一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法与流程

本发明涉及电子封装壳体材料的表面处理，具体涉及一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法。

背景技术：

1、高硅铝复合材料具有低膨胀系数、低密度、高导热率、可实现气密封装、可机加工等特性，可满足电子封装材料对高导热率、低膨胀系数、低密度、高气密性能的要求，已经广泛应用于雷达t/r组件等电子封装领域。相比较铝合金，高硅铝复合材料中硅含量大多超过27％，达到50％以及70％，无法直接进行封装焊接，因此需要对表面进行改性处理。但是由于该材料的特殊理化性能，传统的湿法电镀难度较大、工序繁多、周期较长，容易出现镀层结合力不高，经过焊接等高低温循环后镀层出现鼓泡、起皮等质量问题。中国发明专利cn201310553767.2公开了一种高硅铝复合材料的镀金方法，通过常规的铝合金电镀前处理后再进行化学镀镍、时效处理、活化、镀镍以及电镀金处理，最终实现了si-50al复合材料表面镀金层厚度为2-3微米。但是该方法只能满足硅含量≤50％的铝硅复合材料，基体材料硅含量越高这种湿法电镀的难度越大，单一的工艺参数无法覆盖全系列的高硅铝基材，基体硅含量发生变化后需要通过大量的试验验证才能得到最佳的工艺参数，并且传统湿法电镀过程往往存在化学镀镍等镀覆过程，造成壳体内部氢含量过大，容易引起电子芯片产生氢中毒现象。

2、鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的工序繁多、周期长、镀层与基体结合力不足、单一工艺参数难以覆盖全系列高硅铝基材以及化学镀镍过程镀层氢含量过大易造成电子芯片产品氢中毒等问题，提供了一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，包括以下步骤：

3、s1，采用湿法喷砂的方式对高硅铝复合材料表面进行喷砂处理；

4、s2，将喷砂后的高硅铝复合材料进行超声除油清洗，清洗后用水冲洗干净，干燥保存；

5、s3，在经过前处理的高硅铝复合材料表面磁控反应溅射钛铜金属膜；

6、s4，将经过磁控溅射处理后的零件放入活化液中，温度20～35℃条件下，浸泡5-10秒，取出用水冲洗干净；

7、s5，将活化后的零件放入镀镍溶液中镀镍处理，取出后清洗干净；

8、s6，以纯金板或铂金钛网作为阳极，高硅铝复合材料为阴极，按照常规镀纯金的方法对镀镍后的零件进行镀金处理，取出后清洗干净。

9、所述步骤s1中，所述湿法喷砂采用150目～250目的玻璃微珠，喷砂压强设定为0.15～0.2mpa。

10、所述步骤s2中，超声除油清洗溶液由5～10g/l氢氧化钠、30～40g/l碳酸钠、40～50g/l磷酸钠和去离子水配制而成，超声除油清洗溶液温度为55～65℃，清洗时间为3～5min。

11、所述步骤s3中，磁控溅射镀膜过程中，基体温度始终保持350℃，高硅铝复合材料表面得到的ti层厚度为0.5～1μm，cu层厚度为1～3μm。

12、所述步骤s3中，磁控溅射镀膜过程中，磁控溅射的真空室内平行设有钛靶和铜靶，在真空室内的转架台上放置高硅铝复合材料，控制转架台转速15rpm，调节基底与靶材间的距离为8～12cm，真空室内的真空达到10-4数量级，工作气氛为纯氩气，控制氩气流量为10～30sccm，保持气压在0.25～0.45pa。

13、所述步骤s4中，活化液为50～100mol/l的稀硫酸溶液。

14、所述步骤s5中，镀镍处理时，阴极电流密度为0.5～1a/dm2，反应温度20～35℃，ph为4.6～5.2，反应时间为15～25min，镀镍层厚度为2～5μm。

15、所述步骤s6中，镀金处理时，电流密度为0.2～0.8a/dm2，反应温度为55～70℃，ph为4.5～5.5，反应时间为10～15min，金层厚度为2～3μm。

16、与现有技术比较本发明的有益效果在于：

17、1、本发明所述的高硅铝复合材料的表面改性方法结合了干法磁控溅射真空镀膜和湿法电镀镍金，能有效提高镀层结合力，涂层经过450℃高温烘烤5～10分钟，未出现镀层起泡、脱落等现象，镀层结合力达到gjb 1420a-1999《半导体集成电路外壳总规范》附录a规定的标准，在sem电镜下观察，ti/cu/ni/au层之间结合紧密，层与层之间过度界面清晰；

18、2、本发明中所述的磁控溅射镀膜过程，先进行离子束清洗，可有效去除铝硅复合材料表面的疏松层得到新鲜表面，提高ti与基材的结合力，同时控制溅射过程基底温度为350℃，有利于增强表层原子扩散效应，使表面镀层成分更加均匀，降低镀层应力，理论分析认为在此温度下ti层会和基材之间发生一定的界面互扩散，可以进一步提高镀层的结合力，控制溅射ti层厚度为0.5～1μm，cu层厚度为1～3μm；

19、3、本发明所述的高硅铝复合材料的硅含量为27％、50％、70％均经过实际验证，但是依据本技术的原理可以推广应用至其它硅含量的铝硅复合材料，本发明的优点在于不受基材硅量的限制，适用性强，且缩短湿法电镀的工艺过程，具有节能环保、适合大规模工业生产等优势；

20、4、本发明技术方案得到的表面改性电子封装铝硅壳体，根据sem放大倍率比例尺，直观测量镀层总厚度约为6～12μm，其中ti层约为0.5～1μm、cu层约为1～3μm、ni层约为2～5μm、au层约为2～3μm，断面看层与层之间过度清晰，镀层之间紧密结合，无空隙和脱离现象，焊料在镀层表面铺展浸润，无虚焊或脱焊现象。

技术特征：

1.一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述湿法喷砂采用150目～250目的玻璃微珠，喷砂压强设定为0.15～0.2mpa。

3.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s2中，超声除油清洗溶液由5～10g/l氢氧化钠、30～40g/l碳酸钠、40～50g/l磷酸钠和去离子水配制而成，超声除油清洗溶液温度为55～65℃，清洗时间为3～5min。

4.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s3中，磁控溅射镀膜过程中，基体温度始终保持350℃，高硅铝复合材料表面得到的ti层厚度为0.5～1μm，cu层厚度为1～3μm。

5.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s3中，磁控溅射镀膜过程中，磁控溅射的真空室内平行设有钛靶和铜靶，在真空室内的转架台上放置高硅铝复合材料，控制转架台转速15rpm，调节基底与靶材间的距离为8～12cm，真空室内的真空达到10-4数量级，工作气氛为纯氩气，控制氩气流量为10～30sccm，保持气压在0.25～0.45pa。

6.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s4中，活化液为50～100mol/l的稀硫酸溶液。

7.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s5中，镀镍处理时，阴极电流密度为0.5～1a/dm2，反应温度20～35℃，ph为4.6～5.2，反应时间为15～25min，镀镍层厚度为2～5μm。

8.如权利要求1所述的一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤s6中，镀金处理时，电流密度为0.2～0.8a/dm2，反应温度为55～70℃，ph为4.5～5.5，反应时间为10～15min，金层厚度为2～3μm。

技术总结本发明涉及电子封装壳体材料的表面处理技术领域，具体涉及一种用于电子封装壳体的高硅铝复合材料的表面改性方法，包括以下步骤：(1)高硅铝封装壳体表面进行湿法喷砂前处理；(2)超声除油清洗处理；(3)先磁控反应溅射钛膜层，再磁控反应溅射铜膜层，溅射过程保持基体温度为350℃，溅射钛金属层厚度为0.5‑1μm，溅射铜金属层厚度为1‑3μm；(4)表面活化处理；(5)按照常规镀镍方法进行镀镍，镍层厚度2‑5μm；(6)以纯金板或铂金钛网作为阳极，高硅铝封装壳体为阴极，按照常规镀纯金的方法，金层厚度为2‑3μm。利用本发明实现的镀层与基材结合力优异，通过450℃热震试验，在30倍放大镜下观察镀层无起皮鼓包现象，满足电子封装壳体的焊接性要求。技术研发人员：杨鑫鑫,胡江华,孙大智,卢海燕,何晋,方坤,白一峰,严银飞,汪杨受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/21