硅铝合金电镀金工艺

2022-06-09李华军

电镀与涂饰 2022年9期

李华军

（中电科思仪科技股份有限公司，山东青岛 266555）

金属封装壳体作为微波组件的重要组成部分，起着机械支撑、散热、信号传输、保护芯片和基板等重要作用。封装壳体材料需要与组件内部基板的热膨胀系数(CTE)匹配，并且要满足组件的散热要求。电子封装用硅铝合金密度低，热膨胀系数与微波组件内部的芯片、基板相匹配，散热性能优良，机加工性能好，非常适合当前微波组件的发展需求，在电子封装领域具有巨大的应用潜力[1]。然而硅铝合金表面可焊接性能差，为满足其表面的焊接性能，需要电镀一层结合力优良、可焊性好的金。由于硅铝合金的硅含量为11% ~ 70%，而硅的化学性质稳定，导致镀层的生长性差，同时铝的电极电位低，容易发生置换反应，极易亲氧，易形成氧化膜，而且铝作为两性金属易被酸碱过腐蚀，因此硅铝合金的电镀难度高，容易起皮[2]。

本文介绍了一种硅铝合金电镀工艺，经过适当的前处理后，在50% Si–Al合金表面可获得满足后续结合力及可焊性要求的镀金层。

1 电镀过程

电镀工艺流程：喷砂→除油→碱蚀→水洗→酸蚀→水洗→沉锌→水洗→出光→水洗→沉锌→水洗→化学镀镍→水洗→电镀金。

1.1 除油

采用市售TOPCLEAN除油剂，质量浓度为30 ~ 60 g/L，除油时间3 ~ 5 min。

1.2 碱蚀

采用市售Uniclean弱腐蚀剂，质量浓度为30 ~ 40 g/L，腐蚀时间5 ~ 15 s。

1.3 酸蚀

硝酸(85%)700 ~ 800 mL/L，酸性蚀铝剂G 200 ~ 300 mL/L，氢氟酸1 ~ 5 mL/L，浸渍时间1 ~ 5 min。

1.4 沉锌

Tribon C-2 400 ~ 600 mL/L，Tribon A-3 8 ~ 12 mL/L，浸渍时间15 ~ 120 s。

1.5 出光

硝酸(85%)500 mL/L，浸渍时间5 ~ 30 s。

1.6 化学镀镍

Nichem 1155A 70 mL/L，Nichem 1155B 200 mL/L，pH 4.6 ~ 5.1，温度86 °C，施镀时间40 min。

1.7 电镀金

金离子3 ~ 6 g/L，Aurolyte CN 200建浴剂(安美特)400 mL/L，Aurolyte CN 200补充剂(安美特)45 mL/L，pH 5.5 ~ 6.5，温度25 °C，施镀时间18 min。

2 电镀效果

2.1 喷砂处理对硅铝合金电镀层质量的影响

硅铝合金经粉末冶金加工成型和机械加工处理后表面疏松，同时存在很多微孔(如图1所示)，在电镀前处理过程中容易残留溶液而导致镀层起皮，结合力差。使用300目的玻璃珠在0.15 ~ 0.35 MPa的喷砂压力和保持喷枪与零件的夹角为30° ~ 45°的情况下对硅铝合金进行喷砂处理。如图2所示，经喷砂处理后硅铝合金基体能够与电镀层互相咬合，两者之间的结合力得以增强。另外，喷砂能提高硅铝合金表面的致密度，减少前处理溶液的残留，从而避免电镀层鼓泡、起皮。

图1 机械加工后硅铝合金的表面形貌Figure 1 Surface morphologies of silicon–aluminum alloy after machining

图2 经喷砂处理后硅铝合金电镀层的截面微观形貌Figure 2 Sectional micromorphology of gold coating electroplated on silicon–aluminum alloy after sandblasting

2.2 酸蚀对硅铝合金电镀层结合力的影响

铝是双性金属，在除油、碱蚀时硅铝合金中的铝会被溶解，造成硅铝合金表面硅的含量提高，而硅不导电且化学性质稳定，会影响电镀层的生长，造成镀层结合力不良。普通的铝合金酸蚀溶液主要为清除铝合金中的铁、铜等金属杂质，但是对硅铝合金中的硅无清除作用，易导致电镀层起皮(如图3所示)。在酸蚀溶液中加入氢氟酸(氟为非环保化学材料，需做好相应的无害化处置工作)，通过氢氟酸的腐蚀作用将硅清除，有利于后续沉锌，提高硅铝合金基体与电镀层的结合力。