1. 研究目的与意义（文献综述）

随着电子封装技术的发展，锡铅钎料在电子器件内得以广泛并大量使用。由于铅元素对人体有害，我们希望能找到新的材料来替代锡铅钎料，世界各国都开始倡导电子器件无铅化^[1]。但与锡铅钎料相比，无铅钎料易导致基板在焊接接头形成时生成脆性金属间化合物（intermetallic compounds:imc）,并且在接头服役过程中不断增长。因为接头内部钎料、imcs、基板的热膨胀系数不同，过厚的脆性imcs层在服役过程中受外力易出现剥离等现象^[2,3]。所以倒装芯片中凸点下金属化层（under bump metallization:ubm）的制备以及元素扩散阻挡性能成为了当前的研究热点。

ubm是连接焊球凸点与芯片的金属化层，为了阻止焊球与铝元件基垫或电路板的铜层之间发生扩散。设计合理的ubm应当具有以下功能：连接芯片，延缓钎料的扩散和反应，防治氧化^[4,5]。众所周知，化学二元镍磷（ni-p）电镀由于其优越的耐腐蚀性，高表面硬度和耐磨性，操作简单，成本低等优点而在工业中得到了广泛的应用。它还改善了表面的可焊性和抛光性能，并延长了使用寿命，虽然作为ubm层可有效阻挡cu的扩散，但其易于钎料反应成长柱状的n₃p晶化层，给基材和钎料内的元素提供了扩散通道，导致了大量纳米级孔洞的产生，急剧降低ubm的扩散阻挡性能，进而显著降低焊接接头的可靠性^[6]。而且二元ni-p合金不能满足特殊条件下的应用，如特定的机械制造和海水中的抗腐蚀组分。因此，大量的研究集中在化学三元合金上，即将第三种金属（包括zn，cu，co，fe，sn，w和mo）共沉积到化学镀ni-p镀层中^[7,8]。

国内外学者大量研究表明，通过添加其他合金元素以形成三元合金镀层，可以以此得到性能更优的ubm层。化学镀三元镍基合金，比化学镀二元镍基合金具有更优异或更特殊的性能，显示出更为广阔的应用空间。化学镀镍的合金化、三元化的研究已获得了可喜的成果，在一定程度上扩展了化学镀的应用范围。能够与化学镀 ni-p 共沉积的元素有 rc、v、w、mo、cu、sn、fe 以及 zn、mn、co、b、pd 等。上述体系的合金镀层均已在实验室成功获得。由于质量控制等问题，能够实际应用的很少，有实际意义的多元合金系有：ni-co-p，ni-cu-p，ni-w-p，ni-mo-p 等。如化学镀 ni-co-p 合金镀层^[9]具有高密度磁性特点，由它制成的磁盘线密度大，而且磨蹭厚度均匀、硬度高、耐蚀性好，可用在计算机和磁声记录系统；化学镀 ni-w-p合金镀层具有较好的耐磨性能，且膜层厚度均匀、硬度高、耐蚀性好，且操作方便，成本低，代替不锈钢用在医疗器件及厨房设备中^[10]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、材料制备：以铜为基板，通过表面沉积技术在传统Ni-P镀层内掺杂Mo元素，在铜基板上沉积一层Ni-Mo-P镀层；

2、材料表征：对Ni-Mo-P镀层进行结构表征和形貌分析，通过FEG-SEM,XRD,TG-DSC等表征手段对镀层的物相，显微结构和热学性能进行测试。

2.2 研究目标

1、掌握铜基板表面Ni-Mo-P镀层的制备；

2、采用结构分析与性能表征技术，分析Ni-Mo-P镀层的显微结构，物相和热学性能；

3、设计正交试验，研究不同化学镀参数对镀层微观结构、化学成分、和结构的影响机制

4、提出优化Ni-Mo-P镀层性能的有效方案。

2.3 技术方案

1、基体的前处理。实验所使用的基体材料为纯度为99.9%的紫铜板，镀层制备前将厚度为1mm的铜带裁成10mm×10mm的长方形薄片，经#1200及#2000 水磨砂纸磨平后用丙酮对其除油。试样经水洗后在下列溶液中进行电解抛光获得光洁表面：蒸馏水1000ml，磷酸500ml，酒精500ml，尿素10g，异丙醇101ml，抛光所用电压为7v。

2、镀层的制备。除油后铜片样品经10%稀硫酸活化以获得新鲜表面，用铝钩相连，放入镀液中施镀。化学镀Ni-Mo-P镀液配方分为柠檬酸钠体系和焦磷酸钠体系，因为柠檬酸钠在一定p H范围内很稳定，通常碱性体系一般的研究范围为p H为8.5—9.5，一般不用缓冲剂，焦磷酸钠体系由于焦磷酸钠稳定系数小需要氨水调节p H，因此化学镀温度低，镀液中有缓冲剂硫酸铵的加入来稳定p H。通过大量文献^[14-17]的筛选决定采用柠檬酸钠体系配方，总结出化学镀Ni-Mo-P基础配方镀液的成分见表1。

表1.化学镀Ni-Mo-P合金配方及工艺

3、采用FEG-SEM、XRD、TG-DSC等测试技术对镀层的物相、显微结构和热学性能进行测试。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照技术方案，制备ni-mo-p三元镀层；

第7-10周：采用金相显微镜、sem、xrd、tg-dsc等分析测试技术对镀层的物相、显微结构和热力学性能进行测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 陈君军，傅岳鹏，田民波.微电子封装材料的最新进展[j].半导体技术，2008，33（3）:185-189.

[2] 张睿竑，申灏，邰枫，等.cu基板表面层对无铅焊点界面金属间化合物的影响[a].电子产品节能，环保与安全技术国际研讨会论文集[c].2008.

[3] jang m d. intermetallic compound spalling characteristics of sn-3.5ag solder over ternary electroless ni under-bump metallurgy [j]. journal of materials research, 2011, (24): 3032-3037.