[发明专利]电子元件端子以及使用瞬态液相烧结和聚合物焊膏的装配

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求通过引用并入本文的于2010年5月26日提交的未决的美国临时专利申请No.61/348,318和通过引用并入本文的于2011年5月24日提交的US 13/114,126的优先权。

背景技术

本发明涉及电子元件和制造电子元件的方法。更具体地，本发明涉及具有用于将外部引线或引线框架附接到电子元件的改进端子使得所述电子元件可以通过多种次级附接材料和工艺随后连接到电子电路的电子元件和制造电子元件的方法。

通常，形成导电端子的方法和所使用的材料对于可靠的性能来说是关键的。当随后装配到电子电路中时，使用性能直接与导电端子相关。从历史上看，使用了铅（Pb）基焊料将元件附接到电子电路板或者将外部引线附接到电子元件。最近，在电气和电子设备中有害物质的使用，以欧洲RoHS法规为代表，限制了焊料中铅（Pb）的使用，导致业界寻求各种替代方案。

例如，美国专利No.6,704,189描述了使用具有10-30%的Sb的Sn基焊料来形成外部引线与电镀的多层陶瓷电容器（MLCC）之间的接触。然而，所描述的焊料具有低于270℃的液相线。通过比较，诸如Sn10/Pb88/Ag2之类的高Pb焊料具有约290℃的液相线。在业内普遍公认，比任意随后处理温度高30℃的熔点可以很好地保证外部引线附接的可靠性。由于在本领域中称为SAC焊料的Sn、Ag、Cu基焊料现在正成为用于无铅电路中的附接的共同选择，因此获得高熔点的能力变得至关重要。相比于具有183℃的熔点的诸如Sn63/Pb37的以前Pb基的可选焊料，SAC焊料必须在通常为约260℃的较高温度下进行回流。为了不熔化或者不部分融化，与外部引线接触的接触材料，或者用于形成端子的接触材料必须能够较好地承受260℃以上的温度，这引起显著的可靠性问题。要求比SAC焊料的熔点至少高30℃的温度。

美国专利No.5,038,996描述了给两个配合表面涂上涂层，其中一个用Sn另一个用Pb，并且通过将工艺温度提高至略小于Sn的熔点（183℃）的温度来形成一个接合点。美国专利No.5,853,622中公开的瞬态液相烧结导电粘合剂配方，其将TLPS（瞬态液相烧结）材料与交联聚合物进行结合以产生具有在通过TLPS工艺产生的金属表面之间的金属间化合物界面的热和电的接合。美国专利No.5,964,395讨论了两个配合表面的喷涂，其中一个用低温度熔点材料另一个配合表面用较高熔点温度喷涂，且该喷涂与TLPS工艺相兼容，并且当加热至较低温度材料的熔点时形成一个接合点。这些专利描述了关于形成导电接合的TLPS材料和工艺。

美国专利No.5,221,038主张通过使用TLPS工艺来把SnBi或SnIn用于将诸如电阻器之类的分离元件焊接到印刷电路板。美国专利6,241,145中公开了Ag/SnBi的使用，Ag/SnBi被涂覆到两个配合表面以将电子模块安装至衬底。美国专利申请No.2002/0092895A1讨论了在两个配合表面上的材料沉积，即在衬底和倒装芯片上的凸块的表面上的材料沉积，并将温度提高至在材料之间引起扩散的温度以产生TLPS可兼容的合金。美国专利申请No.2006/0151871描述了在形成包含键合到其他元件或导电表面的SiC或其他半导体器件的封装件中的TLPS的使用。美国专利申请No.2007/0152026A1主张在配合表面上布置TLPS兼容材料，之后回流较低熔点材料，然后等温老化以完成扩散工艺，在该扩散工艺中要接合的两个器件是MEMS器件及其接合到的微电子电路。美国专利No.7,023,089B1主张使用TLPS将由铜、黑金刚石、或黑金刚石和铜的组合物制成的散热器键合到硅片。这些专利和应用描述了将元件键合到电路板的TLPS的工艺，但没有包含关于其在电子元件上形成端子或将元件附接到引线框架中的使用的任何教导。

在最近的发展中，美国专利申请No.2009/0296311A1描述了高温扩散键合工艺，其将引线焊接到多层陶瓷元件的内电极。TLPS材料被镀到配合表面的表面上，这些配合表面通过引入热量以开始扩散工艺而连接在一起。在此情况下，在元件和引线框架之间需要紧密的相互接触线以促进扩散。这限制了对可以形成紧密的接触线的表面进行连接的应用，并且不能适应不同长度的组件。此外，描述了在700至900℃范围内的高温以实现焊接键合，该焊接键合需要预热以便不破坏多层陶瓷元件。

在现有技术中描述了其他无铅附接技术，但没有一个是足够的。