热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

姜楠¹，张亮^1,2，孙磊³，王凤江⁴，龙伟民⁵，钟素娟⁵

1. 江苏师范大学机电工程学院2. 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室3. 南京航空航天大学直升机传动技术国家重点实验室4. 江苏科技大学材料科学与工程学院5. 郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室

摘 要：为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物（IMC）生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu₆Sn₅/Cu界面处形成了一层Cu₃Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数（整体IMC、Cu₆Sn₅和Cu₃Sn IMC）明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。

关键词：Sn58Bi无铅钎料;Ti纳米颗粒;界面反应;热循环;扩散系数;