硅鋁合金電鍍金工藝

李華軍

（中電科思儀科技股份有限公司，山東 青島 266555）

金屬封裝殼體作為微波組件的重要組成部分，起著機(jī)械支撐、散熱、信號(hào)傳輸、保護(hù)芯片和基板等重要作用。封裝殼體材料需要與組件內(nèi)部基板的熱膨脹系數(shù)(CTE)匹配，并且要滿足組件的散熱要求。電子封裝用硅鋁合金密度低，熱膨脹系數(shù)與微波組件內(nèi)部的芯片、基板相匹配，散熱性能優(yōu)良，機(jī)加工性能好，非常適合當(dāng)前微波組件的發(fā)展需求，在電子封裝領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力[1]。然而硅鋁合金表面可焊接性能差，為滿足其表面的焊接性能，需要電鍍一層結(jié)合力優(yōu)良、可焊性好的金。由于硅鋁合金的硅含量為11% ~ 70%，而硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)致鍍層的生長(zhǎng)性差，同時(shí)鋁的電極電位低，容易發(fā)生置換反應(yīng)，極易親氧，易形成氧化膜，而且鋁作為兩性金屬易被酸堿過(guò)腐蝕，因此硅鋁合金的電鍍難度高，容易起皮[2]。

本文介紹了一種硅鋁合金電鍍工藝，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)那疤幚砗?，?0% Si–Al合金表面可獲得滿足后續(xù)結(jié)合力及可焊性要求的鍍金層。

1 電鍍過(guò)程

電鍍工藝流程：噴砂→除油→堿蝕→水洗→酸蝕→水洗→沉鋅→水洗→出光→水洗→沉鋅→水洗→化學(xué)鍍鎳→水洗→電鍍金。

1.1 除油

采用市售TOPCLEAN除油劑，質(zhì)量濃度為30 ~ 60 g/L，除油時(shí)間3 ~ 5 min。

1.2 堿蝕

采用市售Uniclean弱腐蝕劑，質(zhì)量濃度為30 ~ 40 g/L，腐蝕時(shí)間5 ~ 15 s。

1.3 酸蝕

硝酸(85%)700 ~ 800 mL/L，酸性蝕鋁劑G 200 ~ 300 mL/L，氫氟酸1 ~ 5 mL/L，浸漬時(shí)間1 ~ 5 min。

1.4 沉鋅

Tribon C-2 400 ~ 600 mL/L，Tribon A-3 8 ~ 12 mL/L，浸漬時(shí)間15 ~ 120 s。

1.5 出光

硝酸(85%)500 mL/L，浸漬時(shí)間5 ~ 30 s。

1.6 化學(xué)鍍鎳

Nichem 1155A 70 mL/L，Nichem 1155B 200 mL/L，pH 4.6 ~ 5.1，溫度86 °C，施鍍時(shí)間40 min。

1.7 電鍍金

金離子3 ~ 6 g/L，Aurolyte CN 200建浴劑(安美特)400 mL/L，Aurolyte CN 200補(bǔ)充劑(安美特)45 mL/L，pH 5.5 ~ 6.5，溫度25 °C，施鍍時(shí)間18 min。

2 電鍍效果

2.1 噴砂處理對(duì)硅鋁合金電鍍層質(zhì)量的影響

硅鋁合金經(jīng)粉末冶金加工成型和機(jī)械加工處理后表面疏松，同時(shí)存在很多微孔(如圖1所示)，在電鍍前處理過(guò)程中容易殘留溶液而導(dǎo)致鍍層起皮，結(jié)合力差。使用300目的玻璃珠在0.15 ~ 0.35 MPa的噴砂壓力和保持噴槍與零件的夾角為30° ~ 45°的情況下對(duì)硅鋁合金進(jìn)行噴砂處理。如圖2所示，經(jīng)噴砂處理后硅鋁合金基體能夠與電鍍層互相咬合，兩者之間的結(jié)合力得以增強(qiáng)。另外，噴砂能提高硅鋁合金表面的致密度，減少前處理溶液的殘留，從而避免電鍍層鼓泡、起皮。

圖1 機(jī)械加工后硅鋁合金的表面形貌Figure 1 Surface morphologies of silicon–aluminum alloy after machining

圖2 經(jīng)噴砂處理后硅鋁合金電鍍層的截面微觀形貌Figure 2 Sectional micromorphology of gold coating electroplated on silicon–aluminum alloy after sandblasting

2.2 酸蝕對(duì)硅鋁合金電鍍層結(jié)合力的影響

鋁是雙性金屬，在除油、堿蝕時(shí)硅鋁合金中的鋁會(huì)被溶解，造成硅鋁合金表面硅的含量提高，而硅不導(dǎo)電且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，會(huì)影響電鍍層的生長(zhǎng)，造成鍍層結(jié)合力不良。普通的鋁合金酸蝕溶液主要為清除鋁合金中的鐵、銅等金屬雜質(zhì)，但是對(duì)硅鋁合金中的硅無(wú)清除作用，易導(dǎo)致電鍍層起皮(如圖3所示)。在酸蝕溶液中加入氫氟酸(氟為非環(huán)?；瘜W(xué)材料，需做好相應(yīng)的無(wú)害化處置工作)，通過(guò)氫氟酸的腐蝕作用將硅清除，有利于后續(xù)沉鋅，提高硅鋁合金基體與電鍍層的結(jié)合力。

圖3 普通酸蝕溶液處理后得到的電鍍層經(jīng)熱震試驗(yàn)后的表面狀態(tài)Figure 3 Surface state of gold coating electroplated with common acid etching as pretreatment after thermal shock test

2.3 效果驗(yàn)證

使用FISCHER XAN 252測(cè)厚儀測(cè)得經(jīng)上述工藝流程電鍍后的硅鋁合金表面鎳、金鍍層的厚度分別為8 μm和1 μm。如圖4所示，電鍍金層表面致密，無(wú)微孔等缺陷。

圖4 硅鋁合金電鍍金層的表面狀態(tài)及微觀形貌Figure 4 Surface state and micromorphology of gold coating electroplated on silicon–aluminum alloy

按照SJ 20130–1992《金屬鍍覆層附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，將試驗(yàn)件放入220 °C的烘箱中保溫30 min，然后放入常溫的水中驟冷，電鍍層未起皮，說(shuō)明其結(jié)合力優(yōu)良。

將焊料放置在鍍后的硅鋁合金基板上，加熱臺(tái)溫度控制在240 °C，加熱時(shí)間30 s，觀察焊料在基板鍍金層上的鋪展情況。如圖5所示，焊料能在電鍍金層表面鋪展，并且致密、無(wú)漏點(diǎn)，說(shuō)明電鍍層的焊接性能滿足后續(xù)共晶焊的要求。

圖5 硅鋁合金電鍍金層的焊接效果Figure 5 Welding effectiveness of gold coating electroplated on silicon–aluminum alloy

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的電鍍工藝穩(wěn)定，獲得的電鍍金層致密、結(jié)合力優(yōu)良，且滿足后續(xù)焊接的要求。目前該工藝已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)，日產(chǎn)能為40 dm2，產(chǎn)品合格率為96%。