鉬銅合金(Mo-Cu alloy)被廣泛應用于高功率半導體器件的封裝熱沉、基板和散熱器等關鍵部件中。然而,由于該合金的表面化學性質復雜、表面活性較低,直接用于封裝應用時容易出現(xiàn)界面接合力不足、電接觸性能不佳、耐腐蝕性不穩(wěn)定等問題。因此,電鍍和表面處理工藝成為提升其封裝性能的關鍵環(huán)節(jié)。
鉬銅表面主要存在兩種問題:一是鉬的化學穩(wěn)定性高,難以實現(xiàn)直接電鍍;二是銅的表面容易氧化,導致電鍍附著力差。因此,通常需對其表面進行預處理,包括機械拋光、酸洗、堿洗、超聲波清洗等,以去除氧化物和雜質,提高表面活性。隨后,通過化學沉積或物理氣相沉積(PVD)方法在其表面形成一層中間過渡層(如Ni、Cr或Mo),為后續(xù)的功能電鍍層提供良好附著基礎。
在電鍍工藝方面,最常見的是在鉬銅表面電鍍鎳層和金層(Ni/Au)。鎳層作為中間層,主要作用是提高附著力、增強抗氧化性能和防止金屬間擴散;而金層則提供優(yōu)異的導電性和抗腐蝕性,特別適用于鍵合(wire bonding)、焊接(soldering)等封裝工藝。一般來說,鎳層厚度控制在38 μm,金層厚度控制在0.10.5 μm,即可滿足大多數(shù)電子封裝的性能要求。
除了傳統(tǒng)電鍍技術,近年來鉬銅合金也采用化學鍍、自催化鍍和等離子體表面改性等先進技術。這些工藝具有溫度低、鍍層均勻性好、不受基體形狀限制等優(yōu)勢,尤其適用于復雜幾何結構的鉬銅件。同時,表面處理過程中還可引入功能性涂層,如銀(Ag)涂層以增強焊接性、鉻(Cr)涂層以提升硬度及耐磨性等,從而根據(jù)不同的封裝環(huán)境和應用需求,實現(xiàn)更高程度的定制化。
值得注意的是,表面處理工藝對鉬銅封裝性能的影響是綜合性的。一方面,良好的電鍍層能顯著提升界面結合強度,降低接觸電阻,提高封裝件的熱、電穩(wěn)定性;另一方面,不當?shù)奶幚恚ㄈ缜逑床粡氐?、電鍍層過厚或不均勻)可能導致熱界面阻抗增加、焊接可靠性下降,甚至出現(xiàn)分層、開裂等失效問題。因此,在鉬銅的封裝設計中,表面處理必須與材料組成、工藝條件及使用環(huán)境協(xié)同優(yōu)化,才能實現(xiàn)最佳的性能匹配。