无引线多层陶瓷电容器堆叠的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子组件和制作电子组件的方法。更具体地，本发明涉及电子组件和 制作电子组件的方法，特别是具有改进的终端的堆叠无引线多层陶瓷电容器，该改进的终 端用于连接外部引线或引线框架，或者用于电子组件的直接无引线连接，从而随后可通过 若干二级连接材料和过程将组件连接到电子电路。
【背景技术】
[0002] 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R〇HS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。
[0003] 例如，美国专利6, 704, 189描述了具有10-30%的Sb的基于Sn的焊料，用于在外 部导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°C的液相线。相比之下，诸如Snl0/Pb88/Ag2的高Pb焊料具有大约290°C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°C的熔点会保证外部导线附接的稳定 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,其具有的熔点为183°C)高的温度（通常为大约260°C) 下对SAC焊料回流。外部导线的触点材料，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°C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/锡合金来将模具附接到衬底上。由于模具及其啮合面在热膨 胀系数（CTE)上具有较低的差异，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°C，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°C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°C，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260°C以上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。
[0004] 下面的专利描述了与形成导电粘合剂有关的TLPS的材料和处理。美国专利 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°C(稍低于Sn的熔点）来构造接合。美国专利5, 853, 622 中公开的瞬时液相烧结（TLPS)配方，将TLPS材料与交联聚合物化合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。
[0005] 美国专利5, 221，038描述了使用TLPS处理利用SnBi或Snln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/SnBi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，将温度提升到导致材料之间引起扩散的温 度从而创建TLPS兼容合金。美国专利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2007/0152026描述 了将TLPS兼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。
[0006] 在最近的研发中，美国专利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°C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。
[0007] 该领域内描述的其它无铅附接技术都不适合。
[0008] 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310°c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，焊料还可进行冶金粘合。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。
[0009] MLCC广泛地用于各种应用中。非常典型的是，一个MLCC或者一组MLCC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。为了避免这些应力开裂，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 它寄生效应最小化的需要，引线框架的设计和材料的选取尤其困难。尽管希望消除引线框 架，但是该领域内的技术人员还不能这样做，因为实际上任何的电路板弯曲都会直接传递 到MLCC，而这一定会损坏MLCC。
[0010] 尽管正在持续地和深入地努力，但是该领域仍然缺乏合适的电容器。对于高温应 用（特别是无铅（Pb)的）的具有改善稳定性的引线连接而言，存在持续的需求。
【发明内容】
[0011] 本发明的一个目标是提供一个改进的用于形成金属外部终端的方法，该终端适合 附接到引线框架上或作为无引线电容器堆叠使用，在后续组装到电子电路中的过程中，可 对其进行回流而不损及金属外部引线或引线框架附接。
[0012] 本发明的另一个目标是提供一个改进的用于形成终端的方法，所述终端适合附接 引线框架或作为无引线终端，其可承受后续的对电子电路的焊接回流过程，而损及终端或 引线框附接连接。
[0013] 本发明的另一个目标是提供堆叠MLCC，所述堆叠MLCC能够在没有引线框架的情 况下安装，其中的面板弯曲并不导致预期大量的MLCC的应力开裂。
[0014] 本发明的另一个目标是在电子组件上形成终端或互连，其在不使用禁用材料（例 如铅或镉或诸如金的昂贵材料）的条件下，具有低初始处理温度、但是具有高后继熔点温 度的优点。
[0015] 将要实现的这些和其它优点设置在一个电容堆叠中，该电容堆叠包括多层陶瓷电 容器，其中每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每 个第一电极与每个相邻的第二电极之间的电介质。第一电极终止于第一侧，第二电极终止 于第二侧。第一瞬时液相烧结导电层位于第一侧上，并与每个第一电极电接触；第二瞬时液 相烧结导电层位于第二侧上，并与每个第二电极电接触。
[0016] 在一种形成电子组件的方法中还提供了另一个实施例，该方法包括：提供多层陶 瓷电容器，其中每个多层陶瓷电容器包括交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及 在每个第一电极与相邻的第二电极之间的电介质，其中所述第一电极终止于第一侧，所述 第二电极终止于第二侧；
[0017] 对所述多层陶瓷电容器进行堆叠从而使得每个所述第一侧平行和每个所述第二 侧平行；
[0018] 形成瞬时液相烧结导电层的第一组件的第一层；
[0019] 形成所述瞬时液相烧结导电层的所述第一组件的第二层；
[0020] 将所述第一层与所述第二层与所述瞬时液相烧结导电层的第二组件连接；
[0021] 加热到第一温度，该温度足够形成包含所述第一组件和所述第二组件的第一瞬时 液相烧结导电层，其中所述第一瞬时液相烧结导电层与所述第一电极电接触，并形成包含 所述第一组件和所述第二组件的第二瞬时液相烧结导电层，其中所述第二瞬时液相烧结导 电层与所述第二电极电接触，从而形成堆叠电容器。
[0022] 在一种形成多层陶瓷电容器的堆叠的方法中还提供了另一个实施例，该方法包 括：
[0023] 提供多个多层陶瓷电容器，其中每个多层陶瓷电容器包括：
[0024] 交替堆叠的多个第一电极和多个第二电极，以及在每个第一电极与每个相邻的第 二电极之间的电介质，其中所述第一电极具有第一极性并终止于所述多层陶瓷电容器的第 一侧，所述第二电极具有第二极并终止于所述多层陶瓷电容器的第二侧；
[0025] 形成所述多层陶瓷电容器的堆叠；
[0026] 形成第一瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第一电极电接 触；并形成第二瞬时液相烧结导电层，其与相邻的多层陶瓷电容器的所述第二电极电接触。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的一个实施例的侧面示意图。
[0028] 图2是本发明的一个实施例的截面示意图。
[0029] 图3是本发明的一个实施例的截面示意图。
[0030] 图4是本发明的一个实施例的侧面示意图。
[0031] 图5是本发明的一个实施例的截面示意图。
[0032] 图6是本发明的一个实施例的截面分解示意图。
[0033] 图7是本发明的一个实施例的截面示意图。
[0034] 图8是本发明的一个实施例的侧面截面示意图。
[0035] 图9是本发明的一个实施例的侧面截面示意图。
[0036] 图10是本发明的一个实施例的截面示意图。
[0037] 图11是堆叠的MLCC的侧面示意图。
[0038] 图12是本发明的一个实施例的侧面示意图。
[0039] 图13是本发明的一个实施例的图示。
[0040] 图14和图15是根据本发明的一个实施例粘合的取样片的截面的电子显微照片。 [0041] 图16和图17是根据本发明的一个实施例粘合的取样片的截面的电子显微照片。
[0042] 图18至图21是示出本发明提供的优点的图示。
[0043] 图22和图23是示出面板弯曲测试结果的图像。
[0044] 图24是具有镀层表面的两个取样片