专利名称：：一种铝碳化硅封装外壳的封接方法
技术领域：
：本发明属于金属材料领域，提供了一种铝碳化硅复合材料(SiCp/Al)用作封装外壳和盖板时的密封封盖方法。适用于微电子封装中混合集成电路、毫米波/微米波集成电路、多芯片组件等微电子器件的封装外壳。
背景技术：
：金属封装是采用金属作为壳体或底座，芯片直接或通过基板安装在外壳或底座上，引线穿过金属壳体或底座大多采用玻璃-金属封接技术的一种电子封装形式。它广泛用于混合电路的封装，主要是军用和定制的专用气密封装，在许多领域，尤其是在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。传统的封装外壳材料可伐合金(kovar)虽然具有合适的CTE，能与硼硅硬玻璃匹配封接，且具有良好的焊接性、加工性，但是由于其热导率低，电阻率高，密度也较大，使其广泛应用受到了很大限制。高体积分数SiCp/Al复合材料不仅比强度高、比刚度高，而且导热性能好、CTE可调、密度较低，这些性能使它成为能替代可伐合金且满足气密封装需要的理想材料。传统的可伐合金外壳进行封盖时，其表面会先后电镀Ni与Au，形成一种Ni/Au双镀层结构，其中镀Ni层与镀金层的厚度分别约为6pm和1.3^n。镀Au层的主要作用为提高镀层的抗腐蚀能力与增加与钎料的润湿性。镀后的可伐合金会用Au-Sn共晶钎料进行焊接。Au-Sn合金所用的原材料系由纯度分别为金99.95%和锡99.99%所组成，其组成比例是Sn:Au=22:78，因此焊料的造价非常昂贵。目前国内相关金属外壳厂所一直没有能把SiCp/Al复合材料真正用于金属外壳上，主要是因为缺乏适用于SiCp/Al复合材料封接的工艺和技术。
发明内容本发明目的是用Sn-Ag-Ni焊料取代传统的Au-Sn合金，同时解决SiCp/Al复合材料封接困难问题，为有关金属外壳厂广泛使用SiCp/Al复合材料作为外壳和盖板材料铺平道路。一种铝碳化硅封装外壳的封接方法，其特征是工艺步骤如下(1)首先在SiCp/Al复合材料表面直接化学镀Ni(P)合金，其中Ni(P)镀层的P质量百分含量为2%~12%，余量为Ni，Ni(P)镀层厚度为1.0~9.(^m。(2)在镀Ni(P)合金后的表面化学镀Ni(B)合金，其中Ni(B)镀层的B质量百分含量为0.5%~4%，余量为Ni，其厚度为0.1~8.0|am。(3)将Ni(P)/Ni(B)双镀层结构的SiCp/Al复合材料用Sn-Ag-Ni焊料钎焊，SiCp/Al复合材料外壳与盖板焊接表面是Ni(P)/Ni(B)双镀层结中间是用Sn-Ag-Ni焊料，如图1所示。焊接条件如下真空度为lxlO—3Pa，焊接温度为240-290。C，焊接时间为2~30分钟。上述工艺的优选范围为(1)首先在SiCp/Al复合材料表面直接化学镀Ni(P)合金，其中Ni(P)镀层的P质量百分含量为4%10%，Ni(P)镀层厚度为3.0~7.(^m。(2)在镀Ni(P)合金后的表面化学镀Ni(B)合金，其中M(P)镀层的P质量百分含量为1%~3%，其厚度为1.0~4.(Vm。(3)将Ni(P)/Ni(B)双镀层结构的SiCp/Al复合材料用Sn-Ag-Ni焊料钎焊。焊接条件如下真空度为lxl(T3Pa，焊接温度为2702卯。C，焊接时间为2~10分钟。由于SiCp/Al复合材料的表面有非金属的SiC颗粒，所以直接在其表面进行电镀Ni比较困难且镀层质量难以保证，所以本发明采用化学镀的方式对SiC乂Al复合材料进行镀覆。同时，由于Ni(B)镀层在抗腐蚀性和与钎料的润湿性方面与Au-Sn焊料相似甚至优于它，本发明采用Ni(P)/Ni(B)双镀层代替传统的Ni/Au电镀双镀层。由于Au-Sn焊料造价昂贵，所以本发明使用Sn-Ag-Ni焊料取代传统的Au-Sn合金。使用Sn-Ag-Ni焊料的另一种优势在于当其与Ni镀层反应时，焊缝中只会生成一种金属间化合物Ni3Sn4，这样就避免了过多的金属间化合物产生而影响到焊接接头的性能。本发明为SiCp/Al复合材料在金属封装中的应用提供了一种简单且经济的工艺制度，封接后的金属外壳具有如下性能指标(1)外壳气密性Slxl(T5Pa'cm3/S;(2)盐雾超过48h;(3)温度循环-65°C+175。C，100次;(4)热冲击-65°C~+150°C，15次；(5)剪切强度26MPa;在150°C时效1000小时后仍能保持在20MPa以上。图1是Ni(P)/Ni(B)双镀层的SiCp/Al复合材料用Sn-Ag-Ni焊料钎焊结构图；图2SiCp/Al复合材料化学镀Ni(P)镀层表面形貌；图3是复合材料化学镀Ni(B)镀层表面形貌；图4焊接接头的微观结构。具体实施例方式下面，再用实施例对本发明作进一步的说明。(1)在SiCp/Al复合材料表面化学镀Ni(P)/Ni(B)的具体工艺流程可以如下表所示机械抛光4化学除油—去离子水洗4酸浸蚀—去离子水洗—敏化—去离子水洗活化—去离子水洗—化学镀Ni(P)—化学镀Ni(B)。其中各步的溶液配方及工艺条件如表1至表5所示，在成功化学镀Ni(P)合金以后，将外壳立即迸行化学镀Ni(B)合金，其镀液配方及工艺参数如表6所示。图2为化学镀Ni(P)和Ni(B)后的镀层表面形貌。表l化学除油配方(室温，30s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2酸浸蚀配方(室温，40s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3敏化液配方(室温，120s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表4活化液配方(室温，120s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表5化学镀Ni(P)镀液配方及工艺<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表6化学镀Ni(B)镀液配方及工艺<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)SiCp/Al复合材料外壳与盖板的焊接将具有Ni(P)/Ni(B)双镀层结构的SiCp/Al复合材料放至真空炉中用Sn-Ag-Ni焊料进行钎焊。其中真空度为1x10—3Pa,焊接温度为280°C，焊接时间为6分钟。焊接接头的微观结构如图3所示，可以看出，焊缝组织中生成了Sn-Ni-B化合物和Ni3Sn4金属间化合物。采用以上工艺封盖的SiCp/Al复合材料外壳均满足气密性、盐雾、温度循环和热冲击等试验要求。剪切强度为26MPa，在150°C时效1000小时后仍能保持在20MPa以上。权利要求1.一种铝碳化硅封装外壳的封接方法，其特征是工艺步骤如下(1)首先在SiCp/Al复合材料表面直接化学镀Ni(P)合金，其中Ni(P)镀层的P质量百分含量为2％～12％，余量为Ni，Ni(P)镀层厚度为1.0～9.0μm；(2)在镀Ni(P)合金后的表面化学镀Ni(B)合金，其中Ni(B)镀层的B质量百分含量为0.5％～4％，余量为Ni，其厚度为0.1～8.0μm；(3)将Ni(P)/Ni(B)双镀层结构的SiCp/Al复合材料用Sn-Ag-Ni焊料钎焊，SiCp/Al复合材料外壳与盖板焊接表面是Ni(P)/Ni(B)双镀层结中间是用Sn-Ag-Ni焊料；工艺焊接条件如下真空度为1×10-3Pa，焊接温度为240～290℃，焊接时间为2～30分钟。2.如权利要求1所述的一种铝碳化硅封装外壳的封接方法，其特征是在SiCp/Al复合材料表面直接化学镀Ni(P)合金，其中Ni(P)镀层的P质量百分含量为4。/^10n/。，Ni(P)镀层厚度为3.07.0,3.如权利要求1所述的一种铝碳化硅封装外壳的封接方法，其特征是在镀Ni(P)合金后的表面化学镀Ni(B)合金，其中Ni(P)镀层的P质量百分含量为1%~3%，其厚度为1.0~4.0pm。4.如权利要求1所述的一种铝碳化硅封装外壳的封接方法，其特征是将Ni(P)/Ni(B)双镀层结构的SiCp/Al复合材料用Sn-Ag-Ni焊料钎焊；焊接条件如下真空度为lxlO—3Pa，焊接温度为270-290。C，焊接时间为2~10分钟。全文摘要本发明属于金属材料领域，提供了一种铝碳化硅复合材料(SiC<sub>p</sub>/Al)用作封装外壳和盖板时的密封封盖方法。适用于微电子封装中混合集成电路、毫米波/微米波集成电路、多芯片组件等微电子器件的封装外壳。本发明首先在SiC<sub>p</sub>/Al复合材料表面进行双层镀覆；再将具有表面镀层的SiC<sub>p</sub>/Al复合材料外壳与盖板用Sn基焊料焊接在一起。本发明不仅大大降低了生产成本，同时还解决SiC<sub>p</sub>/Al复合材料封接困难问题，为有关金属外壳厂广泛使用SiC<sub>p</sub>/Al复合材料作为外壳和盖板材料铺平道路。文档编号H01L21/02GK101293294SQ200810114098公开日2008年10月29日申请日期2008年5月30日优先权日2008年5月30日发明者任淑彬,何新波,茂吴,孟菲菲,曲选辉申请人:北京科技大学