Estudio de la fase eta-Cu2In para desarrollo de uniones libres de Pb

S. SOMMADOSSI, S. RAMOS DE DEBIAGGI, A. MONTI, M. RUDA, M. ESQUIVEL, H. E.,TROIANI, A. FERNÁNDEZ GUILLERMET.

Cartagena de Indias, Colombia

Congreso; Congreso Iberoamericano de Metalurgia y Materiales ? X IBEROMET 2008; 2008

La caracterización de las fases del sistema Cu-In es relevante para el desarrollo de tecnologías de unión libres de Pb. Las fases de este sistema aparecen en aplicaciones tecnológicas, tales como en la tecnología de interconexión donde se utilizan aleaciones de In y Sn para unir contactos de Al, Au, Cu, Ni, formando sistemas multicomponentes más complejos. En particular el diagrama de equilibrio de fases del Cu-In (ver Fig. 1) presenta el campo h-Cu2In con cierta complejidad, constituido por lo menos por dos fases: una de altas temperaturas (eta?) y otra de bajas temperaturas (eta). Estas fases tienen una región de estabilidad extendida tanto en composición (33-37 at.% In) como en temperatura (T< 667 °C) [1]. Para simular las fases h-Cu2In, sobre las cuales hay poca información, realizamos cálculos ab-initio basados  en la teoría de la funcional densidad (DFT) implementada según el código Wien2k [2]. Las energías de correlación e intercambio fueron evaluadas en la aproximación de gradiente generalizado (GGA). Consideramos las fases hexagonales  B81 (hp4 prototipo NiAs) y  B82 (hp6 P63/mmc, prototipo Ni2In) propuestas en el campo de fases  eta (ver Fig. 2).  En ambos casos calculamos parámetros de red y energías de equilibrio, evaluando también propiedades correspondientes a los metales puros Cu e In, a los efectos de estimar las correspondientes entalpías de formación de los compuestos. Se analiza la estructura cristalina de las fases eta-Cu2In con difracción de Rayos-X y se ajustan estos datos mediante el método de Rietveld. También se analiza la estructura cristalina mediante difracción de electrones utilizando la técnica de TEM explotando la menor longitud de onda y por ende obtener información complementaria. De esta manera se comparan los parámetros de red calculados y los ajustados con datos experimentales. Se presentan los análisis calorimétricos (DSC) realizados sobre muestras con composiciones en el rango de 30-45 %at. In. Estos estudios permiten apreciar las temperaturas de transición de fases que experimentan las aleaciones al ser calentadas a diversas velocidades (2-25 °C/min) hasta 500°C. A su vez se calculan los calores involucrados en dichas transiciones, los cuales podrán ser utilizados para el modelado termodinámico del campo eta-Cu2In son comparados con los calculados teóricamente. Los resultados experimentales y  de cálculos ab-initio  fueron utilizados para  analizar críticamente los dos modelos del  diagrama de fases del sistema Cu-In existentes en la literatura [3,4] Fig. 1. Diagrama de fases de equilibrio del sistema Cu-In [1] Cu2In: hp6 CuIn: hp4 Fig. 2. esquema de las estructuras cristalinas hp6 y hp4. Referencias: [1] P.R. Subramanian and D.E. Laughin: Bull. Alloy Phase Diagrams 10, 554 (1989) [2] P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Madsen, D. Kvasnicka y J.  Luitz, WIEN2k_07.2, Techn. Universitat Wien, Austria, 2001 [3] A. Bolcavage, S.W. Chen, C.R. Kao, Y.A.Chang,A.D. Romig Jr, J. of Phase Equilibria 15, 14 (1993) [4] J. Hertz, K. El Aissaoui and L. Bouirden, J. of Phase Equilibria 23, 473 (2002)