一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法
【专利摘要】本发明属于金属表面处理领域，涉及一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆的方法，其特征在于，包括除油、碱洗、粗化、四次去膜、两次镀锌、镀镍、活化和镀金等步骤。本发明中的方法能在喷射成型硅铝合金材料表面获得结合力良好、表面均匀的镀金层，满足钎焊、合金共晶焊接，并降低对环境的污染，尤其应用于硅含量＞50%的喷射成型硅铝合金。
【专利说明】一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属表面处理领域，涉及一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]喷射成型硅铝合金轻质封装材料(硅含量> 50%)(以下简称硅铝合金)是新一代电子封装材料，具有与Si和GaAs等半导体材料接近的热膨胀系数，同时还具有强度高、密度小、导热性良好以及低成本等特性，因此在微电子金属封装行业有越来越多的应用。为改善零件表面的共晶、钎焊等焊接性能，需要对其进行电镀。
[0004]喷射成形娃招合金一般娃含量大于50%,娃和招分散于娃招合金材料表面且两者理化性质差别很大，对于这种合金材料一般需使用混合酸进行粗化，混酸应能将硅、铝均匀充分活化，且不对合金材料表面任何组份造成过腐蚀导致后续镀层外观不均匀、结合力不良、表面粗糙等。另外，在对喷射成形硅铝合金进行粗化、活化等一系列处理中，存在着大量使用酸和相应的化学用剂，不可避免对环境造成严重污染的问题。
[0005]因此，找到一种可靠的对喷射成形硅铝合金的表面镀覆工艺，使得硅铝合金材料表面硅和铝表面得到均匀、适当微蚀，结合强，又减少对环境的污染是目前所需。
【发明内容】
[0006]为了解决以上技术问题，本发明提供一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，能在喷射成型硅铝合金材料表面获得结合力良好、表面均匀的镀金层，满足钎焊、合金共晶焊接，并降低对环境的污染，尤其应用于硅含量> 50%的喷射成型硅铝合金。
[0007]解决以上技术问题的本发明中的一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，其特征在于:包括以下步骤:
(O除油:采用质量体积比的除油粉20?40g/L，温度40?60°C，将零件置于溶液中浸泡6?10 min,用量单位以下相同；
(2)碱洗:再用磷酸钠40?80g/L、碳酸钠30?80g/L和水的混合液，进行碱洗，温度80?100°C，时间30?60s，水的用量为使混合液到IL为计算；
(3)去膜:超声波水洗去除硅铝合金材料表面疏松膜层；确保粗化过程能够使硅铝合金表面得到均匀粗化。
[0008](4)粗化:用体积比的硝酸200?700ml/L，氟化氢铵200?300g/L，水300-800ml/L，温度15?30°C，粗化时间I?5min ;粗化时将零件浸入溶液中，轻轻晃动，可见零件表面逐渐产生起泡，并伴有黑膜产生，粗化后材料表面仍会残留黑膜附着。粗化剂中化学成份少，减少对环境的污染。
[0009](5)去膜:再用超声波水洗粗化后的零件，将材料表面附着疏松膜层去除，以确保后续镀层结合力和外观均匀一致。
[0010](6) 一次浸锌:釆用沉锌水200ml/L和去离子水800ml/L浸锌，温度为室温，时间I ?L 2min ；
(7)去膜:用硝酸500ml/L，水500ml/L进行去膜，温度为室温，时间0.5-lmin ；
(8)二次浸锌:采用沉锌水200ml/L和去离子水800ml/L第二次浸锌，温度为室温，时间 0.3 ?0.4min ；
(9)预镀镍:镀镍液为硫酸镍20?30g/L、氯化铵30?40g/L、柠檬酸钠40?60g/L和次亚磷酸钠20?30g/L的混合液，溶液pH8.5?9，镀镍温度40?45 °C，时间3?5min ；
(10)化学镀镍:采用中磷化学镀镍体系:在中磷中浸泡，中磷pH4.7?5.2，温度85 ?91°C，时间 30 ?45 min ；
(11)去膜:采用除油粉20?40g/L，温度40?60°C，将零件置于溶液中浸泡5?10
min ；
(12)活化:硫酸(H2SO4)20-30v.v%，温度20?30。。，时间30?60s ;活化起着去除镀层表面氧化物，增加金层与镍层之间的结合力。
[0011](13)闪镀金:将器件在金0.1?3 g/L，无水亚硫酸钠100?200 g/L，柠檬酸钾80?100 g/L，pH8.5?9，电流密度(以下简称Dk )1?2 A/dm2的溶液中强烈抖动，温度45 ?50°C，时间 0.5 ?1.5min ；
(14)镀金:金15?25 g/L,无水亚硫酸钠140?180 g/L,朽1檬酸钾80?10(^/1，氯化钾80?10(^/1，？!18.5?9為0.1?0.3 A/dm2 (阴极移动)，温度50?55°C，时间 20min。
[0012]所述步骤(10)中镀镍层厚度为10?12μπι。镀镍层太薄，会影响镀镍层在基材上的覆盖完整性，影响后续电镀；若镀层太厚，则会积聚应力，造成应力集中处镀层开裂。
[0013]所述步骤(14)中镀金厚度为2 μ m,镀金过程中脉冲频率为1000 (Hz),通断比为1:9。可根据不同功能需要控制时间得到不同金层厚度。
[0014]所述步骤(4)中用体积比的硝酸400?600ml/L，氟化氢铵200?300g/L，水400?600ml/L，温度15?30°C，粗化时间2?5min。
[0015]硅铝合金材料镀镍后经除油、活化后可以在其表面电镀(化学镀)其他镀层。
[0016]本发明通过步骤(3)、(4)、(5)可以得到表面均匀微蚀的理想镀前粗化表面，通过步骤(6)、(7)、(8)、(9)使粗化表面上形成均匀、和基材结合力良好的化学镍预镀层，通过步骤(10)使基材上均匀沉积一层化学镍层。通过步骤(11) (12)去除化学镍层表面光亮膜并对其进行活化。通过步骤(13)、(14)在硅铝合金材料表面化学镀镍层上获得具有良好结合力和焊接性能的镀金层。
本发明中的方法可在硅铝合金材料表面获得具有好的结合力、400°C高温下不起泡的镀金层，具备良好导热、导电，满足钎焊、共晶焊接要求，适合批量生产，酸碱有害化合药品使用明显减少，更加环保。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]实施例1 一种喷射成型硅铝合金(硅含量> 50%)轻质封装材料表面镀覆方法，包括以下步骤:
(1)化学除油:采用安美特U-151除油粉20g/L，温度40°C，将零件置于溶液中浸泡6
min ；
(2)碱洗:磷酸钠40g/L，碳酸钠30 g/L，温度80。。，时间30s ；
(3)去膜:超声波水洗去除硅铝合金材料表面疏松膜层；此步骤必须进行以确保粗化过程能够使硅铝合金表面得到均匀粗化。
[0019](4)粗化:硝酸(HN03 ) 400ml/L (体积比)，氟化氢铵(NH4HF)200g/L (质量体积比)，水(H20)400ml/L。温度:15°C，时间2min ;粗化时将零件浸入溶液中，轻轻晃动，可见零件表面逐渐产生起泡，并伴有黑膜产生，粗化后材料表面仍会残留黑膜附着。
[0020](5)去膜:超声波水洗，将材料表面附着疏松膜层去除，以确保后续镀层结合力和外观均匀一致。
[0021](6) —次浸锌:采用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:1 ?1.2min ；
(7)去膜:硝酸500ml/L，水500ml/L，温度室温，时间0.5?Imin ；
(8)二次浸锌:釆用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:0.3min ；
(9)预镀镍(中磷):硫酸镍20g/L，氯化铵30g/L，柠檬酸钠40g/L，次亚磷酸钠20g/L, pH (用氨水调节)8.5?9，温度40 °C，时间3min;
(10)化学镀镍(中磷):采用美坚375-1型中磷化学镀镍体系:METEN375-1A60ml/L,METEN375-1B 150ml/L,pH 4.7，温度85°C，时间30 min。该工序应控制镀镍层厚度在10?12 μ m,镀镍层太薄，会影响镀镍层在基材上的覆盖完整性，影响后续电镀；若镀层太厚，则会积聚应力，造成应力集中处镀层开裂。
[0022](11)去膜:采用安美特U-151除油粉20 g/L，温度40°C，将零件置于溶液中浸泡5
mino ；
(12)活化:硫酸(H2SO4) 20-30v.v%，温度 20。。，时间 30s。
[0023](13)闪镀金:金0.1 g/L,无水亚硫酸钠100 g/L,柠檬酸钾80 g/L, ρΗ8.5，Dk (A/dm2) I ?2 (强烈抖动)，温度 45°C，时间 0.5min。
(14)镀金:金15g/L，无水亚硫酸钠140g/L，柠檬酸钾80g/L，氯化钾80g/L，pH8.5，Dk(A/dm2) 0.1 (阴极移动)，温度50°C，时间20min。镀金厚度为2 μ m，可根据不同功能需要控制时间得到不同金层厚度)，脉冲频率(Hz) 1000，通断比1:9。
[0024]实施例2
一种喷射成型硅铝合金(硅含量> 50%)轻质封装材料表面镀覆方法，包括以下步骤:
(I)化学除油:采用安美特U-151除油粉40g/L，温度60°C，将零件置于溶液中浸泡10
min。
[0025](2)碱洗:磷酸钠80 g/L，碳酸钠80 g/L，温度100。。，时间60s。
[0026](3)去膜:超声波水洗去除硅铝合金材料表面疏松膜层；
(4)粗化:硝酸(HNO3)600ml/L (体积比)，氟化氢铵(NH4HF) 300g/L (质量体积比)，水(H2O) 600ml/L。温度:30°C，时间 5min ；
(5)去膜:超声波水洗，将材料表面附着疏松膜层去除； (6) 一次浸锌:釆用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:
1.2min。
[0027](7)去膜:硝酸 500ml/L，水 500ml/L，温度室温，时间 0.5~lmin。
[0028](8) 二次浸锌:采用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:0.3 ?0.4min。
[0029](9)预镀镍(中磷):硫酸镍30g/L，氯化铵40g/L，柠檬酸钠60g/L，次亚磷酸钠30g/L，pH (用氨水调节)9，温度45 °C，时间5min。
[0030](10)化学镀镍(中磷):采用美坚375-1型中磷化学镀镍体系:METEN375-1A60ml/L，METEN375-1B 150ml/L, pH 5.2，温度 91°C，时间 45 min。该工序应控制镀镍层厚度在10?12 μ m，镀镍层太薄，会影响镀镍层在基材上的覆盖完整性，影响后续电镀；若镀层太厚，则会积聚应力，造成应力集中处镀层开裂。
[0031](11)去膜:采用安美特U-151除油粉40 g/L，温度60°C，将零件置于溶液中浸泡10 min。；
(12)活化:硫酸(H2SO4) 20~30v.v%，温度 30。。，时间 60s。
[0032](13)闪镀金:金3 g/L,无水亚硫酸钠200 g/L,柠檬酸钾100 g/L, pH9，Dk (A/dm2) I ?2 (强烈抖动)，温度 50°C，时间 0.5 ?1.5min。
(14)镀金:金25 g/L，无水亚硫酸钠180 g/L，柠檬酸钾100g/L，氯化钾100g/L，pH9，Dk (A/dm2) 0.3(阴极移动)，温度55°C，时间20min;金厚度为2μπι，可根据不同功能需要控制时间得到不同金层厚度)，脉冲频率(Hz) 1000，通断比1:9。
[0033]实施例3
一种喷射成型硅铝合金(硅含量> 50%)轻质封装材料表面镀覆方法，包括以下步骤:
(1)化学除油:采用安美特U-151除油粉30g/L，温度50°C，将零件置于溶液中浸泡8
mino ；
(2)碱洗:磷酸钠55g/L，碳酸钠50 g/L，温度90。。，时间45s。
[0034](3)去膜:超声波水洗去除硅铝合金材料表面疏松膜层。；
(4)粗化:硝酸(HNO3)500ml/L (体积比)，氟化氢铵(NH4HF) 250g/L (质量体积比)，水(H2O) 500ml/L。温度:22°C，时间 4min ;
(5)去膜:超声波水洗，将材料表面附着疏松膜层去除，以确保后续镀层结合力和外观均匀一致。
[0035](6) 一次浸锌:采用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:I ?1.2min。
[0036](7)去膜:硝酸 500ml/L，水 500ml/L，温度室温，时间 0.8min。
[0037](8) 二次浸锌:采用美坚302沉锌水:200ml/L，去离子水:800ml/L，温度:室温，时间:0.35min。
[0038](9)预镀镍(中磷):硫酸镍25g/L，氯化铵35g/L，柠檬酸钠50g/L，次亚磷酸钠25g/L，pH (用氨水调节)8.8，温度42 °C，时间4min。
[0039](10)化学镀镍(中磷):采用美坚375-1型中磷化学镀镍体系:METEN375-1A60ml/L，METEN375-1B 150ml/L, pH 5，温度88°C，时间40 min。该工序应控制镀镍层厚度在 10 ?12μηι ; (11)去膜:采用安美特u-151除油粉30g/L，温度50°C，将零件置于溶液中浸泡8min。；
(12)活化:硫酸(H2SO4)20~30v.v%，温度 25。。，时间 45s。
[0040](13)闪镀金:金0.2 g/L,无水亚硫酸钠150 g/L,柠檬酸钾90g/L，ρΗ8.9，Dk (A/dm2) I ?2 (强烈抖动)，温度 48°C，时间 Imin0
(14)镀金:金20 g/L,无水亚硫酸钠160g/L，柠檬酸钾90g/L，氯化钾90g/L，pH8.6，Dk(A/dm2) 0.2(阴极移动)，温度52°C，时间20min，金厚度为2 μ m，可根据不同功能需要控制时间得到不同金层厚度)，脉冲频率(Hz) 1000，通断比1:9。
[0041]实施例4
其它内容如实施例1，其中粗化步骤中:用体积比的硝酸200ml/L，氟化氢铵240g/L，水300ml/L进行粗化，温度32°C，粗化时间lmin。
[0042]实施例5
其它内容如实施例1，其中粗化步骤中:用体积比的硝酸700ml/L，氟化氢铵260g/L，水800 ml/L进行粗化，温度25°C，粗化时间5min。
[0043]实施例6
其它内容如实施例1，其中粗化步骤中:用体积比的硝酸300ml/L，氟化氢铵220g/L，水550 ml/L进行粗化，温度18°C，粗化时间4min。
[0044]实施例7
其它内容如实施例1，其中粗化步骤中:用体积比的硝酸500ml/L，氟化氢铵270g/L，水700 ml/L进行粗化，温度18°C，粗化时间2min。
[0045]实施例8
其它内容如实施例1，其中粗化步骤中:用体积比的硝酸450ml/L，氟化氢铵270g/L，水450ml/L，温度24°C，粗化时间3min。
【权利要求】
1.一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，其特征在于:包括以下步骤: (O除油:采用质量体积比的除油粉20?40g/L，温度40?60°C，将零件置于溶液中浸泡6?10 min,用量单位以下相同； (2)碱洗:再用磷酸钠40?80g/L、碳酸钠30?80g/L和水的混合液，进行碱洗，温度80?100°C，时间30?60s，水的用量为使混合液到IL为计算； (3)去膜:超声波水洗去除硅铝合金材料表面疏松膜层； (4)粗化:用体积比的硝酸200?700ml/L，氟化氢铵200?300g/L，水300-800ml/L,温度15?30°C，粗化时间I?5min ； (5)去膜:再用超声波水洗粗化后的零件； (6)一次浸锌:采用沉锌水200ml/L和去离子水800ml/L浸锌，温度为室温，时间I?1.2min ； (7)去膜:用硝酸500ml/L，水500ml/L进行去膜，温度为室温，时间0.5-lmin ； (8)二次浸锌:采用沉锌水200ml/L和去离子水800ml/L第二次浸锌，温度为室温，时间 0.3 ?0.4min ； (9)预镀镍:镀镍液为硫酸镍20?30g/L、氯化铵30?40g/L、柠檬酸钠40?60g/L和次亚磷酸钠20?30g/L的混合液，溶液pH8.5?9，镀镍温度40?45 °C，时间3?5min ； (10)化学镀镍:采用中磷化学镀镍体系:在中磷中浸泡，中磷pH4.7?5.2，温度85 ?91°C，时间 30 ?45 min ； (11)去膜:采用除油粉20?40g/L，温度40?60°C，将零件置于溶液中浸泡5?10min ； (12)活化:硫酸(H2SO4)20-30v.v%，温度 20 ?30。。，时间 30?60s ； (13)闪镀金:金0.1?3 g/L，无水亚硫酸钠100?200 g/L，柠檬酸钾80?100 g/L, ρΗ8.5?9，电流密度DK I?2A/dm2，温度45?50°C，时间0.5?1.5min ； (14)镀金:金15?25g/L,无水亚硫酸钠140?180 g/L,朽1檬酸钾80?100g/L，氯化钾80?100g/L，pH8.5?9，Dk 0.1?0.3 A/dm2阴极移动，温度50?55°C，时间 20min。
2.根据权利要求1中所述的一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，其特征在于:所述步骤(10)中镀镍层厚度为10?12μπι。
3.根据权利要求1中所述的一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，其特征在于:所述步骤(14)中镀金厚度为2 μ m,镀金过程中脉冲频率为1000 (Hz),通断比为1:9。
4.根据权利要求1所述的一种喷射成型硅铝合金轻质封装材料表面镀覆方法，其特征在于:所述步骤(4)中粗化:用体积比的硝酸400?600ml/L，氟化氢铵200?300g/L，水400?600ml/L，温度15?30°C，粗化时间2?5min。
【文档编号】C23C28/02GK104480467SQ201410846399
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】付银辉, 李忠宝, 李元朴 申请人:成都四威高科技产业园有限公司