一種金屬化陶瓷電鍍方法
【專利摘要】本發明提供了一種金屬化陶瓷電鍍方法，包括步驟1）前處理，使用堿性除油劑和OP清洗待鍍外殼；2）浸酸，用鹽酸溶液浸泡，然后清洗干凈；3）預鍍鎳，在預鍍鎳溶液中鍍鎳，取出用水沖洗干凈；4）鍍鎳，在鎳體系混合溶液中鍍鎳，取出用水沖洗干凈；5）熱處理，在氫氣或氮氣氣氛下，溫度150℃～950℃，熱處理1～4小時；6）鍍層加厚：重復步驟2）到步驟5）；7）金屬零件焊接；8）外殼鍍鎳：重復步驟1）到步驟4）；9）預鍍金；10）鍍金；11）鍍層牢固性測試。優點：采用本發明加工的成品鍍層可滿足牢固性考核要求，從而有效地保證了器件在加工和使用過程中的高可靠性。
【專利說明】
一種金屬化陶瓷電鍍方法
技術領域
[0001] 本發明涉及的是種鎢金屬化氧化鋁陶瓷電鍍鎳金的方法，屬于微電子制造技術領 域。
【背景技術】
[0002] 氧化鋁多層陶瓷封裝外殼因其結構強度高、化學穩定性好、布線密度高、電熱性能 以及微波性能優良。金屬鎢不僅融點高（3410°c)，而且導電、導熱性能優良，所以在高溫共 燒技術上通常作為導電相用于與氧化鋁陶瓷燒實現共燒。在通信、航空航天、汽車和電子消 費品等領域通常需要陶瓷基板或者外殼與金屬進行連接，此外具有耐濕或鹽霧要求。為了 保證在陶瓷與金屬的焊接過程中所使用的焊料對鎢金屬化層層具有良好的浸潤和流散作 用，以改善金屬間的連接狀況，賦予外殼良好的電性能、熱性能，并且耐濕或防腐，通常需要 在燒結的鎢金屬化上沉積鎳和金。鎢金屬化層、沉積鎳和金層因裝配和使用過程中經受470 °C ± 10°C，氮氣氣氛下60s或者450°C ± 10°C，空氣氣氛下120s會產生炸瓷、鼓包和剝離等牢 固性低的問題，從而進一步導致外殼或者器件在使用過程失效。
【發明內容】
[0003] 本發明提出的是一種金屬化陶瓷電鍍方法，鍍覆的鎳厚度為0.5~15μπι，金厚度為 0.1~20μπι，鍍層經受470°C ± 10°C，氮氣氣氛下60s或者450°C ± 10°C，空氣氣氛下120s考 核，滿足牢固性測試要求。
[0004] 本發明的技術解決方案:一種金屬化陶瓷電鍍方法，包括如下工藝步驟： 1) 前處理，從待鍍外殼中抽取樣品測試氧化鋁陶瓷與鎢金屬化層牢固性，使用堿性除 油劑和0P清洗待鍍外殼，控制待鍍外殼在25~100 °C堿性除油劑中除油1~30min，清洗干 凈，然后用0P清洗2~60 min，清洗干凈； 2) 浸酸，用鹽酸溶液浸泡，然后清洗干凈； 3) 預鍍鎳，在預鍍鎳溶液中鍍鎳1~10 min，取出用水沖洗干凈； 4) 鍍鎳，在鎳體系混合溶液中鍍鎳1~20 min，取出用水沖洗干凈； 5) 熱處理，在氫氣或氮氣氣氛下，溫度150°C~950°C，熱處理1~4小時； 6) 鍍層加厚:重復步驟2)到步驟5)，直到鎳層厚度為0.5~ΙΟμπι; 7) 金屬零件焊接； 8) 外殼鍍鎳:重復步驟1)到步驟4);鍍鎳至0.5~15μπι; 9) 預鍍金，在預鍍金溶液中鍍金1~10 min，取出并用水沖洗干凈； 10) 鍍金，在鍍金溶液中鍍金1~30 min，取出并用水沖洗干凈，鎳層厚度為0.5~15μπι， 金層厚度為〇. 1~20μηι; 11) 鍍層牢固性測試。
[0005] 本發明的有益效果： 1)氧化鋁共燒鎢金屬化層厚度5.0~25. Ομπι，鍍覆的鎳厚度為0.5~15μπι，金厚度為0.1 ~20μπι，可保證焊接過程中所使用的焊料對金屬化層層具有良好的浸潤和流散作用，能改 善金屬間的連接狀況，賦予外殼良好的電性能、熱性能，并且耐濕或防腐要求； 2)鎢金屬化層、鍍鎳和鍍金層經470°C ± 10°C，氮氣氣氛下60s或者450°C ± 10°C，空氣 氣氛下120s考核，鎢金屬化層、鍍鎳和鍍金層無炸瓷、鼓泡和剝落等問題，從而保證器件在 加工和使用過程的高可靠性。
【具體實施方式】
[0006] 氧化鋁陶瓷外殼鎢金屬化層鍍覆方法，首先，從待鍍外殼中抽取樣品測試氧化鋁 陶瓷與鎢金屬化層牢固性，然后按照原材料的易獲得性、經濟性、易于管理及環保處理的原 貝1J，使用堿液去油和0P清洗待鍍外殼。控制待鍍外殼在25~100 °C堿性除油劑中除油1~ 30min，清洗干凈，然后用0P清洗2~60 min，清洗干凈。
[0007] 浸酸，為了達到使封裝芯片與環境隔離、提供支撐、散熱和輸入輸出功能，微電子 封裝外殼使用銀-銅合金焊料將多種金屬零件與陶瓷焊接在一起，鹽酸可在室溫下有效地 浸蝕多種金屬以去除氧化層。選用合適的濃度和溫度，對鍍件進行活化處理，將有助于提高 鍍層結合力。控制溶液濃度為10~30%、？!1值為0~4，時間1~20 1^11，溫度20~90°(：，取出 用水沖洗干凈。
[0008] 預鍍鎳通常在氯化鎳和鹽酸的混合溶液中進行，鍍鎳1~10 min，PH在2.6~5.0， 裝配多種金屬零件的微電子封裝外殼將受鍍液侵蝕，零件上的金屬離子進入鍍液，鍍液使 用壽命降低，無論是從防腐的角度，還是為了提高鍍層與基體的結合強度，微電子封裝外殼 在鍍鎳前普遍采用提高外殼與鎳離子的電極電位差進行預鍍鎳，電流密度0.1~20.0 A/dm 2,溫度20~80°C，取出用水沖洗干凈。
[0009] 鍍鎳，電沉積鎳溶液的種類很多，主要有硫酸鎳溶液、氯化鎳溶液、瓦特鎳溶液和 氨基磺酸鎳溶液。其中氨基磺酸鎳溶液沉積速度快，結晶細致，鍍液分散性好，可獲得低應 力和柔韌性好的厚鍍層。本發明在氨基磺酸鎳體系混合溶液中鍍鎳1~20 min，控制用鎳濃 度為75~80g/L，PH 2.6~5.0,電流密度0.1~20.OA/dm 2，溫度30~60°C，取出用水沖洗干 凈。
[0010] 熱處理，為提高鍍層與基體的結合強度、降低鍍層內應力、消除氫脆等問題，本發 明在保護性氣氛，溫度為150° C~950° C，1~4小時退火處理。
[0011]鍍層加厚，為了使陶瓷底座與金屬零件焊接過程中所使用的焊料對鎢金屬化層具 有良好的浸潤和流散作用，以改善金屬間的連接狀況，以及達到防腐和耐環境考核等要求， 采用上述工藝步驟，將陶瓷底座鍍鎳至〇·5μπι~ΙΟμπι。
[0012]金屬零件焊接，采用專用模具定位、銀銅焊料和常規釬焊工藝實現陶瓷底座和金 屬零件的氣密封接。為了避免金屬零件焊接以及中轉過程外殼氧化、環境污染，為鍍金層提 供一個干凈、連續的表面、采用上述前處理、浸酸、預鍍鎳和鍍鎳工藝步驟鍍鎳至0.5~15μ m〇
[0013] 預鍍金，在金含量1~3g/L，pH為3.5~4.5,比重為11~14 Be的預鍍金溶液中，按 照電流密度1~2A/dm2，預鍍金1~10 min，取出用水沖洗干凈。
[0014] 鍍金，用金含量6~8g/L，pH為5.0~7.0,比重為11~16 Be的鍍金溶液，按照電流 密度0.1~2A/dm2,鍍金1~30 min，取出用水沖洗并烘干。用470°C±10°C，氮氣氣氛下60s 或者450°C±10°C，空氣氣氛下12〇8測試鍍層牢固性。 實施例
[0015]本發明涉及的非常適合用于制備微波通信系統、廣播電視發射、雷達、導航系統等 微波和高頻電子電路和器件用氧化鋁陶瓷外殼鎢金屬化層的鍍覆方法，可保證在陶瓷與金 屬的焊接過程中所使用的焊料對鎢金屬化層層具有良好的浸潤和流散作用，以改善金屬間 的連接狀況，并且耐濕或鹽霧，沉積的鎳和金滿足470 °C± 10 °C，氮氣氣氛下60s或者450 °C ±10°C，空氣氣氛下120s牢固性考核，具體氧化鋁陶瓷外殼鎢金屬化層鍍覆方法，包括： a) 前處理，從待鍍抽取樣品并將的外殼預熱到250°C，然后放在通入空氣的加熱器中， 加熱到450°C ± 10°C，120s后將外殼從加熱器中取出，在空氣中冷卻至室溫，氧化鋁陶瓷鎢 金屬化層無炸瓷、剝落和起皮。待鍍外殼在60°C，50g/L堿性除油劑中除油lOmin，清洗干凈， 然后在含氫氧化鈉 l〇g/L，0P乳化劑3g/L，偏磷酸三鈉20g//L的溶液，55 °C，清洗2分鐘，清洗 干凈； b) 浸酸，用鹽酸溶液浸泡，控制溶液濃度為30%、pH值為0~4，時間2 min，溫度35°C，取 出用水沖洗干凈； c) 預鍍鎳，工藝參數控制如下： 氯化鎳l〇〇g/L， 鹽酸 125ml/L， 硼酸3g/L, 溫度50°C,時間5min, 電流密度JK 10.0A/dm2; d) 鍍鎳，工藝參數控制如下：
， e) 熱處理，為提高鍍層與基體的結合強度、降低鍍層內應力、消除氫脆等問題，本發明 在氫氣或氮氣氣氛下，經150°C~950°C，1小時退火處理； f) 鍍層加厚，重復步驟a到步驟e，直到鎳層厚度為0.5~ΙΟμπι; g) 采用專用模具定位、銀銅焊料和常規釬焊工藝實現陶瓷底座和金屬零件的氣密封 接； h) 為了避免金屬零件焊接以及中轉過程外殼氧化、環境污染，為鍍金層提供一個干凈、 連續的表面、采用上述前處理、浸酸、預鍍鎳和鍍鎳工藝步驟鍍鎳至0.5~15μπι; i) 預鍍金，工藝參數控制如下：
【主權項】
1. 一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟： 1) 前處理，從待鍍外殼中抽取樣品測試氧化鋁陶瓷與鎢金屬化層牢固性，使用堿性除 油劑和OP清洗待鍍外殼，控制待鍍外殼在25~100 °C堿性除油劑中除油1~30min，清洗干 凈，然后用OP清洗2~60 min，清洗干凈； 2) 浸酸，用鹽酸溶液浸泡，然后清洗干凈； 3 )預鍍鎳，在預鍍鎳溶液中鍍鎳1~10 min，取出用水沖洗干凈； 4) 鍍鎳，在鎳體系混合溶液中鍍鎳1~20 min，取出用水沖洗干凈； 5) 熱處理，在氫氣或氮氣氣氛下，溫度150°C~950°C，熱處理1~4小時； 6) 鍍層加厚:重復步驟2)到步驟5)，直到鎳層厚度為0.5~ΙΟμπι; 7) 金屬零件焊接； 8) 外殼鍍鎳:重復步驟1)到步驟4)，鍍鎳至0.5~15μπι; 9) 預鍍金，在預鍍金溶液中鍍金1~10 min，取出并用水沖洗干凈； 10) 鍍金，在鍍金溶液中鍍金1~30 min，取出并用水沖洗干凈，鎳層厚度為0.5~15μπι， 金層厚度為〇. 1~20μηι; 11) 鍍層牢固性測試。2. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是所述步驟1)前處理，從 待鍍外殼中抽取樣品，將外殼預熱到250°C~300°C，然后放在通入空氣的加熱器中，加熱到 450°C±10°C，120s后將外殼從加熱器中取出，在空氣中冷卻至室溫，氧化鋁陶瓷鎢金屬化 層無炸瓷、鼓包和剝落等問題，將待鍍外殼在25~100 °C堿性除油劑中除油1~30min，清洗 干凈，然后用OP清洗2~60min，清洗干凈。3. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟2)浸酸，用鹽 酸溶液浸泡，控制溶液濃度為10~30 %、pH值為0~4，時間1~20 min，溫度20~90°C，取出 用水沖洗干凈。4. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟3)預鍍鎳，在 氯化鎳和鹽酸的混合溶液鍍鎳1~10 min，控制用鎳濃度為75~80g/L，PH 2.6~5.0，電流 密度0.1~20.0 A/dm2，溫度20~80°C，取出用水沖洗干凈。5. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟4)鍍鎳，在氨 基磺酸鎳溶液中鍍鎳1~20 min，控制用鎳濃度為75~80g/L，PH 2.6~5.0，電流密度0.1~ 20.0 A/dm2，溫度30~60°C，取出用水沖洗干凈。6. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟9)預鍍金：用 金含量1~3g/L，pH為3.5~4.5，比重為11~14 Be的預鍍金溶液，按照電流密度1~2A/dm 2,預鍍金1~10 min。7. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟10)鍍金:用金 含量6~8g/L，pH為5 · 0~7 · 0，比重為11~16 Be的鍍金溶液，按照電流密度0 · 1~2A/dm2， 鍍金1~30 min，取出用水沖洗并烘干。8. 根據權利要求1所述的一種金屬化陶瓷電鍍方法，其特征是工藝步驟11)鍍層牢固性 測試:鎢金屬化層、鍍鎳和鍍金層經470°C ± 10°C，氮氣氣氛下60s或者450°C ± 10°C，空氣氣 氛下120s考核，無炸瓷、鼓泡和剝落問題。
【文檔編號】C25D5/38GK105887149SQ201610361761
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】謝新根, 唐利鋒, 檀曉海, 程凱
【申請人】中國電子科技集團公司第五十五研究所