本發(fā)明屬于高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料的焊接，涉及一種高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料的表面金屬化及釬焊方法。

背景技術(shù)：

高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料因具有高熱導(dǎo)、高強度、良好的耐磨性及可調(diào)膨脹系數(shù)(cte)等優(yōu)點在汽車、航空航天、電子工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。盡管性能優(yōu)異，但由于復(fù)合材料中高體積分?jǐn)?shù)sic顆粒和鋁基體表面氧化膜的存在，嚴(yán)重阻礙了釬料在母材上的潤濕和鋪展，進(jìn)而影響了基體材料的釬焊性能。

針對這一問題，很多研究者選擇在sicp/al復(fù)合材料表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，如中國專利zl201110259096.x“一種鋁碳化硅復(fù)合材料表面化學(xué)鍍鎳磷合金工藝”；如中國專利201510051866.x“一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法”采用al-5si-24cu-1.5zn-1ti釬料在表面鍍鎳的sicp/al復(fù)合材料上做釬焊研究；中國專利zl201010526125.x“一種釬焊鋁碳化硅復(fù)合材料的中溫釬料及制備和釬焊方法”采用ag-cu-sn-ni釬料薄帶釬焊化學(xué)鍍鎳后的sicp/al復(fù)合材料和可伐合金進(jìn)行釬焊；中國專利zl201110415109.8“一種鋁碳化硅復(fù)合材料可焊性化學(xué)鍍鎳的方法”化學(xué)鍍鎳的sicp/al復(fù)合材料表面使用普通鉛錫焊料焊接氮化鋁電子陶瓷基片。中國專利zl201010520717.0“一種釬焊鋁碳化硅復(fù)合材料的中溫釬料及制備和釬焊方法”采用40al-40.7ag-19.3cu共晶焊料焊接表面皆鍍鎳的aln陶瓷和sic/al復(fù)合材料。

在焊接過程中，發(fā)現(xiàn)鍍鎳后可以改善釬料與基體材料的潤濕與焊接性，但同時也出現(xiàn)了一些新的問題，基體與鍍層的結(jié)合強度不夠，特別是隨著焊接溫度的升高，由于基體與鍍層熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致鍍鎳層容易發(fā)生脫落而降低焊接強度。本申請為了解決鍍鎳sicp/al復(fù)合材料焊接出現(xiàn)的這一問題，選擇在鍍鎳層中引入一定量的sic顆粒來制得復(fù)合鍍層ni-p-sic，即可以有效的減小基體與鍍層的熱膨脹系數(shù)的差異，也可以增強鍍層的結(jié)合力。

此外在焊接過程中，用于sicp/al復(fù)合材料釬焊的釬料主要有al基、sn基、ag基。根據(jù)上述中焊接專利，以及以下文獻(xiàn)：文獻(xiàn)“王鵬,徐冬霞,陳龍,牛濟(jì)泰.高體積分?jǐn)?shù)sicp/6063al復(fù)合材料真空釬焊工藝及潤濕機理研究.熱加工工藝,2014,03:155-157”采用al-si-cu-mg-ni五元合金釬料對60％sicp/6063al復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊；文獻(xiàn)“高增,李清躍,趙祖良,牛濟(jì)泰.高體積分?jǐn)?shù)sicp/6063al復(fù)合材料與可伐合金的真空釬焊工藝研究.熱加工工藝,2015,17:189-191”采用采用ag57.6-cu22.4-in10-sn10釬料，研究高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料與可伐合金的真空釬焊工藝；文獻(xiàn)“范曉杰,徐冬霞,牛濟(jì)泰,王東斌,陳思杰.sn-ag-cu-bi無鉛釬料對不同體積比sicp/6063al復(fù)合材料真空軟釬焊接頭組織和性能的影響.材料導(dǎo)報,2015,16:89-93”研究sn-ag-cu-bi無鉛釬料對不同體積比sicp/6063al復(fù)合材料真空軟釬焊接頭組織和性能的影響。上述釬料與本申請相比，al基釬料易氧化，sn基釬料焊接溫度過低，ag基釬料成本較高，具有較大的使用局限性。

總之，與本申請相比，上述釬焊工藝或釬料選擇均可以實現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料的釬焊，但ni層與基體之間熱膨脹系數(shù)不匹配，界面結(jié)合力不牢等缺陷，焊后容易在界面處誘發(fā)裂紋，此外金屬釬料的各種限制(焊接溫度高、易氧化或成本較高等)都成為了限制此類方法應(yīng)用的主要因素。因此如何通過研發(fā)合適的玻璃釬料以及優(yōu)化釬焊工藝，成為高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于提供了一種電子封裝復(fù)合材料的表面金屬化及釬焊方法，目的是提高高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料釬焊接頭性能，特別是接頭的強度、耐腐蝕性等特性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的，一種用于電子封裝復(fù)合材料的表面金屬化及釬焊方法，其表面金屬化的制備由如下步驟組成：

1、一種用于電子封裝復(fù)合材料表面金屬化方法，包括：

(1)配制復(fù)合鍍液：將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸以一定濃度配比混合均勻，然后加入一定量的sic顆粒，配置成一定ph值的ni-p-sic鍍液。

(2)試樣預(yù)處理：將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料進(jìn)行除油、敏化、活化后用去離子水清洗。

(3)施鍍：將步驟(2)中處理好的試樣放入步驟(1)中配置好的復(fù)合鍍液中，置于一定溫度的磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍。

上述的配制復(fù)合鍍液，ni-p-sic鍍液中硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸的濃度分別為：25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l，sic濃度為3g/l，ni-p-sic鍍液的ph值為4-6。

上述的試樣預(yù)處理，其中除油：丙酮，超聲10min；敏化：50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中，15s，室溫；活化：25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中，20s，室溫。

上述的施鍍，其施鍍溫度為80-90℃，施鍍時間：15-60mim。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的，一種用于電子封裝復(fù)合材料的表面金屬化及釬焊工藝，其釬焊工藝由如下步驟組成：

(1)將經(jīng)表面金屬化的待焊接件置于無水乙醇中超聲清洗15分鐘。

(2)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的有機粘結(jié)劑，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?/p>

(3)采用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷的方法將膏狀釬料均勻涂覆在清洗好的待焊接件上。

(4)將兩個涂覆好的待焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在兩個涂覆好的待焊件上放置可施加一定壓力的鋼件。

(5)將裝配好的石墨模具置于真空爐中真空(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以一定加熱速度加熱至一定溫度，待保溫一定時間后，以一定冷卻速度降溫至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

上述的適量的粘結(jié)劑為松油醇和乙基纖維素的復(fù)合溶液，其中松油醇為溶劑，且松油醇：乙基纖維素：低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料的質(zhì)量比為9:1:10。

上述的一定壓力為3-10kpa。

上述的升溫速度為5-10℃/min，釬焊溫度為500-600℃，保溫時間為10-30min，冷卻速度為3-5℃/min。

本申請主要通過高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面金屬化及采用中溫玻璃釬料利用真空保護(hù)釬焊復(fù)合材料。通過對高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面金屬化，提高玻璃釬料對復(fù)合材料的潤濕性能，通過向金屬化鍍層中加入適量sic顆粒，可以有效的減小基體與鍍層的熱膨脹系數(shù)差，適當(dāng)?shù)奶嵘儗拥慕Y(jié)合力。為保證獲得良好的釬焊接頭，在釬焊過程，待焊接件需要施加一定的壓力，同時焊接氣氛需要為真空或氬氣保護(hù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：(1)通過合理的工藝制得復(fù)合鍍層ni-p-sic，通過向鍍層中添加sic顆粒，即可以有效減小基體與鍍層之間的熱膨脹系數(shù)差異，還可以適當(dāng)?shù)奶嵘儗拥慕Y(jié)合力，此外，相對僅在sicp/al復(fù)合材料上表面鍍鎳進(jìn)行焊接，鍍層中添加sic顆?？梢砸欢ǔ潭壬咸岣哜F焊強度。(2)相對幾種傳統(tǒng)金屬基釬料而言，低熔玻璃釬料(sno-zno-p2o5玻璃釬料)與sic陶瓷有較好的潤濕性，玻璃用作釬料對焊接條件中氧分壓的要求較低，可有效的提高釬焊效率，降低成本，因此將表面金屬化和此釬焊工藝相結(jié)合，可取得良好的釬焊接頭，滿足電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面ni-p-sic鍍層sem圖。

圖2為高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面ni-p-sic鍍層橫截面sem圖，說明sic陶瓷均勻分布于鍍層之中。

圖3為sic濃度3g/l時復(fù)合鍍層的刮擦形貌及對應(yīng)聲信號圖，復(fù)合鍍層刮擦試驗后的形貌及對應(yīng)聲信號強度，說明復(fù)合鍍層與sicp/al復(fù)合材料具有良好的結(jié)合性能。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。本發(fā)明所述的一種用于電子封裝復(fù)合材料的表面金屬化步驟包括：

(1)配制復(fù)合鍍液：將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸以一定濃度配比混合均勻，然后加入sic顆粒，配置成一定ph值的ni-p-sic鍍液。

(2)試樣預(yù)處理：將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料進(jìn)行除油、敏化、活化后用去離子水清洗。

(3)施鍍：將(2)中處理好的試樣放入(1)中配置好的復(fù)合鍍液中，置于一定溫度的磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍。

本發(fā)明所述的配制復(fù)合鍍液，ni-p-sic鍍液中硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸的濃度分別為：25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l，sic濃度3g/l，復(fù)合鍍液ph為4-6。

本發(fā)明所述的試樣預(yù)處理，其中除油：丙酮，超聲10min；敏化：50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中，15s，室溫；活化：25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中，20s，室溫。

本發(fā)明所述的施鍍，其施鍍溫度為80-90℃，施鍍時間：15-60mim。

本發(fā)明所述的一種用于電子封裝復(fù)合材料的釬焊工藝包括：

(1)將經(jīng)表面金屬化的待焊接件置于無水乙醇中超聲清洗15分鐘。

(2)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的有機粘結(jié)劑，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?/p>

(3)采用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷的方法將膏狀釬料均勻涂覆在清洗好的待焊接件上。

(4)將兩個涂覆好的待焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在兩個涂覆好的待焊件上放置可施加一定壓力的鋼件。

(5)將裝配好的石墨模具置于真空爐中真空(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以一定加熱速度加熱至一定溫度，待保溫一定時間后，以一定冷卻速度降溫至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

本發(fā)明所述的適量的粘結(jié)劑為松油醇+乙基纖維素溶液，其中松油醇為溶劑，且松油醇：乙基纖維素：低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g，施加一定壓力為3-10kpa，升溫速度為5-10℃/min，釬焊溫度為500-600℃，保溫時間為10-30min，冷卻速度為3-5℃/min。

實施案例1

(1)將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸分別以25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l濃度混合均勻，然后加入3g/l的sic顆粒，配置成ph為4的ni-p-sic鍍液。

(2)將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料先經(jīng)丙酮超生除油后，置于50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中敏化，然后在放與25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中活化，用去離子水沖洗干凈置于(1)中配置好的復(fù)合鍍液中。最后置于磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍，調(diào)節(jié)溫度為80℃，施鍍時間為60min。

(3)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的松油醇+乙基纖維素溶液(松油醇：乙基纖維素:低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g)，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?。用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在金屬化處理的高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面上。

(4)將涂覆完成的帶焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在待連接試樣上放置施加10kpa壓力的鋼件；將裝配好的石墨模具置于真空爐(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以10℃/min加熱400℃，再以5℃/min加熱至530℃，保溫30min后，以5℃/min的冷卻速度至400℃，再以3℃/min的冷卻速度至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

實施案例2

(1)將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸分別以25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l濃度混合均勻，然后加入3g/l的sic顆粒，配置成ph為4的ni-p-sic鍍液。

(2)將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料先經(jīng)丙酮超生除油后，置于50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中敏化，然后在放與25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中活化，用去離子水沖洗干凈置于(1)中配置好的復(fù)合鍍液中。最后置于磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍，調(diào)節(jié)溫度為90℃，施鍍時間為30min。

(3)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的松油醇+乙基纖維素溶液(松油醇：乙基纖維素:低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g)，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?。用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在金屬化處理的高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面上。

(4)將涂覆完成的帶焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在待連接試樣上放置施加5kpa壓力的鋼件；將裝配好的石墨模具置于真空爐(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以10℃/min加熱400℃，再以5℃/min加熱至500℃，保溫15min后，以5℃/min的冷卻速度至400℃，再以3℃/min的冷卻速度至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

實施案例3

(1)將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸分別以25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l濃度混合均勻，然后加入3g/l的sic顆粒，配置成ph為6的ni-p-sic鍍液。

(2)將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料先經(jīng)丙酮超生除油后，置于50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中敏化，然后在放與25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中活化，用去離子水沖洗干凈置于(1)中配置好的復(fù)合鍍液中。最后置于磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍，調(diào)節(jié)溫度為90℃，施鍍時間為15min。

(3)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的松油醇+乙基纖維素溶液(松油醇：乙基纖維素:低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g)，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?。用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在金屬化處理的高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面上。

(4)將涂覆完成的帶焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在待連接試樣上放置施加3kpa壓力的鋼件；將裝配好的石墨模具置于真空爐(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以10℃/min加熱400℃，再以5℃/min加熱至580℃，保溫30min后，以5℃/min的冷卻速度至400℃，再以3℃/min的冷卻速度至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

實施案例4

(1)將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸分別以25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l濃度混合均勻，然后加入3g/l的sic顆粒，配置成ph為6的ni-p-sic鍍液。

(2)將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料先經(jīng)丙酮超生除油后，置于50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中敏化，然后在放與25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中活化，用去離子水沖洗干凈置于(1)中配置好的復(fù)合鍍液中。最后置于磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍，調(diào)節(jié)溫度為85℃，施鍍時間為40min。

(3)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的松油醇+乙基纖維素溶液(松油醇：乙基纖維素:低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g)，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤Ｓ檬止ね扛不蚪z網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在金屬化處理的高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面上。

(4)將涂覆完成的帶焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在待連接試樣上放置施加10kpa壓力的鋼件；將裝配好的石墨模具置于真空爐(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以10℃/min加熱400℃，再以5℃/min加熱至600℃，保溫10min后，以5℃/min的冷卻速度至400℃，再以3℃/min的冷卻速度至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

實施案例5

(1)將市售的硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸三鈉、乙酸鈉和乳酸分別以25g/l、30g/l、20g/l、15g/l和30g/l濃度混合均勻，然后加入3g/l的sic顆粒，配置成ph為5的ni-p-sic鍍液。

(2)將高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料先經(jīng)丙酮超生除油后，置于50ml/lhcl+25g/lsncl2溶液中敏化，然后在放與25ml/lhcl+0.25g/lpdcl2溶液中活化，用去離子水沖洗干凈置于(1)中配置好的復(fù)合鍍液中。最后置于磁力攪拌水浴鍋中進(jìn)行復(fù)合鍍，調(diào)節(jié)溫度為80℃，施鍍時間為15min。

(3)取市售的低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料，加上適量的松油醇+乙基纖維素溶液(松油醇：乙基纖維素:低熔sno-zno-p2o5玻璃釬料＝9g:1g:10g)，充分?jǐn)嚢韬蟮玫骄鶆蚋鄤?。用手工涂覆或絲網(wǎng)印刷方法將膏劑覆蓋在金屬化處理的高體積分?jǐn)?shù)sicp/al復(fù)合材料表面上。

(4)將涂覆完成的帶焊接件表面相接觸并對齊放入石墨模具中，并在待連接試樣上放置施加10kpa壓力的鋼件；將裝配好的石墨模具置于真空爐(真空度≤1×10^-2pa)或氬氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，以10℃/min加熱400℃，再以5℃/min加熱至590℃，保溫30min后，以5℃/min的冷卻速度至400℃，再以3℃/min的冷卻速度至300℃，然后隨爐冷卻至室溫時開爐取樣。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。