1．目的及意义

随着科技和工业的不断发展，伴随而来的环境问题也日益严重起来，为了自身安全及环境问题，人们开始倡导绿色制造。有害重金属铅正是绿色制造中急需被取代的一种材料。高铅焊料（Pb含量：85-97wt.％）在高温电子产品中被大量使用，因此出于绿色制造的需求，世界各国都开始倡导电子器件无铅化^[1]。为此人们对高温焊料进行了大量的研究，希望取代传统的高铅焊料，典型的高温焊料如Au基焊料和Bi-Ag焊料。然而，这些焊料往往具有一些明显的缺陷，进而限制了它们的应用。例如金基焊料的昂贵价格^[2]，Bi-Ag焊料较差的湿润性和脆性^[3]，纳米银浆的高成本和多孔性^[4]等。与他们不同的是，Zn基焊料具有成本低、熔点高、导热导电性好等优点，是一种潜在的无铅焊料^[5]。

但取代高铅焊料仍旧需要克服一些问题，因为与高铅钎料相比，无铅钎料易于基板在焊接接头形成时生成脆性金属间化合物（Intermetallic Compounds:IMC）,并且会在接头服役过程中不断增长。由于接头内部钎料、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^[6,7,8]，这无疑会恶化焊接接头的可靠性。在电子器件内，凸点下金属化层（Under Bump Metallisation）能有效抑制无铅焊点与铜基板的界面快速反应，因此，制备出可靠的UBM并探究其扩散阻挡性能成为了当前研究的热点。良好的UBM出了充当扩散阻挡层以外，还具备连接芯片和防治氧化的功能。

关于UBM的研究现状，目前来说工业界通常使用的是化学镀Ni-P镀层，化学镀Ni-P技术因镀件表面外观光滑、平整、美观, 镀层具有良好的化学、力学等性能, 被广泛用于电子、航空业、石油、天然气等领域^[9]。虽然Ni-P化学的层作为UBM时可有效阻挡Cu的扩散，但其易于钎料反应生长出柱状的N₃P晶化层，这些晶化的N₃P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^[10,11]。因此，研究出一种牢固可靠的新型的UBM就显得极为迫切，Jang M D等人域^[8]研究发现向UBM添加某些过渡元素可作为Ni扩散的障碍，国内外许多学者通过在Ni-P镀层中添加第三种元素来制作三元合金镀层，例如刘俐等人^[12]开发了三元Ni-W-P镀层（6-7wt.%的P和18-19wt.%的W），或是Ni-Fe-P以及Ni-Mo-P等三元合金镀层^[13,14,15]，希望由此来得到性能更加优异的UBM层。

在本课题中我们将采取表面沉积技术来制备新型镍基镀层，具体将通过化学镀的方法引入第三元来制造镍基三元合金，再将制备的新型镍基扩散阻挡层与高温无铅焊料Zn-5Al进行焊接，以此来制备焊接接头，反应温度设定为420℃时，时间分别为1min,5min,15min和30min来观察记录其界面反应产物，探究Ni基三元镀层的扩散阻挡性能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、材料制备：以单晶铜为基板，通过表面沉积技术的原理，采用化学镀的方法在铜基板上制备一层牢固可靠的镍基三元镀层；随后采用Zn-5Al高温无铅焊料，制备出三元镍基镀层焊接接头。

2、材料表征：对三元Ni基镀层和焊点进行显微结构表征和形貌分析，通过SEM,EDS等表征手段分析镀层和焊点的物相，显微结构。

2.2 研究目标

1、掌握铜基板表面沉积法化学镀镍基镀层的制备；