CN110528038B - 一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括如下步骤：将外壳放入碱性除油溶液中清洗；将外壳放入酸洗液中清洗；将外壳放入蚀刻液中处理；将外壳放入酸洗液中清洗；将外壳放入活化液中进行镀前活化；在外壳表面电镀一层薄镍；在外壳表面电镀一层厚镍；在外壳表面电镀一层厚金；用高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。本发明对封装外壳用铜面热沉进行镀前的蚀刻，蚀刻液沿着晶界进行腐蚀，使得铜表面形成晶格花纹状，后续在此基础上进行镀镍镀金后，其表面的焊接性能及焊接良率大幅提高；蚀刻溶液沿着晶界腐蚀，对铜面其他区域和外壳的其他材料无损，蚀刻时间的范围较大。

Description

一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，特别是一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法。
背景技术
铜面热沉材料，常见的如无氧铜、铜-钼-铜、铜-钼铜-铜、铜-钨铜-铜及表面覆铜皮等热沉材料，以其高热导率、低热膨胀系数、易加工等优点，已广泛成为理想的电子封装用热沉材料，是封装材料领域的研究热点。特别是用于大功率器件的封装，其高热导率满足了即时快速大量散热的要求，添加相对少量的低热膨胀相即可获得与芯片匹配的热膨胀系数，更好地保持铜基体的高热导率。针对铜面热沉，通过材料加工生产工艺控制得到表面晶格花纹状的表面状态，后续镀镍镀金后，有利于让后续的如金锡、金硅、金锗、铟、铟铅、铟锡等焊接焊料沿着晶格花纹的晶界进行扩展润湿，焊接效果良好，焊接可靠性高。
然而，由于不同厂家对材料的加工方式、工艺都不一样，对于封装外壳生产厂家来说，如何在原材料不一致或不稳定的情况下控制铜基热沉材料表面的镀层可靠性，以达到后续封测过程中的芯片焊接性能和良率，是急需要解决的一个工艺问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，通过对铜表面进行的化学蚀刻处理，蚀刻液对铜材料沿着晶界进行腐蚀，得到晶格花纹状的铜表面状态，后续镀镍镀金后，得到晶格花纹状的镀层，进而提高后续的焊接性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括如下步骤：
（1）碱性除油：将外壳放入碱性除油溶液中清洗，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
（2）酸洗：将外壳放入酸洗液中清洗，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
（3）蚀刻：将外壳放入蚀刻液中处理，蚀刻后用去离子水清洗干净；
（4）酸洗：将外壳放入酸洗液中清洗，酸洗后用去离子水清洗干净；
（5）活化：将外壳放入活化液中进行镀前活化；
（6）预镀镍：在外壳表面电镀一层镍，镀镍后用去离子水清洗干净；
（7）镀镍：在外壳表面镀镍，镀镍后用去离子水清洗干净；
（8）镀金：在外壳表面电镀一层金，镀金后用去离子水清洗干净；
（9）烘干：用高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）对电子封装外壳用铜面热沉进行镀前的蚀刻，蚀刻液沿着晶界进行腐蚀，使得铜面形成晶格花纹状，后续在此基础上进行镀镍镀金后，其表面的焊接性能及焊接良率大幅提高；（2）蚀刻溶液主要沿着晶界腐蚀，对铜表面其他区域腐蚀速度缓慢，蚀刻时间的范围较大，适合批产；（3）成本低，简单易行，无环境污染；（4）对于提高铜基电子封装外壳镀金后的焊接性能，效果显著。
附图说明
图1为本发明的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括如下步骤：
（1）碱性除油：将外壳放入60-80℃的碱性除油溶液中清洗5-15min，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
（2）酸洗：将外壳放入60-80℃的酸洗液中清洗5-15min，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
（3）蚀刻：将外壳放入40-60℃的蚀刻液中蚀刻10-30min，蚀刻后用去离子水清洗干净；
（4）酸洗：将外壳放入20-40℃的酸洗液中清洗5-10min，酸洗后用去离子水清洗干净；
（5）活化：将外壳放入30-50℃的活化液中进行2-4min的镀前活化；
（6）预镀镍：将外壳放入30-50℃预镀镍溶液中电镀2-4min，镀镍后用去离子水清洗干净；
（7）镀镍：将外壳放入50-60℃镀镍溶液中电镀30-50min，镀镍后用去离子水清洗干净；
（8）镀金：将外壳放入60-80℃镀金溶液中电镀20-40min，镀金后用去离子水清洗干净；
（9）烘干：用100-120℃的高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
进一步的，步骤（1）中的除油所使用的溶液为浓度40~60g/L的化学除油粉。
进一步的，步骤（2）中的酸洗所使用的溶液为5-10mL/L的OP乳化剂、75-150g/L的硫脲、按100-200mL/L的硫酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用，酸洗后用自来水清洗干净。
进一步的，步骤（3）中的蚀刻液为水溶液，其制备方法是先将100-300 mL/L酸洗剂A和200-400mL/L酸洗剂B和10-50mL/L氧化剂溶液混合均匀，混合液总体积310-750mL，余量为水加至1000mL，再将20-60g的缓蚀剂加入到水中，搅拌至完全溶解，所得即为蚀刻溶液。
酸洗剂A选用36-38wt%盐酸，酸洗剂B选用36-38wt%盐酸或83-98wt%磷酸或90-98wt%冰乙酸，所述的氧化剂选用双氧水或高碘酸或高铁酸钠，缓蚀剂选用3-硝基苯磺酸钠或者乙二胺四乙酸二钠或乙酸钠。蚀刻时蚀刻溶液的适宜温度40-60℃，蚀刻时间控制为10-30min，不宜超过30min。
进一步的，步骤（4）中的酸洗所使用的溶液100-200mL/L的36-38wt%盐酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用。
进一步的，步骤（5）中的活化所使用的溶液300-600mL/L的36-38wt%盐酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用。
进一步的，步骤（6）中的预镀镍溶液为，浓度为200~300g/L的氯化镍、浓度为100~300 mL/L的36-38wt%盐酸组成的水溶液，阴极电流密度为4~8A/dm2，阳极采用纯度为99.99%的电解镍板。
进一步的，步骤（7）中的镀镍溶液为，含镍离子浓度为60~100g/L的氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2、浓度为15~30g/L的氯化镍、浓度为20~40 mL/L的硼酸H3BO3、浓度为5~25 mL/L的光亮剂组成的水溶液，所述溶液pH值为3~5，阴极电流密度为1~3 A/dm2，阳极采用含硫镍板。
进一步的，步骤（8）中的镀金溶液为，10-20g/L的氰化金钾KAu(CN)2、200-400g/L的亚硫酸铵(NH4)2SO3、50-100g/L的柠檬酸三钾C6H5O7K3·H2O组成的水溶液，所述溶液pH值为7~9，阴极电流密度为0.2~0.6 A/dm2，阳极采用铂金钛网。
本发明提供一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，通过对铜表面进行的化学蚀刻处理，蚀刻液对铜材料沿着晶界进行腐蚀，得到晶格花纹状的铜表面状态，后续镀镍镀金后，得到晶格花纹状的镀层，进而提高后续的焊接性能，这种处理方式对可伐、陶瓷、金属化（钨浆、钼锰浆）等及其他材料不产生腐蚀危害。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括以下步骤：
①碱性除油：碱性除油为水溶液，其中含有40 g/L的化学除油粉，将钎焊半成品外壳放入60℃的碱性除油溶液中清洗5min，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
②酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有：5mL/L的OP乳化剂、75g/L的硫脲、100mL/L的硫酸，将水洗的外壳放入60℃的酸洗液中清洗5min，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
③蚀刻：蚀刻溶液为水溶液，其中含有：100mL/L的酸洗剂A、200mL/L的酸洗剂B、10mL/L的氧化剂、20g/L的缓蚀剂，所述溶液温度为40℃，将水洗后的外壳浸入蚀刻溶液处理10min，蚀刻后用去离子水清洗干净；
④酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有100mL/L的36wt%盐酸，将外壳放入20℃的酸洗液中活化5min，酸洗后用去离子水清洗干净；
⑤活化：活化溶液为水溶液，其中含有300mL/L的36wt%盐酸，将外壳放入30℃的酸洗液中活化2min；
⑥预镀镍：预镀镍为水溶液，其中含有：200g/L的氯化镍、浓度为100 mL/L的36wt%盐酸，所述溶液的温度为30℃，阴极电流密度为4A/dm2，阳极采用纯度为99.99%的电解镍板，镀镍时间为2min；
⑦镀镍：镀镍溶液为水溶液，其中含有：镍离子浓度为60g/L的氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2、浓度为15g/L的氯化镍、浓度为20 mL/L的硼酸H3BO3、浓度为5 mL/L的光亮剂，所述溶液温度为50℃，pH值为3，阴极电流密度为1 A/dm2，阳极采用含硫镍板，镀镍时间30min，镀镍后用去离子水清洗干净；
⑧镀金：镀金溶液为水溶液，其中含有：10g/L的氰化金钾KAu(CN)2、200g/L的亚硫酸铵(NH4)2SO3、50g/L的柠檬酸三钾C6H5O7K3·H2O，所述溶液温度为60℃，pH值为7，阴极电流密度为0.2 A/dm2，阳极采用铂金钛网，镀金时间为20min，镀金后用去离子水清洗干净；
⑨烘干：用100℃的高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
实施例2
一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括以下步骤：
①碱性除油：碱性除油为水溶液，其中含有60 g/L的化学除油粉，将钎焊半成品外壳放入80℃的碱性除油溶液中清洗15min，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
②酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有：10mL/L的OP乳化剂、150g/L的硫脲、200mL/L的硫酸，将水洗的外壳放入80℃的酸洗液中清洗15min，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
③蚀刻：蚀刻溶液为水溶液，其中含有：300mL/L的酸洗剂A、400mL/L的酸洗剂B、50mL/L的氧化剂、60g/L的缓蚀剂，所述溶液温度为60℃，将水洗后的外壳浸入蚀刻溶液处理30min，蚀刻后用去离子水清洗干净；
④酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有200mL/L的38wt%盐酸，将外壳放入40℃的酸洗液中活化10min，酸洗后用去离子水清洗干净；
⑤活化：活化溶液为水溶液，其中含有600mL/L的38wt%盐酸，将外壳放入50℃的酸洗液中活化4min；
⑥预镀镍：预镀镍为水溶液，其中含有：300g/L的氯化镍、浓度为300 mL/L的38wt%盐酸，所述溶液的温度为50℃，阴极电流密度为8A/dm2，阳极采用纯度为99.99%的电解镍板，镀镍时间为4min；
⑦镀镍：镀镍溶液为水溶液，其中含有：镍离子浓度为100g/L的氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2、浓度为30g/L的氯化镍、浓度为40 mL/L的硼酸H3BO3、浓度为25mL/L的光亮剂，所述溶液温度为60℃，pH值为5，阴极电流密度为3 A/dm2，阳极采用含硫镍板，镀镍时间50min，镀镍后用去离子水清洗干净；
⑧镀金：镀金溶液为水溶液，其中含有：20g/L的氰化金钾KAu(CN)2、400g/L的亚硫酸铵(NH4)2SO3、100g/L的柠檬酸三钾C6H5O7K3·H2O，所述溶液温度为80℃，pH值为9，阴极电流密度为0.6A/dm2，阳极采用铂金钛网，镀金时间为40min，镀金后用去离子水清洗干净；
⑨烘干：用120℃的高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
实施例3
一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，包括以下步骤：
①碱性除油：碱性除油为水溶液，其中含有50 g/L的化学除油粉，将钎焊半成品外壳放入70℃的碱性除油溶液中清洗10min，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
②酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有：8mL/L的OP乳化剂、110g/L的硫脲、150mL/L的硫酸，将水洗的外壳放入70℃的酸洗液中清洗10min，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
③蚀刻：蚀刻溶液为水溶液，其中含有：200mL/L的酸洗剂A、300mL/L的酸洗剂B、30mL/L的氧化剂、40g/L的缓蚀剂，所述溶液温度为50℃，将水洗后的外壳浸入蚀刻溶液处理20min，蚀刻后用去离子水清洗干净；
④酸洗：酸洗溶液为水溶液，其中含有150mL/L的37wt%盐酸，将外壳放入30℃的酸洗液中活化8min，酸洗后用去离子水清洗干净；
⑤活化：活化溶液为水溶液，其中含有450mL/L的37wt%盐酸，将外壳放入40℃的酸洗液中活化3min；
⑥预镀镍：预镀镍为水溶液，其中含有：250g/L的氯化镍、浓度为200 mL/L的37wt%盐酸，所述溶液的温度为40℃，阴极电流密度为6A/dm2，阳极采用纯度为99.99%的电解镍板，镀镍时间为3min；
⑦镀镍：镀镍溶液为水溶液，其中含有：镍离子浓度为80g/L的氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2、浓度为22g/L的氯化镍、浓度为30 mL/L的硼酸H3BO3、浓度为15mL/L的光亮剂，所述溶液温度为55℃，pH值为4，阴极电流密度为2 A/dm2，阳极采用含硫镍板，镀镍时间40min，镀镍后用去离子水清洗干净；
⑧镀金：镀金溶液为水溶液，其中含有：15g/L的氰化金钾KAu(CN)2、300g/L的亚硫酸铵(NH4)2SO3、75g/L的柠檬酸三钾C6H5O7K3·H2O，所述溶液温度为70℃，pH值为8，阴极电流密度为0.4A/dm2，阳极采用铂金钛网，镀金时间为30min，镀金后用去离子水清洗干净；
⑨烘干：用110℃的高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)碱性除油：将外壳放入碱性除油溶液中清洗，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
(2)酸洗：将外壳放入酸洗液中清洗，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；
(3)蚀刻：将外壳放入蚀刻液中处理，蚀刻后用去离子水清洗干净；
所述蚀刻液为水溶液，其制备方法是先将100-300mL/L酸洗剂A和200-400mL/L酸洗剂B和10-50mL/L氧化剂溶液混合均匀，混合液总体积310-750mL，余量为水加至1000mL，再将100-200g的缓蚀剂加入到水中，搅拌至完全溶解，所得即为蚀刻溶液；
所述酸洗剂A选用36-38wt％盐酸，酸洗剂B选用36-38wt％盐酸或83-98wt％磷酸或90-98wt％冰乙酸；所述氧化剂选用双氧水或高碘酸或高铁酸钠；所述缓蚀剂选用3-硝基苯磺酸钠或者乙二胺四乙酸二钠或乙酸钠；
(4)酸洗：将外壳放入酸洗液中清洗，酸洗后用去离子水清洗干净；
(5)活化：将外壳放入活化液中进行镀前活化；
(6)预镀镍：在外壳表面电镀一层镍，镀镍后用去离子水清洗干净；
(7)镀镍：在外壳表面镀镍，镀镍后用去离子水清洗干净；
(8)镀金：在外壳表面电镀一层金，镀金后用去离子水清洗干净；
(9)烘干：用高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
2.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(3)刻蚀的具体方法为：将外壳放入40-60℃的蚀刻液中蚀刻10-30min，蚀刻后用去离子水清洗干净。
3.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(1)将外壳放入60-80℃的碱性除油溶液中清洗5-15min，除油后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；碱性除油溶液为浓度40～60g/L的化学除油粉。
4.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(2)将外壳放入60-80℃的酸洗液中清洗5-15min，酸洗后先用自来水冲洗，再用去离子水清洗干净；酸洗液为5-10mL/L的OP乳化剂、75-150g/L的硫脲、按100-200mL/L的硫酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用，酸洗后用自来水清洗干净；
步骤(4)将外壳放入20-40℃的酸洗液中清洗5-10min，酸洗后用去离子水清洗干净；酸洗液为100-200mL/L的36-38wt％盐酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用。
5.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(5)将外壳放入30-50℃的活化液中进行2-4min的镀前活化，活化液为300-600mL/L的36-38wt％盐酸组成的水溶液，搅拌使其溶解完全后使用。
6.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(6)将外壳放入30-50℃预镀镍溶液中电镀2-4min，镀镍后用去离子水清洗干净；预镀镍溶液为：浓度为200～300g/L的氯化镍、浓度为100～300mL/L的36-38wt％盐酸组成的水溶液，阴极电流密度为4～8A/dm2，阳极采用纯度为99.99％的电解镍板。
7.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(7)将外壳放入50-60℃镀镍溶液中电镀30-50min，镀镍后用去离子水清洗干净；镀镍溶液为：按镍离子浓度为60～100g/L加入氨基磺酸镍Ni[NH2SO3]2、浓度为15～30g/L的氯化镍，浓度为20～40mL/L的硼酸H3BO3，浓度为5～25mL/L的光亮剂，所述溶液pH值为3～5，阴极电流密度为1～3A/dm2，阳极采用含硫镍板。
8.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(8)将外壳放入60-80℃镀金溶液中电镀20-40min，镀金后用去离子水清洗干净；镀金溶液为：10-20g/L的氰化金钾KAu(CN)2、200-400g/L的亚硫酸铵(NH4)2SO3、50-100g/L的柠檬酸三钾C6H5O7K3·H2O组成的水溶液，所述溶液pH值为7～9，阴极电流密度为0.2～0.6A/dm2，阳极采用铂金钛网。
9.根据权利要求1所述的提高封装外壳用铜面热沉镀金后焊接性能的方法，其特征在于，步骤(9)具体为：用100-120℃的高温鼓风干燥箱对水洗后的外壳进行高温烘干处理。
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