TWI579873B - 電容器堆以及電氣組件之形成方法和多層式陶瓷電容器之形成方法 - Google Patents

電容器堆以及電氣組件之形成方法和多層式陶瓷電容器之形成方法 Download PDF

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Description

電容器堆以及電氣組件之形成方法和多層式陶瓷電容器之形成方法
本發明係關於電子組件，及電子組件之製法。具體而言，本發明係關於電子組件，及電子組件之製法，尤指堆疊無引線多層式陶瓷電容器，具有改進終端，供附設外引線或引線框，或直接無引線附設電子組件，使組件隨後可利用各種副附設材料和過程，連接到電子電路。
一般而言，導電終端之形成方法和所用材料，對可靠性能具關鍵性。使用性能在隨後組裝於電子電路時，直接關係到導電終端。以往，鉛(Pb)質焊料已用來把組件附設於電子電路板，或把外引線附設於電子組件。晚近，使用危險物質於電氣和電子設備，正如歐洲RoHS法規顯示，已在焊料限制使用鉛，引起產業要尋找各種替代品。
例如美國專利US 6,704,189記載使用有10-30% Sb之Sn質焊料，在外引線和板式多層式陶瓷電容器(MLCC)組件間，形成觸點。然而，所述焊料在270℃以下有液相線。比較而言，高鉛焊料，諸如Sn10/Pb88/Ag2，液相線約290℃。產業上一般認為，熔點需高出任何隨後處理溫度至少30℃，以確保外引線附設之可靠性。達成高熔點的能力成為關鍵，因為基於Sn、Ag和Cu的焊料，在技術上稱為SAC焊料，如今成為附設於無鉛電路之普遍選擇。sAC焊料在比舊鉛質替代品，諸如熔點183℃之Sn63/Pb37，更高的溫度，通常約260℃，必須再流動。與外引線之接觸材料，或為形成終端，必須能夠維持比這充分高的溫度，才不會熔化，或部份熔化，造成重大可靠性議題。故溫度需比SAC焊料熔點高出至少30℃。由於材料相容性和較高處理溫度涉及半導體技術，開發出金/鍺、金/矽和金/錫合金，把模附設於基體。由於模及其匹配表面在熱膨脹係數(CTE)差異小，此等合金具備高溫相容性和高強度，拉力強度在20,000psi範圍， 而剪力強度在25,000psi範圍。惟此等材料亦需較高處理溫度，因其較高熔點一般在350℃以上。其高處理溫度妨礙在電子業的廣大用途。錫和銦已添加到Zn、Al、Ge和Mg之組合物，形成較高溫度之無鉛焊料。然而，鋅和鋁粉有在表面形成氧化物膜之傾向，關聯到隨後焊料之可濕性不良，致不切實用。有含錫、鋅、鎘、鋁之焊料，但通常以其共熔合金形式使用，因為其合金除共熔外，有50-175℃之寬廣塑性範圍，限制其在電子業以外之很特殊用途。對焊接鉛、鎘、鋅和銀合金好用。一旦液相線移動到450℃以上，焊料即稱為硬焊料，通常用在結構應用，而非電氣應用。無鉛之形成方法，利用高溫結合於電容器，在260℃以保持完整，經濟生產，有待實施。
下列專利說明關於形成導電結合之TLPS材料和製法。U.S.5,038,996說明塗佈二匹配表面，一用Sn，另一用Pb，形成結合是提高製法溫度到約183℃，稍低於Sn熔點。US 5,853,622揭示之暫態液相燒結(TLPS)配方，是把TLPS材料與交聯聚合物組合，產生導電黏合劑，由於TLPS製法產生金屬表面間之金屬間界面，造成改進導電性。二匹配表面之噴塗是，其中一表面有低溫熔點材料，而匹配表面有相容之較高熔點，如US 5,964,395所述，加熱到較低溫材料之熔點時，即形成結合。
US 5,221,038揭示使用SnBi或SnIn，以TLPS製法，把分立組件，諸如電阻器等，焊接於印刷電路。使用Ag/SnBi塗佈於二匹配電路板，把電子模組安裝於基體，載於US 6,241,145。另US 2002/0092895號記載把材料澱積於二匹配表面、基體和浮片上之隆凸表面，溫度提升到造成在材料間擴散，產生TLPS相容合金。US 2006/0151871記述使TLPS形成含SiC之封包，或其他半導體機件，結合於其他組件或導電表面。US 2007/0152026記載把TLPS相容材料安置於匹配表面，接著再流動較低熔點材料，再恆溫老化，完成擴散過程，有待結合之二機件為微機電系統(MEMS)機件，成為微電子電路。US 7,023,089記載使用TLPS把銅、黑金剛石，或黑金剛石與銅複合物製成之散熱器，結合於矽模。此等專利和申請案記載TLPS之處理，把組件結合於電路板，而未提到用於形成電子組件之終端，或附設組件於引線框。
最新的發展中，US 2009/0296311記載一種高溫擴散結合製程，把鉛熔接於多層式陶瓷組件之內電極。TLPS材料鍍著於要加熱接合在 一起的匹配表面之面上，以啟動擴散過程。在此情況，組件和引線框之間，需要跨越表面之彼此密切接觸，以便利擴散。此舉限制應用於表面接合，可形成密切接觸線，而此項應用不能包容連接於引線框的不同長度組件。此外，記載700~900℃範圍之高溫，以達成熔接結合。此項高形成溫度需要細心過程設計，諸如預熱階段，以免對多層式陶瓷組件造成熱震損失，甚至此舉可能不適於所有材料。
技術上記載之其他無鉛附設科技，尚無一適用。
焊料是由二種或以上金屬組成之合金，只有一熔點，始終低於具有最高熔點的金屬之熔點，一般熔點低於大約310℃，視合金而定。焊料可再加工，意即可再流動多次，因此提供去除和更換瑕疵組件之手段。焊料亦可進行冶金結合，在正在接合的表面間形成金屬間的界面。由於焊料在其相鄰表面會潮濕，故實際上朝外流動，分散到待接合的全表面。
MLCC廣用於各種用途。最典型的MLCC或MLCC堆，是以分立組件安裝於電路板。與MLCC關聯之特別問題是，受到應力，諸如把電路板彎曲時，有龜裂傾向。為避免此等應力破裂，MLCC是安裝在引線框之間，諸如各一極性，再把引線框利用焊接附設於電路板。在技術上，引線框被視為必要，並費盡心力設計能夠耐受與板彎曲關聯的應力之引線框，不對MLCC賦予應力。引線框設計和材料特別困難，由於熱膨脹係數不同，需把等效串聯電阻(ESR)、電感和其他寄生減到最小。儘管需要取消引線框，但技術專家尚未能做到，因電路板之任何彎曲都會直接轉移到MLCC，實際上保證會損壞MLCC。
儘管持續極力努力中，技術上仍缺乏適當電容器。故亟需引線連接，對高溫應用，尤其是無鉛(Pb)，改進信賴性。
本發明之目的，在於提供一種改進方法，形成金屬性外部終端，適於附設在引線框或用做無引線電容器堆，可以再流動，在隨後組裝於電子電路之際，不需妥協金屬性外引線或引線框附設。
本發明另一目的，在於提供一種改進方法，形成終端，適於附設引線框，或做為無引線終端，可耐隨後對電子電路之焊料再流動過程，不需妥協終端或引線附設相連。
本發明另一目的，在於提供成堆MLCC不用引線框即可安裝，其中板彎曲不會造成MLCC預料程度的應力裂開。
本發明另一目的，在於電子組件上形成終端或相連，優點是初步處理溫度低，但隨後熔點高，不用鉛或鎘等禁制材料，或金等昂貴材料。
上述和其他優點可藉一種電容器堆實現，包括多層式陶瓷電容器，其中各多層式陶瓷電容器包括第一電極和第二電極，呈交錯堆，在各第一電極和各相鄰第二電極間有介電質。第一電極到第一側為止，而第二電極到第二側。第一暫態液相燒結導電層在第一側，與各第一電極呈電氣接觸；而第二暫態液相燒結導電層在第二側，與各第二電極呈電氣接觸。
另一具體例為電氣組件形成方法，包括：提供多層式陶瓷電容器，其中各多層式陶瓷電容器包括第一電極和第二電極，呈交錯堆，在各第一電極和相鄰第二電極間有介電質，其中該第一電極在第一側終止，而該第二電極在第二側終止；堆疊多層式陶瓷電容器，使各第一側並列，且各該第二側並列；形成暫態液相燒結導電層之第一組份之第一層；形成暫態液相燒結導電層之第一組份之第二層；令第一層和第二層與暫態液相燒結導電層之第二組份接觸；加熱到第一溫度，是以形成第一暫態液相燒結導電層，包括第一組份和第二組份，其中第一暫態液相導電層與第一電極呈電氣接觸，並形成第二暫態液相燒結導電層，包括第一組份和第二組份，其中第二暫態液相導電層與第二電極呈電氣接觸，因而形成成堆電容器。
又一具體例為提供多層式陶瓷電容器堆之形成方法，包括：提供複數多層式陶瓷電容器，其中各多層式陶瓷電容器包括：第一電極和第二電極，呈交錯堆，在各第一電極和各相鄰第二電極間有介電質，其中第一電極具有第一極性，在多層式陶瓷電容器之第一側終止，而第二電極具有第二極性，到多層式陶瓷電容器之第二側終止；形成多層式陶瓷電容器堆；形成第一暫態液相燒結導電層，與相鄰多層式陶瓷電容器之第一電極呈電氣接觸； 形成第二暫態液相燒結導電層，與相鄰多層式陶瓷電容器之第二電極呈電氣接觸。
1‧‧‧電子組件
2‧‧‧外終端
3‧‧‧附設材料
4‧‧‧接觸墊
5‧‧‧電子電路板基體
1A‧‧‧附加電子組件
6‧‧‧外引線或引線框
7‧‧‧外終端
7'‧‧‧第一層
8‧‧‧聚合物焊料
9,10‧‧‧內電極
11‧‧‧介電質
14‧‧‧聚合物焊料終端
15‧‧‧外引線
16‧‧‧多層式陶瓷電容器本體
17‧‧‧邊緣
18‧‧‧預型
20,21‧‧‧多層式陶瓷電容器
22‧‧‧聚合物焊料終端
23‧‧‧外引線
26‧‧‧焊料層或鍍層
30,31‧‧‧組件堆
32,33‧‧‧外引線
34‧‧‧焊料
35‧‧‧聚合物焊料
G‧‧‧間隙
100‧‧‧多層式陶瓷電容器
102‧‧‧聚合物焊料終端
104‧‧‧外引線
106‧‧‧邊緣
108‧‧‧多層式陶瓷電容器的邊緣
112‧‧‧惰性填料
200,200'‧‧‧多層式陶瓷電容器
202‧‧‧暫態液相燒結或聚合物焊料終端
206‧‧‧引線框
302‧‧‧預型
303‧‧‧高熔點金屬
304‧‧‧低熔點金屬
第1圖為本發明具體例之示意側視圖；第2圖為本發明具體例之示意斷面圖；第3圖為本發明具體例之示意斷面圖；第4圖為本發明具體例之示意側視圖；第5圖為本發明具體例之示意斷面圖；第6圖為本發明具體例之示意分解斷面圖；第7圖為本發明具體例之示意斷面圖；第8圖為本發明具體例之示意側視斷面圖；第9圖為本發明具體例之示意側視斷面圖；第10圖為本發明具體例之示意斷面圖；第11圖為成堆MLCC之示意側視圖；第12圖為本發明具體例之示意側視圖；第13圖為本發明具體例之曲線圖；第14和15圖為按照本發明具體例結合的試片斷面之電子照相顯微圖；第16和17圖為按照本發明具體例結合的試片斷面之電子照相顯微圖；第18至21圖為表示本發明優點之曲線圖；第22和23圖為板撓曲試驗結果之曲線圖；第24圖為具有鍍著表面的二試片剪開重疊接合之電子照相顯微圖；第25圖繪示按照本發明具體例以TLPS糊劑結合之二試片；第26和27圖為繪示板撓曲試驗結果之曲線圖。
本發明係關於一種MLCC，改進對外引線或引線框之結合，或改進成堆內MLCC間之結合，用做無引線MLCC。具體而言，本發明係關於使用暫態液相燒結(TLPS)或聚合物焊料，以形成組件之終端，或於組件附設外引線。改進終端之優點是，能夠包容不同表面終端以及不同長度之組件。此外，由於不形成焊料珠，組件可堆到彼此頂部，不會有焊料附 設技術通常需要清理之間隙。TLPS或聚合物焊料可與組件之內電極直接結合，而終端可在低溫形成。在較佳具體例中，可用熱壓縮法製備較高密度終端，因而形成改進之外引線附設結合。
焊料是第一次再流動後就不會改變組成份之合金。焊料只有一個熔點，可再熔化無限次數。最通常焊料是60%Sn40%Pb。焊料是電子業選用過的材料，提供組件和電路板或基體間之機電相連接。焊料非常適於大量生產組裝製程。焊料之物理性質利用變化產生焊料合金所用金屬比率，即可簡單改變。焊料由此點指涉時，即暗示至少二種金屬之合金，可再熔化無數次。
導電環氧樹脂/黏合劑是典型的交聯聚合物，充填導電填料，通常為銀或金薄片或顆粒，以產生導電性環氧樹脂聚合性結合。與焊料不同，導電黏合劑只能熟化一次，不能再加工。由於金屬粒彼此接觸，形成通過環氧樹脂的迂迴路徑，在二或以上組件間產生電氣連接。導電環氧樹脂/黏合劑、焊料，和環氧樹脂焊料，通常溫度限制在315℃以下。
聚合物焊料是另一種材料，用來二種或以上相容金屬間之冶金連接。聚合物焊料是焊料和交聯聚合物組合而成，環氧樹脂為典型聚合物例。焊料提供導電性和接合整體之機械強度，而環氧樹脂則形成聚合性結合，提供額外機械強度，並提高焊料本身全體之溫度能力。
暫態液相燒結(TLPS)結合與焊料有別。TLPS材料是二種或以上金屬或金屬合金在受到提高溫度以前之混合物，由此分辨材料的熱史。TLPS材料在受到提高溫度以前，顯示低熔點，而在暴露於此等溫度後，呈現較高熔點。初始熔點是低溫金屬或二種低溫金屬的合金之故。低溫金屬或合金與高溫熔點金屬形成新合金時，形成金屬間化合物之二次熔點，因此，產生較高熔點之金屬間化合物。TLPS材料在要接合的金屬表面間，形成冶金結合。不像錫/鉛或無鉛焊料，TLPS因形成金屬間接合，故不會散佈。TLPS系統很難再加工，由於二次再流動溫度高之故。暫態液相燒結此一術語，指一種過程，說明二種或以上TLPS相容材料彼此接觸，並提高溫度到足以熔化低溫金屬時，所得到之冶金狀態。為產生TLPS過程或相連接，此等金屬至少其一係來自具有低熔點之金屬族群，諸如錫(Sn)、銦(In)，而第二種來自具有高熔點族群，諸如銅(Cu)或銀(Ag)。當Sn和Cu在一起， 提高溫度，Sn和Cu即形成CuSn金屬間化合物，所得熔點高於低熔點金屬之熔點。以In和Ag而言，對In施以充分熱，使其熔化，實際上即擴散入Ag內，產生固體溶液，從而具有比本身更高之熔點。TLPS可用於概括指涉製程，而TLPS相容性材料用來在二種或以上TLPS相容金屬間產生冶金結合。TLPS提供機電相連接，可在較低溫度(<300℃)形成，並有副再熔化溫度>600℃。此等溫度是由TLPS相容金屬之不同組合決定。TLPS可用來概括指產生TLPS冶金結合或相連接所用製程和材料。
TLPS結合可在較低的初始製法溫度，低至157℃形成。一旦TLPS結合製程完成，所得接合熔點遠較初始製法溫度高，通常高於300℃，對許多材料集合，共同的第二次熔點高於450℃。TLPS與傳統焊料不同，焊料是由二種或以上金屬一起形成，產生具有特殊性質之合金。此等性質藉對合金添加額外材料，或改變合金內之金屬組成份%，即可簡單改變。焊料合金即可再熔化和凝固，以接合二種或以上之表面。TLPS起初並非像焊料合金那樣的合金材料。TLPS是一種冶金製法，基於二種或以上金屬彼此擴散或燒結，特別是在二表面間的界面發生。一旦產生TLPS界面，在低溫即不再熔化。一旦擴散或燒結過程完成，TLPS之較高再熔化溫度，在許多情況即阻止總成再加工，因為在此等高溫會保持無法復原的損壞。TLPS製法是令銦或錫等低熔點金屬，分別與銀或銅等高熔點金屬接觸，並提高溫度至低熔點金屬之熔點，與高熔點金屬擴散或燒結而達成。擴散或燒結速率是時間溫度函數，因金屬之不同組合而異。結果是固體溶液，有新熔點，接近高熔點金屬之熔點。
TLPS科技特別適於在較平坦之二匹配表面間，提供機械和導電雙方面之冶金結合。TLPS製法常用之金屬，選自二種金屬族群。其一包含低熔點金屬，諸如銦、錫、鉛、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒或釙，第二族群包含高熔點金屬，諸如銀、銅、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬，以產生擴散之固體溶液。
亟需使用無助熔劑製法，以消弭在接合內之任何潛在空隙。由於TLPS是燒結為基礎之製法，結合線均勻且無空隙。焊料所必須之助熔劑，會陷在接合而燒掉，留下空隙。以半導體產業言，尤指模附設法，此等空隙會在IC內產生熱點，導致過早故障和可靠性議題。TLPS針對此議 題，因為TLPS是燒結製法，不用助熔劑。當二種金屬匹配在一起，加熱時，低熔點金屬擴散入高熔點金屬，產生跨越匹配的表面積之固體溶液。為產生固體均勻結合線，要求匹配表面必須平坦且共平面，以確保全部匹配表面密切接觸。匹配表面所需平坦性，亦限制此項技術之應用，因為有許多表面未充分平坦到生成良好接合。
與液體載劑物料組合形成糊劑之TLPS相容金屬粒芯，可應用在二非平面非均勻表面之間，具有混合表面製備技術，諸如鍍著、燒結厚膜和/或鍍著燒結厚膜，再加熱至最低熔點金屬之熔點，並保持於此溫分時間，以形成接合。單一金屬粒芯在糊劑內不需複數金屬，因此，金屬比率不成問題。可以使用銀，大約960℃高熔點之金屬，做為芯粒，產生單粒，再塗佈諸如熔點157℃的銦等低熔點金屬，做為金屬外殼。使用銦的優點是，熔化時即擴散入銀內。若此銀和銦之雙金屬置於二表面之間，各塗以銀，銦即擴散入銀表面，以及銀芯，產生固體溶液接合。可考慮做為此雙金屬單粒的銦等低熔點之其他金屬，包含錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒、釙或鉛，諸如銀等高熔點金屬有銅、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬，亦可考慮為可行之組合物。
與助熔劑和熔劑混合形成糊劑之銦粉，可應用在銅基礎金屬加鍍Ni的二片間，製成TLPS冶金結合，再加鍍約5微米(200μ吋)之銀。樣本之製造，是在具有上述鍍著表面之片上耗用銦糊，再置放二片互相接觸，加熱到150℃，經5秒，然後加溫到約320℃，經約60秒。如此製成之接合強度顯示拉力在85-94磅範圍，等於剪應力4,177psi，和拉剝離力在5-9磅範圍，可達平均7磅。此等結果可與剪力強度大約3000psi而拉剝離力在7-10磅範圍的SnPb焊料媲美。一項主要差別在於AgIn接合可耐二次熔點超過600℃。此等結果表示用來結合二鍍銀片之糊劑，即使不強過也等同現時焊料SnPb焊料，但二次熔點高出甚多，因此產生適於高溫相連接應用且亦可無鉛之材料。
把引線框與結構組合之方法，一般包含將二匹配表面塗佈，其一塗以高熔點金屬，而其匹配表面塗以低熔點金屬。塗法包含蒸氣澱積或鍍著。第二種方法是把低熔點金屬，或二種乃至以上低熔點合金製成之預形成膜，包夾在塗佈諸如Ag、Cu或Au等高熔點金屬的二平坦表面之間。 第三種方法是創造一種糊劑，包含銅等高熔點金屬粒，再添加二合金低熔點金屬，諸如Sn-Bi，混合入雙重目的液體內，清洗所結合表面，也做為金屬粒之液體成份，以形成糊劑混合物。
若在一定的循環時間內，二金屬未完成完全擴散，且未達最高二次再流動溫度，接合可付諸第二次加熱過程。在此情況下，接合或總成可經超過低熔點材料之溫度，並保持時間15分鐘至2小時。時間和溫度可以變化，以提供二次組裝過程所示之所需再流動溫度，或最後環境應用的需求。以銦/銀TLPS情況而言，可達成二次熔點超過600℃。
接合之形成，可令總成經足以熔化低熔點金屬之溫度，為時足以產生機械性接合，諸如5秒至30秒。然後，在二次加熱過程，接合經溫度和時間足以容許銦和銀擴散，由此產生具有較高二次再流動溫度之合金。
除應用糊劑，在適當表面間形成TLPS合金接合外，亦可藉預型達成。最簡單的方式是，預型為低溫TLPS組件之薄箔片。另外，預型可利用鑄造，並將糊劑乾燥除去熔劑而製成。所得固體預型可置於要結合的表面間。在此情況時，必須於糊劑添加適當結合劑，增加乾燥後之強度。所有情況下，預型應具展性，以順應待結合表面。
糊劑內含有包括單一金屬(諸如銦)之相連接，可用來在塗佈銀等高熔點金屬之表面，形成結合。銦擴散入銀內，得以形成較低溫度暫態液相，隨後反應，以達成較高溫度結合。在低熔點糊劑內達成高速率擴散，是此結合形成之關鍵。為達成最後接合之所需性質，諸如減少空隙和均相，需在糊劑內添加其他金屬。然而，重要的是要維持低熔點材料之高擴散率。為此，若除低熔點金屬外，需一種或以上之金屬，最好是在形成糊劑之前，可藉塗佈金屬粉而加入者。以在較高熔點金屬上塗佈最低熔點金屬為佳，以保持活性表面。塗佈又有縮短糊劑不同金屬元素間擴散長度之所需效果，使較佳相更輕易形成，與在單一金屬糊劑單純混合一種或以上附加金屬粉迥異。
合金宜排除在外。合金會減少糊劑之擴散活性。塗佈之金屬粉宜在加入糊劑內之前，使用塗著形成。
導電性黏合劑係交聯聚合物，充填銀或金粒，在特定溫度範 圍內熟化或交聯，一般是在150℃，以便對待接合之材料形成機械性結合。其導電性是由彼此密切接觸的金屬粒，在聚合物矩陣之局限內產生，形成粒與粒間之導電途徑。由於結合劑本質為有機，具有較低溫度能力，通常在約150℃至約300℃範圍。導電性環氧樹脂一旦熟化，即無法再加工。不像TLPS結合，暴露於高熱或腐蝕性環境可能使聚合鍵分解，將金屬粒氧化，使電氣性質劣化。相連接之機電性能雙方面可以妥協，以致提高ESR和降低機械強度。
聚合物焊料可包括習用焊料系統，即基於Pb/Sn合金系統，或無鉛系統，諸如Sn/Sb，與做為清洗劑的交聯聚合物組合。交聯聚合物亦有形成交聯聚合物鍵(結合)之能力，諸如環氧樹脂鍵，在金屬類熔化階段形成，由此形成焊料合金和機械性聚合鍵。聚合物焊料之好處是，聚合鍵在焊料熔點以上之溫度，提供額外機械性結合強度，因此賦予焊料接合有較高作業溫度，在焊料熔點以上約5至80℃之範圍。聚合物焊料組合現時焊料合金和同一糊劑內之交聯聚合物，當諸如加熱而熟化時，可提供兼備冶金結合和機械結合，因而在提高溫度時，具備額外焊料接合強度。總之，只靠材料之物理性能，即提高溫度上限和接合強度。保留實際限度300℃，而TLPS產生之結合可達成更高溫度。
在一具體例中，聚合物焊料結合可互補，替代其中聚合物和焊料之較佳混合物，聚合物形成組份和冶金結合形成組份可改為分開，二者均在待匹配之表面間。
TLPS或聚合物焊料糊劑可在電子組件上形成終端，隨即利用其他方法和/或材料，附設於電子電路。冶金式金屬結合可形成無鉛，在提高溫度時，有比其他型材料，諸如無鉛焊料，更改進之接合強度。TLPS或聚合物焊料接合可直接由組份內埋設之電極，或透過與此等電極接觸之其他材料製成。TLPS或聚合物焊料接合不必在組件邊緣疊合。
TLPS或聚合物焊料以糊劑形式使用，容許不均勻表面可以接合。更具體而言，TLPS或聚合物焊料以糊劑形式使用，容許二個不規則形表面可以接合，無密接或連續接觸線。此舉比鍍著表面特別有益，因為後者在比製程中隨後擴散結合時，表面必須在密接連續之接觸線內。此舉還可容許不同長度的電子組件在堆內組合，或在引線框內堆疊。由TLPS 不形成焊珠，成堆組件可彼此重疊，同一定向之終端不像習知使用焊料附設方式，需要間隙供清洗。
由於TLPS或聚合物焊料糊劑，不像習知焊料流動，不需在引線框上採用焊料堰。此特點具有重大製作方便。
TLPS或聚合物焊料可用於二或以上組件彼此間，或共同引線框內，形成結合。以引線框而言，可附設不同長度之組件，在組件間亦不需間隙以清洗焊珠，因為不會有焊珠發生。所以，得到之堆疊比以習知焊料組合者為薄。聚合物焊料把焊珠減到最少，而TLPS根本消弭焊珠。
TLPS糊劑可用熱壓縮結合法，以提高結合密度，因而形成比單獨依賴溫度更加可靠之接合。機械性質和電氣性質二者均因熱壓縮結合法而獲改進。
TLPS可用來形成直接對電子組件內電極之結合。在MLCC，內電極可為高熔點金屬。低熔點金屬可塗在MLCC和高熔點金屬層二邊緣，諸如於片材或其外部。加熱時，低熔點金屬可與內電極合金，而外部金屬因此形成直接對與內電極之冶金結合。
尤佳的是使用低溫在暫態液相燒結導電黏合劑與組件之間，形成初步結合。初步結合形成後，利用恆溫老化，產生高溫接合，能夠支承高溫。在組件附設於電路之際，使用二次附設過程，發生再流動溫度，低於最高熔點元素之熔點和在加熱形成初步結合之際所形成合金的熔點。此點較需要約260℃再流動之SAC型焊料為佳。
二步驟再流動亦可使用暫態液相燒結過程，其中第一步驟使用較短時間循環，在5秒至5分鐘範圍，和低溫，在180℃至280℃範圍，形成導電性冶金結合，視TLPS合金化過程所用金屬而定。第二步驟使用200℃至300℃溫度範圍，經恆溫老化過程，為期較長，諸如但不限5至60分鐘。形成初步結合所需時間較短，充分適合自動過程。另一方法可用單一步驟製程，其中TLPS在外引線和電子組件之間，於例如250℃至325℃之溫度，為時例如10至30秒，形成終端，或導電冶金結合。可用較低溫度，諸如175℃至210℃，為時拉長，諸如10至30分鐘。當電子組件本身為溫度敏銳性時，此法特別有用。
通常終端之形成，最好以加熱方式，使用一步驟燒結製程， 在190℃至220℃之溫度範圍，但不限於此，為時10至30分鐘，惟不限於此，製成導電性冶金結合。最好是第二次熔點超出第一次熔點至少80℃。金屬結合的第二次熔點超過450℃，因而使此技術對低溫處理無鉛溶液為有效選項，適用於隨後之高溫應用。然而，此型製法更適合半導體處理和某些PCB處理常見之分批或製程，但對電子組件，包含多層式陶瓷電容器之高容量線內終端和外引線附設，不具導電性。此外，以此方式處理TLPS會造成高度孔隙率，尤其是具備高位階有機內容物。
TLPS材料可使用二步驟製程處理，以達成有利的相連接之接合。第一步驟形成在225℃至300℃溫度範圍，於30秒或更少之較短製程時間內，形成牢靠之導電性冶金接合。第二步驟是燒結步驟，令備件經200℃至250℃或更低之溫度，為時5至30分鐘，完成合金化過程。二步驟製程對於可接收隨後分批式燒結製程之高容量線內總成，可令人滿意。然而，以上述單一步驟製程，孔隙率往往高到不宜程度。
在許多應用上，高度孔隙率尚可接收。惟在嚴苛環境裡，諸如高濕度，或在電路板安裝過程，高孔隙率不宜，因為水或其他化學物會透過結合滲入，造成組件損壞。是故，本發明較佳具體例是使用熱壓縮結合製程，在暫態液相燒結接合內，形成低孔隙率終端。此製程附加優點是在單一步驟中，於225℃至300℃溫度範圍，使用較少製程時間15至30秒，適合自動化。為附設外引線於MLCC之應用，使用一步驟低溫，在30秒內，併用熱壓縮結合，即可產生牢靠接合。
使用聚合物焊料時，熱壓縮結合也是較佳處理方法，因為有助於在接觸表面間，形成高密度冶金結合。熱壓縮之優點包含較二次附設製程更牢靠，達成附設強度更高。壓縮力0.5至4.5kg/cm2(7.1至64psi)，更好是0.6至0.8kg/cm2(8.5至11psi)，足夠證明熱壓縮之教示。約0.63kg/cm2(9psi)特別適用壓力以證明其教示。
TLPS包括高溫材料，選自銅、銀、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬，或其混合物或任何組合物，均可適用於TLPS製法。無鉛TLPS材料最好使用銀或銅做為高溫成份，而銦、錫或鉍為低溫成份。
TLPS又包括低溫材料，選自錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、銦、碲、汞、鉈、硒或釙，或混合物，或其中任何二種或以上之合金。
TLPS材料可與含銀、錫、金、銅、鉑、鈀、鎳，或其組合物之表面加工劑相容，無論是做為引線框加工劑、組件連接或內電極，以便在二表面間形成導電性冶金結合。適用外引線或引線框材料包含磷青銅、銅、銅合金，諸如但不限於鈹銅、Cu194和Cu192，以及鐵合金組成之引線框，諸如但不限於Alloy 42和Kovar。
加熱可藉技術上已知任何方法為之，以對流加熱、輻射加熱和感應加熱最佳。
茲參照附圖說明本發明，附圖形成本案內容整體非限制之部份。諸圖中相似元件以同樣編號。
本發明具體例參見第1圖示意斷面側視圖加以說明。在第1圖中，電子組件1，諸如MLCC，包括外終端2，透過TLPS結合，與內電極呈電氣接觸，詳後述。特別好處理能夠把MLCC堆結合，與TLPS結合之外終端呈電氣接觸，各端因而形成無引線堆，可使用二次附設材料3，附設於接觸墊4電子電路板基體5上。可見以此方式，電子組件連同以TLPS或聚合物焊料形成之許多終端，不用引線即可附設於電路。然而，TLPS接合較高之二次熔點，使TLPS優於聚合物焊料，因為如此可以考慮更廣範圍之二次附設材料。元件1A可為上述附加電子組件，或可代表消除彎曲之犧牲晶片。犧牲晶片宜大到足夠消除彎曲，但不能超過必要之大。犧牲晶片厚以千分之35-60吋即夠。
無引線MLCC堆如第2圖示意斷面側視圖所示。在第2圖內無引線堆，是應用適當TLPS糊劑或預型18於相鄰MLCC上的外終端7之間反應所形成。預型如上述以具展性為佳，因而讓預型可順應相鄰表面。加熱時，預型之低熔點金屬即擴散入外終端，形成冶金結合。預型亦可含高熔點金屬，以與外終端內之同樣金屬為佳，加熱時，低熔點金屬即擴散入預型之高熔點金屬內，在預型之高熔點金屬和外終端間形成冶金結合，確保相鄰MLCC的外終端間有充分導電性。外終端可利用厚膜糊劑共同燒製，或令導電性黏合劑熟化形成，由此形成與內電極9,10之電氣接觸。介電質11把內電極分開。
外終端可包括多層，以方便TLPS結合。本發明具體例如第3圖示意斷面圖所示。在第3圖中，外終端包括多層，第一層7'，與MLCC 之內電極9,10直接接觸；和終端層7，可與預型18相容，能夠與之形成TLPS結合。可設焊料層或鍍層26，包被終端層和預型，方便二次附設於電路板，特別是改進焊接性。
所述無引線MLCC堆，在先前技術中原先認為不可行，除非在組件間形成順應結合，並在其各終端間形成順應電氣結合。在本發明實施例中，TLPS接合兼做為電氣式和機械式結合。先前技術中之電氣結合在實務上能力有限，因導電黏合劑在使用上受到通常為環氧樹脂之聚合物分解溫度所限。通常不可能使用焊料在無引線堆疊內單獨組合MLCC，因為在二次附設於電路板之際，傾向再流動，累及堆疊內之電氣完整性。先前技術中使用引線以克服此等議題之某些部份，受制於在熱循環或熱衝擊事故時，應力會從電路板直接轉移到MLCC，而本然有故障之傾向。已經開發出引線材料和MLCC型組合，以減少應力議題，求可靠性能，但由此引起其他限制。例如，Alloy 42已用來減少CTE誤匹配，但結果是所得堆疊有不良之高ESR。使用TLPS以結合MLCC與燒製和鍍著終端所製成無引線堆疊，對板彎曲龜裂有高度抵抗性，其中性能不比個別電容器之性能差，因此確認本發明接合在機械性能上之牢靠。由於TLPS在MLCC間形成連續導電層，不會增加ESR，像Alloy 42引線所製上述加引線堆疊所述情況。由於引線堆疊不需迴避與堆疊關聯，在較短堆疊內可形成同樣數量和型式之MLCC。較短堆疊加上TLPS結合較低形成溫度，讓堆疊可添加其他組件和額外電路。以亟需機械性應用之使用情況言，於堆底可加無電氣功能之機械性消震組件。
第4圖表示使用TLPS或聚合物焊料形成對外引線之導電結合，其中電子組件1連接到外引線或引線框6，在外引線和外終端7之間，使用TLPS或聚合物焊料8。
在第5圖內，TLPS或聚合物焊料外終端12，與多層式陶瓷電容器之內電極9,10直接接觸。交替極性之交織平坦內電極，是以介電質11分開，而交替內電極則與TLPS或聚合物焊料形成之對立外終端12直接接觸。此具體例提供額外之利，避免與在電子組件上形成其他連接材料關聯之處理成本。以TLPS外終端，第5圖具體例即可堆疊，而形成統一外終電以提供無引線MLCC堆的TLPS結合之類似具體例，則如第1圖所示。
本發明具體例如第6圖之示意分解斷面圖所示。第6圖繪示MLCC整體包括內電極9,10之交替層，以介電質11分開，其中相鄰內電極到相反端為止。在一具體例中，內電極是TLPS結合之高熔點金屬，於整體邊緣施加預型302，以形成外終端。預型包括芯部，可為層式結構，為高熔點金屬303，在與低熔點金屬304之界面。把MLCC堆疊，預型附設於MLCC，其中低熔點金屬304擴散入內電極，進入高熔點金屬303內，因而在預型和各MLCC內電極之間，形成冶金結合。預型之高熔點金屬，可形成引線框。在另一具體例中，低熔點金屬可在MLCC上。
於形成TLPS結合之際，低熔點金屬之擴散，視其反應性，以及結合形成過程之時間和溫度而定。為達成高度反應性，需避免合金，惟應選擇個別金屬及其厚度，以抑制可能相對於個別相關形成二次相位。
單一MLCC之具體例如第7圖所示。在第7圖內，TLPS或聚合物焊料終端14把外引線15結合於內電極9,10，不會延伸超過多層式陶瓷電容器本體16之邊緣17。此具體例減少在此疊合區域發生故障，因已消弭機械應力。
第8圖表示電子組件之斷面圖，在此圖中，具有TLPS或聚合物焊料終端102之多層式陶瓷電容器100，透過導電相連接，與外引線104接觸。其邊緣106在導電連接和外引線間並無連續之密切接觸線。此特別優點是，當外引線和導電相連接之二表面匹配在一起時，不需形成連續之密切接觸線。
本發明具體例如第9圖所示。在第9圖顯示在引線框206之間有二MLCC 200,200'，旨在說明可以堆疊很多。各MLCC有TLPS或聚合物焊料終端202，只覆蓋到MLCC的邊緣108一部份。此舉讓MLCC近距隔開，在MLCC表面間有很小或根本無間隙。TLPS或聚合物焊料終端202可預形成，做為混合物或層式結構，插於組件之間，接著是單一次加熱步驟或多次加熱步驟。另外，外終端可形成與內電極直接接觸。
擴散驅使之結合製程，已成功用在平坦表面之間，諸如模附設所見，惟有些應用，要產生如此平坦表面並不切實際。在此等情況下，需要高溫溶液，可包容非均勻匹配表面之接合，能夠充填要接合的匹配表面間之間隙和空隙。從二金屬族群選用TLPS科技通用之金屬，其中一族群 包含低熔點金屬，第二族群包含高熔點金屬。當低熔點族群之成員與高熔點族群之成員接觸，暴露於熱，低熔點金屬即擴散或燒結於高熔點金屬內，產生合金，其熔點低於高熔點材料。此製程成為暫態液相燒結(TLPS)，可在較低溫產生相連接，惟高度二次再流動溫度，仍低於高熔點金屬，由於形成TLPS固體溶液之故。
第10圖表示本發明具體例，為成堆MLCC之示意側視圖，其中二MLCC 20,21有不同寬度。TLPS或聚合物焊料終端22可包容不同長度之電子組件，與外引線23充分接觸。以此方式，2.54mm(0.10吋)以下不同長度的組件可附設在同堆內，惟長度差異以不超過0.254mm(0.010吋)為佳。往往需接合複數不均勻表面，具有表面金屬之混合技術，諸如鍍銀、燒結銀，或其他組合TLPS相容性金屬。如第10圖所示，要接合之表面可經電鍍，諸如用銀，而匹配表面可覆以厚膜銀糊劑，再燒結。然後在要接合的二表面之間，可澱積單一組份低溫金屬，諸如銦，呈糊劑形式，該二表面各有銀塗佈或其他相容性TLPS高溫金屬。糊劑有能力充填於不同尺寸MCLL的不均勻表面間之間隙。總成再加熱至銦熔點，諸如157℃或除銦以外之其他適當低溫材料，在液相線溫度，維持5秒至15分鐘，經冷卻，再任其凝固。所得接合相連接材料會有二次再流動溫度，大於低溫度材料之溫度。堆疊內相鄰MLCC間，視需要之光絕緣層70，可提供保護，以防外引線間發弧。對於較高電壓應用，諸如200伏特以上，或250℃伏特以上，絕緣層更佳。絕緣層可由基於各種化學族群的多種聚合性共形塗料提供，包含壓克力、聚胺酯、聚醯亞胺、環氧樹脂、對二甲苯和聚矽氧。TLPS或聚合物焊料終端可包括惰性填料112。
TLPS糊劑或預型可內含惰性填料，其目的有二。目的之一在於把昂貴金屬的成本降到最低，第二目的製成對MLCC非終端之末端和暴露之內電極的直接電氣和冶金結合。成本能夠降低，特別如就第10圖所述，把一部份高熔點金屬成份改用惰性材料或低廉導電材料，來充填間隙。用來取代高熔點金屬之特佳填料，是非金屬，諸如熔點>300℃之陶瓷，和玻璃轉化溫度(Tg)>200℃之玻璃或高溫聚合物。其例有熱固型聚合物，諸如聚醯亞胺。高熔點金屬改用此等非金屬之一的二特別優點是，在TLPS結合形成之際，TLPS之活性低熔點金屬不會被擴散而消耗。從低熔點之玻 璃族群選用惰性填料之第二優點是，TLPS糊劑或預型混合物內之玻璃，不會與MLCC非終端之暴露玻璃料和暴露陶瓷本體產生結合。非金屬亦可利用噴濺或鍍著等方法塗佈低熔點金屬。
第11圖繪示簡略側視圖，其中二組件30,31堆，使用習知焊料34，附設於外引線32,33。在此情況下，組件間需至少0.254mm(0.010吋)之間隙G，容許組裝後之情況，以除去焊珠。
第12圖以示意斷面側視圖繪示本發明具體例，二組件30,31堆使TLPS或聚合物焊料35，附設於外引線32,33。在此例中，組件間可用小於0.254mm之間隙，以無間隙為佳，因為無焊珠形成，所以不需清洗。消弭間隙得以整體降低堆高度，因而減少電子組件所需之直立空間。此外，對超過二組件之堆，可節省空間更大。
亟需創造最低孔隙率之接合，顯示如下特性：對拉剝試驗、應力和剪力有超過5磅/平方吋之高機械強度，高度導電性，在150℃至225℃之低初步製程溫度，非均勻表面間超過300℃或更高之二次再流動溫度，使密切接觸或在0.15吋以下之間隙。
實施例：
坍度(slump)試驗是根據目視觀察，最好加以放大，其中經處理後檢查一部份，看MLCC是否在引線框內已移動或崩坍。崩坍表示再流動過程已造成對引線框結合整體性受損。MLCC在引線框內運動，或目測顯示結合整體性喪失，表示故障。
實施例1：聚合物焊料之改進機械牢靠性
製作68個一致之堆疊，各有2 MLCC，外殼尺寸為5.6mm×5.1mm(0.22×0.20吋)，安裝於共用引線框。堆疊分成二組，各同樣34個。一組為對照組，其中引線框使用含91.5重量%Sn和8.5重量%Sb之1毫克Sn/Sb，附設於各MLCC。第二組為本發明組，其中引線框含91.5重量%Sn和8.5重量%Sb之1毫克Sn/Sb聚合物，為Henkel產品10048-11A聚合物焊料，附設於各MLCC。各組件通過260℃焊料再流動爐三次，每次通過後檢查組件，測定崩坍之晶片數。結果列於表1，其中記錄每次通過後失敗的組件數。
表1結果表示就對照組而言，第一次通過就有4件失敗，其次每次通過又增加1件失敗，而本發明樣本無一失敗。所以，聚合物焊料比對照組樣本之焊料，增加提升溫度時的機械強度。
實施例2：TLPS之改進機械牢靠性
用鍍銀或鍍錫引線框製作類似堆疊，以銅質暫態液相燒結黏合劑Ormet 328附設。樣本未顯示任何崩坍或外引線脫落。再按US 6,704,189所述進行負載測試，其中把堆疊放入爐內，加30克重物附設於MLCC，懸在堆疊下方。溫度分次提升到260℃以上，每次至少10℃，在各溫度停留10分鐘。檢查組件崩坍和/或外引線脫落故障情形。以鍍銀情況言，在360℃檢測到外引線框故障，但鍍錫引線框到630℃才檢測到故障，證明對TLPS有優異之高溫機械性能。
實施例3：聚合物焊料之溫度能力
使用一致的MLCC、一致的J-引線和熱壓縮結合製程，製造120個J-引線方式之堆疊。樣本分成30組，各用不同容量之91.5/8.5 Sn/Sb焊料結合，為Henkel產品92ADA100DAP85V EU 2460，為對照樣本，而聚合物焊料為Henkel 20048-11A，做為本發明樣本，含同樣焊料組成物。樣本再送經過溫度不同之諸焊接爐，通過三次。再檢驗樣本之組件崩坍。結果如第13圖所示。聚合物焊料樣本內未檢測到崩坍，表示在測試範圍之改進高溫牢靠性。聚合物焊料不耐350℃以上之溫度。
實施例4：聚合物焊料對高速二次組裝過程之耐用性
使用一致的MLCC、一致的J-引線和熱壓縮製程，製造J-引線方式之堆疊。對照組使用91.5/8.5 Sn/Sb焊料製備，為Henkel 92ADA100DAP85V EU 2460。本發明樣本使用聚合物焊料製造，所含焊料組成物與Henkel 20048-11A相同。樣本隨後用標準焊料組裝於FR4板上，送經過IR再流動爐，使用比焊接引線框所建議更高之溫度斜坡率。檢查樣 本之崩坍或引線框接觸故障。含Sn/Sb焊料之樣本15個有9個故障，而聚合物焊料15個零故障，證明就高速組裝，增加牢靠性。組件經同樣高速組裝。
實施例5：熱壓縮結合
第14和15圖為照相顯微圖，證明使用Ormet 701系列的TLPS Ag/Sn/Bi和Ormet 280 CE系列之Cu/Sn/Bi所達成之結合，使用IR再流動製程在鍍銀的磷青銅片間結合。呈現重大空隙面積。第16圖為顯示熱壓縮結本發明製程後的TLPS Cu/Sn/Bi照相顯微圖，第17圖為顯示熱壓縮結合製程後的Cu/Sn/Bi照相顯微圖。在二例中均觀察到密集微結構。熱壓縮可以很快達成，諸如以2-10磅壓縮，只需5分鐘以內。
按實施例4類似方式製備試片。從裝置懸掛30公克重量，因而對熱壓縮結合置以應力。結合經提高溫度。即使加熱到850℃，尚未見故障。
觀察時，以使用Ormet 701之Cu/Sn/Bi TLPS和10/88/2 Sn/Pb/Ag焊料之引線附設，TLPS仍留在澱積處，而焊料加熱時流動。焊料需使用焊料堰，使用時抵抗外引線附設，而TLPS則不。如此具有重大之製造優點。
使用熱壓縮結合，在各種條件，有或無線熟化，把Ormet 701 Cu/Sn/Bi TLPS結合於鑌銅鍍錫磷青銅。此等結果與91.5 Sn/8.5 Sb焊料比較。在第18圖內，樣本A1在180℃加熱20秒，無後燒結，樣本B1在180℃加熱15秒，在210℃後燒結20分鐘。樣本C1在180℃加熱20秒，在210℃後燒結30分鐘。樣本D1在190℃加熱20秒，無後燒結。樣本E1在190℃加熱20秒，在210℃後燒結15分鐘。樣本F1在190℃加熱20秒，在210℃後燒結30分鐘。樣本G1在200℃加熱20秒，無後燒結。樣本H1在200℃加熱20秒，在210℃後燒結15分鐘。樣本I1在200℃加熱20秒，在210℃後燒結30分鐘。樣本J1在200℃加熱10秒，無後燒結。樣本K1在230℃加熱10秒，無後燒結。樣本L1在210℃加熱，模擬後燒結，經30分鐘，使用91.5Sn/8.5Sb焊料。此實施例證明初步結合可在較低溫度為之，結合強度因後燒結而大為提高。
實施例
使用Ormet 280 CE Ag/Sn/Bi在鍍銀片上，進行一組類似實施例5之實驗。結果列於第19圖之條線圖上。在實施例中，外引線顯示以高峰拉壞(公斤計)測得剪力，超過甚至在熱壓縮製程中不用後熟化之焊料。在各情況下，樣本在第一溫度加熱第一期限，與預熱一貫，再將溫度在3秒內升到第二溫度，樣本在第二溫度保持一段期間。在第19圖內，樣本A2在140℃預熱10秒，溫度升至300℃保持20秒。樣本B2在140℃預熱10秒，溫度升至300℃保持10秒。樣本C2在140℃預熱10秒，溫度升至300℃保持5秒。樣本D2在140℃預熱3秒，溫度升至300℃保持20秒。樣本E2在140℃預熱3秒，溫度升至300℃保持10秒。樣本F2在140℃預熱3秒，溫度升至300℃保持5秒。樣本G2在140℃預熱10秒，溫度升至280℃保持20秒。樣本H2在140℃預熱10秒，溫度升至2800℃保持10秒。樣本I2在140℃預熱10秒，溫度升至280℃保持5秒。樣本J2在140℃預熱3秒，溫度升至280℃保持20秒。樣本K2在140℃預熱3秒，溫度升至280℃保持10秒。樣本L2在140℃預熱3秒，溫度升至280℃保持5秒。樣本M2在140℃預熱10秒，溫度升至260℃保持20秒。樣本N2在140℃預熱10秒，溫度升至260℃保持10秒。樣本O2在140℃預熱10秒，溫度升至260℃保持5秒。樣本P2在140℃預熱3秒，溫度升至260℃保持20秒。樣本Q2在140℃預熱3秒，溫度升至260℃保持10秒。樣本R2在140℃預熱3秒，溫度升至260℃保持5秒。樣本S2在140℃預熱10秒，溫度升至240℃保持20秒。樣本T2在140℃預熱10秒，溫度升至240℃保持10秒。樣本U2在140℃預熱10秒，溫度升至240℃保持5秒。樣本V2在140℃預熱3秒，溫度升至240℃保持20秒。樣本W2在140℃預熱3秒，溫度升至240℃保持10秒。樣本X2在140℃預熱3秒，溫度升至240℃保持5秒。樣本Y2在140℃預熱10秒，溫度升至220℃保持20秒。樣本Z2在140℃預熱10秒，溫度升至220℃保持10秒。樣本AA2在140℃預熱10秒，溫度升至220℃保持5秒。樣本BB2在140℃預熱3秒，溫度升至220℃保持20秒。樣本CC2在140℃預熱3秒，溫度升至220℃保持10秒。樣本DD2在140℃預熱3秒，溫度升至220℃保持5秒。實施例6的結果證明對TLPS製程之時間溫度效應，不用後燒結。
實施例7：TLPS終端
Ormet 701之TLPS Cu/Sn/Bi在鎳質金屬電極MLCC上熟化，形成直接對鎳內電極之終端。平均電容為0.32μF，類似標準之高燒製終端材料，表示對內電極已形成有連路導電途徑之結合。
實施例8：溫度耐用測試
為測試黏合劑結合強度，按照US 6,704,189進行負荷測試，其中外引線組件懸於空中，在底部外引線附設30公克重量。懸掛組件和重量經提高溫度到故障為止，以外引線脫落來檢測。結果如第20圖所示，其中本發明樣本利用聚合物焊料，證明以溫度為函數之結合強度，大為勝過使用88Pb/10Sn/2Ag焊料之對照組。在第20圖中，對照組是使用88Pb/10Sn/2Ag焊料結合。實施例1是以導電黏合劑結合鎳/錫引線。實施例2使用導電黏合劑結合於鎳/金引線。實施例3是以95Sn/5Ag焊料結合於鎳/銀引線，在中心為點，在釘頭為導電黏合劑。
類似樣本經剪力強度測試，按照MIL-STD-202G，方法211，測試條件A，程序3.1.3進行，其中施加的負載對電容器終端呈軸向，力量增加到機件故障為止。結果列於第21圖。在第21圖中，實施例4利用Sn95/Ag5聚合物焊料點，經再流動，然後以導電黏合劑結合於鍍銀釘頭，並經後再流動熟化。對照組使用Sn95/Ag5焊料，而實施例5使用導電黏合劑，結合鍍銀引線。如所證明，導電環氧樹脂顯示不到3磅的不良剪力黏性，以致處理時的處置強度不足。
本發明樣本從外引線懸掛30公克重量，可耐超過400℃。導電黏性單獨不礙>300℃溫度，但室溫時顯示剪力黏性不良，如第21圖所示。在副組件和電子機件組裝當中，通常於接合後，不堪組件之處理和處置。本發明剪力試驗顯示可接收室溫剪力強度>3磅/平方吋。
實施例9
外殼尺寸2220,0.47μF,50V額定MLCC，有基於鋯酸鈣之C0G介電質陶瓷，和鎳內電極，由先前技術公知之製法製成。終端使用銅厚膜糊劑，含玻璃料。樣本由二種不同型電鍍製成。對燒製銅終端施以鍍鎳，接著其一鍍銅，另一鍍銀。所有鍍層均至少5微米(200μ吋)。使用Ormet CS510主要含銅和錫金屬粒之TLPS糊劑，為二種MLCC鍍型製成無引線堆。堆疊是沿要結合的鍍著終端頂表面，耗用TLPS糊劑薄珠製成。 以此方式，用Ormet CS510沿相鄰電容器終端組裝成4晶片堆疊。夾持在總成內，使用Heller爐在氮氛圍下，加熱至330℃高峰溫度，在300℃以上保留90秒。此等無引線堆樣本之板撓曲性能，與單一MLCC比較，使用AEC-Q200-005 Rev A所述測試方法，撓曲至10mm。以1mm/sec速率施以撓曲，電容損失2%即記錄為故障。使用再流動錫鉛(SnPb)焊料，把樣本連接到測試電路板。結果如第22和23圖分別表示鍍銅和鍍銀組件之Weibull曲線圖。雖然堆疊性能比單一MLCC稍差，以二種鍍著製成的無引線堆之撓曲故障，超出AEC對C0G型MLCC要求之3mm最小程度。
實施例10
外殼尺寸2220,0.50μF,500V額定MLCC，有基於鈦酸鋇之X7R介電質陶瓷，和鎳內電極，由先前技術公知之製法製成。終端使用銅厚膜糊劑，含玻璃料。樣本鍍電解鎳(最少50μ吋)，接著鍍錫(最少100μ吋)。使用Ormet CS510之TLPS糊劑，製造二MLCC之無引線堆，沿要接合的鍍著終端頂表面，耗用TLPS糊劑之薄珠製成。夾持在總成內，使用Heller爐在氮氛圍下，加熱至330℃高峰溫度，在300℃以上保留90秒。此等無引線堆之板撓曲性能，與單一MLCC比較，使用AEC-Q200-005 Rev A所述測試方法，撓曲至10mm。以1mm/sec速率施以撓曲，電容損失2%即記錄為故障。使用再流動錫銀銅(SAC)焊料，把樣本連接到測試電路板。結果如第26圖Weibull曲線圖所示。無引線堆性能與單一晶片MLCC相似，二者均超過AEC為X7R型MLCC要求之2mm最低程度。第27圖表示單一晶片之撓曲，其撓曲條件對照2晶片無引線堆之撓曲條件，整體分佈超過撓曲之6mm。
引線堆之進一步比較，參見實施例11，比較以SnSb焊劑相連接的引線堆對照組，與以TLPS(CS510)相連接的引線堆之高溫能力。
實施例11
表2證明TLPS材料CS510與對照組之高溫能力，以帽蓋建造，有標準Cu/Ni/Sn終端，Sn整飾引線框，以及電容器堆和標準SnSb焊料為終端之引線框。測試組指示使用各種電容器終端金屬化，和不同的引線框表面整飾，以及無電容器終端，使用CS510 TLPS相連接，在內電極和引線框之間，製成兼具電氣和機械連接。從表2可見，對照組加熱並懸 吊附設30公克重量時，在230-235℃範圍即故障。由Ormet CS510製成之樣本，不拘電容器終端金屬化型式，包含無終端電容器，到達600℃測試限度，均無故障。唯一例外是在引線框表面兩終端所用Sn和引線框，在420-450℃範圍顯示故障。
實施例12
本發明具體例之比較如第25圖所示，與二鍍著試片比較，見第24圖。第24圖繪示二銅片，一鍍鎳，上面再鍍銀，第二銅片鍍鎳，上面鍍銀，再鍍銦。二試片面對面放置，加熱啟動銦的擴散。處理後，二試片經剪力試驗，並拉到發生接合故障。結果證明匹配組件間需要密切接觸表面，以保證最大接合強度和均勻擴散。第24圖內箭頭指跨越發生擴散的接合面積之孤立接觸點。接合面積為3.81×3.81mm(0.150"×0.150")平方或14.52mm2(0.0225in2)，接合剪力強度266psi。惟估計20%表面接觸面積。明顯證明匹配表面間需密切接觸，以便接合強度最大化。
第25圖表示與第24圖所示同型試片，鍍2.5微米(100微吋)鎳和5微米(200微吋)銀，使用糊劑結合於同樣之第二試片。表面覆蓋100%均勻，記錄剪力強度9000psi。組裝、處理和剪力測試方法，完全相同，因此證明把二非平坦表面結合在一起，與使用銦糊劑把二非平坦表面結合在一起，有所差異。
本發明已參照非限制性較佳具體例說明如上。技術專家可實 施額外具體例和變化，在所附申請專利範圍內未特定規範者，亦形成本案整體之一部份。
108‧‧‧多層式陶瓷電容器的邊緣
200,200'‧‧‧多層式陶瓷電容器
202‧‧‧暫態液相燒結或聚合物焊料終端
206‧‧‧引線框

Claims (57)

  1. 一種電容器堆，包括：多層式陶瓷電容器，其中該多層式陶瓷電容器之各多層式陶瓷電容器包括：第一電極和第二電極，呈交錯堆，在該第一電極之各第一電極與該第二電極之各相鄰第二電極之間，充填介電質，其中該第一電極具有第一極性，到該多層式陶瓷電容器之第一側終止，而該第二電極具有第二極性，到該多層式陶瓷電容器之第二側終止；第一暫態液相燒結導電層，在該第一側，並與各該第一電極呈電氣接觸；第二暫態液相燒結導電層，在該第主側，並與各該第二電極呈電氣接觸；相鄰電容器之相鄰第一暫態液相燒結導電層結合者。
  2. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括一導電層(7’)，介於該第一側和該第一暫態液相燒結導電層之間者。
  3. 如申請專利範圍第2項之電容器堆，其中該第一暫態液相燒結導電層包括至少一低熔點金屬，選自銦、錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒、或釙、鉛者。
  4. 如申請專利範圍第2項之電容器堆，其中該導電層包括高熔點金屬，選自包含銀、銅、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬之群組者。
  5. 如申請專利範圍第2項之電容器堆，其中該導電層包括鎳，鍍以選自包含Ag、Sn、Au或SnPb群組之元素者。
  6. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括外終端，包括鎳，鍍以選自包含Ag、Sn、Au或SnPb群組之元素者。
  7. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括引線框者。
  8. 如申請專利範圍第7項之電容器堆，其中該第一暫態液相燒結導電層包括低熔點金屬，其中該低熔點金屬被擴散入該引線框內。
  9. 如申請專利範圍第8項之電容器堆，其中該低熔點金屬亦被擴散入該第一電極內者。
  10. 如申請專利範圍第8項之電容器堆，又包括外終端，介於該第一側 和該第一暫態液相燒結導電層之間者。
  11. 如申請專利範圍第10項之電容器堆，其中該低熔點金屬亦被擴散入該外終端內者。
  12. 如申請專利範圍第7項之電容器堆，其中該第一暫態液相燒結導電層又包括高熔點金屬者。
  13. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，其中該第一暫態液相燒結導電層又包括非金屬填料者。
  14. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，其中非金屬填料係玻璃料者。
  15. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括第一引線框，與該第一暫態液相燒結導電層呈電氣接觸，以及第二引線框，與該第二暫態液相燒結導電層呈電氣接觸者。
  16. 如申請專利範圍第15項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括選自包含磷青銅、銅和鐵系合金群組之材料者。
  17. 如申請專利範圍第16項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括用Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb整飾之引線框表面者。
  18. 如申請專利範圍第15項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括選自包含鈹銅、Cu194和Cu192群組之材料者。
  19. 如申請專利範圍第18項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括用Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb整飾之引線框表面者。
  20. 如申請專利範圍第15項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括選自包含銅合金、Alloy 42和Kovar群組之材料者。
  21. 如申請專利範圍第20項之電容器堆，其中該第一引線框或該第二引線框，包括用Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb整飾之引線框表面者。
  22. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，其中該第一暫態液相燒結導電層包括低熔點金屬和高熔點金屬者。
  23. 如申請專利範圍第22項之電容器堆，其中該低熔點金屬係被擴散入該高熔點金屬和該第一電極內者。
  24. 如申請專利範圍第22項之電容器堆，其中該低熔點金屬係選自包含銦、錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒、釙和鉛群組者。
  25. 如申請專利範圍第22項之電容器堆，其中該高熔點金屬係選自包含 銀、銅、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬群組者。
  26. 如申請專利範圍第22項之電容器堆，其中該低熔點金屬係選自包含銦、錫或鉍群組，而該高熔點金屬係選自包含銀、銅或鎳群組者。
  27. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括絕緣體，介於相鄰多層式陶瓷電容器之間者。
  28. 如申請專利範圍第1項之電容器堆，又包括在堆底之犧牲晶片，以消除撓曲者。
  29. 一種電氣組件之形成方法，包括：提供多層式陶瓷電容器，其中該多層式陶瓷電容器之各多層式陶瓷電容器包括第一電極和第二電極，呈交錯堆，在該第一電極的各第一電極和該第二電極的相鄰第二電極之間，有介電質，其中該第一電極在第一側終止，而該第二電極在第二側終止；堆疊該多層式陶瓷電容器，使各該第一側平行，且各該第二側平行；在各該第一側形成暫態液相燒結導電層第一組份之第一層；形成該暫態液相燒結導電層該第一組份之第二層；令該第一層和該第二層，與該暫態液相燒結導電層之第二組份接觸；加熱至第一溫度，足以形成第一暫態液相燒結導電層，包括該第一組份和該第二組份，其中該第一暫態液相導電層係與該第一電極呈電氣接觸，另形成該第二暫態液相燒結導電層，包括該第一組份和該第二組份，其中該第二暫態液相導電層係與該第二電極呈電氣接觸，因而形成堆疊電容器；將相鄰電容器之相鄰第一層結合者。
  30. 如申請專利範圍第29項電氣組件之形成方法，又包括形成外終端，在各該MLCC上，介於該第一側與該第一暫態液相燒結導電層之間者。
  31. 如申請專利範圍第30項電氣組件之形成方法，其中該第一組份係被擴散入各該外終端內者。
  32. 如申請專利範圍第31項電氣組件之形成方法，其中各該外終端包括該第二組份者。
  33. 如申請專利範圍第32項電氣組件之形成方法，又包括形成預型，包 括該第一組份者。
  34. 如申請專利範圍第33項電氣組件之形成方法，其中該預型在該項加熱之前，插入於相鄰外終端之間者。
  35. 如申請專利範圍第34項電氣組件之形成方法，其中該預型又包括第二組份者。
  36. 如申請專利範圍第34項電氣組件之形成方法，其中該預型又包括惰性填料者。
  37. 如申請專利範圍第36項電氣組件之形成方法，其中該惰性填料係玻璃料者。
  38. 如申請專利範圍第34項電氣組件之形成方法，其中該預型在該項加熱之前具有展性者。
  39. 如申請專利範圍第34項電氣組件之形成方法，其中該預型包括顆粒，其中該顆粒包括該第一組份和該第二組份其中之一者。
  40. 如申請專利範圍第39項電氣組件之形成方法，其中該顆粒包括該第二組份為芯，和該第一組份為殼者。
  41. 如申請專利範圍第29項電氣組件之形成方法，其中該第一組份包括至少一低熔點金屬，選自銦、錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒、釙或鉛者。
  42. 如申請專利範圍第29項電氣組件之形成方法，其中該第二組份包括高熔點金屬，選自包含銀、銅、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬群組者。
  43. 如申請專利範圍第29項電氣組件之形成方法，又包括把第一引線電氣連接至該第一電極，以該第一暫態液相燒結導電層，介於該第一引線與該第一電極之間者。
  44. 如申請專利範圍第43項電氣組件之形成方法，其中該第一引線或該第二引線包括選自包含磷青銅、銅和鐵系合金群組之材料者。
  45. 如申請專利範圍第43項電氣組件之形成方法，其中該第一引線或該第二引線包括選自包含銅合金、Alloy 42和Kovar群組之材料者。
  46. 如申請專利範圍第45項電氣組件之形成方法，其中該第一引線或該第二引線包括選自包含鈹銅、Cu194和Cu192群組者。
  47. 如申請專利範圍第29項電氣組件之形成方法，又包括形成預型，包括該第一組份和該第二組份者。
  48. 如申請專利範圍第47項電氣組件之形成方法，其中該第二組份包括銅者。
  49. 一種多層式陶瓷電容器堆之形成方法，包括：提供複數之多層式陶瓷電容器，其中該多層式陶瓷電容器之各多層式陶瓷電容器包括：第一電極和第二電極，呈交錯堆，在該第一電極的各第一電極和該第二電極的各相鄰第二電極間，有介電質，其中該第一電極具有第一極性，在該多層式陶瓷電容器之第一側終止，而該第二電極具有第二極性，在該多層式陶瓷電容器之第二側終止；形成該多層式陶瓷電容器堆；形成第一暫態液相燒結導電層，與相鄰多層式陶瓷電容器之各該第一電極呈電氣接觸，其中該第一暫態液相燒結導電層不與引線接續；形成第二暫態液相燒結導電層，與相鄰多層式陶瓷電容器之各該第二電極呈電氣接觸者。
  50. 如申請專利範圍第49項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該多層式陶瓷電容器又包括與該第一電極呈電氣接觸之第一終端，以及與該第二電極呈電氣接觸之第二終端者。
  51. 如申請專利範圍第50項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該第一暫態液相燒結導電層，係介於相鄰第一終端之間者。
  52. 如申請專利範圍第51項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該第一暫態液相燒結導電層包括低熔點金屬者。
  53. 如申請專利範圍第52項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該低熔點金屬係選自包含銦、錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒或釙群組者。
  54. 如申請專利範圍第49項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該形成該第一暫態液相燒結導電層包括把預型置於相鄰多層式陶瓷電容器之間者。
  55. 如申請專利範圍第54項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該預 型包括低熔點金屬，選自包含銦、錫、銻、鉍、鎘、鋅、鎵、碲、汞、鉈、硒或釙群組者。
  56. 如申請專利範圍第54項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該預型具備展性者。
  57. 如申請專利範圍第54項多層式陶瓷電容器堆之形成方法，其中該預型包括高熔點金屬，選自包含銀、銅、鉛、鋁、金、鉑、鈀、鈹、銠、鎳、鈷、鐵和鉬群組者。
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