多層導電聚合物器件及其製造方法

2023-10-19 23:32:57

專利名稱：多層導電聚合物器件及其製造方法
相關申請的交叉引用本申請是1998年3月5日提交的申請號為No.09/035196的未決申請的部分延續。
背景技術：
本發明一般涉及導電聚合物正溫度係數(PTC)器件的領域，具體涉及疊層結構的導電聚合物PTC器件，具有多於一層的導電聚合物PTC材料，特別是形成適於表面安裝的形狀。
包含由導電聚合物製成的元件的電子器件已經越來越普遍地用於各種設備中，例如，它們廣泛應用於過電流保護和自控加熱器裝置中，其中使用具有電阻的正溫度係數(PTC)的聚合材料。正溫度係數(PTC)聚合材料的例子和包含這些材料的器件的例子公開於下列美國專利中3,823,217-Kampe4,237,441-van Konynenburg4,238,812-Middleman等4,317,027-Middleman等4,329,726-Middleman等4,413,301-Middleman等4,426,633-Taylor4,445,026-Walker4,481,498-McTavish等4,545,926-Fouts，Jr等4,639,818-Cherian4,647,894-Ratell
4,647,896-Ratell4,685,025-Carlomagno4,774,024-Deep等4,689,475-Kleiner等4,732,701-Nishii等4,769,901-Nagahori4,787,135-Nagahori4,800,253-Kleiner等4,849,133-Yoshida等4,876,439-Nagahori4,884,163-Deep等4,907,340-Fang等4,951,382-Jacobs等4,951,384-Jacobs等4,955,267-Jacobs等4,980,541-Shafe等5,049,850-Evans5,140,297-Jacobs等5,171,774-Ueno等5,174,924-Yamada等5,178,797-Evans5,181,006-Shafe等5,190,697-Ohkita等5,195,013-Jacobs等5,227,946-Jacobs等5,241,741-Sugaya5,250,228-Baigrie等5,280,263-Sugaya5,358,793-Hanada等導電聚合物PTC器件的一種普通結構是疊層結構，疊層導電聚合物PTC器件一般包括夾在一對金屬電極之間的單層導電聚合物材料，金屬電極最好是具有高導電性的薄金屬箔。例如，美國專利No.4,426,633-Taylo；5,089,801-Chan等；4,937,551-Plasko；和4,787,135-Nagahori；國際公開號No.WO97/06660。
這個技術領域中的近期發展是多層層疊器件，其中兩層或多層的導電聚合物材料由交替的金屬電極層(一般是金屬箔)分隔，最外層同樣是金屬電極。其結果是得到的單個單元中包括兩個或更多個並聯連接的導電聚合物PTC器件。與單層器件相比，這種多層結構的好處是減小了電路板上由該器件佔用的表面積(「佔地面積」)，得到了更高的電流承載能力。
為了滿足電路板上更高元件密度的需要，作為節約空間的措施，已經傾向於更多地使用表面安裝元件。對於板佔地面積通常為大約9.5mm乘大約6.7mm的封裝來說，至今可以得到的表面安裝導電聚合物PTC器件通常已經限定到低於大約2.5安培的保持電流。近來，市場上已經能買到具有大約4.7mm乘大約3.4mm安裝面、保持電流大約1.1安培的器件。然而，由於目前的表面安裝技術(SMT)水平，其安裝面是相當大的。
在非常小的SMT導電聚合物PTC器件的設計方面的主要限制因素是達到極限的表面積和更低極限的電阻率，上述電阻率是通過用導電填料(一般是碳黑)充填到聚合物材料中得到的。具有低於大約0.2Ω-cm體電阻率的有益器件的製造還沒有實現。首先，在處理這麼低的體電阻率時，在製造工藝方面存在固有的困難。第二，具有這麼低的體電阻率的器件不會呈現大的PTC效果，這樣作為電路保護器件非常不實用。
對於導電聚合物PTC器件，可以給出的穩態傳熱公式為
(1)0＝[I2R(f(Td))]－[U(Td－Ta)]，其中I是通過器件的穩態電流；R(f(Td))為器件的電阻，是其溫度的函數，以及它的「電阻/溫度函數」或「R/T曲線」特性；U是器件的有效傳熱係數；Td是器件的溫度；和Ta是環境溫度。
可以將這種器件的「保持電流」限定為確保該器件不會從低阻態跳到高阻態的I的最大值。對於給定的器件，U是固定的，提高保持電流的唯一方法是減小R值。對於具有4.5mm乘以3.2mm佔地面積的每個器件，單層器件可以得到1.1A，兩層器件可以得到1.8A，三層聚合物PTC器件可以得到2.6A的保持電流。
對於任何電阻性器件的電阻，都可以表示為基本公式(2)R＝ρL/A，其中ρ是電阻性材料的體電阻率，單位是Ω-cm，L是穿過器件電流通路的長度，單位cm，A是電流通路的有效截面積，單位是cm2。這樣，通過減小體電阻率ρ或增加器件的截面積A，都可以減小R值。通過增加填充到聚合物中的導電填料的比例，可以降低體電阻率ρ值。然而，上面已經提到了實際操作的限制。
減小電阻值R的更實際的做法是增加器件的截面積A。除了相當容易實現(無論從工藝角度還是從生產具有有用的PTC特性的器件的角度)，該方法還具有另外的好處通常，當器件的面積增加時，傳熱係數的值也增加，從而進一步增加保持電流的值。
然而，在SMT應用中，需要將器件的有效面積或佔地面積減至最小。這就出現了在器件中的PTC元件的有效截面積上的嚴格限制。這樣，對於任何給定佔地面積的器件，在可以得到的最大保持電流值上有一個固有的限制。從另一方面看，只通過減小保持電流值，實際上可以減小佔地面積。
這樣，有一種渴望，但還沒有實現，需要具有非常小的佔地面積的SMT導電聚合物PTC器件，該器件能得到相當高的保持電流。
廣泛地說，本發明是一種導電聚合物PTC器件，該器件在保持非常小的電路板佔地面積的同時具有相當高的保持電流。上述結果是通過多層結構而實現的，對於給定的電路板安裝面，該多層結構為電流通路提供了增加的有效截面積A。實際上，在單個的、小安裝面的表面安裝單元中，本發明的多層結構提供了並聯電連接的兩個或更多個PTC器件。
一方面，在最佳實施例中，本發明的導電聚合物PTC器件包括多個交替的金屬箔層和PTC導電聚合物材料，具有電互連以形成兩個或更多個彼此並聯連接的導電聚合物PTC器件，並具有用於表面安裝端子而構成的端子部件。
具體地說，兩個金屬層分別形成第一和第二外電極。剩下的金屬層形成多個內電極，這些內電極分隔並電連接兩個或更多個位於外電極之間的導電聚合物層。使上述電極錯開，以建立兩組交替電極第一組與第一端子電連接，第二組與第二端子電連接。上述端子中的一個作為輸入端，另一個作為輸出端。
本發明的第一實施例包括具有第一、第二和第三導電聚合物層的三層導電聚合物器件。在優選實施例中，該導電聚合物呈現PTC特性。第一外電極與第一端和第一導電聚合物層的外表面電接觸，該第一導電聚合物層的外表面是與面對第二導電聚合物層的表面相對的表面。第二外表面與第二端和第三導電聚合物層的外表面電接觸，該第三導電聚合物層的外表面是與面對第二導電聚合物層的表面相對的表面。第一和第二導電聚合物層由與第二端電接觸的第一內電極分隔，而第二和第三導電聚合物層由與第一端電接觸的第二內電極分隔。
在這樣的實施例中，如果第一端是輸入端，第二端是輸出端，電流通路是從第一端到第一外電極和到第二內電極。從第一外電極，電流流經第一導電聚合物層到第一內電極，然後到第二端。從第二內電極，電流流經第二導電聚合物層到第一內電極，然後到第二端，並且通過第三導電聚合物層到第二外電極，然後到第二端。
這樣，所得到的器件是三層器件，其中三層導電聚合物(最好PTC)層並聯連接。這種結構與單層器件相比，在不增加佔地面積的情況下，顯著提高了電流通路的有效截面積。這樣，對於給定的佔地面積，可以得到更大的保持電流。另外，可以製造只有兩個導電聚合物層或具有四個或更多這樣層的器件，並具有同樣的優點和好處。本發明的另一方面是製造上述器件的方法。對於具有三個導電聚合物層的器件，該方法包括下列步驟(1)提供(a)包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層的第一疊層子結構，(b)第二導電聚合物層，和(c)包括夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層的第二疊層子結構；(2)在第二和第三金屬層的相應區中形成內隔離孔的第一和第二陣列；(3)將第一和第二疊層子結構疊加到第二導電聚合物層的相對的表面上，以形成疊層結構，該疊層結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層、夾在第二和第三金屬層之間的第二導電聚合物層以及夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層，作為層疊的結果，隔離孔被聚合物填充；(4)在第一和第四金屬層中隔離選擇區，以分別在第一和第四金屬層中形成外電極的第一和第二陣列，每一陣列中的外電極由隔離接觸區彼此分隔；(5)形成多個第一端和第二端，每個第一端通過第三金屬層中聚合物填充隔離孔中的通路將第二外電極陣列中的一個電極與第二金屬層中的限定區電連接，每個第二端通過第二金屬層中聚合物填充隔離孔中的通路將第一外電極陣列中的一個電極與第三金屬層中的限定區電連接；和(6)將疊層結構分成多個器件，每個器件包括兩個外電極和兩個內電極，第一端將一個外電極和一個內電極電連接，第二端將另一個外電極與另一個內電極電連接。
形成第一和第二端的步驟包括步驟(a)在疊層結構中彼此隔開一定的間隔形成通路，每個通路與每個第一和第二外陣列中的外電極以及第二或第三(內)金屬層中的一個相交，並且穿過隔離孔的第一或第二陣列中之一；(b)用導電金屬鍍覆通路的周圍表面以及第一和第二外陣列中的隔離金屬區的相鄰表面部分；和(c)在金屬鍍覆層的表面覆蓋焊料鍍覆層。
製造工藝的分割步驟包括將疊層結構分為多個單個的導電聚合物器件的步驟，每個器件具有上述結構。
在第二實施例中，兩層器件包括第一和第二端以及第一和第二導電聚合物層。每個導電聚合物層具有第一和第二相反的表面。第一和第二導電聚合物層由與第一端、與第一導電聚合物層的第二表面、第二導電聚合物層的第一表面電接觸的單個內電極分隔，第一外電極與第二端和與第一導電聚合物層的第一表面電接觸。第二外電極與第二端、第二導電聚合物層的第二表面電接觸。
在兩層器件的更特定的實施例中，第二端通過內電極中聚合物填充隔離孔中的通路與第二外電極連接，第一端在與第一和第二外電極隔離的同時，與內電極電接觸。
通過提供第一疊層子結構和第二疊層子結構形成上述兩層器件，該第一疊層子結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層，該第二疊層子結構包括疊加到第三金屬層上的第二導電聚合物材料層。在第一金屬層中形成隔離孔的陣列。然後將第一和第二疊層子結構層疊，以建立疊層結構。在層疊過程中，隔離孔被聚合物填充。該疊層結構具有夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層，夾在第一和第三金屬層之間的第二導電聚合物層。然後在第三金屬層中形成外電極的第一陣列，在第二金屬層中形成外電極的第二陣列。第二和第三金屬層中的外電極彼此垂直對準定位。第一金屬層中的聚合物填充隔離孔在第二和第三金屬層中的外電極之間水平錯開，然後對該疊層結構鑽孔，以形成通路(至少一些通路穿過聚合物填充隔離孔)，鍍覆上述通路以形成多個第一和第二端，將上述結構分為多個兩層電子器件，每個器件具有單一第一端和單一第二端。
在形成過程中，形成多個第一端，每個與第一金屬層電接觸。還形成多個第二端，每個都通過第一金屬層中的聚合物填充隔離孔將第二和第三金屬層彼此電連接。分割後，生產的每個電子器件都具有在第一和第二端之間並聯工作的第一和第二聚合物層。
在另一個實施例中，四層器件包括第一、第二、第三和第四導電聚合物層。第一和第四導電聚合物層由與第一端電接觸的第一內電極分隔。第一和第二導電聚合物層由與第二端電接觸的第二內電極分隔，第二和第三導電聚合物層由與第一端電接觸的第三內電極分隔。
第一外電極與第二端、第三導電聚合物層的外表面電接觸，該第三導電聚合物層的外表面與面對第二導電聚合物層的表面相對。第二外電極與第四導電聚合物層的外表面電接觸，該第四導電聚合物層的外表面與面對第一導電聚合物層的表面相對。
該器件具有具有第一端，該第一端通過第二內電極中的隔離孔中的通路電連接第一和第三內電極。該器件具有第二端，該第二端通過第三內電極中的聚合物填充隔離孔中的通路將第一外電極與第二內電極電連接，並且通過第一內電極中的聚合物填充隔離孔中的通路與第二外電極電連接。
製造具有四層導電聚合物層的四層器件的方法與三層器件的製造方法類似，除了在第一步驟中另外還提供第三疊層子結構，該第三疊層子結構包括疊加到第四導電聚合物層上的第五金屬層。然後如下所述繼續該方法(從第二步驟)(2)分別在第一、第二和第三金屬層的相應區中形成隔離孔的第一、第二和第三陣列；(3)將第一和第二疊層子結構層疊到第二導電聚合物層的相對表面上，將第四導電聚合物層層疊到第一金屬層上，以形成疊層結構，該疊層結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層、夾在第二和第三金屬區之間的第二導電聚合物層、夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層和夾在第一和第五金屬層(第四和第五金屬層為外金屬層)之間的第四導電聚合物層；(4)隔離第四和第五金屬層的選定區，以便在第四和第五(外)金屬層中形成隔離外電極的第一和第二陣列，每個第一和第二電極陣列中的電極由隔離接觸區的陣列彼此分隔；(5)形成多個第一端，每個第一端都將第一金屬層中的限定區與第三金屬層中的限定區電連接，形成多個第二端，每個第二端都將第二金屬層中的限定區與第一外電極陣列中的外電極之一電連接，並且與第二外電極陣列中的外電極之一電連接；和(6)將疊層結構分割成多個單獨的器件，每個器件包括兩個外電極和三個內電極，與兩個外電極和一個內電極電接觸的一個第一端，與其它兩個內電極電接觸的一個第二端。
從下面的詳細描述，本發明的上述以及其它優點將更容易被理解。
附圖的簡要說明

圖1是根據本發明製造的疊層結構的頂視圖；圖2是上和下疊層子結構和中間導電聚合物層的理想化的截面圖，說明根據本發明的方法製造導電聚合物器件的第一步；圖3a-3d是圖1的疊層結構的第一、第二、第三和第四金屬層局部的理想化平面圖，顯示了它們各自的蝕刻圖形；圖4是在圖2的疊層結構的第二和第三金屬層中建立隔離孔的第一和第二內陣列的步驟完成之後，與圖2類似的理想化截面圖；圖5是理想化的截面圖，顯示在將圖2的第一和第二子結構和中間導電聚合物層層疊之後形成的複合疊層結構；圖6是在圖2所示的第一和第四金屬層中分別建立隔離溝道對的第一和第二外陣列步驟完成之後，圖5的疊層結構的截面圖；圖7是圖6的結構的頂視圖，顯示了定位于格線圖形的隔離溝道對的第一外陣列和後續通路的形成；圖8是沿圖7的8-8線得到的截面圖，顯示了穿過隔離孔的通路；圖9是在表面上澱積絕緣層以便在外金屬區上形成絕緣隔離區的步驟完成之後，疊層結構的頂視圖。
圖10a和10b是分別先於和接著金屬鍍覆通路和外金屬區的相鄰表面部分，沿圖9的10-10線得到的截面圖；圖11是用焊料鍍覆金屬化表面的步驟之後，與圖10b類似的截面圖；圖12a是在圖10a、10b、11的步驟之後，圖9的疊層結構的頂視圖，顯示了在外表面上，通過沿早先蝕刻的劃線切割疊層結構，以形成多個單獨導電聚合物器件的分割步驟；圖12b是從圖12a所示的器件選擇的分割後的導電聚合物器件的頂視圖；圖13是沿圖12b的13-13線得到截面圖；圖14是作為製造兩層導電聚合物器件的第一步提供的在其第一表面上具有金屬層的導電聚合物層和疊層子結構的理想化截面圖；圖15是在第一金屬層中已經形成隔離孔的第一陣列時，與圖14類似的理想化截面圖；圖16是在層疊圖15所示的部件之後，疊層結構的理想化截面圖，顯示了具有疊層結構中的隔離孔的第一陣列；圖17是與圖16類似的理想化截面圖，顯示了第三和第二金屬層中形成的隔離金屬區的外陣列；圖18是根據本發明分割後兩層導電聚合物器件的截面圖；圖19是根據本發明作為製造四層導電聚合物器件的第一步，提供的疊層子結構和未層疊的導電聚合物層的理想化截面圖；圖20是與圖19類似的理想化截面圖，顯示了形成在疊層子結構的第一、第二和第三金屬層中的隔離孔的第一、第二和第三內陣列；圖21是理想化的截面圖，顯示了通過將圖20所示的部件層疊而形成的疊層結構；圖22是與圖21類似的理想化截面圖，顯示了在第四和第五外金屬層中形成的隔離金屬區的外陣列；圖23是根據本發明分割後的四層導電聚合物器件的截面圖。
本發明的詳細說明現在參考附圖，圖1是疊加在看不見的第二疊層子結構12(圖2中示出)上的第一疊層子結構10的平面圖。導電聚合物材料的導電聚合物層(也看不見)放置在第一疊層子結構10和第二疊層子結構12之間。圖2是由圖1中的虛線劃出的任意區域16的截面圖，示出了第一疊層子結構10、第二疊層子結構12和導電聚合物材料層。定位孔18穿過第一疊層子結構10、第二疊層子結構12和導電聚合物材料層，當定位銷插入時，定位孔18提供了各個層的絕對對準。
圖2示出了第一疊層子結構10和第二疊層子結構12。根據本發明，提供第一和第二疊層子結構10和12是導電聚合物器件製造方法的最初步驟。第一疊層子結構10包括夾在第一和第二金屬層22a，22b之間的導電聚合物材料的第一導電聚合物層20。在該方法的後續步驟中，提供導電聚合物材料的第二導電聚合物層24(或中間層)，層疊在第一疊層子結構10和第二疊層子結構12之間，如下所述。第二子結構12包括夾在第三和第四金屬層28a，28b之間的導電聚合物PTC材料的第三導電聚合物層26。
第一、第二和第三層20、24、26可由任意合適的導電聚合物組合物製成，例如其中混合有一定量的導電填料(最好是碳黑)的高密度聚乙烯(HDPE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)，結果產生所需要的電工作特性。與需要滿足的一系列工作要求和技術規範相適應，最好按配方製造導電聚合物材料，使其顯示PTC特性。其它材料，例如抗氧化劑和/或交聯劑也可以混入到組合物中。特殊的組成材料和它們的比例依據具體的電和機械特性和所要達到的技術規範而定，例如美國專利No.4,237,441-van Konynenburg等和5,174,924-Yamada等。
疊層子結構10、12可以通過所屬技術領域的多個已知方法製造。例如美國專利No.4,426,633-Taylor；5,089,801-Chan等；4,937,551-Plasko；和4,787,135-Nagahori。較好的方法公開於美國專利No.5,802,709-Hogge等，轉讓給本發明的受讓人，所公開的內容在這裡作為參考。
金屬層22a、22b、28a和28b可以由銅或鎳箔製成，最好用鎳製成第二和第三(內)金屬層22b和28a。如果金屬層22a、22b、28a和28b由銅箔製成，這些與導電聚合物層接觸的銅箔的表面要用浸硫酸鎳鍍層鍍覆，以防止聚合物和銅之間發生不希望的化學反應。最好還通過已知技術使這些聚合物接觸表面「粒化」，以便提供粗糙表面，在金屬和聚合物之間提供良好的粘附性。這樣，第二和第三(內)金屬層22b和28a都具有粒化表面，而第一和第四(外)金屬層22a和28b只有與相鄰的導電聚合物層接觸的一個表面粒化。
定位孔代表一種保持子結構10、12和導電聚合物第二層24的適當定向和定位的方法，以便進行製造工藝的後續步驟。該方法是通過在子結構10、12和中間聚合物層24的角落形成(例如通過衝孔或鑽孔)多個如圖1所示的定位孔18完成的。也可以採用本領域眾所周知的其它定位技術。
圖3a-3d示出了在下列工藝步驟中蝕刻出的分別穿過第一、第二、第三和第四金屬層22a、22b、28a和28b的圖形。如圖3a和3d所示，在第一和第四金屬層中蝕刻第一組格線36和與第一組格線36相垂直的第二組格線38。格線36、38形成如圖3a-3d所示的正交網格，以便說明這些圖中所示的部件的圖形是如何彼此之間定位的。如下所述，只在外(第一和第四)金屬層22a、28b中蝕刻格線36和38，以便形成用於分割(singulating)疊層結構的刻痕線，該疊層結構是從圖2所示的部件形成為各個導電聚合物PTC器件的。格線36、38劃出了矩形金屬區的陣列或各金屬層上、與定位孔18相對應的「部分」，標出了要形成的各個器件的界限。在圖3c中，括號40顯示了假定的各個器件(分割後，如下所述)的尺寸，該尺寸由格線36和38限定，為包含在其內的區域。當格線36、38隻出現在第一和第四金屬層22a、28b(圖3a和3d)上時，在圖3b和3c中用虛線示出了它們，以幫助理解這些附圖中所示的其它結構的相對位置。
圖3a顯示了形成在第一金屬層22a中的外隔離溝道46的第一陣列。圖3b顯示了形成在第二金屬層22b中的隔離孔48的第一內陣列，圖3c顯示了形成在第三金屬層28a中的隔離孔52的第二內陣列，圖3d顯示了形成在第四金屬層28b中的外隔離溝道46的第二陣列。
沿著由格線36、38確定的劃線刻劃後得到的疊層結構，如下所述，外隔離溝道46的第一陣列在第一金屬層22a中形成由金屬島61(圖3a)分隔的隔離金屬區60的第一外陣列，和在第四金屬層28b(圖3d)中形成的由金屬島63分隔的隔離金屬區62的第二外陣列。第一組劃線36均分每個第一外陣列隔離金屬區60(第一金屬層22a中)和每個第二外陣列隔離金屬區62(第四金屬層28b中)。
圖3a、3b、3c和3d畫出了要施加於所得到的疊層結構的鑽孔或通路64的圖形。該通路的中心分別選址於或定位於各個隔離孔48、52的第一和第二內陣列的中心。通路中心的位置通常分別在第二和第三金屬層中隔離孔48、52的第一和第二內陣列的中心，它還通常分別在第一和第四金屬層中金屬島61、63的第一和第二陣列的中心。第一和第四金屬層22a、28b上的通路的位置分別用虛線圓畫在圖3a和3d的金屬島區域61、63上。在優選實施例中，所有的通路64都是鑽孔，通路64的直徑比隔離孔48、52的蝕刻直徑足夠地小，以確保當後面金屬化通路64時的隔離，如下所述。
圖4-6是與圖2一樣的截面圖，畫出了形成上面描述和示於圖3a-3d的蝕刻部件的連續的步驟。首先，如圖4所示，在第二金屬層22b中形成根據圖3b的網格圖形定位的內隔離孔48(圖4中只示出了1個)的第一陣列。在第三金屬層28a中形成根據圖3c的網格圖形定位的內隔離孔52的第二陣列。如圖3b、3c和4所示，隔離孔48、52的第一和第二內陣列定位於由格線36、38所限定的交替部分或金屬區中，具體的說，第一陣列中的內隔離孔48位於具有指定位置的交替網格上，上述指定位置位於第二陣列中內隔離孔52之間。
從第二和第三金屬層22b、28a去掉金屬以便形成內隔離孔48、52的第一和第二陣列是通過傳統的印刷電路板製造方法完成的，例如那些利用光致抗蝕劑、掩膜的技術和蝕刻方法。
圖5顯示了疊層結構42，該疊層結構42是在確保各層適當定位之後，疊置子結構10、12和中間導電聚合物層24而得到的。通過本技術領域眾所周知的適當的層疊方法將上述中間導電聚合物層24層疊在子結構10、12之間。例如，可以在適當的壓力和溫度下進行層疊，該溫度高於導電聚合物的融點，從而使導電聚合物層20、24和26的材料流入並填充隔離孔48的第一內陣列和隔離孔52的第二內陣列。然後在保持壓力的同時將層疊件42冷卻到聚合物的融點以下，在這一點上，如果將器件用於特殊的應用，可以通過已知的方法交聯疊層結構42中的聚合材料。在層疊件42冷卻以後，可以在任何時間在層疊件42中形成鑽孔或通路64。
圖6顯示了用圖3a和3d所示的第一和第四金屬層的圖形，分別對層疊結構42的第一和第四金屬層的外表面做掩膜和蝕刻的結果，以便分別在第一和第四金屬層22a、28b中形成隔離溝道46的第一和第二陣列。圖3a和3d中的隔離溝道46顯現為圖6中的溝道平行對，這些隔離溝道與網格線36、38相結合，在第一金屬層22a中，形成隔離的由隔離接觸區域或「島」61分隔的主金屬區60的第一外陣列，和在第四金屬層28b中，形成隔離的由隔離接觸區域或「島」63分隔的主金屬區62的第二外陣列。作為舉例，圖3a中的一個金屬島61用點畫出，以顯示單個金屬島61的周界。第一外陣列的隔離主金屬區60間隔排列，使得每個第一外隔離金屬區60覆蓋內隔離孔48的第一陣列之間的位置，第二外陣列的隔離主金屬區62間隔排列，使得每個第二外隔離金屬區62覆蓋內隔離孔52的第二內陣列之間的位置。
第二金屬層22b中的每個第一內隔離孔48覆蓋第三金屬層28a中第二內隔離孔52之間的位置並位於第一金屬層22a上的第一外隔離金屬區60之間的位置之下。第三金屬層28a中的每個第二內隔離孔52位於第二金屬層22b中第一內隔離孔48之間的位置之下並在第四金屬層28b上的第二外隔離金屬區62之間的位置之上。
隔離溝道46的外陣列和第一、第二內隔離孔48、52的形狀、尺寸和圖形由優化金屬區之間的電隔離需要來決定。選擇第一和第二內隔離孔48、52的蝕刻圖形，使蝕刻後金屬層的強度的降低最小。在層疊過程中使箔破裂和剝離的危險最小是很重要的。選擇交替的蝕刻圖形(如圖3b、3c所示)比排成行列的圖形在使層疊過程中內金屬箔層的破裂和撕裂的危險最小方面更有利。還應該使在形成隔離孔或為了隔離金屬區形成隔離溝道時的材料蝕刻量最小，以便得到電極上的最大「有效區域」，該電極就是從這些區域(如下所述)在給定位置形成的。然而，需要設計隔離孔和溝道以便提供足夠的裕度，使得在製造工藝中正常的層之間的輕微定位誤差不會導致短路。在所描述的實施例中，外隔離溝道46以成對的平行窄條的形式存在，每對溝道在每個通路64附近具有一對相對的弧形65(見圖7)。
圖7至10a說明了製造工藝的後續幾個步驟，這幾個步驟是利用通過圖1所示的定位孔18定位的疊層結構42進行的。如圖7所示，如通過化學蝕刻，格線36、38已經在疊層結構42的至少一個外表面、最好兩個外表面形成。第一組格線36包括一般平行於外隔離溝道46的平行線陣列，通過通路64的中心線以同樣的間隔彼此隔開，從而均分每個島61和每個隔離金屬區60。第二組格線38包括以規則間隔與第一組格線36垂直相交的平行線陣列，將第一外金屬層22a和第四金屬層28b劃分為基本上是矩形器件區的網格，每個器件區限定了各個導電聚合物器件的外表面界限。在第一金屬層22a中限定的每個器件區由單個的隔離溝道46分為第一外主金屬層區68a和第一小區70a。在第四金屬層28b中限定的每個器件區由單個的隔離溝道46分為第二主外金屬層區68d和第二外小區70d。這樣，每個外主區68、68d的一側與格線36相鄰接，將它從相鄰的主外金屬區68、68d分隔出來，每個外主區68、68d的另一側與隔離溝道相鄰，而每個外小區70a、70d的一側與隔離溝道46相鄰接，格線36將它從相鄰外小區70a、70d分隔出來。
參考圖7和8，格線36、38與第一和第四外金屬層22a、28b上的隔離溝道46相結合，分別在第一和第四金屬層22a、28b上形成多個第一和第二外主區68a、68d以及第一和第二外小區70a、70d。具體地說，由格線36分別將每個島61、63均分為一對相鄰外小金屬區70a、70d，同時每個外主區68a、68d也同樣被格線均分。此外，由隔離溝道46從相鄰外小區70a、70d分隔出每個主金屬區68a、68d。
格線36、38與隔離孔48、52相結合，也限定了第二金屬層22b和第三金屬層28a的區域，在第二金屬層22b中形成多個第一內金屬區68b，在第三金屬層28a中形成第二內金屬區68c。第一金屬層22a中的第一外主金屬區68a基本上與第三金屬層28a中的第二內金屬區68c垂直對準，第二金屬層22b中的第一內金屬區68b基本上與第四金屬層28b中的第二外主金屬區68d垂直對準。
金屬區68a、68b、68c、68d將作為單個器件的電極。更具體地說，第一外主區68a將作為第一外電極，第一內區68b將作為第一內電極、第二內電極，第二外主區68d將作為第二外電極。在下文中，分別將金屬區68a、68b、68c、68d稱為第一外電極68a、第一內電極68b、第二內電極68c和第二外電極68d。
如圖7和8所示，沿著第一組格線36的每根線，最好在第二組格線38的每個相鄰對之間的中線附近，以規則的間隔衝出或鑽出多個穿過疊層結構42的通孔或「通路」64。由於第一和第二內隔離孔48、52交錯排列，如上所述，電極68a、68b、68c、68d也彼此交錯排列，圖8表示的最清楚。此外，每個通路64隻穿過一個內隔離孔延伸，使通路64依次交替穿過第一隔離孔48和第二隔離孔52延伸。具體地說，參考圖8，第一通路64』穿過兩個相鄰第一小區70a的交界處、兩個相鄰第一內電極68b的交界處、第二內隔離孔52和兩個相鄰第二外電極68d的交界處。第二通路64」穿過兩個相鄰第一外電極68a的交界處、第一內隔離孔48、兩個相鄰第二內電極68c的交界處和兩個第二小區70b的交界處。
圖9和10a顯示了在疊層結構42的每個外主表面(即如附圖中示出的上和下表面)上(如通過絲網印刷)形成薄絕緣層74，該薄絕緣層74是用電絕緣材料例如玻璃填充環氧樹脂形成的。塗覆上述絕緣層74使其覆蓋隔離溝道46和除了第一和第二外電極68a、68d的窄周邊以及第一和第二小金屬區70a、70b的窄周邊之外的所有區域。
所得到的薄絕緣層74的圖形在疊層結構42的外表面上留出了一系列暴露的金屬帶78，如圖10a所示，每個金屬帶78代表擴大接觸區的規則序列，帶78的中心定在疊層結構42的上和下表面上的第一組格線36上。如圖9所示，隔離溝道46中的弧線65限定了每個通路64周圍的「凸起」，使得每個通路64周圍完全由暴露的金屬環繞。然後通過加熱固化絕緣層74，就像所屬技術領域所公知的那樣。
如果需要，上面結合圖6至圖9所描述的三個主要製造步驟的具體順序可以變化。例如，可以在通路64形成之前或之後塗覆絕緣層74，並且形成格線36、38的刻劃步驟可以作為這些步驟中的第一、第二或第三步驟。
然後，如圖10b所示，用導電金屬例如錫、鎳或銅(最好是銅)的鍍層80鍍覆所有暴露的金屬表面(即暴露的金屬帶78系列)和通路64的內表面。這個金屬鍍覆步驟可以通過任意合適的工藝進行，例如電鍍。然後，如圖11所示，對在前一步驟中用金屬鍍覆過的區域再鍍覆一層薄的焊錫鍍層82。該焊錫鍍層82可以通過任意所屬金屬領域公知的合適工藝鍍覆，例如回流焊接法或真空澱積。
最後，如圖12a、12b和13所示，沿格線36、38分割疊層結構42，形成多個單個導電聚合物器件44，其中之一示於圖12b和沿圖12b的線13-13得到的截面圖13。由於第一組格線36的每條線都順序穿過疊層結構中的通路64，如圖7所示，劃分後形成的每個器件44具有一對相對的側面84a、84b，每個都包含半個通路。
上面描述的對通路64的金屬鍍覆和焊料鍍覆分別在相對側面84a、84b的半個通路中生成第一和第二導電垂直柱88a、88b。圖13顯示了第一導電柱88a與第一內電極68b和第二外電極68d處於緊密接觸狀態，第二導電柱88b與第一外電極68a和第二內電極68c處於緊密接觸狀態。第一導電柱88a還與第一小金屬區70a接觸，而第二導電柱88b與第二小金屬區70b接觸。小金屬區70a、70b(如圖8所示)具有如此小的面積，以致於其具有可以忽略的電流承載能力，這樣不起電極的作用，這一點從下面可以看出。
圖12a、12b和13還示出了每個器件44包含第一和第二對金屬鍍覆和焊料鍍覆的導電帶90a、90b，沿著器件的上和下表面延伸。第一和第二對導電帶90a、90b分別與第一和第二導電柱88a、88b相連接。第一對導電帶90a和第一導電柱88a形成第一端91，第二對導電帶90b和第二導電柱88b形成第二端92。第一端91提供與第一內電極68b和第二外電極68d的電連接，而第二端92提供與第一外電極68a和第二內電極68c的電連接。第一端90a通過聚合材料與第二內電極68c電隔離，該聚合材料是在層疊步驟中填充到內隔離孔52的第二陣列的，如上所述。同樣，第二端90b通過在層疊步驟過程中填充到隔離孔48的第一陣列的聚合材料與第一內電極68b電隔離。
關於上面描述的目的，可以認為第一端91是輸入端，第二端92是輸出端，但這些規定是任意的，也可以相反設置。圖13中三層器件44從輸入端91到輸出端92的電流通路如下(a)通過第一內電極68b、第一導電聚合物PTC層20和第一外電極68a；(b)通過第二外電極68d、第三導電聚合物層26和第二內電極68c；和(c)通過第一內電極68b、第二(中間)導電聚合物層24和第二內電極68c。這個電流通路等效於在輸入和輸出端91、92之間並聯連接三個導電聚合物PTC層20、24和26。
上述三層器件的製造方法也適用於製造兩層和四層器件，或多於四層的器件。兩層器件提供兩個並聯工作的兩層導電聚合物層。這樣的器件將比相當尺寸的三層器件具有更高的電阻，而且還不複雜，因此製造費用低。四層器件更複雜，但對於給定尺寸，會使電阻比三層器件更低，而且由於附加的複雜性，製造費用更高。
圖14-18說明兩層器件的製造方法的步驟。首先參考圖14，示出了第一疊層子結構94以及第一疊層子結構94上的第二疊層子結構95。根據本發明，在製造兩層導電聚合物PTC器件的工藝中的第一步，首先提供第一和第二子結構94、95。
第一疊層子結構94包括夾在第一和第二金屬層98a、98b之間的第一導電聚合物材料層96。第二疊層結構95包括具有疊加到其上表面(如圖中所定向的)的第三金屬層98c的第二導電聚合物材料層99。如圖14-18所示，第二金屬層98b和第三金屬層98c是「外」金屬層。
金屬層98a、98b、98c由鎳箔製成(最好是內層98a)或具有浸硫酸鎳鍍層的銅箔。如上述關於三層器件的金屬層22a、22b、28a和28b一樣，要與導電聚合物層接觸的上述金屬層的表面最好粒化。
兩層器件的製造方法中的第二和後續步驟與上面討論的、圖4-12展示的製造三層器件的步驟類似。圖15顯示了在第一金屬層98a中形成內隔離孔100的陣列。該內隔離孔100(圖中只示出了一個)根據前面圖3a-3d所表示的網格圖形來定位。即它們定位於由格線36、38(圖7)所限定的交替部分中。通過傳統的印刷電路板製造方法，例如那些採用光致抗蝕劑、掩膜的技術和蝕刻方法，完成從第一金屬層98a去掉金屬而形成內隔離孔100的陣列。
圖16顯示了下一步，即將第一疊層子結構94層疊到第二疊層子結構95上以便建立疊層結構101，該結構與上面結合圖5所描述的疊層結構42類似。疊層結構101包括夾在第一金屬層98a和第二金屬層98b之間的第一導電聚合物層96，和夾在第一金屬層98a和第三金屬層98c之間的第二導電聚合物層99。
圖17顯示了分別在第二和第三金屬層98b、98c中形成外隔離金屬區102、104的陣列(圖中只示出了102、104中每個的一個區)步驟之後的疊層結構。將第二金屬層98b中的隔離金屬區102和第三金屬層98c中的隔離金屬區104定位成基本上垂直對準，即一個在另一個之上。在第二和第三金屬層98b、98c中的隔離金屬區102、104之間定位第一金屬層98a中內隔離孔100的陣列。通過形成在第二和第三金屬層98b、98c中形成的隔離溝道107的陣列形成隔離金屬區102、104。隔離溝道107與上面描述的三層器件44的隔離溝道46類似。如在上述三層器件44中所描述的，與上面圖6的結構類似，隔離溝道107的布圖生成由隔離接觸區或「島」108分隔的第二金屬層98b的隔離金屬區102，和由金屬島109分隔的第三金屬層98c的隔離金屬區104。根據格線圖形，例如上面結合圖3a-3d描述的格線36、38，布圖隔離孔100陣列、隔離金屬區102、104陣列、隔離溝道107布圖和金屬島108、109陣列。
然後根據結合圖7-12b描述的步驟，加工疊層結構101。圖18顯示了在上面結合圖12a和12b描述的分隔步驟後得到的完整的兩層器件111的截面示意圖。如上所述，該兩層器件111具有第一端105和第二端106，第一端105和第二端106都包括導電金屬鍍層80和焊料塗層82。將第一金屬層98a形成為中間或內電極112a，將第二金屬層98b形成為第一外電極112b，將第三金屬層98c形成為第二外電極112c。
在三層器件的情況下，電極由從由鎳和鍍鎳的銅所構成的組中選出的材料製成的金屬箔製成。所示的絕緣層74位於除了第一端105之外的第一外電極112b的表面上和除了第二端106之外的第二外電極112c的表面上。
第一端105與第一和第二小金屬區114a、114b接觸，第一和第二小金屬區114a、114b分別由隔離溝道107與第一和第二外電極112a、112b隔離。第一端105建立了與內電極112a的電連接，而第二端106與第一和第二外電極112b、112c電連接。
這樣圖18示出了具有第一(輸入)端105和第二(輸出)端106的兩層電器件111，其中電流通路通過中間電極112a，然後通過(a)第一導電聚合物層96和第一外電極112b；和(b)第二導電聚合物層99和第二外電極112c，從第一端105到第二端106。當然，如果將第二端106限定為輸入端，第一端105限定為輸出端，器件111還可以提供相反的電流通路。
很明顯可以容易地將上述製造方法應用到任何具有多於兩層的任意數量的導電聚合物層的器件的製造。圖19到圖23具體說明了如何改動本發明的製造方法，以製造具有四層導電聚合物層的器件。由於只是為了說明，下面描述四層器件的製造中的開始幾個步驟。圖19-23隻是引用上述關於圖1至13所說明的製造步驟的討論畫出了示意圖。
圖19示出了第一疊層子結構115a、第二疊層子結構115b和第一疊層子結構115a上的第三疊層子結構115c。根據本發明，作為製造四層導電聚合物器件製造方法的最初步驟，設置上述第一、第二和第三子結構115a、115b和115c。第一疊層子結構115a包括夾在第一和第二金屬層118a、118b之間的第一導電聚合物材料層116。在第一子結構115a和第二子結構115b之間設置用於布局的第二導電聚合物層120。第二疊層子結構115b包括夾在第三和第四金屬層118c、118d之間的第三導電聚合物層122。第三子結構115c包括具有層疊到其上表面的(如圖中所定位的)第五金屬層118e的第四導電聚合物材料層124。第五金屬層118e和第四金屬層118d為「外」金屬層，如圖19-21所示。金屬層118a-118e由鎳箔(最好內層118a、118b、118c)或具有浸硫酸鎳鍍層的銅箔製成，如上所述，要與導電聚合物層接觸的金屬層的表面最好粒化。
後續步驟與上面根據圖3a以及下列等所描述的那些步驟類似。具體地說，圖20顯示了在第一金屬層118a中形成了根據格線圖形(例如圖3b-3d中的格線36、38)定位的內隔離孔127a的第一陣列，在第二內金屬層118b中形成了根據格線定位的內隔離孔127b的第二陣列。第一金屬層118a中的內隔離孔127a的第一陣列和第二內金屬層118b中的內隔離孔127b的第二陣列定位於由格線36、38限定的交替部分中。在第三金屬層118c中形成了內隔離孔127c的第三陣列。第三陣列中的隔離孔118c與第一陣列中的孔127a對準定位。通過傳統的印刷電路板製造方法，例如那些採用光致抗蝕劑、掩膜的技術和蝕刻方法，從第一、第二和第三金屬層118a、118b、118c去掉金屬，形成隔離孔127a、127b、127c的第一、第二和第三陣列。
參考圖21，在確保子結構115a、115b、115c和第二導電聚合物層120處於適當定位的同時，將這些子結構和第二導電聚合物層120層疊到一起，形成疊層結構130。例如，可以在適當的壓力和導電聚合物材料的融點以上的溫度下，進行層疊，從而使導電聚合物層116、120、122和124的材料流入並填充隔離孔127a、127b和127c。然後在保持壓力的同時將疊層冷卻到聚合物融點以下。在這一點上，如果希望該器件用於特殊的應用，上述疊層結構130中的聚合材料可以是通過眾所周知的方法交聯的聚合材料。
現在參考圖22，在形成圖21的疊層結構130之後，在第四金屬層118d(第一或底外金屬層)和第五金屬層118e(第二或最外金屬層)中蝕刻出外隔離溝道46的陣列。如上面結合圖3a和3d以及圖6-8所描述的，隔離溝道46呈現為溝道或筋條的平行對。在第四和第五金屬層118d和118e中形成外隔離溝道46，與沿格線36、38(圖3a、3d和7中所示)的劃分一起，建立了在第五金屬層118e上的隔離主金屬區60的第一外陣列和第四金屬層118d上的隔離主金屬區62的第二外陣列。隔離溝道46還建立了第五金屬層118e中的主金屬區60的每相鄰對之間的金屬島61的第一陣列，和第四金屬層118d中的主金屬區62的每相鄰對之間的金屬島的第二陣列。
第五金屬層118e中的隔離主金屬區60交錯排列，使得每個隔離主金屬區60在一對內隔離孔127a之間的位置之上。第四金屬層118d中的隔離主金屬區62交錯排列，使其每一個在第三陣列中的內隔離孔127c之間的位置之下。第一金屬層118a中的每個內隔離孔127a在第二金屬層118b中的內隔離孔127b之間的位置之上，第二金屬層118b中的每個內隔離孔127b在第一金屬層118a中的第一內隔離孔127a之間的位置之下，並在第三金屬層118c中的內隔離孔127c之間的位置之上。第一陣列中的每個內隔離孔127a還正好在第五金屬層118e中的第一外隔離主金屬區60下面的位置之下，並且正好在第四金屬層118d中的第二外隔離主金屬區62上面的位置之上。如所看到的，外主金屬區60、62的陣列提供了多個第一和第二外電極，第一、第二和第三(內)金屬層分別提供了多個第一、第二和第三內電極。
現在參考圖23，結合上面參考圖8-13所描述的內容，繼續描述製造工藝。分割後，得到器件150，該器件150與圖12b和13所示的類似，除了具有由三個內電極分隔的四個導電聚合物層。得到的器件150等效於在輸入端和輸出端之間並聯連接的四個導電聚合物元件。
具體地說，器件150分別包括第一、第二、第三和第四導電聚合物層116、120、122和124。第一和第四導電聚合物層116、124由與第一端156a電接觸的第一內電極132a分隔。第一和第二導電聚合物層116、120由與第二端156b電接觸的第二內電極132b分隔，第一和第三導電聚合物層116、122由與第一端156a電接觸的第三內電極132c分隔。第一外電極132d與第二端156b和第三導電聚合物層122的表面電接觸，該第三導電聚合物層122的表面與面對第二導電聚合物層120的表面相對。第二外電極132e與第二端156b和第四導電聚合物層124的表面電接觸。該第四導電聚合物層124的相對表面面對第一導電聚合物層116。絕緣隔離層138覆蓋端子156a、156b之間外電極132d、132e的部分，其中絕緣隔離層138與上面參考圖9和圖10所描述的絕緣隔離層74一樣。端子156a、156b通過上面參考圖10b和11所描述的金屬鍍覆和焊料鍍覆步驟形成。
如果任意選擇第一端156a為輸入端，任意選擇第二端156b為輸出端，通過器件150的電流通路如下從輸入端156a，電流進入第一和第三電極132a、132c。從第一內電極132a，電流流經(a)通過第四導電聚合物層124和第二外電極132e到輸出端156b；和(b)通過第一導電聚合物PTC層116和第二內電極132b到輸出端156b。從第三內電極132c，電流流經(a)通過第二導電聚合物層120和第二內電極132b到輸出端156b；和(b)通過第三導電聚合物層122和第一外電極132d到輸出端156b。
可以看到根據上述製造工藝構成的器件是非常小巧的。具有小的佔地面積，而得到了相當高的保持電流。
在本說明書和附圖中已經詳細描述了典型的實施例，可以理解所屬領域的技術人員可以受到啟發作出大量的修改和變化。例如，可以用很寬範圍內的不同電特性的導電聚合物組合物實施這裡描述的製造工藝，這樣就並不限於那些具有PTC性能的導電聚合物。此外，本發明有利於製造SMT器件，可以很好地將其用於製造具有各種物理結構和安裝布置的多層導電聚合物器件。這些和其它的變化和修改被認為是這裡清楚描述的相應結構或工藝步驟的等同物，落入下面權利要求限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種電子器件的製造方法，包括步驟(1)提供(a)第一疊層子結構，其包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層；(b)第二導電聚合物層；和(c)第二疊層子結構，其包括夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層的；(2)在第二和第三金屬層的相應區中形成內隔離孔的第一和第二陣列；(3)將第一和第二疊層子結構疊加到第二導電聚合物層的相反的表面上，以形成疊層結構；(4)在第一金屬層中形成第一外電極的陣列，在第四金屬層中形成第二外電極的陣列；(5)形成多個第一端和多個第二端，每個第一端通過第三金屬層中的隔離孔將第二外電極中的一個電極與第二金屬層中的限定區電連接，每個第二端通過第二金屬層中的隔離孔將第一外電極中的一個電極與第三金屬層中的限定區電連接；和(6)將疊層結構分成多個器件，每個器件包括第一端和第二端。
2.根據權利要求1的方法，其中所述金屬層由金屬箔製成。
3.根據權利要求1的方法，其中在第二和第三金屬層中形成隔離孔的第一和第二內陣列的步驟包括去掉第二和第三金屬層的選定部分的步驟；和其中形成第一和第二外電極陣列的步驟包括去掉第一和第四金屬層的選定部分的步驟。
4.根據權利要求3的方法，其中進行去掉第一、第二、第三和第四金屬層的選定部分的步驟，使得每個第一外電極與第三金屬層的限定區基本上垂直對準，並且使得每個第二外電極與第二金屬層的限定區基本上垂直對準。
5.根據權利要求4的方法，其中形成多個第一和第二端的步驟包括(5)(a)形成多個穿過疊層結構的第一通路，每個第一通路穿過第一陣列中的一個內隔離孔，形成多個穿過疊層結構的第二通路，每個第二通路穿過第二陣列中的一個內隔離孔；和(5)(b)金屬化所述多個第一和第二通路中每個通路的內表面。
6.根據權利要求5的方法，其中金屬化步驟包括(5)(b)(i)用從由錫、鎳和銅構成的組中選擇的金屬鍍覆通路的內表面；(5)(b)(ii)用焊料鍍覆已鍍覆的內表面。
7.根據權利要求5的方法，在形成通路的步驟之後和金屬化的步驟之前，還包括在每個第一和第四金屬層上形成絕緣材料的隔離層的步驟，形成該隔離層使得留出每個金屬層的鄰接每個通路的暴露部分。
8.根據權利要求7的方法，其中所述隔離層由玻璃填充環氧樹脂製成。
9.根據權利要求7的方法，其中進行金屬化的步驟使得金屬化每個金屬層的鄰接每個通路的暴露部分。
10.一種電子器件，包括第一端和第二端；與第一端電接觸的第一電極；和第一和第二導電聚合物層，每個聚合物層具有與第一電極電接觸的第一表面和與第二端電連接的第二表面。
11.根據權利要求10的電子器件，還包括與第一導電聚合物層的第二表面物理接觸並且與第二端電連接的第二電極；和與第二導電聚合物層的第二表面物理接觸並且與第二端電連接的第三電極。
12.根據權利要求11的電子器件，其中第二電極具有第一和第二相反的表面，第二電極的第一表面與第一導電聚合物層的第二表面物理接觸，該器件還包括第三導電聚合物層，該第三導電聚合物層具有與第二電極的第二表面物理接觸的第一表面，和與第一端電接觸的第二表面。
13.根據權利要求12的電子器件，還包括與第三導電聚合物層的第二表面物理接觸並且與第一端電接觸的第四電極。
14.根據權利要求11的電子器件，其中第一電極與第二端通過導電聚合物電隔離，其中第二和第三電極通過導電聚合物與第一端電隔離。
15.根據權利要求11的電子器件，其中第一、第二和第三電極由金屬箔製成。
16.一種電子器件，包括第一和第二端；第一、第二和第三導電聚合物層，每個聚合物層具有第一和第二相反的表面；第一和第二導電聚合物層，其由第一內電極分隔，該第一內電極與第一端、第一導電聚合物層的第二表面和第二導電聚合物層的第一表面電接觸；第二和第三導電聚合物層，其由第二內電極分隔，該第二內電極與第二端、第二導電聚合物層的第二表面和第三導電聚合物層的第一表面電接觸；與第二端和第一導電聚合物層的第一表面電接觸的第一外電極；和與第一端和第三導電聚合物層的第二表面電接觸的第二外電極。
17.根據權利要求16的電子器件，還包括第一外電極上除了第一端之外的第一絕緣層；和第二外電極上除了第二端之外的第二絕緣層。
18.根據權利要求17的電子器件，其中絕緣層由玻璃填充環氧樹脂製成。
19.根據權利要求16的電子器件，其中每個第一和第二端包括由從錫、鎳和銅所組成的組中選擇的金屬形成的第一層；和由焊料形成的第二層。
20.根據權利要求16的電子器件，其中第一和第二外電極以及第一和第二內電極由金屬箔製成。
21.一種電子器件，包括第一和第二端；第一和第二導電聚合物層，每個聚合物層具有第一和第二相反的表面；第一和第二導電聚合物層，其由內電極分隔，該內電極與第一端、第一導電聚合物層的第二表面和第二導電聚合物層的第一表面電接觸；與第二端和第一導電聚合物層的第一表面電接觸的第一外電極；和與第二端和第二導電聚合物層的第二表面電接觸的第二外電極。
22.根據權利要求21的電子器件，其中內電極以及第一和第二外電極由金屬箔製成。
23.根據權利要求21的電子器件，還包括第一外電極上除了第一端之外的第一絕緣層；和第二外電極上除了第二端之外的第二絕緣層。
24.一種用於分成多個電子器件的疊層結構，每個電子器件具有第一端和第二端，該結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層和夾在第一和第三金屬層之間的第二導電聚合物層；在第一金屬層中形成的聚合物填充隔離孔陣列；第三金屬層中隔離金屬區的第一陣列；和第二金屬層中隔離金屬區的第二陣列，第二和第三金屬層中的隔離金屬區基本上彼此垂直對準定位，第一金屬層中的聚合物填充隔離孔陣列定位於第二和第三金屬層中的隔離金屬區之間；多個第一端，每個第一端在與第二和第三金屬層中的隔離金屬區電隔離的同時，與第一金屬層電接觸；和多個第二端，每個第二端通過第一金屬層中的聚合物填充隔離孔將第二金屬層中的隔離金屬區與第三金屬層中的隔離金屬區電連接。
25.一種電子器件的製造方法，包括步驟(1)提供(a)第一疊層子結構，包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層，和(b)第二疊層子結構，包括疊加到第三金屬層上的第二導電聚合物層；(2)在第一金屬層中形成的內隔離孔陣列；(3)將第一和第二疊層子結構疊加到一起，以建立疊層結構，該疊層結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層以及夾在第三和第一金屬層之間的第二導電聚合物層，層疊步驟的結果是隔離孔被導電聚合物材料填充；(4)在第三金屬層中形成外電極的第一陣列，在第二金屬層中形成外電極的第二陣列，第一和第二外電極陣列中的外電極基本上彼此垂直對準定位，第一金屬層中的聚合物填充隔離孔定位於第一和第二外電極陣列中的外電極之間；(5)形成多個第一端，每個第一端於與一金屬層中的限定區電接觸，而與第一和第二外電極陣列中的外電極電隔離；(6)形成多個第二端，每個第二端通過第一金屬層中的聚合物填充隔離孔將第一外電極陣列中的外電極與第二外電極陣列中的外電極電連接。
26.根據權利要求25的方法，還包括步驟(7)將疊層結構分成多個電子器件，每個電子器件包含第一端和第二端。
27.一種電子器件的製造方法，包括步驟(1)提供(a)第一疊層子結構，包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層；(b)第二導電聚合物層；和(c)第二疊層子結構，包括夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層；和(d)第三疊層子結構，包括疊加到第五金屬層上的第四導電聚合物材料層；(2)分別在第一、第二和第三金屬層中形成內隔離孔的第一、第二和第三陣列；(3)將第一和第二疊層子結構層疊到第二導電聚合物層的相反表面上，將第三子結構疊加到第一疊層子結構上，以建立疊層結構，該疊層結構包括夾在第一和第二金屬層之間的第一導電聚合物層、夾在第二和第三金屬區之間的第二導電聚合物層、夾在第三和第四金屬層之間的第三導電聚合物層和夾在第一和第五金屬層之間的第四導電聚合物層；(4)形成第五金屬層中外電極的第一陣列和第四金屬層中外電極的第二陣列，從而第一和第二外電極陣列中的外電極基本上與第二內電極陣列中的隔離孔垂直對準定位，並且第一和第三孔陣列中的隔離孔基本上彼此垂直對準；(5)形成多個第一端，每個第一端通過第二孔陣列中的聚合物填充隔離孔將第一金屬層中的限定區與第三金屬層中的限定區電連接；(6)形成多個第二端，每個第二端通過第一孔陣列中的聚合物填充隔離孔將第二外電極陣列中的外電極與第二金屬層中的限定區電連接，並且通過第三孔陣列中的聚合物填充隔離孔與第一外電極陣列中的外電極電連接。
28.根據權利要求27的方法，其中金屬層由金屬箔製成。
29.根據權利要求27的方法，其中分割步驟包括(7)將疊層結構分為多個器件，每個器件具有夾在第一外電極和第一內電極之間的第一導電聚合物層、夾在第一內電極和第二內電極之間的第二導電聚合物層、夾在第二內電極和第三內電極之間的第三導電聚合物層和夾在第三內電極和第二外電極之間的第四導電聚合物層，每個第一端只與第一和第三內電極電接觸，每個第二端只與第一和第二外電極以及第二內電極電接觸。
30.根據權利要求27的方法，其中形成多個第一端和第二端的步驟包括形成穿過疊層結構的多個第一和第二通路，多個第一通路的每一個穿過每個第一和第三金屬層中的隔離孔，多個第二通路的每一個穿過第二層中的隔離孔；和金屬化每個通路的內表面。
31.根據權利要求30的方法，其中金屬化步驟包括用從錫、鎳和銅所組成的組中選出的金屬鍍覆通路的內表面；和用焊料鍍覆已鍍覆的通路內表面。
32.根據權利要求30的方法，在形成通路的步驟之後和金屬化的步驟之前，還包括在每個外電極上形成絕緣材料的隔離層的步驟，每個隔離層的構形要使其覆蓋外電極之一，並且留出每個金屬區鄰接每個通路的暴露部分。
33.根據權利要求32的方法，其中隔離層由玻璃填充環氧樹脂製成。
34.根據權利要求32的方法，其中進行金屬化的步驟以金屬化每個金屬區鄰接每個通路的暴露部分。
全文摘要
一種電子器件,包含夾在兩個外電極和一個或更多個內電極之間的兩層或更多層導電聚合物層。製造三層器件是通過:(1)提供包括夾在第一和第二金屬層之間的第一聚合物層的第一疊層子結構,第二聚合物層,和包括夾在第三和第四金屬層之間的第三聚合物層的第二疊層子結構;(2)分別在第二和第三金屬層中形成內隔離孔的第一和第二陣列;(3)將第一和第二子結構疊加到第二聚合物層的相反的表面上;(4)分別在第一和第四金屬層中形成外電極的第一和第二陣列;(5)形成多個第一端和多個第二端,每個第一端將第二外電極陣列中的外電極與第二金屬層中的電極限定區連接,每個第二端將第一外電極陣列中的外電極與第三金屬陣列中的電極限定區連接;和(6)將疊層結構分成多個器件,每個器件包含第一外電極和第一內電極之間的第一聚合物層、第一和第二內電極之間的第二聚合物層以及第二內電極和第二外電極之間的第三聚合物層;每個器件包含連接第一內電極與第二外電極的第一端和連接第二內電極與第一外電極的第二端。
文檔編號H01C1/14GK1328689SQ99813839
公開日2001年12月26日 申請日期1999年10月28日 優先權日1998年11月13日
發明者安德魯·布瑞安·巴拉特, 丹尼斯·華爾士 申請人:伯恩斯公司