耦合电磁处理提升Kovar合金Ni-Au镀层耐腐蚀性的机制研究

为解决Kovar合金电子封装器件中Ni-Au镀层因电镀残余应力与缺陷导致的耐腐蚀性下降问题，研究人员创新性采用耦合电磁处理（CEMT）技术对镀层进行调控。结果表明，CEMT使镀层合格率提升至95%，残余拉应力（X/Y方向分别降低44.84%/61.75%），纳米硬度提高22.97%，并通过修复微观缺陷显著增强耐腐蚀性，为电子封装材料性能优化提供新思路。

　　

在电子封装领域，Kovar合金因其与硬玻璃相近的热膨胀系数（20～450°C）成为高真空玻璃-金属密封接头的首选材料。然而，其表面需通过电镀Ni（耐腐蚀）和Au（可焊性）镀层以满足性能要求。遗憾的是，电镀过程产生的残余应力和微缺陷（如孔隙、位错）会显著降低镀层耐腐蚀性，导致腐蚀介质渗透甚至基体损伤。传统调控方法如调整电镀参数或热老化处理存在工艺复杂、污染大等缺陷，亟需开发高效清洁的替代方案。

中国某高校联合丽江电子有限公司的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表论文，提出采用耦合电磁处理（Coupled Electromagnetic Treatment, CEMT）技术对Kovar合金Ni-Au镀层进行后处理。研究通过真空注塑法制备Kovar腔体样本，经电沉积制备Ni-Au镀层后，施加特定参数的CEMT（交变磁场与脉冲电流耦合）。关键技术包括中性盐雾试验（NSS）评估耐腐蚀性、X射线衍射（XRD）分析残余应力、纳米压痕测试硬度，以及透射电镜（TEM）观察位错分布。

中性盐雾腐蚀测试结果
未经处理（UT）样本在48小时NSS测试后出现大量微米级腐蚀坑，EDS显示腐蚀沿镀层缺陷向基体扩展；而CEMT样本合格率达95%，仅局部出现亚微米级点蚀，表明CEMT显著阻断腐蚀通道。

残余应力与力学性能
CEMT使镀层残余拉应力在X/Y方向分别降低44.84%和61.75%，纳米硬度从0.74 GPa提升至0.91 GPa（+22.97%）。应力释放与硬度提升归因于电磁场驱动的位错重组机制。

微观结构分析
TEM显示CEMT样本位错密度降低4.2%，分布更均匀。电磁场促进位错滑移与湮灭，修复微裂纹并减少应力集中点，为耐腐蚀性提升提供结构基础。

该研究证实CEMT通过“应力调控-缺陷修复”双路径优化镀层性能：电磁能转化为机械能促进位错运动，释放残余应力；同时均匀化微观结构，阻断腐蚀介质渗透路径。相比传统方法，CEMT具有效率高（单次处理）、无污染、兼容现有产线等优势，为电子封装器件可靠性提升提供突破性解决方案。研究团队特别指出，该技术对Ni基复合镀层（如Ni-SiC、Ni-TiO₂
）的普适性值得进一步探索。