JP7250517B2 - バルクｍｌｃｃコンデンサモジュール - Google Patents

Description

本発明は電子部品のパッケージング技術に関する。より具体的には、本発明は多様な電子部品を含んで電子回路アセンブリに組み込むことができる特定の機能を提供する電子部品パッケージやモジュールに関する。より具体的には、本発明は電子回路取付け用の単一のカプセル化されたパッケージ内アレイにおいて、特に積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）を含む多様な部品をリードや基板等の部品キャリア部材に取り付ける高温導電性インターコネクト部材の使用に関する。

電子部品パッケージは、リードレスチップキャリア（ＬＣＣＣ）、プラスチックリード付きチップキャリア（ＰＬＣＣ）、ＴＯ－２２０等のトランジスタアウトライン、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ），クワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ），シングルインラインパッケージ（ＳＩＰ），デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）等の形で、集積回路のようなオーバーモールドされた単一のアクティブデバイスと共に存在する。より具体的には、コンデンサパッケージは積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）として単一のＭＬＣＣを備えたアキシャルリード付きパッケージ及び単一のＭＬＣＣを備えたラジアルリード付きパッケージの形で存在する。アキシャル及びラジアルＭＬＣＣパッケージは既存のパッケージデザインのフォームファクタ要件を満たすことのできる単一ＭＬＣＣの最大外形に基づく限界容量を有する。多様なコンデンサを含む他のコンデンサパッケージはＭＬＣＣスタックの形状で存在する。これらＭＬＣＣスタックパッケージはＭＬＣＣの外部終端の端部に付けられたリードを備えた多数の同一サイズ及び容量のコンデンサのＭＬＣＣを含んでいる。コンデンサスタックパッケージの合計の容量はスタックに使われている特定の部品の倍数となる。

回路デザインの容量に対する要求が単一ＭＬＣＣを超える場合、回路基板には多数のコンデンサを置く必要があるか又は異なる種類のコンデンサが選択されねばならない。過剰なコンデンサの載置は大きな回路基板スペースと余分なアセンブリ時間を必要とし、その両方が小型化と効率化への要求の流れに逆行する。代替のコンデンサを選択するとＭＬＣＣに備わる優れた電気性能が満たされず、しかもその優れた電気性能は近年の電子回路において通常望まれるものである。従って高容量かつ個別に配置される部品より少ない基板スペースで済み、アセンブリ時間が単一部品の配置に要する時間と同等のＭＬＣＣスタックパッケージが導入されている。しかしＭＬＣＣはスタックされているので各個のＭＬＣＣの終端が隣接するＭＬＣＣの外部終端の端部とインターフェイスするには、それらが同一のケースサイズである必要がある。リード付きＭＬＣＣスタックの場合、ＭＬＣＣ終端の端面に接続されるリードにインターフェイスするには、個々のＭＬＣＣサイズが同一である必要がある。

ＭＬＣＣは高振動及び／又は高温環境下に置かれると基板の屈曲によって亀裂が形成され故障状態に陥る。電子回路の設計においてリード付きＭＬＣＣパッケージがしばしば必要とされるが、その場合リードが基板のたわみをＭＬＣＣから隔てることでＭＬＣＣに到達する応力を軽減している。しかしながら、製造プロセスに固有のＭＬＣＣにおける上記リード取付けインターフェイス、サイズ、形状のバラツキによりリード付きスタックのアセンブリに対して制限がある。

従って、基板応力を隔離し、所定の設置面積に対し高い容量を提供し、既存のデザインよりも制限が少ない製造を可能とする多様なリード付きＭＬＣＣパッケージが、制限されたスペース要件及び／又は過酷な環境下の回路レイアウトでの使用のためにさらに要望されている。当業者はパッケージされる部品が共通のサイズであることを必要としない多様な単独部品を内蔵する電子部品パッケージを努力しつつもなお追求している。その技術の進歩をここに提供する。

本発明の目的はパッケージのフォームファクタのバラツキやパッケージ内の部品コンテンツのバラツキを許容する、特にＭＬＣＣを含む多様な部品を内蔵する電子部品パッケージの代替方法を提供することである。

本発明の別の目的は多数の積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）を組み合わせてスタックアレイを形成する方法を提供し、現行の標準ＳＭＴアセンブリ技術と機器を使って取扱うことができる単一の大容量の部品を提供することである。

本発明の具体的特徴は、異なる形状、サイズの部品が共通にパッケージされる一方、単一部品相当の設置面積を維持する電子部品パッケージを提供できることである。

これらの利点は、理解されるように、各電子部品が少なくとも一つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端及び少なくとも一つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端を含む多数の電子部品からなるモジュールに備わっている。第１リードは第１インターコネクトによって第１長手方向縁部に接続され、第２リードは第２インターコネクトによって第２長手方向縁部に接続される。

モジュールを形成する方法として別の実施例が提供される。その方法は：
各電子部品が少なくとも一つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端及び少なくとも一つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端を含む多数の電子部品を備え；
第１リードと第１長手方向縁部との間の第１インターコネクトにより第１長手方向縁部に接触するように第１のリードを配置し；
第２リードと第２長手方向縁部との間の第２インターコネクトにより第２長手方向縁部に接触するように第２のリードを配置し；及び第１インターコネクトと第２インターコネクトの接合を加熱形成することを含む。

さらに別の実施例は、第１導電性部分及び第２導電性部分を含むキャリア部材及び各電子部品が少なくとも一つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端及び少なくとも一つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端を含む多数の電子部品を含むモジュールに提供される。第１電子部品の第１長手方向縁部は第１インターコネクトによって第１導電性部分に接続され第１電子部品の第２長手方向縁部は第２インターコネクトによって第２導電性部分に接続される。

モジュールを形成する方法に提供されるさらに別の実施例は：
各電子部品が少なくとも一つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端及び少なくとも一つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端を含む多数の電子部品を備え；
第１導体と第１長手方向縁部との間の第１インターコネクトにより第１長手方向縁部と接触するように第１導体を配置し；
第２導体と第２長手方向縁部との間の第２インターコネクトにより第２長手方向縁部と接触するように第２導体を配置し；及び
第１インターコネクトと第２インターコネクトの接合を加熱形成することを含む。

本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の概略部分破断底面図である。 本発明の実施例の概略部分破断上面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明の実施例の概略部分破断上面図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明のリードの概略部分破断図である。 本発明のリードの概略部分破断図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明の実施例の概略部分破断上面図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明のリードの概略図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。 本発明の実施例の概略部分破断側面図である。 本発明の実施例の電気配線図である。 外部終端の長手方向セクションと端面セクションとが区分された電子部品の概略図である。 本発明の実施例の概略上面図である。 本発明の実施例の概略端面図である。 本発明の実施例の概略側面図である。 本発明の実施例の概略端面図である。 本発明の実施例の概略上面図である。 本発明の実施例の概略部分破断端面図である。

本発明は多様な部品を含む電子部品パッケージに関し、好ましくは共通の終端部を有する積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）を含む受動部品に関する。より具体的には、本発明は部品のサイズ、形状、機能が異なってもよいが共通に終端する電子部品パッケージやモジュールに関する。

電子部品の少なくとも一部の外部終端は、カプセル化／オーバーモールディングや電子回路アセンブリに使用するハウジングの予備成形リードフレームの有無にかかわらず、高温導電性インターフェイス部材や接着剤によりリードや基板の導電性トレース等のキャリア部材に共通に接続される。キャリア部材は表面実装部品（ＳＭＤ）やスルーホール実装部品をプリント基板（ＰＣＢ）に実装するために形成される。部品コンテンツ及びキャリア部材は特定の電子回路のデザイン要件を満たすカスタムパッケージデザインを提供するために変更が可能である。

多数のＭＬＣＣ等多数部品を共通の電子部品パッケージ内で組み合わせることにより、単一部品を使用する場合に利用できる数値を超えて容量等の機能を拡張するとともに、同等の単一個体の部品を使用する場合に比べて電子回路中の設置面積を減少できる。例えばＭＬＣＣを利用する場合パッケージの全体の容量は、パッケージ内のＭＬＣＣの数と各個のＭＬＣＣの容量で決まる。本発明はパッケージ内の電子部品の数や混合のバラツキのみならず同じパッケージ内の部品の外形サイズのバラツキについても許容する。これによって、パッケージ内の機能を変える能力を高めてパッケージをデザインすることが可能となり、例えばＭＬＣＣを利用する場合に特有の全体容量を提供する無比の機会を与える。またこれにより、他の、好ましくは受動部品の使用が可能となり、所定の空間内で利用できる機能が拡張する。

電子部品パッケージを形成するための部品取り付け方法は、その後の部品のハンドリングやアセンブリを行う間のパッケージの保全ために重要である。遷移的液相焼結法（ＴＬＰＳ）インターコネクト材料の形で高温インターコネクト部材を使用することにより、電子アセンブリとも呼ばれる電子部品パッケージが後続するオーバーモールディングやはんだ付けの高温プロセスに耐えることができ、それによって該電子部品パッケージが過酷な電子回路の環境に耐えることができる。高温はんだや導電性エポキシ樹脂等の他のインターコネクト材料も部品取り付けに使われるが、その適用範囲は制限される。個々の部品、特にＭＬＣＣを、ＭＬＣＣの外部終端の端面に沿って接触させる従来技術の接触のさせ方ではなく、通常の表面実装型デバイス（ＳＭＤ）と同じ方向付けで部品の外部終端の側面即ち長手方向面に接触させてキャリア部材に取り付けることによって、全ての部品が同じサイズである要件を無くす。この取付け方によって、多数のＭＬＣＣ又は他の部品を個々の部品よりもパッケージの外形を小さくしてラジアルパッケージの形でアセンブルできる。これはリードが単一ＭＬＣＣの終端の端面にはんだ付けされるラジアルパッケージの従来技術とは異なる。この取付け方によって、部品をリードフレーム又は基板の対向する両面にアセンブルすることも可能になる。本発明において、端面にリード又は基板が取り付けられていない長手方向の面にリード又は基板が取り付けられることが望ましい。

米国特許第６，７２１，１６３；８，９８８，８５７；８，８７３，２１９；６，９５８，８９９；６，９４０，７０８号及び米国特許出願公開第２０１００２４３３０７号に記載のように、従来技術の多数のＭＬＣＣモジュールは主としてリードがコンデンサの終端に取り付けられるスタック形状である。これによりリードとのインターフェイスを強固にするためにコンデンサはサイズによって分類されることが必要になる。本発明は、リードが部品の外部終端の長手方向の面に取り付けられるので、コンデンサや他の集積部品をサイズで分類する必要性を無くしている。第２部品のスタックは第１部品の外部終端を介して終端するのでさらに部品をサイズで振り分ける必要がない。従来技術と異なり本発明はリードや基板の対向する両面で部品がアセンブルされるので、ＭＬＣＣなどの多数の部品をパッケージングするためのより効率的な方法を提供する。本発明はさらに分類されていないサイズの部品をスタックし部品の向きを垂直方向にリード又は基板にアセンブルすることを可能にする。

本発明の別の利点は、同じ電子部品パッケージ内に異なるケースサイズの部品をアセンブルしてモジュールの機能をより自由にできることである。本発明のさらなる利点は、ＭＬＣＣ、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、集積回路等のディスクリート電子部品の組合せを共通の電子部品パッケージの中に組み込んでカスタム電子モジュールを作れることである。電子部品の少なくとも１つが、ＭＬＣＣ、より好ましくは部品の全てがＭＬＣＣであることが好ましい。スマートコンデンサの従来技術は米国特許第８，９０４，６０９号及び８，２６４，８１６号に記載されるようにディスクリート部品を使用するのではなくアルミナ基板に印刷厚膜材料を組合せてヒューズと抵抗を形成する。他の従来技術は米国特許出願公開第２０１４０２３８７３２，２０１４０２４０９４１，２０１４０２４００８１，２０１４０２４０９４２及び２０１４０２４０８８５号等に記載のように、リードフレームを使ってＭＬＣＣ付きヒューズを提供している。ディスクリート部品の使用はモジュールのデザインを複雑にすることなくパッケージのアセンブリの自由度を拡張可能にする。ディスクリート部品の数値は迅速かつ簡単に変更ができ、コストに大きな影響を与えることなく回路設計の要件を満たすことができる。

本発明はさらに、現在の処理技術と市販のアセンブリ装置を使ったアセンブリ法を可能にする。これによってリーズナブルな投資コストと実施タイミングが可能になる。

電子部品パッケージは、リードや基板等のキャリア部材に取り付けられる多数の部品及び好ましくは少なくとも１つのコンデンサを含み、スルーホール、コンプライアントピン、表面実装技術あるいは他のインターコネクト方法のいずれかを使って電子回路における取り付け方法を提供する。

ＭＬＣＣは第１外部終端に接触する第１平面内部電極層を含む。第２平面内部電極層は第１平面内部電極と交互に配置され、第２平面内部電極が第２外部終端と接触する。誘電体層は第１平面内部電極を第２平面内部電極から隔離する。第１及び第２平面内部電極の数及び部品外形サイズがデバイスの容量値を決定する。ＭＬＣＣの製造と構造は当業者に周知なのでここでこれ以上の説明は必要ではない。

本発明は様々な図面を参照して一体型の限定されない部品の形成について開示する。開示を通して同じ要素には同じ番号が付されている。

本発明の一実施例を、図１、２を参照して説明すると、図１が電子部品パッケージ１００の概略部分破断側面図を、図２がその概略部分破断端面図を示す。電子部品１は個々にＭＬＣＣ、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、又は集積回路を表し；外部終端２を含み、外部終端は少なくとも１つの長手方向縁部を備え、好ましくは部品のそれぞれの側に長手方向縁部を備える。インターコネクト部材３は、好ましくは遷移的液相焼結法（ＴＬＰＳ）による導電性インターコネクト材料から選択され、各電子部品の外部終端２の長手方向縁部に沿うことによってキャリア部材であるフラットなリードフレーム４を各電子部品の整列された外部終端に電気的に接続する。フラットリードフレームは、好ましくはメッキした鉄又は非鉄材からなる。リードフレームは、好ましくはスルーホールアセンブリ用スタンドオフ５を設けている。全体の電子部品パッケージは、好ましくはスタンドオフ５とリードフレーム４の端部を除いてカプセル化６されている。リードフレームの厚さは一定であっても良いし、又は、部品取り付け領域が薄くなるように加工や鋳造を行ってもよい。各個のＭＬＣＣ部品の容量のバラツキに加え、多数のＭＬＣＣが使われる場合は、パッケージ内にアセンブルされる部品数は、電子部品パッケージに加えられてさらにパッケージ全体の機能を規定する、追加電子部品１^ｎによって変動する。図１、２及び他の図面において、１^ｎによって表される追加の電子部品は、２から１００までの整数を示す上付きの「ｎ」が追加の電子部品の整数を示している。本発明の目的のため、長手方向縁部とは図２１に「Ｌ」として図示される好ましくは同一平面状の側面であり、図２１に「Ｅ」として図示される好ましくは平行ではあるが同一平面状ではない端面とは区別される。

図３－６を参照する本発明の実施例において、一般的な電子部品パッケージ１０１の概略が表されている。図３は該電子部品パッケージの部分破断側面図であり、図４はその部分破断底面図であり、図５はその部分破断上面図であり、図６はその部分破断端面図である。図３－６の各電子部品１は個別にＭＬＣＣ、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、あるいは集積回路を表しており、それぞれの側に外部終端２を含み、外部終端２は、その長手方向縁部に沿って好ましくはＴＬＰＳから選択されたインターコネクト部材３により丸形リード１１に電気的に接着される。図６に示すように、長い方の長手方向面がリードであるキャリア部材に実装されても良いし、あるいは他の図が示すように短い方の長手方向面がリードに実装されても良い。丸形リード１１として表されるキャリア部材は、好ましくは鋳造されたフラットな端子パッド１２とスルーホールアセンブリ用スタンドオフ１３とを備えるメッキされた鉄又は非鉄材である。スタンドオフと丸形リードの端部を除く全体の電子部品パッケージはカプセル化６されることが好ましい。パッケージにアセンブルされる部品の数と種類は２から１００まで変更でき、パッケージの全体容量を規定し、追加の機能を提供する。

図７－９を参照する本発明の実施例において、一般的な電子部品パッケージ１０２の概略が表されている。図７は該電子部品パッケージの概略部分破断端面を表し、図８はその部分破断上面を表し、図９はその部分破断側面を表す。各電子部品１はそれぞれの側に外部終端を有し、外部終端には少なくとも１つの長手方向縁部、好ましくはそれぞれの側に長手方向縁部を備える。１^２，１^４，１^ｍで表される１列の電子部品については、外部終端の長手方向縁部は、該外部終端２の長手方向縁部に沿って好ましくはＴＬＰＳから選択されたインターコネクト部材３によりリード１９として表されるキャリア部材に電気的に接触する。１^１，１^３，１^ｎで表される次の列の電子部品については、その外部終端の長手方向縁部は前記第１列の電子部品の外部終端の隣接する長手方向縁部にインターコネクト部材により取り付けられる。リードは、スルーホールアセンブリ用スタンドオフ２０を含むメッキされた鉄又は非鉄材からなるフラットなリードフレームであることが好ましい。スタンドオフとリードの端部を除く全体の電子部品パッケージは、コーティング、予備成形ハウジングのポッティング、又は当技術分野で周知の他のカプセル方式によりカプセル化６されることが好ましい。図７－９で示すように、本発明の利点は、部品を垂直かつ水平に、行方向かつ列方向に、インターコネクトによって隣接する長手方向縁部を接合することによって、電子部品パッケージ内に含める部品の数を増やすことができる点にある。行および列の数はアセンブリに１００個までの部品を含めることができる程大きく取れることが理解されるだろう。図７－９に開示するスタンドオフの代わりに概略を図１０に示すようにリードに平行に伸びるフット１５付きのリード１９を使用する、電子部品パッケージ用表面実装リードを提供できる。別のオプションとして概略を図１０ａに示すように機械的な取付けのためのコンプライアントピンリードを設けても良い。

図１１－１３を参照して説明する本発明の実施例において、図１１が電子部品パッケージ１０３の概略部分破断端面図、図１２がその部分破断上面図、図１３がその部分破断側面図を表している。図１１－１３において、サイズが異なる電子部品１が示されており、各部品は対向する両面に外部終端２を含み各外部終端は少なくとも１つの長手方向縁部好ましくは複数の長手方向縁部を備えている。側面オフセットリードフレーム２２によって表されるキャリア部材は側面に段差を有するので、水平にスタックされた長さの異なる電子部品を段差に沿って配置できる。ここで定義する側面オフセットは、電子部品が実装される基板に平行な面におけるオフセットと定義される。側面オフセットリードフレームは図１０で説明されたフットが使えるとの理解のもとでオプショナルのスタンドオフ２１とともに図示されている。それぞれの側の第１列の外部終端は側面オフセットリードフレームと好ましくはＴＬＰＳから選択されたインターコネクト部材３により外部終端２の長手方向縁部に沿って電気的に接触している。側面オフセットリードフレームは、同じ電子部品パッケージ内に異なるサイズの電子部品アレイを可能にする。スタンドオフとリードの端部を除く全体の電子部品はカプセル化６されることが好ましい。図１８に示す実施例において電子部品の短辺がリードフレーム６３に実装され、リードフレームはフット６４を有している。各実施例では、電子部品は長辺又は短辺のいずれかをキャリア部材に電気的に接触させるか又はその組み合わせで実装される。図１１，１２，１３，１８及び他の図面で説明される実施例では、明確にするための具体的な図示はないが、追加の列及び行は外部終端の隣接する長手方向縁部をインターコネクト部材で接合することにより加えることができる。

本発明の一実施例を、図１４、１５を参照して説明する。図１４は電子部品パッケージ１０４の概略部分破断側面図であり、図１５は概略部分破断端面図である。図１４、１５において、キャリア部材としての水平オフセットリードフレーム２４は、異なる細部の電子部品を収容するために用いる。図１６は切り離した水平オフセットリードフレームの概略側面図を示している。ここに定義する水平オフセットとは、電子部品が実装される基板に垂直な面のオフセットである。

図１７は本発明の一実施例の概略部分破断側面図であり、フラットなリードフレーム４として表されたキャリア部材は図１に対して記載され、電子部品パッケージの電子部品の一部と電気的に接触するキャリア部材としての第２フラットリードフレーム４１と組み合わされる。例えばリードフレーム４は異なる機能を有する各リードフレーム４１により接地され得る。直にあるいは隣接する部品の長手方向縁部を介してリード４及び選択されたリード４１と電気的に接触するように配置される追加の部品によって、追加の機能を組み込むことができることが理解されるであろう。

本発明の利点は基板から垂直に伸びる各スタックが他のスタックによって高さの制限を受けないことである。

別のオプションは図１８に示すように部品を短辺側終端を介してリードに実装することである。部品２はキャリア部材であるリードフレーム６３のフラットな表面に接合される。接合用リードフレームがこのようにして小型化される。

図１９を参照して記載する本発明の一実施例において、キャリア部材である複数の水平オフセットリードフレームを使って多様な機能を備えた電子部品パッケージを形成する。図１９において電子部品パッケージ１０５が第１部品８６を含み、水平オフセットリードフレームが各外部終端２８６、２８７と電気的に接触する。一方の水平オフセットリードフレーム８１は第２部品８７の外部終端２８９にも電気的に接触する。別の水平オフセットリードフレームは部品８６の外部終端２８６及び部品８８の外部終端２９１に電気的に接触する。水平オフセットリードフレーム８２は部品８７の外部終端２９０及び部品８８の外部終端２９２に電気的に接触する。図１９から分かるように、オフセットの度合いは使用される部品に応じて変わり、従って利用できる部品の組合せ数は非常に大きくなる。それに限定されない例によれば、部品８６がＭＬＣＣ、部品８７がダイオード、部品８８が抵抗の場合、電子部品パッケージは図２０に示す電気配線図８９で準備できる。

図２２－２４を参照して記載する本発明の一実施例において、図２２が上面図を表し、図２３が端面図を表し、図２４が側面図を表している。図２２－２４において、電子部品１は一方に長手方向縁部を、好ましくは部品のそれぞれの側に長手方向縁部を備えた外部終端２を含む。インターコネクト部材３が第１列の各電子部品１の各外部終端２の長手方向縁部をキャリア部材である基板２００の回路トレース２０２に電気的に接続する。次に続く列における各電子部品の各外部終端の長手方向縁部は、インターコネクト部材３により基板により近い隣接する外部終端に取り付けられる。従って電子部品は基板に平行に並ぶ行及び基板に垂直に並ぶ列として定義され、それによって小さな設置面積に多数の電子部品を収容できる。電子部品と反対側の基板上のはんだパッド２０４により基板が表面実装され、それによって単一部品として機能する多数の電子部品を有する標準表面実装アセンブリ用の単一の表面実装デバイスを提供する。

本発明の一実施例を図２５の側面図を参照して説明する。図２５において、基板２００で表されるキャリア部材はその両面に回路トレース２０２を有する。電子部品の外部終端２の第１列はインターコネクト部材３に電気的に接触し、各後続する列は図２２－２４に対して説明したようにインターコネクト部材を介して基板により近い隣接する電子部品に取り付けられる。行及び列の数は基板のいずれの側においても大きくできることが明らかである。

本発明の一実施例を図２６を参照して説明する。図２６において大きな第１電子部品１^１と小さな第２電子部品１^２が表されており、各電子部品の外部終端２間距離の相違を調整するために、回路トレース２０２の直線性を逸脱させている。スタック中の共通サイズの電子部品数をかなり大きくできるとともに、直線性を逸脱する回路トレースが多数の逸脱箇所を有することで回路トレースの長さに渡って数多くの部品サイズを調整できることは前述の説明から明らかである。

図２７に説明する本発明の一実施例において、上述の行列に配置された多様な電子部品からなる電子デバイス２０６は、基板２００の回路トレース２０２を含むキャリア部材に取り付けられ、最下端の電子部品の外部終端２は、インターコネクト部材３を介して回路トレースに接着され電気的に接続されている。回路トレースに電気的に接触するピン２０８は、電子デバイスが第２基板にピン実装されることを可能にする。ピンを除く全体の電子デバイスはカプセル化６されても良いし、又は高温プラスチックオーバーモールドリードフレームに覆われても良い。

キャリア部材は高温ガラス繊維強化ポリエステル（ＦＲＰ）プリント回路基板（ＰＣＢ）、セラミック（アルミナ）、ポリイミドラミネート、絶縁金属基板（ＩＭＳ）、高温定格被メッキプラスチック、又は高温プラスチックオーバーモールドリードフレームの単一基板材料を含む。上記キャリア部材は部品スタック間に導体を提供する追加の機能を備え、従来技術に勝る利点を提供する。

電子部品パッケージは好ましくはＭＬＣＣを含む多数の電子部品を含み、それらはスルーホール又は表面実装技術のいずれかによって電子回路への取り付けを可能とするキャリア部材へ取り付けられる。ＭＬＣＣは第１外部終端と接触する第１平面内部電極層を含む。第２内部平面電極層は第１内部平面電極層と交互に配置され第２内部平面電極が第２外部終端と接触する。誘電体層が第１内部平面電極を第２層内部平面電極から隔てる。第１、第２層の内部電極の数と部品の外形サイズがデバイスの容量値を決定する。

パッケージ内の多数のＭＬＣＣの組合せは単一のＭＬＣＣのデバイスを使用する場合の限度を超えて容量値を高め、しかも同等の単一のＭＬＣＣを使用する場合よりも電子回路内の設置面積が少なくて済む。パッケージの全体の容量値は電子部品パッケージ内のＭＬＣＣの数と個々のＭＬＣＣの容量値で決まる。パッケージ内のＭＬＣＣの数だけでなく同じパッケージ内のＭＬＣＣの外形サイズを変更することにより、パッケージの設計の自由度を高めることができ、パッケージの容量を変更して全体の容量値をより特有なものにする無比の機会を提供する。

多数のＭＬＣＣデバイスの取り付け方法はその後の部品のハンドリングやアセンブリを行う間のパッケージの保全にとって重要である。遷移的液相焼結法インターコネクト材料（ＴＬＰＳ－ＩＭ）の形で高温インターコネクト部材を使用することにより、製品がオーバーモールディングやはんだ付けのような後続の高温プロセスに耐えることができ、高温の電子回路の環境にも耐えることができる。高温はんだや導電性エポキシ樹脂等の他のインターコネク材料もＭＬＣＣの取り付けに使用されるが適用範囲は狭まる。個々のＭＬＣＣを同じ向きにキャリア部材へ取り付ける場合にＭＬＣＣ外部終端の端面に沿わせるのではなく、通常の表面実装部品（ＳＭＤ）としてＭＬＣＣ外部終端の側面即ち長手方向面に接触させることで全ての部品が同じサイズであることの必要条件がなくなる。この取り付け方法により基板キャリアの対向する両面で部品をアセンブルできる。ＭＬＣＣアレイキャリアは他の通常の回路デザインと組み合わせて抵抗、ヒューズ、ダイオード等の他の電子部品を含めることができる。

現在のＭＬＣＣアレイアセンブリ技術において、１つのリードを１つのコンデンサ終端の端面に取り付け、第２のリードを２番目のコンデンサ終端の端面に取り付けるのが普通であるが、それによって材料コストが上がり、アセンブリ方法がより困難かつ高コストとなる。従って、デザインの自由度が高く材料及びアセンブリコストのかからないバルク（大容量）コンデンサモジュールを生産する方法が望まれている。

本発明の一実施例は、外部終端に取り付けられる鉄又は非鉄リードフレームを除去しそれを高温ガラス繊維強化ポリエステル（ＦＲＰ）又はガラス繊維強化エポキシ積層体（ＦＲ４）回路基板（ＰＣＢ）、アルミナ等のセラミック、ポリイミドラミネート、絶縁金属基板（ＩＭＳ）、又は多数の電子部品のスタックのキャリア及びスタックアレイへのインターコネクトの両方の役割を担う高温定格被メッキプラスチックのような単一のキャリア部材と置き換えることにより利点を提供する。単一キャリア部材は、第１スタック終端にインターコネクトする第１印刷導体と第２終端にインターコネクトする第２導体を含む。第１、第２の印刷導体は、第１、第２端子を電子回路へ接続するためにも使用される。最新技術の別の特徴は、アレイアセンブリの後にアレイパッケージをカプセル化又はオーバーモールディングする従来技術とは異なり、キャリア部材が、アレイアセンブリの前に高温プラスチック材料でオーバーモールドされた鉄リードフレームを含むことである。最新技術の利点は、大きなコンデンサアレイサイズ、即ち従来よりも大容量のパッケージサイズに対して改善された方法を提供することである。

本発明の一実施例は、コンデンサがキャリア部材の対向する両面にアセンブルされ得る点で従来技術のメリットの多くを維持する。実施例は、部品がそのサイズが分類されることなくスタックされてキャリア部材にアセンブルされ、さらに部品は垂直方向にもなる。その最新技術は、異なるケースサイズの部品を同じモジュールに収めてモジュールの容量値の自由度を上げることができる。実施例は、パッケージの中にコンデンサ、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、集積回路（ＩＣ）等のディスクリート電子部品を組み合わせることでカスタム電子モジュールを生成できる。スマートコンデンサ形式の従来技術はディスクリート部品の使用やＭＬＣＣスタックキャリアとしてではなくアルミナ基板をプリント厚膜材料と組合せてヒューズと抵抗（米国特許８，９０４，６０９号，米国特許８，２６４，８１６号）を形成する。別の従来技術はリードフレームを使ってヒューズにＭＬＣＣを付ける（米国公開特許２０１４０２３８７３２，２０１４０２４０９４１，２０１４０２４００８１，２０１４０２４０９４２，２０１４０２４０８８５）。ディスクリート部品の使用はモジュールデザインを複雑にせずにパッケージのアセンブリの自由度を拡張可能にする。ディスクリート部品の数値は迅速にかつ簡単に変更ができ、コストに大きな影響を与えることなく回路設計の要件を満たすことができる。

一実施例は、現在のＳＭＴと部品のスルーホールプロセスアセンブリ技術及び普通に市販されているアセンブリ機器を利用してアセンブルする方法を可能とする。このアセンブリ方法によってリーズナブルな投資コスト、実施タイミングが実現する。

アセンブリ方法は、リードフレームキャリア及び／又は部品供給用パレット装備、並びに、インターコネクト材料の塗布、部品の配置、検査実行、インターコネクト部材の硬化／リフロー／焼結、リードのトリミング／形成、及びアセンブリのカプセル化ができる市販されている機器等の標準的な機器とプロセスを使って容易に実施可能である。

ここで使用するスルーホールアセンブリ用スタンドオフは、一定の深さを超えるスルーホールへの挿入に対し物理的バリアを提供する。

過渡的液相焼結（ＴＬＰＳ）接着剤は、はんだとは区別される導電材料である。はんだは第１回のリフロー後に組成が変化しない合金である。ＴＬＰＳ材料は高温に晒される前の２以上の金属又は合金の混合物である。ＴＬＰＳ材料の第２の特徴は、材料の融点が材料の熱履歴に依存することである。ＴＬＰＳ材料は高温に晒される前の融点は低く、高温に晒された後は高い融点を示す。最初の融点は低温の金属又は２つの低温の金属の合金によりもたらされる。２番目の融点温度は、低温の金属又は合金が高温の融点を有する金属と新しい合金を形成することでより高い融点を有する金属化合物を創出するときに形成された金属化合物の融点温度を表す。ＴＬＰＳ材料は接合される金属表面間に金属結合を形成する。錫／鉛又は鉛（Ｐｂ）フリーはんだとは異なり、ＴＬＰＳ導電性接着剤は金属化合物結合を形成する際に拡散しない。ＴＬＰＳシステムの再加工は第２リフロー温度が高温であるために非常に困難である。

導電性接着剤は、導電性金属、通常銀が充填されたポリマーを含み、特定温度範囲、一般的には１５０℃で硬化又はクロスリンクして接合される材料に対し機械的結合を形成する。その導電性はポリマーマトリックス内で相互に密着する金属粒子により創出され、１つの粒子から他の粒子への導電路を形成する。そのバインダは自然界において有機体なので、導電性接着剤は通常は約１５０℃から約３００℃の範囲の比較的低い温度で機能する。導電性エポキシ樹脂は一旦硬化すると再加工できない。導電性エポキシ樹脂は硬化の際はんだが溶融する場合のように濡れたり流れたりしない。

ポリマーはんだは、Ｐｂ／Ｓｎ合金システム又はＳｎ／Ｓｂのような鉛フリーシステムに基づく従来のはんだシステムからなり、それは洗浄剤として機能するクロスリンクポリマーと組合される。クロスリンクポリマーはエポキシ結合のようなクロスリンクポリマー結合を形成でき、それは金属の融解相の期間に形成されてはんだ合金と機械的ポリマー結合を形成する。ポリマーはんだの利点は、ポリマー結合がはんだの融点以上の温度で機械結合強度が増加することであり、そのためはんだ接合は、はんだの融点よりも約５℃から８０℃上回る範囲の高い動作温度で行われることになる。ポリマーはんだは、同じペースト内で現在のはんだ合金にクロスリンクポリマーを組合せて加熱等によって硬化されると、金属結合と機械的結合の両方を生成し、高温でさらに高いはんだ接合強度をもたらす。しかし、温度の上限と接合強度は単に材料の物理的特性によってのみ増加されている。実用的な上限は３００℃のままであるが、一方、過渡的液相焼結導電接着剤はより高い温度を実現できる。

使用時、導電性接着剤及び導電性ポリマーは接着される片面にコーティングされる。例えば図２を参照すると、導電性接着剤はキャリア部材又は長手方向縁部のいずれかに配置される。部品とキャリア部材はインターコネクトを挟んで配置され、その後加熱によって部品とキャリア部材間に接合を形成する。

ＴＬＰＳは、銅、銀、アルミニューム、金、プラチナ、パラジウム、ベリリウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、鉄、モリブデン又はその混合や組合せから選択された過渡的液相焼結導電接着剤に使用することが適切な高温材料からなる。鉛（Ｐｂ）フリーの過渡的液相焼結接着剤は、高温成分として銀か銅のいずれかを低温成分として錫－ビスマス合金を使用することが望ましい。

ＴＬＰＳはさらに、錫、アンチモン、ビスマス、カドミウム、亜鉛、ガリウム、インジウム、テルリウム、水銀、タリウム、セレニウム、ポロニウム又はこれらの２つ以上の混合や合金から選択された低温材料からなる。過渡的液相焼結導電接着剤は、リードフレーム仕上げ、部品接続、又は両面間導電性金属結合を形成する内部電極のいずれかとして、銀、錫、金、銅、プラチナ、パラジウム、ニッケル又はこれらの組合せを含む表面仕上げと互換性がある。適切な外部リードやリードフレームの材料は、リン青銅、銅、これに限定されないがベリリウム銅等銅の合金，Ｃｕ１９４及びＣｕ１９２を含み、それと共にリードフレームは４２アロイ、コバールのような、しかしこれに限定されることのない鉄合金からなる。

ＴＬＰＳの特別な利点は、アセンブリの際に発揮されるその適応性である。高温成分と低温成分とが接着される層の１つに塗布される。図２を参照すると、ＴＬＰＳの成分がリード又は長手方向縁部のいずれかに塗布され加熱されると、該成分とリードとがその間のＴＬＰＳの成分と交わって接合を形成する。あるいは、ＴＬＰＳの一方の成分がリードに塗布され、他方の成分が長手方向縁部に塗布され加熱されると、該成分とリードとが交わって接合を形成する。好ましい実施例では、ＴＬＰＳの一方の成分が接着される一方の側、例えばリードに塗布され、ＴＬＰＳの他方の成分が接着される他方の側、例えば外部終端に塗布される。該成分は接触し加熱されてＴＬＰＳ結合を形成する。

本発明はそれに限定されない好適な実施例を参照して記載されている。当業者はここに具体的に述べられなかった追加の実施例や改善点を実現するかもしれないが、それらは本発明の範囲に具体的には添付の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (36)

1. スタックされた各電子部品が、少なくとも１つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端と、少なくとも１つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端とを含み、隣接する複数の前記第１外部終端が当該第１外部終端間にインターコネクト材料を有している、複数のスタックされた電子部品と；
   第１リードであって、前記第１リードの第１の側の第１インターコネクトにより、整列された前記第１長手方向縁部の各々に接続される前記第１リードと；
   第２リードであって、前記第２リードの第１の側の第２インターコネクトにより、前記第２長手方向縁部に接続される前記第２リードと；
   前記スタックされた電子部品のうちの少なくとも１つの第２の電子部品であって、前記第１リードの第２の側に取り付けられた第１平行長手方向縁部と、前記第２リードの第２の側に取り付けられた第２平行長手方向縁部とを有する前記第２の電子部品と；
   を含む、モジュール。
2. 前記第１リードは、前記第１インターコネクトにより各第１長手方向縁部に接続される、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記第１リードは、フラットなメッキリードであり、当該フラットなメッキリードの各側に少なくとも１つの前記電子部品が配置されている、請求項１に記載のモジュール。
4. 前記第１リードはオフセットを含む、請求項１に記載のモジュール。
5. 前記オフセットは側面オフセットと水平オフセットとから選択される、請求項４に記載のモジュール。
6. 前記第１リードは丸形リードフレームとフラットリードとから選択される、請求項１に記載のモジュール。
7. 前記第１リードは少なくとも１つのフラット領域を含む、請求項６に記載のモジュール。
8. 前記第１リードは、スルーホールリード、表面実装リード、コンプライアントピンリードから選択される、請求項１に記載のモジュール。
9. スルーホールアセンブリ用スタンドオフをさらに含む、請求項８に記載のモジュール。
10. 前記第１リードは、鉄材と非鉄材とから選択される材料を含む、請求項１に記載のモジュール。
11. 前記第１インターコネクト又は前記第２インターコネクトの少なくとも１つが、遷移的液相焼結法による導電性インターコネクト材料、導電性エポキシ樹脂、ポリマーはんだ、はんだからなる群から選択された、請求項１に記載のモジュール。
12. 前記スタックされた電子部品の各前記電子部品は、コンデンサ、ダイオード、抵抗、バリスタ、インダクタ、ヒューズ、集積回路からなる群から独立に選択された、請求項１に記載のモジュール。
13. 前記電子部品の少なくとも１つがコンデンサである、請求項１２に記載のモジュール。
14. 各前記電子部品がコンデンサである、請求項１３に記載のモジュール。
15. 各前記コンデンサがＭＬＣＣである、請求項１４に記載のモジュール。
16. 少なくとも２つの前記スタックされた電子部品が異なるサイズを有する、請求項１に記載のモジュール。
17. さらにカプセル化を含む、請求項１に記載のモジュール。
18. 第２行又は第２列に少なくとも１つの電子部品をさらに含み、隣接する長手方向縁部がインターコネクトによって取り付けられた、請求項１に記載のモジュール。
19. スタックされた各電子部品が、少なくとも１つの第１長手方向縁部を有する第１外部終端と、少なくとも１つの第２長手方向縁部を有する第２外部終端とを含み、隣接する複数の前記第１外部終端が当該第１外部終端間にインターコネクト材料を有している、複数のスタックされた電子部品を供給すること；
    第１リードを、前記第１リードと前記第１長手方向縁部との間の第１インターコネクトにより、整列された前記第１長手方向縁部の各々に接触するように配置すること；
    第２リードを、前記第２リードと前記第２長手方向縁部との間の第２インターコネクトにより、前記第２長手方向縁部に接触するように配置すること；
    前記スタックされた電子部品のうちの第２の電子部品を、前記第１長手方向縁部の反対側の前記第１リードに配置し、前記第２長手方向縁部の反対側の前記第２リードに配置すること；及び
    第１インターコネクトと第２インターコネクトの結合を加熱形成すること；
    を含む、モジュールの形成方法。
20. 前記第１インターコネクトにより前記第１リードを各第１長手方向縁部に接合することを含む、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
21. 前記第１リードが、フラットなメッキリードであり、当該フラットなメッキリードの各側に少なくとも１つの前記電子部品が配置されている、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
22. 前記第１リードがオフセットを含む、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
23. 前記オフセットが側面オフセットと水平オフセットから選択される、請求項２２に記載のモジュールの形成方法。
24. 前記第１リードが丸形リードとフラットリードから選択される、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
25. 前記第１リードが少なくとも１つのフラット領域を含む、請求項２４に記載のモジュールの形成方法。
26. 前記第１リードがスルーホールリードと表面実装リードから選択される、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
27. スルーホールアセンブリ用スタンドオフをさらに含む、請求項２６に記載のモジュールの形成方法。
28. 前記第１リードが鉄材及び非鉄材から選択される材料を含む、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
29. 前記第１インターコネクト又は前記第２インターコネクトの少なくとも１つが、遷移的液相焼結法導電性インターコネクト材料、導電性エポキシ樹脂、ポリマーはんだ、はんだからなる群から選択される、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
30. 前記スタックされた電子部品の各前記電子部品が、コンデンサ、ダイオード、抵抗、バリスタ、インダクタ、ヒューズ、集積回路からなる群から独立に選択される、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
31. 少なくとも１つの前記電子部品がコンデンサである、請求項３０に記載のモジュールの形成方法。
32. 各前記電子部品がコンデンサである、請求項３１に記載のモジュールの形成方法。
33. 各前記コンデンサがＭＬＣＣである、請求項３２に記載のモジュールの形成方法。
34. 少なくとも２つの前記電子部品が異なるサイズを有する、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
35. カプセルの形成をさらに含む、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
36. 第２行又は第２列の少なくとも１つの電子部品を隣接する長手方向縁部間のインターコネクトと配置して前記インターコネクトの接合を形成することをさらに含む、請求項１９に記載のモジュールの形成方法。
    

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