鉬銅載體鍍金前處理工藝研究
許小琴
(中航成都亞光電子股份有限公司，四川成都610051)
摘要:通過對鉬銅載體進行鍍金前處理工藝研究和試驗，確定了以化學粗化、化學脫膜和燒鎳為關鍵的前處理過程，解決了鍍層結合力差的問題，所得到鍍層也滿足金鍺釬焊要求，為小批量多品種的微波產品研制提供了必要的工藝支撐，有很好的應用前景。
關鍵詞:鉬銅載體;前處理;熱處理;鍍金;結合力;釬焊性
中圖分類號:TQ153．18文獻標識碼:A
引言
鉬銅材料具有高電導熱導性、低的可調節(jié)的熱膨脹系數、特殊的高溫性能、無磁性、低氣體含量和良好的真空性能、良好的機加工性等特點，尤其可貴的是，其熱膨脹系數的導熱導電性能可以通過調整材料的成分而加以設計，因而給該材料的應用帶來了極大的方便。鉬銅材料主要應用于微電子和功率電子器件中，作為微波器件或集成電路的封裝，起到支承和散熱的作用，與鎢銅相比更具有質量輕的優(yōu)勢，被廣泛應用到航天領域［1］。
雖然鉬銅材料具有很強的應用優(yōu)勢，但仍然需要通過對其表面進行相應的加工處理才能得以實現(xiàn)，而鉬銅表面極易被氧化形成復雜的氧化膜，處理該氧化膜成為表面處理的瓶頸。傳統(tǒng)的處理方法中鍍鉻等工藝對環(huán)境影響大，且小載體工藝不好控制，結合公司現(xiàn)有工藝和設備，摸索出了滿足金鍺釬焊需要的鉬銅表面鍍金工藝。
鉬銅材料根據使用場合可用不同的加工工藝，目前有銅-鉬-銅(CMC)結構，主要應用于熱沉、電極等場合;滲銅法和混合物燒結法所得到的材料可進一步加工成所需要的尺寸。本課題主要對滲銅法制備的鉬銅材料(銅質量分數低于30%)經機械加工成載體后進行表面鍍金前處理工藝研究。
1·實驗材料及設備
基材為鉬銅載體(Mo85Cu)，尺寸為13mm×8mm×0．6mm，設備有燒結爐、電鍍槽、電鍍電源和烘箱等。
2·工藝流程的改進
2．1傳統(tǒng)工藝流程
傳統(tǒng)的工藝流程為:

從傳統(tǒng)工藝流程圖分析知道，處理鉬銅關鍵工序是噴砂、陽極浸蝕和預鍍鉻，上述加工方法存在的問題有以下幾方面:1)鍍金載體使用時與金鍺焊料釬焊共晶，采用噴砂工藝后的表面狀態(tài)會影響燒結工藝的控制，一般限制采用噴砂工藝;2)由于鉬銅表面孔隙較多，噴砂時破碎的砂粒鑲嵌在基體上，如沒有徹底清除干凈會引起產品的多余物;3)陽極浸蝕工藝控制存在較大的難度，因為材料本身為非平衡合金，鉬和銅經陽極浸蝕電化學反應程度不一致，加上材料加工時存在偏析等問題，極容易出現(xiàn)氧化膜去除不徹底或過腐蝕情況;4)預鍍鉻工藝中鉻酐會對環(huán)境造成很大的污染，而且工作θ高達50℃以上，對環(huán)境和工作人員的危害很大;另外，載體尺寸比較小，工藝控制難度大，成品率低。由于上述原因，需要采用替代工藝加以解決。經過查閱資料，進行反復摸索和實驗，設計出了一套新的工藝流程。
2．2改進后的工藝流程
改進后的工藝流程為:

從改進后的工藝流程圖可以看出，以化學粗化、化學脫膜和燒鎳代替了機械處理(噴砂)、陽極處理(電化學腐蝕)和預鍍鉻。
2．2．1化學粗化處理
粗化處理是將化學粗化液呈沸騰狀態(tài)，時間的確定是載體表面全為銅顏色時停止。此工序主要是與載體表面的鉬的氧化物、銅的氧化物進行反應，當氧化物反應結束后，銅就會抑制反應，這樣就形成一層均勻的銅膜覆蓋在基體上，在很大程度上阻止了氧化膜的再次形成［2］。
2．2．2化學脫膜處理
脫膜處理是將化學脫膜液在室溫下將載體表面銅膜完全去除為止。由于在粗化過程中形成的銅膜只是簡單覆蓋在基體上，如不將其去除，將影響后續(xù)鍍層，容易發(fā)生起皮、起泡及結合力差等缺陷，去除后表面為光亮的鉬基體，此時要在最短的時間內進行活化和鍍鎳，以免材料再次被氧化。
2．2．3鍍后熱處理
由于滲銅法加工鉬銅材料過程中會形成多孔結構，加之又進行了一定的機械加工處理，電鍍鎳不足以將孔填充覆蓋，需要經過高溫熱處理，在θ為900～980℃，t為20～30min條件下進行熱處理。目的是檢驗前處理的有效性，將孔隙中的氣體等物質排出，將材料進行二次合金化，經過熱處理后的載體就可以采用常規(guī)鎳中間層上鍍金的方法了。
3·鍍層性能測試
3．1結合力
1)按GJB923附錄B對鍍金層質量進行檢驗。氮氣環(huán)境下θ為470℃，t為1min，40倍顯微鏡檢測鍍層無起皮、起泡現(xiàn)象，無明顯變色為合格。每批20件，5批，100%檢測，經檢測總合格率為96%。
2)使用要求。氫氣環(huán)境下θ為450℃，t為20min，40倍顯微鏡檢測鍍層無起皮、起泡現(xiàn)象，無明顯變色為合格，對1)中合格的鍍層進行100%檢測，合格率為100%。
3．2釬焊性
1)工藝驗證。對鍍金樣品進行與金屬化瓷片通過金鍺合金焊料進行釬焊(共晶)，同時與具有成熟工藝的可伐合金鍍金載體釬焊性進行比較，結果發(fā)現(xiàn)釬焊(共晶)參數未做調整時也能滿足使用要求。
2)將釬焊(共晶)好的鉬銅載體通過X-射線照相，測得其空洞率在3%～10%之間，空洞率低于5%的占86%，優(yōu)于同規(guī)格的可伐材料。
4·總結
1)化學粗化和化學脫膜處理解決了鉬銅材料表面氧化膜的去除難題，提高鍍層與基體的結合力，避免了材料被過度腐蝕。
2)燒鎳處理將復雜的材料電鍍轉化為常規(guī)處理方法，使得鍍層的結合力、釬焊性有了進一步保證，將前處理有缺陷的零件剔除也減少金的浪費。
3)改進后處理方法與傳統(tǒng)鍍鉻相比對環(huán)境的污染降低，操作簡單，成品率高，并且鍍層僅含鎳和金元素，更有利于共晶工藝的控制。該工藝填補了該領域的空白，也為小批量多品種的微波產品研制提供了必要的工藝支撐，有很好的應用前景。
參考文獻
［1］盧海燕，姚正軍．鉬銅合金鍍金工藝探索［J］．江蘇冶金，2008，36(4):38-41．
［2］葉人龍．鍍覆前表面處理［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2006:159-160．