JP7334285B2 - Multi-component leadless stack - Google Patents

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Description

本発明は電子部品及び電子部品を製造する方法に関する。より具体的には、本発明は電
子部品及び電子部品を製造する方法に関し、特に、少なくとも1つの積層セラミックコン
デンサ(MLCC)と好ましくは追加の受動又は能動電子素子を含む複数の電子素子から
なるスタック化されたリードレス電子部品に関する。電子部品がさまざまな二次的接続材
料及びプロセスによりその後電子回路に接続できるように、電子部品は、外部リードやリ
ードフレームの接続のために又は電子部品の直接的なリードレス接続のために、改善され
た終端部を有する。さらに具体的には、本発明はマイクロフォニックノイズが抑制された
、リードレスでかつスタック化が可能な、電子素子を含む、好ましくは少なくとも1つの
積層セラミックコンデンサを含む複数の電子部品からなるスタックに関する。
The present invention relates to electronic components and methods of manufacturing electronic components. More specifically, the present invention relates to electronic components and methods of manufacturing electronic components, in particular stacks of electronic components including at least one multilayer ceramic capacitor (MLCC) and preferably additional passive or active electronic components. related to integrated leadless electronic components. Electronic components may be used for external lead or lead frame connection or for direct leadless connection of electronic components so that they may subsequently be connected to electronic circuits by various secondary connection materials and processes. It has improved terminations. More specifically, the present invention relates to a microphonic noise-suppressed, leadless, stackable stack of electronic components comprising electronic elements, preferably comprising at least one multilayer ceramic capacitor. .

一般的には、導電性終端部を形成する方法及び使用される材料は信頼できる性能を得る
ために非常に重要である。電子部品がその後電子回路にアセンブルされた場合、使用時の
性能は直接導電性終端部に関わるものとなる。歴史的には、電子部品を電子回路基板に実
装する場合や、外部リードを電子部品へ接続する場合には鉛(PB)ベースのハンダが使
われてきた。ごく最近になって、電気機器や電子機器の有害物質の使用が、代表的事例と
して欧州特定有害物質使用規制により規制され、ハンダの鉛(Pb)の使用が制限された
ため、産業界では様々な代替手段が模索されている。
In general, the method and materials used to form the conductive termination are very important for reliable performance. When the electronic component is subsequently assembled into an electronic circuit, in-use performance is directly related to the conductive termination. Historically, lead (PB) based solders have been used to mount electronic components to electronic circuit boards and to connect external leads to electronic components. Very recently, the use of hazardous substances in electrical and electronic equipment has been regulated by the European Regulations on the Use of Specified Hazardous Substances as a typical example, and the use of lead (Pb) in solder has been restricted. Alternatives are being explored.

例えば、特許文献1には外部リードとメッキされた積層セラミックコンデンサ(MLC
C)のコンポーネントとを接触させるために10-30%のアンチモン(Sb)を含む錫
(Sn)ベースのハンダの使用を記載している。しかし、この記載されたハンダは液相線
が270℃未満である。比較のために挙げると、Sn10/Pb88/Ag2等の高濃度
鉛ハンダは約290℃の液相線を有する。外部リードの接続の信頼性を保証するためには
その後のどんな処理温度より少なくとも30℃高い融点が望ましいことが産業界では広く
認識されている。当該技術分野においてSACハンダと呼ばれているSn、Ag、Cuを
ベースとするハンダが現在は鉛フリー回路において接着のために一般的に選択されるため
、高い融点を達成できることが非常に重要になった。SACハンダは183℃の融点を有
するSn63/Pb37等の古いPbベースの代替品よりも高い温度である通常約260
℃でリフローされる必要がある。外部リードとの接点材料、即ち端子を形成する材料は重
大な信頼性に関わる問題を引き起こす溶融または部分溶融を発生させないために、これよ
りも十分に高い温度に耐えることができなければならない。SACハンダの融点よりも少
なくとも30℃高い温度が望ましい。半導体技術にかかわる材料適合性及び高処理温度に
応じて、基板にダイをアタッチするために金/ゲルマニウム、金/シリコン、金/錫の合
金が開発された。ダイとその接着面とは熱膨張率(CTE)の差が小さいので、これらの
合金は高温性能と20,000psiの範囲の引張強度と25,000psiの範囲の剪
断強度を有する高強度を提供した。しかし、これらの材料は一般的には350℃を超える
その高い融点のためにより高い処理温度も必要とする。その高い処理温度のためにエレク
トロニクス分野における幅広い使用を妨げてきた。高温無鉛ハンダを形成するために錫及
びインジウムがZn、AI、Ge、Mgのコンビネーションに添加されてきた。しかし亜
鉛及びアルミニウムのパウダーは表面に酸化膜を形成する傾向があるためにその後のハン
ダの濡れ性が悪くなり実用には適さない。錫、亜鉛、カドミウム、アルミニウムを有する
ハンダは利用可能ではあるが、それらの合金は共晶合金以外では50-175℃の広い塑
性範囲を有するのでエレクトロニクス分野以外の極めて特殊な用途にその使用が限定され
ており、通常は共晶合金のフォームで使用される。カドミウム、亜鉛、銀の合金はアルミ
ニウムをハンダ付けするのに適する。液相線温度が450℃を超えるとハンダは「硬ろう
」と称され、電気的な用途より通常はむしろ構造分野に使われる。従って、260℃以上
でその完全性を維持するとともに安価に製造できるコンデンサに対して鉛フリーの高温度
接着剤を形成する方法は、まだ実現されていない。
For example, US Pat.
C) describes the use of a tin (Sn) based solder containing 10-30% antimony (Sb) to contact the components. However, this described solder has a liquidus below 270°C. For comparison, high concentration lead solders such as Sn10/Pb88/Ag2 have a liquidus of about 290°C. It is widely recognized in the industry that a melting point at least 30° C. higher than any subsequent processing temperature is desirable to ensure the reliability of external lead connections. Since Sn, Ag, Cu based solders, referred to in the art as SAC solders, are now the common choice for bonding in lead-free circuits, the ability to achieve high melting points is of great importance. became. SAC solder typically has a temperature of about 260°C, which is higher than older Pb-based alternatives such as Sn63/Pb37, which has a melting point of 183°C.
must be reflowed at °C. The material that contacts the external leads, ie, the material that forms the terminals, must be able to withstand temperatures well above this so as not to melt or partially melt causing serious reliability problems. A temperature at least 30° C. above the melting point of the SAC solder is desirable. Due to the material compatibility and high processing temperatures involved in semiconductor technology, alloys of gold/germanium, gold/silicon and gold/tin have been developed for attaching dies to substrates. Due to the small difference in coefficient of thermal expansion (CTE) between the die and its bonding surface, these alloys provided high temperature performance and high strength with tensile strength in the range of 20,000 psi and shear strength in the range of 25,000 psi. . However, these materials also require higher processing temperatures due to their high melting points, generally above 350°C. Its high processing temperature has prevented its widespread use in the electronics field. Tin and indium have been added to combinations of Zn, Al, Ge and Mg to form high temperature lead free solders. However, powders of zinc and aluminum tend to form an oxide film on the surface, resulting in poor wettability with subsequent solder, making them unsuitable for practical use. Solders with tin, zinc, cadmium, and aluminum are available, but their alloys have a wide plasticity range of 50-175°C, except for eutectic alloys, which limits their use to very specific applications outside the electronics sector. and is usually used in the form of eutectic alloys. Alloys of cadmium, zinc and silver are suitable for soldering aluminum. Solders with liquidus temperatures above 450° C. are referred to as "hard solders" and are typically used in structural applications rather than electrical applications. Therefore, a method of forming a lead-free high temperature adhesive for a capacitor that maintains its integrity above 260° C. and is inexpensive to manufacture has not yet been realized.

以下の特許は導電性ボンドの形成について遷移的液相焼結法(TLPS)の材料やプロ
セスを記載している。特許文献2は、2つの接着面を一方はSn、他方はPbによりコー
ティングし、Snの融点よりも僅かに低い約183℃に処理温度を上げることで2つの接
着面を接合することを記載している。特許文献3に開示された遷移的液相焼結法(TLP
S)による調合はTLPSの材料を架橋ポリマーと結合させてTLPS プロセスにより
金属表面間に金属間化合物の界面が形成される結果として改善された導電性を有する導電
性接着剤を生成する。特許文献4には、2つの接着面のうち1つの面は低融点材料でスプ
レーし、その接着面は適合する高融点材料でスプレーしてそれらを該低融点材料の融点ま
で加熱して両面を接合することが記載されている。
The following patents describe transitional liquid phase sintering (TLPS) materials and processes for the formation of conductive bonds. Patent Document 2 describes coating two bonding surfaces, one with Sn and the other with Pb, and bonding the two bonding surfaces by raising the processing temperature to about 183° C., which is slightly lower than the melting point of Sn. ing. The transitional liquid phase sintering method (TLP
The formulation according to S) combines the material of TLPS with a cross-linked polymer to produce a conductive adhesive with improved conductivity as a result of the formation of an intermetallic interface between metal surfaces by the TLPS process. US Pat. No. 5,300,003 discloses two bonding surfaces, one of which is sprayed with a low melting point material, the bonding surfaces are sprayed with a matching high melting point material, heated to the melting point of the low melting point material, and bonded together. It is described to join

特許文献5は、TLPSプロセスを使って抵抗等の個別部品をプリント基板にハンダ付
けするためにSnBi又はSnInの使用を記載している。2つの接着面にコーティング
されたAg/Sn/Biを使用して電子モジュールを基板に実装することが特許文献6に
記載されている。特許文献7は、基板とフリップチップのバンプ表面の2つの接着面に材
料を堆積し、材料間の拡散が生じるまで温度を上げてTLPSに適合する合金を生成する
ことを記載している。特許文献8は、SiCを含むパッケージや他のコンポーネントや導
電面に接合される半導体デバイスの形成にTLPSを使うことを記載している。特許文献
9は、接着面にTLPS適合性材料を載置し、融点が比較的に低い材料をリフローした後
に温時効処理を行って拡散プロセスを終了させ、接合すべき2つのデバイスを超小型電子
回路に対する微小電気機械システム(MEMS)デバイスとすることを記載している。特
許文献10は、銅、ブラックダイアモンド、又は銅とブラックダイアモンドの複合材から
なるヒートスプレッダーをシリコンダイに接合するためにTLPSを利用することを記載
している。これらの特許や特許出願は基板にコンポーネントを接合するためのTLPSの
処理について記載しているが、電子部品の終端を形成するために、又はリードフレームへ
の電子部品の接続にTLPSを利用することに関しては何ら教示していない。
US Pat. No. 5,300,000 describes the use of SnBi or SnIn to solder discrete components such as resistors to printed circuit boards using the TLPS process. US Pat. No. 6,300,000 describes mounting an electronic module to a substrate using Ag/Sn/Bi coated on two adhesive surfaces. US Pat. No. 6,200,403 describes depositing materials on two bonding surfaces, the substrate and the bump surface of the flip chip, and raising the temperature until diffusion between the materials occurs to produce a TLPS compatible alloy. US Pat. No. 6,200,000 describes the use of TLPS in the formation of semiconductor devices that are bonded to packages and other components and conductive surfaces containing SiC. US Pat. No. 5,300,001 discloses placing a TLPS compatible material on the bonding surface, reflowing the material with a relatively low melting point, followed by a hot aging treatment to terminate the diffusion process, and to connect the two devices to be bonded together by microelectronics. It is described as a micro-electro-mechanical system (MEMS) device for circuits. US Pat. No. 5,300,009 describes using TLPS to bond a heat spreader made of copper, black diamond, or a composite of copper and black diamond to a silicon die. Although these patents and patent applications describe the processing of TLPS for bonding components to substrates, the use of TLPS to form the terminations of electronic components or to connect electronic components to leadframes has been described. did not teach anything about

最近の開発によれば、特許文献11は、リードを積層セラミックコンポーネントの内部
電極へ溶接する高温拡散ボンディングプロセスを記載している。相互に接合される接着面
の表面に熱を導入することによりTLPS材料がメッキされ拡散プロセスを開始する。こ
の場合、拡散を容易にするためにコンポーネントとリードフレーム間は表面に亘って相互
に密着させることが必要になる。これにより、アプリケーションが密着ラインを形成でき
る表面の接合に限定され、このアプリケーションではリードフレームに接続される長さの
異なるコンポーネントに対応できない。さらに、溶接された結合部を達成するために70
0-900℃の範囲の高温が記載されている。これらの高温を達成するには、積層セラミ
ックコンポーネントへの熱衝撃ダメージを避けるために、予熱ステージなど入念なプロセ
スデザインを必要とし、その場合でもそれが全ての材料に適切であるとは限らない。
According to recent developments, US Pat. No. 6,300,007 describes a high temperature diffusion bonding process for welding leads to internal electrodes of laminated ceramic components. The TLPS material is plated by introducing heat to the surfaces of the bonding surfaces that are to be joined together to initiate the diffusion process. In this case, contact between the component and the leadframe is required over the surface to facilitate diffusion. This limits the application to joining surfaces that can form cohesive lines, and the application cannot accommodate components of different lengths that are connected to the leadframe. Additionally, 70 to achieve a welded joint.
High temperatures in the range 0-900° C. are described. Achieving these high temperatures requires careful process design, such as a preheating stage, to avoid thermal shock damage to the multilayer ceramic component, and even then it is not suitable for all materials.

当該技術分野において開示されている他の鉛フリーの接着技術はいずれも適切ではない
。ハンダは唯一の融点を有する2以上の金属からなる合金であり、該融点は最も高い融点
を有する金属の融点よりも常に低く、一般的には合金に依存して310℃よりも低い融点
を有する。ハンダはリワークが可能であり、それはハンダが何度もリフローされ得ること
を意味しており、それにより欠陥のあるコンポーネントを取り除いたり交換するための手
段を提供する。ハンダはさらにハンダが接合する表面との間に金属間の界面を形成するこ
とによって冶金結合をつくる。ハンダはその接合する表面を濡らすので、ハンダは事実上
外側へ流れて出て接合されるべき表面エリアに亘って広がる。
None of the other lead-free bonding techniques disclosed in the art are suitable. Solders are alloys of two or more metals with a single melting point, which is always lower than the melting point of the metal with the highest melting point, generally lower than 310° C. depending on the alloy. . The solder is reworkable, meaning that the solder can be reflowed many times, thereby providing a means to remove or replace defective components. Solder also creates a metallurgical bond by forming a metal-to-metal interface with the surfaces to which it joins. As the solder wets the surfaces to be joined, the solder effectively flows outward and spreads over the surface area to be joined.

MLCCは多様なアプリケーションで使用されている。一般的には、MLCC又はML
CCのスタックは個別のコンポーネントとして基板に実装される。MLCCに関わる特別
な問題は、基板の反り等のストレスを受けると割れる傾向があることである。このような
ストレスによる割れを避けるためにMLCCは、各極性の1つである、リードフレームの
間に実装され、リードフレームはその後ハンダ付け等で基板に実装される。リードフレー
ムは当該分野において必要不可欠と考えられており、基板の反りに関連したストレスをM
LCCへ伝えることなく該ストレスに耐えることができるリードフレームのデザインに多
大の努力が払われている。リードフレームのデザイン及び材料を決定することは、熱膨張
率や、等価直列抵抗(ESR)、インダクタンス、及びその他の寄生要素を抑制する要望
に違いがあるために特別に困難になる。リードフレームを取り除く要望があるものの、ど
んな基板の反りもMLCCにそのまま伝わって実質的にはMLCCの損害に保険をかける
ことになるので、当業者はそれを実行できないでいる。
MLCCs are used in a variety of applications. Generally, MLCC or ML
A stack of CCs is mounted on the board as individual components. A particular problem with MLCCs is that they tend to crack when subjected to stress such as substrate warpage. In order to avoid cracking due to such stress, the MLCC is mounted between lead frames of each polarity, and the lead frames are then mounted on the substrate by soldering or the like. Leadframes are considered essential in the field and reduce the stress associated with board warpage to M
A great deal of effort has gone into designing leadframes that can withstand such stresses without transmitting to the LCC. Determining lead frame designs and materials is particularly difficult due to differences in thermal expansion coefficients, equivalent series resistance (ESR), inductance, and other parasitic suppression requirements. Although there is a desire to remove the leadframe, those skilled in the art have been unable to do so, as any substrate warpage would be transferred directly to the MLCC, effectively insuring the MLCC against damage.

チタン酸バリウム等の分極した誘電体で製造される積層セラミックコンデンサ即ちML
CCはマイクロフォニックノイズを生じやすい。マイクロフォニックノイズは印加される
電界の存在の下で発生するセラミックの動きである、圧電効果とも呼ばれる電気ひずみに
よって引き起こされると考えられている。電界が印加されるとセラミックの動きはコンポ
ーネントが実装される基板によって増幅されて最終的には可聴ノイズを生成する。リード
はマイクロフォニックノイズを軽減する。リードレスコンデンサ、特に基板に実装される
リードレスのコンデンサスタックを使うと、マイクロフォニックノイズを強めることにな
り、それは特に携帯電話等の携帯デバイスにとって非常に望ましくない。したがって、リ
ードレスコンデンサ、特に少なくとも1つのコンデンサからなるリードレススタックの利
点を享受しつつマイクロフォニックノイズを除去又は抑制することが望まれている。
Multilayer ceramic capacitors or MLs fabricated with polarized dielectrics such as barium titanate
CC is prone to microphonic noise. Microphonic noise is believed to be caused by electrostriction, also called the piezoelectric effect, which is the movement of ceramics that occurs in the presence of an applied electric field. When an electric field is applied, the movement of the ceramic is amplified by the substrate on which the component is mounted, ultimately producing audible noise. Reeds reduce microphonic noise. The use of leadless capacitors, especially leadless capacitor stacks mounted on substrates, enhances microphonic noise, which is highly undesirable, especially for portable devices such as mobile phones. Accordingly, it is desirable to eliminate or suppress microphonic noise while enjoying the benefits of leadless capacitors, particularly leadless stacks of at least one capacitor.

絶え間のない取り組みが続けられているが、積層セラミックコンデンサや他のスタック
状の電子素子からなる適切な電子部品は現在も実現されていない。高温アプリケーション
の、特に鉛フリーで、特に積層セラミックコンデンサを含みマイクロフォニックノイズが
最小限又は除去された電子部品に対して、改善された信頼性を備えるリード接続の要望が
継続している。
In spite of constant efforts, suitable electronic components consisting of multilayer ceramic capacitors and other stacked electronic elements have not yet been realized. There is a continuing need for lead connections with improved reliability for high temperature applications, especially lead-free electronic components with minimal or no microphonic noise, especially including multilayer ceramic capacitors.

米国特許第6,704,189号U.S. Patent No. 6,704,189 米国特許第5,038,996号U.S. Pat. No. 5,038,996 米国特許第5,853,622号U.S. Patent No. 5,853,622 米国特許第5,964,395号U.S. Patent No. 5,964,395 米国特許第5,221,038号U.S. Pat. No. 5,221,038 米国特許第6,241,145号U.S. Pat. No. 6,241,145 米国特許出願公開第2002/0092895号U.S. Patent Application Publication No. 2002/0092895 米国特許出願公開第2006/0151871号U.S. Patent Application Publication No. 2006/0151871 米国特許出願公開第2007/0152026号U.S. Patent Application Publication No. 2007/0152026 米国特許第7,023,089号U.S. Patent No. 7,023,089 米国特許出願公開第2009/0296311号U.S. Patent Application Publication No. 2009/0296311

本発明の目的は、リードフレームへの接続又はその後の電子回路へのアセンブリの際に
金属製外部リードやリードフレームの接続を損なうことなくリフローで接続が可能なML
CCを含む電子素子のリードレススタックとしての使用に適切な金属製外部端子を形成す
る改善された方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide an ML that can be connected by reflow without damaging the connection of metal external leads and lead frames during connection to a lead frame or subsequent assembly to an electronic circuit.
It is an object of the present invention to provide an improved method of forming metallic external terminals suitable for use as leadless stacks of electronic devices containing CCs.

本発明の他の目的は、終端やリード接続インターコネクトを損なうことなくその後の電
子回路へのハンダリフロープロセスに耐えることができるリードフレームの接続又はリー
ドレスの終端として適切な終端を形成する改善された方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an improved termination suitable as a leadframe connection or leadless termination that can withstand subsequent solder reflow processes to electronic circuits without damaging the termination or lead connection interconnect. to provide a method.

本発明の他の目的は、終端やリード接続インターコネクトを損なうことなくその後の電
子回路へのハンダリフロープロセスに耐えることができるリードフレームの接続又はリー
ドレスの終端として適切な終端を形成する改善された方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an improved termination suitable as a leadframe connection or leadless termination that can withstand subsequent solder reflow processes to electronic circuits without damaging the termination or lead connection interconnect. to provide a method.

本発明の他の目的は、好ましくは少なくとも1つの電子素子はリードフレームなしで実
装可能なMLCCであり、基板の反りにより電子素子、特にMLCCの割れが予想される
ようなストレスを生じない、電子素子のスタックを含む電子部品を提供することである。
Another object of the present invention is that preferably at least one electronic element is an MLCC that can be mounted without a lead frame, and the warping of the substrate does not cause the expected stress of cracking the electronic element, especially the MLCC. The object is to provide an electronic component comprising a stack of devices.

本発明の他の目的は、鉛やカドミウム等の禁止された材料、又は多量の金等のコストの
かかる材料を使用することなく初期には低いプロセス温度であるがその後高温の融点温度
を有する利点を備えた終端又はインターコネクトを電子部品に形成することである。
Another object of the present invention is the advantage of having an initially low process temperature but then a high melting point temperature without the use of prohibited materials such as lead and cadmium, or costly materials such as large amounts of gold. forming terminations or interconnects in electronic components with

本発明の特徴は、好ましくは少なくとも1つのMLCCを含む電子素子のリードレスス
タックをマイクロフォニックノイズの伝搬を最小限にして提供できることである。
A feature of the present invention is the ability to provide a leadless stack of electronic devices, preferably including at least one MLCC, with minimal microphonic noise propagation.

好ましくは少なくとも1つの積層セラミックコンデンサを含む電子素子のスタックから
なる電子部品により、これらの及び他の利点を実現することが可能であり、各積層セラミ
ックコンデンサは各第1電極と各第1電極に隣接する第2電極との間に誘電体を挟んで交
互に積層された第1電極と第2電極とを含む。第1電極は第1側に終端し、第2電極は第
2側に終端する。第1遷移的液相焼結導電層は第1側にあって各第1電極と電気的に接触
し;第2遷移的液相焼結導電層は第2側にあって各第2電極と電気的に接触する。
These and other advantages can be realized with an electronic component that preferably comprises a stack of electronic elements including at least one multilayer ceramic capacitor, each multilayer ceramic capacitor having a respective first electrode and a respective first electrode. It includes first electrodes and second electrodes that are alternately laminated with a dielectric interposed between adjacent second electrodes. The first electrode terminates on the first side and the second electrode terminates on the second side. a first transitional liquid phase sintered conductive layer on a first side and in electrical contact with each first electrode; a second transitional liquid phase sintered conductive layer on a second side and in electrical contact with each second electrode; make electrical contact.

さらに提供される別の実施例である電子部品を形成する方法は:
各電子素子は第1側と第2側を有し、該電子素子のうちの少なくとも1つの電子素子は
積層セラミックコンデンサであり、各積層セラミックコンデンサは各第1電極と各第1電
極に隣接する第2電極との間に誘電体を挟んで交互に積層された第1電極と第2電極とを
含み、該第1電極はコンデンサの第1側に終端しかつ該第2電極はコンデンサの第2側に
終端する、電子素子を備え;
各第1側が平行になり、かつ各第2側が平行になるように該電子素子を積層し;
遷移的液相焼結導電層の第1コンポーネントの第1層を形成し;
遷移的液相焼結導電層の第1コンポーネントの第2層を形成し;
該第1層と該第2層を遷移的液相焼結導電層の第2コンポーネントと接触させ;
該第1コンポーネントと該第2コンポーネントを含む第1遷移的液相焼結導電層を形成
するために十分な第1温度まで加熱して、該第1遷移的液相焼結導電層が該第1電極に電
気的に接触して第1コンポーネントと第2コンポーネントを含む第2遷移的液相焼結導電
層を形成し、該第2遷移的液相焼結導電層が該第2電極に電気的に接触してそれによりス
タックコンデンサを形成する、ことを含む。
Further provided is another example method of forming an electronic component:
Each electronic element has a first side and a second side, at least one electronic element of the electronic elements being a multilayer ceramic capacitor, each multilayer ceramic capacitor adjacent to each first electrode and each first electrode. a first electrode and a second electrode stacked alternately with a dielectric interposed therebetween, the first electrode terminating on a first side of the capacitor and the second electrode terminating on the second side of the capacitor; comprising an electronic element that terminates on two sides;
stacking the electronic elements such that each first side is parallel and each second side is parallel;
forming a first layer of a first component of the transitional liquid phase sintering conductive layer;
forming a second layer of the first component of the transitional liquid phase sintering conductive layer;
contacting the first layer and the second layer with a second component of the transitional liquid phase sintered conductive layer;
heating to a first temperature sufficient to form a first transitional liquid phase sintered conductive layer comprising the first component and the second component such that the first transitional liquid phase sintered conductive layer forms the first forming a second transitional liquid phase sintered conductive layer including a first component and a second component in electrical contact with one electrode, wherein the second transitional liquid phase sintered conductive layer electrically contacts the second electrode; contacting and thereby forming a stack capacitor.

さらに提供される別の実施例である積層セラミックコンデンサのスタックを形成する方
法は:
多数の電子素子を備え、該電子素子のうち少なくとも1つの電子素子は積層セラミック
コンデンサであり、各積層セラミックコンデンサは:
各第1電極と各第1電極に隣接する第2電極との間に誘電体を挟んで交互に積層される
第1電極と第2電極を含み、第1電極は第1の極性を有して積層セラミックコンデンサの
第1側に終端し及び第2電極は第2の極性を有して積層セラミックコンデンサの第2側に
終端し;
電子素子のスタックを形成し;
隣接の電子素子に電気的に接触する第1遷移的液相焼結導電層を形成し;及び
隣接の電子素子の第2電極に電気的に接触する第2遷移的液相焼結導電層を形成する、
ことを含む。
Further provided is another example method of forming a multilayer ceramic capacitor stack:
A plurality of electronic elements, at least one of which is a multilayer ceramic capacitor, each multilayer ceramic capacitor comprising:
including first electrodes and second electrodes alternately stacked with a dielectric interposed between each first electrode and a second electrode adjacent to each first electrode, the first electrodes having a first polarity terminating on a first side of the multilayer ceramic capacitor and the second electrode having a second polarity and terminating on a second side of the multilayer ceramic capacitor;
forming a stack of electronic elements;
forming a first transitional liquid phase sintered conductive layer in electrical contact with an adjacent electronic device; and forming a second transitional liquid phase sintered conductive layer in electrical contact with a second electrode of the adjacent electronic device. Form,
Including.

さらに提供される別の実施例は電子部品スタックである。該スタックは少なくとも1つ
の積層セラミックコンデンサを含み、積層セラミックコンデンサは:隣接する第1電極と
第2電極との間に誘電体を挟んで第1電極と第2電極が交互に平行に配置され、第1電極
は第1の極性を有して積層セラミックコンデンサの第1側に終端し第2電極は第2の極性
を有して積層セラミックコンデンサの第2側に終端する、第1電極と第2電極を含む。第
1遷移的液相焼結適合材料が第1側にあり、各第1電極に電気的に接触する。第2遷移的
液相焼結適合材料が第2側にあり、各第2電極に電気的に接触する。電子素子がさらに設
けられ、該電子素子は:第1外部終端上に第3遷移的液相焼結適合材料を含む第1外部終
端と第2外部終端上に第4遷移的液相焼結適合材料を含む第2外部終端とからなる。第1
遷移的液相焼結適合材料と第3遷移的液相焼結適合材料との間に冶金結合部が生成される
Yet another example provided is an electronic component stack. The stack includes at least one multilayer ceramic capacitor, the multilayer ceramic capacitor having: first electrodes and second electrodes arranged in parallel with each other with a dielectric interposed between adjacent first electrodes and second electrodes; The first electrode has a first polarity and terminates on the first side of the multilayer ceramic capacitor and the second electrode has a second polarity and terminates on the second side of the multilayer ceramic capacitor. Contains two electrodes. A first transitional liquid phase sintering compatible material is on the first side and electrically contacts each first electrode. A second transitional liquid phase sintering compatible material is on the second side and electrically contacts each second electrode. An electronic element is further provided, the electronic element comprising: a first external termination including a third transitional liquid phase sintering compatible material on the first external termination and a fourth transitional liquid phase sintering compatible material on the second external termination and a second outer termination comprising a material. first
A metallurgical bond is created between the transitional liquid phase sintering compatible material and the third transitional liquid phase sintering compatible material.

さらに提供される別の実施例はスタック化された電子部品であって、該スタック化され
た電子部品は各電子素子が第1の外部終端と第2の外部終端を含む少なくとも2つの電子
素子を含むスタックからなる。遷移的液相焼結接着剤が隣接する電子素子の各第1外部終
端の間で各第1外部終端に接触して設けられる。
Yet another embodiment provided is a stacked electronic component comprising at least two electronic elements, each electronic element including a first external termination and a second external termination. consists of a stack containing A transitional liquid phase sintering adhesive is provided between and in contact with each first outer termination of adjacent electronic elements.

さらに提供される別の実施例はスタック化された電子部品である。該スタック化された
電子部品はMLCCを含み、該MLCCはコンデンサの第1外部終端とコンデンサの第2
外部終端を含む。少なくとも1つの電子素子が該MLCCと隣接し該MLCCと共にスタ
ックを形成し、各電子素子は第1素子外部終端と第2素子外部終端を含み、該電子素子は
抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、過電圧放電デバイス、センサー、
スイッチ、静電気放電サプレッサー、半導体、及び集積回路から選択される。遷移的液相
焼結接着剤が第1コンデンサ外部終端と第1素子外部終端の間で第1コンデンサ外部終端
と第1素子外部終端に電気的に接触して設けられる。
Yet another embodiment provided is stacked electronic components. The stacked electronic component includes an MLCC, the MLCC having a first external termination of the capacitor and a second external termination of the capacitor.
Includes external termination. At least one electronic element is adjacent to the MLCC and forms a stack with the MLCC, each electronic element including a first element external termination and a second element external termination, the electronic elements being resistors, varistors, inductors, diodes, fuses. , overvoltage discharge devices, sensors,
Selected from switches, electrostatic discharge suppressors, semiconductors, and integrated circuits. A transitional liquid phase sintering adhesive is provided in electrical contact with the first capacitor outer termination and the first element outer termination between the first capacitor outer termination and the first element outer termination.

さらに提供される別の実施例は電子素子を形成する方法であって、該方法は:第1コン
デンサ外部終端と第2コンデンサ外部終端を含むMLCCを形成し;第1素子外部終端と
第2素子外部終端を含む電子素子を形成し;第1コンデンサ外部終端と第1素子外部終端
との間のTLPS接合によりMLCCと電子素子を積層して配置することを含む。
Yet another embodiment provided is a method of forming an electronic device comprising: forming an MLCC including: a first capacitor external termination and a second capacitor external termination; a first device external termination and a second device forming an electronic component including an external termination; and stacking the MLCC and the electronic component with a TLPS junction between the first capacitor external termination and the first component external termination.

本発明の実施例の側面概略図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の側面概略図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略分解図である。1 is a cross-sectional schematic exploded view of an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の側面断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional side view of an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例の側面断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional side view of an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. スタック化された電子素子の側面概略図である。FIG. 2 is a schematic side view of a stacked electronic device; 本発明の実施例の側面概略図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例のグラフ表示である。1 is a graphical representation of an embodiment of the invention; 本発明の実施例に従って接合されたクーポンの断面の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a cross-section of a coupon bonded according to an embodiment of the invention; 本発明の実施例に従って接合されたクーポンの断面の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a cross-section of a coupon bonded according to an embodiment of the invention; 本発明の実施例に従って接合されたクーポンの断面の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a cross-section of a coupon bonded according to an embodiment of the invention; 本発明の実施例に従って接合されたクーポンの断面の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a cross-section of a coupon bonded according to an embodiment of the invention; 本発明の利点を示すグラフ表示である。4 is a graphical representation of the advantages of the present invention; 本発明の利点を示すグラフ表示である。4 is a graphical representation of the advantages of the present invention; 本発明の利点を示すグラフ表示である。4 is a graphical representation of the advantages of the present invention; 本発明の利点を示すグラフ表示である。4 is a graphical representation of the advantages of the present invention; 基板の反りの試験結果のグラフ表示である。4 is a graphical representation of board warpage test results; 基板の反りの試験結果のグラフ表示である。4 is a graphical representation of board warpage test results; メッキされた表面を有する2枚のクーポンのせん断オーバラップジョイントの電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a shear overlap joint of two coupons with plated surfaces; 本発明の実施例に従ってTLPSペーストで接合された2枚のクーポンを表す。Figure 2 depicts two coupons joined with TLPS paste according to an embodiment of the present invention; 基板の反りの試験結果のグラフ表示である。4 is a graphical representation of board warpage test results; 基板の反りの試験結果のグラフ表示である。4 is a graphical representation of board warpage test results; 本発明の実施例の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略側面図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略上面図である。1 is a schematic top view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略上面図である。1 is a schematic top view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略側面図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略底面図である。Figure 3 is a schematic bottom view of an embodiment of the invention; 本発明の実施例の概略側面図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略上面図である。1 is a schematic top view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略底面図である。Figure 3 is a schematic bottom view of an embodiment of the invention; 本発明の実施例の概略側面図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施例の概略側面図である。1 is a schematic side view of an embodiment of the invention; FIG.

本発明は外部リードまたはリードフレームへの接合が改善され、又はリードレス電子部
品として使用されるスタック状の電子素子の電子素子間の接合が改善された、少なくとも
その1つが好ましくはMLCCである電子素子からなる電子部品に関する。さらに該スタ
ックはマイクロフォニックノイズの伝搬を大幅に減少させる。
The present invention provides an electronic device with improved bonding to external leads or lead frames, or improved bonding between electronic elements in a stack of electronic elements used as leadless electronic components, at least one of which is preferably an MLCC. The present invention relates to an electronic component composed of an element. Furthermore, the stack significantly reduces the propagation of microphonic noise.

電子素子は、好ましくはMLCC、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒュー
ズ、過電圧放電デバイス、センサー、スイッチ、静電気放電サプレッサー、半導体、及び
集積回路からなるグループから選択される。ダイオードは発光ダイオードであってもよい
。より好ましくは、電子素子はMLCC、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒ
ューズ、過電圧放電デバイス、センサー、スイッチ、静電気放電サプレッサーからなるグ
ループから選択される。
The electronic elements are preferably selected from the group consisting of MLCCs, resistors, varistors, inductors, diodes, fuses, overvoltage discharge devices, sensors, switches, electrostatic discharge suppressors, semiconductors and integrated circuits. The diode may be a light emitting diode. More preferably, the electronic element is selected from the group consisting of MLCCs, resistors, varistors, inductors, diodes, fuses, overvoltage discharge devices, sensors, switches, electrostatic discharge suppressors.

本発明は、電子素子の終端の形成や外部リードの電子素子への取り付けに遷移的液相焼
結法(TLPS)による接着剤を使用することに関する。この改善された終端は異なる表
面仕上げだけでなく長さが異なる電子素子に対しても対応できる利点がある。さらに、ハ
ンダボールが形成されないので、電子素子間にTLPSだけを介在させて、ハンダ付け技
術のようにクリーニングのために通常必要なギャップを設けることなく互いにそのトップ
に電子素子を積層することができる。電子素子がMLCCであれば、TLPSをその電子
素子の内部電極に直接接合でき、終端を低温度で形成できる。実施例によっては、熱圧接
プロセスを用いて改善された外部リード接着ボンドを形成することにより高密度の終端を
作ることができる。
The present invention relates to the use of transitional liquid phase sintering (TLPS) adhesives for forming terminations and attaching external leads to electronic devices. This improved termination has the advantage of accommodating electronic elements of different lengths as well as different surface finishes. Furthermore, since no solder balls are formed, electronic devices can be stacked on top of each other with only TLPS interposed between the electronic devices without the gaps normally required for cleaning as in soldering techniques. . If the electronic element is an MLCC, the TLPS can be directly bonded to the internal electrode of the electronic element and the termination can be formed at a low temperature. In some embodiments, high density terminations can be created by forming an improved outer lead adhesive bond using a thermal compression bonding process.

ハンダは最初のリフロー後その組成が変化することのない合金である。ハンダは唯一の
融点を有し、何度も繰り返して溶かすことができる。最も一般的なハンダは60%Sn4
0%Pbである。ハンダはエレクトロニクスにおいて自由に材料を選べて電子素子と回路
基板間の機械的及び電気的なインターコネクトを提供する。ハンダは大量生産の組み立て
プロセスでの使用に非常に適している。ハンダの物理的な特性は単にハンダ合金を生成す
るために使用される金属の比率を変更することにより変更が可能である。ハンダをこの点
から参照すると、それは何度も繰り返して溶かすことができる少なくとも2つの金属の合
金を意味するものとなる。
Solder is an alloy whose composition does not change after the first reflow. Solder has a unique melting point and can be melted over and over again. The most common solder is 60% Sn4
0% Pb. Solders are the material of choice in electronics to provide mechanical and electrical interconnects between electronic devices and circuit boards. Solder is well suited for use in mass production assembly processes. The physical properties of solder can be changed simply by changing the proportions of metals used to form the solder alloy. References to solder in this context mean an alloy of at least two metals that can be melted over and over again.

導電性エポキシ接着剤は代表的な架橋ポリマーであり、通常、それに銀又は金フレーク
や金粒子の導電性フィラーを充填して導電性のエポキシ高分子結合を生成する。ハンダと
は異なり、導電性接着剤は一度しか硬化されずリワークされることはない。金属粒子は相
互に接触するとエポキシの中に蛇行する導電路を形成して2つ以上のコンポーネント間を
電気的に接続する。導電性エポキシ接着剤、ハンダ、エポキシハンダには315℃より低
い温度制限がある。
Conductive epoxy adhesives are typical cross-linked polymers, which are typically filled with conductive fillers of silver or gold flakes or gold particles to create a conductive epoxy polymer bond. Unlike solder, conductive adhesives are cured only once and cannot be reworked. When the metal particles come into contact with each other, they form serpentine conductive paths in the epoxy to provide an electrical connection between two or more components. Conductive epoxies, solders, and epoxy solders have temperature limits below 315°C.

別の材料としてポリマーハンダが2以上の適合性金属間の冶金的接合のために使われる
。ポリマーハンダは一般的にはハンダと架橋ポリマーとエポキシを結合させたものである
。ハンダは導電性と結合に機械的強度を与える容積を提供し、一方エポキシは高分子結合
を形成してそれによって付加的な機械的強度を提供し、ハンダ自体の温度性能を向上させ
る。ポリマーハンダはマイクロフォニックノイズ低減技術には使われないことが望ましい
Another material, polymer solder, is used for metallurgical bonding between two or more compatible metals. Polymeric solder is generally a combination of solder, a cross-linked polymer and an epoxy. The solder provides electrical conductivity and bulk that provides mechanical strength to the bond, while the epoxy forms a polymeric bond thereby providing additional mechanical strength and improving the temperature performance of the solder itself. Polymer solders should preferably not be used for microphonic noise reduction techniques.

遷移的液相焼結法(TLPS)による接合はハンダとは区別される。高温にさらす前は
TLPS材料は2以上の金属の混合物又は合金であり、それによって材料の熱履歴を区別
している。TLPS材料は高温にさらされる前の融点は低いが、高温にさらされると融点
が高くなる。最初の融点は、低融点の金属又は2つの低融点の金属の合金に由来する。2
番目の融点は、低融点の金属又は合金が高温の融点を有する新たな合金を形成しそれによ
り高い融点を有する金属間化合物を生成するときに形成される金属間化合物の融点である
。TLPS材料は接合される金属表面間に冶金結合部を形成する。錫/鉛ハンダや鉛(P
b)フリーハンダとは異なり、TLPSが金属間化合物の接合を形成するときTLPSは
広がらない。TLPSシステムのリワークは高温の二次フロー温度のために非常に困難と
なる。遷移的液相焼結法とは2以上のTLPS適合材料を相互に接触させてその低融点金
属を溶かすのに十分な温度まで温度を上げたときにもたらされる冶金学的状態を表現する
、プロセスに与えられた専門用語である。TLPSプロセス即ちインターコネクトを形成
するにあたり、錫(Sn)やインジウム(In)等の低い融点を有する金属のファミリー
から少なくとも1つが選択され、銅(Cu)や銀(Ag)等の高い融点を有するファミリ
ーから第2の金属が選択される。SnとCuとを接触させて温度を上げると、SnとCu
によりCuSnの金属間化合物が形成されて、その結果低い融点を有する金属の融点より
も高い融点がもたらされる。InとAgの場合は、Inが十分に加熱されると溶けて実際
にはAgの中へ拡散していき、それによってIn自体よりも高い融点を有する固溶体を生
成する。TLPSはそのプロセスに一般的に言及する場合に使用され、TLPS適合材料
は2以上のLPS適合金属間で冶金結合部を形成する場合に使用される。TLPSは電気
的かつ機械的なインターコネクトを提供し、該インターコネクトは比較的低温(<300
℃)で作成が可能であり、しかも第2の再溶融温度>600℃を有する。上記の温度はT
LPS適合金属の異なる組み合わせにより決定される。一般的にTLPSはTLPSによ
る冶金結合即ちインターコネクトを形成するために使用されるプロセス及び材料に関係し
て利用される。
Bonding by transitional liquid phase sintering (TLPS) is distinguished from solder. Prior to high temperature exposure, TLPS materials are mixtures or alloys of two or more metals, thereby distinguishing the material's thermal history. The TLPS material has a low melting point before exposure to high temperatures, but increases its melting point after exposure to high temperatures. The first melting point comes from the lower melting point metal or an alloy of two lower melting point metals. 2
The second melting point is the melting point of the intermetallic compound formed when a lower melting point metal or alloy forms a new alloy with a higher melting point thereby producing an intermetallic compound with a higher melting point. The TLPS material forms a metallurgical bond between the metal surfaces to be joined. Tin/lead solder or lead (P
b) Unlike free solder, TLPS does not spread when it forms an intermetallic bond. Rework of the TLPS system becomes very difficult due to the high secondary flow temperature. Transient liquid phase sintering is a process that describes the metallurgical state that results when two or more TLPS compatible materials are brought into contact with each other and the temperature is raised to a temperature sufficient to melt the low melting point metal. is a terminology given to At least one of a family of low melting point metals such as tin (Sn) and indium (In) are selected for the TLPS process or interconnect, and a family of high melting point metals such as copper (Cu) and silver (Ag). A second metal is selected from When Sn and Cu are brought into contact with each other and the temperature is raised, Sn and Cu
forms an intermetallic compound of CuSn, resulting in a melting point higher than that of metals with low melting points. In the case of In and Ag, when the In is heated sufficiently, it melts and actually diffuses into the Ag, thereby forming a solid solution with a higher melting point than In itself. TLPS is used when referring generally to the process, and TLPS compatible materials are used when forming a metallurgical bond between two or more LPS compatible metals. TLPS provides an electrical and mechanical interconnect that is relatively low temperature (<300
°C) and have a second remelting temperature >600°C. The above temperature is T
Determined by different combinations of LPS compatible metals. TLPS is generally utilized in connection with the processes and materials used to form metallurgical bonds or interconnects with TLPS.

TLPS接合は157℃の比較的低い初期のプロセス温度で実行が可能である。一旦T
LPS接合プロセスが完成すると、その結果もたらされる接合は初期のプロセス温度より
もはるかに高い溶融温度を有し、通常300℃以上高い、多数の材料のセットにおいて4
50℃を超える第2の融点を有することが一般的である。TLPSは、ハンダが2以上の
金属を一緒に溶かして特異性を有する合金を生成することで形成される点において従来の
ハンダとは異なる。そのような特異性は単に該合金にさらなる金属を付加することにより
、あるいは該合金を構成する金属の構成比を変えることによって変更できる。その後ハン
ダ合金は再度溶かされ固化されて2以上の表面を接合する。TLPSは、最初はハンダ合
金のような合金材料ではない。TLPSは2以上の金属の相互の拡散や焼結に基づく冶金
プロセスであり、特に2つの表面間の界面で進行する。一旦TLPSの界面が生成される
と低温で再度溶融されることはない。焼結又は拡散プロセスが完了すると、TLPSの高
い再溶融温度が多くの場合アセンブリのリワークを禁止する。このような高い温度では回
復不能のダメージを被るからである。TLPSプロセスはインジウムや錫等の低融点金属
を銀や銅などの高融点金属に接触させ、低融点金属が溶融して高融点材料へ拡散又は焼結
する温度まで温度を上げることによって達成される。拡散又は焼結スピードは時間温度関
数で表され、金属の組み合わせが異なることで異なる。結果として高融点金属の溶融温度
に近づいた新しい溶融温度を有する固溶体が得られる。
TLPS bonding can be performed at a relatively low initial process temperature of 157°C. Once T
Once the LPS bonding process is complete, the resulting bond has a melting temperature much higher than the initial process temperature, typically 300° C. or higher, in a large set of materials.
It is common to have a secondary melting point above 50°C. TLPS differs from conventional solder in that the solder is formed by melting two or more metals together to form an alloy with specific properties. Such specificity can be altered simply by adding additional metals to the alloy or by changing the proportions of the metals that make up the alloy. The solder alloy is then remelted and solidified to join the two or more surfaces. TLPS is not initially an alloy material like a solder alloy. TLPS is a metallurgical process based on interdiffusion and sintering of two or more metals, especially at the interface between two surfaces. Once the TLPS interface is created, it cannot be melted again at low temperatures. Once the sintering or diffusion process is complete, the high remelting temperature of TLPS often prohibits rework of the assembly. Such high temperatures would cause irreversible damage. The TLPS process is accomplished by contacting a low melting point metal such as indium or tin with a high melting point metal such as silver or copper and raising the temperature to a point where the low melting point metal melts and diffuses or sinteres into the high melting point material. . Diffusion or sintering speed is a function of time and temperature and is different for different metal combinations. The result is a solid solution with a new melting temperature approaching that of the refractory metal.

ポロニウム等の低融点金属からなり、第2のファッションは銀、銅、アルミニウム、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
等の高融点金属からなり、拡散された固溶体を生成する。
A second fashion consists of high melting point metals such as silver, copper, aluminum, gold, platinum, palladium, beryllium, rhodium, nickel, cobalt, iron, molybdenum, etc., and forms a diffused solid solution. Generate.

接合部内に潜在するボイドを除去するにはフラックスフリーのプロセスを用いることが
非常に重要である。TLPSは焼結をベースとするプロセスなので、ボンドラインは一様
でボイドフリーである。ハンダにとって必要なフラックスは接合部に閉じ込められてその
後燃え尽きてボイドを残す。半導体産業の場合、特にダイアタッチプロセスにおいて、こ
れらのボイドは集積回路(I/C)内にホットスポットを形成し、早期故障や信頼性問題
を引き起こす。TLPSは焼結プロセスでありフラックスを使わないことでこの問題に対
処する。2つの金属を接触させて熱を加えると、低融点金属が高融点金属の中に拡散し接
着面エリアに亘って固溶体を形成する。固形化した一様のボンドラインを形成するために
は接着面がフラットで同一平面状にあり接着面の全体に亘って確実に密着していることが
必須要件である。要求される接着面の平面性はこの技術のアプリケーションを制限するも
のでもある。優れた接合をつくるために十分に平面にならない場合が多数あるからである
It is very important to use a flux-free process to remove potential voids in the joint. Since TLPS is a sintering-based process, the bond lines are uniform and void-free. The flux necessary for the solder is trapped in the joint and then burns out, leaving voids. In the semiconductor industry, especially in the die attach process, these voids create hot spots within the integrated circuit (I/C), causing premature failure and reliability problems. TLPS is a sintering process and uses no flux to address this issue. When the two metals are brought into contact and heat is applied, the low melting point metal diffuses into the high melting point metal forming a solid solution over the bonding surface area. In order to form a solid and uniform bond line, it is essential that the bonding surfaces are flat and coplanar, and that the entire bonding surface is in close contact. The required planarity of the bonding surfaces also limits the application of this technique. This is because there are many instances where it is not planar enough to make a good bond.

TLPS適合金属粒子コアを液体キャリア材料と結合させてペーストを形成することに
よって平面ではなく一様でもない2つの表面間に塗布することができ、メッキ、焼結され
た厚膜、及び又はメッキされ焼結された厚膜等の混合表面処理技術を施した後、最も低い
融点を有する金属の溶融温度まで熱してその温度を接合が形成されるまでの十分な時間保
持する。単一金属の粒子コアはペーストの中に複数の金属を含める必要がないので金属比
率の考慮が不要である。さらに約960℃の高い融点を有する金属の銀をコア粒子として
用いて単一の粒子を生成し、その後157℃の融点を有するインジウム等の低融点金属の
金属シェルで該単一粒子をコーティングすることが可能である。インジウムを使う利点は
それが溶けて銀の中へ拡散することである。この銀とインジウムのバイメタル粒子がそれ
ぞれ銀でコーティングされた2つの表面の間に配置されるならば、インジウムは銀の表面
に拡散するとともに銀のコアにも拡散して固溶体接続を形成する。バイメタルの単一粒子
として考慮することが可能なインジウム等の低融点を有する他の金属には錫、アンチモニ
ー、ビスマス、カドミウム、亜鉛、ガリウム、テルリウム、水銀、タリウム、セレニウム
、ポロニウム、鉛があり、銀などの高融点を有する金属には銅、アルミニウム、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、モリブデンも可能
な組み合わせとして考慮することができる。
The TLPS-compatible metal particle cores can be combined with a liquid carrier material to form a paste that can be applied between two non-planar and non-uniform surfaces, plated, sintered thick film, and/or plated. After applying a mixed surface treatment technique such as sintered thick film, it is heated to the melting temperature of the metal with the lowest melting point and held at that temperature long enough for the bond to form. Single-metal particle cores eliminate the need to include multiple metals in the paste, eliminating the need for metal ratio considerations. Furthermore, silver, a metal with a high melting point of about 960°C, is used as a core particle to produce a single particle, and then the single particle is coated with a metal shell of a low melting point metal such as indium, which has a melting point of 157°C. Is possible. The advantage of using indium is that it melts and diffuses into the silver. If this bimetallic particle of silver and indium is placed between two silver-coated surfaces respectively, indium diffuses to the silver surface and also to the silver core to form a solid solution connection. Other metals with low melting points such as indium that can be considered as bimetallic single particles include tin, antimony, bismuth, cadmium, zinc, gallium, tellurium, mercury, thallium, selenium, polonium, lead, Metals with high melting points such as silver, copper, aluminum, gold, platinum, palladium, beryllium, rhodium, nickel, cobalt, iron and molybdenum can also be considered as possible combinations.

インジウムパウダーをフラックス及び溶媒と混合してペーストを作成しこれを塗布して
、Niによりオーバーメッキされさらに約5ミクロン(200μインチ)の銀でオーバー
メッキされた銅のベースメタルを有する2つのクーポン間にTLPSの冶金結合部を形成
する。このサンプルは上記のようにメッキされた表面を有するクーポンの表面にインジウ
ムのペーストを施して作成され、その後2つクーポンを互いに接触させて150℃に熱し
て5秒間保持しさらに温度を320℃に上げて60秒間保持する。このように作成された
サンプルの結合力は4,177psiのせん断応力に該当する85-94ポンドの範囲の
引張重力を示し、平均7ポンドで5-9ポンドの範囲の引きはがし重力が達成される。こ
の強度はせん断強度が約3000psiであり、引きはがし強度が7-10ポンドの範囲
のSnPbハンダの強度に匹敵する。一つの大きな相違はAgIn接合が600℃を超え
る第2の溶融温度に耐えうることである。このような結果は、2つの銀メッキされたクー
ポンを接着するために使用するInペーストが現在のSnPbハンダと比べてより強いと
は言えないまでも少なくとも同等の強さがあり、さらにそれに比べるとはるかに高い第2
溶融温度を有するので、高温接続のアプリケーションに適するとともにさらに鉛フリーの
材料を提供できる。
Indium powder was mixed with flux and solvent to form a paste that was applied between two coupons with a base metal of copper overplated with Ni and overplated with approximately 5 microns (200 μin) of silver. to form a metallurgical bond of TLPS. This sample was prepared by applying an indium paste to the surface of a coupon having a plated surface as described above, then bringing the two coupons in contact with each other and heating to 150°C, holding for 5 seconds, and then increasing the temperature to 320°C. Raise and hold for 60 seconds. The bond strength of the samples thus made exhibits a tensile force in the range of 85-94 pounds corresponding to a shear stress of 4,177 psi, with an average of 7 pounds achieving a peel force in the range of 5-9 pounds. . This strength is comparable to that of SnPb solder, which has a shear strength of about 3000 psi and a peel strength in the range of 7-10 pounds. One major difference is that AgIn junctions can withstand secondary melting temperatures above 600°C. These results suggest that the In paste used to bond the two silver-plated coupons is at least as strong, if not stronger, than current SnPb solders, and even more so when compared to SnPb solders. much higher second
Having a melting temperature makes it suitable for high temperature connection applications and still provides a lead-free material.

リードフレームを構造体に結合する方法は一般的に2つの接着面の1つを高融点金属で
コーティングし、他の接着面を低融点金属でコーティングすることを含む。コーティング
プロセスは蒸着やメッキから構成されても良い。2番目の方法は、低融点金属または2以
上の低融点金属の合金からなるプリフォームフィルムをAg、Cu、Au等の高融点金属
でコーティングされた2つの平面間に挟むことである。3番目の方法は銅等の高融点金属
の粒子からなるペーストを生成し、Sn-Bi等の2つの低融点金属の合金の粒子を加え
混合して、接着面を洗浄するとともに混合ペーストを形成するための金属粒子に対する液
体成分として作用する二重目的の液体を生成することである。
The method of bonding the leadframe to the structure generally involves coating one of the two bonding surfaces with a high melting point metal and the other bonding surface with a low melting point metal. The coating process may consist of vapor deposition or plating. A second method is to sandwich a preform film consisting of a low melting point metal or an alloy of two or more low melting point metals between two planes coated with a high melting point metal such as Ag, Cu, Au. The third method is to produce a paste consisting of particles of a high melting point metal such as copper, add particles of an alloy of two low melting point metals such as Sn—Bi, and mix to clean the bonding surface and form a mixed paste. to create a dual-purpose liquid that acts as a liquid component for the metal particles to be used.

規定のサイクルタイムに2つの金属の十分な拡散が完了しない場合及び最大限の第2リ
フロー温度に到達しない場合には、接合プロセスは第2の加熱プロセスに入る。この場合
、接合部即ちアセンブリは低融点材料の融点より高い温度にさらされて15分から2時間
の時間保持される。この時間と温度は第2アセンブリプロセス又は最終的な環境アプリケ
ーション要件によって決定された望ましい第2リフロー温度を設定するために変更できる
。インジウム/銀のTLPSの場合には、600℃を超える第2溶融温度を達成すること
ができる。
If sufficient diffusion of the two metals is not completed within the prescribed cycle time and if the maximum second reflow temperature is not reached, the bonding process enters a second heating process. In this case, the joint or assembly is exposed to a temperature above the melting point of the low melting point material for a period of 15 minutes to 2 hours. This time and temperature can be varied to set the desired second reflow temperature determined by the second assembly process or final environmental application requirements. In the case of indium/silver TLPS, a second melting temperature above 600° C. can be achieved.

低融点金属を溶かすのに十分な温度にアセンブリを加熱し、機械的結合を形成するため
に十分な時間、例えば5秒ないし30秒間保持することにより接合が作成される。その後
の第2加熱プロセスの間、接合部にはインジウムと銀を拡散させるのに十分な温度を加え
てそれを十分な時間保持することよって第2の高いリフロー温度を有する合金を生成する
The bond is made by heating the assembly to a temperature sufficient to melt the low melting point metal and holding for a time sufficient to form a mechanical bond, such as 5 to 30 seconds. During a subsequent second heating process, the joint is subjected to a temperature sufficient to diffuse the indium and silver and held for a sufficient time to produce an alloy having a second higher reflow temperature.

ペーストを塗布して適切な表面間にTLPS合金接合を形成するだけではなく、TLP
S合金接合はプリフォームにより形成されてもよい。最も簡単に言うならば、プリフォー
ムは低融点のTLPS成分の薄箔であってもよい。あるいは、プリフォームはペーストを
成型し乾燥させて溶媒を除去して生成してもよい。結果として得られた固体プリフォーム
は接着される表面間に配置してもよい。この場合、乾燥後に強度を付加するためにペース
トに適当なバインダを添加することが必要である。どのような場合も、接着面に適合でき
るようにプリフォームは可鍛性であることが重要である。
In addition to applying a paste to form a TLPS alloy bond between suitable surfaces, TLP
The S-alloy joint may be formed by a preform. In simplest terms, the preform may be a thin foil of low melting point TLPS component. Alternatively, the preform may be produced by molding a paste and drying to remove the solvent. The resulting solid preform may be placed between surfaces to be bonded. In this case it is necessary to add a suitable binder to the paste to add strength after drying. In any case, it is important that the preform is malleable so that it can conform to the bonding surface.

インジウム等の単一の金属からなり、ペーストに含まれるインターコネクト材料は銀な
どの高融点金属でコーティングされた表面への結合を形成するために利用される。インジ
ウムの銀への拡散により低温遷移的液相が生じてそれがその後反応してより高温の結合部
を実現する。低融点ペーストの拡散スピードを高めるにはこのボンド形成が重要である。
ボイドを減少させて均質相とするなどの最終的な接続における望ましい特性を実現するた
めにペーストに他の金属を添加することが望ましい。しかし、低融点材料の高い拡散性を
維持することが重要である。このため、低融点金属に加えて1以上の金属が必要とされる
場合はペーストを形成する前にメタルパウダーをコーティングすることによりこれらの金
属を取り込むことが好ましい。融点が最も低い金属をより高い融点の金属にコーティング
することが活性表面を維持する上で好ましい。コーティングはさらにペーストの異なる金
属元素間の拡散距離を減少させる望ましい効果を有し、単に1以上の追加のメタルパウダ
ーを単一金属のペーストに混入させることとは対照的に好ましいフェーズをより簡単に形
成することができる。
An interconnect material comprised of a single metal such as indium and contained in a paste is utilized to form a bond to a surface coated with a refractory metal such as silver. Diffusion of indium into silver produces a low temperature transitional liquid phase which then reacts to produce a higher temperature bond. This bond formation is important for increasing the diffusion speed of the low-melting paste.
It is desirable to add other metals to the paste to achieve desirable properties in the final connection, such as void reduction and homogeneous phase. However, it is important to maintain the high diffusivity of the low melting point material. Therefore, if one or more metals are required in addition to the low melting point metal, it is preferable to incorporate these metals by coating with metal powder prior to forming the paste. Coating the metal with the lowest melting point over the metal with the higher melting point is preferred to maintain an active surface. The coating also has the desirable effect of reducing the diffusion distances between the different metallic elements of the paste, making the preferred phases easier as opposed to simply incorporating one or more additional metal powders into a single metallic paste. can be formed.

合金を含めないことが好ましい。合金はペーストの拡散活動を低下させる。コーティン
グされたメタルパウダーはペーストの中に取り込む前にメッキを使って形成されることが
好ましい。
It is preferred not to include alloys. The alloy reduces the spreading activity of the paste. The coated metal powder is preferably formed using plating prior to incorporation into the paste.

一般的に導電性接着剤は銀又は金の粒子で満たされた架橋ポリマーであり、特定の温度
範囲、一般的には150℃で硬化即ちクロスリンクして接続すべき材料に機械的結合を形
成する。それらの導電率はポリマーマトリックスの内部に閉じ込められ相互に密接する金
属粒子により創出され1の粒子から他の粒子への導電路を形成する。バインダは本来有機
体であるので、それらは通常約150℃ないし約300℃の範囲の比較的低温の温度性能
を示す。導電性エポキシは一旦硬化するとリワーク不能となる。TLPS接合とは異なり
、高温や腐食環境にさらすと高分子結合を分解し金属粒子を酸化して電気的特性を劣化さ
せることがある。インターコネクトの電気的及び機械的性能が共に損なわれることで結果
的にはESRを増加させ機械的強度を低下させることになる。
Conductive adhesives are generally crosslinked polymers filled with silver or gold particles that cure or crosslink at a specific temperature range, typically 150° C., to form a mechanical bond to the materials to be connected. do. Their conductivities are created by metal particles trapped inside a polymer matrix and in close contact with each other, forming a conductive path from one particle to another. Because the binders are organic in nature, they typically exhibit relatively low temperature capability in the range of about 150°C to about 300°C. Conductive epoxies cannot be reworked once cured. Unlike TLPS bonding, exposure to high temperatures and corrosive environments can degrade the polymer bonds and oxidize the metal particles, degrading electrical properties. Both the electrical and mechanical performance of the interconnect are compromised, resulting in increased ESR and reduced mechanical strength.

ポリマーハンダはPb/Sn系合金をベースとする従来のハンダシステム又はSn/S
b等の鉛フリーシステムから構成され、それらは洗浄剤として機能する架橋ポリマーと結
合する。この架橋ポリマーはさらに、エポキシボンド等の架橋ポリマーボンドを形成する
能力があり、それは金属の融解相の期間に生成されてハンダ合金及び機械的な高分子結合
を形成する。ポリマーハンダの利点は高分子結合がハンダの融点を超える温度でさらなる
機械的な結合強度を提供する点にあり、このようにハンダ接合にハンダの融点を超える約
5ないし80℃の範囲のより高い操作温度を提供できる。ポリマーハンダは流通している
ハンダ合金を架橋ポリマーと同じペースト内で結合させて加熱等により硬化する際に冶金
結合部とともに機械的結合部TLPS技術は、特に両方を提供し、高温でさらに高いハン
ダ接合強度を提供する。しかし、温度の上限と接合強度はこれまでは単に材料の物理的特
性のみによって増加されてきた。実用的上限は300℃に留まっているのに対してTLP
Sにより生み出された接合はより高い温度を達成できる。
Polymer solders are conventional solder systems based on Pb/Sn alloys or Sn/S
b, which are combined with a cross-linked polymer that acts as a detergent. This cross-linked polymer is also capable of forming cross-linked polymer bonds, such as epoxy bonds, which are produced during the melting phase of metals to form solder alloys and mechanical polymer bonds. An advantage of polymer solders is that the polymer bond provides additional mechanical bond strength at temperatures above the melting point of the solder, thus allowing solder joints to have higher temperatures in the range of about 5 to 80°C above the melting point of the solder. Can provide operating temperature. Polymer solders bond commercial solder alloys in the same paste as the cross-linked polymer and are hardened by heating or the like, as well as metallurgical bonds as well as mechanical bonds. Provides bond strength. However, the upper temperature limit and bond strength have so far been increased solely by the physical properties of the materials. The practical upper limit remains at 300°C, whereas the TLP
Bonds produced by S can achieve higher temperatures.

TLPS技術は、特に比較的平面の2つの接着面間の機械的かつ電気的な導電性冶金結
合部を提供するのに適している。TLPSプロセスに通常使われる金属は2つの金属ファ
ミリーから選択される。第1のファミリーはインジウム、錫、鉛、アンチモニー、ビスマ
ス、カドミウム、亜鉛、ガリウム、テルリウム、水銀、タリウム、セレニウム、TLPS
ペーストは電子素子又は電子部品の終端を形成することができ、それはその後他の方法及
び/又は材料によって電子回路に接続できる。冶金的金属化合物ボンドを鉛フリーの状態
で形成し、それは鉛フリーハンダ等の他のタイプの材料と比較しても高温で改善された接
合強度を有する。TLPS接合は電子素子内に埋設された1以上の電極により又はこれら
の電極に接続された他の材料を介して作成されてもよい。TLPS接合は部品のエッジに
オーバーラップする必要がない。
TLPS technology is particularly suitable for providing a mechanically and electrically conductive metallurgical bond between two relatively planar bonding surfaces. Metals commonly used in TLPS processes are selected from two families of metals. The first family is indium, tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, zinc, gallium, tellurium, mercury, thallium, selenium, TLPS
The paste can form the terminations of electronic elements or components, which can then be connected to electronic circuits by other methods and/or materials. A metallurgical metal compound bond is formed in a lead-free state, which has improved bond strength at elevated temperatures compared to other types of materials such as lead-free solders. A TLPS junction may be created by one or more electrodes embedded within the electronic device or via other materials connected to these electrodes. TLPS bonds do not need to overlap the edges of the part.

ペースト状のTLPSを使用することで不均一な表面の接合が可能になる。より具体的
には、ペースト状のTLPSを使用することで2つの凹凸形状の表面を、密着するあるい
は連続する接触ラインをつくることなく接合できる。このことは表面がそのプロセスの間
は密着かつ連続する接触ラインとなることが必要な、その後拡散接合されるメッキ面と比
較して特に有利である。これによって長さが異なる電子素子をスタック内で結合すること
ができ、又はリードフレーム内にスタックすることができる。TLPSはハンダボールを
形成しないので、スタックされる素子は相互にそのトップに積載可能であり、同一方向に
終端を向けることができ、ハンダを使う従来の接合に必要とされるような洗浄を要するギ
ャップも生じない。
The use of TLPS in paste form allows bonding of non-uniform surfaces. More specifically, TLPS in paste form can be used to join two textured surfaces without sticking or creating a continuous contact line. This is particularly advantageous compared to plated surfaces that are subsequently diffusion bonded, which require the surfaces to be coherent and continuous lines of contact during the process. This allows electronic elements of different lengths to be combined in a stack or stacked in a leadframe. Because TLPS does not form solder balls, stacked devices can be stacked on top of each other, have their ends oriented in the same direction, and require no cleaning as is required for conventional bonding using solder. No gap occurs.

TLPSペーストは従来のハンダのように流れないのでリードフレームにハンダダムを
造る必要がない。このことは製造上大きなメリットを提供する。
Since TLPS paste does not flow like conventional solder, there is no need to build solder dams in the leadframe. This provides significant manufacturing advantages.

TLPSペーストは2以上の電子素子を相互に又は共通のリードフレーム内に接合する
場合に使用できる。リードフレームの場合は、異なる長さの電子素子を接続可能であり、
ハンダボールが発生しないのでハンダボールを洗浄するために電子素子間にギャップを設
ける必要がない。従ってそれにより得られるスタックは従来のハンダによって組み立てら
れるものより薄くなる。TLPSはハンダボールを除外する。
TLPS paste can be used when bonding two or more electronic devices to each other or within a common leadframe. In the case of lead frames, electronic elements of different lengths can be connected,
Since solder balls do not occur, there is no need to provide a gap between the electronic elements to clean the solder balls. The resulting stack is therefore thinner than one assembled by conventional solder. TLPS excludes solder balls.

TLPSペーストを用いた熱圧着接合はボンドの密度を高めるために利用され、それに
よって温度のみに依存する場合に比べて信頼性の高い接合を形成できる。機械的特性も電
気的特性も共に熱圧着接合により改善される。
Thermocompression bonding with TLPS paste is used to densify the bond, thereby forming a more reliable bond than relying solely on temperature. Both mechanical and electrical properties are improved by thermocompression bonding.

TLPSは直接内部電極や外部終端に接合を形成するために使用できる。MLCCにお
いて内部電極は高融点金属となり得る。低融点金属がMLCCのエッジとシート、又はク
ーポンの外部表面のような高融点金属層とにコーティングされる。低融点金属を加熱する
とき内部電極と混ざって合金にすることができ、それにより外部の金属は冶金結合を直接
内部電極に形成する。
TLPS can be used to form junctions directly to internal electrodes or external terminations. In MLCCs, internal electrodes can be refractory metals. A low melting point metal is coated on the edges and sheets of the MLCC or a high melting point metal layer such as the outer surface of the coupon. When the low melting point metal is heated, it can intermingle with the internal electrode and alloy, whereby the external metal forms a metallurgical bond directly to the internal electrode.

遷移的液相焼結導電接着剤と電子素子の間に初期の接合を形成するには低温にすること
が特に好ましい。初期接合の形成後に等温時効処理を行い高温に耐えることができる高温
接合を形成する。リフロー温度は二次的接続プロセスを用いて電子部品を回路に接続する
過程で発生し、最も高い融点を有する素子の溶融温度及び初期接合を形成するための加熱
の過程で形成された合金の溶融温度よりも低い。これは約260℃のリフローを必要とす
るSACタイプのハンダに比べて好ましい。
Low temperatures are particularly preferred for forming an initial bond between the transitional liquid phase sintering conductive adhesive and the electronic device. After formation of the initial bond, an isothermal aging treatment is performed to form a high temperature bond capable of withstanding high temperatures. The reflow temperature occurs during the process of connecting electronic components to a circuit using a secondary connection process and is the melting temperature of the element with the highest melting point and the melting of the alloy formed during the heating process to form the initial joint. lower than temperature. This is preferred over SAC type solders which require reflow at about 260°C.

さらに遷移的液相焼結プロセスは2ステップのリフローを使うことができ、第1のステ
ップにおいては導電性の冶金結合が、TLPSの合金プロセスに使われる金属に依存して
、5秒から5分の範囲の比較的短い時間サイクルかつ180℃から280℃の範囲の低温
で形成される。第2のステップではその一部が、それに限定されないが例えば5分から6
0分の比較的長い時間200℃から300℃の温度範囲を使って等温時効処理が行われる
。初期接合を形成するために必要とされる時間は短時間なので自動処理に非常に適する。
別の方法では、単一ステップのプロセスを行うことができる、その場合、TLPSは外部
リードと電子素子間に、例えば250℃ないし325℃の温度を、例えば10秒ないし3
0秒間保持して、ターミナル即ち導電性冶金結合部を形成する。175℃ないし210℃
のような低温の場合は、例えば10ないし30分の長い時間使用できる。このことは電子
部品自体が温度に対して影響を受ける場合に特に有用である。
Additionally, the transitional liquid phase sintering process can use a two-step reflow, in which the conductive metallurgical bond is formed in the first step from 5 seconds to 5 minutes, depending on the metals used in the TLPS alloying process. and a low temperature in the range of 180°C to 280°C. In a second step a portion thereof, for example but not limited to 5 to 6
Isothermal aging is performed using a temperature range of 200° C. to 300° C. for a relatively long time of 0 minutes. The short time required to form the initial bond is well suited for automated processing.
Alternatively, a single-step process can be performed, in which TLPS applies a temperature of, for example, 250° C. to 325° C. between the external leads and the electronic element, for example, 10 seconds to 3 seconds.
Hold for 0 seconds to form a terminal or conductive metallurgical bond. 175°C to 210°C
, can be used for longer periods of time, for example 10 to 30 minutes. This is particularly useful when the electronic components themselves are temperature sensitive.

一般的には、終端は、好ましくは加熱することにより、1ステップの焼結プロセスを使
って、それに限定されない190℃ないし220℃の範囲の温度を、それに限定されない
10分ないし30分間保持して導電性の冶金結合をつくることによって形成される。第2
の溶融温度が第1の溶融温度を少なくとも80℃超えることがもっとも好ましい。金属結
合は450℃を超える第2溶融温度を有するので、この技術はその後の高温のアプリケー
ションの使用に適した低温処理鉛(Pb)フリーソリューションに対して実行可能なオプ
ションとなる。しかしながらこのタイプのプロセスは半導体処理やいくつかのPCB処理
に特有なバッチタイプのプロセスにより適しており、積層セラミックコンデンサを含む電
子素子へのハイボリュームの縦に並ぶ終端や外部リード接続に役に立たない。さらにこの
ようにTLPSを処理することは特に高レベルの有機含有量を伴う高度の気孔率をもたら
すこともある。
Generally, the terminations are preferably heated by heating to a temperature in the range of, but not limited to, 190° C. to 220° C. for, but not limited to, 10 to 30 minutes using a one-step sintering process. It is formed by creating an electrically conductive metallurgical bond. second
is at least 80°C above the first melting temperature. Metallic bonding has a secondary melting temperature above 450° C., making this technology a viable option for low temperature process lead (Pb) free solutions suitable for use in subsequent high temperature applications. However, this type of process is more suited to the batch-type processes typical of semiconductor processing and some PCB processing, and is less useful for high volume vertical termination and external lead connections to electronic devices, including multilayer ceramic capacitors. Furthermore, treating TLPS in this manner may result in a high degree of porosity, particularly with high levels of organic content.

TLPS材料を2ステップのプロセスを使って処理することで望ましい相互接続された
接合部を実現できる。第1のステップは30秒以下の比較的短いプロセス時間及び225
℃ないし300℃の温度範囲で強固な導電性接合を形成する。第2ステップは焼結ステッ
プであり、部品を200℃ないし250℃又はそれ以下の温度に5分ないし30分間さら
して合金プロセスを完成する。これらの2つのステップはハイボリュームのインラインア
センブリの要件を満たしその後のバッチ焼結プロセスを可能にするものである。しかし、
上記した単一ステップのプロセスと同様に多くの場合不必要に高い気孔率をもたらす。
The desired interconnected joints can be achieved by processing the TLPS material using a two-step process. The first step is a relatively short process time of 30 seconds or less and 225
C. to 300.degree. C. to form a strong conductive bond. The second step is the sintering step, in which the part is exposed to temperatures of 200° C. to 250° C. or less for 5 minutes to 30 minutes to complete the alloying process. These two steps meet the requirements of high volume in-line assembly and enable subsequent batch sintering processes. but,
Similar to the single step process described above, this often results in unnecessarily high porosity.

多くのアプリケーションにおいて高度の気孔率は容認される。しかし、高湿度の回路基
板の実装プロセスのような厳しい環境の下では水やその他の化学物質がボンドに侵入して
ボンドを不良にすることもある。従って、本発明の好ましい実施例は熱圧着接合プロセス
を使って遷移的液相焼結接合部内に低気孔率終端を形成することである。このプロセスは
、15ないし30秒の短いプロセス時間を使って225℃ないし300℃の範囲の温度で
単一のステップで行われ、自動化を容易にできる利点もある。1ステップの30秒未満の
低温でかつ熱圧着接合と組み合わせてリードが使われる場合、外部リードを電子素子へ接
続するアプリケーションのために強固な接合部を形成することが可能である。
A high degree of porosity is acceptable in many applications. However, under harsh environments such as high humidity circuit board mounting processes, water and other chemicals can penetrate the bond and cause the bond to fail. Accordingly, a preferred embodiment of the present invention uses a thermocompression bonding process to form low porosity terminations in transitional liquid phase sintered joints. The process is performed in a single step at temperatures ranging from 225° C. to 300° C. with short process times of 15 to 30 seconds, with the added advantage of ease of automation. At low temperatures of less than 30 seconds for one step and when the leads are used in combination with thermocompression bonding, it is possible to form strong joints for applications connecting external leads to electronic devices.

さらにポリマーハンダは接触面間の高密度冶金結合部の形成をアシストするのでポリマ
ーハンダを使用する場合には熱圧着接合が好ましい処理方法でもある。熱圧着の利点は2
次的接続プロセスに対してより強固なボンドを形成して高い強度の接続を達成できること
である。0.5ないし4.5キログラム/cm2(7.1ないし64psi)の圧縮力、
より好ましくは0.6ないし0.8キログラム/cm2(8.5ないし11psi)の圧
縮力がここでは熱圧着について説明するための実例として十分である。約0.63キログ
ラム/cm2(9psi)が説明のための実例として特に適した圧力である。
In addition, thermocompression bonding is also the preferred method of processing when polymer solders are used because polymer solders assist in forming a high-density metallurgical bond between contact surfaces. The advantage of thermocompression bonding is 2.
A higher strength connection can be achieved by forming a stronger bond for subsequent connection processes. a compressive force of 0.5 to 4.5 kilograms/cm 2 (7.1 to 64 psi);
More preferably, a compressive force of 0.6 to 0.8 kilograms/cm 2 (8.5 to 11 psi) is sufficient here as an illustration to illustrate thermocompression. About 0.63 kilograms/cm 2 (9 psi) is a particularly suitable pressure for illustrative purposes.

TLPS材料は銀、銅、アルミニウム、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、モリブデン又はこれらを任意に組み合わせた混合物から
選択された高融点材料を含み、これらはTLPSプロセスでの使用に適する。鉛(Pb)
フリーのTLPS材料は高融点コンポーネントとして銀又は銅のいずれかを使うのが好ま
しく、低融点コンポーネントとしてインジウム、錫、又はビスマスを使うのが好ましい。
TLPS materials include refractory materials selected from silver, copper, aluminum, gold, platinum, palladium, beryllium, rhodium, nickel, cobalt, iron, molybdenum, or mixtures thereof in any combination, which are suitable for the TLPS process. Suitable for use. Lead (Pb)
Free TLPS materials preferably use either silver or copper as the high melting point component and preferably indium, tin, or bismuth as the low melting point component.

さらにTLPS材料は錫、アンチモニー、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、ポロニウム又は任意の2以上のこ
れらの混合物又は合金から選択される低融点材料を含む。
Further TLPS materials include low melting point materials selected from tin, antimony, bismuth, cadmium, zinc, gallium, indium, tellurium, mercury, thallium, selenium, polonium or mixtures or alloys of any two or more thereof.

TLPS材料は、銀、錫、金、銅、プラチナ、パラジウム、ニッケル、又はこれらの組
み合わせを含む仕上剤と適合し、リードフレーム、部品の接合、又は内部電極のいずれか
に仕上げ剤として用いて2つの表面の間に導電性冶金結合部を形成する。外部リード又は
リードフレームの適切な材料はそれに限定されないがベリリウム銅、Cu194及びCu
192のようなリン青銅、銅、銅合金を含み、さらにリードフレームはそれに限定されな
いが42アロイ及びコバ-ル等の鉄合金からなる。
TLPS materials are compatible with finishes including silver, tin, gold, copper, platinum, palladium, nickel, or combinations thereof, and are used as finishes on either lead frames, component bonds, or internal electrodes2. An electrically conductive metallurgical bond is formed between the two surfaces. Suitable materials for external leads or leadframes include, but are not limited to, beryllium copper, Cu194 and Cu.
Phosphor bronzes such as 192, copper, copper alloys, and leadframes made of ferrous alloys such as, but not limited to, 42 alloy and Kovar.

加熱は当該技術分野において周知のいずれの方法によってなされてもよいが、対流加熱
、放射加熱、誘導加熱が最も好ましい。
Heating may be done by any method known in the art, but convective, radiant and inductive heating are most preferred.

不可欠であるがそれに限定されない構成要素を開示する図面を参照して本発明を説明す
る。多様な図面に亘って同じ要素には同じ番号を付している。
The present invention will be described with reference to the drawings disclosing essential but non-limiting components. The same elements are numbered the same in the various drawings.

図1の概略断面側面図を参照して本発明の一実施例を説明する。図1において電子素子
1は外部終端2を含み、それらはMLCCの内部電極又は電子素子の機能的要素にTLP
S接合を介して一体的かつ電気的に接触しており、これは以下の説明によってさらに容易
に理解されるであろう。この実施例の格別な利点は、少なくとも1つのそして好ましくは
MLCC、抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、過電圧放電デバイス、
センサー、スイッチ、静電気放電サプレッサー、半導体、及び集積回路からなるグループ
から選択された好ましくは電子素子のスタックを、TLPS接合により形成された外部終
端にそれぞれの端部が電気的に接触するように接合させて、それによってハンダフィレッ
ト等の2次的接続材料3を使って電子回路基板5の導体パッド4に接続可能な、リードレ
ス実装される電子素子又はリードレス電子素子のスタックを形成する能力にある。このよ
うにTLPS接合により形成される多くの終端を備えた電子素子は個別に又はスタック状
にしてリードレスで回路に接続することができる。しかし、TLPS接合部のさらに高い
2次的な溶融温度によって2次的な接続材料を幅広く考慮できるので、それによりTLP
S接合がポリマーハンダよりもより好ましいものとされる。素子1Aは上記のような又は
リードレススタックの場合の追加される電子部品であり、反りを吸収する犠牲チップを表
している。犠牲チップは反りを吸収できるように十分に大きいサイズが好ましいが必要以
上には大きくない方がよい。犠牲チップは1インチの1000分の35-60の厚さがあ
れば十分である。犠牲チップは物理的には電子素子を代替する素子ではあるが、電子部品
に対し何ら電子的な機能を提供することはない。
An embodiment of the present invention will now be described with reference to the schematic cross-sectional side view of FIG. In FIG. 1 the electronic device 1 includes external terminations 2 which are TLP's to the internal electrodes of the MLCC or functional elements of the electronic device.
They are integrally and electrically contacted through S-junctions, which will be more readily understood by the discussion below. A particular advantage of this embodiment is that at least one and preferably MLCCs, resistors, varistors, inductors, diodes, fuses, overvoltage discharge devices,
Bonding a stack of electronic elements, preferably selected from the group consisting of sensors, switches, electrostatic discharge suppressors, semiconductors, and integrated circuits, such that each end is in electrical contact with external terminations formed by TLPS bonding. and the ability to form leadless mounted electronic elements or stacks of leadless electronic elements that can be connected to contact pads 4 of an electronic circuit board 5 using a secondary connection material 3 such as a solder fillet. be. Such electronic devices with many terminations formed by TLPS bonding can be individually or stacked and connected to circuits in a leadless manner. However, the higher secondary melting temperature of TLPS joints allows a wider range of secondary connecting materials to be considered, thereby allowing TLP
S-joints are preferred over polymer solders. Element 1A is an additional electronic component as described above or in the case of a leadless stack, representing a sacrificial chip that absorbs warpage. The size of the sacrificial tip is preferably large enough to accommodate warping, but not larger than necessary. A sacrificial chip 35-60 thousandths of an inch thick is sufficient. A sacrificial chip is an element that physically replaces an electronic element, but does not provide any electronic function to the electronic component.

電子素子のリードレススタックは本発明では便宜上MLCCとして表され、図2の概略
断面側面図で示されている。図2においてリードレススタックは適切なTLPSペースト
又はプリフォーム18を隣接する電子素子の外部終端7の間に塗布し反応させて形成する
。ここで記載するプリフォームは好ましくは可鍛性を有し、それによりプリフォームは隣
接する表面に適合される。加熱されてプリフォームの低融点金属が外部終端の中へ拡散し
それによって冶金結合を形成する。プリフォームは好ましくは外部終端と同じ金属の高融
点金属を含有しても良く、加熱されると低融点金属がプリフォームの高融点金属の中へ拡
散して、それによってプリフォームの高融点金属と外部終端との間に冶金結合部を形成し
隣接する電子素子の外部終端間の適切な導電性を確実なものとする。外部終端は厚膜のペ
ーストを共焼成することにより、あるいは導電性接着剤を硬化させることにより形成され
、それによって内部電極9、10、及び該内部電極を分離する誘電体11として概略的に
表される電子素子の機能要素と電気的接触を形成する。
A leadless stack of electronic components is conveniently designated as an MLCC in the present invention and is shown in schematic cross-sectional side view in FIG. In FIG. 2, a leadless stack is formed by applying and reacting a suitable TLPS paste or preform 18 between the external terminations 7 of adjacent electronic devices. The preforms described herein are preferably malleable so that the preform conforms to adjacent surfaces. Heating causes the low melting point metal of the preform to diffuse into the outer termination thereby forming a metallurgical bond. The preform may contain a refractory metal, preferably of the same metal as the outer termination, and when heated the low melting point metal diffuses into the refractory metal of the preform, thereby reducing the refractory metal of the preform. and external terminations to ensure proper electrical conductivity between the external terminations of adjacent electronic devices. The external terminations are formed by co-firing a thick film of paste or by curing a conductive adhesive, and are thereby represented schematically as internal electrodes 9, 10 and a dielectric 11 separating the internal electrodes. forming electrical contact with the functional elements of the electronic device to which it is applied.

TLPS接合を容易にするために外部終端が複数の層からなっても良い。本発明の実施
例では図3の概略断面図に示されている。図3において、外部終端は複数層からなり、第
1層7’はMLCCの内部電極9、10として概略的に表される電子素子の機能要素と直
接接触する。第1層は終端層7と直接接触し、終端層7はプリフォーム18に適合してそ
こにTLPS接合を形成することができる。ハンダ層又はメッキ層26が設けられて終端
層とプリフォームを包んで回路基板への2次的接続を容易にし、特にハンダ付け性を向上
させる。ハンダ層又はメッキ層には、本明細書の他の部分でも説明されるように、柔軟性
非金属が包含されてもよい。
The external termination may consist of multiple layers to facilitate TLPS bonding. An embodiment of the invention is shown in the schematic cross-sectional view of FIG. In FIG. 3, the external termination consists of multiple layers, the first layer 7' being in direct contact with the functional elements of the electronic device represented schematically as internal electrodes 9, 10 of the MLCC. The first layer is in direct contact with the termination layer 7, which can conform to the preform 18 to form a TLPS bond there. A solder or plated layer 26 is provided to wrap the termination layer and preform to facilitate secondary connection to a circuit board, particularly to improve solderability. The solder or plated layer may include flexible non-metals, as described elsewhere herein.

ここに記載する独創的な事例において、TLPS接合部は電気的及び機械的なボンドと
して機能する。従来技術において電気的接合は通常はエポキシであるポリマーの分解温度
に依存して導電接着剤としての性能が制限されていた。リードレススタック内の電子素子
を結合するためにハンダを使うことは通常不可能である。ハンダはリフローにより回路基
板への2次的接続の過程でスタックの電気的及び/又は機械的完全性を損なう傾向がある
からである。従来技術においてリードを使用すること、あるいはCTE不整合を減少する
ことにより基板の反りが原因の機械的不良を克服することは、熱サイクルの間に使用され
るインターコネクトの弱化のため制限される。これらのストレスの問題を低減して信頼で
きる性能を得るためにリード材料及びMLCCタイプの組み合わせが開発されたが、結果
としてこれらは他の制限をもたらした。例えば、42アロイがストレスを減少させるため
に使われたが、結果として得られたスタックのESRを不要に高める結果になった。焼成
されメッキされた終端にTLPSを使って電子部品を接合して製造されたリードレススタ
ックは基板の反りに起因する割れに対して高い耐性を有し、しかもその性能は個別の電子
部品の性能と比較しても見劣りしないので、その機械的性能に対してこの独創的な結合部
の堅牢性を裏付けることができる。TLPSは電子部品間に連続する高導電性の冶金的イ
ンターコネクト層を形成できるので、42アロイのリードを使って製造された前記リード
付きスタックよりも低いESRを達成できる。リードレススタックはスタックに関連する
かしめを必要としないので同じ数と種類の電子素子をより低背型スタックに形成できる。
低背のスタックはTLPS接合の比較的低い形成温度と相まって他のコンポーネントや追
加の回路をスタックに付加することを許容する。リードレススタックが非常に機械的に厳
しいアプリケーションで使用される場合、電気的機能のない機械的吸収部品をスタックの
底に付けることができる。
In the inventive case described here, the TLPS joint functions as an electrical and mechanical bond. Electrical bonding in the prior art relies on the decomposition temperature of the polymer, usually an epoxy, to limit its performance as a conductive adhesive. It is generally not possible to use solder to join electronic devices in a leadless stack. This is because solder tends to compromise the electrical and/or mechanical integrity of the stack during secondary connection to the circuit board by reflow. The use of leads in the prior art, or overcoming mechanical failure due to substrate warpage by reducing CTE mismatch, is limited due to weakening of the interconnects used during thermal cycling. Combinations of lead materials and MLCC types have been developed to reduce these stress problems and provide reliable performance, but they have resulted in other limitations. For example, a 42 alloy was used to reduce stress, but unnecessarily increased the ESR of the resulting stack. Leadless stacks fabricated using TLPS to bond electronic components to fired and plated terminations are highly resistant to cracking due to substrate warpage, yet their performance is comparable to that of individual electronic components. The robustness of this ingenious joint against its mechanical performance is confirmed by its comparison with . Because TLPS can form a continuous, highly conductive metallurgical interconnect layer between electronic components, it can achieve a lower ESR than the leaded stack fabricated with 42 alloy leads. The same number and type of electronic components can be formed in a lower profile stack because leadless stacks do not require crimping associated with the stack.
The low profile stack coupled with the relatively low forming temperature of the TLPS junctions allows other components and additional circuitry to be added to the stack. If the leadless stack is to be used in a very mechanically demanding application, a mechanical absorbing component with no electrical function can be attached to the bottom of the stack.

TLPS終端を使って外部リードに対して導電性接合を形成することが図4に示されて
おり、ここでは電子素子1が外部リード又はリードフレーム6に、好ましくは外部リード
フレームと外部終端7との間のTLPS8により、接続される。
The use of TLPS terminations to form conductive bonds to external leads is illustrated in FIG. are connected by TLPS8 between

図5において、TLPS外部終端12が積層セラミックコンデンサの内部電極9、10
に直接接触する。交互に配され、交互の極性を有する平面状の内部電極は誘電体11によ
って分離され、交互の内部電極はTLPSによって形成された対向する外部終端12に直
接接触する。この構成によって電子部品に他の接続材料を形成することに関連する処理コ
ストを回避できる追加の利点がある。TLPS外部終端を使って図5の実施例はその後T
LPS接合により同様の実施例によって積層されて連結される外部終端を形成し、それに
より図1に示されるような、好ましくは少なくとも1つのMLCCを含む、電子部品のリ
ードレススタックを提供できる。
In FIG. 5, the TLPS external termination 12 is connected to the internal electrodes 9, 10 of the multilayer ceramic capacitor.
direct contact with Alternating planar internal electrodes of alternating polarity are separated by dielectrics 11 and alternate internal electrodes directly contact opposing external terminations 12 formed by TLPS. This configuration has the added advantage of avoiding the processing costs associated with forming other connection materials on electronic components. Using the TLPS external termination, the embodiment of FIG.
LPS bonding can form external terminations that are stacked and coupled by similar embodiments, thereby providing a leadless stack of electronic components, preferably including at least one MLCC, as shown in FIG.

本発明の実施例が図6の概略分解断面に示されている。図6において、電子素子は誘電
体11によって分離された内部電極9、10の交互の層を含む、モノリスとして概略が示
されたMLCCとして表され、隣接する内部電極は対向する端部に終端して電子素子の機
能要素を図式的に表している。少なくとも1つの電子素子が好ましくはMLCCであり、
抵抗、バリスタ、インダクタ、ダイオード、ヒューズ、過電圧放電デバイス、センサー、
スイッチ、静電気放電サプレッサー、半導体、及び集積回路からなるグループから選択さ
れた少なくとも1つの追加の素子を伴っている。一実施例において、内部電極即ち機能要
素はTLPS接合の高融点金属である。プリフォーム302がモノリスのエッジに塗布さ
れて外部終端を形成する。プリフォームは高融点金属303が低融点金属304と界面を
形成する層構造を有するコアからなる。電子部品は積層されプリフォームは電子部品に接
続されている状態において、低融点金属304は内部電極の中に拡散するとともに高融点
金属303に拡散し、それによってプリフォームと内部電極として表される電子素子の機
能要素との間に冶金結合部を形成する。プリフォームの高融点金属がリードフレームを形
成してもよい。別の実施例では、低融点金属を外部終端として電子素子の上に形成しても
よい。
An embodiment of the invention is shown in schematic exploded cross-section in FIG. In FIG. 6, the electronic device is represented as an MLCC, schematically illustrated as a monolith, comprising alternating layers of internal electrodes 9, 10 separated by a dielectric 11, with adjacent internal electrodes terminating at opposite ends. , diagrammatically represent the functional elements of the electronic device. at least one electronic element is preferably an MLCC,
resistors, varistors, inductors, diodes, fuses, overvoltage discharge devices, sensors,
With at least one additional element selected from the group consisting of switches, electrostatic discharge suppressors, semiconductors, and integrated circuits. In one embodiment, the internal electrode or functional element is a TLPS bonded refractory metal. A preform 302 is applied to the edge of the monolith to form an external termination. The preform consists of a core having a layered structure in which a high melting point metal 303 forms an interface with a low melting point metal 304 . With the electronic component laminated and the preform connected to the electronic component, the low melting point metal 304 diffuses into the internal electrode and diffuses into the high melting point metal 303, thereby representing the preform and internal electrode. A metallurgical bond is formed with the functional element of the electronic device. A preform of refractory metal may form the leadframe. In another embodiment, a low melting point metal may be formed on the electronic element as an external termination.

TLPS接合を形成する間、低融点金属の拡散はその反応性とともに接合形成プロセス
の時間と温度に依存する。高度の反応性を達成するには合金を回避する一方、個々の金属
とその厚さを、状態図を参照して選択し、2次的相の形成の可能性をなくすことが望まし
い。
During formation of a TLPS bond, the diffusion of the low melting point metal depends on its reactivity as well as the time and temperature of the bond formation process. While avoiding alloys to achieve a high degree of reactivity, it is desirable to select the individual metals and their thicknesses with reference to phase diagrams to eliminate the possibility of secondary phase formation.

図7はMLCCとして概略図示された単一の電子素子を備えた実施例を示している。図
7においてTLPS終端14が外部リード15を内部電極9、10として概略図示された
電子素子の機能要素に接合し;TLPS終端14が電子素子体16のエッジ17を超えて
拡張することはない。この実施例は機械的なストレスが除去されるのでこの重複する領域
で生じる不良を低減する。
FIG. 7 shows an embodiment with a single electronic component, schematically illustrated as an MLCC. TLPS terminations 14 join external leads 15 to functional elements of the electronic device, schematically illustrated as internal electrodes 9, 10 in FIG. This embodiment reduces failures occurring in this overlap region as mechanical stress is eliminated.

図8は電子部品の断面図を示し、この場合、TLPS終端102を備え積層セラミック
コンデンサ100として概略図示された電子素子が導電性インターコネクトを介して外部
リード104に接触する。エッジ106は導電性接続と外部リード間に連続する密着ライ
ンを有さない。特別の利点は、外部リードと導電性インターコネクトの2つの表面は接着
されるとき連続する密着ラインを形成する必要がないことである。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of an electronic component, in this case an electronic element schematically illustrated as a multilayer ceramic capacitor 100 with TLPS terminations 102 contacting external leads 104 through conductive interconnects. Edge 106 does not have a continuous adherence line between the conductive connection and the external lead. A particular advantage is that the two surfaces of the external lead and conductive interconnect need not form a continuous bond line when bonded.

図9は本発明の一実施例を表す。図9において、MLCCとして概略図示された2つの
電子素子200、200’がリードフレーム206間に配置され、多くの電子素子及び電
子素子の組み合わせが積層されるとの理解のもとで説明するために示されている。各電子
素子はTLPS終端202を備え、TLPS終端202は電子素子のエッジ108の一部
しかカバーしていない。これにより電子素子の表面間の間隔を最小限に狭めることができ
、又は間隔をゼロにできる。TLPS終端202を混合体又は層状構造体としてプリフォ
ームにして部品間に挿入し、その後単一の加熱ステップ又は複数の加熱ステップを加えて
も良い。あるいは、外部終端を内部電極即ち電子素子の機能要素に直接電気的に接触させ
て形成することもできる。
FIG. 9 represents one embodiment of the present invention. In FIG. 9, two electronic elements 200, 200', schematically illustrated as MLCCs, are positioned between leadframes 206, with the understanding that many electronic elements and combinations of electronic elements are stacked. shown in Each electronic element has a TLPS termination 202 that only partially covers the edge 108 of the electronic element. This allows for minimal or no spacing between the surfaces of the electronic elements. The TLPS termination 202 may be preformed as a composite or layered structure and inserted between parts, followed by a single heating step or multiple heating steps. Alternatively, external terminations can be formed in direct electrical contact with internal electrodes or functional elements of the electronic device.

拡散により駆動される接合プロセスはダイアタッチに見られるような平面間においては
うまく利用されてきたが、そういった平面をつくることが実用的ではないアプリケーショ
ンがある。このような場合、接合される接着面間のギャップやボイドを埋めることができ
る、一様ではない接着面の接合を許容する高温ソリューションが必要になる。TLPS技
術に一般的に使用される金属は2つの金属ファミリーから選択される。第1のファミリー
は低融点を備える金属からなり、第2のファミリーは高融点を備える金属からなる。低融
点金属ファミリーの金属が高融点金属ファミリーの金属と接触し熱にさらされると、低融
点金属が高融点金属へ拡散し焼結して高融点金属よりも低い融点を有する合金を生成する
。このプロセスは遷移的液相焼結(TLPS)と呼ばれ、TLPSの固溶体の形成によっ
て、比較的低温ではあるが、高融点金属の融点より低い高温の2次的リフロー温度でイン
ターコネクトをつくることができる。
Although diffusion-driven bonding processes have been used successfully between planes such as those found in die attach, there are applications where it is impractical to create such planes. In such cases, a high temperature solution is needed that allows bonding of non-uniform bonding surfaces that can fill gaps and voids between the bonding surfaces to be bonded. Metals commonly used in TLPS technology are selected from two metal families. The first family consists of metals with low melting points and the second family consists of metals with high melting points. When a metal of the low melting point metal family contacts a metal of the high melting point metal family and is exposed to heat, the low melting point metal diffuses into the high melting point metal and sinters to produce an alloy with a lower melting point than the high melting point metal. This process is called transitional liquid phase sintering (TLPS), and the formation of a solid solution of TLPS allows interconnects to be made at secondary reflow temperatures that are relatively low, but higher than the melting point of the refractory metal. can.

図10は本発明の一実施例を示し、2つの電子素子20、21が異なる幅を有する、ス
タックされた電子素子の側面の概略図を表している。TLPSの終端22は外部リード2
3と適切に接触した状態で異なる長さの電子素子を受け入れることができる。このように
、2.54mm(0.10インチ)までの長さの異なる部品を同じスタック内に接続する
ことができる。ただし、長さの違いは0.254mm(0.010インチ)を超えないこ
とが好ましい。メッキされた銀、焼結された銀、又は他のTLPS適合金属等の混合され
た技術が応用された表面金属を有する複数の一様ではない表面を接合することが多くの場
合に望まれている。図10に記載のように接合される1つの面が銀などで電気メッキされ
、その接着面が厚膜銀ペーストでカバーされその後焼結される。その後ペースト状のイン
ジウム等の単一成分の低融点金属が、各々が銀コーティング又は他の適合性TLPS高融
点金属を有する接着されるべき2つの表面の間に配置される。該ペーストは異なるサイズ
の電子素子の一様ではない表面間のギャップを埋める機能がある。アセンブリはその後イ
ンジウムの融点157℃に加熱され、あるいはインジウム以外の別の適切な低融点金属の
融点に加熱され、液相温度に5秒ないし15分の間保持されて、冷却され、その後凝固さ
れる。結果として得られる接合用相互接続材料は低融点材料の融点よりも高い二次的リフ
ロー温度を有する。スタック内の隣接する素子間に配置されたオプションの絶縁層70は
外部リード間のアーク放電に対して保護を与える。絶縁層は200ボルト以上や250ボ
ルト以上の高電圧のアプリケーションに対してより好ましい。絶縁層はアクリル、ポリウ
レタン、ポリイミド、エポキシ、パリレン(パラキシレン)、シリコンを含む様々の化学
族に基づく多様なポリマーコンフォーマルコーティングによって実現される。TLPS終
端は不活性フィラー112を含んでも良い。
FIG. 10 shows an embodiment of the present invention and presents a schematic side view of stacked electronic elements in which the two electronic elements 20, 21 have different widths. Termination 22 of TLPS is external lead 2
Different length electronic elements can be accommodated in proper contact with 3 . In this way, parts of different lengths up to 0.10 inch can be connected in the same stack. However, the difference in length preferably does not exceed 0.010 inches. It is often desired to join multiple uneven surfaces having surface metals applied with mixed technologies such as plated silver, sintered silver, or other TLPS compatible metals. there is One surface to be joined is electroplated with silver or the like as described in FIG. 10 and the bonding surface is covered with a thick film silver paste and then sintered. A single component low melting point metal such as indium paste is then placed between the two surfaces to be bonded, each having a silver coating or other compatible TLPS high melting point metal. The paste functions to fill gaps between uneven surfaces of electronic elements of different sizes. The assembly is then heated to the melting point of indium, 157° C., or to the melting point of another suitable low melting point metal other than indium, held at the liquidus temperature for 5 seconds to 15 minutes, cooled, and then solidified. be. The resulting joining interconnect material has a secondary reflow temperature above the melting point of the low melting point material. An optional insulating layer 70 placed between adjacent elements in the stack provides protection against arcing between external leads. Insulating layers are more preferred for high voltage applications above 200 volts and above 250 volts. Insulating layers are realized by a variety of polymer conformal coatings based on various chemical families including acrylics, polyurethanes, polyimides, epoxies, parylenes (para-xylenes), and silicones. The TLPS termination may contain inert fillers 112 .

TLPSペーストあるいはプリフォームはその中に不活性フィラーを含むことにより2
つの目的に役に立つ。第1の目的は高価な金属を使用することによるコストを削減するこ
とであり、第2の目的は電子素子の非終端部及び露出された内部電極に対し直接電気的及
び冶金的結合を作ることである。特に高融点金属成分の部分を不活性材料又は低コストの
導電性材料と置換することにより図10に対して説明するようにギャップが埋められると
きコストを削減できる。高融点金属の代わりに使用するのに特に好ましいフィラーは、融
点が300℃を超えるセラミック及びガラス、又はガラス転移温度(Tg)>200℃の
高融点ポリマーのような非金属である。一例はポリイミド等の熱硬化性ポリマーである。
高融点金属をこれらの非金属の1つと置換することによる2つの格別な利点の第1は、T
LPSの活性低融点金属がTLPS接合を形成する間に拡散によって消耗されないことで
ある。不活性フィラーの第2の利点は、低融点を有するガラスのファミリーから選択され
る場合、TLPSペースト又はプリフォームの混合物の内部のガラスが非終端で露出した
MLCCのセラミック素地の露出ガラスフリットとの結合を形成することである。これら
の非金属をスプレーやメッキなどの方法により低融点金属でコーティングすることも可能
である。
TLPS pastes or preforms can be modified by including inert fillers therein.
useful for one purpose. The first purpose is to reduce costs due to the use of expensive metals, and the second purpose is to make direct electrical and metallurgical connections to the non-terminated portions and exposed internal electrodes of electronic devices. be. Replacing portions of the refractory metal components with inert materials or low cost conductive materials in particular can reduce costs when gaps are filled as described with respect to FIG. Particularly preferred fillers for use in place of refractory metals are non-metals such as ceramics and glasses with melting points above 300°C or refractory polymers with glass transition temperatures (T g )>200°C. One example is a thermosetting polymer such as polyimide.
The first of two particular advantages of replacing a refractory metal with one of these non-metals is that T
The active low melting point metal of the LPS is not depleted by diffusion during formation of the TLPS junction. A second advantage of inert fillers is that when selected from a family of glasses with low melting points, the glass inside the TLPS paste or preform mix is bonded to the exposed glass frit of the MLCC ceramic body, where the glass is non-terminated and exposed. is to form It is also possible to coat these non-metals with low-melting-point metals by methods such as spraying and plating.

図11は2つの電子素子30,31のスタックの概略側面図を示し、電子素子は従来の
ハンダ34を使って外部リード32,33に接続されている。この場合、ハンダボールを
除去するポストアセンブリの洗浄のために部品間に少なくとも0.254mm(0.01
0”)のギャップGが必要になる。
FIG. 11 shows a schematic side view of a stack of two electronic components 30,31, which are connected to external leads 32,33 using conventional solder 34. FIG. In this case, at least 0.254 mm (0.01 mm) between components for post assembly cleaning to remove solder balls.
0″) gap G is required.

図12は概略側面断面図により本発明の実施例を示し、実施例は電子素子31,32が
TLPS35を使って外部リード32、33に接続されている。この場合、ハンダボール
が形成されず従って洗浄を必要としないので、部品間は0.254mm未満のギャップ、
又はノーギャップが好ましい。ギャップを除くことでスタックの高さを全体的に低減でき
、電子部品に必要な垂直方向のスペースを低減できる。さらに、2つ以上の部品からなる
スタックにとってスペースの節減はより大きなものとなる。
FIG. 12 shows an embodiment of the invention in schematic side cross-sectional view, in which electronic components 31 and 32 are connected to external leads 32 and 33 using TLPS 35 . In this case a gap of less than 0.254 mm between the parts, since no solder balls are formed and therefore no cleaning is required;
Alternatively, no gap is preferred. Eliminating the gap reduces the overall stack height and reduces the vertical space required for the electronic components. Moreover, the space savings are even greater for stacks of two or more pieces.

最小の気孔率の接合を形成することが非常に望ましく、そのような接合は以下の特性を
示す:密着接触を形成するか又は0.015インチ以内のギャップを有する一様ではない
表面間に引っ張り剥離試験に対して5Lbs./インチを超える強い機械強度、張力、せ
ん断高導電率、150℃ないし225℃の範囲の低初期プロセス温度、300℃以上の二
次的リフロー温度を示す。
It is highly desirable to form bonds of minimal porosity, such bonds exhibiting the following properties: Form intimate contact or pull between uneven surfaces with gaps within 0.015 inches. 5 Lbs. for peel test. /inch, tensile strength, high shear conductivity, low initial process temperature ranging from 150°C to 225°C, secondary reflow temperature above 300°C.

図28-31は、図示のように、スタック、特にリードレススタックに使われるマイク
ロフォニックノイズ低減構造と共に使用するのに適した代表的なMLCC構造の概略断面
図を示し、MLCCは、本明細書の他の部分でも説明されるように、非金属の柔軟層又は
衝撃吸収導体等のマイクロフォニックノイズ低減構造19をさらに備えている。図28に
おいて、異極性の内部電極9,10は対向する外部終端2に終端する。同一平面状の導体
401、402が設けられ、それらは対向する外部終端に終端する。図示のように、上部
導体401は隣接する異極性の内部電極に対して容量性オーバーラップとともにシールド
を与えるが、下部導体401′は隣接する電極と同じ極性であり、普通に終端され、従っ
て、下部導体401′はシールド電極として機能しない。上部導体402は隣接する電極
と同じ極性であり、普通に終端され、従って、上部導体402はシールド電極として機能
しないが、それに対し下部シールド電極402′は隣接する異極性の内部電極との容量性
オーバーラップを提供する。本願発明の目的のために、シールド電極は図28に示す導体
401、402′によって表されるような容量性カップリングを提供する最外層の導体と
して定義される。
28-31 show schematic cross-sectional views of representative MLCC structures suitable for use with microphonic noise reduction structures used in stacks, particularly leadless stacks, as shown, MLCCs are herein referred to as It further comprises a microphonic noise reducing structure 19, such as a non-metallic compliant layer or shock absorbing conductor, as described elsewhere in . In FIG. 28 internal electrodes 9 and 10 of opposite polarity terminate in opposite external terminations 2 . Coplanar conductors 401, 402 are provided which terminate in opposite outer terminations. As shown, top conductor 401 provides shielding with capacitive overlap for adjacent internal electrodes of opposite polarity, while bottom conductor 401' is of the same polarity as the adjacent electrode and is normally terminated, thus Bottom conductor 401' does not function as a shield electrode. The top conductor 402 is of the same polarity as the adjacent electrode and is normally terminated so that the top conductor 402 does not function as a shield electrode, whereas the bottom shield electrode 402' is capacitive with the adjacent inner electrode of opposite polarity. Provide overlap. For the purposes of the present invention, the shield electrode is defined as the outermost conductor that provides capacitive coupling as represented by conductors 401, 402' shown in FIG.

図29は、ここに説明されるように、スタック状、特にリードレススタック状で使用さ
れるMLCCの実施例を断面概略図で示し、図28の容量性構造が、内部導体9、10及
び同一平面状電極401、402のアセンブリで表されるメインの導電層に対して平行で
はあるがその外側の浮遊導体404である、追加の導体を有する。本発明の目的のために
、全ての内部導体を浮遊電極の内側に備える浮遊電極を外部浮遊電極と呼ぶ。本発明の目
的のために、浮遊電極は終端されることのない導体である。
FIG. 29 shows in cross-sectional schematic view an embodiment of an MLCC used in stacks, particularly leadless stacks, as described herein, wherein the capacitive structure of FIG. It has an additional conductor, a floating conductor 404 parallel to but outside the main conductive layer represented by the assembly of planar electrodes 401,402. For the purposes of the present invention, a floating electrode with all internal conductors inside the floating electrode is referred to as an external floating electrode. For purposes of the present invention, a floating electrode is a conductor that is not terminated.

図30は、ここに説明されるように、スタック状、特にリードレススタック状で使用さ
れるMLCCの実施例を断面概略図で示す。図30において、同一平面状の内部電極40
8、410は対向する外部終端2に終端し、従って該同一平面状の内部電極は反対の極性
を有する。同一平面状の内部電極の隣接する層の間にある内部浮遊電極412は容量性オ
ーバーラップ領域414を提供する。本発明の目的のために、少なくとも1つの内部導体
を浮遊電極の外側に備える浮遊電極を内部浮遊電極と呼ぶ。図示のように、図30は2つ
の容量性オーバーラップ領域を有する。当業者であれば分かるように、浮遊電極は直列に
2つの容量性オーバーラップ領域を実現するために終端に接触する電極に対して対抗する
電極を形成する。
FIG. 30 shows in cross-sectional schematic view an example of an MLCC used in a stack, particularly a leadless stack, as described herein. In FIG. 30, coplanar internal electrodes 40
8, 410 terminate in opposite outer terminations 2 so that the coplanar inner electrodes have opposite polarities. An internal floating electrode 412 between adjacent layers of coplanar internal electrodes provides a capacitive overlap region 414 . For the purposes of the present invention, floating electrodes with at least one internal conductor outside the floating electrode are referred to as internal floating electrodes. As shown, FIG. 30 has two capacitive overlap regions. As will be appreciated by those skilled in the art, the floating electrode forms an opposing electrode to the terminal contacting electrode to achieve two capacitive overlap regions in series.

図31は、ここに説明されるように、スタック状、特にリードレススタック状で使用さ
れるMLCCの実施例を断面概略図で示す。図31において、活性平面は終端される内部
電極9、10と同一平面にある同一平面浮遊電極416からなる。内部電極は外部終端2
に終端するが同一平面浮遊電極はそれ自体が終端されない。隣接する活性平面の間の同一
平面内部浮遊電極412は複数の容量性オーバーラップ領域414を提供する。
FIG. 31 shows in cross-sectional schematic view an example of an MLCC used in a stack, particularly a leadless stack, as described herein. In FIG. 31, the active plane consists of coplanar floating electrodes 416 which are coplanar with the terminated internal electrodes 9,10. Internal electrode is external termination 2
, but coplanar floating electrodes are not themselves terminated. Coplanar internal floating electrodes 412 between adjacent active planes provide a plurality of capacitive overlap regions 414 .

図32は本発明の電子デバイス701の一部分を概略側面図で示す。図32において、
マイクロフォニックノイズ低減構造が導電性金属層504に積層される非金属柔軟層50
2により構成され設けられる。少なくともその1つが好ましくはMLCCである電子素子
1の外部終端2が、非金属柔軟層502のビアホール508を形成するギャップを通って
延長するTLPSインターコネクト506によって導電性金属層504に電気的に接触す
る。選択的に、本明細書の他の部分でも説明されるように、最も低層の電子部品の上に追
加の電子部品がスタックされプリフォーム等のTLPSインターコネクト118によって
接続されてもよい。導電性金属層はハンダフィレット等の2次的接続材料3により電気的
かつ機械的に電子回路基板5の導体パッド4に接続される。マイクロフォニックノイズを
引き起こす機械的エネルギーは、非金属柔軟層により及び非金属柔軟層はハンダに濡れな
いのでハンダフィレットのサイズを低減することにより振動エネルギーの伝達を低減する
ことで低減されることが、理論に縛られることなく、推定できる。非金属柔軟層は層形成
の製造能力によって定義される下限値で極めて薄くなり得るが、大規模な製造環境のもと
ではあまりにも薄過ぎて取り扱いが困難になる。非金属柔軟層は最も薄くは25.4μm
(0.0001インチ)の厚さ、より好ましくは少なくとも0.0254mm(0.00
1インチ)から1.575mm(0.062インチ)を超えない厚さ、好ましくは0.3
81mm(0.015インチ)を超えない厚さが本発明を実施するために適切である。
FIG. 32 shows in schematic side view a portion of an electronic device 701 of the present invention. In FIG. 32,
Non-metallic compliant layer 50 in which the microphonic noise reduction structure is laminated to the conductive metal layer 504
2. The outer terminations 2 of the electronic element 1, at least one of which is preferably an MLCC, are electrically contacted to the conductive metal layer 504 by TLPS interconnects 506 extending through gaps forming via holes 508 in the non-metallic compliant layer 502. . Optionally, additional electronic components may be stacked on top of the lowest electronic components and connected by TLPS interconnects 118, such as preforms, as described elsewhere herein. The conductive metal layer is electrically and mechanically connected to the contact pads 4 of the electronic circuit board 5 by a secondary connecting material 3 such as a solder fillet. that the mechanical energy that causes microphonic noise is reduced by the non-metallic compliant layer and by reducing the size of the solder fillet as the non-metallic compliant layer is not wetted by the solder thereby reducing the transmission of vibrational energy; It can be estimated without being bound by theory. Non-metallic compliant layers can be very thin at lower limits defined by layering manufacturability, but become too thin and difficult to handle in a large scale manufacturing environment. The thinnest non-metallic compliant layer is 25.4 μm
(0.0001 inch) thickness, more preferably at least 0.0254 mm (0.00
1 inch) to a thickness not exceeding 0.062 inch, preferably 0.3
A thickness not exceeding 81 mm (0.015 inch) is suitable for practicing the invention.

図33は本発明の一実施例を概略上面図で示す。図33において、電子素子1又は電子
素子のスタックが1以上のマイクロフォニックノイズ低減構造によって好ましくは外部終
端2のコーナーに接続され、それによって回路基板5上の導体パッド4に複数の電気的か
つ機械的接続をハンダフィレット等の2次的接続材料3により実現する。1つのターミナ
ルに1以上のマイクロフォニックノイズ低減構造を使用することで全体のハンダフィレッ
ト接続エリアをさらに低減でき、マイクロフォニックノイズ低減構造をマイクロフォニッ
クノイズが最小となるように配置できる。
FIG. 33 shows in schematic top view one embodiment of the present invention. In FIG. 33, an electronic element 1 or stack of electronic elements is connected by one or more microphonic noise reduction structures, preferably to the corners of the external termination 2, thereby providing multiple electrical and mechanical connections to the contact pads 4 on the circuit board 5. A physical connection is realized by a secondary connection material 3 such as a solder fillet. The overall solder fillet connection area can be further reduced by using more than one microphonic noise reduction structure per terminal, and the microphonic noise reduction structures can be positioned to minimize microphonic noise.

図34の概略上面図、図35の概略側面図、及び図36の概略底面図は一般的な回路基
板材料で形成されたマイクロフォニックノイズ低減構造の一実施例を示す。図34-36
において、マイクロフォニックノイズ低減構造は、FR4、パーフロロエラストマー、ポ
リイミド、カプトン、PEEK、イットリア安定化ジルコニア又はAl23(酸化アルミ
ニウム)等の電子グレードセラミックス等の、標準的な回路基板材料から製造された回路
基板340からなる。導体トレース342がハンダパッド344に電気的に接続され、そ
こに、図32、33に関連して説明されるように、電子素子が電気的に接続される。ハン
ダパッド344上の非金属柔軟層としてのソルダーマスク346がハンダパットとの間に
ギャップを含んでおり、それによって電子素子の外部終端をハンダパッドへ電気的かつ機
械的に接続するために利用できる表面積が制限される。回路基板を貫通するビアホール3
48が、電子素子に対して回路基板の反対側にある導体ハンダパッド350への導電性を
可能にする。振動吸収エラストマ-352が振動の伝達を抑止し、それによってマイクロ
フォニックノイズをマイクロフォニックノイズ低減構造へと分離する。オプションとして
の機械的ハンダパッド354が、電子デバイスの後に続く基板へマイクロフォニックノイ
ズ低減構造を接続する際に適切な接着力を確実にするために設けられても良い。該機械的
実装パッドはマイクロフォニックノイズ低減構造の電子素子を接続する電気的導体パッド
の真下にならないように配置できる。導体トレースとハンダパッドはそれらの間のアーク
放電を避けるために十分な距離で分離される。
A schematic top view of FIG. 34, a schematic side view of FIG. 35, and a schematic bottom view of FIG. 36 illustrate one embodiment of a microphonic noise reduction structure formed from common circuit board materials. Figures 34-36
, the microphonic noise reduction structures are manufactured from standard circuit board materials such as FR4, perfluoroelastomer, polyimide, Kapton, PEEK, yttria stabilized zirconia or electronic grade ceramics such as Al2O3 (aluminum oxide). circuit board 340. Conductor traces 342 are electrically connected to solder pads 344 to which electronic devices are electrically connected as described in connection with FIGS. Solder mask 346, as a non-metallic compliant layer over solder pads 344, contains gaps between the solder pads and can be used to electrically and mechanically connect external terminations of electronic devices to the solder pads. Limited surface area. Via hole 3 penetrating the circuit board
48 allow electrical conductivity to conductive solder pads 350 on the opposite side of the circuit board to the electronic device. A vibration-absorbing elastomer 352 inhibits the transmission of vibrations, thereby isolating microphonic noise into the microphonic noise-reducing structure. Optional mechanical solder pads 354 may be provided to ensure proper adhesion in connecting the microphonic noise reduction structure to the subsequent substrate of the electronic device. The mechanical mounting pads can be positioned so that they are not directly beneath the electrical contact pads that connect the electronic elements of the microphonic noise reduction structure. Conductor traces and solder pads are separated by a sufficient distance to avoid arcing between them.

図37は概略側面図により本発明の一実施例を示し、図34-36に図示されそれに関
連して説明されたマイクロフォニックノイズ低減構造が好ましくはTLPSによりその上
に実装された少なくとも1つの電子素子1、好ましくは電子素子のスタックを含み、ソル
ダーマスクを間に挟んで外部終端をハンダパッド344に接着させている。ハンダパッド
350は電子回路基板5の上の導体パッド4に電気的に接触している。オプションとして
の機械的ハンダパッド354がダミートレース355に機械的に接続され、ダミートレー
スは導電性でなくとも電気的に接続されなくともよい。
FIG. 37 shows, in schematic side view, one embodiment of the present invention, having at least one electronic noise reduction structure, preferably implemented by TLPS thereon, as shown in FIGS. 34-36 and described in connection therewith. Device 1, preferably comprising a stack of electronic devices, with external terminations adhered to solder pads 344 with a solder mask in between. Solder pads 350 are in electrical contact with contact pads 4 on electronic circuit board 5 . Optional mechanical solder pads 354 are mechanically connected to dummy traces 355, which may not be conductive or electrically connected.

図38-40を参照して本発明の一実施例を記載し、マイクロフォニックノイズ低減構
造が遮断パッドの形で、説明の目的のためにその上に実装された2つの電子素子1ととも
に示されている。電子素子のうちの少なくとも1つがMLCCであることが望ましい。電
子素子の数は特に制限されず、列状の個別の電子素子であっても電子素子のスタックであ
ってもよい。図38はマイクロフォニックノイズ遮断パッド600の上面概略図、図39
は底面概略図、図40は側面概略図である。図38-40において、ストリップ状の回路
基板340が非金属柔軟層502のビアホールを通って延長するTLPSインターコネク
トによって導電性金属層に接続される。上記のように電子素子に対してマイクロフォニッ
クノイズ遮断パッドの反対側にあるハンダパッド350は電気トレースとビアホールによ
ってハンダパッドと電気的に接触される。ソルダーマスク即ち非金属柔軟層は電子素子の
外部終端と導電性金属層との間にあり、それによりマイクロフォニックノイズを抑制する
。マイクロフォニックノイズ遮断パッドはそれぞれの極性を異ならせてペアで使用される
ことが好ましい。
An embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 38-40, in which a microphonic noise reduction structure is shown in the form of a blocking pad with two electronic elements 1 mounted thereon for illustrative purposes. ing. At least one of the electronic elements is preferably an MLCC. The number of electronic elements is not particularly limited and may be a row of individual electronic elements or a stack of electronic elements. FIG. 38 is a schematic top view of a microphonic noise isolation pad 600, FIG.
is a schematic bottom view, and FIG. 40 is a schematic side view. 38-40, a strip circuit board 340 is connected to a conductive metal layer by TLPS interconnects extending through via holes in the non-metallic compliant layer 502. In FIGS. As noted above, the solder pads 350 on the opposite side of the electronic device from the microphonic noise isolation pads are electrically contacted to the solder pads by electrical traces and via holes. A solder mask or non-metallic compliant layer is between the external termination of the electronic device and the conductive metal layer, thereby suppressing microphonic noise. Preferably, the microphonic noise blocking pads are used in pairs with different polarities.

図41を参照して本発明の一実施例を記載し、本明細書の他の場所でも記載のように、
マイクロフォニックノイズ低減構造が衝撃吸収導体702の形で電子素子1と電気的に接
触する外部終端2との間に実装される。衝撃吸収導体は、少なくとも1つの柔軟なストレ
ス開放部分706に連結してその間にスペースを備えたオフセット装着タブからなる形状
を備え、これにより振動を吸収できる。衝撃吸収構造体は“C”、“S”、又は“Z”等
のオープン形状や、円や四角のクローズド形状を有しても良い。非金属柔軟層704はプ
リフォーム又はフィラーとして衝撃吸収導体の隙間領域内に含めることができ、さらに機
械的振動を減衰させてそれによりさらにマイクロフォニックノイズを低減する。衝撃吸収
構造体は、本発明の実施に適切な鉄や非鉄の導電性材料や42アロイ、コバ-ル、インバ
ー、リン青銅、又は銅との合金でつくられる。衝撃吸収構造体の厚さは導電性や製造可能
性によって下限値が決まる。一実施例において、プリフォームはその上に導体をコーティ
ングして導電性に必要な原子層数に近づく厚さを可能にする。少なくとも25.4μm(
0.0001インチ)の厚さ、好ましくは0.0254mm(0.001インチ)から0
.127mm(0.005インチ)を超えない厚さ、そしてより好ましくは0.0635
mm(0.0025インチ)を超えない厚さが本発明を実施するために適切である。回路
基板に対して垂直に計測される衝撃吸収構造体の高さ即ちオフセット高さは好ましくは少
なくとも0.0254mm(0.001インチ)から0.127mm(0.005インチ
)を超えることがなく、より好ましくは0.0635mm(0.0025インチ)を超え
ることがない。
One embodiment of the invention is described with reference to FIG. 41, and as described elsewhere herein,
A microphonic noise reduction structure is implemented in the form of a shock absorbing conductor 702 between the electronic element 1 and the external termination 2 in electrical contact. The shock-absorbing conductor has a shape consisting of offset mounting tabs with spaces in between that connect to at least one flexible stress relief portion 706 so that vibrations can be absorbed. The shock absorbing structure may have an open shape such as a "C", "S" or "Z", or a closed shape such as a circle or square. The non-metallic compliant layer 704 can be included as a preform or filler within the interstitial region of the shock absorbing conductor to further dampen mechanical vibrations thereby further reducing microphonic noise. The shock absorbing structure may be made of any ferrous or non-ferrous conductive material suitable for the practice of the present invention, 42 alloy, kovar, invar, phosphor bronze, or alloys with copper. The lower limit of the thickness of the impact absorbing structure is determined by conductivity and manufacturability. In one embodiment, the preform is coated with a conductor onto it to allow a thickness approaching the number of atomic layers required for electrical conductivity. at least 25.4 μm (
0.0001 inch), preferably 0.0254 mm (0.001 inch) to 0
. Thickness not exceeding 127 mm (0.005 inch) and more preferably 0.0635
A thickness not exceeding 0.0025 inch (mm) is suitable for practicing the invention. the height or offset height of the shock absorbing structure measured perpendicular to the circuit board is preferably at least 0.001 inch and not more than 0.005 inch; More preferably it does not exceed 0.0025 inches.

基板即ち回路基板は本発明を実施するのに適したFR4、ポリイミド、カプトン、PE
EK、イットリア安定化ジルコニア又はAl23(酸化アルミニウム)又はイットリア安
定化ジルコニア等の電子グレードセラミックスを含む標準的なPCB材料であれば特に限
定されない。別のデザインフォームを考慮すれば42アロイ、インバー又はコバ-ル等の
鉄合金、あるいは銅、リン青銅、ベリリウム銅等の非鉄材料を使う。
特に好ましい非金属柔軟層はFR4、パーフロロエラストマー、ポリイミド、カプトン、
PEEK、イットリア安定化ジルコニア又はAl(酸化アルミニウム)等の電子グ
レードセラミックスから選択される。
Substrates or circuit boards are suitable for practicing the invention, such as FR4, Polyimide, Kapton, PE
Any standard PCB material including electronic grade ceramics such as EK, yttria stabilized zirconia or Al2O3 ( aluminum oxide) or yttria stabilized zirconia is not particularly limited. Considering different design forms use ferrous alloys such as 42 alloy, Invar or Kovar, or non-ferrous materials such as copper, phosphor bronze, beryllium copper.
Particularly preferred non-metallic compliant layers are FR4, perfluoroelastomer, polyimide, Kapton,
Selected from electronic grade ceramics such as PEEK, yttria stabilized zirconia or Al 2 O 3 (aluminum oxide).

スランプ試験は、好ましくは拡大による、眼視観測に基づいて行われ、MLCCがリー
ドフレームの中で、動いたか即ち流動したかを調べるための処理後に部品が検査される。
スランピングは、リフロープロセスによりリードフレームへの接合の完全性が損なわれる
ことを示す。リードフレームの中でのMLCCの動き、即ち接合の完全性が損なわれたこ
とが目視されて不良がわかる。
The slump test is based on visual observation, preferably by magnification, to inspect the part after processing to see if the MLCC has moved or flowed within the leadframe.
Slumping indicates that the reflow process compromises the integrity of the bond to the leadframe. Failure is indicated by visual movement of the MLCC within the leadframe, ie, loss of joint integrity.

(実施例1:ポリマーハンダの機械的堅牢性)
共通のリードフレームに実装されるケースサイズが5.6mm×5.1mm(0.22
×0.20インチ)のMLCCをそれぞれ2つ備えた68個の同一のスタックを製造した
。該スタックをそれぞれ34個の同数のセットに分けた。セット1において、91.5w
t%Snと8.5wt%Sbを含む1mgのSn/Sbハンダを用いてリードフレームを
各MLCCに取り付けた。セット2において、91.5wt%Snと8.5wt%Sbを
含む1mgの、Henkel10048-11Aポリマーハンダにより入手できる、Sn
/Sbポリマーハンダを用いてリードフレームを各MLCCに取り付けた。各部品を26
0℃のハンダリフロー炉に3回通過させて、通過ごとに流動したチップの数を測定した。
その結果を表1に示す。不良部品の累積数が通過ごとに記録される。
(Example 1: Mechanical robustness of polymer solder)
The case size mounted on a common lead frame is 5.6 mm × 5.1 mm (0.22
68 identical stacks were fabricated, each with two MLCCs of 0.20 inch). The stacks were divided into equal sets of 34 each. In set 1, 91.5w
A lead frame was attached to each MLCC using 1 mg of Sn/Sb solder containing t% Sn and 8.5 wt% Sb. In set 2, 1 mg of Sn obtained by Henkel 10048-11A polymer solder containing 91.5 wt% Sn and 8.5 wt% Sb
A lead frame was attached to each MLCC using /Sb polymer solder. 26 each part
It was passed through a solder reflow oven at 0° C. three times, and the number of chips that flowed in each pass was measured.
Table 1 shows the results. A cumulative number of defective parts is recorded for each pass.

Figure 0007334285000001
Figure 0007334285000001

表1の結果は、セット1では1回目の通過で4個の部品が不良となり、後続する通過に
おいて1個の追加の部品が不良となったのに対し、セット2ではいずれも不良とはならな
かった。従ってポリマーハンダは対照サンプルのハンダと比べて高温で機械的強度が付加
されている。
The results in Table 1 show that set 1 failed 4 parts in the first pass and 1 additional part failed in subsequent passes, whereas set 2 failed none. I didn't. The polymer solder therefore has added mechanical strength at elevated temperatures compared to the solder of the control sample.

(実施例2:改善されたTLPSの機械的堅牢性)
同様のスタックが銀又は錫メッキされたリードフレームとともに製造されOrmet3
28として入手できるCu系遷移的液相焼結接着剤を用いて取り付けられた。該サンプル
はスランピング(流動)や外部リードの脱離等は示さなかった。その後米国特許第6,7
04,189号に記載の負荷試験を行い、30gの重りがMLCCにかけられスタックの
下方へ垂下された状態でスタックを炉に入れた。少なくとも10℃毎の各温度で10分の
滞留時間を設けて約260℃に温度を上昇させた。部品はその後流動及び又は外部リード
の離脱の不良について検査された。錫メッキされた外部リードフレームの不良が360℃
で検出されたが、銀メッキされたリードフレームについては最初の不良が検出されたのは
630℃であり、TLPSに対する超高温での機械的性能が実証された。
(Example 2: Improved mechanical robustness of TLPS)
Similar stacks were fabricated with silver or tin plated leadframes and Ormet3
28 using a Cu-based transitional liquid phase sintering adhesive. The sample showed no slumping (flowing) or detachment of external leads. Later US Patent Nos. 6 and 7
04,189, and the stack was placed in the furnace with a 30 g weight hanging over the MLCC and hanging below the stack. The temperature was increased to about 260°C with a dwell time of 10 minutes at each temperature of at least 10°C. The parts were then inspected for defects in flow and/or external lead disconnection. Tin plated outer lead frame failure 360°C
However, the first failure was detected at 630° C. for the silver plated leadframe, demonstrating ultra-high temperature mechanical performance for TLPS.

(実施例3:ポリマーハンダの温度性能)
120個のJリード型スタックが同一のMLCC、同一のJリード、及び熱圧着プロセ
スを使って製造された。該サンプルは30個のグループに分割され、それぞれがHenk
el92ADA1OODAP85V EU 2460として入手可能な様々のボリューム
の91.5/8.5Sn/Sbハンダを使って接着され、セット3に対してはHenke
l20048-11Aとして入手可能なポリマーハンダを、セット4に対しては同じハン
ダ組成を用いた。サンプルはその後様々のハンダ炉へ送られて異なる温度で3回以上炉を
通過させた。サンプルはその後部品毎に検査された。その結果を図13に示す。ポリマー
ハンダにおいてスランピングは検出されず、サンプルは試験された範囲で改善された高温
堅牢性を示した。ポリマーハンダは350℃を超える温度には耐性がない。
(Example 3: Temperature performance of polymer solder)
A stack of 120 J-leads was fabricated using the same MLCC, the same J-leads, and the thermocompression process. The samples were divided into 30 groups, each with Henk
Bonded using various volumes of 91.5/8.5 Sn/Sb solder available as el92ADA1OODAP85V EU 2460 and Henke for set 3
A polymer solder available as 120048-11A was used with the same solder composition for set 4. The samples were then sent to various soldering ovens and passed through the ovens three more times at different temperatures. The samples were then inspected part by part. The results are shown in FIG. No slumping was detected in the polymer solder and the samples showed improved high temperature robustness in the range tested. Polymer solders are not resistant to temperatures above 350°C.

(実施例4:高速二次的アセンブリプロセスに対するポリマーハンダの耐久性)
Jリード型スタックが同一のMLCC、同一のJリード、及び熱圧着プロセスを使って
製造された。対照サンプルがHenkel92ADA100DAP85V EU 246
0として入手可能な91.5/8.5 Sn/Sbハンダを用いて作成された。セット5
はHenkel20048-11Aとして入手可能な同じハンダ組成を含むポリマーハン
ダを使って作成された。その後サンプルは標準的なハンダを使ってFR4基板に取り付け
られ、リードフレームのハンダ付けに推奨されるものよりも速い温度傾斜率を使うIRリ
フロー炉に投入された。スランピング又はリードフレームの接触不良について検査された
。Sn/Sbハンダを含有するサンプルは15個のうち9個に不良があり、一方ポリマー
ハンダは15サンプル中不良はゼロで、高速アセンブリに対して堅牢性が高くなったこと
を実証した。部品は同じ高速アセンブリにかけられた。
Example 4 Polymer Solder Durability to High Speed Secondary Assembly Processes
A J-lead stack was fabricated using identical MLCCs, identical J-leads, and a thermocompression process. Control sample is Henkel92ADA100DAP85V EU 246
0 was made using 91.5/8.5 Sn/Sb solder. set 5
was made using a polymer solder containing the same solder composition available as Henkel 20048-11A. The samples were then attached to FR4 boards using standard solder and placed in an IR reflow oven using a faster temperature ramp rate than that recommended for leadframe soldering. Inspected for slumping or poor lead frame contact. The samples containing the Sn/Sb solder had 9 out of 15 failures, while the polymer solder had 0 out of 15 failures, demonstrating increased robustness for high speed assembly. The parts were subjected to the same high speed assembly.

(実施例5:熱圧着接合)
図14、15はOrmet701シリーズとして入手可能なTLPS Ag/Sn/B
iとOrmet280CEシリーズとして入手可能なCu/Sn/Biを使った接合を明
示する顕微鏡写真であり、IRリフロープロセスを使って銀メッキされたリン青銅のクー
ポン間を接合するものである。ボイドの有意エリアが表示されている。図16は熱圧着接
合プロセス後のTLPS Cu/Sn/Biの状態を示す顕微鏡写真であり、図17は熱
圧着接合プロセス後のCu/Sn/Biの状態を示す顕微鏡写真である。両方の実施例に
おいて、ち密な微細構造が観察される。熱圧着接合は2-10ポンドの圧力で5分未満の
非常に短い時間で達成される。
(Example 5: thermocompression bonding)
Figures 14 and 15 are TLPS Ag/Sn/B available as the Ormet 701 series.
2 is a photomicrograph demonstrating bonding using Cu/Sn/Bi, available as the Ormet 280CE series, using an IR reflow process to bond between coupons of silver-plated phosphor bronze using an IR reflow process. Significant areas of voids are shown. FIG. 16 is a micrograph showing the state of TLPS Cu/Sn/Bi after the thermocompression bonding process, and FIG. 17 is a micrograph showing the state of Cu/Sn/Bi after the thermocompression bonding process. A fine microstructure is observed in both examples. A thermocompression bond is accomplished in a very short time of less than 5 minutes at 2-10 pounds of pressure.

クーポンは実施例4と類似する形で作成された。30グラムの重りがデバイスからつる
されることで熱圧着接合にストレスをかけた。該接合は温度の上昇にさらされた。850
℃まで加熱したにもかかわらず不良が観察されなかった。
Coupons were made in a manner similar to Example 4. A 30 gram weight was suspended from the device to stress the thermocompression bond. The joint was subjected to an elevated temperature. 850
No defects were observed despite heating to °C.

Ormet701として入手可能なCu/Sn/Bi TLPSと10/88/2 S
n/Pb/Agハンダを使うリード接着の観察では、TLPSはそれが置かれた場所に留
まるが一方ハンダは加熱によって流れる。ハンダは外部リードの接着に使われるときハン
ダダムとレジストの使用が必要だが、一方TLPSはその必要がない。これは大きな製造
上の利点である。
Cu/Sn/Bi TLPS available as Ormet 701 and 10/88/2 S
Observations of lead bonding using n/Pb/Ag solder show that the TLPS stays where it is placed while the solder flows upon heating. Solder requires the use of a solder dam and resist when used to attach external leads, while TLPS does not. This is a great manufacturing advantage.

熱圧着を使ってポストキュアの有無にかかわらず様々の条件でマットメッキされた錫リ
ン青銅のクーポンを接合するためにOrmet701 Cu/Sn/Bi TLPSを使
用する。その結果を91.5Sn/8.5Sbハンダと比較する。図18において、サン
プルA1はポスト焼結を行わず180℃で20秒加熱され、サンプルB1は180℃で1
5秒加熱され210℃で20分ポスト焼結を行った。サンプルC1は180℃で20秒加
熱され210℃で30分ポスト焼結を行った。サンプルD1は190℃で20秒加熱され
ポスト焼結を行なわなかった。サンプルE1は190℃で20秒加熱され210℃で15
分ポスト焼結を行った。サンプルF1は190℃で20秒加熱され210℃で30分ポス
ト焼結を行った。サンプルG1は200℃で20秒加熱されポスト焼結を行なわなかった
。サンプルH1は200℃で20秒加熱され210℃で15分ポスト焼結を行った。サン
プルI1は200℃で20秒加熱され210℃で30分ポスト焼結を行った。サンプルJ
1は200℃で10秒加熱されポスト焼結を行なわなかった。サンプルK1は230℃で
10秒加熱されポスト焼結を行なわなかった。サンプルL1は210℃で加熱され91.
5Sn/8.5Sbハンダを使って30分ポスト焼結を再現した。これらの例は初期の接
合を比較的低い温度で形成でき、接合強度をポスト焼結で大幅に増加できることを実証し
た。
Ormet 701 Cu/Sn/Bi TLPS is used to bond coupons of matte plated tin phosphor bronze under various conditions with and without post cure using thermocompression bonding. The results are compared with 91.5Sn/8.5Sb solder. In FIG. 18, sample A1 was heated at 180° C. for 20 seconds without post-sintering, and sample B1 was heated at 180° C. for 1
It was heated for 5 seconds and post-sintered at 210° C. for 20 minutes. Sample C1 was heated at 180° C. for 20 seconds and post-sintered at 210° C. for 30 minutes. Sample D1 was heated at 190° C. for 20 seconds and was not post-sintered. Sample E1 was heated at 190°C for 20 seconds and heated at 210°C for 15 seconds.
A minute post sintering was performed. Sample F1 was heated at 190° C. for 20 seconds and post-sintered at 210° C. for 30 minutes. Sample G1 was heated at 200° C. for 20 seconds and was not post-sintered. Sample H1 was heated at 200° C. for 20 seconds and post-sintered at 210° C. for 15 minutes. Sample I1 was heated at 200° C. for 20 seconds and post-sintered at 210° C. for 30 minutes. Sample J
1 was heated at 200° C. for 10 seconds and was not post-sintered. Sample K1 was heated at 230° C. for 10 seconds and was not post-sintered. Sample L1 was heated at 210° C. 91 .
A 5Sn/8.5Sb solder was used to reproduce the 30 minute post-sintering. These examples demonstrate that the initial bond can be formed at relatively low temperatures and that the bond strength can be significantly increased with post-sintering.

(実施例6)
実施例5と同様な一組の実験がOrmet280CE Ag/Sn/Biを銀メッキさ
れたクーポンに用いて行われた。その結果を図19のバーグラフに示す。この実施例にお
いて、外部リードは、不良に至る最大引っ張り力(Kg単位で)測定すると、熱圧着プロ
セスでポストキュアが使われなかったにもかかわらずハンダを超えるせん断強度を示す。
サンプルはいずれの場合も第1温度で第1の時間予熱され、その後3秒かけて第2温度へ
と温度が上げられて、一定時間第2温度が保持された。図19において、サンプルA2は
140℃で10秒間予熱され、温度は300℃へ上げられて20秒間保持された。サンプ
ルB2は140℃で10秒間予熱され、温度は300℃へ上げられて10秒間保持された
。サンプルC2は140℃で10秒間予熱され、温度は300℃へ上げられて5秒間保持
された。サンプルD2は140℃で3秒間予熱され、温度は300℃へ上げられて20秒
間保持された。サンプルE2は140℃で3秒間予熱され、温度は300℃へ上げられて
10秒間保持された。サンプルF2は140℃で3秒間予熱され、温度は300℃へ上げ
られて5秒間保持された。サンプルG2は140℃で10秒間予熱され、温度は280℃
へ上げられて20秒間保持された。サンプルH2は140℃で10秒間予熱され、温度は
280℃へ上げられて10秒間保持された。サンプルI2は140℃で10秒間予熱され
、温度は280℃へ上げられて5秒間保持された。サンプルJ2は140℃で3秒間予熱
され、温度は280℃へ上げられて20秒間保持された。サンプルK2は140℃で3秒
間予熱され、温度は280℃へ上げられて10秒間保持された。サンプルL2は140℃
で3秒間予熱され、温度は280℃へ上げられて5秒間保持された。サンプルM2は14
0℃で10秒間予熱され、温度は260℃へ上げられて20秒間保持された。サンプルN
2は140℃で10秒間予熱され、温度は260℃へ上げられて10秒間保持された。サ
ンプルO2は140℃で10秒間予熱され、温度は260℃へ上げられて5秒間保持され
た。サンプルP2は140℃で3秒間予熱され、温度は260℃へ上げられて20秒間保
持された。サンプルQ2は140℃で3秒間予熱され、温度は260℃へ上げられて10
秒間保持された。サンプルR2は140℃で3秒間予熱され、温度は260℃へ上げられ
て5秒間保持された。サンプルS2は140℃で10秒間予熱され、温度は240℃へ上
げられて20秒間保持された。サンプルT2は140℃で10秒間予熱され、温度は24
0℃へ上げられて10秒間保持された。サンプルU2は140℃で10秒間予熱され、温
度は240℃へ上げられて5秒間保持された。サンプルV2は140℃で3秒間予熱され
、温度は240℃へ上げられて20秒間保持された。サンプルW2は140℃で3秒間予
熱され、温度は240℃へ上げられて10秒間保持された。サンプルX2は140℃で3
秒間予熱され、温度は240℃へ上げられて5秒間保持された。サンプルY2は140℃
で10秒間予熱され、温度は220℃へ上げられて20秒間保持された。サンプルZ2は
140℃で10秒間予熱され、温度は220℃へ上げられて10秒間保持された。サンプ
ルAA2は140℃で10秒間予熱され、温度は220℃へ上げられて5秒間保持された
。サンプルBB2は140℃で3秒間予熱され、温度は220℃へ上げられて20秒間保
持された。サンプルCC2は140℃で3秒間予熱され、温度は220℃へ上げられて1
0秒間保持された。サンプルDD2は140℃で3秒間予熱され、温度は220℃へ上げ
られて5秒間保持された。実施例6の結果は、ポスト焼結を行うことのないTLPSプロ
セスについて時間温度効果を実証する。
(Example 6)
A set of experiments similar to Example 5 were performed using Ormet 280CE Ag/Sn/Bi on silver plated coupons. The results are shown in the bar graph of FIG. In this example, the outer leads, as measured by the maximum pull to failure (in Kg), exhibit shear strength exceeding that of the solder even though no post cure was used in the thermocompression bonding process.
The samples were in each case preheated at a first temperature for a first period of time, then ramped to a second temperature over 3 seconds and held at the second temperature for a period of time. In FIG. 19, sample A2 was preheated at 140° C. for 10 seconds and the temperature was increased to 300° C. and held for 20 seconds. Sample B2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 300°C and held for 10 seconds. Sample C2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 300°C and held for 5 seconds. Sample D2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 300°C and held for 20 seconds. Sample E2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 300°C and held for 10 seconds. Sample F2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 300°C and held for 5 seconds. Sample G2 was preheated at 140°C for 10 seconds and the temperature was 280°C.
and held for 20 seconds. Sample H2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 280°C and held for 10 seconds. Sample I2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 280°C and held for 5 seconds. Sample J2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 280°C and held for 20 seconds. Sample K2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 280°C and held for 10 seconds. Sample L2 is 140°C
for 3 seconds and the temperature was raised to 280° C. and held for 5 seconds. Sample M2 is 14
It was preheated at 0°C for 10 seconds and the temperature was increased to 260°C and held for 20 seconds. Sample N
2 was preheated to 140° C. for 10 seconds and the temperature was increased to 260° C. and held for 10 seconds. Sample O2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 260°C and held for 5 seconds. Sample P2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 260°C and held for 20 seconds. Sample Q2 was preheated at 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 260°C for 10 seconds.
held for seconds. Sample R2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 260°C and held for 5 seconds. Sample S2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 240°C and held for 20 seconds. Sample T2 was preheated at 140°C for 10 seconds and the temperature was 24°C.
Raised to 0° C. and held for 10 seconds. Sample U2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 240°C and held for 5 seconds. Sample V2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 240°C and held for 20 seconds. Sample W2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 240°C and held for 10 seconds. Sample X2 is 3 at 140°C
seconds and the temperature was raised to 240° C. and held for 5 seconds. Sample Y2 is 140°C
for 10 seconds and the temperature was raised to 220° C. and held for 20 seconds. Sample Z2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 220°C and held for 10 seconds. Sample AA2 was preheated to 140°C for 10 seconds and the temperature was increased to 220°C and held for 5 seconds. Sample BB2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 220°C and held for 20 seconds. Sample CC2 was preheated at 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 220°C for 1
It was held for 0 seconds. Sample DD2 was preheated to 140°C for 3 seconds and the temperature was increased to 220°C and held for 5 seconds. The results of Example 6 demonstrate the time-temperature effect for the TLPS process without post-sintering.

(実施例7:TLPS終端)
Ormet701として入手可能なTLPS Cu/Sn/Biをニッケル系金属電極
のMLCCに硬化させてニッケルの内部電極に直接終端を形成した。平均的容量は0.3
2μFで標準的な高燃焼終端材料と類似し、連続的な導電路を備えた接合が内部電極に対
して形成されたことを示した。
(Example 7: TLPS termination)
TLPS Cu/Sn/Bi, available as Ormet 701, was cured to the MLCC of the nickel-based metal electrode to terminate directly to the nickel inner electrode. Average capacity is 0.3
At 2 μF it was shown that a bond with a continuous conductive path was formed to the internal electrode, similar to the standard high burnout termination material.

(実施例8:温度耐性試験)
接着剤の接合強度を試験するために、特許文献1に従って、外部リードを備えた部品が
底部の外部リードに取り付けた30グラムの重りで空中に吊り下げられる負荷試験が実施
された。吊り下げられた部品と重りは外部リードワイヤが離脱して不良が検出されるまで
温度上昇にさらされた。その結果が図20に示されており、ポリマーハンダが温度を関数
として88Pb/10Sn/2Agハンダよりも非常に優れた接合強度を示した。図20
において、セット6が88Pb/10Sn/2Agハンダを使って接合された。セット7
ではニッケル/錫リードが導電性接着剤により接合された。セット8は導電性接着剤を使
ってニッケル/金リードに接合された。セット9は95Sn/5Agハンダドットを中心
部に導電性接着剤をネールヘッドに使ってニッケル/銀リードに接合された。
(Example 8: temperature resistance test)
To test the bond strength of the adhesive, a load test was performed according to US Pat. The suspended parts and weights were subjected to elevated temperatures until the external lead wires detached and the failure was detected. The results are shown in FIG. 20, where the polymer solder exhibited significantly better bond strength than the 88Pb/10Sn/2Ag solder as a function of temperature. Figure 20
, set 6 was joined using 88Pb/10Sn/2Ag solder. set 7
nickel/tin leads were bonded with a conductive adhesive. Set 8 was bonded to nickel/gold leads using a conductive adhesive. Set 9 was bonded to the nickel/silver leads using a 95Sn/5Ag solder dot in the center with conductive adhesive on the nail head.

同様のサンプルがMIL-STD-202G,Method211,Test Con
dition A,Pr℃edure3.1.3に従って実施されたせん断強度試験にか
けられ、コンデンサ端子の軸方向に負荷がかけられて、デバイスが不良となるまで力が加
えられた。図21にその結果を示す。図21において、セット10はSn95/Ag5の
ポリマーハンダのドットを使い、それはリフローされた後で導電性接着剤により銀メッキ
されたネールヘッドに接合され、ポストリフローキュアにかけられた。セット11はSn
95/Ag5ハンダを使い、セット12は導電性接着剤を使って銀メッキされたリードワ
イヤに接合した。導電性エポキシは3 lbs未満の劣ったせん断保持力を示し、処理す
るには不適切な取扱い強さとなることが実証された。
A similar sample is MIL-STD-202G, Method 211, Test Con
Subjected to a shear strength test performed according to dition A, Pr edure 3.1.3, a load was applied in the axial direction of the capacitor terminals and force was applied until the device failed. The results are shown in FIG. In FIG. 21, set 10 used dots of Sn95/Ag5 polymer solder that were reflowed and then joined to silver plated nail heads with conductive adhesive and subjected to a post-reflow cure. Set 11 is Sn
Using 95/Ag5 solder, set 12 was bonded to the silver-plated lead wires using a conductive adhesive. Conductive epoxies exhibited poor shear holding strength of less than 3 lbs, demonstrating inadequate handling strength for processing.

独創的なサンプルは400℃を超える温度で外部リードワイヤから吊り下げられた30
グラムの重りに耐える。導電性接着剤だけで400℃を超える温度に耐えたが図21に示
すように室温で不十分なせん断保持力を示した。このことは、サブコンポーネントや電子
デバイスの接合の間に普通に行われる、接合後の部品の処理や取扱いには許容されない。
せん断試験は室温で許容できる3 lbsを超えるせん断強度を示した。
The original sample was a 30°C sample suspended from external lead wires at temperatures in excess of 400°C.
It can withstand gram weights. The conductive adhesive alone withstood temperatures in excess of 400° C. but exhibited poor shear holding power at room temperature as shown in FIG. This is unacceptable for the processing and handling of the parts after bonding, which is commonly done during the bonding of subcomponents and electronic devices.
Shear testing showed acceptable shear strength in excess of 3 lbs at room temperature.

(実施例9)
ジルコン酸カルシウムとニッケルの内部電極に基づくC0G誘電体セラミックを備えた
ケースサイズ2220、定格0.47μF、50VのMLCCが従来技術で周知のプロセ
スで製造された。これらMLCCはガラスフリットを含む銅の厚膜ペーストを使って終端
された。サンプルは異なる2種類の電界メッキにより作られた。ニッケルメッキが焼成さ
れた銅の終端に施され、その後1つのケースには銅メッキが他のケースには銀メッキが施
された。全てのメッキ層は最小5ミクロン(200μインチ)の厚さにされた。両方のメ
ッキタイプのMLCCに対して銅と錫の金属粒子を主に含有するTLPSペーストのOr
met CS510を使ってリードレススタックが製造された。スタックは接合されるメ
ッキされた終端の上面に沿ってTLPSペーストの薄いビーズを施して製造された。この
ように、隣接するコンデンサの終端に沿ってOrmet CS510で4チップのスタッ
クがアセンブルされた。これらのスタックは1つのアセンブリにクランプされ窒素雰囲気
下でヘラーのリフロー炉を使って330℃のピーク温度まで加熱され300℃以上を90
秒保持した。これらのリードレススタックのサンプルの基板曲げ性能は、AEC-Q20
0-005 Rev Aに記載の試験方法を使って10mmまで曲げることにより単一M
LCCと比較された。曲げは不良として記録される1mm/秒のスピードで2%のキャパ
シタンス損失で加えられた。サンプルはリフローされた錫-鉛(SnPb)ハンダを使っ
て試験用回路基板へ接続された。これらの結果は、銅及び銀メッキされた部品に対するワ
イブルグラフとして図22、23にそれぞれ示される。スタックの性能は単一MLCCと
比べてわずかに劣るが、両タイプのメッキで作られたリードレススタックに対する曲げ不
良はC0GタイプのMLCCに対しAECによって求められる最小3mmを十分に超えて
いる。
(Example 9)
A case size 2220, 0.47 μF rated, 50 V MLCC with C0G dielectric ceramic based on calcium zirconate and nickel internal electrodes was fabricated by processes well known in the prior art. These MLCCs were terminated using a copper thick film paste containing a glass frit. Samples were made by two different types of electroplating. Nickel plating was applied to the fired copper terminations, followed by copper plating on one case and silver plating on the other. All plated layers were made a minimum of 5 microns (200 μinch) thick. Or
A leadless stack was fabricated using a met CS510. The stack was fabricated with a thin bead of TLPS paste applied along the top surface of the plated terminations to be bonded. Thus, a four-chip stack was assembled with the Ormet CS510 along the ends of adjacent capacitors. These stacks were clamped into one assembly and heated to a peak temperature of 330°C using a Heller reflow furnace under a nitrogen atmosphere and 90 degrees above 300°C.
held for seconds. The substrate bending performance of these leadless stack samples is AEC-Q20
A single M
Compared to LCC. Bending was applied at a speed of 1 mm/sec with a capacitance loss of 2% recorded as failure. The samples were connected to a test circuit board using reflowed tin-lead (SnPb) solder. These results are shown in Figures 22 and 23 as Weibull graphs for copper and silver plated parts, respectively. Although the stack performance is slightly inferior to the single MLCC, the bend failure for leadless stacks made with both types of plating is well above the 3 mm minimum required by the AEC for the C0G type MLCC.

(実施例10)
チタン酸バリウムとニッケルの内部電極に基づくX7R誘電体セラミックを備えたケー
スサイズ2220、定格0.50μF、500VのMLCCが従来技術で周知のプロセス
で製造された。これらMLCCはガラスフリットを含む銅の厚膜ペーストを使って終端さ
れた。その後サンプルは電界ニッケル(最小50μインチ)で、そして錫(最小100μ
インチ)でメッキされた。2つのMLCCのリードレススタックはTLPSペーストのO
rmet CS510を使って接合されるメッキされた終端の上面に沿ってTLPSペー
ストの薄いビーズを施して製造された。これらのスタックは1つのアセンブリにクランプ
され窒素雰囲気下でヘラーのリフロー炉を使って330℃のピーク温度まで加熱され30
0℃以上を90秒保持した。これらのリードレススタックの基板曲げ性能は、AEC-Q
200-005 Rev Aに記載の試験方法を使って10mmまで曲げることにより単
一MLCCと比較された。曲げは不良として記録される1mm/秒のスピードで2%のキ
ャパシタンス損失で加えられた。サンプルはリフローされた錫-銀-銅(SAC)ハンダ
を使って試験用回路基板へ接続された。これらの結果は、ワイブルグラフとして図26に
示される。リードレススタックの性能は単一MLCCと同様であり、両方共にX7Rタイ
プMLCCのAECによって求められる最小2mmを十分超える。図27はある曲げ条件
を加えた2チップリードレススタックの曲げに対するある曲げ条件を加えた単一チップの
曲げ、及び6mmを優に超える曲げの分布の大きさ示している。
リード付きスタック間のさらなる比較は例11に見ることができ、それはSnSbハンダ
で相互接続されたリード付きスタックの対照グループの高温性能とTLPS(CS510
)を使って相互接続されたリード付きスタックの高温性能とを比較する。
(Example 10)
A case size 2220, 0.50 μF rated, 500 V MLCC with X7R dielectric ceramic based barium titanate and nickel internal electrodes was fabricated by processes well known in the prior art. These MLCCs were terminated using a copper thick film paste containing a glass frit. The samples were then electrolytically nickel (minimum 50 µin) and tin (minimum 100 µin).
inches). A leadless stack of two MLCCs is O
It was manufactured by applying a thin bead of TLPS paste along the top surface of the plated termination which was bonded using rmet CS510. These stacks were clamped into one assembly and heated to a peak temperature of 330°C using a Heller reflow furnace under a nitrogen atmosphere for 30 minutes.
0° C. or higher was held for 90 seconds. The substrate bending performance of these leadless stacks is AEC-Q
It was compared to a single MLCC by bending to 10 mm using the test method described in 200-005 Rev A. Bending was applied at a speed of 1 mm/sec with a capacitance loss of 2% recorded as failure. The samples were connected to a test circuit board using reflowed tin-silver-copper (SAC) solder. These results are shown in FIG. 26 as a Weibull graph. The leadless stack performance is similar to a single MLCC, and both well exceed the 2 mm minimum required by the AEC for X7R-type MLCCs. FIG. 27 shows the bending of a single chip under certain bending conditions versus the bending of a two-chip leadless stack under certain bending conditions, and the magnitude of the bending distribution well over 6 mm.
A further comparison between leaded stacks can be seen in Example 11, which shows the high temperature performance of a control group of leaded stacks interconnected with SnSb solder and TLPS (CS510
) to the high temperature performance of a leaded stack interconnected using

(実施例11)
表2はTLPS材料CS510の高温性能を、標準的なCu/Ni/Sn終端、錫のリ
ード仕上げ、及びコンデンサスタックを有するキャップによってつくられ、リードフレー
ムが標準的なSnSbハンダで終端された対照グループの高温性能とともに表す。試験グ
ループは金属被覆やさまざまのリードフレーム表面仕上げ、さらに無終端コンデンサ、及
びCS510TLPSを使った相互接続等の多様なコンデンサ終端を使って、内部電極と
リードフレーム間の電気的及び機械的接続を行った結果を示す。過熱され30グラムの重
りを付けて吊り下げられると対照グループは230から235℃の温度範囲で不良となっ
たことが表2からわかる。Ormet CS510を使って作られたサンプルは無終端の
コンデンサを含んでコンデンサ終端の金属皮膜のタイプに関わらず600℃の試験限界に
達しても不良は起こらなかった。唯一の例外は終端とリードフレーム表面の両方に錫を使
った試験グループが420-450℃の範囲で不良を示した。
(Example 11)
Table 2 shows the high temperature performance of the TLPS material CS510 for a control group made with standard Cu/Ni/Sn terminations, tin lead finish, and caps with capacitor stacks and leadframes terminated with standard SnSb solder. along with the high temperature performance of The test group used a variety of capacitor terminations, including metallization and various leadframe surface finishes, as well as non-terminated capacitors and interconnects using CS510TLPS to make electrical and mechanical connections between the internal electrodes and the leadframe. The results are shown. It can be seen from Table 2 that the control group failed in the temperature range of 230 to 235°C when heated and hung with a 30 gram weight. Samples made using the Ormet CS510 included unterminated capacitors and did not fail when reaching the 600° C. test limit regardless of the type of metallization on the capacitor terminations. The only exception was the test group with tin on both the termination and the leadframe surface which showed failures in the 420-450°C range.

Figure 0007334285000002
Figure 0007334285000002

(実施例12)
図25は本発明の実施例の比較を表し、図24で示された2つのメッキされたクーポン
を比較している。図24において、2つの銅のクーポンが、一枚はニッケルメッキされた
上に銀メッキされ、二枚目の銅のクーポンはニッケルメッキされた上に銀メッキされその
後インジウムでメッキされる。2つのクーポンはその後向かい合うように置かれ、加熱し
てインジウムの拡散を開始させる。加工処理を経て、2つのクーポンはせん断試験にかけ
られ、接合不良が生じるまで引っ張られた。その結果、最大の接合力と一様な拡散を確実
にするには接合部間の密着表面が欠かせないことを実証した。図24矢印は拡散が生じた
接合エリア内の孤立した接触点を示す。接合の表面積は3.81×3.81mm(0.1
50” ×0.150”)平方あるいは14.52mm2(0.0225インチ2)であり
、接合せん断強度は266psiである。しかし、接触表面積は20%と推定される。こ
のことは接合強度を最大化するには接合表面間を密着させることが必要であることを明確
に示している。
(Example 12)
FIG. 25 presents a comparison of embodiments of the present invention, comparing two plated coupons shown in FIG. In FIG. 24, two copper coupons, one nickel-plated and then silver-plated, and the second copper coupon are nickel-plated and then silver-plated and then indium-plated. The two coupons are then placed face to face and heated to initiate diffusion of the indium. After processing, the two coupons were shear tested and pulled until a bond failure occurred. The results demonstrate that an intimate contact surface between the joints is essential to ensure maximum bond strength and uniform diffusion. FIG. 24 arrows indicate isolated contact points within the bonding area where diffusion occurred. The surface area of the bond is 3.81 x 3.81 mm (0.1
50" x 0.150" square or 14.52 mm 2 (0.0225 in 2 ) and a bond shear strength of 266 psi. However, the contact surface area is estimated at 20%. This clearly demonstrates the need for intimate contact between the mating surfaces to maximize bond strength.

図25は2.5ミクロン(100マイクロインチ)のニッケルと5ミクロン(200マ
イクロインチ)の銀でメッキされ、インジウムのペーストを使って第2のクーポンへ接合
される、図24で示されたクーポンと同じ種類のクーポンを示す。表面被覆率は100%
で一様に被覆されせん断強度は9000psiを記録した。アセンブリ、加工、せん断方
法は全く同じなので2つの非平面を接合することと、インジウムペーストを使って2つの
非平面を接合することとの違いを明示した。
25 is the coupon shown in FIG. 24 plated with 2.5 microns (100 microinches) of nickel and 5 microns (200 microinches) of silver and bonded to a second coupon using indium paste. indicates the same type of coupon as . 100% surface coverage
was uniformly coated with a shear strength of 9000 psi. The difference between bonding two non-planar surfaces and using indium paste to bond two non-planar surfaces is demonstrated because the assembly, processing and shearing methods are exactly the same.

本発明は好ましい実施例を参照して説明したが、それらに限定されることはない。当業
者はここに具体的に述べられなかった付加的な実施例や変更に気づくかもしれないが、そ
れらはここに添付され本願に欠くことのできない部分を構成する特許請求の範囲に含まれ
る。
Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, it is not so limited. Those skilled in the art may recognize additional embodiments and modifications not specifically mentioned herein, but which fall within the scope of the claims appended hereto and forming an integral part of this application.

Claims (5)

第1導電性金属層および第2導電性金属層と、
前記第1導電性金属層上に形成されたギャップを含む第1非金属柔軟層と、
第1の極性を有する第1外部終端および第2の極性を有する第2外部終端を含む電子素子と、
前記第1外部終端および前記第1導電性金属層に電気的に接触する遷移的液相焼結接着剤と、
を含み、
前記遷移的液相焼結接着剤は、前記ギャップを通って延びている、電子部品。
a first conductive metal layer and a second conductive metal layer;
a first non-metallic compliant layer comprising a gap formed on the first conductive metal layer;
an electronic element comprising a first external termination having a first polarity and a second external termination having a second polarity;
a transitional liquid phase sintering adhesive in electrical contact with the first outer termination and the first conductive metal layer;
including
The electronic component, wherein the transitional liquid phase sintering adhesive extends through the gap.
前記第1非金属柔軟層は、FR4、パーフロロエラストマー、ポリイミド、カプトン(登録商標)、PEEK、および電子グレードセラミックスからなるグループから選択される、請求項1に記載の電子部品。 The electronic component of Claim 1, wherein said first non-metallic compliant layer is selected from the group consisting of FR4, perfluoroelastomer, polyimide, Kapton® , PEEK, and electronic grade ceramics. 前記第1非金属柔軟層は、前記ギャップを有するビアホールを含む、請求項1または2に記載の電子部品。 3. The electronic component according to claim 1, wherein said first non-metallic flexible layer includes a via hole having said gap. 前記第1非金属柔軟層は、ストリップを含み、前記ギャップは前記ストリップ間に存在する、請求項1、2または3に記載の電子部品。 4. The electronic component of claim 1, 2 or 3, wherein the first non-metallic compliant layer comprises strips and the gaps exist between the strips. 前記第1非金属柔軟層は、少なくとも25μmから1.575mmを超えない厚さを有している、請求項1~4のいずれかに記載の電子部品。 The electronic component according to any one of the preceding claims, wherein said first non-metallic compliant layer has a thickness of at least 25 µm to no more than 1.575 mm.
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