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随着电子产业的快速发展,电子封装技术也随之飞速进步,伴随而来的是对高热导率、低热膨胀系数、低密度先进封装材料的迫切需求。金刚石/Al作为一种新的复合材料,很好地满足了上述对先进封装材料的各项要求,但该复合材料表面润湿性差,导致无法直接与其他材料焊接,极大地限制了其在电子工业上的应用。如何提高金刚石/Al表面的焊接性能并确保焊接之后得到的钎焊接头具有较高的可靠性,成为现在电子封装产业亟待解决的问题。据报道,化学镀Ni-P合金作为一种成本较低、效果较好的表面处理技术,能够极大提升金属等表面的焊接性能,且相较于传统的电镀工艺有着环境污染小的特点。但至今没有关于在金刚石/Al复合材料上成功制得Ni-P镀层的报导,更没有关于在该复合材料上制备得到的Ni-P镀层焊接性能及焊点可靠性的研究。本文进行了在金刚石/Al新型复合材料上化学镀Ni-P合金的工艺开发。利用改进后的化学镀配方与工艺,实现了金刚石/Al复合材料表面上Ni-P镀层的制备,制备得到的镀层厚度均匀、质量优异。对Ni-P镀层在金刚石/Al复合材料表面的生长机理与生长速率规律进行了分析。结果表明,化学镀前处理工艺中的敏化活化工艺使金刚石/Al复合材料基体的表面附着了 Pd原子,作为化学镀Ni-P沉积反应的活性中心;化学镀过程中,镀液中的Ni2+与H2PO2-主要在Pd原子周围发生氧化还原反应,沉积形成Ni-P胞体,胞体随着施镀时间的增加不断长大,最终聚合形成一层均匀连续的Ni-P镀层。研究了 Ni-P镀层的组成元素成分、镀层晶体结构、镀层与复合材料基体之间的结合强度、镀层表面粗糙度与润湿性等性质。结果表明,制备得到的Ni-P镀层P含量3.78～6.37wt.%,为多晶结构,且镀层中出现了晶粒细化。镀层与基体间平均结合强度为60.29MPa,可以满足工业上的要求。当镀层与熔化后的焊料表面接触角0>90°时,随着粗糙度的减小,接触角不断减小,镀层表面的润湿性增加;当0<90°时,随着粗糙度的减小,接触角不断增大,镀层表面的润湿性降低;综合看来,当施镀时间为60分钟左右所时,得到的Ni-P镀层表面粗糙度较低,镀层表面的润湿性最好,且施镀时间较短,成本较低,最适合应用于工业生产中。焊点可靠性方面,考察了镀有Ni-P镀层的金刚石/Al复合材料的焊接接头抗剪切性能与Ni-P/Sn-3.OAg-0.5Cu/Cu以及Ni-P/Sn63Pb37Cu两种焊接接头在125℃、150℃以及175℃下的热老化可靠性。结果表明,Ni-P/SAC305/Cu以及Ni-P/Sn63Pb37/Cu两种焊接接头中,Ni-P与焊料、Cu与焊料都形成了良好的冶金结合,界面处均没有出现缺陷,镀层/焊料侧金属间化合物主要是薄且均匀的(Cu,Ni)6Sn5。Ni-P/SAC305/Cu焊接接头的平均剪切强度是39.9MPa,Ni-P/Sn63Pb37/Cu焊接接头的平均剪切强度是41.2MPa,两种镀层的剪切强度都满足电子工业使用标准,但相较而言,利用Sn63Pb37焊料焊接得到的接头剪切强度更为稳定。在两种焊接接头内,在同样的存储温度、同样的存储时间下,镀层/焊料侧界面上的金属间化合物相较Cu/焊料侧生长更慢,更难出现脆性相Cu3Sn和Kirkendall孔洞等缺陷,表现出良好的可靠性。对两种焊接接头的镀层/焊料侧金属间化合物生长动力学进行了分析,得到125℃、150℃、175℃下界面处化合物(Cu,Ni)6Sn5的扩散系数系数与扩散激活能(Ni-P/SAC305:D125℃=4.17×10-19m/S2,D150℃=1.18 X 10-18m/s2,D1750℃ =3.45×10-18m/s2.Q=62.6kJ/mol;Ni-P/Sn63Pb37:D125℃=6.11×10-19m/s2 D150℃=2.15×10-18m/s2 D175℃=1.68×10-19m/s2,Q= 97.7kJ/mol),相比 Cu/SAC305 与 Cu/Sn63Pb37 界面处Cu6Sn5扩散常数与扩散激活能(Cu/SAC305:D160℃=4.54× 10-17m/s2,Q=49.9kJ/mol;Cu/Sn63Pb37:D150℃=8.23×10-18m/s2,Q=76.92kJ/mol)扩散系数较小,扩散激活能较大,Ni-P/焊料界面处金属间化合物更难生长,证明使用镀有Ni-P镀层的金刚石/Al复合材料的焊接接头拥有较高的可靠性。