一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法技术

本发明专利技术提供了一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法。本发明专利技术优化Sn敏化-Pd活化工艺，控制SiCp/Al复合材料基板的腐蚀，降低表面粗糙度，同时在SiCp/Al复合材料基板表面形成均匀分布的活性金属质点，从而保证通过化学镀在SiCp/Al复合材料基板表面形成致密、平整且界面结合良好的Ni-P合金金属化层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属合材料表面金属化处理和电子封装的外壳封装领域，尤其涉及一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法。
技术介绍
随着电子信息行业的飞速发展，电子元器件的集成度越来越高，功率越来越大，导致发热越来越严重，散热已成为目前及今后电子元器件发展的制约因素，新型热沉材料的开发与应用已迫在眉睫。高体积分数SiCp/Al复合材料(SiCp/Al)具有热导率高，热膨胀系数可调且同半导体芯片匹配良好以及比强度高等优良性能，正越来越多地应用于电子元器件的封装。高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化是实现其在高气密电子器件外壳封装中应用的关键步骤。由于高体积分数SiCp/Al复合材料中的SiC含量高(一般不低于50vol%)，导电性差，因此，电镀性能差，常用的电镀表面金属化工艺并不适用。化学镀也称无电解镀或者自催化镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属原子，并沉积到基体表面的一种镀覆方法。化学镀层具有均匀致密，与基体结合紧密、钎焊性能优异等特点，因此，是实现高体积分数SiCp/Al复合材料表面金属化的重要手段。常规的高体积分数SiCp/Al复合材料基板化学镀前敏化、活化处理易导致其表面粗糙度过大，大量SiCp凸出基板表面，导致化学镀Ni-P合金难以完全填充基板表面孔洞，镀层致密度及表面平整性低，镀层与基板的结合强度低，因而钎焊封接时钎料难以充分润湿、充填金属化基板表面，导致基板与金属环框封接后界面结合不紧密，界面结合强度低，气密性检测时也往往不合格。前期的一些专利(ZL201210164109、ZL201410354283X等)大多采用新的钎焊方法或新的合金钎料体系，来改善高体积分数SiCp/Al复合材料基板与金属环框的焊接性及钎焊质量。本专利在充分探明高体积分数SiCp/Al复合材料基板与金属环框封接气密性低的原因基础上，采用优化基板化学镀前的活化、敏化液浓度及其工艺参数的方法，在保证在基板表面均匀沉积活化质点的同时，降低基板表面粗糙度，改善基板表面化学镀Ni-P合金层质量，提高其与基板的界面结合力。最终，采用传统的Au-Sn共晶合金钎料片及常规的钎焊工艺即可实现了高体积分数SiCp/Al复合材料基板与金属环框的钎焊封接，封装腔体达到1×10-10Pa·m3/s的高气密性等级。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过优化高体积分数SiCp/Al复合材料基板活化、敏化液浓度及其工艺参数等方法，以保证在基板上沉积一层厚度为5-20μm致密平整的Ni-P合金镀层，并保持与基板结合紧密；采用传统的Au-Sn共晶合金钎料片及常规钎焊方法获得高可靠的SiCp/Al复合材料基板与金属环框封装外壳，提供一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：基板砂纸研磨-去离子超声水清洗-丙酮超声除油-敏化-去离子水超声清洗-活化-化学镀-去离子水超声清洗-钎焊。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：高体积分数SiCp/Al复合材料基板中SiCp的含量为50-80vol%。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：基板砂纸研磨指的是基板依次分别经过200目、400目、600目和800目SiC金相砂纸研磨。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：去离子水超声清洗1-5次，每次3-15min，以除去基板表面粘附的杂质颗粒或溶液离子。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：丙酮超声除油时间为5-10min，敏化采用的是SnCl2+盐酸敏化水溶液，浓度为8-15g/LSnCl2+10-40mL/L浓盐酸，敏化时间为0.3-3.0min；活化采用PdCl2+盐酸水溶液，浓度为0.1-0.5g/LPdCl2+5-10mL/L浓盐酸，活化时间为3-15min。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：化学镀方法为：敏化、活化处理后的SiCp/Al复合材料基板置于化学镀液中镀覆Ni-P合金层，化学镀液温度为85-95℃，pH值为3.0-6.0，化学镀时间为30-120min；所得Ni-P合金镀层中P含量为8-15wt%；化学镀液各组分浓度：NiSO4·6H2O20-25g/LNaH2PO2·H2O18-25g/LNa2C4H4O4·6H2O8-20g/L稳定剂3-10mL/L。所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于：表面金属化高体积分数SiCp/Al复合材料基板与金属环框钎焊采用Au-Sn共晶钎料片，钎焊气氛为氢气、氮气或氩气中的一种或几种，钎焊温度为300-380℃，钎焊时间3-15min。化学镀前处理包括以下步骤：将SiCp/Al复合材料基板依次在200目、400目、600目和800目砂纸上研磨，然后置于清水中超声清洗3-15min，次数为1-5次，目的是为了除去基板表面粘附的杂质颗粒或溶液离子；然后将试样放入丙酮中超声除油，时间为5-10min，试样经去离子水超声清洗并烘干，采用SnCl2+HCl敏化水溶液(8-15g/LSnCl2+10-40mL/L浓盐酸)对试样进行敏化，时间为0.3-3min，之后置于PdCl2+HCl水溶液(0.1-0.5g/LPdCl2+5-10mL/L浓盐酸)中活化，时间为3-15min。将活化后的试样置于如下化学镀液中进行镀覆处理，控制化学镀温度为85-95℃，pH值为3.0-6.0，化学镀时间为30-120min，镀覆Ni-P合金层后的SiCp/Al复合材料基板用去离子水超声清洗并烘干，所得Ni-P镀层中P含量为8-15wt%。化学镀液各组分浓度如下：NiSO4·6H2O20-25g/LNaH2PO2·H2O18-25g/LNa2C4H4O4·6H2O8-20g/L稳定剂3-10mL/L在镀覆Ni-P合金层的SiCp/Al复合材料基板上安放Au-Sn钎料片和Kovar环框(Kovar环框需置于丙酮中超声清洗除油，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：基板砂纸研磨‑去离子超声水清洗‑丙酮超声除油‑敏化‑去离子水超声清洗‑活化‑化学镀‑去离子水超声清洗‑钎焊。

【技术特征摘要】
1.一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属化及钎焊方法，其特征
在于，包括以下步骤：基板砂纸研磨-去离子超声水清洗-丙酮超声除油-敏化-去离子水超
声清洗-活化-化学镀-去离子水超声清洗-钎焊。
2.根据权利要求1所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属
化及钎焊方法，其特征在于：高体积分数SiCp/Al复合材料基板中SiCp的含量为50-80
vol%。
3.根据权利要求1所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属
化及钎焊方法，其特征在于：基板砂纸研磨指的是基板依次分别经过200目、400目、600目和
800目SiC金相砂纸研磨。
4.根据权利要求1所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属
化及钎焊方法，其特征在于：去离子水超声清洗1-5次，每次3-15min，以除去基板表面粘附
的杂质颗粒或溶液离子。
5.根据权利要求1所述的一种电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板表面金属
化及钎焊方法，其特征在于：丙酮超声除油时间为5-10min，敏化采用的是SnCl2+盐酸敏化
水溶液，浓度为8-15g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤文明，方萌，杨磊，胡玲，史常东，张玉君，冯东，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，合肥圣达电子科技实业公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34