一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬合材料表面金屬化處理和電子封裝的外殼封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息行業(yè)的飛速發(fā)展，電子元器件的集成度越來(lái)越高，功率越來(lái)越大，導(dǎo)致發(fā)熱越來(lái)越嚴(yán)重，散熱已成為目前及今后電子元器件發(fā)展的制約因素，新型熱沉材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已迫在眉睫。高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料(SiCp/Al)具有熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)可調(diào)且同半導(dǎo)體芯片匹配良好以及比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，正越來(lái)越多地應(yīng)用于電子元器件的封裝。高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化是實(shí)現(xiàn)其在高氣密電子器件外殼封裝中應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。由于高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料中的SiC含量高(一般不低于50vol%)，導(dǎo)電性差，因此，電鍍性能差，常用的電鍍表面金屬化工藝并不適用?；瘜W(xué)鍍也稱無(wú)電解鍍或者自催化鍍，是在無(wú)外加電流的情況下借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離子還原成金屬原子，并沉積到基體表面的一種鍍覆方法?；瘜W(xué)鍍層具有均勻致密，與基體結(jié)合緊密、釬焊性能優(yōu)異等特點(diǎn)，因此，是實(shí)現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料表面金屬化的重要手段。
[0003]常規(guī)的高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板化學(xué)鍍前敏化、活化處理易導(dǎo)致其表面粗糙度過(guò)大，大量Si Cp凸出基板表面，導(dǎo)致化學(xué)鍍N1-P合金難以完全填充基板表面孔洞，鍍層致密度及表面平整性低，鍍層與基板的結(jié)合強(qiáng)度低，因而釬焊封接時(shí)釬料難以充分潤(rùn)濕、充填金屬化基板表面，導(dǎo)致基板與金屬環(huán)框封接后界面結(jié)合不緊密，界面結(jié)合強(qiáng)度低，氣密性檢測(cè)時(shí)也往往不合格。前期的一些專利(ZL201210164109、ZL201410354283X等)大多采用新的釬焊方法或新的合金釬料體系，來(lái)改善高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框的焊接性及釬焊質(zhì)量。本專利在充分探明高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框封接氣密性低的原因基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化基板化學(xué)鍍前的活化、敏化液濃度及其工藝參數(shù)的方法，在保證在基板表面均勻沉積活化質(zhì)點(diǎn)的同時(shí)，降低基板表面粗糙度，改善基板表面化學(xué)鍍N1-P合金層質(zhì)量，提高其與基板的界面結(jié)合力。最終，采用傳統(tǒng)的Au-Sn共晶合金釬料片及常規(guī)的釬焊工藝即可實(shí)現(xiàn)了高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框的釬焊封接，封裝腔體達(dá)到I X 10—1(3 Pa.m3/s的高氣密性等級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)優(yōu)化高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板活化、敏化液濃度及其工藝參數(shù)等方法，以保證在基板上沉積一層厚度為5-20 Mi致密平整的N1-P合金鍍層，并保持與基板結(jié)合緊密；采用傳統(tǒng)的Au-Sn共晶合金釬料片及常規(guī)釬焊方法獲得高可靠的SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框封裝外殼，提供一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于，包括以下步驟:基板砂紙研磨-去離子超聲水清洗-丙酮超聲除油-敏化-去離子水超聲清洗-活化-化學(xué)鍍-去離子水超聲清洗-釬焊。
[0006]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板中SiCp的含量為50-80 vol%0
[0007]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:基板砂紙研磨指的是基板依次分別經(jīng)過(guò)200目、400目、600目和800目SiC金相砂紙研磨。
[0008]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:去離子水超聲清洗1-5次，每次3-15 min，以除去基板表面粘附的雜質(zhì)顆?；蛉芤弘x子。
[0009]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:丙酮超聲除油時(shí)間為5-10 min，敏化采用的是SnCl2+鹽酸敏化水溶液，濃度為8-15 g/L SnCl2 + 10-40 mL/L濃鹽酸，敏化時(shí)間為0.3-3.0 min;活化采用PdCl2+鹽酸水溶液，濃度為0.1-0.5 g/L PdCl2 + 5-10 mL/L濃鹽酸，活化時(shí)間為3_15 min。
[0010]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:化學(xué)鍍方法為:敏化、活化處理后的SiCp/Al復(fù)合材料基板置于化學(xué)鍍液中鍍覆N1-P合金層，化學(xué)鍍液溫度為85-95°C，pH值為3.0-6.0，化學(xué)鍍時(shí)間為30_120 min;所得N1-P合金鍍層中P含量為8-15 wt%;化學(xué)鍍液各組分濃度:
NiSO4.6H2020-25 g/L
NaH2PO2.H2O18-25 g/L
Na2C4H4O4.6H2O8-20 g/L
穩(wěn)定劑3-10 mL/L。
[0011]所述的一種電子封裝用高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板表面金屬化及釬焊方法，其特征在于:表面金屬化高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框釬焊采用Au-Sn共晶釬料片，釬焊氣氛為氫氣、氮?dú)饣驓鍤庵械囊环N或幾種，釬焊溫度為300-380°C，釬焊時(shí)間3-15 minο
[0012]化學(xué)鍍前處理包括以下步驟:將SiCp/Al復(fù)合材料基板依次在200目、400目、600目和800目砂紙上研磨，然后置于清水中超聲清洗3-15 min，次數(shù)為1-5次，目的是為了除去基板表面粘附的雜質(zhì)顆?；蛉芤弘x子;然后將試樣放入丙酮中超聲除油，時(shí)間為5-10 min，試樣經(jīng)去離子水超聲清洗并烘干，采用SnCl2+HCl敏化水溶液(8-15 g/L SnCl2 +10-40 mL/L濃鹽酸)對(duì)試樣進(jìn)行敏化，時(shí)間為0.3-3 min，之后置于PdCl2+HCl水溶液(0.1-0.5 g/LPdCl2 + 5-10 mL/L濃鹽酸)中活化，時(shí)間為3-15 min。
[0013]將活化后的試樣置于如下化學(xué)鍍液中進(jìn)行鍍覆處理，控制化學(xué)鍍溫度為85_95°C，pH值為3.0-6.0，化學(xué)鍍時(shí)間為30-120 min，鍍覆N1-P合金層后的SiCp/Al復(fù)合材料基板用去離子水超聲清洗并烘干，所得N1-P鍍層中P含量為8-15 wt%0
[0014]化學(xué)鍍液各組分濃度如下:
NiSO4.6H2020 -25 g/L NaH2PO2.H2O18-25 g/L
Na2C4H4O4.6H2O 8 -20 g/L穩(wěn)定劑3 -10 mL/L
在鍍覆N1-P合金層的SiCp/Al復(fù)合材料基板上安放Au-Sn釬料片和Kovar環(huán)框(Ko var環(huán)框需置于丙酮中超聲清洗除油，時(shí)間為5-10 min)，放入釬焊爐中進(jìn)行釬焊，釬焊氣氛為氫氣、氮?dú)饣驓鍤庵械囊环N或幾種，釬焊溫度控制在300-380°C，釬焊時(shí)間為3-15 min。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化SiCp/Al復(fù)合材料基板的敏化、活化過(guò)程，以保證后續(xù)化學(xué)鍍?cè)诨灞砻娴玫街旅芷秸腘1-P合金層，改善其與基體結(jié)合，保證金屬化基板與金屬環(huán)框釬焊性能良好，氣密性高，可靠性良好。
[0016]本發(fā)明優(yōu)化Sn敏化-Pd活化工藝，控制SiCp/Al復(fù)合材料基板的腐蝕，降低表面粗糙度，同時(shí)在SiCp/Al復(fù)合材料基板表面形成均勻分布的活性金屬質(zhì)點(diǎn)，從而保證通過(guò)化學(xué)鍍?cè)赟iCp/Al復(fù)合材料基板表面形成致密、平整且界面結(jié)合良好的N1-P合金金屬化層。采用Au-Sn(20 wt%Sn)共晶釬料片實(shí)現(xiàn)金屬化SiCp/Al復(fù)合材料基板與金屬環(huán)框的釬焊封接，釬焊后封裝外殼的密封性高達(dá)10—lt3Pa.πι3Λ，釬焊結(jié)構(gòu)界面結(jié)合強(qiáng)度采用國(guó)軍標(biāo)GJB 54Β-2005規(guī)定的熱沖擊試驗(yàn)方法評(píng)定，可經(jīng)受20次從100°C至0°C冰水的冷熱沖擊，界面結(jié)合完好，無(wú)脫粘開(kāi)裂，符合實(shí)用要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例中SiCp/Al復(fù)合材料基板經(jīng)不同時(shí)間敏化處理后再活化的表面形貌(a) 0.5 min