料540的特征电压，则VSD材料540切换并变为基本上导电，并且大量的电流通过VSD材料540，在导电层520和522之间传导。
如果对于给定VSD材料成分，VSD材料的特征场以伏特/密耳(V/mil)(或者否则，以单位长度的伏特)为单位定义，则可以将具有给定厚度的一层VSD材料的特征电压确定为特定电压值。例如，如果图5的实施例中的跨间隙542的VSD材料层540的厚度被表示为T，以伏特/密耳表达的VSD材料的特征场被表示为ECH，以伏特表达的对应的特征电压值被表示为VCH，并可以表达为如下：
VCH(V)＝ECH(V/mil)*T(mil)       (公式1)
如果假设特征场ECH的值是常量，或跨相应的厚度T可以近似为常量，公式1中的公式一般成立。
然而，一般而言，特征场ECH可能不是跨VSD材料的相应的间隙的常量，并可以具有跨VSD材料结构的厚度变化的值。只要特征场ECH在VSD构造的切换间隙内不是常量，则可以通过跨对应的厚度T积分特征场ECH，来获得特征电压VCH。
从公式1可以看出，通过缩小VSD材料层540的厚度，相应地缩小VSD材料结构540的特征电压。可以用于移动电话的工业用途的 VSD材料540的厚度的示例性值包括低于2密耳的值。为进一步缩小特征电压，可以将VSD材料层540的厚度缩小到低于1密耳。
如果分层互连530和532以及导电层520和522的阻抗是可忽略的，则跨那些导电层和分层互连没有大的电压降，并因此VSD材料540通电，并在由电压源510或ESD脉冲512所产生的电压达到VSD材料层540的特征电压之后，变得基本上导电。
图6示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSDM构造600。图6的VSDM构造可以集成在诸如PCB、柔性电路或半导体芯片封装之类的衬底设备中。
图6的VSDM构造600包括一组导电层620和622，它们可以是PCB或其他电极中的导电信号层。图6的VSDM构造600还包括作为具有基本上等于间隙642的表示为T的厚度的层布置的VSD材料结构640。
在导电层620和VSD材料结构540之间布置了分层互连630。导电层622与VSD材料640物理接触和电接触。
根据各种实施例，除诸如刚性PCB和刚性半导体封装之类的常规刚性衬底之外，垂直切换的VSDM构造也可以在柔性电路、柔性衬底、柔性半导体封装，及其他柔性设备中实现。为实现该目标，相应地调整所使用的VSD材料的配方以表现出增强的弹性。例如，作为通用准则，降低VSD材料中的金属微粒含量(例如，通过减少或去除分散在VSD材料内的金属微粒)，降低VSD材料一旦固化的脆弱性，并因此使VSD材料更适用于柔性应用。
通过添加具有合适的机械和/或环境耐久性属性的一层或多层，垂直切换的VSD材料构造可以进一步适用于柔性应用的实现。例如，对于图6的实施例中所示出的VSD材料构造600，添加两个附加层，作为聚酰亚胺衬底680和682。
聚酰亚胺材料一般是轻且柔软的，具有较高机械延长和抗拉强度，并倾向于具有改善的针对热和化学反应的恢复力。聚酰亚胺材料用于电子工业中，以制造柔性电缆，在数字半导体和MEMS芯片的 制造中作为绝缘或钝化层，作为绝缘膜，作为高温粘合剂，用于医疗管子应用，以及用于需要柔软性、较低的重量和改善的环境恢复力的其他应用。
包括诸如图6的实施例所示出的VSD材料构造600中所包括的聚酰亚胺衬底680和682之类的耐热的材料的垂直切换的VSD材料构造的另一种应用是耐热的应用，诸如在具有较高环境温度的地区(例如，热的气候)或在具有有限的通风的设备中(例如，封闭的或嵌入式电子设备或具有有限的或没有冷却的系统)中操作的LED面板或电子应用。
图6所示出的VSDM构造600的操作和电气特性一般类似于图5所示出的VSDM构造500的操作和电气特性。具体而言，当在导电层620和622之间施加电压时，预计不会有大的电压降在导电层620和622内或在分层互连630内发生，只要它们的相应的阻抗是可忽略的，并因此VSD材料640将通电，当由电压源610(或者，可另选地，由ESD脉冲612)施加的电压超出VSD材料640的特征电压时，变得基本上导电。VSD材料640的特征电压将与VSD材料640的厚度T成比例。
图7示出了根据实施例的用于形成包括分层互连或其他电极的垂直地切换VSDM构造的方法。如图7所示，方法700包括可以被用来在垂直地切换VSDM构造内产生一个或多个导电结构(诸如一个或多个分层互连或其他电极)的各个步骤。可以应用额外的可选步骤，以进一步细化所产生的VSDM构造。
在标题为“Light-emitting device using voltage switchable dielectric material”的US专利7,825,491中描述了通过利用VSD材料来进行电镀来生产各种设备(诸如LED设备)的方法，在此引用了该专利的内容作为参考。
在图7的实施例中，在步骤710中，向衬底或表面(例如，向铜箔)施加VSD材料。在步骤720中，在VSD材料布置一层非导电材料(例如，一层光致抗蚀剂材料)。
在步骤730中，利用将定义一个或多个导电结构(诸如分层互连或其他电极)的特定图案来图案化非导电层。例如，步骤730中的图案化可以定义将被设置在VSD材料层440上方的图4A的实施例的分层互连434的位置和形状。在一个实施例中，不导电的层是光致抗蚀剂层，通过将光致抗蚀剂通过将光掩膜暴露于激光中，以及接下来的刻蚀过程，来产生图案。如在本领域内已知的，可以使用正性或者负性光致抗蚀剂。作为步骤730的结果，VSD材料的一个或多个区域通过对应于图案的一个或多个部分的非导电层，变得暴露。
在步骤740中，施加超出VSD材料的特征电压的电压，并因此使VSD材料基本上导电。可以直接向VSD材料或者向在其上面布置了VSD材料的导电衬底(例如，向铜箔)施加此电压。施加的电压可以是恒定电压或可变电压(例如，脉冲式的)。
当VSD材料是导电的时，在步骤750中执行离子沉积过程，以在VSD材料图案的暴露区内形成导电结构(例如，诸如图4A的实施例的分层互连434之类的分层互连)。可以执行各种已知的沉积过程，以将离子介质沉积到由暴露的VSD材料的图案所定义的至少某些暴露区中。在一种实现中，执行电镀过程，将VSD材料的暴露区浸没在电解溶液中。
作为替代的实现，使用粉末涂布过程来执行离子沉积。在此过程中，粉粒被充电，并将它们施加于处于基本上导电状态的VSD材料的暴露区。可以通过将粉末沉积在暴露区，或通过将衬底浸没在粉末槽中，来完成粉末的施加。
更进一步，另一实现可以使用电喷雾过程。离子介质能够以带电粒子的形式包含在溶液中。当VSD材料是导电的时，可以向衬底施加溶液。喷雾的施加可以包括使用墨水或喷漆。
在各种实施例中，可以使用其他沉积技术来在VSD材料处于基本上导电的状态时对VSD材料的暴露区执行离子沉积，诸如真空沉积(例如，物理汽相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)过程)。例如，在PVD中，将金属离子引入到腔中以与气体离子结合。可以使 VSD材料的暴露区导电，以具有相反的电荷，以便吸引腔的离子并与离子结合。在CVD中，可以在衬底的表面上向VSD材料施加离子材料的薄膜。
在步骤760中，可任选地，从衬底中去除非导电材料，以便留下形成的导电结构(例如，在垂直地切换VSDM构造内所使用的分层互连或另一电极)。在一种实现中，当光致抗蚀剂材料被用作非导电材料时，向衬底施加碱性溶液(例如，KOH)，或水，以去除光致抗蚀剂材料。
在一个实施例中，在去除光致抗蚀剂层之后，可以对所产生的VSDM构造应用抛光步骤。在一个实施例中，使用化学机械抛光来抛光所产生的VSDM构造的衬底。
图8示出了根据实施例的具有诸如图5所示出的VSDM构造500或图6所示出的VSDM构造600之类的垂直切换的VSDM构造的样本响应电压包络的图800。图8所示出的电压响应曲线820是通过当重复地施加传输线路脉冲(“TLP”)形式的输入电压时测量跨具有2密耳的垂直间隙的VSD材料层的电压而获得的。例如，在图5的实施例中，此测量值可以通过测量导电层520相对于导电层522的电压来实现，电压源510施加TLP。
在一个实施例中，响应于TLP对VSDM构造的响应电压的测量可以使用TLP生成器和示波器按如下方式来处理：
(1)TLP生成器向VSDM构造的电极沿着同轴电缆传输线路发送脉冲，VSDM构造具有的间隙具有对应的特征电压；
(2)当TLP向VSDM构造的目标电极移动时，示波器捕捉TLP；
(3)TLP到达VSDM构造的目标电极。TLP的能量的一部分作为回波，被反射；
(4)示波器捕捉反射回波；以及
(5)可以使用计算机来处理TLP和反射信号，来评估VSDM构造的跨相应的间隙的特征电压。
在比较长的时间刻度内显示了图的部分802所示出的响应曲线 820。图的部分804所示出的响应曲线822是在16纳秒的较短的时间刻度内显示的响应曲线820。TLP电压输入被示为信号810以及信号812。
如图800所示，随着输入信号810增大，跨VSD材料层的电压最初跟踪输入电压，但是，随着VSD材料开始传导越来越大的电流，开始偏离。在某个点，VSD材料切换，以变得基本上是导电的，响应信号稳定在200V以下的值，尽管输入信号810继续增强。可以从图800估计VSD材料层的特征电压为150V和220V之间。
图9示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造900。图9的垂直切换的VSD材料构造900可以集成在包括诸如PCB、柔性电路或半导体芯片封装的衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。图9示出了诸如PCB之类的衬底的垂直方向的VSD材料构造的断面。
图9的VSD材料构造900包括一组电极920和922。电极920和922和在图9的实施例中被示为一层的VSD材料结构940相接触地布置。VSD材料940的层具有基本上等于间隙942的厚度，表示为T。对于商业实现，T可以取值的范围，取决于VSD材料940的配方以及VSD材料940所需的特征电压及其他物理或操作特性。T的特定示例性值包括2密耳、1.5密耳、1密耳以及0.5密耳。一般而言，期望T的较小值，以提供VSD材料结构940的较低的特征电压。
通道930贯穿VSD材料940的层，并与电极922接触。通道930基本上导电。分层互连970沿着电极920和922的对面的水平平面和VSD材料940的层接触。关于图5的实施例讨论了可以被用来实现分层互连970的各种分层互连，只是在水平方向防止有效率的电流流动的Z轴分层互连将不适用于此特定实现。
分层互连970被布置在预浸渍层980内。预浸渍层980是诸如PCB之类的衬底设备的一部分，并与该衬底的另一层，芯982物理接触。预浸渍层980基本上是绝缘的。
通道930和分层互连970基本上是导电的，一般可以假设具有可 忽略阻抗。因此，电压没有大的损失地在电极922和分层互连970之间传播。
如果由电压源910或由ESD脉冲912在电极920和922之间施加超出VSD材料结构940的特征电压的电压，则VSD材料940变得基本上是导电的。由于电极922和分层互连970将处于基本上相同的电压电平，跨VSD材料940的电流流动将在电极920和分层互连970之间主要在垂直方向产生。这方面的一个原因是，电流倾向于选择具有最小阻抗的路径来传播，并且在分层互连970和电极920之间垂直地穿过VSD材料940的层将一般提供该最小阻抗路径。
图9的实施例中的VSD材料结构940垂直地切换的事实不一定意味着，电流将严格地并只沿着Z轴跨间隙942流动。相反，由于关于图3的实施例比较详细地讨论的各种效应，在VSD材料结构940内在水平方向可能会发生某一级别的电流流动。但是，一般而言，当在图9的实施例中VSD材料940切换以变得基本上导电时，电流流动将主要在基本上平行于相应的衬底的Z轴(或垂直轴)的方向发生。
由于图9的实施例的VSD材料结构940内的电流流动将基本上在垂直方向上跨间隙942发生，因此，VSD材料结构940的特征电压将由间隙942的厚度T确定。对于VSD材料的某些配方，此特征电压可以根据公式1确定。
图9的实施例所示出的垂直切换的VSDM构造900的优点是，能够以有限的精度将电极920和922布置在水平方向。这是因为，它们的特定水平布局不是关键的，只要在电极920和分层互连970之间存在足够的重叠，并且只要电极922与通道930有好的电触点。
图9的实施例所示出的垂直切换的VSDM构造900的另一个优点是，可以将诸如电极920和922之类的金属电极(例如，由铜制成)布置在外层，因此，促进LED设备或可以得益于改善的热冷却的其他设备的热耗散和/或电能传导。
在各种实施例中，图9所示出的垂直切换的VSDM构造可以通过添加各种其他层和特征(导电的，绝缘的和半导电的)来实现，同 时，遵守一般工作原理：当VSD材料变得基本上导电时，电流跨VSD材料结构基本上没有损失地传导一次(例如，通过彼此电接触的一组导电特征)，跨VSD材料结构的垂直厚度传导一次。在此一般设计方法中，通过VSD材料构造的垂直厚度来确定VSD材料的特征电压。
图10示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1000。图10的垂直切换的VSD材料构造1000可以集成在包括诸如PCB、柔性电路或半导体芯片封装的衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。图10示出了诸如PCB之类的衬底的垂直方向的VSD材料构造的断面。
图10的垂直切换的VSD材料构造1000一般性地类似于图9的VSD材料构造900，只是代替图9的实施例中的单个VSD材料结构940，在图10的实施例中有两个VSD材料结构：具有跨间隙1042的垂直厚度T1的VSD材料1040的层和具有跨间隙1046的垂直厚度T2的VSD材料1044的层。对于商业实现，T1和T2可以取值的范围，取决于VSD材料1040和1044的配方，并取决于VSD材料结构1040和1044所需的特征电压及其他物理或操作特性。在各种实施例中，VSD材料1040和1044的配方可以相同，或可以不相同。类似地，在各种实施例中，VSD材料1040和1044的垂直厚度T1和T2分别可以相同，或可以不相同。T1和T2的总和的特定示例性值包括2密耳、1.5密耳、1密耳以及0.5密耳。一般而言，期望T1和/或T2的较小值，以提供VSD材料结构1040和/或1042的较低的特征电压。
一般而言，用于产生作为垂直切换的VSDM构造(诸如用于制造VSDM构造1000的VSD材料1040和1044)的一部分的VSD材料结构的化合物组的两个或更多VSD材料结构，可以具有相同、基本上相同、或相对于彼此不同的特性，包括介电常数、粘附特性、刚性、柔软性、成分和厚度。
图10的VSD材料构造1000包括一组电极1020和1022。电极1020和1022和在图10中被示为VSD材料1040的层的第一VSD材料结构接触。通道1030贯穿VSD材料1040和1044的层，并与电极 1022接触。通道1030基本上是导电的。导电层1070沿着电极1020和1022的对面的水平平面和VSD材料1044的层接触。导电层可以由导电材料(例如，铜)制成，或者可以是分层互连。关于图5的实施例讨论了可以被用来实现导电层1070的各种分层互连，只是在水平方向防止有效率的电流流动的Z轴分层互连将不适用于此特定实现。
导电层1070与预浸渍层1080相邻。预浸渍层1080是诸如PCB或柔性电路之类的衬底设备的一部分，并与该衬底的另一层，芯1082物理接触。预浸渍层1080基本上是绝缘的。
通道1030和导电层1070基本上是导电的，一般可以假设具有可忽略阻抗。因此，电压没有大的损失地在电极1022和导电层1070之间传播。
如果由电压源1010或由ESD脉冲1012在电极1020和1022之间施加超出VSD材料结构1040和1044的特征电压的总和的电压，则VSD材料1040和1044变得基本上是导电的。由于电极1022和导电层1070将处于基本上相同的电压电平，跨VSD材料1040和1044的电流流动将在电极1020和导电层1070之间主要在垂直方向产生。这方面的一个原因是，电流倾向于选择具有最小阻抗的路径来传播，并且在导电层1070和电极1020之间垂直地穿过VSD材料1040和1044的层将一般提供该最小阻抗路径。
结果，图10的实施例所示出的VSDM构造1000将垂直地切换，电流流动通过VSD材料结构1040和1044主要在基本上平行于相应的衬底的Z轴(或垂直轴)的方向发生。
由于图10的实施例的VSD材料结构1040和1044内的电流流动将跨间隙1042和1046基本上在垂直方向上发生，因此，通过两个不同的VSD材料结构1040和1044形成的化合物VSD材料结构的特征电压将由两个VSD材料的配方以及由间隙1042的厚度T1和间隙1046的厚度T2分别确定。对于VSD材料的某些配方，此化合物特征电压可以通过将分别跨间隙1042以及跨间隙1046的VSD材料结构1040和1044的单个特征电压相加来确定。
一般而言，在通过其发生垂直切换的VSD材料的两个或更多结构的化合物构造中，不管是否彼此直接物理接触，VSDM结构的化合物组的有效特征电压都与VSD材料结构的单个厚度的总和相关联，以便随着总的化合物厚度增大，所产生的化合物特征电压也倾向于增大。
在各种实施例中，图10所示出的垂直切换的VSDM构造可以通过添加各种其他层和特征(导电的，绝缘的和半导电的)来实现，同时，遵守一般工作原理：当单个VSD材料结构变得基本上导电时，电流跨两个或更多VSD材料结构在一个垂直方向基本上没有损失地传导(例如，通过彼此电接触的一组导电特征)，跨两个或更多VSD材料结构的厚度在相反的垂直方向传导。在此一般设计方法中，VSD材料结构的化合物组的特征电压是由单个VSD材料结构的总的垂直厚度以及由每一个VSD材料的特征电压确定的。
图11示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1100。图11的垂直切换的VSD材料构造1100可以集成在包括衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。在各种实施例中，VSD材料构造1100可以集成在其中的衬底设备的示例包括PCB以及半导体芯片封装。图11示出了衬底设备的垂直方向的VSD材料构造的断面。
图11的垂直切换的VSD材料构造1100一般性地类似于图10的VSD材料构造1000，只是代替图10的实施例的两个VSD材料结构，图11的实施例包括单层VSD材料1140，具有跨间隙1142的垂直厚度T。尽管如此，在各种实施例中，可以使用多层VSD材料，如关于图10的实施例一般性地描述的。对于商业实现，T可以取值的范围，取决于VSD材料1140的配方，并取决于VSD材料1140所需的特征电压及其他物理或操作特性。用于制造过程中的实现的厚度T的特定示例性值可以考虑为包括2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳以及更小的。一般而言，期望较小的T的值，以提供VSD材料结构1140的较低的特征电压。
图11的VSD材料构造1100包括一组电极1120和1122。电极 1120和1122和VSD材料结构1140相接触地布置。导电预浸渍层1170沿着电极1120和1122的对面的水平平面和VSD材料1140的层相接触地布置。导电预浸渍层可以是诸如PCB、柔性电路或半导体器件封装之类的衬底设备中的一层。导电预浸渍层1170是或者包括适用于以最少的损失或没有损失地传导电流的一层和/或导电结构组。导电预浸渍层1170与该衬底的另一层，芯1182，物理接触。芯1180基本上是绝缘的。
如果由电压源1110或由ESD脉冲1112在电极1120和1122之间施加超出VSD材料结构1140的特征电压的电压，则VSD材料1140变得基本上是导电的。跨VSD材料1140的电流流动将在电极1120和导电预浸渍层1070之间，以及在电极1122和导电预浸渍层1170之间主要在垂直方向产生。一旦电流在特定垂直方向，从电极1120或1122跨VSD材料结构1140流动，电流以最少的损失或没有损失地沿着导电预浸渍层1170传播，然后，电流在相反的垂直方向跨VSD材料结构1140向两个电极1122或者1120中的另一个流动。电流为什么主要在垂直方向跨VSD材料1140的层传播的理由是，电流倾向于选择具有最小阻抗的路径来传播，并且在电极1120或1122中的任何一个和导电预浸渍层1170之间垂直地穿过VSD材料1140的层将一般提供该最小阻抗路径。如果两个电极1120和1122之间的距离缩小以致于它变得可与间隙1142相当，则VSD材料1140可以在水平方向传导更多电流。在一些实施例中，这可以通过产生VSD材料1140的成分来缩小，该VSD材料1140表现出各向异性垂直导电性，以便当沿着Z轴传播电流时它基本上是导电的，但是，水平地基本上是绝缘的。
结果，图11的实施例所示出的VSDM构造1100将垂直地切换，电流流动通过VSD材料结构1140主要在基本上平行于相应的衬底的Z轴(或垂直轴)的方向发生。
在各种实施例中，图11所示出的垂直切换的VSDM构造可以通过添加各种其他层和特征(导电的、绝缘的、半导电的)来实现，同时，遵守一般工作原理：首先，当单个VSD材料结构变得基本上导电 时，电流跨一个或多个VSD材料结构在一个垂直方向传导，然后，以最少的损失或没有损失地在水平方向传导，再然后，当单个VSD材料结构保持基本上导电时，在相反的垂直方向跨一个或多个VSD材料结构的厚度传导。在此一般设计方法中，VSD材料的一层或多层的特征电压是由单个VSD材料结构的总的垂直厚度以及由每一个VSD材料的特征电压确定的。
图12A示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1200。图12A的实施例的垂直切换的VSD材料构造1200可以集成在包括衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。在各种实施例中，VSD材料构造1200可以集成在其中的衬底设备的示例包括PCB以及半导体芯片封装。图12A示出了衬底设备的垂直方向的VSD材料构造的断面。
图12A的垂直切换的VSD材料构造1200包括VSD材料1240的层，具有跨间隙1242的垂直厚度T。在各种实施例中，可以使用多层VSD材料，如关于图10的实施例一般性地描述的。对于商业实现，T可以取值的范围，取决于VSD材料1240的配方，并取决于VSD材料1240所需的特征电压及其他物理或操作特性。在制造过程中的实现所用的厚度T的特定示例性值可以考虑包括2密耳、1.5密耳、1密耳、0.5密耳、0.2密耳以及更小的值。一般而言，期望较小的T的值，以提供VSD材料结构1240的较低的特征电压。
图12A的VSD材料构造1200包括和VSD材料结构1240相接触而布置的一组电极1120、1122和1124。导电层1270与预浸渍层1230相邻。在导电层1270和VSD材料层1240之间布置了预浸渍层1230。分层互连1280和VSD材料层1240相接触地布置。在一个实施例中，在预浸渍层1230内形成分层互连1280，如图12A所示。在一个实施例中，可以作为将预浸渍层1230与VSD材料1240分离的不同的层(即，不在预浸渍层1230内形成)来布置分层互连1280。预浸渍层1230可以是诸如PCB、柔性电路或半导体器件封装之类的衬底设备中的一层。
通道1250穿过预浸渍层1230，并以分层互连1280电接触，并在导电层1270和分层互连1280之间建立电接触。
在图12A的实施例中，电极1220和电极1224连接到地线。在某些实施例中，一个或两个电极可以连接到电路中的一个不同的点，可能包括连接到电压源、到电路元件或组件，或可以向其引导ESD脉冲或其他电压的另一参考电压电势。
如果由ESD脉冲1212(或由电压源)在导电层1270中施加超出VSD材料结构1240的特征电压的电压，则VSD材料1240变得基本上是导电的。跨VSD材料1240的电流流动将在分层互连1280和电极1220和/或电极1224之间主要在垂直方向发生。
结果，图12A的实施例所示出的VSDM构造1200将垂直地切换，电流流动通过VSD材料结构1240主要在基本上平行于相应的衬底的Z轴(或垂直轴)的方向发生。在图12A中作为ESD放电路径1290，示出了响应于ESD信号1212，电流通过VSDM构造1200的流动所遵循的一般电气通路。
图12A的实施例进一步示出了表示为嵌入式阻抗1296的电路元件。在各种实施例中，此电路元件可以部分地或完全地包括在VSDM构造1200内，或者可以与VSDM构造1200进行通信(例如，它可以与VSDM构造1200嵌入在同一个PCB中，或者也可以表面附接到VSDM构造1200被包括在其中的PCB)。
在图12A的实施例中，嵌入式阻抗1296被示为至少部分地嵌入在VSDM构造1200内的电路元件。具体而言，图12A将嵌入式阻抗1296示为至少部分地嵌入在预浸渍层1230内。在替代的或互补的实施例中，嵌入式阻抗1296可以布置在衬底内或VSDM构造1200内的其他位置。例如，嵌入式阻抗1296可以布置在VSD材料结构1240内、在另一PCB层内，或在诸如半导体封装之类的另一衬底内。
在各种实施例中，嵌入式阻抗1296由一个或多个电路元件组成，或包括一个或多个电路元件。在各种实施例中，嵌入式电路元件阻抗1296可以包括一个或多个电阻器、一个或多个感应器、一个或多个电 容器、一个或多个铁性体电路元件(例如，可以包括或可以不包括VSD材料的嵌入式铁性体电路元件)、一个或多个二极管、一个或多个晶体管、一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通、带通和高通滤波器或滤波器级的各种组合)、任何其他无源或有源电路元件或电子组件、具有可忽略阻抗的任何分层互连、具有不可忽略阻抗的任何分层互连(例如，一层高介电材料)、具有不可忽略阻抗的任何电极或其他导电结构，和/或前述各项的任何组合。
嵌入式阻抗1296可以与VSD材料结构1240一起使用，以提供针对诸如图12A所示出的电子组件1298之类的电子组件的部分或完全ESD保护。在图12A中，电子组件1298被示为通过电极1228连接到嵌入式阻抗。嵌入式阻抗1296也与导电层1270电接触。在没有VSD材料1240的情况下，在导电层1270施加的ESD脉冲或其他大电压将导致大电压和/或电流通过嵌入式阻抗1296向电子组件1298的传播。然而，在存在VSD材料1240的情况下，垂直地切换的VSDM构造1200响应于超出VSD材料结构1240的特征电压的大电压而通电，然后，通过电极1220，将否则将到达电子组件1298的ESD脉冲的至少一部分转向地线。因此，垂直地切换的结构1200使用嵌入式阻抗1296来防止电子组件1298免受存在于导电层1270的潜在地损坏性的ESD脉冲或其他过电压事件的损坏。
在2011年4月28日提交的，并且标题为“Embedded Protection Against Spurious Electrical Events”的美国申请系列No.13/096,860中详细地公开了一种电路的体系结构和操作，可以与作为垂直地切换的结构1200的一部分的VSD材料结构1240一起使用以提供对于诸如图12A所示出的电子组件1298之类的电子组件的部分或完全ESD保护。这里引用了该专利申请的内容作为参考。在此专利中所公开的和/或要求保护的垂直切换的VSDM结构可以与在美国申请系列No.13/096,860中所公开的和/或要求保护的实施例一起使用，以提供针对电子组件的ESD及其他过电压事件的增强的保护。
在一个实施例中，电子组件1298可以嵌入在VSDM构造1200 内。在一个实施例中，电子组件1298可以嵌入在其中包括VSDM构造1200的同一个衬底(例如，同一个PCB)中。在一个实施例中，电子组件1298可以表面附接到其中包括VSDM构造1200的同一个衬底中。在一个实施例中，电子组件1298可以包含在与其中包括VSDM构造1200的衬底电接触的不同的电子设备中(例如，VSDM构造1200可以包含在附接到电子设备的连接器中，该电子设备包括电子组件1298)。在一个实施例中，VSDM构造1200包括在电子组件1298的封装内，或者否则附接到或包括到与电子组件1298物理接触或电气通信的衬底中。
在各种实施例中，电子组件1298可以是下列各项中的任何一项或多项：半导体芯片或另一个集成电路(IC)(例如，微处理器、控制器、存储器芯片、RF电路、基带处理器等等)、发光二极管(LED)、MEMS芯片或结构，或布置在电子设备内部的任何其他组件或电路元件。
在一个实施例中，嵌入式阻抗1296可以使用包括至少部分地嵌入在铁性体材料内的导电结构的铁性体电路元件来实现。在2011年5月24日提交的美国专利申请13/115,068中公开了包括铁性体VSD材料并适用于这样的嵌入式实现的铁性体电路元件，该专利此处以引用的方式全部并入本文中。在各种实施例中，嵌入式阻抗1296可以实现为嵌入式铁性体感应器、嵌入式铁性体VSD材料感应器、嵌入式铁性体电容器、嵌入式铁性体VSD材料电容器，或作为任何其他嵌入式铁性体电路元件或嵌入式铁性体VSD材料电路元件。
图12B示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1202。图12A和图12B所示出的实施例一般是相同的，只是在图12B的实施例中，嵌入式阻抗1296被替换为嵌入式阻抗1297，电极1228被替换为电极1229，而电子组件1298被替换为电子组件1299。如图12B所示，嵌入式阻抗1297不再嵌入在预浸渍层1230中，而是相反通过导电层1270与预浸渍层1230分离。可选电极1229将嵌入式阻抗1297与电子组件1299连接。
在各种实施例中，嵌入式阻抗1297和电子组件1299的体系结构、实现和功能可以基本上与关于图12A的实施例对于嵌入式阻抗1296和对于电子组件1298所描述的相同，只是嵌入式阻抗1297和电子组件1299如关于图12B所讨论的那样布置。
在一个实施例中，图12B所示出的嵌入式阻抗1297不是嵌入在VSDM构造1200内，而是嵌入在其中包括VSDM构造1200的同一个衬底(例如，同一个PCB)中。在一个实施例中，嵌入式阻抗1297和/或电子组件1299可以表面附接到其中包括VSDM构造1200的同一个衬底中。在一个实施例中，嵌入式阻抗1297和/或电子组件1299可以包含在与其中包括VSDM构造1200的衬底电接触的不同的电子设备中(例如，VSDM构造1200可以包含在附接到包括嵌入式阻抗1297和/或电子组件1299的电子设备的连接器中)。在一个实施例中，VSDM构造1200和嵌入式阻抗1297包括在电子组件1298的封装内，或者否则附接到或包括到与电子组件1298物理接触或电气通信的衬底中。
图13示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料层1340的VSDM构造1300。
图13所示出的VSDM构造1300包括多个导电信号层，表示为导电层L1到L6，并编号为导电层1370、1372、1374、1376、1378以及1379。这些信号层可以在PCB板内，或来往于附接到PCB的组件和电路元件传导电信号，或可以充当地线或其他电压基准点。这些信号层通过构建到相应的衬底设备(在图13中没有具体地标识)中的多个基本上绝缘的层或介电层分离。对于PCB，这样的绝缘层可以包括预浸渍填充物、芯、叠合层，或任何其他类似的薄膜或结构。图13所示出的VSDM构造1300沿着PCB或其他衬底的垂直维度布置。
图13所示出的VSDM构造1300还包括通道1350。在各种实现中，通道1350可以是通道、衬垫、迹线，或者被设计为导电并促进电信号的传播的任何其他结构。通道1350与层L11370和层L21372通电。
图13的实施例的VSDM构造1300还包括示为VSD材料结构1340的VSD材料结构。VSD材料结构1340被布置在垂直方向，并穿过VSDM构造1300的多个导电层。如图13所示，VSD材料结构1340穿过导电层L21374和L31376。在各种实现中，VSD材料结构1340可以穿过诸如PCB、柔性电路或半导体封装之类的衬底内的两个或更多导电层或其他导电结构。在一个实施例中，VSD材料结构1340可以通过利用VSD材料来填充通道(例如，掩埋的通道))或诸如PCB、柔性电路或半导体封装之类的衬底内可用的任何其他空间。在一个实施例中，VSD材料结构1340是通过在衬底中钻一个孔(例如，以机械方式或利用激光)，然后，利用VSD材料来填充该孔来产生的。在一个实施例中，VSD材料结构1340可以通过在衬底的制造过程中在衬底内创建的空白空间沉积VSD材料来产生(例如，通过预先存在的间隙或在该PCB的不同的相邻层中预先产生的孔的校准，而在PCB中创建垂直腔，然后，在该空腔内部注入VSD材料和固化VSD材料)。
如果ESD脉冲1312到达层L11370(或向层L11370施加另一电压源)，则相应的电压将以最少的损失或没有损失地传播到层L21372。在层L21372，响应于ESD脉冲1312所产生的电压到达VSD材料结构1340。如果到达VSD材料结构1340的电压超出VSD材料结构1340跨特定垂直间隙的特征电压，则VSD材料将通电并将在该间隙内变得基本上是导电的。
在图13的实施例中，导电层L31374连接到地线。在其他实现中，导电层L31374(或与相应的VSD材料结构电接触的另一导电结构或层)可以连接到ESD信号可以向其传导的另一点，诸如任意电压基准点或电路元件或组件。
由于在图13的实施例中，导电层L31374连接到地线并且ESD脉冲1312传播到导电层L21372，因此，将在VSD材料结构1340内触发垂直切换的有效间隙基本上是间隙1342，具有大致由导电层L21372和接地层L31374之间的垂直间隔确定的有效厚度T。厚度T将至少部分地确定VSD材料结构1340的特征电压(例如，根据公式1)。 在某些实现中，一个以上的VSD材料结构可以垂直地堆叠(无论是相邻的还是在物理上分离的层中)或可以水平地连接(例如，通过分层互连)，如关于其他实施例在此专利中所描述的。
一旦图13的实施例所示出的VSD材料结构1340通电并跨间隙1342变得基本上是导电的，电流将跨间隙1342，在导电层L21372和接地层L31374之间，主要在垂直方向流动。如果发生这种情况，则VSDM构造1300垂直地切换。
图14示出了根据实施例的可以集成在PCB中或另一衬底中并适用于实现垂直切换的包括VSD材料构造1440的VSDM构造1400。在一个实施例中，图14所示出的表示是图13的VSDM构造1300的展开图。
图14所示出的VSDM构造1400包括三个导电信号层，表示为导电层L1到L3，并编号为导电层1470、1472以及1474。导电层1474连接到地线。可另选地，导电层1474可以连接到电路元件或组件，或连接到另一电压基准点。这三个信号层通过嵌入到相应的衬底设备(在图14中没有具体地标识)中的多个基本上绝缘的层或介电层分离。对于PCB，这样的绝缘层可以包括预浸渍填充物、芯、叠合层，或任何其他类似的薄膜或结构。图14所示出的VSDM构造1400沿着PCB或其他衬底的垂直维度布置。
图14所示出的VSDM构造1400还包括通道1450。在各种实现中，通道1450可以是通道、衬垫、迹线，或者被设计为导电并促进电信号的传播的任何其他结构。通道1450与层L11470和层L21472通电。
图14的实施例的VSDM构造1400还包括示为VSD材料结构1440的VSD材料结构。VSD材料结构1440被布置在垂直方向，并与导电层L21474和L31476电接触。在各种实现中，VSD材料结构1440可以穿过诸如PCB、柔性电路或半导体封装之类的衬底内的两个或更多导电层或其他导电结构。在一个实施例中，VSD材料结构1440可以通过利用VSD材料来填充通道(例如，掩埋的通道)或诸如PCB、 柔性电路或半导体封装之类的衬底内可用的任何其他空间来制作。
如果ESD脉冲1412到达层L11470(或向层L11470施加另一电压源)，则相应的电压将以最少的损失或没有损失地通过通道1450传播到层L21472。在层L21472，响应于ESD脉冲1412所产生的电压到达VSD材料结构1440而产生电压。如果到达VSD材料结构1440的电压超出VSD材料结构1440跨特定垂直间隙的特征电压，则VSD材料将通电并将跨该间隙变得基本上是导电的。
由于在图14的实施例中，导电层L31474连接到地线并且ESD脉冲1412传播到导电层L21472，因此，将在VSD材料结构1440内触发垂直切换的有效间隙基本上是间隙1442，具有大约T的有效厚度，大致由导电层L21472和接地层L31474之间的垂直间隔确定。厚度T将至少部分地确定VSD材料结构1440的特征电压(例如，根据公式1)。在某些实现中，一个以上的VSD材料结构可以垂直地堆叠(无论是相邻的还是在物理上分离的层中)或可以水平地连接(例如，通过分层互连)，如关于其他实施例在此专利中所描述的。
当图14的实施例所示出的VSD材料结构1440通电并跨间隙1442变得基本上是导电的，电流将跨间隙1442，在导电层L21472和接地层L31474之间，主要在垂直方向流动。如果发生这种情况，则VSDM构造1400垂直地切换。响应于施加于层L11470并具有超出VSD材料结构跨间隙1442的特征电压的电压的ESD脉冲1412(或另一电压源)，电流将基本上沿着图14作为电气通路1490所示出的电气通路流动。
图15A示出了根据实施例的适用于与一个或多个电路元件一起使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1500。图15A的垂直切换的VSD材料构造1500可以集成在包括衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。在各种实施例中，VSD材料构造1500可以集成在其中的衬底设备的示例包括PCB、柔性电路以及半导体芯片封装。图15A示出了衬底设备的垂直方向的VSD材料构造的断面。
图15A的垂直切换的VSD材料构造1500一般类似于图11的VSD材料构造，只是代替图11的实施例的导电预浸渍层1170，图15A的实施例包括通过电路元件1592连接的两个分层互连1570和1572。电路元件1592具有不可忽略阻抗，在图15A中表示为H。在各种实施例中，分层互连1570和1572可以是，或可以包括，电极、分层互连或分层互连的某些部分、导电层或导电层的某些部分、或任何其他导电结构。
图15A的垂直切换的VSD材料构造1500包括被布置在电极1520和分层互连1572之间，以及还分别被布置在电极1522和分层互连1570之间的VSD材料结构1540。图5的实施例的VSD材料结构1540具有跨水平维度基本上均匀的并约等于间隙1542的垂直厚度，表示为T。
分层互连1570和1572与基本上是绝缘体或基本上是电介质的衬底层，芯1582相邻。在其中包括VSDM构造1500的衬底设备中可以存在附加层(例如，一个或多个预浸渍层)。
响应于由ESD脉冲1512(或由电压源1510)在电极1520和1522之间产生的电压，VSD材料结构1540可以通电并变得基本上是导电的。将在VSD材料结构1540内触发垂直切换的有效间隙基本上是间隙1542的两倍，具有大致两倍于T的值的有效厚度(这是因为，当VSDM构造1500垂直地切换时，电流将在相反的方向跨间隙1542传播两次)。厚度T将至少部分地确定VSD材料结构1540的特征电压(例如，根据公式1)。如果元件1592的阻抗是零或可忽略，或在没有元件1592的情况下，在VSD材料结构1540通电之前必须由ESD脉冲1512产生的最低电压约等于VSD材料结构1540的特征电压的两倍(因为为使两个电极1520和1522之间的电路完整，电流必须在不同的垂直方向跨间隙1542流动两次)。
然而，在存在具有不可忽略阻抗的元件1592的情况下，在VSD材料结构1540通电之前必须由ESD脉冲1512产生的最低电压将高出约等于跨元件1592的电压降的电压。例如，如果元件1592是电阻器， 则当ESD脉冲1512的电压约等于VSD材料结构1540的特征电压的两倍加跨元件1592的电压降时，VSD材料结构1540将通电并变得基本上是导电的。
在各种实施例中，电路元件1592可以是，或可以包括，一个或多个电阻器、一个或多个感应器、一个或多个电容器、一个或多个铁性体电路元件(例如，可以包括或可以不包括VSD材料的嵌入式铁性体电路元件)、一个或多个二极管、一个或多个晶体管、一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通、带通和高通滤波器或滤波器级的各种组合)、任何其他无源或有源电路元件或电子组件、任何分层互连、电极或具有不可忽略阻抗的其他导电结构以及前述各项的任何组合。电路元件1592可以包括单个电子组件或电子组件的组合，并可以与VSD材料结构1540一起使用，以提供对于其中集成了VSDM构造1500的电子设备或衬底设备的部分或完全ESD保护。
在一个实施例中，电路元件1592嵌入在诸如PCB、柔性电路或半导体器件封装之类的衬底中。例如，参考图15A，元件1592可以嵌入在其中可以集成VSDM构造1500的一层PCB中(例如，电路元件1592可以包含在芯层、预浸渍层，叠合层，或PCB的任何其他层中)。在一个实施例中，元件1592可以是附接到其中可以集成VSDM构造1500的PCB的电子组件或电路元件。在一个实施例中，元件1592可以是包含在半导体芯片中的电路元件，该半导体芯片通过其中可以集成VSDM构造的封装衬底来保护。
在图15A的实施例中，元件1592被示为连接在分层互连1570和1572之间。在替代的或互补的实施例中，元件1592或其他电路元件可以布置在衬底内或VSDM构造1500内的其他位置。例如，元件1592或其他电路元件可以布置在电极1520和VSD材料结构1540之间、在电极1522和VSD材料结构1540之间，在由ESD脉冲1512所产生的电压到达电极1520或电极1522之前，在这样的电压的电气通路中，或与要被防止ESD事件的VSDM构造1500和一个或多个电子组件电接触。
在一个实施例中，元件1592可以使用通过将导电结构至少部分地嵌入在铁性体材料内制造的嵌入式电路元件来实现，铁性体材料至少部分地嵌入在衬底内。在美国专利申请13/115,068中公开了包括铁性体VSD材料并适用于这样的嵌入式实现的铁性体电路元件。
当图15A的实施例所示出的VSD材料结构1540通电并跨间隙1542变得基本上是导电的，电流将跨间隙1542，一次在电极1520和分层互连1572之间，一次在相反方向，在电极1522和分层互连1570之间，主要在垂直方向流动。
在一个实施例中，代替单个VSD材料结构1540，VSDM构造1500包括具有不同的垂直厚度的两个VSD材料结构，以便电极1522和分层互连1570之间的间隙不同于电极1520和分层互连1572之间的间隙。
在某些实现中，一个以上的VSD材料结构可以垂直地堆叠(无论是相邻的还是在物理上分离的层中)。
对于商业实现，间隙1542的厚度T可以取值的范围，取决于VSD材料1540的配方，并取决于VSD材料1540所需的特征电压及其他物理或操作特性。考虑VSDM构造1500的有效厚度由T的值的两倍确定的情况，用于制造过程中的实现的厚度T的特定示例性值可以考虑为包括1密耳、0.75密耳、0.5密耳、0.25密耳，0.1密耳以及更小的。一般而言，期望T的较小值，以提供VSD材料结构1540的较低的特征电压，但是，在商业的批量制造环境中一致地实现可能更具有挑战性。
图15B示出了根据实施例的适用于使用具有第一阻抗值的电路元件和具有第二阻抗值的嵌入式阻抗，使用VSD材料来实现垂直切换的VSD材料构造1502。图15A和图15B所示出的实施例一般相同，只是在图15B的实施例中，元件1592被替换为元件1593，被示为嵌入式阻抗1597的电路元件嵌入在VSD材料结构1540内。电子组件1599与嵌入阻抗1597电接触。此电接触可以通过可选电极1529来实现。
在各种实施例中，元件1593的体系结构、实现和功能基本上与关于图15A的实施例对于元件1592所描述的相同，只是元件1593具有表示为H1的阻抗。嵌入式阻抗1597具有表示为H2的阻抗。在各种实施例中，元件1593和嵌入式阻抗1597可以是或可以不是相同类型的电路元件(例如，它们可以两者都是感应器，或它们中的一个可以是电阻器，另一个可以是电容器)。在各种实施例中，阻抗H1和H2可以相同，或者也可以不同。
在各种实施例中，嵌入式阻抗1597和电子组件1599的体系结构、实现和功能可以基本上与关于图12A的实施例对于嵌入式阻抗1296和对于电子组件1298所描述的相同，只是嵌入式阻抗1597和电子组件1599如关于图12B所讨论的那样布置，并与垂直切换的VSDM构造1502一起使用。
如图15B所示，嵌入式阻抗1597至少部分地包括在VSD材料结构1540内，并与电极1522电接触。在没有VSD材料结构1540的情况下，在电极1522施加的大电压将通过嵌入式阻抗1597传播到电子组件1599，潜在地损坏电子组件1599。
然而，如果VSD材料结构1540存在并响应于施加于电极1522的充分大的ESD脉冲1512而通电，则可能会流向电子组件1599的电流的至少一部分现在通过VSD材料1540流到分层互连1570。结果，防止电子组件1599，可能还有嵌入式阻抗1597被过电压损坏。
如关于图12B的实施例对于嵌入式阻抗1297所讨论的，代替被嵌入在VSD材料层1540内，嵌入式阻抗1597可以可另选地包含在其中包括VSDM构造1502的同一个衬底中(例如，同一个PCB)。在一个实施例中，嵌入式阻抗1597和/或电子组件1599可以表面附接到其中包括VSDM构造1502的同一个衬底中。在一个实施例中，嵌入式阻抗1597和/或电子组件1599可以包含在与其中包括VSDM构造1502的衬底电接触的不同的电子设备中(例如，VSDM构造1502可以包含在附接到包括嵌入式阻抗1597和/或电子组件1599的电子设备的连接器中)。在一个实施例中，VSDM构造1502和嵌入式阻抗1597 包括在电子组件1599的封装内，或者否则附接到或包括到与电子组件1599物理接触或电气通信的衬底中。
图16示出了根据实施例的垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601的组合。在图10的实施例中，VSDM构造1000包括一起进行垂直切换的被布置在垂直层的VSD材料的两个结构。在图16的实施例中，VSD材料构造1600和1601将被布置为跨间隙1648垂直地切换的VSD材料结构1646和被布置为跨间隙1642水平地切换的VSD材料结构1640进行组合。
在一个实施例中，垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601被包括在通过连接器1628连接的不同的衬底内。在一个实施例中，垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601中的一个或两者被包括在柔性衬底中，连接器1628是柔性连接器。
在图16的实施例中，垂直切换的VSD材料构造1600包括一组两个电极1620和1622和VSD材料结构1646。电极1620和1622与横跨具有厚度T1的垂直间隙1648的VSD材料结构1646接触。分层互连1670和电极1620的对面的VSD材料结构1646接触。图16所示出的电极1622穿过VSD材料层1646，并与分层互连1670直接电接触。在替换实施例中，电极1622可以不完全地穿过VSD材料层1622，在这样的情况下，第二垂直间隙可以跨VSD材料1646存在(具有等于，或小于T1的厚度)，跨VSD材料1646可以发生垂直切换。
在图16的实施例中，水平切换的VSD材料构造1601包括两个电极1624和1622和VSD材料结构1640。电极1624和1626与横跨具有厚度T2的垂直间隙1642的VSD材料结构1640相接触地布置。分层互连1672和电极1624和1626的对面的VSD材料结构1640相接触地布置。
在图16的实施例中，表示为连接器1628的导电结构连接垂直切换的VSD材料构造1600的电极1622和水平切换的VSD材料构造1601的电极1624。连接器1628可以是通道、衬垫、迹线、分层互连，或 者被设计为导电并促进电信号的传播的任何其他结构。在一个实施例中，连接器1628是柔性电连接器。
图16的垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601可以集成在包括衬底设备的任何电子设备中，以提供针对ESD及其他过电压事件的保护。在各种实施例中，垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601可以集成在其中的衬底设备的示例包括通过柔性连接器互连的两个PCB、通过柔性连接器互连的PCB和半导体封装，或通过柔性连接器互连的两个半导体封装的组合。这样的柔性连接器应用可以发生在柔性电子设备中，包括具有可旋转的或移动的表面(例如，带有键盘或可调节的屏幕的移动电话或平板)的电子设备或被设计为是柔性电子设备(例如，柔性LED显示器)。
图16示出了垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601中的每一个的断面。垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601中的每一个都可以嵌入在诸如PCB、柔性电路或半导体封装之类的分离的衬底设备中。图16示出了诸如芯1682和芯1683之类的额外的说明性衬底层。
在一个实施例中，垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601中的每一个都响应于诸如ESD脉冲1612之类的ESD脉冲独立地操作。对于垂直切换的VSD材料构造1600，如果在电极1620中施加ESD脉冲1612并且电极1622接地(或者否则设置为特定电压电势)，或者如果在电极1622施加ESD脉冲1612并且电极1620接地(或者否则设置为特定电压电势)，可能会发生这种情况。对于水平切换的VSD材料构造1601，如果在电极1624中施加ESD脉冲1612并且电极1626接地(或者否则设置为特定电压电势)，或者如果在电极1626施加ESD脉冲1612并且电极1624接地(或者否则设置为特定电压电势)，可能会发生这种情况。
在图16所示出的实施例中，如果两个构造一起切换，垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601可以响应于 诸如ESD脉冲1612之类的ESD脉冲合作地操作。如果电极1626接地(或者否则设置为特定电压电势)并向电极1620施加ESD脉冲1612，或者如果电极1620接地(或者否则设置为特定电压电势)，并且向电极1626施加ESD脉冲1612，则可以实现这种情况。在该情况下，VSD材料结构1646可以跨间隙1648垂直地切换，VSD材料结构1640可以跨间隙1642水平地切换。
为使垂直切换的VSD材料构造1600和水平切换的VSD材料构造1601在电极1620和1626之间一起切换，VSD材料结构1640和1648两者都必须通电。为使这种情况发生，响应于ESD脉冲1612在电极1620和1626之间产生的电压差必须相等或超出VSD材料结构1640和1648的特征电压的总和。
当VSD材料结构1640和1646两者通电并且两个VSD材料结构变得基本上导电时，电流将跨间隙1648垂直地传播，并跨间隙1642水平地传播。
在一个实施例中，VSD材料结构1640和1646中的每一个都具有不同的成分和特征电压(以伏特为单位)。在一个实施例中，两个VSD材料结构1640和1646具有相同成分。VSD材料结构1640和1646可以具有或可以不具有相同特征电压，取决于实现。
对于商业实现，间隙1648和1642的厚度T1和T2可以各自取值的范围，取决于VSD材料结构1646和1640的配方，并取决于VSDM构造1600和1601所需的特征电压及其他物理或操作特性。T1和T2的特定示例性值是2密耳、1.5密耳、1密耳以及0.5密耳或更小的值。一般而言，期望较小的T的值，以提供VSD材料结构1646和1640的较低的特征电压。
在各种实施例中，在此专利中所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造可以在关于水平切换的构造的衬底中实现，包括如图16所示。例如，垂直切换的VSDM构造(诸如图15A所示出的结构)和水平切换的VSDM构造(诸如图2所示出的结构)两者都可以嵌入在衬底中，两个VSDM构造可以一起使用(例如，通过将电极122连 接到电极1620)以保护特定电子组件，或可以独立地使用(例如，不直接连接两个结构)以保护单个电子组件或不同的电子组件。
图16的实施例进一步示出了表示为嵌入式阻抗1696的电路元件。在各种实施例中，此电路元件可以部分地或完全地包括在垂直地切换的VSDM构造1600内，或者可以与垂直地切换的VSDM构造1600进行通信(例如，它可以与垂直地切换的VSDM构造1600嵌入在同一个PCB中，或者也可以表面附接到垂直地切换的VSDM构造1600被包括在其中的PCB)。在替代的或互补的实施例中，嵌入式阻抗1696或另一类似的电路元件可以部分地或完全地包括在水平地切换的VSDM构造1601内，或可以与水平地切换的VSDM构造1601进行通信(例如，它可以与VSDM构造1601嵌入在相同的PCB中，或者可以表面附接到其中包括VSDM构造1601的PCB)。
在图16的实施例中，嵌入式阻抗1696被示为至少部分地嵌入在VSDM构造1600内的电路元件。具体而言，图16将嵌入式阻抗1696示为至少部分地嵌入在VSD材料结构1646内。在替代的或互补的实施例中，嵌入式阻抗1696可以布置在衬底内或VSDM构造1600内的其他位置。
在各种实施例中，电路元件至少部分地嵌入在诸如图16的嵌入式阻抗1696之类的衬底中，由一个或多个电路元件组成，或包括一个或多个电路元件。在各种实施例中，嵌入式阻抗1696可以包括一个或多个电阻器、一个或多个感应器、一个或多个电容器、一个或多个铁性体电路元件(例如，可以包括或可以不包括VSD材料的嵌入式铁性体电路元件)、一个或多个二极管、一个或多个晶体管、一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通、带通和高通滤波器或滤波器级的各种组合)、任何其他无源或有源电路元件或电子组件、任何分层互连、具有不可忽略阻抗的电极或其他导电结构，和前述各项的任何组合。
嵌入式阻抗1696可以与VSD材料结构1640和1646一起使用，以提供针对诸如图16所示出的电子组件1698之类的电子组件的部分或完全ESD保护。在图16中，电子组件1698被示为通过电极1629 连接到嵌入式阻抗1696。嵌入式阻抗1696也与电极1620电接触。在没有VSD材料1640的情况下，在电极1620施加的ESD脉冲或其他大电压将导致大电压和/或电流通过嵌入式阻抗1696向电子组件1698的传播。然而，在存在VSD材料1648的情况下，如上文所讨论的，垂直地切换的VSDM构造1600通电，然后，通过分层互连1670，使否则可能会到达电子组件1698的ESD脉冲的至少一部分转向。因此，垂直地切换的结构1600使用嵌入式阻抗1696来防止电子组件1698免受电极1620中存在的潜在地损坏性的ESD脉冲或其他过电压事件的损坏。
在美国申请系列No.13/096,860中详细地公开了可以与切换的VSDM构造1600和1601一起使用以提供对于诸如图16所示出的电子组件1698之类的电子组件的部分或完全ESD保护的电路的体系结构和操作。
在一个实施例中，电子组件1698可以嵌入在VSDM构造1600内。在一个实施例中，电子组件1698可以嵌入在其中包括VSDM构造1600的同一个衬底(例如，同一个PCB)中。在一个实施例中，电子组件1698可以表面附接到其中包括VSDM构造1600的同一个衬底中。在一个实施例中，电子组件1698可以包含在与其中包括VSDM构造1600的衬底电接触的不同的电子设备中(例如，VSDM构造1600可以包含在附接到包括电子组件1698的电子设备的连接器中)。在一个实施例中，VSDM构造1600包括在电子组件1698的封装内，或者否则附接到或包括到与电子组件1698物理接触或电气通信的衬底中。在一个实施例中，电极1629是柔性连接器，电子组件1698被作为柔性电子设备的一部分，设置在不同的衬底中。
在各种实施例中，嵌入式阻抗1696和电子组件1698的体系结构、实现和功能可以基本上与参考图12A的实施例对于嵌入式阻抗1296和对于电子组件1298所描述的相同，只是嵌入式阻抗1696和电子组件1698如关于图16所讨论的那样布置。
在一个实施例中，嵌入式阻抗1696可以使用包括至少部分地嵌 入在铁性体材料内的导电结构的铁性体电路元件来实现。在各种实施例中，嵌入式阻抗1696可以实现为嵌入式铁性体感应器、嵌入式铁性体VSD材料感应器、嵌入式铁性体电容器、嵌入式铁性体VSD材料电容器，或作为任何其他嵌入式铁性体电路元件或嵌入式铁性体VSD材料电路元件。
图17示出了根据实施例的适用于使用VSD材料来实现垂直和水平切换的双向切换VSD材料构造1700。
适用于使用VSD材料来执行垂直和水平切换的VSD材料构造表示为“双向切换的VSDM构造”或“双切换的VSDM构造”。在各种实施例中，诸如图17的双向切换的VSDM构造之类的双向切换的VSDM构造可以用于与在此专利中所公开的和/或要求保护的各种垂直切换的VSDM构造中，只是这样的双向切换的VSDM构造可以执行额外的水平切换功能。
在各种实施例中，双向切换的VSDM构造包括以促进垂直切换的方式布置的VSD材料结构，如与在此专利中所公开的和/或要求保护的各种垂直切换的VSDM构造一起一般性地讨论的。另外，在这样的实施例中，相应的VSD材料结构还将与以促进水平切换的方式布置的至少一个电极电接触，如关于图1和/或2一般性地讨论的。
图17的实施例所示出的VSD材料构造1700包括与VSD材料结构1740(例如，VSD材料层)电接触的电极1720(例如，衬垫或分层互连)。VSD材料构造1700还包括也与VSD材料结构1740电接触的电极1726和电极1728。在一个实施例中，电极1726可以直接与分层互连1770电接触(例如，电极1726可以穿过VSD材料层1740，或通道可以将电极1726连接到分层互连1770)。在各种实施例中，可以省略两个电极1726和1728中的任何一个，在这样的情况下，由省略的电极所提供的对应的水平切换功能也将不存在。
在一个实施例中，电极1726与电极1728电接触(例如，它们可以是相同导电平面的一部分，或可以通过PCB迹线或其他连接器直接连接)。
VSD材料结构1740具有垂直间隙1742，其具有垂直厚度T1(例如，以密耳为单位)。分层互连1770(例如，电极或分层互连)与VSD材料结构1740以及电极1726电接触。芯层1782与分层互连1770相邻，并可以是其中包括双向切换的结构1700的衬底(例如，PCB或半导体封装)中的一层。
可选的通道1772或任何其他导电结构可以穿过衬底的一层或多层并与分层互连1782建立电接触。这样的通道可以通过激光钻孔或通过任何其他合适的制造过程来产生。
在一个实施例中，电极1726、电极1728和通道1772都连接到地线。在替换实施例中，分层互连1770不连接到地线(例如，通道1772不存在或不连接到地线)，在这样的情况下，分层互连1770和电极1720之间的垂直切换将不会发生。在替换实施例中，电极1726或电极1728不连接到地线，在这样的情况下，该未连接的电极和电极1720之间的水平切换将不会发生。
如果电极1726、电极1728和分层互连1770都连接到地线或另一参考电压电势，图17的实施例的双切换的VSDM构造1700能够执行水平和垂直切换。在该实施例中，有三种可能的切换方向：(1)跨电极1726和1720之间的间隙1744(具有水平厚度G1)的水平切换；(2)跨电极1728和1720之间的间隙1746(具有水平厚度G2)的水平切换，以及(3)跨电极1720和分层互连1770的间隙1742(具有垂直厚度T1)的垂直切换。对于VSD材料1740的构造的特征电压跨其为最低的间隙，该间隙将确定发生切换的位置。如果VSD材料的配方跨三个间隙1742、1744和1746相同并且特征电压与间隙的大小相关联，切换将跨最小的间隙发生。
在一个实施例中，间隙1744和1746基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1744和1746两者水平地切换。在一个实施例中，间隙1742、1744和1746基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨间隙1744和1746水平地切换。在一个实施例中，间隙1742和1744基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨 间隙1744水平地切换。在一个实施例中，间隙1742和1746基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨间隙1746水平地切换。
在某些实施例中，对于VSD材料的某些配方，对于水平和/或垂直间隙的某些物理特征，跨这样的间隙的特征电压可以不直接与间隙的大小相关联。因此，在这样的实施例中，具有不同的厚度的两个间隙的特征电压仍可以基本上相同。在一个实施例中，跨间隙1744和1746的特征电压基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1744和1746两者水平地切换。在一个实施例中，跨间隙1742、1744和1746的特征电压基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨间隙1744和1746水平地切换。在一个实施例中，跨间隙1742和1744的特征电压基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨间隙1744水平地切换。在一个实施例中，跨间隙1742和1746的特征电压基本上相同，VSDM构造1700跨间隙1742垂直地切换，跨间隙1746水平地切换。
诸如图4A的实施例的结构400、图4B的实施例的VSDM构造490、图5的实施例的VSDM构造500、图6的实施例的VSD材料构造600、图9的实施例的VSD材料构造900、图10的实施例的VSD材料构造1000、图11的实施例的VSD材料构造1100、图12A的实施例的VSD材料构造1200、图13的实施例的VSD材料构造1300、图14的实施例的VSD材料构造1400、图15A的实施例的VSD材料构造1500、图16的实施例的VSD材料构造1600，以及图17的实施例的双向切换结构1700之类的在此专利中所描述的和/或要求保护的垂直或双向切换的VSDM构造，可以用于对电路以及设备中的电路元件和组件的ESD保护。可以通过这样的垂直切换的VSDM构造来保护的电子组件的示例包括下列各项中的一项或多项：半导体芯片或另一个集成电路(IC)(例如，微处理器、控制器、存储器芯片、RF电路、基带处理器等等)、发光二极管(LED)、MEMS芯片或结构，或布置在电子设备内部的任何其他组件或电路元件。
在美国申请系列No.13/096,860中以及在申请系列No.13/115,068中公开了可以使用如在此关于ESD保护的专利中所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造的示例性电路的体系结构和操作。尽管在这些申请中所公开的示例性电路可以具有设想的水平切换的VSDM构造，但是，这些水平切换的构造可以替换为如在此专利所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造，而同时保持它们的一般ESD保护功能。
如在此专利中所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造和双切换的VSDM构造可以用于对诸如一层PCB或多层PCB的组、半导体器件封装之类的衬底设备，或垂直切换的VSD材料构造可以被附接到的或垂直切换的VSD材料构造可以被包括在其内的任何其他衬底，进行ESD保护。
如在此专利中所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造和双切换的VSDM构造可以用于其中包括这样的VSDM构造(例如，通过集成在包含在这样的电子设备中的衬底中)，或这样的VSDM构造连接到(例如，当这样的VSDM构造包含在附接到这样的电子设备的连接器或电缆时，或当这样的VSDM构造包括在连接到这样的电子设备的设备中)的电子设备。
可以通过这样的垂直切换的VSDM构造或双切换的VSDM构造来保护，或可以包括可以通过这样的垂直或双切换的VSDM构造来保护的衬底设备、电子组件或电路元件的电子设备的示例包括：移动电话、平板电脑、电子阅读器、移动计算机(例如，膝上型计算机)、台式计算机、服务器计算机(例如，服务器、刀片式服务器、多处理器超级计算机)、电视机、视频显示器、音乐播放器(例如，便携式MP3音乐播放器)、个人健康管理设备(例如，脉搏监控器、心脏监护示波器、距离监控器、温度监控器，或带有健康管理应用的任何其他传感器设备)、发光二极管(LED)以及包括LED的设备、发光模块以及使用电气或机电信号来处理或者否则存储数据的任何其他消费和/或工业用设备。其他示例包括卫星、军事装备、航空仪表以及海 用设备。
在各种实施例中，如在此专利中所描述的和/或要求保护的垂直切换的VSDM构造和双切换的VSDM构造可以包含在连接器中。这样的连接器可以附接到要被防止ESD或其他过电压事件的电子设备。这样的连接器的示例包括电源连接器、USB连接器、以太网电缆连接器、HDMI连接器或促进串行、并行或其他类型的数据、信号或电力传输的任何其他连接器。
本说明书详细描述了此处所公开的各种实施例和实现，本发明对额外的实施例和实现、进一步的修改以及备选的结构是开放的。在本专利中，不打算将本发明只限于所公开的特定实施例和实现；相反，，本专利旨在涵盖在权利要求书范围内的所有修改、等效内容和替换实施例和实现。
如本说明书中所使用的，一组意味着一个、两个或更多项目的任何组。类似地，子集意味着，相对于一组N个项目，包括N-1或更少的相应的项目的这样的项目的任何组。
如本说明书中所使用的，术语“包括”、“例如”、“示例性”以及其变形说法，不旨在是限制的术语，而是旨在被措词“但不仅限于”或被带有类似的含义的措词所遵循。本说明书中的定义，以及所有标题以及小标题，旨在是描述性的，说明性的，目的是为促进理解，但是，不旨在对于如权利要求书中所列举的本发明的范围作出限制。每一个这样的定义都旨在还捕捉本领域内的技术人员将知道与如此定义的相应的项目、技术或术语等效或者否则可互换的额外的等效项目、技术或术语。除非上下文需要，动词“可以”指出可以实现相应的动作、步骤或实现的可能性，而不旨在确定这样的动作、步骤或实现必须发生的要求，或相应的动作、步骤或实现必须以所描述的准确的方式来实现的要求。