包括多个组件的无引线堆叠制造技术

技术编号:23773322 阅读:38 留言:0更新日期:2020-04-12 02:02
描述了一种电子组件,其中该电子组件包括电子元件的堆叠,该电子元件的堆叠包括位于相邻电子元件的各所述第一外部端子之间并且与相邻电子元件的各所述第一外部端子电接触的瞬时液相烧结粘合剂。

Leadless stacking with multiple components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括多个组件的无引线堆叠
本专利技术涉及电子组件以及制作电子组件的方法。更具体而言,本专利技术涉及电子组件以及制作电子组件的方法,特别是包括多个电子元件的堆叠的无引线电子组件,所述电子元件包括至少一个多层陶瓷电容器(MLCC)并且优选包括其他的无源或有源电子元件。电子组件具有改进的端子,用于连接外部引线或引线框架,或用于电子组件的直接无引线连接,使得随后可以通过各种二级连接材料和方法将电子组件连接到电子电路中。甚至更具体而言,本专利技术涉及包括多个电子组件的堆叠,所述电子组件包括电子元件并且优选包括至少一个多层陶瓷电容器,所述多层陶瓷电容器可为无引线的堆叠电容器,具有减小的颤噪噪声。
技术介绍
通常,形成导电端子的方法和所使用的材料对于稳定性是非常关键的。当随后安装在电子电路中时,使用性能直接与导电端子相关。以前,基于铅(Pb)的焊料已经用于将组件附接到电子电路板上或用于将外部导线附接到电子组件上。最近,以欧洲RoHS法规为代表的,对于有害物质在电气和电子设备中的使用的法规限制了铅(Pb)在焊料中的使用,这导致制造业界寻找各种替代方案。例如,美国专利No.6,704,189描述了具有10-30%的Sb的基于Sn的焊料,用于在外部引线与电镀的多层陶瓷电容器(MLCC)组件之间形成接触。但是,所描述的焊料具有低于270℃的液相线。相比之下,诸如Sn10/Pb88/Ag2的高Pb焊料具有约290℃的液相线。在制造业界中通常认为,至少比任何后继处理温度高30℃的熔点会保证外部引线附接的稳定性。获得高熔点的能力已经变得至关重要,因为基于Sn、Ag和Cu的焊料(在本领域内被称为SAC焊料)现在正成为用于附接到无铅电路中的附接的普遍选择。必须在比以前的基于Pb的替代方案(例如Sn63/Pb37,其熔点为183℃)高的温度(通常为约260℃)下对SAC焊料回流。外部引线的触点材料,或用于形成端子的材料,必须能够维持温度很好地高于该温度,从而不会熔化或部分熔化(这会导致严重的稳定性问题)。要求至少比SAC焊料的熔点高30℃的温度。由于材料兼容性和较高的处理温度与半导体技术有关,所以开发了金/锗、金/硅、金/锡合金来将晶片(die)附接到衬底上。由于晶片及其啮合面在热膨胀系数(CTE)上具有较小的差异,因此这些合金提供了高温能力和高强度(其具有范围为20000psi的拉伸强度和范围为25000psi的剪切强度)。但是,由于这些材料的较高熔点通常高于350℃,所以这些材料还需要较高的处理温度。它们较高处理温度阻碍了其在电子设备中更广泛的应用。以前将锡和铟添加到Zn、Al、Ge和Mg的组合物中来形成较高温度的无铅焊料。但是,锌和铝粉易于在表面上形成氧化膜,这会导致形成的焊料具有较差的湿润度,从而使得它们无法实际应用。可以使用具有锡、锌、镉、铝的焊料,但是它们通常被用于它们的共晶合金形式中,因为它们的合金(除了共晶合金)具有50-175℃的广泛的可塑性范围,这将它们的使用限制在电子领域之外的非常特定的应用中。镉、锌、银合金焊料非常适合焊接铝。液相线一旦高于450℃,这些焊料就被称为硬焊料,它们通常用于结构上的应用,而不是电子应用。因此,为电容器构造在高于260℃保持其完整性的并且制造成本低的无铅、高温粘合剂的方法还有待实现。下面的专利描述了与形成导电粘合剂有关的TLPS的材料和方法。美国专利No.5,038,996描述了对两个啮合面进行涂覆(其中的一个用Sn涂覆而另一个用Pb涂覆),并通过将处理温度升高到大约183℃(稍低于Sn的熔点)来构造接合。美国专利No.5,853,622中公开的瞬时液相烧结(TLPS)配方,将TLPS材料与交联聚合物组合来创建导电粘合剂,由于TLPS处理在金属表面之间创建了金属间化合物连接面,因此该导电粘合剂具有改进的电导率。如美国专利5,964,395中所讨论的,当加热达到较低温度材料的熔点时,对两个啮合面的喷镀形成接合,其中一个面具有低温熔化材料,另一个啮合面具有一致的较高的熔化温度材料。美国专利No.5,221,038描述了使用TLPS方法,利用SnBi或SnIn将分离元件(例如电阻器等)焊接到印制电路板上。美国专利6,241,145中公开了将Ag/Sn/Bi涂覆到两个啮合面上从而将电子模块安装到衬底上。美国专利公开No.2002/0092895讨论了将材料沉积在两个啮合面(衬底和倒装芯片上的凸起的表面)上,将温度升高到导致材料之间引起扩散的温度从而产生TLPS兼容合金。美国专利公开No.2006/0151871描述了在形成含有SiC的封装元件或与其他元件或导电表面粘合的其他半导体设备中使用TLPS。美国专利公开No.2007/0152026描述了将TLPS相容材料放置在啮合面上,随后对较低熔点的材料进行回流,并随后进行等温老化,从而完成扩散过程,其中所要连接的两个设备是微机电系统(MEMS)设备连接到微电子电路。美国专利No.7,023,089描述了使用TLPS将由铜、黑金刚石、或黑金刚石铜混合物制成的散热片粘合到硅片上。这些专利和申请描述了将组件粘合到电路板上的TLPS的过程,但是不包含任何关于它们在电子组件上构造端子或将组件附接到引线框架上的教导。在最近的研发中,美国专利公开No.2009/0296311描述了将引线焊接到多层陶瓷组件的内电极上的高温扩散粘合过程。通过加热启动扩散处理,TLPS材料被镀到需要连接到一起的啮合面的表面上。在该情况中,需要组件与引线框架之间的表面的密切相互接触来促进扩散。这限制了可以对形成紧密接触线的表面进行连接的应用,而该应用不适合将不同长度的组件连接到引线框架上。此外,描述了700℃至900℃范围的高温来实现焊接粘合。这些高形成温度需要精心的处理设计,例如经过预热阶段,以避免对多层陶瓷组件的热冲击损伤,即使这样也不能适合所有的材料。该领域内描述的其他无铅附接技术都不适合。焊料是由两种或多种金属组成的合金,其只有一个熔点,该熔点总是低于具有最高熔点的金属的熔点,并且取决于不同的合金,通常具有小于约310℃的熔点。可对焊料进行再加工,这意味着可对其进行多次回流,从而提供将缺陷组件移除和替换的途径。通过正在连接的表面之间形成金属间化合物连接面,焊料还可进行冶金结合。当焊料将其连接面湿润时,它们实际上会向外流出并在要连接的表面区域上蔓延。MLCC广泛地用于各种应用中。非常典型的是,MLCC或者MLCC的堆叠作为分离组件被安装在电路板上。与MLCC有关的一个特定的问题是当受到压力(例如电路板弯曲)时它们将会发生开裂。为了避免这些应力断裂,将MLCC安装在引线框架之间(例如每个极性中的一个),接下来通过焊接等将引线框架附接到电路板上。业界认为引线框架是必须要使用的,已经花费了大量的工作来设计能够承受与电路板弯曲相关的压力而不将压力传递到MLCC上的引线框架。由于热膨胀系数的差异,以及将等效串联电阻(ESR)、电感和其他寄生效应最小化的需要,引线框架的设计和材料的选取尤其困难。尽管希望消除引线框架,但是该领域内的技术人员还不能这样做,因为实际上任何的电路板弯曲都会直接传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子组件堆叠,包括:/n至少一个多层陶瓷电容器,包括:/n交替平行地布置的第一电极和第二电极,电介质在相邻的所述第一电极和所述第二电极之间,其中所述第一电极具有第一极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第一侧,并且所述第二电极具有第二极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第二侧;/n位于所述第一侧上并且与各所述第一电极电接触的第一瞬时液相烧结相容材料;/n位于所述第二侧上并且与各所述第二电极电接触的第二瞬时液相烧结相容材料;/n电子元件,包括:/n第一外部端子,包括位于所述第一外部端子上的第三瞬时液相烧结相容材料;以及/n第二外部端子,包括位于所述第二外部端子上的第四瞬时液相烧结相容材料;以及/n位于所述第一瞬时液相烧结相容材料和所述第三瞬时液相烧结相容材料之间的冶金结合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170807 US 15/670,2471.一种电子组件堆叠,包括:
至少一个多层陶瓷电容器,包括:
交替平行地布置的第一电极和第二电极,电介质在相邻的所述第一电极和所述第二电极之间,其中所述第一电极具有第一极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第一侧,并且所述第二电极具有第二极性并且端接于所述多层陶瓷电容器的第二侧;
位于所述第一侧上并且与各所述第一电极电接触的第一瞬时液相烧结相容材料;
位于所述第二侧上并且与各所述第二电极电接触的第二瞬时液相烧结相容材料;
电子元件,包括:
第一外部端子,包括位于所述第一外部端子上的第三瞬时液相烧结相容材料;以及
第二外部端子,包括位于所述第二外部端子上的第四瞬时液相烧结相容材料;以及
位于所述第一瞬时液相烧结相容材料和所述第三瞬时液相烧结相容材料之间的冶金结合。


2.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,进一步包括在所述第一侧和所述第一瞬时液相烧结导电层之间或者在所述第一外部端子和所述第三瞬时液相烧结相容材料之间中的至少一者的导电层。


3.根据权利要求2所述的电子组件堆叠,其中所述第一瞬时液相烧结相容材料层或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者包含选自铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒或钋、铅中的至少一种低熔点金属。


4.根据权利要求2所述的电子组件堆叠,其中所述导电层包含选自由银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组中的高温金属。


5.根据权利要求2所述的电子组件堆叠,其中所述导电层包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。


6.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,其中所述多层陶瓷电容器进一步包括外部端子。


7.根据权利要求6所述的电子组件堆叠,其中所述外部端子或所述第一外部端子中的至少一者包含用选自由Ag、Sn、Au或SnPb组成的组中的元素镀覆的镍。


8.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,进一步包括引线框架。


9.根据权利要求8所述的电子组件堆叠,其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结材料中的至少一者包含低熔点金属,其中所述低熔点金属扩散到所述引线框架中。


10.根据权利要求9所述的电子组件堆叠,其中所述低熔点金属也扩散到所述第一电极中。


11.根据权利要求8所述的电子组件堆叠,其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者进一步包含高熔点金属。


12.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,其中所述第一瞬时烧结导电层进一步包括非金属填料。


13.根据权利要求12所述的电子组件堆叠,其中所述非金属填料为玻璃熔块。


14.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,进一步包括与所述第一瞬时液相烧结相容材料和所述第三瞬时液相烧结相容材料电接触的第一引线框架。


15.根据权利要求14所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线框架包含选自由磷青铜、铜和铁合金组成的组中的材料。


16.根据权利要求15所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。


17.根据权利要求14所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线框架包含选自由铍铜、Cu194和Cu192组成的组中的材料。


18.根据权利要求17所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。


19.根据权利要求14所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线包含选自由铜合金、合金42和Kovar组成的组中的材料。


20.根据权利要求19所述的电子组件堆叠,其中所述第一引线框架包括Cu、Ag、Sn、Au、Ni或Pb的引线框架表面精加工。


21.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,其中所述第一瞬时液相烧结相容材料或所述第三瞬时液相烧结相容材料中的至少一者包含低熔点金属和高熔点金属。


22.根据权利要求21所述的电子组件堆叠,其中所述低熔点金属扩散到所述高熔点金属和所述第一电极这两者中。


23.根据权利要求21所述的电子组件堆叠,其中所述低熔点金属选自由铟、锡、锑、铋、镉、锌、镓、碲、汞、铊、硒、钋和铅组成的组。


24.根据权利要求21所述的电子组件堆叠,其中所述高熔点金属选自由银、铜、铝、金、铂、钯、铍、铑、镍、钴、铁和钼组成的组。


25.根据权利要求21所述的电子组件堆叠,其中所述低熔点金属选自由铟、锡或铋组成的组,并且所述高熔点金属选自由银、铜或镍组成的组。


26.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,进一步包括位于相邻的多层陶瓷电容器之间的绝缘体。


27.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,进一步包括牺牲芯片。


28.根据权利要求1所述的电子组件堆叠,其中所述电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。


29.根据权利要求28所述的电子组件堆叠,其中所述电子元件选自由电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器和集成电路组成的组。


30.一种电子组件堆叠,包括:
包括至少两个电子元件的堆叠,其中所述电子元件中的各电子元件包括第一外部端子和第二外部端子;以及
位于相邻电子元件的各所述第一外部端子之间并且与相邻电子元件的各所述第一外部端子电接触的瞬时液相烧结粘合剂。


31.根据权利要求27所述的电子组件堆叠,其中各电子元件独立地选自由MLCC、电阻器、变阻器、电感器、二极管、保险丝、过电压放电装置、传感器、开关、静电放电抑制器、半导体和集成电路组成的组。


32.根据权利要求31所述的电子组件堆叠,...

【专利技术属性】
技术研发人员:约翰·E·麦康奈尔加里·L·伦纳约翰·巴尔蒂图德艾伦·R·希尔盖伦·W·米勒
申请(专利权)人:凯米特电子公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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