专利名称：一种电子封装外壳电镀镍钴合金方法
技术领域：
本发明涉及一种电镀镍钴合金的方法，尤其是一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法。
背景技术：
电镀镍钴合金在工业应用中通常作为装饰合金与磁性合金。钴含量30%以下的镍钴合金具有白色金属外观，硬度适中，有良好的耐磨性和化学稳定性。目前，在国内公开的电子工业应用主要用于计算机存贮系统的磁盘、磁鼓的表面磁性镀层。从20世纪90年代起，一些国家先后在陶瓷封装中采用w (Co) 5% 40%的镍钴合金镀层代替镍镀层。镍钴合金是比镍更为有效的扩散阻挡层。本发明研究开发了一种电镀镍钴合金工艺，本工艺应用于电子封装外壳的生产制造中，将镍钴合金镀层作为电子封装外壳镀金层的底镀层，可有 效改善电子封装外壳芯片高温焊接的可靠性，并提高其抗高温变色能力，有效避免由纯镍作为金层底镀层时的脆性开裂问题和高温下镍向金层表面扩散问题，提高陶瓷封装外壳的性能及可靠性等级。针对电子封装外壳应用要求，镍钴合金中的钴含量是至关重要的，本发明通过电镀镍钴合金镀液配制、电镀电流密度控制，实现镍钴合金镀层中钴含量的控制，达到电子封装外壳应用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，镍钴镀层钴含量可稳定控制于15% 30%之间，能够满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(1)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极为电解镍板，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20180 220 g/L
H3BO335 45g/L
NaCl10 18g/L
CoSO4 · 7H20 3 8g/L ；
电镀条件为pH为5 6电流密度为I 2A/dm2 温度为50 60°C ;
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。阳极电解镍板的纯度为99. 99%。电镀液中CoSO4 · 7H20的最佳含量为5g/L。最佳电流密度为lA/dm2。使用本发明的电镀液和电镀条件进行样品镀覆，其镍钴镀层钴含量可稳定控制于15% 30%之间，能够满足电子封装外壳芯片可靠焊接的理论最小钴含量10. 5%的理论分析值要求。电镀镍钴溶液采用硫酸镍和硫酸钴为提供两种金属离子的主盐，两种主盐的优点是价格便宜，易于采购，质量可靠。镀液采用硼酸为PH缓冲剂，氯化钠为阳极活化剂，此两种镀液添加剂为镀镍溶液应用成熟的添加剂，稳定可靠。采用99. 99%的高纯电解镍板做为阳极，避免金属杂质引入。硼酸的作用是缓冲镀液的PH，其含量范围是与镀液需控制的PH值有关的，配方中的浓度范围能够保证镀液的PH值在5 6范围内，并且在此范围内起到较好的PH缓冲作用。硼酸的含量过高会造成溶液PH值降低，PH值缓冲范围向低值偏移，硼酸含量过低则造成镀液PH值升高，PH值缓冲范围向高值偏移，这样会导致镀液PH值超出工艺参数要求，影响镀液镀覆性能。氯化钠的作用是阳极活化剂，防止阳极(电解镍板)在镀覆过程中钝化，促进镍板正常溶解。氯化钠浓度过低，不能很好的保证阳极镍板的活性，会发生钝化现象；氯化钠浓度过高又会造成阳极板过腐蚀，造成镀层起毛刺等问题。 以上两种盐的浓度范围是经过大量试验对比得出的适合本发明的最佳范围，既能保证镀液的稳定性，又能保证镍钴镀层的质量可靠性。开缸镀液即是第一次配制好的镀液，第一次镀覆使用的镀液。每次按照配方要求配制的新镀液都叫开缸镀液。一、镀层钴含量的控制技术
本发明的电镀镍钴溶液系统中，其镀层钴含量主要依靠镀液中钴盐浓度进行控制，钴盐浓度变化，则镀层中沉积的钴含量也会相应发生变化。此外，由于镀液中共存两种金属离子(镍离子和钴离子)，二者的沉积电位是有差别的，镍的电极电位为-O. 250V，钴的电极电位为-O. 277V，在镀覆过程中，电流密度的变化也会引起镍钴沉积比例变化。以上两种因素的变化决定了镀层中钴含量的变化，因此，分别对镀液中钴盐浓度、镀覆电流密度与镀层中的钴含量对应关系进行研究，得出最佳工艺参数控制范围。由附图I可知，随着镀液中钴盐浓度的提高，镀层中的钴含量相应提高，当镀液中钴盐浓度达到4g/L后，镀层中的钴含量变化变缓，相对较稳定，其中NiSO4 · 6H20的含量为200g/L，H3BO3的含量为40g/L，NaCl的含量为15g/L，电镀条件为pH为5，电流密度为IA/dm2，温度为50°C ;结合镀液成本考虑，开缸镀液配方中钴盐浓度以5g/L为最佳，既保证镀层中钴含量稳定，又便于节约钴盐用量，镀液中钴盐浓度用化学滴定分析方法进行控制，当本发明镀液和电镀条件其它给定参数在上述范围变化时钴盐浓度5g/L都为最佳值。由附图2可知，在试验的全部电流密度参数中，镀层钴含量均能满足> 10. 5%的要求，因此，相对来说电流密度参数对镀层钴含量影响相对较小。电流密度在I. 5 2 A/dm2区间内，镀层中钴含量变化平稳，但在开发镀液体系决定下，高电流密度不利于镀层厚度均匀性，较低电流密度又会引起镀层外观变化，如在O. 5 A/dm2电流密度下，镀层出现发暗，并有针孔，其中NiSO4 · 6H20的含量为200 g/L, H3BO3的含量为40g/L, NaCl的含量为15g/L，CoSO4 ·7Η20 5g/L，电镀条件为pH为5，温度为50°C。综合研究电流密度最佳控制点，以IA/dm2为宜，在此电流密度下，镀层钴含量能够符合芯片可靠焊接要求，同时镀层沉积均匀，结晶良好，外观白亮。当本发明镀液和电镀条件其它给定参数在上述范围变化时电流密度I A/dm2都为最佳值。
本发明所用镍钴镀层是应用了镍钴镀层的防异种金属扩散的阻挡性，是根据电子封装外壳自身材料结构特点及后续应用条件所开发的特种镀层。电子封装外壳需要进行420°C烧结硅芯片，在420°C高温作用下，硅芯片中的硅会扩散到电子封装外壳的镀镍层中，导致镍镀层脆化开裂，而在电子封装外壳镀层中引入镍钴镀层后，镍钴镀层可以防止硅的热扩散，从而防止外壳镀层结构中出现镍镀层脆性开裂问题，提高其应用可靠性。电子封装外壳后续应用中会有300°C，30min的烘烤过程，在此条件下，外壳镀镍层中的镍会快速扩散到外壳表面的镀金层中，影响镀金层功能应用，加入镍钴镀层，镍钴镀层中的镍会受到钴的束缚，能够保证在外壳后续高温应用条件下，不发生影响金层功能的扩散，从而提高外壳应用可靠性。电子封装外壳是由多种材料组成，大体可分为两类，一类为金属材料，常用金属为可伐合金(铁、钴、镍合金)、无氧铜；另一类为陶瓷材料，陶瓷为氧化铝陶瓷，表面烧结导电的钨金属浆料，钨金属浆料表面先镀覆有一层电镀纯镍或化学镀镍磷合金，其上再镀覆镍 钴。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明的电镀液和电镀条件进行样品镀覆，镍钴镀层钴含量可稳定控制于15% 30%之间，能够满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。开缸镀液配方中钴盐浓度为5g/L时镀层钴含量稳定，又便于节约钴盐用量；电流密度I A/dm2时镀层钴含量能够符合芯片可靠焊接要求，同时镀层沉积均匀，结晶良好，外观白亮。在电子封装外壳镀层中弓丨入镍钴镀层后，镍钴镀层可以防止硅的热扩散，从而防止外壳镀层结构中出现镍镀层脆性开裂问题，提高其应用可靠性。镍钴镀层中的镍会受到钴的束缚，能够保证在外壳后续高温应用条件下，不发生影响金层功能的扩散，从而提高外壳应用可靠性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图I是镀液钴盐浓度与镀层钴含量的对应关系曲线；
图2是电流密度与镀层钴含量的对应曲线。
具体实施例方式实施例I
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(I)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20200 g/1
H3BO340g/L
NaCl15g/L
CoSO4 · 7H20 5g/L ；电镀条件为pH为5电流密度为lA/dm2温度为50°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为24. 9%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。实施例2
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(I)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为NiSO4 · 6H20180 g/L
H3BO345g/L
NaCl10g/L
CoSO4 · 7H20 3g/L ；
电镀条件为pH为6电流密度为I. 5A/dm2温度为60°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为17. 3%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。实施例3
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(I)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20220 g/L
H3BO335g/L
NaCl18g/L
CoSO4 · 7H20 8g/L ；
电镀条件为pH为5电流密度为lA/dm2温度为60°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为26. 9%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。实施例4
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(I)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20190 g/L
H3BO342g/L
NaCl16g/L
CoSO4 · 7H20 4g/L ；
电镀条件为pH为5. 5电流密度为I. 5A/dm2 温度为50°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为23. 3%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。
实施例5
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(1)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20210 g/L
H3BO338g/L
NaCl14g/L
CoSO4 · 7H20 6g/L ；
电镀条件为pH为5电流密度为lA/dm2温度为50°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为24. 2%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。实施例6
一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(I)将待镀电子封装外壳(材料为可伐合金+陶瓷钨金属化)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极电解镍板的纯度为99. 99%，
电镀液的组成为
NiSO4 · 6H20200 g/L
H3BO341 g/L
NaCl16g/L
CoSO4 · 7H20 5g/L ；
电镀条件为pH为5电流密度为lA/dm2温度为50°C ；
(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。镍钴镀层钴含量为25. 3%，满足镀层钴含量> 10. 5%的理论分析值要求。
权利要求
1.一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，其特征在于包括以下步骤(I)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极为电解镍板， 电镀液的组成为 NiSO4 · 6H20180 220 g/L H3BO335 45g/L NaCl10 18g/L CoSO4 · 7H20 3 8g/L ； 电镀条件为pH为5 6电流密度为I 2A/dm2 温度为50 60°C ; (6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。
2.如权利要求I所述的电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，其特征在于阳极电解镍板的纯度为99. 99%。
3.如权利要求I所述的电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，其特征在于电镀液中CoSO4 · 7H20 的含量为 5g/L。
4.如权利要求I所述的电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，其特征在于电流密度为IA/dm2。
全文摘要
本发明公开了一种电子封装外壳电镀镍钴合金的方法，包括以下步骤(1)进行镀前检查和镀前准备；(2)镀前处理对待镀表面进行清洗；(3)预镀镍；(4)镀镍；(5)镀镍钴阳极为电解镍板，电镀液的组成为NiSO4·6H2O180～220g/L，H3BO335～45g/L，NaCl10～18g/L，CoSO4·7H2O3～8g/L；电镀条件为pH为5～6，电流密度为1～2A/dm2，温度为50～60℃；(6)预镀金；(7)镀金；(8)后处理。本发明的电镀液和电镀条件进行样品镀覆，镍钴镀层钴含量可稳定控制于15%～30%之间，能够满足镀层钴含量≥10.5％的理论分析值要求。
文档编号C25D3/56GK102943290SQ201210486279
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者刘圣迁 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所