D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.08.005 第34卷第8期 北京科技大学学报 Vol.34 No.8 2012年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2012 金刚石/铜复合材料镀镍工艺的优化 袁 田) 贾成厂) 郭宏) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京有色金属研究总院，北京100088 ☒通信作者，E-mail:windsyt(@126.com 摘要在金刚石/铜复合材料表面通过化学镀镍获得了性能良好的镀层.采用真空钎焊，对各镀层进行焊接热处理，比较几 种不同镀镍工艺的镀层性能，包括电镀以及两种不同配方的化学镀，测试各镀层在焊接热处理后的结合强度和耐蚀性等，用 扫描电镜观察各镀层焊接前后的表面形貌，并用X射线衍射分析镀层的相结构.结果表明：用柠檬酸钠作络合剂的化学镀层， 经过焊接热处理以后，镀层的耐高温性、结合强度以及耐蚀性等性能都要明显好于用丁二酸作络合剂的化学镀层和电镀层. 关键词复合材料：金刚石：铜：化学镀：电镀：钎焊：电子封装 分类号TB333 Optimization of nickel plating on diamond/Cu composite materials YUAN Tian,JIA Cheng-chang,GUO Hong? 1)School of Material Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)General Research Institute for Nonferrous Metals,Beijing 100088,China Corresponding author,E-mail:windsyt@126.com ABSTRACT High-performance coatings on diamond/Cu composite materials were obtained by nickel plating.Three different coatings prepared by two different electroless plating processes and one electroplating process were investigated and compared after welding heat treatment using a vacuum furnace.The adhesion and corrosion resistance of the coatings after welding heat treatment were tested.Scan- ning electron microscopy (SEM)and X-ray diffraction (XRD)were used to observe the surface appearance of the coatings and the phase structure before and after welding heat treatment,respectively.It is shown that after welding heat treatment,for the electroless plating coatings using sodium citrate as a complexing agent,the high temperature resistance,bonding strength and corrosion resistance are better than those of the electroplating or electroless plating coatings using butanedioic acid as a complexing agent. KEY WORDS composite materials:diamond;copper:electroless plating:electroplating brazing:electronics packaging 电子封装材料是集成电路在包封过程中所使用 导体材料完全匹配的热膨胀系数.因此金刚石/铜 的材料.随着集成电路封装密度的不断提高以及大 复合材料是一种应用前景非常广阔的新型电子封装 功率化，理想的电子封装材料必须满足低热膨胀系 材料-习 数(CTE)、高导热性(TC)和低密度.金刚石/铜复 金刚石/铜复合材料由于引入大量与基体的润 合材料在具备铜基体良好导热导电性能的同时，又 湿性较差和绝缘的金刚石颗粒，导致其焊接性较差， 能充分发挥金刚石颗粒高导热和低热膨胀性能，是 目前在金刚石/铜表面通过化学镀镍工艺解决了金 一种非常理想的高导热低膨胀电子封装材料口.在 刚石/铜可焊性问题.由于镀层是在焊后使用， 热导率方面，金刚石/铜是Si/1材料的3~4倍， 因此经过焊接热处理以后裸露镀层的性能对今后金 SiC/Al的2倍以上，保证了封装器件具有优异的热 刚石/铜复合材料的使用起到至关重要的作用.本 耗散性能；金刚石/铜的热膨胀系数可以通过控制金 文针对焊接热处理以后镀层性能的变化进行分析， 刚石含量来调整，可在实际中获得与Si、GaAs等半 并对比不同工艺，得出一种金刚石/铜复合材料最佳 收稿日期：2011-1008 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2008AA03Z505)第 34 卷 第 8 期 2012 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 8 Aug． 2012 金刚石 /铜复合材料镀镍工艺的优化 袁 田1) 贾成厂1) 郭 宏2) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 北京有色金属研究总院，北京 100088 !通信作者，E-mail: windsyt@ 126． com 摘 要 在金刚石/铜复合材料表面通过化学镀镍获得了性能良好的镀层． 采用真空钎焊，对各镀层进行焊接热处理，比较几 种不同镀镍工艺的镀层性能，包括电镀以及两种不同配方的化学镀，测试各镀层在焊接热处理后的结合强度和耐蚀性等，用 扫描电镜观察各镀层焊接前后的表面形貌，并用 X 射线衍射分析镀层的相结构． 结果表明: 用柠檬酸钠作络合剂的化学镀层， 经过焊接热处理以后，镀层的耐高温性、结合强度以及耐蚀性等性能都要明显好于用丁二酸作络合剂的化学镀层和电镀层． 关键词 复合材料; 金刚石; 铜; 化学镀; 电镀; 钎焊; 电子封装 分类号 TB333 Optimization of nickel plating on diamond /Cu composite materials YUAN Tian1) ，JIA Cheng-chang1) ，GUO Hong2) 1) School of Material Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) General Research Institute for Nonferrous Metals，Beijing 100088，China !Corresponding author，E-mail: windsyt@ 126． com ABSTRACT High-performance coatings on diamond /Cu composite materials were obtained by nickel plating． Three different coatings prepared by two different electroless plating processes and one electroplating process were investigated and compared after welding heat treatment using a vacuum furnace． The adhesion and corrosion resistance of the coatings after welding heat treatment were tested． Scan￾ning electron microscopy ( SEM) and X-ray diffraction ( XRD) were used to observe the surface appearance of the coatings and the phase structure before and after welding heat treatment，respectively． It is shown that after welding heat treatment，for the electroless plating coatings using sodium citrate as a complexing agent，the high temperature resistance，bonding strength and corrosion resistance are better than those of the electroplating or electroless plating coatings using butanedioic acid as a complexing agent． KEY WORDS composite materials; diamond; copper; electroless plating; electroplating ; brazing; electronics packaging 收稿日期: 2011--10--08 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( 2008AA03Z505) 电子封装材料是集成电路在包封过程中所使用 的材料． 随着集成电路封装密度的不断提高以及大 功率化，理想的电子封装材料必须满足低热膨胀系 数( CTE) 、高导热性( TC) 和低密度． 金刚石/铜复 合材料在具备铜基体良好导热导电性能的同时，又 能充分发挥金刚石颗粒高导热和低热膨胀性能，是 一种非常理想的高导热低膨胀电子封装材料［1］． 在 热导率方面，金刚石/铜是 Si /Al 材料的 3 ～ 4 倍， SiC /Al 的 2 倍以上，保证了封装器件具有优异的热 耗散性能; 金刚石/铜的热膨胀系数可以通过控制金 刚石含量来调整，可在实际中获得与 Si、GaAs 等半 导体材料完全匹配的热膨胀系数． 因此金刚石/铜 复合材料是一种应用前景非常广阔的新型电子封装 材料［2--3］． 金刚石/铜复合材料由于引入大量与基体的润 湿性较差和绝缘的金刚石颗粒，导致其焊接性较差， 目前在金刚石/铜表面通过化学镀镍工艺解决了金 刚石/铜可焊性问题［4--5］． 由于镀层是在焊后使用， 因此经过焊接热处理以后裸露镀层的性能对今后金 刚石/铜复合材料的使用起到至关重要的作用． 本 文针对焊接热处理以后镀层性能的变化进行分析， 并对比不同工艺，得出一种金刚石/铜复合材料最佳 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.08.005