CN102906836A - 电子元件端子以及使用瞬态液相烧结和聚合物焊膏的装配 - Google Patents

电子元件端子以及使用瞬态液相烧结和聚合物焊膏的装配 Download PDF

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Abstract

电容器具有与第一外部端子电接触的第一平面内部电极。第二平面内部电极与第一平面内部电极相互交错，其中第二平面内部电极与第二外部端子电接触。电介质布置在第一平面内部电极和第二平面内部电极之间，并且外部端子中的至少一个包括选自聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂的材料。

Description

电子元件端子以及使用瞬态液相烧结和聚合物焊膏的装配
相关申请的交叉引用
本申请要求通过引用并入本文的于2010年5月26日提交的未决的美国临时专利申请No.61/348,318和通过引用并入本文的于2011年5月24日提交的US 13/114,126的优先权。
背景技术
本发明涉及电子元件和制造电子元件的方法。更具体地，本发明涉及具有用于将外部引线或引线框架附接到电子元件的改进端子使得所述电子元件可以通过多种次级附接材料和工艺随后连接到电子电路的电子元件和制造电子元件的方法。
通常，形成导电端子的方法和所使用的材料对于可靠的性能来说是关键的。当随后装配到电子电路中时，使用性能直接与导电端子相关。从历史上看，使用了铅（Pb）基焊料将元件附接到电子电路板或者将外部引线附接到电子元件。最近，在电气和电子设备中有害物质的使用，以欧洲RoHS法规为代表，限制了焊料中铅（Pb）的使用，导致业界寻求各种替代方案。
例如，美国专利No.6,704,189描述了使用具有10-30%的Sb的Sn基焊料来形成外部引线与电镀的多层陶瓷电容器（MLCC）之间的接触。然而，所描述的焊料具有低于270℃的液相线。通过比较，诸如Sn10/Pb88/Ag2之类的高Pb焊料具有约290℃的液相线。在业内普遍公认，比任意随后处理温度高30℃的熔点可以很好地保证外部引线附接的可靠性。由于在本领域中称为SAC焊料的Sn、Ag、Cu基焊料现在正成为用于无铅电路中的附接的共同选择，因此获得高熔点的能力变得至关重要。相比于具有183℃的熔点的诸如Sn63/Pb37的以前Pb基的可选焊料，SAC焊料必须在通常为约260℃的较高温度下进行回流。为了不熔化或者不部分融化，与外部引线接触的接触材料，或者用于形成端子的接触材料必须能够较好地承受260℃以上的温度，这引起显著的可靠性问题。要求比SAC焊料的熔点至少高30℃的温度。
美国专利No.5,038,996描述了给两个配合表面涂上涂层，其中一个用Sn另一个用Pb，并且通过将工艺温度提高至略小于Sn的熔点（183℃）的温度来形成一个接合点。美国专利No.5,853,622中公开的瞬态液相烧结导电粘合剂配方，其将TLPS（瞬态液相烧结）材料与交联聚合物进行结合以产生具有在通过TLPS工艺产生的金属表面之间的金属间化合物界面的热和电的接合。美国专利No.5,964,395讨论了两个配合表面的喷涂，其中一个用低温度熔点材料另一个配合表面用较高熔点温度喷涂，且该喷涂与TLPS工艺相兼容，并且当加热至较低温度材料的熔点时形成一个接合点。这些专利描述了关于形成导电接合的TLPS材料和工艺。
美国专利No.5,221,038主张通过使用TLPS工艺来把SnBi或SnIn用于将诸如电阻器之类的分离元件焊接到印刷电路板。美国专利6,241,145中公开了Ag/SnBi的使用，Ag/SnBi被涂覆到两个配合表面以将电子模块安装至衬底。美国专利申请No.2002/0092895A1讨论了在两个配合表面上的材料沉积，即在衬底和倒装芯片上的凸块的表面上的材料沉积，并将温度提高至在材料之间引起扩散的温度以产生TLPS可兼容的合金。美国专利申请No.2006/0151871描述了在形成包含键合到其他元件或导电表面的SiC或其他半导体器件的封装件中的TLPS的使用。美国专利申请No.2007/0152026A1主张在配合表面上布置TLPS兼容材料，之后回流较低熔点材料，然后等温老化以完成扩散工艺，在该扩散工艺中要接合的两个器件是MEMS器件及其接合到的微电子电路。美国专利No.7,023,089B1主张使用TLPS将由铜、黑金刚石、或黑金刚石和铜的组合物制成的散热器键合到硅片。这些专利和应用描述了将元件键合到电路板的TLPS的工艺，但没有包含关于其在电子元件上形成端子或将元件附接到引线框架中的使用的任何教导。
在最近的发展中，美国专利申请No.2009/0296311A1描述了高温扩散键合工艺，其将引线焊接到多层陶瓷元件的内电极。TLPS材料被镀到配合表面的表面上，这些配合表面通过引入热量以开始扩散工艺而连接在一起。在此情况下，在元件和引线框架之间需要紧密的相互接触线以促进扩散。这限制了对可以形成紧密的接触线的表面进行连接的应用，并且不能适应不同长度的组件。此外，描述了在700至900℃范围内的高温以实现焊接键合，该焊接键合需要预热以便不破坏多层陶瓷元件。
在现有技术中描述了其他无铅附接技术，但没有一个是足够的。
焊料是由两种或更多种金属组成的合金，其只具有一个熔点，该熔点通常低于具有最高熔点的金属的熔点，并且通常是取决于合金而低于约310℃的熔点。焊料可以返工，这意味着其可以进行多次回流，于是提供了去除和替换有缺陷的组分的方法。焊料也可以通过在焊料正在连接的表面之间形成金属间化合物界面来产生冶金接合。当焊料把其邻近表面润湿时，焊料实际上向外流动并且遍布要连接的表面区域。
由于与铅关联的环境问题，开发了用于电子器件的已知为无铅SAC焊料的锡、银、铜焊料，但这些焊料通常在260℃左右的峰值温度进行回流，因此必需在这个温度以下操作电子元件。由于材料兼容性和半导体技术涉及的较高工艺温度，开发了金/锗和金/锡合金以将小片连接到衬底。由于小片和其配合表面在TCE中具有较小差异，这些合金提供高温度容量以及具有20000psi以上的抗拉强度和25000psi以上的抗剪强度的高强度。然而，由于通常具有350℃以上的较高熔点，这些材料也需要较高的工艺温度。这些材料的高成本和受限的应用阻碍了其在电子器件中更广泛的使用。在Zn、Al、Ge和Mg的组合物中增加了锡和铟以形成更高温度的无铅焊料。然而，锌和铝粉末往往在表面形成氧化物薄膜，在随后焊料中导致低润湿性使得其使用是不切实际的。具有锡、锌、镉和铝的焊料是可用的，但通常以它们的共晶合金形式使用，这是因为它们的除了共晶体之外的合金具有限制它们使用的50-175℃的宽塑性范围，并且用于电子器件以外的非常具体的应用的缘故。镉、锌和银合金焊料适于焊接铝。一旦液相线温度移动至450℃以上，该焊料被称为硬焊料，通常用于结构应用而不是电气应用。因此，接合到电容器的无铅、高温的结合剂的形成方法仍有待实现，其中这些电容器能在260℃以上保持它们的完整性并且对于制造来说是经济实用的。
尽管正在进行加强的努力，业内仍缺乏用于将外部引线或引线框架附接到多层陶瓷电容器的适合方案。关于对高温应用具有改善的可靠性的引线连接，特别是无铅的引线连接，存在持续的需求。
发明内容
本发明的目的是提供用于形成金属外部端子的改进的方法，或者用于附接到引线框架的改进的方法，其可以在随后装配至电子电路期间不损害金属外部引线或引线框架附接的情况下进行回流。
要实现的这些和其他实施例中提供了多层陶瓷电容器。所述电容器具有与第一外部端子电接触的第一平面内部电极。第二平面内部电极与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极与第二外部端子电接触。电介质布置在所述第一平面内部电极和所述第二平面内部电极之间，并且外部端子中的至少一个包括选自聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂中的材料。
另一个实施例中提供了多层陶瓷电容器。所述电容器具有端接于第一外部端子的第一平面内部电极，和与所述第一平面内部电极相互交错的第二平面内部电极，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子。电介质布置在所述第一平面内部电极和所述第二平面内部电极之间。第一引线框架与所述第一外部端子电接触，其中所述第一引线框架通过从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂附接到所述第一外部端子。
又一个实施例中提供了用于形成多层陶瓷电容器的方法，所述方法包括：
形成单块整体，所述单块整体包括：
第一平面内部电极，其端接于第一外部端子；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子；以及
电介质，其布置在所述第一平面内部电极与所述第二平面内部电极之间；
提供引线框架，所述引线框架包括第一引线和第二引线；
利用从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂将所述第一引线附接到所述第一外部端子；以及
利用所述粘合剂将所述第二引线附接到所述第二外部端子。
又一个实施例中提供了用于形成电子电路的方法，所述方法包括步骤：
形成多层陶瓷电容器，包括：
形成单块整体，所述单块整体包括：
第一平面内部电极，其端接于第一外部端子；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子；
电介质，其布置在所述第一平面内部电极与所述第二平面内部电极之间；
提供引线框架，所述引线框架包括第一引线和第二引线；
利用从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂将所述第一引线附接到所述第一外部端子；以及
利用所述粘合剂将所述第二引线附接到所述第二外部端子；以及
将所述多层陶瓷电容器附接到电路走线。
附图说明
图1是本发明的实施例的侧面示意图；
图2是本发明的实施例的侧面示意图；
图3是本发明的实施例的剖面示意图；
图4是本发明的实施例的剖面示意图；
图5是本发明的实施例的侧面剖面示意图；
图6是本发明的实施例的侧面剖面示意图；
图7是本发明的实施例的剖面示意图；
图8是堆叠的MLCC的侧面示意图；
图9是本发明的实施例的侧面示意图；
图10是本发明实施例的图示；
图11和图12是根据本发明的实施例键合的切片的截面的电子显微照片；
图13和图14是根据本发明的实施例键合的切片的截面的电子显微照片；
图15至图18是示出本发明所提供的优点的图示。
具体实施方式
本发明涉及具有到外部引线或引线框架的改进键合的MLCC。更具体地，本发明涉及使用瞬态液相烧结粘合剂或聚合物焊料以形成附接到元件的端子或者将外部引线附接到元件。改进的端子具有能够适应不同表面光洁度以及不同长度的元件的优点。此外，由于没有形成焊球，元件可以堆叠在彼此的顶部，而不形成焊料连接技术中的清洗通常所需的间隙。瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料可以直接与元件的内部电极进行键合，而且可以在低温度形成端子。在优选的实施例中，通过使用热压工艺可以制备高密度端子，由此形成改进的外部引线附接键合。
瞬态液相烧结粘合剂（TLPS）是不同于焊料的导电材料。焊料是第一次回流之后组分不改变的合金。TLPS材料是两种或更多金属的混合物，或者是暴露于高温之前的金属合金。TLPS材料的第二个显著特征是其材料的熔点取决于该材料的受热历程。TLPS材料在暴露于高温之前呈现低熔点，在暴露于这些温度后呈现较高熔点。初始熔点是低温金属或者两种低温金属的合金导致的结果。第二熔点是形成金属间化合物时的温度，那时低温金属或合金与具有高温熔点的金属形成新的合金由此产生具有较高熔点的金属间化合物。TLPS材料在要连接的金属表面之间形成冶金接合。不像锡/铅或无铅（Pb）焊料，TLPS导电粘合剂在它们形成金属间化合接合点时不会扩展。由于次级回流温度较高，TLPS系统的返工是很难的。
导电粘合剂包括导电金属（通常是银）和填充的聚合物，该聚合物在指定温度范围之内（通常为150℃）固化或交联以对要连接的材料形成机械接合。其导电性是通过在聚合物基体的范围之内金属颗粒彼此紧密接触以形成从一个颗粒到另一个颗粒的导电路径来产生。因为粘合剂本质上是有机物，其具有相对较低的温度容量，通常在约150℃至约300℃的范围内。导电环氧树脂一旦固化，就不能返工。导电环氧树脂在固化时不会像焊料在熔化时那样润湿或流动。
聚合物焊料可以包括基于Pb/Sn合金系统或诸如Sn/Sb之类的无铅系统的传统焊料系统，该焊料系统与用作清洗剂的交联的聚合物结合。交联的聚合物还具有形成诸如环氧树脂键之类的交联聚合物键的能力，交联聚合物键在金属的熔融相期间形成，从而形成焊料合金和机械聚合物结合。聚合物焊料的优点是聚合物键在焊料的熔点以上的温度提供额外的机械结合强度，于是给焊料结合点提供大于焊料的熔点约5℃至80℃范围内的较高操作温度。聚合物焊料在同一糊剂内将当前焊料合金与交联的聚合物进行组合，以当通过例如加热固化时提供冶金接合以及机械结合，以在高温下提供额外的焊料结合强度。然而，只通过材料的物理特性已经提高了上限温度和结合强度。尽管瞬态液相烧结导电粘合剂可以达到更高的温度，仍然保持了300℃的实际极限。
在一个实施例中，可以应用聚合物焊料粘结剂，而不是优选的聚合物和焊料的混合物，其中聚合物形成组分和冶金接合形成组分可以在要配合的表面之间进行分开。
TLPS或聚合物焊膏可以在电子元件上形成端子，该电子元件随后可以通过其他方法和/或材料附接到电子电路。形成的冶金学金属化合物粘结剂是无铅的，相比于诸如无铅焊料之类的其他材料类型，其在高温下的结合强度提高了。TLPS或聚合物焊料连接可以直接制作在埋入电极或元件内的电极上，或者通过与这些电极接触的其他材料来制作。TLPS或聚合物焊料连接不必与元件的边缘重叠。
以糊剂形式使用TLPS或聚合物焊料允许结合不平的表面。更具体地，以糊剂形式使用TLPS或聚合物焊料允许要结合的两个不规则形状的表面具有不紧密或不连续的接触线。这与随后要扩散键合的电镀的表面在其工艺期间必需具有紧密连续的接触线的情况相比，具有特别的优点。这也允许在一个叠层内要组合的或在一个引线框架内要堆叠的电子元件具有不同长度。由于瞬态液相烧结导电粘合剂不形成焊球，因此堆叠的元件可以布置在彼此的顶部，各端子位于相同方向，不形成与使用焊料的传统附接中一样的清洗所需的间隙。
由于TLPS或聚合物焊膏不像传统焊料那样流动，因此不需要在引线框架上采用焊料堤坝。
TLPS或聚合物焊膏可以用于在两个或更多元件彼此之间形成结合或在公用引线框架内形成结合。在引线框架的情况下，可以附接不同长度的元件，并且由于没有焊球所以无需形成清洗焊球所需的元件之间的间隙。因此其堆叠厚度薄于利用传统焊料的装配。聚合物焊料使焊球最小化，TLPS则消除焊球。
在一些情况下，可能期望在被连接的表面中的任何一个上应用糊剂或者使用TLPS和聚合物焊料的组合。利用TLPS膏，热压键合可以用于增加结合处的密度，从而与只依靠温度的情况相比形成更可靠的连接。通过热压键合改善了机械特性和电学特性。
瞬态液相烧结导电粘合剂可以用于对电子元件的内部电极形成结合。当元件是多层陶瓷电容器时这是特别有用的，这是因为在形成端子或者接合到外部引线或引线框架之前这不需要待附接的其它材料。
特别优选地，使用低温以在瞬态液相烧结导电粘合剂与元件之间形成初始结合。初始结合的形成之后是等温老化，以产生能够忍受更高温度的高温度结合点。回流温度在使用次级附接工艺将元件附接到电路期间产生，并且回流温度小于最高熔化元素的熔化温度以及小于在加热以形成初始结合期间形成的合金的熔化温度。这与需要约260℃的回流的SAC类型的焊料相比是有利的。
对于瞬态液相烧结导电粘合剂也可以使用两个步骤的回流，其中在第一步骤中使用相对较短时间周期在低温下形成导电冶金接合，时间范围为5秒至5分钟，温度范围为180℃至280℃，取决于TLPS合金化工艺中使用的金属。在第二步骤中接合部分经历等温老化工艺，使用的温度范围为200℃至300℃，且持续时间更长，例如但不限于5分钟至60分钟。形成初始结合所需的较短时间适用于自动化工艺。在其他方法中可以使用单步工艺，其中瞬态液相烧结导电粘合剂在外部引线和电子元件之间形成端子或导电冶金接合，施加温度例如为250℃至325℃，持续时间例如为10秒至30秒。诸如175℃至210℃的较低温度可以用于更长的持续时间，例如10分钟至30分钟。这在电子元件本身对温度敏感时特别有用。
通常，优选地通过加热使用一步烧结工艺来固化瞬态液相烧结导电粘合剂端子以形成导电冶金接合，施加的温度范围例如但不限于190℃至220℃，持续时间例如但不限于10分钟至30分钟。优选地，第二熔化温度至少要超出第一熔化温度80℃。金属键可以具有超过400℃的第二熔化温度，于是使得该技术对于适合于随后高温应用的低温工艺无铅方案来说是切实可行的选择。然而，该类型的工艺更适合于批处理类型的工艺，典型的为半导体工艺和一些PCB工艺，但该工艺对高容量内嵌的端子和用于包括多层陶瓷电容器的电子元件的外部引线附接没有传导性。此外，瞬态液相烧结导电粘合剂经过这种工艺会导致高孔隙度特别是在有机物含量高的情况下。
可以使用两步工艺来处理瞬态液相烧结导电粘合剂材料以获得较好的互联结合点。在第一步骤中，在225℃至300℃的温度范围内以30秒或更少的相对较短的工艺时间来形成鲁棒的导电冶金结合。第二步骤则是烧结步骤，给结合部分提供200℃至250℃或者更小的温度，持续5分钟至30分钟，以完成合金化工艺。该两步工艺符合随后批处理烧结工艺是可接受的高容量内嵌装配的要求。然而，如同上述单步工艺，其孔隙度通常高出了期望值。
在许多应用中高孔隙度是可接收的。然而，在诸如高湿度环境之类的恶劣环境中，或者在电路板安装工艺中，由于水分或其他化学品可能渗入到结合部，这会引起元件失效，所以高孔隙度是人们不希望的。因此，在本发明的优选的实施例中，利用瞬态液相烧结导电粘合剂使用热压键合工艺来形成低孔隙度的端子。此工艺具有附加的优点，即使用15到30秒的较少工艺时间在225℃至300℃的温度范围内并且使用单个步骤，使得其适合于自动化生产。针对将外部引线附接到MLCC的应用，使用瞬态液相烧结导电粘合剂，以低温持续少于30秒的时间，与热压键合结合用一个步骤来产生鲁棒的结合点。
当使用聚合物焊料时热压键合也是优选的工艺方法，这是因为其有助于在接触表面之间形成高密度冶金接合。热压的优点包括关于次级附接工艺的更鲁棒的结合以及可以实现更高强度的附接。0.5至4.5Kg/cm2（7.1至64psi）更优选的为0.6至0.8Kg/cm2（8.5至11psi）的压力对本文中所示范的热压教导来说是足够的。对于示范教导而言约0.63Kg/cm2（9psi）是特别适合的压力。
TLPS包括选自铜、银、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁、钼的高温材料，或者其混合物或任意组合适合用在瞬态液相烧结导电粘合剂中。无铅瞬态液相烧结粘合剂优选使用银或铜作为高温组分，使用锡-铋合金作为低温组分。
TLPS还包括选自锡、锑、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、硒或钋或者其中任意两种或更多种的任意合金或混合物的低温材料。
瞬态液相烧结导电粘合剂与包含银、锡、金、铜、铂、钯、镍或其组合的表面光洁度兼容，所包含的这些材料用作引线框架抛光、元件连接或内部电极，以在两个表面之间形成电子导电冶金接合。除了由诸如但不限于合金42和科瓦铁镍钴合金（Kovar）之类的铁合金构成的引线框架之外，合适的外部引线或引线框架材料包括磷青铜、铜、诸如但不限于铍铜合金的铜合金、Cu194和Cu192。
可以通过业内已知的任何方法进行加热，优选对流加热、辐射加热和感应加热。
将参照形成完整的、非限制性的本公开的元件的附图来描述本发明。贯穿各个附图将对类似元件进行相应编号。
将参照图1的剖面侧视图来描述本发明的实施例。在图1中，电子元件1，例如MLCC，包括端子2，其选自瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子。使用次级附接材料3将该端子附接到电子电路板衬底5上的接触焊盘4。可以看到，以此方式，具有利用瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料形成的多个端子的电子元件可以附接到电路。
在图2中示出了使用瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子以形成到外部引线的导电结合，其中利用在外部引线框架与外部端子7之间的瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料8将电子元件1连接到外部引线或引线框架6。
在图3中，瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料外部端子12直接与多层陶瓷电容器的内部电极9和10接触。交变极性的交错平面内部电极由电介质11分开，并且交替的内部电极直接与由瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料形成的对立的外部端子12接触。此实施例提供了额外的好处，即避免了与在电子元件上形成其他连接材料相关联的工艺成本。
在图4中，瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子14将外部引线15结合到内部电极9和10，而没有超出多层陶瓷电容器主体16的边缘17。此实施例减小了端子所需的材料量，并且消除了由于机械应力造成的在重叠区发生的失效。
在图5中示出了电子元件的剖面，在此情况下，具有瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子102的多层陶瓷电容器100通过导电互连接触到外部引线104。边缘106在导电互连与外部引线之间没有连续的紧密接触线。本发明不要求外部引线与导电互连的两个表面在结合到一起时互连以形成紧密接触的连续线。
图6示出了本发明的一个实施例。在图6中，为了讨论的目的，示出了引线框架206之间的两个MLCC 200和200′，但应当理解的是在引线框架206之间可以堆叠很多个MLCC。每个MLCC具有瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子202，其只覆盖了MLCC的边缘108的一部分。这允许各MLCC在其表面之间以最小间隙或无间隙地紧密排列。
在图7中示出了本发明的实施例以作为堆叠的MLCC的示意侧视图，其中，两个MLCC 20和21具有不同的宽度。瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料端子22可以适应具有不同长度的电子元件，同时具有到外部引线23的充分接触。在这种方式中，即使长度差别程度优选为不大于0.254毫米（0.010英寸），也可以将长度差别程度达到2.54毫米（0.10英寸）的元件附接在同一叠层内。
图8示出了两个元件30和31的叠层的剖面示意图，这些元件使用传统焊料34附接到外部引线32和33。在此情况下，在元件之间至少需要0.254毫米（0.010英寸）的间隙G，以允许进行装配后清洗来去除焊球。
图9示出了本发明实施例的两个元件30和31的叠层的剖面侧视图，其中使用瞬态液相烧结导电粘合剂或聚合物焊料35将这些元件附接到外部引线32和33。在此情况下，由于没有形成焊球，元件之间的间隙可以小于0.254mm或优选地无间隙，因此并不需要清洗。间隙的消除使得叠层的高度总体减小，从而减小了电子元件所需的竖直空间。此外，对于多于两个元件的叠层来说，在空间方面的节约将更多。
示例：
坍落度测试是基于看得见的观察，优选经过放大的观察，其中经过处理之后检查了结合部分，以查出MLCC是否在引线框架内移动或坍落。坍落指示回流工艺使与引线框架的结合的完整性受损。通过在引线框架内的MLCC的移动或者结合完整性损失的可见指示来表示失效。
示例1：聚合物焊料的改善的机械鲁棒性
制作了安装在一个公用引线框架中的68个相同的叠层，每个叠层具有2个MLCC，每个MLCC的个案尺寸为0.22×0.20英寸。这些叠层分为相等的两组，每组各34个叠层。一组是对照组，其中使用具有91.5%重量的Sn和8.5%重量的Sb的1mg Sn/Sb焊料将引线框架附接到每个MLCC。第二组是发明组，其中使用具有91.5%重量的Sn和8.5%重量的Sb的1mg Sn/Sb聚合物焊料（可以是从Henkel（汉高）获得的10048-11A聚合物焊料）将引线框架附接到每个MLCC。每个元件三次通过260℃的焊料回流炉，每次通过之后检查结合部分以确定坍塌芯片的数量。表1中提供了结果，其中在每次通过之后记录了失效部分的积累数量。
表1
  粘合剂类型  1次通过  2次通过  3次通过
  对照   4   5   6
  发明   0   0   0
表1的结果显示，对于对照组，第一次通过之后有4个失效部分，随后的两次通过之后每次增加一个失效部分，然而发明组中没有一个样品失效。因此与对照样品的焊料相比，在高温下聚合物焊料增加了额外的机械强度。
示例2：TLPS的改善的机械鲁棒性
用镀银或镀锡的引线框架制作了类似的叠层，并且其附接到基于Cu的瞬态液相烧结粘合剂（可用的为Ormet 328）。样品没有呈现坍塌或与外部引线的分离。然后如美国专利No.6,704,189的描述，实施了负载测试，其中叠层布置于一个炉内，30g的砝码附接到MLCC并且其吊在叠层的下方。至少以10℃的步幅将温度增加至260℃以上，其中在每个温度下保持10分钟。然后检查结合部分的坍塌或与外部引线的分离的失效。在镀银的外部引线框架的情况下，在360℃时检测到失效，而在镀锡的引线框架的情况下，在630℃时检测到第一批失效，其展示了瞬态液相烧结导电粘合剂优越的高温机械性能。
示例3：聚合物焊料的温度容量
使用相同MLCC、相同J-引线和热压键合工艺制作了120个J-引线类型的叠层。样品被分为包含30个叠层的分组，针对对照样品每个样品是使用各种量的91.5/8.5 Sn/Sb焊料（可用的为Henkel92ADA100DAP85V EU 2460）来键合的，而作为发明样品的聚合物焊料（可用的为Henkel 20048-11A）包含相同的焊料成分。然后样品以不同温度送至通过各种焊接炉超过三次。然后对样品进行结合部分坍塌的评定。图10示出了其结果。在聚合物焊料样品中未检测到坍塌，这表示其具有改善的高温鲁棒性。
示例4：聚合物焊料对高速次级装配工艺的耐久性
使用相同MLCC、相同J-引线和热压键合工艺制作了J-引线类型的叠层。使用91.5/8.5 Sn/Sb焊料（可用的为Henkel 92ADA100DAP85VEU 2460）制备了对照样品。使用包含相同焊料成分的聚合物焊料（可用的为Henkel 20048-11A）制备了发明样品。随后使用标准焊料将这些样品装配到FR4板上，然后送至IR回流炉，使用了比推荐用于焊接的引线框架的升温速率更快的升温速率。检查了样品的坍塌或引线框架接触失效。15个包含Sn/Sb焊料的样品中有9个失效，然而15个聚合物焊料的样品中没有一个失效，这表示其具有关于高速装配的改善的鲁棒性。这些结合部分经过了相同的高速装配。
示例5：热压键合
图11和图12是示出键合部分的显微照片，该键合部分是利用TLPS Ag/Sb/Bi（可用的为Ormet 701系列）和Cu/Sb/Bi（可用的为Ormet 280CE系列）而获得，以便使用IR回流工艺在镀Ag的磷青铜的切片之间进行键合。存在显著的空隙区域。图13是示出在热压键合工艺之后的TLPS Ag/Sb/Bi的显微照片，图14是示出在热压键合工艺之后的Cu/Sb/Bi的显微照片。在这两种情况下观察到了致密的微结构。可以很快地实现热压，例如以2至10磅的压力持续少于5分钟。
以与示例4类似的方式制备了切片。30g的砝码吊在器件上，从而将应力施加于热压键合部分。键合部分经历升温过程。即使加热至850℃也没有观察到失效。
在观察与使用Cu/Sb/Bi TLPS（可用的为Ormet 701系列）和10/88/2 Sn/Pb/Ag焊料的引线附接时，TLPS保持在其沉积的位置，然而焊料在加热时会流动。当与外部引线附接一起使用时，焊料需要焊料堤坝和抗蚀剂的使用，而TLPS则不需要。这提供了显著的制造优点。
图15是示出拉或剪切测试的结果的柱状图，对使用Ormet 701Cu/Sn/Bi TLPS在经过固化后和未经过固化的各种条件下用热压键合对亚光镀Sn磷青铜切片进行的键合进行了测试。这些结果与91.5Sn/8.5Sb焊料进行了比较。在图15中，样品A1在180℃下加热20秒，未进行后续固化；样品B1在180℃下加热15秒，在210℃下进行后续固化20分钟；样品C1在180℃下加热20秒，在210℃下进行后续固化30分钟；样品D1在190℃下加热20秒，未进行后续固化；样品E1在190℃下加热20秒，在210℃下进行后续固化15分钟；样品F1在190℃下加热20秒，在210℃下进行后续固化30分钟；样品G1在200℃下加热20秒，未进行后续固化；样品H1在200℃下加热20秒，在210℃下进行后续固化15分钟；样品I1在200℃下加热20秒，在210℃下进行后续固化30分钟；样品J1在200℃下加热10秒，未进行后续固化；样品K1在230℃下加热10秒，未进行后续固化；样品L1在210℃下加热同时模拟后续固化共持续30分钟，用的是91.5Sn/8.5Sb焊料。
示例6：
类似于示例5，使用Ormet 280CE Ag/Sn/Bi对镀银的切片进行了一组实验。在图16的条线图中给出了结果。在该示例中外部引线呈现了被测量为导致失效的峰值拉力（单位为Kg）的剪切强度，即使在热压键合工艺中没有进行后续固化该剪切强度超过了焊料的剪切强度。在每个情况下，样品在第一温度下加热了与预热一致的第一周期，然后在3秒内温度上升至第二温度，并且样品在第二温度下保持一段时间。在图16中，样品A2在140℃下预热10秒，然后温度升至300℃并保持20秒。样品B2在140℃下预热10秒，然后温度升至300℃并保持10秒。样品C2在140℃下预热10秒，然后温度升至300℃并保持5秒。样品D2在140℃下预热3秒，然后温度升至300℃并保持20秒。样品E2在140℃下预热3秒，然后温度升至300℃并保持10秒。样品F2在140℃下预热3秒，然后温度升至300℃并保持5秒。样品G2在140℃下预热10秒，然后温度升至280℃并保持20秒。样品H2在140℃下预热10秒，然后温度升至280℃并保持10秒。样品I2在140℃下预热10秒，然后温度升至280℃并保持5秒。样品J2在140℃下预热3秒，然后温度升至280℃并保持20秒。样品K2在140℃下预热3秒，然后温度升至280℃并保持10秒。样品L2在140℃下预热3秒，然后温度升至280℃并保持5秒。样品M2在140℃下预热10秒，然后温度升至260℃并保持20秒。样品N2在140℃下预热10秒，然后温度升至260℃并保持10秒。样品O2在140℃下预热10秒，然后温度升至260℃并保持5秒。样品P2在140℃下预热3秒，然后温度升至260℃并保持20秒。样品Q2在140℃下预热3秒，然后温度升至260℃并保持10秒。样品R2在140℃下预热3秒，然后温度升至260℃并保持5秒。样品S2在140℃下预热10秒，然后温度升至240℃并保持20秒。样品T2在140℃下预热10秒，然后温度升至240℃并保持10秒。样品U2在140℃下预热10秒，然后温度升至240℃并保持5秒。样品V2在140℃下预热3秒，然后温度升至240℃并保持20秒。样品W2在140℃下预热3秒，然后温度升至240℃并保持10秒。样品X2在140℃下预热3秒，然后温度升至240℃并保持5秒。样品Y2在140℃下预热10秒，然后温度升至220℃并保持20秒。样品Z2在140℃下预热10秒，然后温度升至220℃并保持10秒。样品AA2在140℃下预热10秒，然后温度升至220℃并保持5秒。样品BB2在140℃下预热3秒，然后温度升至220℃并保持20秒。样品CC2在140℃下预热3秒，然后温度升至220℃并保持10秒。样品DD2在140℃下预热3秒，然后温度升至220℃并保持5秒。
示例7：TLPS端子
TLPS Cu/Sn/Bi（可用的为Ormet 701）在镍基金属电极MLCC上进行固化以形成直接与镍内部电极接触的端子。平均电容为0.32微法，与标准高温焙烧的端子材料的电容类似，其表示到内部电极已形成了具有连续导电路径的结合。
示例8：温度耐久性测试
为了测试粘合剂结合的强度，根据美国专利No.6,704,189进行了负载测试，其中利用与底部外部引线附接的30克的砝码将外部引线部分悬吊在空中。悬吊部分和砝码经历温度的增加，直到通过与外部引线的分离检测到失效。图17示出了测试结果，其中相比于使用88Pb/10Sn/2Ag焊料的对照样品，利用聚合物焊料的发明样品显示了明显更好的作为温度的函数的结合强度。在图17中，对照样品是使用88Pb/10Sn/2Ag焊料进行键合的。例子1是利用导电粘合剂接合的镍/锡引线。例子2是使用导电粘合剂接合的镍/金引线。例子3是利用95Sn/5Ag焊料点在中心接合而利用导电粘合剂在钉头接合的镍/银引线。
根据军用标准202G（Mil-Std-202G）、方法211、测试条件A、程序3.1.3而对类似的样品进行了剪切强度测试，其中在电容器端子的轴向上施加了负载并且增加了作用力，一直监视到器件失效为止。图18给出了结果。在图18中，例子4利用了一小圆点的具有Sn95/Ag5的聚合物焊料，其经过回流后利用导电粘合剂键合到镀银的钉头，然后进行后续回流固化。对照样品使用Sn95/Ag5焊料键合到镀银的引线，例子5使用导电粘合剂键合到镀银的引线。如图所示，导电环氧树脂呈现了差的剪切粘合力，即小于3lb（磅），导致用于工艺的操作强度不足。
发明样品在30克的砝码从外部引线悬吊的情况下经受了大于400℃的温度。如图18所示，单独的导电粘合剂能承受大于300℃的温度，但在室温下呈现了差的剪切粘合力。这不适于工艺，而且在子部件和电子器件的装配期间对这样连接之后的结合部分的处理是普遍的。本发明的剪切测试说明合适的室温剪切强度要大于3lb。
已参照优选的实施例描述了本发明，但本发明不限于此。本领域技术人员将认识到未明确陈述但在所附的权利要求的范围之内的附加的实施例和变型，上述权利要求形成了本申请的完整部分。

Claims (60)

1.一种多层陶瓷电容器，包括：
第一平面内部电极，其与第一外部端子电接触；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极与第二外部端子电接触；
电介质，其布置在所述第一平面内部电极和所述第二平面内部电极之间；以及
所述第一外部端子和所述第二外部端子中的至少一个包括选自聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂的材料。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，还包括与所述第一外部端子电接触的第一引线以及与所述第二外部端子电接触的第二引线。
3.根据权利要求2所述的多层陶瓷电容器，其中利用包括镍、铜、金、银、锡、钯和铅中至少一种的材料来电镀所述第一引线。
4.根据权利要求2所述的多层陶瓷电容器，其中所述第一引线和所述第二引线中的至少一个是非铁质材料或铁质材料。
5.根据权利要求4所述的多层陶瓷电容器，其中所述非铁质材料选自铜、磷青铜、黄铜和铍铜。
6.根据权利要求4所述的多层陶瓷电容器，其中所述铁质材料选自合金42和科瓦铁镍钴合金。
7.根据权利要求2所述的多层陶瓷电容器，还包括第二电容元件，其中所述第二电容元件包括：
第三平面内部电极，其与第三外部端子电接触；
第四平面内部电极，其与所述第三平面内部电极相互交错，其中所述第四平面内部电极与第四外部端子电接触；
第二电介质，其布置在所述第一平面内部电极和所述第二平面内部电极之间；以及
所述第三外部端子与所述第一引线电接触并且所述第四外部端子与所述第二引线电接触。
8.根据权利要求7所述的多层陶瓷电容器，其中所述第一外部端子与所述第一引线的距离为第一距离，并且所述第三外部端子与所述第一引线的距离为第二距离。
9.根据权利要求8所述的多层陶瓷电容器，其中所述第一距离与所述第二距离之间的差不大于2.54mm。
10.根据权利要求9所述的多层陶瓷电容器，其中所述第一距离与所述第二距离之间的差不大于0.254mm。
11.根据权利要求7所述的多层陶瓷电容器，其中所述第三外部端子与所述第一外部端子分离的距离小于0.254mm。
12.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物焊料包括一种焊料，该焊料包括从由Pb、Sn、Ag、Au、In、Sb、Zn、Bi、Ga、Cd、Ge和Si组成的组中选择的材料或者该材料的合金。
13.根据权利要求12所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料不包括铅。
14.根据权利要求12所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料包括锡和锑。
15.根据权利要求14所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料包括5%至50%重量的锑。
16.根据权利要求12所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物焊料包括选自环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰亚胺的聚合物。
17.根据权利要求12所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物焊料包括可交联的或可固化的聚合物。
18.根据权利要求12所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物焊料包括热固性或热塑性的聚合物。
19.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的高熔化温度的第一组分包括从由铜、银、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组中选择的至少一种成分或者该成分的合金。
20.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的低熔化温度的第二组分包括从由锡、锑、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、硒和钋组成的组中选择的至少一种成分或该成分的合金。
21.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中所述瞬态液相烧结粘合剂不包括铅。
22.一种多层陶瓷电容器，包括：
第一平面内部电极，其端接于第一外部端子；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子；
电介质，其布置在所述第一平面内部电极和所述第二平面内部电极之间；以及
第一引线框架，其与所述第一外部端子电接触，其中所述第一引线框架通过从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂附接到所述第一外部端子。
23.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中所述粘合剂包括聚合物形成组分和冶金接合形成组分。
24.根据权利要求23所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物形成组分和所述冶金接合形成组分是混合的。
25.根据权利要求23所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物形成组分和所述冶金接合形成组分不是混合的。
26.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，还包括第二引线框架，其与所述第二外部端子电接触，其中所述第二引线框架通过从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的第二粘合剂附接到所述第二外部端子。
27.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中利用包括镍、铜、金、银、锡、钯和铅中至少一种的材料来电镀所述第一引线。
28.根据权利要求27所述的多层陶瓷电容器，其中所述第一外部端子包括选自Pd、Ni、Sn、Ag、Au、Cu、Pb的材料或其合金。
29.根据权利要求28所述的多层陶瓷电容器，其中所述第二外部端子包括金属层，该金属层包括Ni、Cu或Ag中的至少一种，在所述金属层上面涂覆了Sn、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Rh、Pb或其合金。
30.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中利用Ni或Cu对所述第一引线框架进行涂覆，随后涂覆保护涂层Sn、Ag、Au、Pd、Rh、Pt、Pb、Cu或其合金。
31.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中所述聚合物焊料包括一种焊料，该焊料包括从由Pb、Sn、Ag、Au、In、Sb、Zn、Bi、Ga、Cd、Ge和Si组成的组中选择的材料或者该材料的合金。
32.根据权利要求31所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料不包括铅。
33.根据权利要求31所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料包括锡和锑。
34.根据权利要求33所述的多层陶瓷电容器，其中所述焊料包括5%至50%重量的锑。
35.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的高熔化温度的第一组分包括从由铜、银、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组中选择的至少一种成分或者该成分的合金。
36.根据权利要求22所述的多层陶瓷电容器，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的低熔化温度的第二组分包括从由锡、锑、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、硒和钋组成的组中选择的至少一种成分或该成分的合金。
37.一种用于形成多层陶瓷电容器的方法，包括步骤：
形成单块整体，所述单块整体包括：
第一平面内部电极，其端接于第一外部端子；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子；以及
电介质，其布置在所述第一平面内部电极与所述第二平面内部电极之间；
提供引线框架，所述引线框架包括第一引线和第二引线；
利用从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂将所述第一引线附接到所述第一外部端子；以及
利用所述粘合剂将所述第二引线附接到所述第二外部端子。
38.根据权利要求37所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中将所述第一引线附接到所述第一外部端子包括将粘合剂压入所述第一引线与所述第一外部端子之间。
39.根据权利要求38所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，还包括在所述的将粘合剂压入所述第一引线与所述第一外部端子之间期间固化所述粘合剂。
40.根据权利要求39所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中所述固化包括给所述粘合剂施加热量。
41.根据权利要求40所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中所述施加热量是通过从由对流加热、辐射加热、感应加热组成的组中选择的方法进行的。
42.根据权利要求40所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中所述粘合剂具有至少两种组分，其中所述至少两种组分的每种组分具有熔点，并且所施加的热量大于所述至少两种组分的最低熔点。
43.根据权利要求42所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中在所述施加热量之后，所述瞬态液相烧结粘合剂具有比所述最低熔点温度高至少80℃的熔化温度。
44.根据权利要求40所述的用于形成多层陶瓷电容器的方法，其中在所述施加热量之后，所述瞬态液相烧结粘合剂具有比施加给所述粘合剂的热量的温度高达10℃的熔化温度。
45.一种用于形成电子电路的方法，所述方法包括步骤：
形成多层陶瓷电容器，包括：
形成单块整体，所述单块整体包括：
第一平面内部电极，其端接于第一外部端子；
第二平面内部电极，其与所述第一平面内部电极相互交错，其中所述第二平面内部电极端接于第二外部端子；
电介质，其布置在所述第一平面内部电极与所述第二平面内部电极之间；
提供引线框架，所述引线框架包括第一引线和第二引线；
利用从由聚合物焊料和瞬态液相烧结粘合剂组成的组中选择的粘合剂将所述第一引线附接到所述第一外部端子；以及
利用所述粘合剂将所述第二引线附接到所述第二外部端子；以及
将所述多层陶瓷电容器附接到电路走线。
46.根据权利要求45所述的用于形成电子电路的方法，其中将所述多层陶瓷电容器附接到电路走线包括对在所述第一引线与第一电路走线之间的焊料和在所述第二引线与第二电路走线之间的焊料进行回流。
47.根据权利要求46所述的用于形成电子电路的方法，其中在低于400℃的温度下回流焊料。
48.根据权利要求46所述的用于形成电子电路的方法，其中回流的焊料是以不大于键合区域的50%的焊料沉积量来施加的。
49.根据权利要求45所述的用于形成电子电路的方法，其中所述聚合物焊料包括一种焊料，该焊料包括从由Pb、Sn、Ag、Au、In、Sb、Zn、Bi、Ga、Cd、Ge和Si组成的组中选择的材料或者该材料的合金。
50.根据权利要求49所述的用于形成电子电路的方法，其中所述焊料不包括铅。
51.根据权利要求49所述的用于形成电子电路的方法，其中所述聚合物焊料包括选自环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、聚酰亚胺的聚合物。
52.根据权利要求49所述的用于形成电子电路的方法，其中所述聚合物焊料包括可交联的或可固化的聚合物。
53.根据权利要求49所述的用于形成电子电路的方法，其中所述聚合物焊料包括热固性或热塑性的聚合物。
54.根据权利要求49所述的用于形成电子电路的方法，其中所述焊料包括锡和锑。
55.根据权利要求54所述的用于形成电子电路的方法，其中所述焊料包括5%至50%重量的锑。
56.根据权利要求45所述的用于形成电子电路的方法，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的高熔化温度的第一组分包括从由铜、银、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组中选择的至少一种成分或者该成分的合金。
57.根据权利要求45所述的用于形成电子电路的方法，其中所述瞬态液相烧结粘合剂的低熔化温度的第二组分包括从由锡、锑、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、硒和钋组成的组中选择的至少一种成分或该成分的合金。
58.根据权利要求45所述的用于形成电子电路的方法，其中将所述第一引线附接到所述第一外部端子包括给所述粘合剂施加热量。
59.根据权利要求58所述的用于形成电子电路的方法，其中所述粘合剂具有至少两种组分，其中所述至少两种组分的每种组分具有熔点，并且所施加的热量大于所述至少两种组分的最低熔点。
60.根据权利要求59所述的用于形成电子电路的方法，其中在所述施加热量之后，所述瞬态液相烧结粘合剂具有比所述最低熔点的温度高至少80℃的熔化温度。
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