高硅SiCp/Al电子封装复合材料的化学镀镍及钎焊研究

摘要

高硅SiCp/Al复合材料具有高热导率、低且可调的热膨胀系数及高比强度，在电子封装行业及航空航天等领域具有广泛的应用。高硅SiCp/Al复合材料钎焊连接是电子器件封装的关键步骤，表面金属化是前提，化学镀Ni-P合金是最常用的手段。因此，高硅SiCp/Al复合材料表面化学镀镍及钎焊的研究是高硅SiCp/Al复合材料在电子封装及器件领域应用的基础性课题，对于指导实际生产也具有重要价值。　　采用SnCl2、PdCl2基溶液对高硅SiCp/Al复合材料表面进行敏化/活化，研究不同敏化时间下复合材料表面状态及敏化/活化质点的分布特征。敏化1.0min后，复合材料试样表面Al合金腐蚀适中，无大而深的腐蚀孔洞，Sn(OH)2颗粒在复合材料表面分布比较均匀，保证试样表面Pd活化质点较均匀分布。　　采用H2PO2-基化学镀液在敏化-活化后的高硅SiCp/Al复合材料表面镀覆Ni-P合金。研究了复合材料表面形貌对Ni-P沉积过程影响及Ni和P原子间结合方式。Sn/Pd活化点分布不均导致Ni-P颗粒优先沉积在Al合金和粗糙的SiC表面以及腐蚀孔洞中，Ni-P合金膜具有非晶结构，其中Ni原子和P原子存在化学键结合。在形成连续的Ni-P合金膜之后，化学镀Ni-P不再受SiCp/Al复合材料表面形貌及特性的影响，而是受由化学镀本身控制，Ni-P合金镀层遵循线性生长动力学，活化能为68.44kJ·mol-1。　　在高硅SiCp/Al复合材料与Kovar合金钎焊结构中的Ni-P合金镀层/Au-Sn共晶焊料界面形成连续(Au,Ni)3Sn2金属间化合物层，在其前沿形成大块ξ'(Au5Sn)及棒状(Au,Ni)3Sn2。经过200℃退火处理，棒状(Au,Ni)3Sn2逐渐消失，(Au,Ni)3Sn2层厚度有所增加，与钎料界面更加平整。350℃保温25min钎焊，试样气密性可达1×10-10pa·m3·s-1，经冷热冲击试验考核，焊点界面结合良好。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 电子封装材料

1．2 SiCp／Al电子封装材料

1．2．1 SiCp／Al电子封装材料性能

1．2．2 SiCp／Al电子封装材料应用

1．3 SiCp／Al复合材料的化学镀Ni-P合金

1．3．1 化学镀

1．3．2 化学镀镍基本原理

1．3．3 化学镀镍工艺及特点

1．3．4 SiCp／Al复合材料表面化学镀Ni-P合金

1．4 高硅SiCp／Al复合材料的钎焊封装

1．4．1 钎焊及其特点

1．4．2 Au-Sn共晶焊料

1．4．3 Au-20Sn焊料与Ni-P金属基体界面反应

1．5 本论文研究的意义及内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

第二章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．2 实验过程

2．2．1 试样选取

2．2．2 活化-敏化

2．2．3 化学镀镍

2．2．4 钎焊

2．2．5 热震实验

2．2．6 热冲击实验

2．3 结构分析测试

2．3．1 金相显微观察

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)观察分析

2．3．3 X射线衍射(XRD)分析

2．3．4 X射线光电子能谱(XPS)分析

2．4 主要仪器设备

第三章 高硅SiCp／Al复合材料表面敏化活化

3．1 引言

3．2 敏化时间

3．3 敏化液浓度

3．4 本章小结

第四章 高硅SiCp／Al复合材料表面化学镀镍

4．1 引言

4．2 化学镀Ni-P层形貌

4．2．1 化学镀时间对镀层形貌的影响

4．2．2 化学镀温度对镀层形貌的影响

4．3 化学镀Ni-P合金原子结合状态

4．4 XRD分析

4．5 化学镀Ni-P合金层生长动力学

4．6 热震实验

4．7 表层电镀Au

4．8 本章小结

第五章 Ni-P金属化SiCp／Al复合材料钎焊研究

5．1 引言

5．2 钎焊接头制备

5．3 不同钎焊温度下钎焊接头界面

5．4 Au20Sn焊料和Ni-P合金镀层界面反应

5．5 物相分析

5．6 不同钎焊时间下钎焊接头截面形貌

5．7 老化退火对Ni-P／Au20Sn焊点结构影响

5．8 热冲击试验

5．9 本章小结

第六章 全文总结

6．1 结论

6．2 创新点

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果