CN110997223A - 包括多个组件的无引线堆叠 - Google Patents

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Abstract

描述了一种电子组件，其中该电子组件包括电子元件的堆叠，该电子元件的堆叠包括位于相邻电子元件的各所述第一外部端子之间并且与相邻电子元件的各所述第一外部端子电接触的瞬时液相烧结粘合剂。

Description

包括多个组件的无引线堆叠
技术领域
本发明涉及电子组件以及制作电子组件的方法。更具体而言，本发明涉及电子组件以及制作电子组件的方法，特别是包括多个电子元件的堆叠的无引线电子组件，所述电子元件包括至少一个多层陶瓷电容器(MLCC)并且优选包括其他的无源或有源电子元件。电子组件具有改进的端子，用于连接外部引线或引线框架，或用于电子组件的直接无引线连接，使得随后可以通过各种二级连接材料和方法将电子组件连接到电子电路中。甚至更具体而言，本发明涉及包括多个电子组件的堆叠，所述电子组件包括电子元件并且优选包括至少一个多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器可为无引线的堆叠电容器，具有减小的颤噪噪声。
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子相关。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No.6,704,189描述了具有10-30％的Sb的基于Sn的焊料，用于在外部引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℃的熔点会保证外部引线附接的稳定性。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，其熔点为183℃)高的温度(通常为约260℃)下对SAC焊料回流。外部引线的触点材料，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/锡合金来将晶片(die)附接到衬底上。由于晶片及其啮合面在热膨胀系数(CTE)上具有较小的差异，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，为电容器构造在高于260℃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的材料和方法。美国专利No.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No.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No.5,221,038描述了使用TLPS方法，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/Sn/Bi涂覆到两个啮合面上从而将电子模块安装到衬底上。美国专利公开No.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，将温度升高到导致材料之间引起扩散的温度从而产生TLPS兼容合金。美国专利公开No.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。美国专利公开No.2007/0152026描述了将TLPS相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No.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，美国专利公开No.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。
该领域内描述的其他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，通常具有小于约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，焊料还可进行冶金结合。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，MLCC或者MLCC的堆叠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。为了避免这些应力断裂，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)、电感和其他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。
用诸如钛酸钡的极化电介质制造的多层陶瓷电容器或MLCC易于产生颤噪噪声。据信，颤噪噪声是由电致伸缩引起的，也称为压电效应，这是在存在施加的电场时发生的陶瓷的移动。陶瓷移动可由安装有组件的电路板进行放大，最终当施加电场时产生可听噪声。引线减轻颤噪噪声。利用安装在电路板上的无引线电容器、特别是无引线电容器的堆叠，可以增强颤噪噪声，这是非常不期望的，特别是在诸如手机等便携式设备中是非常不期望的。因此，需要实现无引线电容器、特别是包括至少一个电容器的无引线堆叠的优点，同时最小化或消除颤噪噪声。
尽管正在持续地和深入地努力，但是该领域仍然缺乏包括多层陶瓷电容器和其他电子元件的堆叠的合适的电子组件。对于高温应用(特别是无铅(Pb)应用)，尤其是对于包括多层陶瓷电容器且具有最小颤噪噪声或没有颤噪噪声的电子组件，具有更高的稳定性的引线连接存在持续的需求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的用于形成金属外部端子的方法，该端子适合附接到引线框架上或作为包括MLCC的电子元件的无引线电子元件堆叠使用，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。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于形成端子的方法，所述端子适合附接引线框架或作为无引线端子，其可承受后续的对电子电路的焊接回流过程，而不损及端子或引线附接互连。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于形成端子的方法，所述端子适合附接引线框架或作为无引线端子，其可承受后续的对电子电路的焊接回流过程，而不损及端子或引线附接互连。
本发明的另一个目的是提供包括电子元件的堆叠的电子组件，至少一个电子元件优选为MLCC，电子元件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电子元件的、尤其是MLCC的应力开裂。
本发明的另一个目的是在电子组件上形成端子或互连，其在不使用禁用材料(例如铅或镉或大量的诸如金的昂贵材料)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。
本发明的一个特定特征是能够提供具有最小颤噪噪声传播的电子元件的无引线堆叠，该无引线堆叠优选包括至少一个MLCC。
将认识到，在包括电子元件的堆叠的电子器件中提供了这些优点和其他优点，所述电子元件的堆叠优选包括至少一个多层陶瓷电容器，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。第一电极端接于第一侧，第二电极端接于第二侧。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方案，该方法包括：
提供电子元件，其中各电子元件具有第一侧和第二侧，其中所述电子元件中的至少一个电子元件是多层陶瓷电容器，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，其中所述第一电极端接于电容器第一侧，所述第二电极端接于电容器第二侧；
对所述电子元件进行堆叠从而使得每个第一侧平行并且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第一组件的第二层；
将第一层和第二层与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第一组件和第二组件的第一瞬时液相烧结导电层，其中第一瞬时液相烧结导电层与第一电极电接触，并形成包含第一组件和第二组件的第二瞬时液相烧结导电层，其中第二瞬时液相烧结导电层与第二电极电接触，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方案，该方法包括：
提供多个电子元件，其中所述电子元件中的至少一个电子元件为多层陶瓷电容器，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，其中第一电极具有第一极性并端接于多层陶瓷电容器的第一侧，第二电极具有第二极性并端接于所述多层陶瓷电容器的第二侧；
形成所述电子元件的堆叠；
形成第一瞬时液相烧结导电层，其与相邻的电子元件电接触；并形成第二瞬时液相烧结导电层，其与相邻的电子元件的第二电极电接触。
在电子组件堆叠中提供了又一实施方案。堆叠包括至少一个多层陶瓷电容器，该多层陶瓷电容器包括：交替平行布置的第一电极和第二电极，以及在相邻的第一电极和第二电极之间的电介质，其中第一电极具有第一极性并且端接于多层陶瓷电容器的第一侧，并且第二电极具有第二极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第二侧。第一瞬时液相烧结相容材料位于第一侧上并且与各第一电极电接触。第二瞬时液相烧结相容材料位于第二侧上并且与各第二电极电接触。还提供了一种电子元件，包括：包括位于第一外部端子上的第三瞬时液相烧结相容材料的第一外部端子，以及包括位于第二外部端子上的第四瞬时液相烧结相容材料的第二外部端子。在第一瞬时液相烧结相容材料和第三瞬时液相烧结相容材料之间为冶金粘合。
在堆叠的电子组件中提供了另一个实施方案，该堆叠的电子组件包括这样的堆叠，该堆叠包括至少两个电子元件，其中各电子元件包括第一外部端子和第二外部端子。在相邻电子元件的各第一外部端子之间为瞬时液相烧结粘合剂，并且瞬时液相烧结粘合剂与相邻电子元件的各第一外部端子电接触。
在堆叠的电子组件中提供了又一实施方案。堆叠的电子组件包括MLCC，其中MLCC包括电容器第一外部端子和电容器第二外部端子。至少一个电子元件与所述MLCC相邻并且与MLCC形成堆叠，其中各电子元件包括第一元件外部端子和第二元件外部端子，其中电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。在第一电容器外部端子和第一元件外部端子之间为瞬时液相烧结粘合剂，并且瞬时液相烧结粘合剂与第一电容器外部端子和第一第一元件外部端子电接触。
在形成电子元件的方法中提供了另一实施方案，所述方法包括：形成包括第一电容器外部端子和第二电容器外部端子的MLCC；形成包括第一元件外部端子和第二元件外部端子的电子元件；以及将MLCC和电子元件堆叠布置，并且在第一电容器外部端子和第一元件外部端子之间为TLPS粘合。
附图说明
图1是本发明的一个实施方案的侧面示意图。
图2是本发明的一个实施方案的截面示意图。
图3是本发明的一个实施方案的截面示意图。
图4是本发明的一个实施方案的侧面示意图。
图5是本发明的一个实施方案的截面示意图。
图6是本发明的一个实施方案的截面分解示意图。
图7是本发明的一个实施方案的截面示意图。
图8是本发明的一个实施方案的侧面截面示意图。
图9是本发明的一个实施方案的侧面截面示意图。
图10是本发明的一个实施方案的截面示意图。
图11是堆叠的电子元件的侧面示意图。
图12是本发明的一个实施方案的侧面示意图。
图13是本发明的一个实施方案的图示。
图14和图15是根据本发明的一个实施方案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方案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方案的用TLPS糊剂粘合的两个取样片。
图26和图27是示出面板弯曲测试结果的图示。
图28为本发明的一个实施方案的截面示意图。
图29为本发明的一个实施方案的截面示意图。
图30为本发明的一个实施方案的截面示意图。
图31为本发明的一个实施方案的截面示意图。
图32为本发明的一个实施方案的侧面示意图。
图33为本发明的一个实施方案的俯视示意图。
图34为本发明的一个实施方案的俯视示意图。
图35为本发明的一个实施方案的侧面示意图。
图36为本发明的一个实施方案的仰视示意图。
图37为本发明的一个实施方案的侧视示意图。
图38为本发明的一个实施方案的俯视示意图。
图39为本发明的一个实施方案的仰视示意图。
图40为本发明的一个实施方案的侧视示意图。
图41为本发明的一个实施方案的侧视示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种包括电子元件的电子组件，其中至少一个电子元件优选为MLCC，该电子元件与外部引线或引线框架的粘合得以改进，或者用于提供用作无引线电子组件的堆叠中的电子元件之间的粘合。此外，堆叠显著地降低了颤噪噪声传播。
电子元件优选为选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。二极管可为发光二极管。更优选的是电子元件选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关和静电放电抑制器组成的组。
本发明涉及使用瞬时液相烧结(TLPS)粘合剂形成电子元件的端子或将外部引线附接到电子元件上。改进的端子能够适应不同的表面光洁度以及不同长度的电子元件的优点。此外，由于没有形成任何焊锡球，因此电子元件可被堆叠到彼此的顶面，仅有TLPS位于电子元件之间，而不会形成焊接附接技术中通常需要进行清理的空隙。当电子元件为MLCC时，TLPS可直接与电子元件的内部电极粘合，并且可在低温下形成端子。在一个实施方案中，可使用热压缩处理制作高密度端子，从而形成改进的外部引线附接粘合。
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％Sn40％Pb。焊料已经在电子学中选作在电子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。通过改变用于生成焊料合金的比率或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/粘合剂通常是填充有导电填料(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相容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。在颤噪噪声降低技术中使用聚合物焊料是不优选的。
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结合。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。由于二次回流温度较高，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相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中从而生成固溶体，该固溶体进而具有比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结合的进程和TLPS相容材料。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互连和机械互连。这些温度是由TLPS相容金属的不同组合决定的。通常，TLPS会用于针对创建TLPS冶金结合或互连的进程和材料。
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次熔化温度普遍高于450℃。TLPS与传统的焊料的不同之处在于，焊料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。一旦产生TLPS连接面，则该连接面不能以低温再熔。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。生成的固溶体具有新的熔化温度，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结合。用于TLPS法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，从而生成扩散的固溶体。
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随后被烧尽，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，这些空隙会在集成电路(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溶体。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溶体接合面。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冶金结合剂，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，随后将温度升高到大约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4,177psi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预成型焊片薄膜。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过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，在二次加热处理过程中，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合金接合外，还可以通过预成型焊片来获得。在其最简单的实现方式中，预成型焊片可以是低温TLPS元件的薄箔。替代性地，预成型焊片可以通过对糊剂进行浇铸和烘干来移除溶剂而生成预成型焊片。可将生成的固态预成型焊片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，预成型焊片应当是有延展性的，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有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结合。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，通常在约150℃至300℃的范围内。导电环氧树脂一旦固化将不能够被再加工。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使电气性质劣化。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。
聚合物焊料可包括基于Pb/Sn合金体系或无铅体系(例如Sn/Sb)的传统焊料体系，这些体系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结合强度，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℃。聚合物焊料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)同时提供冶金结合与机械结合，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。
TLPS糊剂可在电子元件或电子组件上形成端子，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)的冶金金属间结合，与其它材料类型(例如无铅焊料)相比它提高了高温时的接合强度。TLPS接合面可以由电子元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接合面不是必须与组件的边缘重叠。
使用糊剂形式的TLPS将不平坦的表面接合。更具体地，使用糊剂形式的TLPS将两个不规则形状的表面与非紧密的或连续的啮合线接合在一起。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元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，因此可将堆叠的元件放置在彼此的顶面上，并且各端子位于相同的方位，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糊剂并不像传统的焊料那样流动，因此不必在引线框架上采用焊坝。该特征提供了显著的制造便利性。
TLPS糊剂可用于在两个或多个电子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，可附接不同长度的电子元件，并且在电子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。TLPS消除了焊接球。
利用TLPS糊剂，热压结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。通过热压结合，机械性质和电气性质都得到了改善。
可使用TLPS形成与电子元件的内部电极或外部电极的直接结合。在MLCC中，内部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，并在其外部涂覆高熔点金属层，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，从而形成了与内部电极的直接冶金结合。
尤其优选的是，使用低温来在瞬时液相烧结导电粘合剂与电子元件之间形成初始结合。形成初始结合后，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处理将电子组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结合的加热过程中形成的合金的熔化温度。与需要约260℃的回流温度的SAC类型焊料相比这是有利的。
瞬时液相烧结法也可使用两步回流，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℃至280℃的范围，取决于TLPS合金化处理中使用的金属)形成导电冶金结合。在第二步中，使用200℃至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结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，在外部引线与一个或多个电子元件之间形成端子或导电冶金结合。可使用较低的温度(例如，175℃到210℃)并持续较长的时间(例如，10分钟至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分钟的时间使用单步烧结法制作导电冶金结合来形成端子。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端子和包括多层陶瓷电容器的电子元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，这会导致粘合的故障。因此，本发明的一个优选的实施方案是使用热压结合处理在瞬时液相烧结接合面中形成低空隙率端子。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。当使用引线时，在小于30秒的时间内使用单步低温，并结合热压结合，为将外部引线附接到电子元件而创建坚固的接合面。
当使用聚合物焊料时，热压结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结合。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、组件连接或内部电极从而在两个表面之间形成导电冶金结合。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方案进行描述。在图1中，电子元件1包括外部端子2，外部端子2通过TLPS粘合与MLCC的内部电极或电子元件的功能元件整体电气接触，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至少一个电子元件、优选将电子元件的堆叠与TLPS粘合的外部端子粘合，其中外部端子与每个末端电气接触，从而可利用二次附接材料3(例如焊接圆角)形成附接到位于电子电路板衬底5上的接触垫4的无引线安装的电子元件或无引线电子元件的堆叠，其中所述电子元件优选选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。可以看出，以这种方式，可将具有许多利用TLPS形成的端子的电子元件附接到无引线电路板上，其中电子元件为单独的电子元件或堆叠的电子元件。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组件，或者在无引线堆叠的情况中，元件1A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。牺牲芯片是物理上替代电子元件但不向电子组件提供电子功能的元件。
图2中示出了适用于本发明中的无引线电子元件的堆叠的侧面截面示意图，其中电子元件的示意性的代表为MLCC。在图2中，在外部端子7之间通过将合适的TLPS糊剂或预成型焊片18施加或反应到相邻的电子元件之间，形成无引线堆叠。优选地，本文描述的预成型焊片是有延展性的，从而使得预成型焊片能够适形于相邻的表面。在加热时，预成型焊片中的低熔点金属扩散到外部端子中从而形成金属间结合。预成型焊片还可包含高熔点金属，优选的是与外部端子相同的金属，加热时，低熔点金属扩散到预成型焊片的高熔点金属中，从而在预成型焊片的高熔点金属和外部端子之间形成金属间结合，从而确保相邻电子元件的外部端子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端子，从而与电子元件的功能元件形成电接触，其中功能元件的示意性代表为内部电极9和10，电介质11将内部电极隔开。
外部端子可包括便于TLPS粘合的多个层。图3示出了本发明的一个实施方案的截面示意图。在图3中，外部端子包括多个层，第一层7’与电子元件的功能性电极直接接触，其中所述功能性电极的示意性代表为MLCC的内部电极9和10。第一层与端子层7直接接触，端子层7与预成型焊片18相容并且能够与之形成TLPS粘合。可提供焊料层或镀层26，它将端子层和预成型焊片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，并且可以如本文其他部分所述引入柔性非金属。
在本文描述的创造性实例中，TLPS接合面同时充当了电气结合和机械结合。在现有技术中，电气结合在导电性粘合剂中只具有有限的能力，这是因为聚合物(通常为环氧树脂)的分解温度所致。通常，在无引线堆叠中不能使用焊料对电子元件进行结合，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和/或机械完整性。由于在热偏移期间使用的互连的弱化，在现有技术中使用引线来克服通过板弯曲或通过减小CTE失配导致的机械故障会受到限制。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更高的ESR。使用TLPS将电子元件与经过烧制的电镀端子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子元件的性能，从而确保了该创造性接合面的机械性能的坚固性。由于TLPS在电子原件之间形成了连续的高导电性冶金互连层，因此这可实现比前述用合金42引线制成的引线堆叠更低的ESR。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电子元件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。当无引线堆叠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端子形成与外部引线框架的导电粘合，其中电子元件1优选通过外部引线框架和外部端子7之间的TLPS8与外部引线或引线框架6连接。
在图5中，TLPS外部端子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(interleaved planer inner electrode)被电介质11隔开，交替的内电极与TLPS形成的相对的外部端子12直接接触。该实施方案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外部端子，随后可通过TLPS粘合将图5的实施方案与类似的实施方案堆叠形成统一的外部端子，从而提供图1中示出的电子元件的无引线堆叠，该无引线堆叠优选包括至少一个MLCC。
图6示出了本发明的一个实施方案的分解截面示意图。在图6中，将电子元件表示为整体件，其示意性地表示为MLCC，MLCC包括由电介质11隔开的内部电极9和10的交替层，其中相邻的内部电极端接于示意性地表示为电子元件的功能元件的相对两端。至少一个电子元件优选为MLCC，至少另一个元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。在一个实施方案中，内部电极或功能元件是TLPS粘合的高熔点金属。预成型焊片302被布置在整体件的边缘从而形成外部端子。预成型焊片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被堆叠并且预成型焊片被附接到电子元件上，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，从而在预成型焊片与表示为内部电极的电子元件的功能元件之间形成冶金结合。预成型焊片的高熔点金属可形成引线框架。在另一个实施方案中，低熔点金属可以作为外部端子位于电子元件上。
在形成TLPS粘合的过程中，低熔点金属的扩散取决于它的活跃性以及粘合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。
在图7中示出了单个电子元件的实施方案，该电子元件示意性地表示为MLCC。在图7中，TLPS端子14将外部引线15粘合到电子元件的功能元件上，电子元件的功能元件示意性地表示为内部电极9和10；并且不延伸超过电子元件主体16的边缘17。因为消除了机械应力，所以该实施方案减少了在该重叠区域发生的故障。
图8中示出了电子组件的横截面，在该情况中，示意性地表示为多层陶瓷电容器100的电子元件具有TLPS端子102，其通过导电互连与外部引线104接触。在导电连接和外部引线之间，边缘106没有连续的紧密接触线。特定的优势在于，外部引线和导电互连的两个表面当配合在一起时不需要形成连续的紧密接触线。
在图9中示出了本发明的实施方案。在图9中，为了讨论的目的，并理解可以堆叠许多电子元件和电子元件的组合，示出了示意性地表示为MLCC的两个电子元件200和200'，这两个电子元件200和200'在引线框架206之间。各电子元件具有TLPS端子202，其仅覆盖电子元件的边缘108的一部分。这使得电子元件紧密地间隔，在电子元件的面之间具有最小的间隙或没有间隙。TLPS端子202可以预先成形为混合物或层状结构，并且介于组件之间，随后进行单一加热步骤或多个加热步骤。或者，可形成与电子元件的内部电极或功能元件直接电接触的外部端子。
在平滑表面之间已经成功地使用了扩散驱动结合法，例如在芯片焊接中使用的方法，但是也存在这样一些应用，其中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。该过程被称为瞬时液相烧结(TLPS)，由于TLPS固溶体的构成，该过程使得可以产生相对低温度的互连，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方案的堆叠电子元件的侧视示意图，其中的两个电子元件20和21具有不同的长度。TLPS端子22可容纳不同长度的与外部引线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)。通常可取的是接合多个具有表面金属(例如，镀银、烧结银或其它TLPS相容金属的其他组合)混合技术的不均匀表面。如图10中所示，可对一个需要接合的表面电镀，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。该糊剂具有对不同尺寸的电子元件的不均匀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，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电子元件之间的任选的绝缘层70为外部引线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适形涂层提供，其材料可取自若干化学族，可包括丙烯酸树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚对二甲苯(对二甲苯)和硅酮。TLPS端子可包括惰性填料112。
TLPS糊剂或预成型焊片可具有惰性填料，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电子元件的非端子末端和暴露的内部电极进行直接的电气和冶金结合。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糊剂或预成型焊片的混合物中的玻璃将会创建与暴露的非端子玻璃介质和暴露的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示出了两个电子元件30和31的堆叠通过传统焊料34附接到外部引线32和33的侧面示意图。在该情况中，在两个组件之间需要至少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方案的横截面侧面示意图，其中两个电子元件30和31的堆叠通过TLPS 35附接到外部引线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，生成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。
在图28至31中的示意性截面图中示出了在本文中描述的适用于堆叠、特别是无引线堆叠中的适合于与颤噪降噪结构一起使用的代表性MLCC结构，其中MLCC进一步包括颤噪降噪结构19，例如在本文中其他部分所述的柔性的非金属层或减震导体。在图28中，相反极性的内部电极9和10端接于相对的外部端子2。提供了共面导体401和402，共面导体401和402端接于相对的外部端子。如图所示，上部导体401提供了一些电容重叠以及相对于具有相反极性的相邻的内部电极的屏蔽，但是下部导体401'与相邻电极具有相同的极性，其通常为端接，因此下部导体401'不用作屏蔽电极。上部导体402与通常为端接的相邻电极具有相同的极性，因此导体402不用作屏蔽电极，而下部屏蔽电极402'确实提供了具有相反极性的相邻内部电极的一些电容重叠。为了本发明的目的，将屏蔽电极定义为最外层上的导体，其提供由图28的导体401和402'表示的电容耦合。
在图29中的截面示意图中提供了如本文所述的用于堆叠、特别是无引线堆叠中的MLCC的实施方案，其中图28的电容结构具有附加导体，该附加导体为浮动导体404，浮动导体404平行于由内部导体9和10以及共面电极401和402的组件呈现的主要导电层，但是在所述主要导电层的外部。为了本发明的目的，将其中所有内部导体都在浮动电极内部的浮动电极称为外部浮动电极。为了本发明的目的，浮动电极是非端接的导体。
在图30中的截面示意图中提供了如本文所述的用于堆叠、特别是无引线堆叠中的MLCC的实施方案。在图30中，共面内部电极408和410端接于相对的外部端子2，因此共面内部电极具有相反极性。共面内部电极的相邻层之间的内部浮动电极412提供了电容重叠区域414。为了本发明的目的，将其中至少一个内部导体在浮动电极的外部的浮动电极称为内部浮动电极。如图所示，图30具有两个电容重叠区域。如本领域技术人员所知，浮动电极形成相对于接触端子的电极的对电极，从而实现2个串联的电容器重叠区域。
在图31中的截面示意图中提供了如本文所述的用于堆叠、特别是无引线堆叠的MLCC的实施方案。在图31中，有源平面包括共面浮动电极416，其与端接的内部电极9和10共面。内部电极端接于外部端子2，但是共面浮动电极本身并非端接。相邻有源平面之间的共面内部浮动电极412提供了多个电容器重叠区域414。
在图32的示意性侧视图中提供了本发明的电子装置701的一部分。在图32中，提供了一种颤噪降噪结构，其包括层叠于导电金属层504上的柔性非金属层502。电子元件1(其中至少一个电子元件1优选为MLCC)的外部端子2通过TLPS互连506与导电金属层504电接触，该TLPS互连506延伸穿过柔性非金属层502的通孔形式的间隙508。任选地，附加的电子组件可以堆叠在最下面的电子组件上，并且通过TLPS互连118连接，TLPS互连118例如为在本文中其他部分讨论的预成型焊片。导电金属层通过诸如焊接圆角之类的第二附接材料3从而电固定并且机械固定到位于电子电路板基板5上的接触焊盘4上。虽然不局限于理论，但是假设因为柔性非金属层没有被焊料润湿，所以由减小振动能量通过柔性非金属层以及通过尺寸减小的焊接圆角的传导从而引起颤噪的机械能降低。柔性(compliant)非金属层可以非常薄，下限由可制造性限定，其中太薄的层在大规模制造环境中难以操纵。厚度为至少25.4μm(0.0001英寸)并且更优选为至少0.0254mm(0.001英寸)至不超过1.575mm(0.062英寸)并且优选为不超过0.381mm(0.015英寸)的柔性非金属层适合用于展示本发明。
在图33的示意性俯视图中示出了本发明的实施方案。在图33中，电子元件1或电子元件的堆叠通过多于一个颤噪降噪结构附接，优选为在外部端子2的拐角处，从而通过诸如焊接圆角的第二附接材料3提供与电子电路板基板5的接触焊盘4的多个电连接和机械连接。通过对于每个端子使用多于一个结构，可以进一步减小总焊接圆角附接面积，并且能够以使颤噪噪声最小化的这种方式定位该结构。
在图34的俯视示意图、图35的侧视示意图和图36的仰视示意图中示出了由典型的电路板材料制成的颤噪降噪结构的实施方案。在图34至36中，颤噪降噪结构包括由标准电路板材料制造的电路板基板340，所述标准电路板材料例如为FR4、全氟弹性体、聚酰亚胺、kapton、PEEK、诸如钇稳定的氧化锆或Al2O3(氧化铝)的电子级陶瓷等。导电迹线342电连接焊盘344，其中电子元件将如图32和33所述电附接在焊盘344上。位于焊盘344上的作为柔性非金属层的焊接掩模346包括位于焊接掩模346之间的间隙，从而限制了可供电子元件的外部端子电连接并机械连接至焊盘的表面积。穿过电路板基板的通孔348使得电路板的相对侧上的电接触焊盘350对于电子元件是导电的。振动吸收弹性体352阻止了任何振动的传递，从而将任何颤噪噪声与颤噪降低结构隔离。可以包括可选的机械焊盘354，以确保当颤噪降噪结构附接到电子装置的后续板时的足够的粘合力。机械安装盘的位置不位于连接颤噪降噪结构的电子元件的电接触盘的正下方。将导电迹线和焊盘分隔开足够的距离以避免在它们之间形成电弧。
在图37的侧视示意图中示出了本发明的实施方案，其中图34至36中所示出并描述的颤噪降噪结构包括优选利用TLPS而安装于其上的至少一个电子元件1、优选为电子元件的堆叠，从而将外部端子粘合到焊盘344上，其间具有焊料掩模346。焊盘350与位于电子电路板基板5上的接触焊盘4电接触。任选的机械焊盘354可通过机械方式附接到虚设迹线355上，其不一定导电或以其他方式电连接。
将参考图38至40描述本发明的实施方案，其中为了说明的目的，示出了隔离盘形式的颤噪降噪结构，在其上安装有两个电子元件1。优选至少一个电子元件为MLCC。电子元件的数量不受特别地限制，并且可为单独的电子元件的排列或电子元件的堆叠。在图38的俯视示意图、图39的仰视示意图和图40的侧视示意图中示出了颤噪隔离焊盘600。在图38至40中，呈条带形式的电路板基板340通过延伸穿过柔性非金属层502的通孔的TLPS互连而附接到导电金属层上。位于颤噪隔离盘上相对于电子元件的相对侧上的焊盘350通过如上所述的电迹和通孔与焊盘电接触。焊接掩模或柔性非金属层在电子元件的外部端子和导电金属层之间，从而提供颤噪抑制。优选成对使用颤噪隔离盘，其中各颤噪隔离盘具有不同极性。
将参考图41描述本发明的实施方案，其中如在本文中其他部分所述，在电子元件1之间安装了减震导体702形式的颤噪降噪结构，并且与外部端子2电接触。减震导体包括这样的形状，该形状包括偏置的安装突片，在突片之间具有与至少一个柔性应力消除部分706联接的空间，因此能够减震。减震结构可以包括开放形状，例如“C”、“S”或“Z”，或者闭合形状，例如圆形或矩形。柔性非金属层704可以作为预成型焊片或填料包括在减震导体的空隙区域内，以进一步抑制机械振动，从而进一步降低颤噪噪声。减震结构可以由铁和非铁导电材料或合金制成，其中合金42、Kovar、Invar、磷青铜或Cu适于展示本发明。减震结构的厚度的下限受到传导性和可制造性的限制。在一个实施方案中，预成型焊片具有被覆在其上的导体，该导体使得厚度接近导电性所需的原子层的数目。厚度为至少25.4μm(0.0001英寸)，并且厚度优选为0.0254mm(0.001英寸)至0.127mm(0.005英寸)以下，并且更优选为0.0635mm(0.0025英寸)以下，这适合于展示本发明。垂直于电路板测量的减震结构的高度或偏置高度优选为至少0.0254mm(0.001英寸)至0.127mm(0.005英寸)以下，并且更优选为0.0635mm(0.0025英寸厚)以下。
在本文中，基板或电路板不受特别地限制，包括FR4、聚酰亚胺、Kapton、PEEK的标准PCB材料或诸如Al2O3(氧化铝)或氧化钇稳定的氧化锆的电子级陶瓷适用于展示本发明。另一个考虑和设计形式使用铁合金(例如合金42、Invar或Kovar)或者非铁材料(例如Cu、磷青铜、BeCu)这两者中的一者。
特别优选的柔性非金属层选自以下材料，该材料选自FR4、全氟弹性体、聚酰亚胺、kapton、PEEK、诸如钇稳定的氧化锆或Al2O3(氧化铝)之类的电子级陶瓷等。
实施例：
塌落测试基于视觉观察，优选进行放大观察，其中在处理之后检查零件以查看MLCC是否在引线框架中移动或塌落。塌落表示回流处理已经导致结合到引线框架的完整性受到损害。MLCC在引线框架内的移动或目测到结合完整性的损失表明出现故障。
实施例1：聚合物焊料的机械牢固性
制造六十八个相同的堆叠，各堆叠具有2个MLCC，壳体尺寸为5.6mm×5.1mm(0.22英寸×0.20英寸)，各堆叠安装在公用引线框架中。将堆叠等分为两组，每组34个。在组1中，使用1mg的Sn/Sb焊料将引线框架附接到各MLCC上，Sn/Sb焊料具有91.5重量％的Sn和8.5重量％的Sb。在组2中，使用1mg的Sn/Sb聚合物焊料将引线框架附接到各MLCC上，Sn/Sb聚合物焊料具有91.5重量％的Sn和8.5重量％的Sb，Sn/Sb聚合物焊料为购自Henkel的10048-11A聚合物焊料。使各组件通过260℃的焊料回流炉三次，并且在每次通过之后检查零件以确定塌落的芯片的数目。结果示于表1中，其中在每次通过之后记录故障零件的累积数量。
表1
粘合剂类型 通过#1 通过#2 通过#3
组1 4 5 6
组2 0 0 0
表1中的结果表明，对于组1，4个零件在第一次通过中发生故障，并且另一零件在随后的通过中发生故障，而组2中没有一个零件发生故障。因此，与对照样品的焊料相比，聚合物焊料在高温下增加了额外的机械强度。
实施例2：TLPS的改进的机械牢固性
用镀银或镀锡的引线框架制造类似的堆叠，并且用购买的Cu基瞬时液相烧结粘合剂Ormet 328进行附接。样品没有显示出任何塌落或外部引线脱离。然后如美国专利No.6,704,189中所述进行负载测试，其中将堆叠置于炉中，将30g砝码附接在MLCC上并且悬挂在堆叠下方。温度以每步至少10℃升高到大于260℃，在各温度下停留10分钟。然后检查零件的塌落和/或外部引线脱离故障。在镀锡的外部引线框架的情况下，在360℃检测到故障，但是对于镀银的引线框架，在630℃首次检测到故障，这表明TLPS具有优异的高温机械性能。
实施例3：聚合物焊料的承温能力
使用相同的MLCC、相同的J引线和热压结合处理制造一百二十个J引线型堆叠。将样品分成每30个一组，每组使用不同体积的91.5/8.5Sn/Sb焊料(对于组3，为购买的Henkel92ADA1OODAP85V EU 2460)和聚合物焊料(对于组4，为购买的Henkel20048-11A，其包含相同焊料组合物)进行结合。然后使样品在不同温度通过不同的焊接炉三次。然后评估样品的零件塌落。结果示于图13中。在聚合物焊料样品中没有检测到塌落，表明在测试范围内具有更高的高温牢固性。聚合物焊料不能承受大于350℃的温度。
实施例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引线和热压结合处理制造J引线型堆叠。对照物是使用91.5/8.5Sn/Sb焊料(购买的Henkel92ADA100DAP85V EU 2460)制备的。使用包含相同的焊料组合物的聚合物焊料(购买的Henkel 20048-11A)制备组5。随后将样品用标准焊料组装到FR4板上，并且使用比焊接引线框架推荐的更快的温度斜率通过IR回流炉。检查样品的塌落或引线框架接触故障。在包含Sn/Sb焊料的样品中，15个样品中有9个出现故障，而聚合物焊料的15个样品中有0个出现故障，这表明在高速组装方面的牢固性增加。对零件进行相同的高速组装。
实施例5：热压结合
图14和15示出了使用TLPS Ag/Sn/Bi(购买的Ormet 701系列)以及Cu/Sn/Bi(购买的Ormet 280CE系列)，从而利用IR回流处理在镀银磷青铜的取样片之间进行结合从而实现的结合的显微照片。存在显著的空隙区域。图16为示出了热压结合处理之后的TLPS Cu/Sn/Bi的显微照片，图17为示出了热压结合处理之后的Cu/Sn/Bi的显微照片。在两种情况下都观察到致密的微结构。热压可以非常快速地实现，例如以2磅至10磅进行压缩小于5分钟。
以类似于实施例4的方式制备取样片。从该装置上悬挂30g砝码，从而在热压结合部位上施加应力。使该结合部位经受升高的温度。即使加热到850℃也没有观察到故障。
观察到，当使用购买的Ormet 701作为Cu/Sn/Bi TLPS，以及使用10/88/2Sn/Pb/Ag焊料进行引线附接时，TLPS保留在其沉积处，而焊料在加热时流动。当与外部引线附接使用时，焊料需要使用焊坝和抗蚀剂，而TLPS则不需要。这提供了显著的制造优点。
在有后续固化和没有后固化的各种条件下，使用热压结合将Ormet 701Cu/Sn/BiTLPS结合到无光泽的电镀Sn磷青铜取样片上。将这些结果与91.5Sn/8.5Sb焊料进行比较。在图18中，将样品A1在180℃加热20秒，没有后烧结，将样品B1在180℃加热15秒，在210℃后烧结20分钟。将样品C1在180℃加热20秒，在210℃后烧结30分钟。将样品D1在190℃加热20秒，没有后烧结。将样品E1在190℃加热20秒，在210℃后烧结15分钟。将样品F1在190℃加热20秒，在210℃后烧结30分钟。将样品G1在200℃加热20秒，没有后烧结。将品H1在200℃加热20秒，在210℃后烧结15分钟。将样品I1在200℃加热20秒，在210℃后烧结30分钟。将样品J1在200℃加热10秒，没有后烧结。将样品K1在230℃加热10秒，没有后烧结。将样品L1使用91.5Sn/8.5Sb焊料在210℃加热30分钟，以模拟后烧结。这些实施例表明，初始结合可以在较低温度下进行，并且结合强度可以通过后烧结显著增加。
实施例6：
通过在镀银取样片上使用Ormet 280CE Ag/Sn/Bi进行一组类似于实施例5的实验。结果示于图19中的柱状图中。在实施例中，外部引线呈现出超过焊料的剪切强度(以Kg计)，剪切强度由断裂峰值拉力测定，即使在热压缩处理中没有使用后固化也是如此。在各种情况下，样品在第一温度加热与预热一致的第一时间段，然后在三秒内将温度升高至第二温度，并且将样品在第二温度保持一段时间。在图19中，样品A2在140℃预热10秒，温度升高至300℃并且保持20秒。样品B2在140℃预热10秒，温度升高至300℃并且保持10秒。样品C2在140℃预热10秒，温度升高至300℃并且保持5秒。样品D2在140℃预热3秒，温度升高至300℃并且保持20秒。样品E2在140℃预热3秒，温度升高至300℃并且保持10秒。样品F2在140℃预热3秒，温度升高至300℃并且保持5秒。样品G2在140℃预热10秒，温度升高至280℃并且保持20秒。样品H2在140℃预热10秒，温度升高至280℃并且保持10秒。样品I2在140℃预热10秒，温度升高至280℃并且保持5秒。样品J2在140℃预热3秒，温度升高至280℃并且保持20秒。样品K2在140℃预热3秒，温度升高至280℃并且保持10秒。样品L2在140℃预热3秒，温度升高至280℃并且保持5秒。样品M2在140℃预热10秒，温度升高至260℃并且保持20秒。将样品N2在140℃预热10秒，升高至260℃并且保持10秒。样品O2在140℃预热10秒，温度升高至260℃并且保持5秒。样品P2在140℃预热3秒，将温度升高至260℃并且保持20秒。样品Q2在140℃预热3秒，温度升高至260℃并且保持10秒。样品R2在140℃预热3秒，温度升高至260℃并且保持5秒。样品S2在140℃预热10秒，升温至240℃并且保持20秒。样品T2在140℃预热10秒，温度升高至240℃并且保持10秒。样品U2在140℃预热10秒，温度升高至240℃并且保持5秒。样品V2在140℃预热3秒，温度升高至240℃并且保持20秒。样品W2在140℃预热3秒，温度升高至240℃并且保持10秒。样品X2在140℃预热3秒。温度升高至240℃并且保持5秒。样品Y2在140℃预热10秒，温度升高至220℃并且保持20秒。样品Z2在140℃预热10秒，温度升高至220℃并且保持10秒。样品AA2在140℃预热10秒，温度升高至220℃并且保持5秒。样品BB2在140℃预热3秒，温度升高至220℃并且保持20秒。样品CC2在140℃预热3秒，温度升高至220℃并且保持10秒。样品DD2在140℃预热3秒，温度升高至220℃并且保持5秒。实施例6的结果证明了时间温度对没有后烧结的TLPS处理的影响。
实施例7：TLPS端子
将TLPS Cu/Sn/Bi(购买的Ormet 701)固化到MLCC的镍基金属电极上，以直接在镍内部电极上形成端子。平均电容为0.32μF，类似于标准的高耐火端子材料的平均电容，表明已经在内部电极上形成了与连续导电通路的粘合。
实施例8：温度耐久性测试
为了测试粘合强度，根据美国专利No.6,704,189进行了负载测试，其中外部引线部分悬挂在空气中，将30克砝码附接在底部外部引线上。使悬挂部分和砝码经受升高的温度，直到通过外部引线的脱离而检测到故障。结果示于图20，其中聚合物焊料示出了比88Pb/10Sn/2Ag焊料显著更好的结合强度(其为温度的函数)。在图20中，使用88Pb/10Sn/2Ag焊料粘合组6。在组7中，用导电粘合剂粘合镍/锡引线。使用导电粘合剂将组8粘合到镍/金引线上。在中心焊点使用95Sn/5Ag焊料点并且在钉头处使用导电粘合剂，从而将组9粘合至镍/银引线。
根据MIL-STD-202G，方法211，测试条件A，程序3.1.3对类似的样品进行剪切强度测试，其中施加的负载是轴向施加到电容器端子的，并且增加力直到装置故障。结果示于图21中。在图21中，组10使用Sn95/Ag5的聚合物焊料点，使其回流，然后用导电粘合剂结合到镀银钉头上，并且进行后回流固化。组11使用Sn95/Ag5焊料，并且组12使用导电粘合剂以结合到镀银引线上。如所证明的，导电环氧树脂表现出小于3磅的不良剪切粘合力，导致用于加工的处理强度不足。
本发明样品在由外部引线悬挂30克砝码的情况下经受高于400℃的温度。如图21所示，导电粘合剂自身经受＞300℃的温度，但是在室温下呈现出不良的剪切粘合力。这对于在接合之后的零件的处理和操作是不可接受的，而这在子组件和电子装置的组装期间是常见的。剪切测试示出了可接受的室温剪切强度为＞3lbs。
实施例9：
通过现有技术中公知的处理来制造的具有基于锆酸钙的C0G介电陶瓷和镍内部电极的MLCC，该MLCC的壳体尺寸为2220，并且为0.47μF、50V额定的MLCC。这些MLCC使用包含玻璃熔块的铜厚膜糊剂进行端接。样品用两种不同类型的电解镀覆制成。在焙烧的铜端子上镀镍，然后在一种情况下镀铜，并且在另一种情况下镀银。将所有的镀层制成最小为5微米(200微英寸)。使用主要包含铜和锡金属颗粒的TLPS糊剂Ormet CS510，制作两种MLCC电镀类型的无铅堆叠。通过沿着待粘合的镀覆端子的上表面分散薄珠TLPS糊剂来制造堆叠。以这种方式，通过使用Ormet CS510沿着相邻电容器的端子进行4芯片堆叠的组装。将这些样品夹在组件中，并且使用Heller炉在氮气氛下加热至330℃的峰值温度，在大于300℃保持90秒。使用AEC-Q200-005 Rev A所述的测试方法，通过弯曲至10mm，将这些无引线堆叠的样品的面板弯曲性能与单个MLCC进行比较。以1mm/秒的速率施加弯曲，将2％的电容损失记录为故障。使用回流的锡铅(SnPb)焊料将样品连接到测试电路板上。镀铜零件和镀银零件的这些结果作为Weibull图分别在图22和23中示出。虽然堆叠性能比单个MLCC稍差，但用这两种类型镀覆制成的无引线堆叠的弯曲故障情况远好于AEC对C0G型MLCC所需的最小值3mm。
实施例10：
通过现有技术中公知的处理来制造具有基于钛酸钡的X7R电介质陶瓷和镍内部电极的MLCC，该MLCC的壳体尺寸为2220，并且为0.50μF、500V额定的MLCC。使用包含玻璃熔块的铜厚膜糊剂进行端接。然后对样品进行电解镍镀覆(最少50微英寸)，随后进行镀锡(最少100微英寸)。使用TLPS糊剂Ormet CS510，通过沿着待粘合的镀覆端子的上表面分散TLPS糊剂的薄珠来制造2个MLCC的无引线堆叠。将这些样品夹在组件中，并且使用Heller炉在氮气氛下加热至330℃的峰值温度，在大于300℃保持90秒。使用AEC-Q200-005 Rev A所述的测试方法，通过弯曲到10mm，将这些无引线堆叠的样品的面板弯曲性能与单个MLCC进行比较。以1mm/秒的速率施加弯曲，将2％的电容损失记录为故障。使用回流的锡-银-铜(SAC)焊料将样品连接到测试电路板上。这些结果作为Weibull图示于在图26中。无引线堆叠性能类似于单芯片MLCC，并且两者都远高于AEC对于X7R型MLCC所需的最小值2mm。图27示出了具有弯曲性的单个芯片的弯曲与具有弯曲性的2个芯片无引线堆叠的弯曲，并且弯曲的主要分布远大于6mm。
在实施例11中可以看出引线堆叠之间的进一步比较，该实施例比较了用SnSb焊料互连的引线堆叠的对照组与用TLPS(CS510)互连的引线堆叠的对照组的高温能力。
实施例11：
表2示出了TLPS材料CS510的高温能力，其中对照组由具有标准Cu/Ni/Sn端子、Sn的引线框架精加工以及用标准SnSb焊料的端接的电容器堆叠和引线框架的电容构建。测试组示出了使用各种电容器端子金属化和不同引线框架表面精加工以及无电容器端子和使用CS510 TLPS互连，以在内部电极和引线框架之间进行电连接和机械连接的结果。从表2可以看出，当加热对照组并且悬挂有30克砝码时，对照组在230℃至235℃的温度范围内发生故障。对于用Ormet CS510制成的样品，无论包括非端接电容器在内的电容器端子金属化类型如何，都达到了600C的测试极限，并且没有故障。唯一的例外是在端子和引线框架表面这两者上都使用Sn的测试组，该组在420℃至450℃的温度范围内表现出故障。
表2：比较用悬挂砝码测试
Figure BDA0002380827010000341
实施例12：
在图25中示出了本发明的实施方案的比较，并且与图24中示出的两个电镀取样片进行了比较。在图24中示出了两个铜取样片，其中一个用Ni镀覆并且用Ag外镀，并且第二个铜取样片用Ni镀覆并且用Ag外镀然后用In外镀。然后将两个取样片面对面放置并且加热以引发铟的扩散。在处理之后，对两个取样片进行剪切测试并且拉伸，直到发生接头故障。结果表明需要配合零件之间的紧密接触表面以确保最大的接头强度和均匀的扩散。在图24中的箭头表示接头区域中发生了扩散的独立接触点。接头表面积为3.81mm×3.81mm(0.150"×0.150")的正方形或为14.52mm2(0.0225in2)，并且接头剪切强度为266psi。然而，估计有20％的表面接触面积。这清楚地表明需要配合表面之间的紧密接触以便使接头强度最大化。
图25示出了与图24所示的取样片相同类型的取样片，其镀覆有2.5微米(100微英寸)的Ni和5微米(200微英寸)的Ag，并且使用In糊剂粘合到第二个类似取样片上。表面覆盖率为100％并且是均匀的，并且记录的剪切强度为9000psi。组装、处理和剪切方法完全相同，因此证明了试图将两个非平面表面粘合在一起与使用铟糊剂将两个非平面表面粘合在一起的差异。
已经参考优选实施方案描述了本发明，但本发明不限于此。本领域技术人员将认识到没有具体阐述但在形成本申请的整体部分的所附权利要求的范围内的其他实施方案和变化。

Claims (65)

1.一种电子组件堆叠，包括：
至少一个多层陶瓷电容器，包括：
交替平行地布置的第一电极和第二电极，电介质在相邻的所述第一电极和所述第二电极之间，其中所述第一电极具有第一极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第一侧，并且所述第二电极具有第二极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第二侧；
位于所述第一侧上并且与各所述第一电极电接触的第一瞬时液相烧结相容材料；
位于所述第二侧上并且与各所述第二电极电接触的第二瞬时液相烧结相容材料；
电子元件，包括：
第一外部端子，包括位于所述第一外部端子上的第三瞬时液相烧结相容材料；以及
第二外部端子，包括位于所述第二外部端子上的第四瞬时液相烧结相容材料；以及
位于所述第一瞬时液相烧结相容材料和所述第三瞬时液相烧结相容材料之间的冶金结合。
2.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，进一步包括在所述第一侧和所述第一瞬时液相烧结导电层之间或者在所述第一外部端子和所述第三瞬时液相烧结相容材料之间中的至少一者的导电层。
3.根据权利要求2所述的电子组件堆叠，其中所述第一瞬时液相烧结相容材料层或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者包含选自铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒或钋、铅中的至少一种低熔点金属。
4.根据权利要求2所述的电子组件堆叠，其中所述导电层包含选自由银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组中的高温金属。
5.根据权利要求2所述的电子组件堆叠，其中所述导电层包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。
6.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，其中所述多层陶瓷电容器进一步包括外部端子。
7.根据权利要求6所述的电子组件堆叠，其中所述外部端子或所述第一外部端子中的至少一者包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。
8.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，进一步包括引线框架。
9.根据权利要求8所述的电子组件堆叠，其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结材料中的至少一者包含低熔点金属，其中所述低熔点金属扩散到所述引线框架中。
10.根据权利要求9所述的电子组件堆叠，其中所述低熔点金属也扩散到所述第一电极中。
11.根据权利要求8所述的电子组件堆叠，其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者进一步包含高熔点金属。
12.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，其中所述第一瞬时烧结导电层进一步包括非金属填料。
13.根据权利要求12所述的电子组件堆叠，其中所述非金属填料为玻璃熔块。
14.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，进一步包括与所述第一瞬时液相烧结相容材料和所述第三瞬时液相烧结相容材料电接触的第一引线框架。
15.根据权利要求14所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线框架包含选自由磷青铜、铜和铁合金组成的组中的材料。
16.根据权利要求15所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。
17.根据权利要求14所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线框架包含选自由铍铜、Cu194和Cu192组成的组中的材料。
18.根据权利要求17所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。
19.根据权利要求14所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线包含选自由铜合金、合金42和Kovar组成的组中的材料。
20.根据权利要求19所述的电子组件堆叠，其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。
21.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者包含低熔点金属和高熔点金属。
22.根据权利要求21所述的电子组件堆叠，其中所述低熔点金属扩散到所述高熔点金属和所述第一电极这两者中。
23.根据权利要求21所述的电子组件堆叠，其中所述低熔点金属选自由铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋和铅组成的组。
24.根据权利要求21所述的电子组件堆叠，其中所述高熔点金属选自由银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组。
25.根据权利要求21所述的电子组件堆叠，其中所述低熔点金属选自由铟、锡或铋组成的组，并且所述高熔点金属选自由银、铜或镍组成的组。
26.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，进一步包括位于相邻的多层陶瓷电容器之间的绝缘体。
27.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，进一步包括牺牲芯片。
28.根据权利要求1所述的电子组件堆叠，其中所述电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。
29.根据权利要求28所述的电子组件堆叠，其中所述电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器和集成电路组成的组。
30.一种电子组件堆叠，包括：
包括至少两个电子元件的堆叠，其中所述电子元件中的各电子元件包括第一外部端子和第二外部端子；以及
位于相邻电子元件的各所述第一外部端子之间并且与相邻电子元件的各所述第一外部端子电接触的瞬时液相烧结粘合剂。
31.根据权利要求27所述的电子组件堆叠，其中各电子元件独立地选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。
32.根据权利要求31所述的电子组件堆叠，其中各电子元件独立地选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器和集成电路组成的组。
33.根据权利要求30所述的电子组件堆叠，其中至少一个所述电子元件为MLCC。
34.根据权利要求33所述的电子组件堆叠，其中所述MLCC包括由电介质隔开的第一电极和第二电极，其中所述第一电极端接于所述第一外部端子，并且所述第二电极端接于所述第二外部端子。
35.根据权利要求34所述的电子组件堆叠，其中所述MLCC至少进一步包括选自浮动电极和屏蔽电极的导体。
36.根据权利要求35所述的电子组件堆叠，其中所述浮动电极选自由外部浮动电极和内部浮动电极组成的组。
37.根据权利要求36所述的电子组件堆叠，其中所述内部浮动电极与所述第一电极中的至少一个第一电极共面。
38.根据权利要求30的电子组件堆叠，其中至少一个所述第一外部端子包含选自由Ni、Ag、Sn、Au、Cu、Al和SnPb组成的组的金属。
39.根据权利要求30所述的电子组件堆叠，其中至少一个所述第一外部端子包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。
40.根据权利要求30所述的电子组件堆叠，包括在堆叠中的多达50个电子元件。
41.根据权利要求30所述的电子组件堆叠，进一步包括与各所述第一外部端子电接触的引线。
42.根据权利要求30所述的电子组件堆叠，进一步包括牺牲芯片。
43.一种电子装置，包括权利要求30所述的电子组件堆叠。
44.一种电子组件堆叠，包括：
MLCC，其中所述MLCC包括电容器第一外部端子和电容器第二外部端子；
至少一个电子元件，该电子元件与所述MLCC相邻并且与所述MLCC形成堆叠，其中各电子元件包括第一元件外部端子和第二元件外部端子，其中所述电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组；以及
位于所述第一电容器外部端子和所述第一元件外部端子之间并且与所述第一电容器外部端子和所述第一第一元件外部端子电接触的瞬时液相烧结粘合剂。
45.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，其中所述MLCC包括由电介质隔开的第一电极和第二电极，其中所述第一电极端接于所述第一外部端子，并且所述第二电极端接于所述第二外部端子。
46.根据权利要求45所述的电子组件堆叠，其中所述MLCC至少进一步包括选自浮动电极和屏蔽电极的导体。
47.根据权利要求46所述的电子组件堆叠，其中所述浮动电极选自由外部浮动电极和内部浮动电极组成的组。
48.根据权利要求47所述的电子组件堆叠，其中所述内部浮动电极与所述第一电极中的至少一个第一电极共面。
49.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，其中至少一个所述第一外部端子包含选自由Ni、Ag、Sn、Au、Cu、Al和SnPb组成的组中的金属。
50.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，其中至少一个所述第一外部端子包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。
51.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，其中在堆叠中包括多达50个电子元件。
52.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，进一步包括与各所述第一外部端子电接触的引线。
53.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，其中各电子元件独立地选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器和集成电路组成的组。
54.根据权利要求44所述的电子组件堆叠，进一步包括牺牲芯片。
55.一种电子装置，包括权利要求44所述的电子组件堆叠。
56.一种用于形成电子元件的方法，包括：
形成包括第一电容器外部端子和第二电容器外部端子的MLCC；
形成包括第一元件外部端子和第二元件外部端子的电子元件；以及
将所述MLCC和所述电子元件布置在堆叠中，在所述第一电容器外部端子和所述第一元件外部端子之间为TLPS粘合。
57.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，进一步包括：
在所述堆叠中布置多个电子元件，在相邻的第一元件外部端子之间为TLPS粘合。
58.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，其中所述电子元件中的各电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。
59.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，其中所述电子元件中的各电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器和集成电路组成的组。
60.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，其中所述MLCC包括由电介质隔开的第一电极和第二电极，其中所述第一电极端接于所述第一外部端子，并且所述第二电极端接于所述第二外部端子。
61.根据权利要求60所述的用于形成电子元件的方法，其中所述MLCC至少进一步包括选自浮动电极和屏蔽电极的导体。
62.根据权利要求61所述的用于形成电子元件的方法，其中所述浮动电极选自由外部浮动电极和内部浮动电极组成的组。
63.根据权利要求62所述的用于形成电子元件的方法，其中所述内部浮动电极与所述第一电极中的至少一个第一电极共面。
64.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，其中至少一个所述第一外部端子包含选自由Ni、Ag、Sn、Au、Cu、Al和SnPb组成的组中的金属。
65.根据权利要求56所述的用于形成电子元件的方法，其中至少一个所述第一外部端子包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。
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