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多层镍的镀覆结构为何能提高封装陶瓷的可靠性

多层镍的镀覆结构为何能提高封装陶瓷的可靠性？

在航天、5G通信等高可靠性领域，陶瓷封装产品需承受-55℃~125℃极端温度、96小时盐雾腐蚀及长期机械应力。传统单层镀镍易因内应力集中导致镀层鼓泡剥落，且针孔贯穿会加速基体腐蚀。多层镍的镀覆技术，是指在同一基体材料上，选用不同的镀液成分及工艺条件，获得两层或三层的镍镀层，但是镀层总厚度却不增加甚至降低，而镀层的耐蚀能力却得到提高。那么，该技术有什么优势呢？

应力梯度设计，巧妙化解内应力

利用磷元素对晶体结构的调控，通过交替沉积不同磷含量的镍层（高磷镍磷含量10-12%，中磷镍7-9%），高磷镍层（磷含量10-12%）呈压应力，中磷镍层（7-9%）呈拉应力，通过“反向弹簧”式设计实现应力自抵消，避免镀层开裂。而且，高磷镍层在热处理中发生非晶态扩散，与柱状结构的半光亮镍形成应力缓冲带，有效抵消层间应力。该技术关键点主要在于：镀层顺序与厚度控制。工艺上，应严格遵循“基体→冲击镍（氯化镍体系）→高磷镍→小电流镍→中磷镍→镀金”顺序。其中镍层总厚≤11.4μm，镍层过厚会导致过多的应力累积。此外，还可通过热处理来释放镀层内部的内应力，进一步增加稳定性。譬如，470-500℃真空退火（≤5×10⁻³Pa）消除氢脆，同时促进高磷镍层扩散，增强层间冶金结合。

针孔错位设置，有效阻断腐蚀通道

各层镍的针孔分布随机且独立，多层叠加后针孔贯穿概率大幅降低。实验表明，四层结构可将盐雾耐受时间从24小时提升至96小时以上。

               镍层盐雾腐蚀的SEM图片

此外，最外层的金层（厚度0.1μm及以上）主要提供惰性防锈屏障，内层的镍层作为牺牲阳极。当腐蚀介质渗入时，高硫镍层（含硫0.1–0.25%）优先横向腐蚀，保护基体。该关键点在于电流密度精准调控。小电流电镀镍（0.1–2A/dm²）填充底层微孔，硫酸镍浓度降至160–180g/L，避免高电流导致针孔扩大。镀液纯净度保障：采用超声波碱性除油+盐酸活化（pH 0–4）彻底清除陶瓷表面氧化物，从源头减少针孔生成。