CN104937684A

CN104937684A - 无引线多层陶瓷电容器堆叠

Info

Publication number: CN104937684A
Application number: CN201380071226.4A
Authority: CN
Inventors: 约翰·E·麦康奈尔; 约翰·巴尔蒂图德; R·艾伦·希尔; 加里·L·伦纳
Original assignee: Kemet Electronics Corp
Current assignee: Kemet Electronics Corp
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2033-11-18
Also published as: TWI579873B; EP3343576A3; CN104937684B; JP6091639B2; EP2923366B1; JP2016502273A; EP2923366A4; EP3343576A2; EP2923366A1; TW201432750A; EP3343576B1; WO2014081666A1

Abstract

提供了一种堆叠的MLCC电容器，其中电容堆叠包括多层陶瓷电容器，每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每个第一电极与每个相邻的第二电极之间的电介质。第一电极终止于第一侧，第二电极终止于第二侧。第一瞬时液相烧结导电层位于第一侧上，并与每个第一电极电接触；第二瞬时液相烧结导电层位于第二侧上并与每个第二电极电接触。

Description

无引线多层陶瓷电容器堆叠

技术领域

本发明涉及电子组件和制作电子组件的方法。更具体地，本发明涉及电子组件和制作电子组件的方法，特别是具有改进的终端的堆叠无引线多层陶瓷电容器，该改进的终端用于连接外部引线或引线框架，或者用于电子组件的直接无引线连接，从而随后可通过若干二级连接材料和过程将组件连接到电子电路。

背景技术

通常，形成导电端子的方法和所使用的材料对于稳定性是非常关键的。当随后安装在电子电路中时，使用性能直接与导电端相关。以前,基于铅(Pb)的焊料已经用于将组件附接到电子电路板上或用于将外部导线附接到电子组件上。最近，以欧洲RoHS法规为代表的，对于有害物质在电气和电子设备中的使用的法规限制了铅(Pb)在焊料中的使用，这导致制造业界寻找各种替代方案。

例如，美国专利6,704,189描述了具有10-30％的Sb的基于Sn的焊料，用于在外部导线与电镀的多层陶瓷电容器(MLCC)组件之间形成接触。但是，所描述的焊料具有低于270℃的液相线。相比之下，诸如Sn10/Pb88/Ag2的高Pb焊料具有大约290℃的液相线。在制造业界中通常认为，至少比任何后继处理温度高30℃的熔点会保证外部导线附接的稳定性。获得高熔点的能力已经变得至关重要，因为基于Sn、Ag和Cu的焊料(在本领域内被称为SAC焊料)现在正成为用于附接到无铅电路中的附接的普遍选择。必须在比以前的基于Pb的替代方案(例如Sn63/Pb37，其具有的熔点为183℃)高的温度(通常为大约260℃)下对SAC焊料回流。外部导线的触点材料，或用于形成端子的材料，必须能够维持温度很好地高于该温度，从而不会熔化或部分熔化(这会导致严重的稳定性问题)。要求至少比SAC焊料的熔点高30℃的温度。由于材料兼容性和较高的处理温度与半导体技术有关，所以开发了金/锗、金/硅、金/锡合金来将模具附接到衬底上。由于模具及其啮合面在热膨胀系数(CTE)上具有较低的差异，因此这些合金提供了高温能力和高强度(其具有范围为20000psi的拉伸强度和范围为25000psi的剪切强度)。但是，由于这些材料的较高熔点通常高于350℃，所以这些材料还需要较高的处理温度。它们较高处理温度阻碍了其在电子设备中更广泛的应用。以前将锡和铟添加到Zn、Al、Ge和Mg的组合物中来形成较高温度的无铅焊料。但是，锌和铝粉易于在表面上形成氧化膜，这会导致形成的焊料具有较差的湿润度，从而使得它们无法实际应用。可以使用具有锡、锌、镉、铝的焊料，但是它们通常被用于它们的共晶合金形式中，因为它们的合金(除了共晶合金)具有50-175℃的广泛的可塑性范围，这将它们的使用限制在电子领域之外的非常特定的应用中。镉、锌、银合金焊料非常适合焊接铝。液相线一旦高于450℃，这些焊料就被称为硬焊料，它们通常用于结构上的应用，而不是电子应用。因此，为电容器构造在260℃以上保持其完整性的并且制造成本低的无铅、高温粘合剂的方法还有待实现。

下面的专利描述了与形成导电粘合剂有关的TLPS的材料和处理。美国专利5,038,996描述了对两个啮合面进行涂覆，(其中的一个用Sn涂覆而另一个用Pb涂覆)并通过将处理温度升高到大约183℃(稍低于Sn的熔点)来构造接合。美国专利5,853,622中公开的瞬时液相烧结(TLPS)配方，将TLPS材料与交联聚合物化合组合来创建导电粘合剂，由于TLPS处理在金属表面之间创建了金属间化合物连接面，因此该导电粘合剂具有改进的电导率。如美国专利5,964,395中所讨论的，当加热达到较低温度材料的熔点时，对两个啮合面的喷镀形成接合，其中一个面具有低温熔化材料，另一个啮合面具有一致的较高的熔化温度材料。

美国专利5,221,038描述了使用TLPS处理利用SnBi或SnIn将分离元件(例如电阻器等)焊接到印制电路板上。美国专利6,241,145中公开了将Ag/SnBi涂覆到两个啮合面上从而将电子模块安装到衬底上。美国专利2002/0092895讨论了将材料沉积在两个啮合面(衬底和倒装芯片上的凸起的表面)上，将温度提升到导致材料之间引起扩散的温度从而创建TLPS兼容合金。美国专利2006/0151871描述了在形成含有SiC的封装元件或与其他元件或导电表面粘合的其他半导体设备中使用TLPS。美国专利2007/0152026描述了将TLPS兼容材料放置在啮合面上，随后对较低熔点的材料进行回流，并随后进行等温老化，从而完成扩散过程，其中所要连接的两个设备是微机电系统(MEMS)设备连接到微电子电路。美国专利7,023,089描述了使用TLPS将由铜、黑金刚石、或黑金刚石铜混合物制成的散热片粘合到硅片上。这些专利和申请描述了将组件粘合到电路板上的TLPS的过程，但是不包含任何关于它们在电子组件上构造端子或将组件附接到引线框架上的教导。

在最近的研发中，美国专利2009/0296311描述了将引线焊接到多层陶瓷组件的内电极上的高温扩散粘合过程。通过加热启动扩散处理，TLPS材料被镀到需要连接到一起的啮合面的表面上。在该情况中，需要组件与引线框架之间的表面的密切相互接触来促进扩散。这限制了可以对形成紧密接触线的表面进行连接的应用，而该应用不适合将不同长度的组件连接到引线框架上。此外，描述了700至900℃范围的高温来实现焊接粘合。这些高形成温度需要精心的处理设计，例如经过预热阶段，以避免对多层陶瓷组件的热冲击损伤，即使这样也不能适合所有的材料。

该领域内描述的其它无铅附接技术都不适合。

焊料是由两种或多种金属组成的合金，其只有一个熔点，该熔点总是低于具有最高熔点的金属的熔点，并且取决于不同的合金，通常具有小于310℃的熔点。可对焊料进行再加工，这意味着可对其进行多次回流，从而提供将缺陷组件移除和替换的途径。通过正在连接的表面之间形成金属间化合物连接面，焊料还可进行冶金粘合。当焊料将其连接面湿润时，它们实际上会向外流出并在要连接的表面区域上蔓延。

MLCC广泛地用于各种应用中。非常典型的是，一个MLCC或者一组MLCC作为分离组件被安装在电路板上。与MLCC有关的一个特定的问题是当受到压力(例如电路板弯曲)时它们将会发生开裂。为了避免这些应力开裂，将MLCC安装在引线框架之间(例如每个极性中的一个)，接下来通过焊接等将引线框架附接到电路板上。业界认为引线框架是必须要使用的，已经花费了大量的工作来设计能够承受与电路板弯曲相关的压力而不将压力传递到MLCC上的引线框架。由于热膨胀系数的差异，以及将等效串联电阻(ESR)、电感和其它寄生效应最小化的需要，引线框架的设计和材料的选取尤其困难。尽管希望消除引线框架，但是该领域内的技术人员还不能这样做，因为实际上任何的电路板弯曲都会直接传递到MLCC，而这一定会损坏MLCC。

尽管正在持续地和深入地努力，但是该领域仍然缺乏合适的电容器。对于高温应用(特别是无铅(Pb)的)的具有改善稳定性的引线连接而言，存在持续的需求。

发明内容

本发明的一个目标是提供一个改进的用于形成金属外部终端的方法，该终端适合附接到引线框架上或作为无引线电容器堆叠使用，在后续组装到电子电路中的过程中，可对其进行回流而不损及金属外部引线或引线框架附接。

本发明的另一个目标是提供一个改进的用于形成终端的方法，所述终端适合附接引线框架或作为无引线终端，其可承受后续的对电子电路的焊接回流过程，而损及终端或引线框附接连接。

本发明的另一个目标是提供堆叠MLCC，所述堆叠MLCC能够在没有引线框架的情况下安装，其中的面板弯曲并不导致预期大量的MLCC的应力开裂。

本发明的另一个目标是在电子组件上形成终端或互连，其在不使用禁用材料(例如铅或镉或诸如金的昂贵材料)的条件下，具有低初始处理温度、但是具有高后继熔点温度的优点。

将要实现的这些和其它优点设置在一个电容堆叠中，该电容堆叠包括多层陶瓷电容器，其中每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每个第一电极与每个相邻的第二电极之间的电介质。第一电极终止于第一侧，第二电极终止于第二侧。第一瞬时液相烧结导电层位于第一侧上，并与每个第一电极电接触；第二瞬时液相烧结导电层位于第二侧上，并与每个第二电极电接触。

在一种形成电子组件的方法中还提供了另一个实施例，该方法包括：提供多层陶瓷电容器，其中每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每个第一电极与相邻的第二电极之间的电介质，其中所述第一电极终止于第一侧，所述第二电极终止于第二侧；

对所述多层陶瓷电容器进行堆叠从而使得每个所述第一侧平行和每个所述第二侧平行；

形成瞬时液相烧结导电层的第一组件的第一层；

形成所述瞬时液相烧结导电层的所述第一组件的第二层；

将所述第一层与所述第二层与所述瞬时液相烧结导电层的第二组件连接；

加热到第一温度，该温度足够形成包含所述第一组件和所述第二组件的第一瞬时液相烧结导电层，其中所述第一瞬时液相烧结导电层与所述第一电极电接触，并形成包含所述第一组件和所述第二组件的第二瞬时液相烧结导电层，其中所述第二瞬时液相烧结导电层与所述第二电极电接触，从而形成堆叠电容器。

在一种形成多层陶瓷电容器的堆叠的方法中还提供了另一个实施例，该方法包括：

提供多个多层陶瓷电容器，其中每个多层陶瓷电容器包括：

交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每个第一电极与每个相邻的第二电极之间的电介质，其中所述第一电极具有第一极性并终止于所述多层陶瓷电容器的第一侧，所述第二电极具有第二极并终止于所述多层陶瓷电容器的第二侧；

形成所述多层陶瓷电容器的堆叠；

形成第一瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第一电极电接触；并形成第二瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第二电极电接触。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的侧面示意图。

图2是本发明的一个实施例的截面示意图。

图3是本发明的一个实施例的截面示意图。

图4是本发明的一个实施例的侧面示意图。

图5是本发明的一个实施例的截面示意图。

图6是本发明的一个实施例的截面分解示意图。

图7是本发明的一个实施例的截面示意图。

图8是本发明的一个实施例的侧面截面示意图。

图9是本发明的一个实施例的侧面截面示意图。

图10是本发明的一个实施例的截面示意图。

图11是堆叠的MLCC的侧面示意图。

图12是本发明的一个实施例的侧面示意图。

图13是本发明的一个实施例的图示。

图14和图15是根据本发明的一个实施例粘合的取样片的截面的电子显微照片。

图16和图17是根据本发明的一个实施例粘合的取样片的截面的电子显微照片。

图18至图21是示出本发明提供的优点的图示。

图22和图23是示出面板弯曲测试结果的图像。

图24是具有镀层表面的两个取样片的剪切覆盖接合面的电子显微照片。

图25示出了根据本发明的一个实施例的用TLPS粘合的两个取样片。

图26和图27是示出面板弯曲测试结果的图示。

具体实施方式

本发明涉及具有改进的与外部引线或引线框架粘合的MLCC，或者为了提高用作无引线MLCC使用的堆栈中的MLCC之间的粘合性。更具体地，本发明涉及使用瞬时液相烧结(TLPS)或聚合物焊料形成元件的终端或将外部引线附接到元件上。改进的终端能够适应不同的表面光洁度以及不同长度的元件的优点。此外，由于没有形成任何焊锡球，因此元件可被堆叠到彼此的顶面，而不形成通常需要使用焊接附接技术进行清除的空隙。TLPS或聚合物焊料可直接与元件的内电极粘合，并且可在低温下形成终端。在一个优选的实施例中，可使用热压缩处理制作高密度终端，从而形成改进的外部引线附着物粘合。

焊料是在第一次回流后组成成分中没有发生变化的合金。焊料只有一个熔点，并且可再熔无数次。最普通的焊料是60％的Sn和40％的Pb。焊料已经在电子学中选作在元件与电路板或衬底之间提供机械的和电子的互相连接的选择。焊料非常适合于大规模批量生产组装处理。通过改变比率或用于生成焊料合金的金属可方便地改变焊料的物理性质。就这点而言，焊料是指至少两种金属的合金，该合金可以再熔无数次。

导电环氧树脂/粘合剂通常是填充了导电填料(通常为银或者金薄片或颗粒)以产生导电环氧聚合粘结剂的交联聚合物。与焊料不同，导电粘合剂只能被固化一次，并且不能被再次使用。由于金属颗粒彼此相互接触，所以它们在穿过环氧树脂的过程中形成了弯曲的导电路径，从而在两个或多个组件之间创建电连接。导电环氧树脂/粘合剂、焊料、以及环氧树脂焊料通常具有小于315℃的温度限制。

聚合物焊料是另一种正在使用的用于在两种或多种一致的金属之间创建冶金连接的材料。聚合物焊料是焊料与交联聚合物的组合物，环氧树脂就是一个典型的实例。焊料提供了接合面的导电性和大部分机械强度，而环氧树脂形成了聚合物粘合剂，它提供了额外的机械强度并在焊料自身的基础上提升了承温能力。

瞬时液相烧结(TLPS)粘合剂与焊料不同。TLPS材料是经受温度升高以区分材料的受热历程之前的两种或多种金属或金属合金的混合物。在温度升高之前，TLPS材料显现出低熔点，经受这些升高的温度后显现出较高的熔点。低温金属或低温金属的合金产生初始熔点。第二熔化温度是形成金属间化合物的熔化温度，此时低温金属或合金与高温度熔点金属形成新的合金从而创建新的具有更高熔点的金属间化合物。TLPS材料在需要连接的金属表面之间形成冶金粘合。与锡/铅或无铅(Pb)焊料不同，TLPS不会在它们形成金属间化合物连接面时扩散。由于第二回流温度较高，所以难以对TLPS系统再加工。瞬时液相烧结是针对描述当两种或多种TLPS兼容材料彼此接触并加热到足以将低温金属熔化的温度时产生的冶金状态的进程的术语。为了创建TLPS进程或相互连接，至少一种金属取自具有低熔点的金属族，例如锡(Sn)、铟(In)，而第二种金属取自具有高熔点的金属族，例如铜(Cu)、银(Ag)。当Sn和Cu混合在一起时，提升温度使Sn和Cu形成CuSn金属间化合物，并且所产生的熔点高于具有较低熔点的金属的熔点。对于In和Ag的情况，当向In施加足够的温度以使其熔化时，实际上它会扩散到Ag中从而生成固体溶液，该固体溶液进而具有比In本身更高的熔点。通常，TLPS会用于针对用于在两种或多种TLPS一致性金属之间生成冶金粘合的进程和TLPS兼容材料。TLPS提供了可在相对较低的温度(<300℃)形成的并具有>600℃的第二再熔温度的电的和机械的相互连接。这些温度是由TLPS一致性材料的不同组合决定的。通常，TLPS会用于针对创建TLPS冶金粘合或相互连接的进程和材料。

可以在相对低的初始处理温度下形成TLPS粘合，甚至低到157℃。当TLPS粘合进程完成时，所产生的接合面具有比它的初始处理温度更高的熔化温度，通常大于300℃，对于许多材料组来说第二熔化温度普遍高于450℃。TLPS与传统的焊接的不同之处在于，焊接是通过将两种或多种金属一起熔化来生成具有特定性质的合金而形成的。可以简单地通过向合金中添加其他的金属或者改变合金中的金属成分的百分比来改变这些性质。随后可将焊料合金再熔并固化从而连接两个或多个表面。TLPS最初并不是像焊料合金的合金材料一样的合金材料。TLPS是根据将两种或多种材料扩散或烧结到另一种材料中的冶金进程，尤其发生在两个表面之间的连接面上。一旦创建TLPS连接面，则不能以低温对它进行再熔。一旦烧结或扩散进程已经完成，则TLPS的较高的再熔温度在许多情况中阻止了组装的再加工，因为在这些高温下它们会遭受不可修复的损坏。通过将低温熔化金属(例如铟或锡)与高温熔化金属(例如分别为银或铜)分别接触，并将温度提升到低温金属熔化的点并使其与高熔化温度材料扩散或烧结，来产生TLPS进程。扩散或烧结的速率是时间温度的函数并且对于不同的金属组合是不同的。生成的固体溶液具有新的熔化温度，该熔化温度接近高温度熔化金属的熔化温度。

TLPS技术特别适用于在两个相对平坦的啮合面之间同时提供机械的和电的导电冶金粘合。用于TLPS进程的金属通常是从两个金属族中选出的。其中一个金属族是由低熔化温度金属组成的，例如铟、锡、铅、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋，第二个金属族是由高熔化温度金属组成的，例如银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼，从而生成扩散的固体溶液。

最好使用无焊剂处理来消除接合面中任何潜在的空隙。由于TLPS是基于烧结的处理，因此粘合线是均匀的并且没有空隙。焊接中必须使用的焊剂夹在接合面之中并被烧尽，因此会留下空隙。在半导体工业和特定的芯片附着处理的场合中，这些空隙会在I/C中产生热点，这会导致过早损坏和稳定性问题。TLPS解决了该问题，因为TLPS是一种烧结处理并且是无焊剂的。当将两种金属接合在一起并加热时，低熔点金属扩散到高熔点金属中从而在接合表面区域上生成固体溶液。为了生成固态的均匀粘合线，强制性地将接合表面置为平滑并共面，从而确保整个接合表面的紧密接触。接合表面所需要的平滑度还限制了该技术的应用，因为许多表面对于生产优良的接合面还不够平坦。

可以将与液态载体材料结合从而形成糊剂的TLPS一致性金属颗粒核心施加到两个不平坦、不均匀的具有混合表面制备工艺(例如镀层、烧结厚膜、和/或电镀烧结厚膜)的表面之间，随后加热到最低熔点的金属的熔化温度并保持该温度足够长的时间从而形成接合面。单金属颗粒核心消除了在糊状中需要多种金属，从而使得各种金属比例不再成为问题。还可以使用银(一种具有高熔点的金属，其熔点接近960℃)作为核心颗粒，并随后将该颗粒覆盖具有低温金属(例如铟，其具有的熔点为157℃)的金属外壳来生成单颗粒。使用铟的优点是，随着熔化它会扩散到银中。如果将该银和铟的双金属颗粒置于两个都覆盖了银的表面之间，则铟将会扩散到银表面之中并且银核心会生成固体溶液接合面。其它诸如铟的可以考虑用于该双金属单颗粒的低熔点金属包括锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋或铅，诸如银的高熔点金属有铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼，它们也可被考虑作为可能的组合。

可以施加与焊剂和溶剂混合来形成糊剂的铟粉，以在两个取样片之间生成TLPS冶金粘合剂，所述两个取样片具有衬底金属铜，铜上面镀有镍，随后再镀上大约5微米(200μ英寸)的银。这些样本可通过如下步骤制备：将铟糊剂涂覆到具有上述镀层表面的取样片上，随后将两个取样片彼此接触并加热到150℃并持续5秒，随后将温度提高到大约320℃并持续60秒。所制备的样本的连接强度可显现出85-94磅范围的拉力(相当于4177psi的剪应力)，并可实现5-9磅范围内平均值为7磅的脱落拉力(pull peel weight)。这些结果可与SnPb焊料的结果对比，SnPb焊料的结果中具有接近3000psi的剪切强度和7-10磅的范围的脱落拉伸强度(pull peel strength)。一个主要的差别是，AgIn接合面可承受超过600℃的第二熔化温度。这些结果显示出，用于粘合两个银镀层取样片的In糊剂即使不强于也至少等于当前焊料(SnPb焊料)的强度，而且具有更高的第二熔化温度，从而生产出适合高温互连应用的材料并且是无铅的。

将引线框架组合为一种结构的方法通常包括，将两个啮合面中一个涂覆高温度熔化金属，将另一个啮合面涂覆低温度熔化金属。涂覆过程可包括气相沉积或喷镀。第二个方法是在两个涂覆有高熔点金属(例如，Ag、Cu或Au)的平坦表面之间夹入由低熔点金属或两种或多种低熔点金属的合金制成的粗加工品薄膜。第三个方法是生成由高熔点金属颗粒(例如，铜)构成的糊剂，并随后添加两种低熔点金属(例如，Sn-Bi)合成的颗粒,并混合入对需要粘合的表面进行清洗并充当金属颗粒的液体配料的两用液体中，从而形成糊剂混合物。

如果在规定时间周期内未完成两种金属的充分扩散并且未达到最大二次回流温度，则可对接合面进行第二次加热处理。在该情况中，可对接合面或配件施加高于低熔点材料的温度并持续15分钟至2个小时的时间。可对时间和温度进行改变从而提供如第二组装进程所规定的或最终环境应用所要求的满意的二次回流温度。在铟/银TLPS的情况中，可获得超过600℃的二次熔化温度。

可通过对配件施加足以熔化低温度金属的温度并持续足够的时间(例如持续5秒至30秒)来产生机械结合而形成接合面。随后，在二次加热过程中，对接合面施加足以使得铟和银扩散的温度并持续足够的时间，从而创建具有较高二次回流温度的合金。

除了使用糊剂在适合的表面之间形成TLPS合金外，还可以通过粗加工品来获得。在其最简单的实现中，粗加工品可以是低温TLPS元件的薄箔。替代性地，粗加工品可以通过对糊剂进行浇铸和烘干来移除溶剂而生成粗加工品。可将生成的固态粗加工品置于需要粘合的表面之间。这种情况下，需要向糊剂中添加适当的粘结剂以提供烘干后的强度。在所有这些情况中，粗加工品应当是有延展性的，从而它能够与需要粘合的表面相符。

可使用单金属(其包含在糊剂中，例如，铟)的互连在覆盖了高熔点金属(例如，银)的表面上形成粘合。铟扩散到银中使得低温度瞬时液相在随后产生反应从而获得高温度粘合剂。在较低熔点的糊剂中实现高速率的扩散是该粘合形成的关键。为了在最终的接合面中获得期望的性质，例如空隙减少和相位均匀，需要向糊剂中添加其它金属。但是，关键是保持低熔点材料的高扩散率。因此，如果除了低熔点金属外还需要一种或多种金属，优选的是在形成糊剂之前通过涂覆金属粉而将它们加入。优选将最低熔点的金属涂覆到较高熔点的金属上来保留活性的表面。涂覆还有期望的效果是，降低糊剂的不同金属元件之间的扩散距离，从而相对于简单的将一种或多种其他的金属粉与单金属糊剂混合，更易于形成标准的相位。

优选的是不使用合金。合金会降低糊剂的扩散活性。优选地，可在注入糊剂之前使用镀层的方式形成涂覆的金属粉。

导电粘合剂通常是填充了银或金颗粒的交联聚合物，这些颗粒会在规定的温度范围内(通常为150℃)固化或交联从而对需要连接的金属形成机械粘合。它们的导电性是通过以下方式产生的：聚合物基体的范围中的金属颗粒彼此紧密接触，从而形成从一个颗粒到另一个颗粒的导电路径。由于粘结剂在本质上是有机的，因此它们具有相对的低温性能，通常大约在150℃至300℃的范围内。导电环氧树脂一旦固化将不能够再加工。与TLPS粘合剂不同，放置到高温加热或腐蚀性的环境中会使聚合物粘合剂分解并使金属颗粒氧化从而降低电气性质。可以对互连的电气和机械性能进行折衷来产生提高的ESR和降低的机械强度。

聚合物粘合剂可包括基于Pb/Sn合金系统或无铅系统(例如Sn/Sb)的传统焊接系统，这些系统中结合了充当清洁剂的交联聚合物。这些交联聚合物还具有形成交联聚合物粘合剂(例如环氧树脂粘合剂)的能力，它是在金属的熔化阶段形成的，从而形成焊接合金和机械聚合物粘合剂。聚合物焊接的优点在于，聚合物粘合剂在高于焊料熔点温度下提供了额外的机械粘合强度，从而赋予了焊接接合面更高的操作温度，其范围为高于焊接剂熔点5至80℃。聚合物焊接将当前的焊接合金与同一糊剂中的交联聚合物结合，从而在固化时(例如，通过加热)同时提供冶金粘合与机械粘合，从而在高温度下提供额外的焊接接合面强度。无论如何，仅通过材料的物理性质，提高了温度上限和接合面强度。尽管通过TLPS生成的粘合剂可经受较高的温度，但是仍然保持了300℃的实际限制。

在一个实施例中，聚合物焊接粘合剂可以作为补充，其中取代了优选的聚合物与焊料的混合物，在成对的两个面之间，形成元件的聚合物和形成元件的冶金粘合剂都是分离的。

TLPS或聚合物焊接糊剂可在电子组件上形成终端，随后可通过其它方法和/或材料将该元件附接到电子电路上。形成了可以是无铅(Pb)的冶金金属间粘合，与其它材料类型(例如无铅焊料)相比它提高了高温时的连接强度。TLPS或聚合物焊接接合面可以由组件内的一个或多个隐埋电极制成或者通过与这些电极接触的其它材料制成。TLPS或聚合物焊接接合面不是必须与组件的边缘重叠。

使用糊剂形式的TLPS或聚合物焊接剂将不平坦的表面连接。更具体地，使用糊剂形式的TLPS或聚合物焊接剂将两个不规则形状的表面与非紧密的或连续的啮合线连接在一起。相对于后继扩散粘合的镀层表面这尤其具有优势，在扩散粘合的处理过程中，表面必须处于紧密连续的啮合线中。其还使得不同长度的电子组件组合到堆叠中或者堆叠在引线框架中。由于TLPS并不形成焊接球，因此可将堆叠的组件放置在彼此的顶面上，并且各终端位于相同的方位，并且没有任何如使用焊料的传统附接中所需要进行清洗的空隙。

由于TLPS或聚合物焊接糊剂并不像传统的焊料那样流动，因此不必在引线框架上使用锡堤。该特征提供了显著的制造便利性。

TLPS或聚合物焊接糊剂可用于在两个或多个元件的彼此之间或者在普通的引线框架中形成粘合。在引线框架的情形下，可附接不同长度的元件，并且在元件之间不必存在用于清洁焊接球的空隙，因为不存在焊接球。因此，所生成的堆叠比利用传统焊料组装的更薄。聚合物焊料使焊接球最少化，TLPS消除了焊接球。

利用TLPS糊剂，热压缩粘合可用来增加粘合剂的密度，从而形成比仅依靠温度时更可靠的接合面。通过热压缩粘合，机械性质和电气性质都得到了改善。

可使用TLPS形成与电子组件的内电极的直接粘合。在MLCC中，内电极可以是高熔点金属。可将低熔点金属涂覆在MLCC的边缘上，并在其外部涂覆一层高熔点金属，例如薄片或取样片。加热时，低熔点金属可与内部电极和外部金属组成合金，从而形成了与内电极的直接冶金粘合。

尤其优选的是，使用低温来在瞬时液相烧结导电粘合剂与组件之间形成初始粘合。形成初始粘合后，进行等温老化处理从而生成能够承受更高温度的高温接合面。回流温度出现在使用二次附接进程将元件附接到电路上的过程中，并且回流温度小于最高熔化元件的熔化温度和形成初始粘合的加热过程中形成的合金的熔化温度。与需要大约260℃的回流温度的SAC类型焊料相比这是有利的。

瞬时液相烧结过程也可使用两步回流，其中在第一步中，使用相对较短的周期(在5秒至5分钟的范围)以较低的温度(在180℃到280℃的范围，取决于TLPS合金化处理中使用的金属)形成导电冶金粘合。在第二步中，使用200℃到300℃的范围的温度以较长的持续时间(例如，但是不限于5分钟至60分钟)对该部件进行等温老化处理。要求较短时间来形成初始粘合是非常适合于自动化处理。在另一个方法中，可使用单步处理，其中TLPS以例如250℃到325℃的温度、持续例如10秒钟至30秒钟，在外部导线与一个或多个电子组件之间形成端子或导电冶金粘合。可使用较低的温度(例如，175℃到210℃)并持续较长的时间(例如，10到30分钟)。当电子组件自身对于温度敏感时，这是特别有用的。

通常，优选通过加热、利用以不限于190℃至220℃范围的温度持续不限于10分钟至30分钟的时间制作导电冶金粘合的单步烧结处理来形成终端。最优选的是，第二熔化温度超出第一熔化温度至少180℃。金属粘合剂可具有超过450℃的第二熔化温度，从而使得该技术作为可行性选择用于适合随后的高温应用的低温处理无铅(Pb)方案。但是，这种类型的处理更适合批量式处理，典型的是半导体处理和一些PCB处理，但是它对于大量内置终端和包括多层陶瓷电容器的电子组件的外部引线附接是无益的。此外，这种处理TLPS的方式会产生大量的空隙率，尤其具有高级有机含量的空隙。

可使用两步进程对TLPS材料进行处理以获得良好的互连接合面。第一步在相对较短的处理时间(30秒或更少)内以225℃到300℃范围的温度形成坚固的导电冶金接合面。第二步是烧结阶段，在该阶段对部件加热至200℃到250℃，或较低的温度，持续5分钟至30分钟，来完成合金化处理。该两步进程适用于可接受后续分批烧结的大量内置组装。但是，与上述的单步骤处理一样，空隙率通常非常高。

在许多应用中，大的空隙率是可以接受的。但是，在恶劣环境中，例如高湿度或电路板安装过程中，不希望出现大的空隙率，因为水分或其它化学制剂会穿透粘合剂，这会导致组件的故障。因此，本发明的一个优选的实施例是使用热压缩粘合处理在瞬时液相烧结接合面中形成低空隙率终端。该处理具有的额外的优点是，使用较短的处理时间(15至30秒)在225℃到300℃的温度范围内在单步处理中使其适合于自动操作。在小于30秒的时间内使用单步低温，并结合热压缩粘合，为将外部引线附接到MLCC而创建坚固的接合面。

当使用聚合物焊料时，热压缩粘合也是一种优选的处理方法，因为它有助于在接触面之间形成高密度冶金粘合。热压缩的优点包括，相对于二次附接过程获得更坚固的粘合并获得了更高强度的附接。0.5至4.5千克/cm²(7.1至64psi)的压缩力，更优选的是0.6至0.8千克/cm²(8.5至11psi)的压缩力，足以证明本文的热压缩工艺。大约0.63千克/cm²(9psi)是特别适合用于证明该工艺的一个应力。

TLPS包括从下面的材料中选择的高温材料：铜、银、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁、钼、或者适合在TLPS处理中使用的上述材料的任何组合。优选地，无铅(Pb)TLPS材料使用银或铜作为高温组件，而使用铟、锡、或铋作为低温组件。

TLPS还包括从下面的材料中选择的低温材料：锡、锑、铋、镉、锌、镓、铟、碲、汞、铊、硒、钋、或者其任何两个或多个的混合物或合金。

TLPS材料能够与包含银、锡、金、铜、铂、钯、镍、或者其组合的表面加工相一致，或作为引线框架处理、组件连接或内电极从而在两个表面之间形成导电冶金粘合。适合外部引线或引线框架的材料包括磷青铜、铜、铜合金(例如，但不限于，铍铜、Cu194和Cu192)，以及包含铁合金(例如，但不限于，镍铁合金(Alloy 42)和科瓦铁镍钴合金(Kovar))的引线框架。

可以通过本领域内的任何已知方法进行加热，最优选的是使用对流加热、辐射加热和感应加热。

将会参照附图对本发明进行描述，附图构造了本公开的一个完整的、非限制性的元件。在所有各个附图中，对相似单元进行相应地编号。

将参照图1中的侧面截面示意图对本发明的一个实施例进行描述。在图1中，多个电子组件1(例如MLCC)包括多个外部终端2，外部终端2通过TLPS粘合与多个内部电极整体电气接触，这通过进一步的讨论将会更容易理解。一个特有的优势是能够将MLCC堆叠与TLPS粘合的外部终端粘合，其中外部终端与每个末端电气接触，从而可利用二次附接材料3形成附接到位于电子电路板衬底5上的接触垫4的无引线堆叠。可以看出，以这种方式，可将具有许多利用TLPS或聚合物焊料形成的终端的电子元件附接到无引线电路板上。但是，TLPS接合面具有较高的二次熔化温度使得TLPS优于聚合物焊料，因为这可以考虑使用更广泛的第二附接材料。元件1A可以是如上面描述的其他的电子元件，或者可以是表示吸收弯曲的牺牲芯片。优选地，牺牲芯片足够大以吸收弯曲，但不是必需的。厚度为35/1000-60/1000英寸的牺牲芯片就足够了。

图2中示出了无引线MLCC堆叠的侧面截面示意图。在图2中，在外部终端7之间通过将合适的TLPS糊剂或粗加工品18施加或反应到相邻的MLCC之间，形成无引线堆叠。优选地，本文描述的粗加工品是有延展性的，从而使得粗加工品能够与相邻的表面相符。在加热时，粗加工品中的低熔点金属扩散到外部终端中从而形成金属间粘合。粗加工品还可包括高熔点金属，优选的是与外部终端相同的金属，加热时，低熔点金属扩散到粗加工品的高熔点金属中，从而在粗加工品的高熔点金属和外部终端之间形成金属间粘合，从而确保相邻MLCC的外部终端之间的足够的导电性。可通过共烧厚膜糊剂，或通过固化导电粘合剂来形成外部终端，从而与内电极9和10形成电接触。电介质11将内电极隔开。

外部终端可包括便于TLPS粘合的多个层。图3示出了本发明的一个实施例的截面示意图。在图3中，外部终端包括多个层，第一层7’与MLCC的内部电极9和10直接接触，终端层7与粗加工品18一致并且能够与之形成TLPS粘合。可提供焊料层或镀层26，它将终端层和粗加工品包围以便于对电路板的进行二次附接并且尤其提高了可焊接性。

以前现有技术中认为，如果没有在组件之间形成一致的粘合并在与其各自的终端之间形成一致的电气粘合，是不能产生所描述的无引线MLCC堆叠的。在本文描述的创造性实例中，TLPS接合面同时充当了电气和机械粘合剂。在现有技术中，电气粘合剂在实践中只具有有限的能力，因为导电粘合剂在使用中受到聚合物(通常为环氧树脂)的分解温度的限制。通常，在无引线堆叠中不能单独使用焊料对无引线MLCC进行结合，因为在对电路板的二次附接过程中它们易于回流从而损害堆叠的电气完整性。在现有技术中，使用引线来克服这些问题受限于固有习性，由于热循环或热冲击事件过程中来自电路板的压力直接传递给MLCC而导致故障。已经开发出了将引线材料和MLCC类型材料结合来减少这些压力问题，从而获得可靠的性能，但是这会引起其它限制。例如，曾经使用镍铁合金来降低CTE失配，但是其结果是产生的堆叠具有不希望出现的的更高的ESR。使用TLPS将MLCC与燃烧的和镀层的终端粘合而制出的无引线堆叠对于面板弯曲缝隙具有高的抵抗性，其性能并不差于单个电容器的性能，从而确保了该创造性接合面的机械性能的坚固性。由于TLPS在MLCC之间形成了连续的导电层，因此没有如上面提到的由镍铁合金引线制成的含引线堆叠的ESR的增长。由于无引线堆叠并不需要与某个堆叠保持距离，因此可将相同数量和类型的MLCC构造在更短的堆叠中。以TLPS粘合剂相对较低的形成温度组合成的更短的堆叠，允许其它元件和额外的电路添加到该堆叠中。当它们用于机械要求应用较高的情况中时，可在堆叠的底部添加一个没有任何电功能的机械吸收组件。

图4展示了使用TLPS或聚合物焊接终端形成与外部引线框架的导电粘合，其中电子组件1通过外部引线框架和内部终端7之间的TLPS或聚合物焊料8与外部引线或引线框架6连接。

在图5中，TLPS或聚合物焊接外部终端12直接与多层陶瓷电容器的内电极9和10连接。极性交替的交错刨工内电极(interleavedplaner inner electrode)被电介质11隔开，交替的内电极与TLPS或聚合物焊料形成的相对的外部终端12直接接触。该实施例提供的额外的益处是，避免了在电子组件上形成其它连接材料的处理成本。利用TLPS外部终端，随后可通过TLPS粘合将图5的实施例与类似的实施例堆叠形成统一的外部终端，从而提供图1中示出的无引线MLCC堆叠。

图6示出了本发明的一个实施例的分解示意图。在图6中，示出了包括被电介质11隔开的交替的内电极9和10的MLCC独石，其中相邻的内部电极终止于相对的末端。在一个实施例中，内部电极是TLPS粘合剂的高熔点金属。粗加工品302被布置在独石的边缘从而形成外部终端。粗加工品包括可以是分层结构的核心，在与低熔点金属304交接处，其具有高熔点金属303。MLCC被堆叠并且粗加工品被附接到MLCC上，其中低熔点金属304扩散到内电极中并扩散到高熔点金属303中，从而在粗加工品与每个MLCC的内电极之间形成金属间粘合。粗加工品的高熔点金属可形成引线框架。在另一个实施例中，低熔点金属可以在MLCC上面。

在形成TLPS粘合剂过程中，低熔点金属的扩散取决于它的活跃性以及粘合剂形成过程的时间和温度。为了获得高活跃性，可取的是避免使用合金，而是对各个金属及其厚度进行选择，从而防止出现针对各个阶段图的二次阶段形成的可能性。

图7中示出了具有单一金属的MLCC的实施例。在图7中，TLPS或聚合物焊接终端14将外部引线15粘合到内电极9和10上，并且未延伸超过多层陶瓷电容器主体16的边缘17。因为机械应力被消除，所以该实施例降低了在该重叠区域发生的故障。

图8中示出了电子元件的横截面，在该情况中，具有TLPS或聚合物焊接终端102的多层陶瓷电容器100通过导电互连与外部引线104连接。在导电连接和外部引线之间，边缘106没有连续的接触亲密线。特定的优势在于，不需要外部引线的两个表面与结合在一起时的导电互连形成连续的接触亲密线。

图9中示出了本发明的一个实施例。在图9中，为了进行可以堆叠许多MLCC的讨论，示出了位于引线框架206之间的两个MLCC 200和200’。每个MLCC具有TLPS或聚合物焊接终端202，其仅涂覆了MLCC边缘108的一部分。这使得MLCC表面之间的MLCC以最小空隙或无空隙地紧密隔离。可将TLPS或聚合物焊接终端202预制为混合物或分层结构并插入到各元件之间，随后进行一次加热步骤或多次加热步骤。替代性地，可以与内部电极直接电气接触来形成外部终端。

在平滑表面之间已经成功地使用了扩散驱动粘合过程，例如在芯片焊接中使用的，但是存在一些应用，创建这种平滑表面是不可行的。在这些情况中，需要有能够容纳不均匀的啮合面的接合面的高温度溶液，其具有对需要连接的啮合面之间的间隔和空隙进行填充的能力。通常用于TLPS技术的金属是从两个金属族中选择的。一个族包含具有低熔点的金属，而第二个族包含具有高熔点的金属。当使一些低温度族的金属与一些高温度族的金属接触并进行加热时，较低熔点的金属扩散或烧结到高温度熔点金属中，从而生成熔点低于高温度材料熔点的合金。该进程被称为瞬时液相烧结(TLPS)，由于TLPS固体溶液的构成，该进程使得可以创建相对低温度的互连，但是仍然具有较高的二次回流温度，该温度低于高熔点金属的熔点。

图10中示出了本发明的一个实施例的堆叠MLCC侧视图，其中的两个MLCC 20和21具有不同的长度。TLPS或聚合物焊接终端22可容纳不同长度的与外部引线框23充分接触的电子元件。这样，长度最多可达到2.54mm(0.10英寸)的不同长度的元件可被附接到相同的堆叠中，尽管优选的是长度的差异不超过0.254mm(0.010英寸)。通常可取的是连接多个具有表面金属(例如，镀银、烧结银或其它TLPS一致性材料组合)混合技术的不均匀表面。如图10中所示，可对一个需要连接的表面电镀，例如镀银，对啮合面涂覆厚膜银糊剂并随后进行烧结。随后，可将单一成分的低温度金属(例如，铟，例如是糊剂形式的)，沉积在需要连接的两个表面之间，这两个表面分别具有银涂层或其它一致性的TLPS高温金属。该糊剂具有对不均匀的不同尺寸MLCC表面之间的空隙进行填充的能力。随后将该配件加热到铟的熔点(例如157℃)或除了铟的其它适合的材料的熔点，并在液相线温度保持5秒到15分钟的一段时间，随后进行冷却，随后使其固化。产生的接合面互连材料将会具有高于低温度材料温度的二次回流温度。位于堆叠中的相邻的MLCC之间的选择性的绝缘层70为外部引线框之间的电弧放电提供了保护。绝缘层更适合较高电压的应用，例如高于200伏特，或高于250伏特。绝缘层可以由多种聚合物保形涂层提供，其材料可取自若干化学族，可包括丙烯酸塑料、聚亚安酯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚对二甲苯(多亚二甲苯)、硅酮。TLPS或聚合物焊接终端可包括惰性填充料112。

TLPS糊剂或粗加工品可具有惰性填充料，这可用于两个目的。一个目的是将由昂贵的金属导致的成本最小化，第二个目的是直接与MLCC的无终端末端和暴露的内部电极进行直接的电气和冶金粘合。特别是，如参照图10讨论的通过将特别是高熔点金属成分的一部分替换为惰性材料或较低成本的导电材料来填充空隙时，可降低成本。用于替代高熔点金属的特别优选的填充料是非金属(例如熔点>300℃的陶瓷)，以及玻璃或玻璃态转换温度(Tg)>200℃的高温聚合物。一个实例是热固性聚合物，例如聚酰亚胺。用这些非金属中的一种替代高熔点金属的两个特有的优点是，TLPS粘合形成过程中的扩散不会消耗TLPS中活跃的低熔点金属。从具有低熔点的玻璃族中选择惰性填充料的第二个优点是，TLPS糊剂或粗加工品的混合物中的玻璃将会创建与暴露的无终端玻璃介质和暴露的MLCC的陶瓷主体的粘合。还可通过诸如喷涂或镀层的方法将非金属覆盖低熔点金属。

图11示出了两个组件30和31的堆叠通过传统焊料34附接到外部引线框32和33的侧面示意图。在该情况中，可在两个组件之间放置一个至少0.254mm(0.010")的间隔G，以进行后面的组件清洗来清除焊接球。

图12示出了本发明的一个实施例的横截面侧面示意图，其中两个组件30和31的堆叠通过TLPS或聚合物焊料附接到外部引线框32和33。在该情况中，可在组件之间使用小于0.254mm的间隔，并且优选地是没有间隔，因为没有形成焊接球，因此不需要清洗。间隔的去除使得堆叠的高度总体降低，从而降低电子组件所需的垂直空间。此外，对于多于两个组件的堆叠，空间的节省将会更多。

非常希望的是，创建具有最小孔隙度的接合面，它会展现出下面的特征：脱落拉力测试超过5磅/英尺的强健的机械强度、伸展强度、剪切强度、高导电性、范围为150℃至225℃的低初始处理温度、超过300℃或更高的二次回流温度、在不均匀表面之间形成紧密接触或具有达到0.015英寸的间隔。

实例：

坍落度试验基于视觉观察，优选的是放大的观察，其中在处理后对零件进行检查，从而查看MLCC是否在引线框架中存在移动或坍落。坍落表示回流处理导致与引线框架的粘合的完整性出现损坏。引线框架中MLCC的移动或者粘合完整性的损坏的视觉指示表示有故障。

实例1：改进的聚合物焊料的机械坚固性

制作了安装在一个公共引线框架中的68个相同的堆叠，它们分别具有2个MLCC，并具有5.6mm×5.1mm(0.22×0.20英寸)的个案尺寸。这些堆叠被分割为两个相等的组，每个组分别有34个堆叠。一个组是对照组，其中使用1mg的Sn/Sb焊料(具有重量为91.5％的Sn和8.5％的Sb)将引线框架附接到每个MLCC上。第二个组是一个本发明组，其中使用1mg的Sn/Sb聚合物焊料(具有重量为91.5％的Sn和8.5％的Sb)将引线框架附接到每个MLCC上，所述聚合物焊料可从Henkel的10048-11A聚合物焊料获得。将每个元件在260℃下通过焊料回流炉回流三次，并且在每次通过后对零件进行检查以确定坍落芯片的数量。表1中提供了结果，其中在每次通过后记录故障零件的累积数量。

表1

粘合类型	第一次通过	第二次通过	第三次通过
				对照	4	5	6
本发明	0	0	0

表1中的结果表明，对于对照组，在第一次通过时有4个零件故障，在后面的每次通过中分别有额外的一个零件故障，但是没有一个本发明样本出现故障。因此，相对于对照样本的焊料，聚合物焊料在升高的温度上增加了额外的机械强度。

实例2：改进的TLPS的机械鲁棒性

使用银或锡镀层引线框架制了作类似的堆叠，其附接了基于铜的瞬时液相烧结粘合剂，可以使用Ormet 328作为该粘合剂。这些样本并未展现出任何坍落或外部引线脱落。随后进行如美国专利6,704,189中描述的负载试验，其中将各堆叠置于焊炉中，并将30g的砝码附接到MLCC上，并悬挂在堆叠下面。以每步至少10℃的幅度、并且在每个温度上保持10分钟的多个步骤，将温度上升到高于260℃。随后对各零件进行坍落或外部引线脱落故障的检查。如果在360℃上检查到镀银外部引线框架故障、而对于镀锡引线框架在630℃时检查到第一故障，说明TLPS的较好的高温度机械性能。

实例3：聚合物焊料的温度性能

使用相同的MLCC、相同的J形引线和热压缩粘合处理制作了一百二十个J形引线形式的堆叠。样本被分成几个组，每组30个，分别使用不同量的91.5/8.5Sn/Sb焊料(可选用Henkel92ADA100DAP85V EU 2460)进行粘合用于对照样本并且聚合物焊料(可选用Henkel 20048-11A)作为包含相同焊料成分的本发明样本。随后，将这些样本在不同温度下通过若干焊炉三次。随后对这些样本进行零件坍落评估。结果展示在图13中。在聚合物焊料样本中没有检查到坍落，这表示测试范围中的改进的高温度鲁棒性。聚合物焊料将不能承受高于350℃的温度。

实例4：聚合物焊料对高速二次组装处理的耐久性

使用相同的MLCC、相同的J形引线和热压缩粘合处理制作了多个J形引线形式的堆叠。使用91.5/8.5Sn/Sb焊料(可选用Henkel92ADA100DAP85V EU 2460)制备对照样本。使用包含相同焊料成分的聚合物焊料(可选用Henkel 20048-11A)制备本发明样本。随后利用标准焊料将样本组装到FR4面板上，并使用比为焊接的引线框架推荐的更快的升温速度通过IR回流焊炉。对样本进行坍落或引线框架接触故障的检查。对于包含Sn/Sb焊料的样本，15个样本中有9个故障，而对于聚合物焊料，15个样本中有0个故障，这证明了高速组装的增加的鲁棒性。

实例5：热压缩粘合

图14和图15的显微照片说明的是使用TLPS Ag/Sn/Bi(可选用Ormet 701序列)和Cu/Sn/Bi(可选用Ormet 280CE序列)在镀银的磷青铜(使用IR回流处理)的取样片之间进行粘合而获得的粘合结果。呈现了显著的空隙区域。图16是示出热压缩粘合处理后的TLPSCu/Sn/Bi的显微照片，而图17是示出热压缩粘合处理后的Cu/Sn/Bi的显微照片。在两个实例中，都发现了稠密的纤维结构。通过2-10磅的压缩可以在例如小于5分钟的时间内非常快速地实现热压缩。

取样片是以模仿实例4的方式制备的。将30g的砝码悬浮在设备上从而在热粘合剂上施加一个压力。对粘合剂施加升高的温度。即使加热到850℃也没有发现故障。

可以发现，使用Cu/Sn/Bi TLPS(可选用Ormet 701)和10/88/2Sn/Pb/Ag焊料的引线框附接，TLPS保持在它所沉积的位置，而焊料在加热时发生了流动。当使用外部引线框附接时，焊料需要使用锡堤和阻焊剂，而TLPS不需要。这提供了显著的制造优势。

使用热压缩粘合在不同条件下在经过后固化或不经过后固化的情况下，Ormet 701 Cu/Sn/Bi TLPS对不光滑镀锡磷青铜取样片进行粘合。将这些结果与91.5Sn/8.5Sb焊料进行对比。在图18中，将样本A1在180℃下加热20秒并且不进行后烧结，将样本B1在180℃下加热15秒，并且在210℃下进行20分钟的后烧结。将样本C1在180℃下加热15秒，并且在210℃下进行30分钟的后烧结。将样本D1在190℃下加热20秒并且不进行后烧结。将样本E1在190℃下加热20秒，并且在210℃下进行15分钟的后烧结。将样本F1在190℃下加热20秒，并且在210℃下进行30分钟的后烧结。将样本G1在200℃下加热20秒并且不进行后烧结。将样本H1在200℃下加热20秒，并且在210℃下进行15分钟的后烧结。将样本I1在200℃下加热20秒，并且在210℃下进行30分钟的后烧结。将样本J1在200℃下加热10秒并且不进行后烧结。将样本K1在230℃下加热10秒并且不进行后烧结。将样本L1在210℃下加热，使用91.5Sn/8.5Sb焊料，模仿30分钟的后烧结。这些实例证明，可在较低的温度下进行初始粘合，并且可通过后烧结显著提高粘合强度。

实例6：

类似于实例5，使用Ormet 280CE Ag/Sn/Bi在镀银取样片上实施一组试验。结果提供在图19的条线图中。在这些实例中，外部引线框展现出测量为达到故障的峰值拉力(Kg)的剪切强度，即使在热压缩处理中没有使用后固化，其也超出了焊料的剪切强度。在每个情况中，将样本在第一温度下加热，并持续符合预热的第一时间段，随后在三秒钟内将温度降至第二温度，并且将样本保持在第二温度下持续一段时间。在图19中，在140℃下对样本A2预热10秒钟，将温度上升到300℃并保持20秒钟。在140℃下对样本B2预热10秒钟，将温度上升到300℃并保持10秒钟。在140℃下对样本C2预热10秒钟，将温度上升到300℃并保持5秒钟。在140℃下对样本D2预热3秒钟，将温度上升到300℃并保持20秒钟。在140℃下对样本E2预热3秒钟，将温度上升到300℃并保持10秒钟。在140℃下对样本F2预热3秒钟，将温度上升到300℃并保持5秒钟。在140℃下对样本G2预热10秒钟，将温度上升到280℃并保持20秒钟。在140℃下对样本H2预热10秒钟，将温度上升到280℃并保持10秒钟。在140℃下对样本I2预热10秒钟，将温度上升到280℃并保持5秒钟。在140℃下对样本J2预热3秒钟，将温度上升到280℃并保持20秒钟。在140℃下对样本K2预热3秒钟，将温度上升到280℃并保持10秒钟。在140℃下对样本L2预热3秒钟，将温度上升到280℃并保持5秒钟。在140℃下对样本M2预热10秒钟，将温度上升到260℃并保持20秒钟。在140℃下对样本N2预热10秒钟，将温度上升到260℃并保持10秒钟。在140℃下对样本O2预热10秒钟，将温度上升到260℃并保持10秒钟。在140℃下对样本P2预热3秒钟，将温度上升到260℃并保持20秒钟。在140℃下对样本Q2预热3秒钟，将温度上升到260℃并保持10秒钟。在140℃下对样本R2预热3秒钟，将温度上升到260℃并保持5秒钟。在140℃下对样本S2预热10秒钟，将温度上升到240℃并保持20秒钟。在140℃下对样本T2预热10秒钟，将温度上升到240℃并保持10秒钟。在140℃下对样本U2预热10秒钟，将温度上升到240℃并保持5秒钟。在140℃下对样本V2预热3秒钟，将温度上升到240℃并保持20秒钟。在140℃下对样本W2预热3秒钟，将温度上升到240℃并保持10秒钟。在140℃下对样本X2预热3秒钟，将温度上升到240℃并保持5秒钟。在140℃下对样本Y2预热10秒钟，将温度上升到220℃并保持20秒钟。在140℃下对样本Z2预热10秒钟，将温度上升到220℃并保持10秒钟。在140℃下对样本AA2预热10秒钟，将温度上升到220℃并保持5秒钟。在140℃下对样本BB2预热3秒钟，将温度上升到220℃并保持20秒钟。在140℃下对样本CC2预热3秒钟，将温度上升到220℃并保持10秒钟。在140℃下对样本DD2预热3秒钟，将温度上升到220℃并保持5秒钟。实例6的结果证明了在没有后烧结的情况下时间温度对TLPS产生的影响。

实例7：TLPS终端

TLPS Cu/Sn/Bi(可选用Ormet 701)被固化到镍基底金属电极MLCC上，从而形成与镍电极直接连接的终端。平均电容为0.32μF，与标准的高燃烧终端材料的电容近似，这表示出在内电极上已经形成了具有连续导电路径的粘合。

实例8：温度耐久性测试

为了测试粘合剂粘合的强度，根据美国专利6,704,189进行了负载试验，其中外接引线的零件被悬挂在空中，并在外部引线框的底部附接30g的砝码。对悬挂的零件和砝码施加持续增加的温度，直到通过外接引线的脱离检测到故障。结果呈现在图20中，其中使用聚合物焊料的本发明样本显示出显著的比使用88Pb/10Sn/2Ag焊料的对照样本更好的粘合强度(作为温度的函数)。在图20中，对照样本是使用88Pb/10Sn/2Ag焊料粘合的。在实例1中，使用导电粘合剂粘合镍/锡引线。实例2使用导电粘合剂粘合到镍/金引线。实例3使用位于中心的95Sn/5Ag焊料点和钉头上的导电粘合剂粘合到镍/银引线。

根据MIL-STD-202G、方法211、测试环境A、程序3.1.3对相同的样本实施剪切强度测试，其中在电容器端子的轴向上施加负载，并且增加压力直到设备故障为止。结果提供在图21中。在图21中，实例4使用了小圆点Sn95/Ag5的聚合物焊料，其经过回流然后利用导电粘合剂将其粘合到镀银钉头上，并进行回流后固化。对照样本使用Sn95/Ag5、实例5使用导电粘合剂来粘合到镀银引线上。如所示出的，导电环氧树脂展现出较差的剪切粘合力(小于3磅)，这导致处理过程中的控制强度不足。

本发明样本承受大于400℃的温度以及来自外部引线悬挂的30g的砝码。导电粘合剂单独承受大于300℃的温度，但是在室温时展现出较差的剪切粘合力，如图21所示。这对于接合后的零件的处理和控制是不可接受的，而这种接合在子元件和电子设备的组装过程中是常见的。本发明的剪切测试展示出可接受的室温剪切强度(>3磅)。

实例9：

个案尺寸2220、0.47μF、50V额定的MLCC，具有通过现有技术中的已知处理制成的基于锆酸钙和镍内电极的COG电介质陶瓷。它们通过使用包含玻璃料的铜厚膜糊剂而形成终端。样本由两种不同类型的电镀制成。将镍镀层施加到燃烧铜终端上，随后在一种情况下镀铜，在另一种情况下镀银。需要将所有的镀层最小化为5微米(200微英寸)。使用TLPS糊剂、Ormet CS510(主要包含铜和锡金属颗粒)同时制作两种MLCC镀层类型的无引线堆叠。这些堆叠是通过沿着需要粘合的镀层终端的顶面涂上一薄层TLPS糊剂水珠制造的。通过这种方式，利用Ormet CS510沿着相邻电容器的终端安装了4个芯片堆叠。这些堆叠被夹在一个装置中，并使用Heller焊炉在氮气环境下加热到330℃的峰值温度，保持高于300℃ 90秒钟。通过使用AEC-Q200-005Rev A描述的测试方法弯曲10mm，将这些无引线堆叠的样本的面板弯曲性能与单个MLCC对比。以1mm/秒的速度实施弯曲，2％的电容损失将被记录为故障。使用回流锡-铅(SnPb)焊料将这些样本连接到测试电路板。图22和图23中的镀铜和镀银零件的Weibull线图分别展示了这些结果。尽管堆叠性能比单个MLCC稍差，但是使用两种类型的镀层制作的无引线堆叠的弯曲故障都高于AEC对COG类型MLCC的3mm的最低要求。

实例10：

个案尺寸2220、0.50μF、500V额定的MLCC，具有通过现有技术中的已知处理制成的基于钛酸钡和镍内电极的X7R电介质陶瓷。它们使用包含玻璃料的铜厚膜糊剂而形成终端。随后对样本镀上电解镍(最小50微英寸)，随后镀上锡(最小100微英寸)。通过沿着需要粘合的镀层终端的顶面涂上一薄层TLPS糊剂水珠，使用TLPS糊剂、Ormet CS510制作2个MLCC的无引线堆叠。这些堆叠被夹在一个装置中，并使用Heller焊炉在氮气环境下加热到330℃的峰值温度，保持高于300℃ 90秒钟。通过使用AEC-Q200-005Rev A描述的测试方法弯曲10mm，将这些无引线堆叠的样本的面板弯曲性能与单个MLCC对比。以1mm/秒的速度实施弯曲，2％的电容损失将被记录为故障。使用回流锡-银-铜(SAC)焊料将这些样本连接到测试电路板。图26中的Weibull线图展示了这些结果。无引线堆叠性能与单个芯片MLCC相似，并且二者都高于AEC对X7R类型MLCC的2mm的最低要求。图27示出了具有弯曲项的单个芯片的弯曲与具有弯曲项的2个芯片的无引线堆叠，并且绝大部分的分布高于6mm的弯曲。

无引线堆叠之间进一步的对比可以从实例11中看到，其中将连接SnSb焊料的无引线堆叠的对照组的高温能力与连接TLPS(CS510)的无引线堆叠的进行对比。

实例11：

表2示出了TLPS材料CS510与对照组的高温能力，其由具有标准Cu/Ni/Sn终端、Sn完成的引线框架、电容器堆叠的盖构建而引线框架使用标准SnSb焊料而形成终端。测试组指示出了使用各种电容器终端镀层法和不同的引线框架表面完成的以及无电容器终端和使用CS510 TLPS互连来制作内部电极与引线框架之间的电气和机械连接的结果。可以从表2中看出，当加热并悬挂30克的砝码时，对照组在230℃至235℃出现故障。不管电容终端类型，包括达到了600℃的测试限度并且没有故障的非终端类型电容器，使用OrmetCS510制作样本。仅有的例外是在终端和引线框架表面上使用Sn的情况，其在420-450℃的范围中展现出故障。

表2：悬挂砝码测试对比

实例12：

图25中示出了本发明的实施例的对比，并与图24中所示出的两个镀层取样片进行对比。在图24中，示出了两个铜取样片，其中一个镀镍，并在镍上面镀银，第二个铜取样片镀镍，在镍上面镀银，随后镀铟。随后将两个取样片面对面放置并加热从而启动铟扩散。处理后，对两个取样片进行剪切测试和拉伸，直到出现故障。结果证明需要啮合零件之间的表面紧密接触从而确保最大接合强度和均匀扩散。图24中的箭头指出了发生扩散的接合区域上的绝缘接触点。接合面表面积是3.81×3.81mm(0.150”×0.150”)的正方形或14.52mm²(0.0225in²)，接合面剪切强度为266psi。但是，估计有20％的表面接触面积。这清楚地表明了啮合面之间需要紧密接触来确保最大接合强度。

图25示出了与图24中所示出的相同类型的取样片，其镀有2.5微米(100微英寸)的Ni和5微米(200微英寸)的Ag，并使用In糊剂粘合到第二个类似的取样片。表面覆盖度为100％并且是均匀的，所记录的剪切强度为9000psi。组装、处理、以及剪切方法完全相同，从而表明了设法将两个不平滑表面粘合在一起与使用铟糊剂将两个平滑表面粘合在一起的差别。

参照优选的实施例对本发明进行了描述，但是不局限于此。本领域内的技术人员可实现没有明确指出但在构成本发明的整体部分的所附权利要求的范围内的其他的实施例和改变形式。

Claims

1.一种电容器堆叠，包括：

多个多层陶瓷电容器，其中所述多层陶瓷电容器的每个多层陶瓷电容器包括：

交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，并在所述的多个第一电极的每个第一电极与所述的多个第二电极的每个相邻的第二电极之间具有电介质，其中所述多个第一电极具有第一极性并终止于所述多层陶瓷电容器的第一侧，所述第二电极具有第二极性并终止于所述多层陶瓷电容器的第二侧；

位于所述第一侧上的第一瞬时液相烧结导电层，其与每个所述第一电极电接触；以及

位于所述第二侧上的第二瞬时液相烧结导电层，其与每个所述第二电极电接触。

2.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括位于所述第一侧与所述第一瞬时液相烧结导电层之间的导电层。

3.如权利要求2所述的电容器堆叠，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层包括从如下的金属中选择的至少一个低熔点金属：铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、或钋、铅。

4.如权利要求2所述的电容器堆叠，其中所述的导电层包括从如下组中选择的一个高熔点金属，该组包括：银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼。

5.如权利要求2所述的电容器堆叠，其中所述的导电层包括镀有从下面的组中选择的一个元素的镍，该组包括：Ag、Sn、Au或SnPb。

6.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括外部终端，该外部终端包括镀有从下面的组中选择的一个元素的镍，该组包括：Ag、Sn、Au或SnPb。

7.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括引线框架。

8.如权利要求7所述的电容器堆叠，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层包括低熔点金属，其中所述的低熔点金属被扩散到所述引线框架中。

9.如权利要求8所述的电容器堆叠，其中所述的低熔点金属还被扩散到所述第一电极中。

10.如权利要求8所述的电容器堆叠，还包括位于所述第一侧与所述第一瞬时液相烧结导电层之间的外部终端。

11.如权利要求10所述的电容器堆叠，其中所述的低熔点金属还被扩散到所述外部终端中。

12.如权利要求7所述的电容器堆叠，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层还包括高熔点金属。

13.如权利要求1所述的电容器堆叠，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层还包括非金属填充料。

14.如权利要求1所述的电容器堆叠，其中所述的非金属填充料是玻璃粉。

15.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括与所述第一瞬时液相烧结导电层电接触的第一引线框架，以及与所述第二瞬时液相烧结导电层电接触的第二引线框架。

16.如权利要求15所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：磷青铜、铜、和铁合金。

17.如权利要求16所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或第二引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架抛光表面。

18.如权利要求15所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：铍铜、Cu194和Cu192。

19.如权利要求18所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或第二引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架抛光表面。

20.如权利要求15所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：铜合金、镍铁合金和科瓦铁镍钴合金。

21.如权利要求20所述的电容器堆叠，其中所述的第一引线框架或第二引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架抛光表面。

22.如权利要求1所述的电容器堆叠，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层包括低熔点金属和高熔点金属。

23.如权利要求22所述的电容器堆叠，其中所述的低熔点金属被同时扩散到所述高熔点金属和所述第一电极中。

24.如权利要求22所述的电容器堆叠，其中所述的低熔点金属是从下面的组中选择的，该组包括：铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋和铅。

25.如权利要求22所述的电容器堆叠，其中所述的高熔点金属是从下面的组中选择的，该组包括：银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼。

26.如权利要求22所述的电容器堆叠，其中所述的低熔点金属是从下面的组中选择的，该组包括：铟、锡或铋，所述的高熔点金属是从下面的组中选择的，该组包括：银、铜或镍。

27.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括位于相邻的多层陶瓷电容器之间的绝缘体。

28.如权利要求1所述的电容器堆叠，还包括位于堆叠底部的牺牲芯片，其用于吸收弯曲。

29.一种形成电子零件的方法，包括：

提供多个多层陶瓷电容器，其中所述多个多层陶瓷电容器的每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，并在所述的多个第一电极的每个第一电极与所述的多个第二电极的一个相邻的第二电极之间具有电介质，其中所述第一电极终止于第一侧，所述第二电极终止于第二侧；

对所述多个多层陶瓷电容器进行堆叠从而使得每个所述第一侧平行和每个所述第二侧平行；

形成瞬时液相烧结导电层的第一组件的第一层；

形成所述瞬时液相烧结导电层的所述第一组件的第二层；

将所述第一层和所述第二层与所述瞬时液相烧结导电层的第二组件接触；

30.如权利要求29所述的形成电子零件的方法，还包括在每个所述MLCC上形成位于所述第一侧与所述第一瞬时液相烧结导电层之间的外部终端。

31.如权利要求30所述的形成电子零件的方法，其中所述第一组件被扩散到每个所述外部终端中。

32.如权利要求21所述的形成电子零件的方法，其中每个所述外部终端包括所述第二组件。

33.如权利要求32所述的形成电子零件的方法，还包括形成包括所述第一组件的粗加工品。

34.如权利要求33所述的形成电子零件的方法，其中在所述加热之前，所述的粗加工品被插入到相邻外部终端之间。

35.如权利要求34所述的形成电子零件的方法，其中所述的粗加工品还包括第二组件。

36.如权利要求34所述的形成电子零件的方法，其中所述的粗加工品还包括惰性填料。

37.如权利要求34所述的形成电子零件的方法，其中所述的惰性填料为玻璃粉。

38.如权利要求34所述的形成电子零件的方法，其中所述的粗加工品在所述加热之前是有延展性的。

39.如权利要求34所述的形成电子零件的方法，其中所述的粗加工品包含颗粒，其中所述的颗粒包括至少一个所述第一组件或所述第二组件。

40.如权利要求39所述的形成电子零件的方法，其中所述的颗粒包括所述第二组件的核心和所述第一组件的外壳。

41.如权利要求29所述的形成电子零件的方法，其中所述的第一组件包括从如下的金属中选择的至少一个低熔点金属：铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋、或铅。

42.如权利要求29所述的形成电子零件的方法，其中所述的第二组件包括从如下组中选择的一个高熔点金属，该组包括：银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼。

43.如权利要求29所述的形成电子零件的方法，还包括通过所述第一引线框架和所述第一电极之间的第一瞬时液相烧结导电层将第一引线框架与所述第一电极电连接。

44.如权利要求43所述的形成电子零件的方法，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：磷青铜、铜、和铁合金。

45.如权利要求43所述的形成电子零件的方法，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：铜合金、镍铁合金和科瓦铁镍钴合金。

46.如权利要求45所述的形成电子零件的方法，其中所述的第一引线框架或所述第二引线框架包括从下面的组中选择的材料，该组包括：铍铜、Cu194和Cu192。

47.如权利要求29所述的形成电子零件的方法，还包括形成包含所述第一组件和所述第二组件的粗加工品。

48.如权利要求47所述的形成电子零件的方法，其中所述的第二组件包括铜。

49.一种形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，该方法包括：

提供多个多层陶瓷电容器，其中所述多层陶瓷电容器的每个多层陶瓷电容器包括：

交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，并在所述的多个第一电极的每个第一电极与所述的多个第二电极的每个相邻的第二电极之间具有电介质，其中所述第一电极具有第一极性并终止于所述多层陶瓷电容器的第一侧，所述第二电极具有第二极并终止于所述多层陶瓷电容器的第二侧；

形成所述多个多层陶瓷电容器的堆叠；

形成第一瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第一电极电接触；以及

形成第二瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第二电极电接触。

50.如权利要求49所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的多个多层陶瓷电容器还包括与所述电极电接触的第一终端，以及与所述第二电极电接触的第二终端。

51.如权利要求50所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层位于相邻的第一终端之间。

52.如权利要求51所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的第一瞬时液相烧结导电层包括低熔点金属。

53.如权利要求52所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的低熔点金属是从如下组中选择的，该组包括：铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、或钋。

54.如权利要求49所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述形成第一瞬时液相烧结导电层包括在相邻的多层陶瓷电容器之间放置粗加工品。

55.如权利要求54所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的粗加工品包括从如下组中选择的低熔点金属，该组包括：铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、或钋。

56.如权利要求54所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的粗加工品是有延展性的。

57.如权利要求54所述的形成多个多层陶瓷电容器的堆叠的方法，其中所述的粗加工品包括从如下组中选择的高熔点金属，该组包括：银、铜、铅、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼。