專利名稱：：一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，提供了一種鋁碳化硅復(fù)合材料(SiCp/Al)用作封裝外殼和蓋板時的密封封蓋方法。適用于微電子封裝中混合集成電路、毫米波/微米波集成電路、多芯片組件等微電子器件的封裝外殼。
背景技術(shù)：
：金屬封裝是采用金屬作為殼體或底座，芯片直接或通過基板安裝在外殼或底座上，引線穿過金屬殼體或底座大多采用玻璃-金屬封接技術(shù)的一種電子封裝形式。它廣泛用于混合電路的封裝，主要是軍用和定制的專用氣密封裝，在許多領(lǐng)域，尤其是在軍事及航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的封裝外殼材料可伐合金(kovar)雖然具有合適的CTE，能與硼硅硬玻璃匹配封接，且具有良好的焊接性、加工性，但是由于其熱導(dǎo)率低，電阻率高，密度也較大，使其廣泛應(yīng)用受到了很大限制。高體積分數(shù)SiCp/Al復(fù)合材料不僅比強度高、比剛度高，而且導(dǎo)熱性能好、CTE可調(diào)、密度較低，這些性能使它成為能替代可伐合金且滿足氣密封裝需要的理想材料。傳統(tǒng)的可伐合金外殼進行封蓋時，其表面會先后電鍍Ni與Au，形成一種Ni/Au雙鍍層結(jié)構(gòu)，其中鍍Ni層與鍍金層的厚度分別約為6pm和1.3^n。鍍Au層的主要作用為提高鍍層的抗腐蝕能力與增加與釬料的潤濕性。鍍后的可伐合金會用Au-Sn共晶釬料進行焊接。Au-Sn合金所用的原材料系由純度分別為金99.95%和錫99.99%所組成，其組成比例是Sn:Au=22:78，因此焊料的造價非常昂貴。目前國內(nèi)相關(guān)金屬外殼廠所一直沒有能把SiCp/Al復(fù)合材料真正用于金屬外殼上，主要是因為缺乏適用于SiCp/Al復(fù)合材料封接的工藝和技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是用Sn-Ag-Ni焊料取代傳統(tǒng)的Au-Sn合金，同時解決SiCp/Al復(fù)合材料封接困難問題，為有關(guān)金屬外殼廠廣泛使用SiCp/Al復(fù)合材料作為外殼和蓋板材料鋪平道路。一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法，其特征是工藝步驟如下(1)首先在SiCp/Al復(fù)合材料表面直接化學(xué)鍍Ni(P)合金，其中Ni(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為2%~12%，余量為Ni，Ni(P)鍍層厚度為1.0~9.(^m。(2)在鍍Ni(P)合金后的表面化學(xué)鍍Ni(B)合金，其中Ni(B)鍍層的B質(zhì)量百分含量為0.5%~4%，余量為Ni，其厚度為0.1~8.0|am。(3)將Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料用Sn-Ag-Ni焊料釬焊，SiCp/Al復(fù)合材料外殼與蓋板焊接表面是Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)中間是用Sn-Ag-Ni焊料，如圖1所示。焊接條件如下真空度為lxlO—3Pa，焊接溫度為240-290。C，焊接時間為2~30分鐘。上述工藝的優(yōu)選范圍為(1)首先在SiCp/Al復(fù)合材料表面直接化學(xué)鍍Ni(P)合金，其中Ni(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為4%10%，Ni(P)鍍層厚度為3.0~7.(^m。(2)在鍍Ni(P)合金后的表面化學(xué)鍍Ni(B)合金，其中M(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為1%~3%，其厚度為1.0~4.(Vm。(3)將Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料用Sn-Ag-Ni焊料釬焊。焊接條件如下真空度為lxl(T3Pa，焊接溫度為2702卯。C，焊接時間為2~10分鐘。由于SiCp/Al復(fù)合材料的表面有非金屬的SiC顆粒，所以直接在其表面進行電鍍Ni比較困難且鍍層質(zhì)量難以保證，所以本發(fā)明采用化學(xué)鍍的方式對SiC乂Al復(fù)合材料進行鍍覆。同時，由于Ni(B)鍍層在抗腐蝕性和與釬料的潤濕性方面與Au-Sn焊料相似甚至優(yōu)于它，本發(fā)明采用Ni(P)/Ni(B)雙鍍層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Ni/Au電鍍雙鍍層。由于Au-Sn焊料造價昂貴，所以本發(fā)明使用Sn-Ag-Ni焊料取代傳統(tǒng)的Au-Sn合金。使用Sn-Ag-Ni焊料的另一種優(yōu)勢在于當(dāng)其與Ni鍍層反應(yīng)時，焊縫中只會生成一種金屬間化合物Ni3Sn4，這樣就避免了過多的金屬間化合物產(chǎn)生而影響到焊接接頭的性能。本發(fā)明為SiCp/Al復(fù)合材料在金屬封裝中的應(yīng)用提供了一種簡單且經(jīng)濟的工藝制度，封接后的金屬外殼具有如下性能指標(biāo)(1)外殼氣密性Slxl(T5Pa'cm3/S;(2)鹽霧超過48h;(3)溫度循環(huán)-65°C+175。C，100次;(4)熱沖擊-65°C~+150°C，15次；(5)剪切強度26MPa;在150°C時效1000小時后仍能保持在20MPa以上。圖1是Ni(P)/Ni(B)雙鍍層的SiCp/Al復(fù)合材料用Sn-Ag-Ni焊料釬焊結(jié)構(gòu)圖；圖2SiCp/Al復(fù)合材料化學(xué)鍍Ni(P)鍍層表面形貌；圖3是復(fù)合材料化學(xué)鍍Ni(B)鍍層表面形貌；圖4焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)。具體實施例方式下面，再用實施例對本發(fā)明作進一步的說明。(1)在SiCp/Al復(fù)合材料表面化學(xué)鍍Ni(P)/Ni(B)的具體工藝流程可以如下表所示機械拋光4化學(xué)除油—去離子水洗4酸浸蝕—去離子水洗—敏化—去離子水洗活化—去離子水洗—化學(xué)鍍Ni(P)—化學(xué)鍍Ni(B)。其中各步的溶液配方及工藝條件如表1至表5所示，在成功化學(xué)鍍Ni(P)合金以后，將外殼立即迸行化學(xué)鍍Ni(B)合金，其鍍液配方及工藝參數(shù)如表6所示。圖2為化學(xué)鍍Ni(P)和Ni(B)后的鍍層表面形貌。表l化學(xué)除油配方(室溫，30s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2酸浸蝕配方(室溫，40s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3敏化液配方(室溫，120s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表4活化液配方(室溫，120s)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表5化學(xué)鍍Ni(P)鍍液配方及工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表6化學(xué)鍍Ni(B)鍍液配方及工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)SiCp/Al復(fù)合材料外殼與蓋板的焊接將具有Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料放至真空爐中用Sn-Ag-Ni焊料進行釬焊。其中真空度為1x10—3Pa,焊接溫度為280°C，焊接時間為6分鐘。焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示，可以看出，焊縫組織中生成了Sn-Ni-B化合物和Ni3Sn4金屬間化合物。采用以上工藝封蓋的SiCp/Al復(fù)合材料外殼均滿足氣密性、鹽霧、溫度循環(huán)和熱沖擊等試驗要求。剪切強度為26MPa，在150°C時效1000小時后仍能保持在20MPa以上。權(quán)利要求1.一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法，其特征是工藝步驟如下(1)首先在SiCp/Al復(fù)合材料表面直接化學(xué)鍍Ni(P)合金，其中Ni(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為2％～12％，余量為Ni，Ni(P)鍍層厚度為1.0～9.0μm；(2)在鍍Ni(P)合金后的表面化學(xué)鍍Ni(B)合金，其中Ni(B)鍍層的B質(zhì)量百分含量為0.5％～4％，余量為Ni，其厚度為0.1～8.0μm；(3)將Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料用Sn-Ag-Ni焊料釬焊，SiCp/Al復(fù)合材料外殼與蓋板焊接表面是Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)中間是用Sn-Ag-Ni焊料；工藝焊接條件如下真空度為1×10-3Pa，焊接溫度為240～290℃，焊接時間為2～30分鐘。2.如權(quán)利要求1所述的一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法，其特征是在SiCp/Al復(fù)合材料表面直接化學(xué)鍍Ni(P)合金，其中Ni(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為4。/^10n/。，Ni(P)鍍層厚度為3.07.0,3.如權(quán)利要求1所述的一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法，其特征是在鍍Ni(P)合金后的表面化學(xué)鍍Ni(B)合金，其中Ni(P)鍍層的P質(zhì)量百分含量為1%~3%，其厚度為1.0~4.0pm。4.如權(quán)利要求1所述的一種鋁碳化硅封裝外殼的封接方法，其特征是將Ni(P)/Ni(B)雙鍍層結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料用Sn-Ag-Ni焊料釬焊；焊接條件如下真空度為lxlO—3Pa，焊接溫度為270-290。C，焊接時間為2~10分鐘。全文摘要本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，提供了一種鋁碳化硅復(fù)合材料(SiC<sub>p</sub>/Al)用作封裝外殼和蓋板時的密封封蓋方法。適用于微電子封裝中混合集成電路、毫米波/微米波集成電路、多芯片組件等微電子器件的封裝外殼。本發(fā)明首先在SiC<sub>p</sub>/Al復(fù)合材料表面進行雙層鍍覆；再將具有表面鍍層的SiC<sub>p</sub>/Al復(fù)合材料外殼與蓋板用Sn基焊料焊接在一起。本發(fā)明不僅大大降低了生產(chǎn)成本，同時還解決SiC<sub>p</sub>/Al復(fù)合材料封接困難問題，為有關(guān)金屬外殼廠廣泛使用SiC<sub>p</sub>/Al復(fù)合材料作為外殼和蓋板材料鋪平道路。文檔編號H01L21/02GK101293294SQ200810114098公開日2008年10月29日申請日期2008年5月30日優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日發(fā)明者任淑彬,何新波,茂吳,孟菲菲,曲選輝申請人:北京科技大學(xué)