Cálculos ab-initio de parámetros energéticos involucrados en el modelado termodinámico del sistema Cu-In-Sn utilizando modelos termodinámicos con subredes

S. RAMOS DE DEBIAGGI; G.F. CABEZA; A. FERNÁNDEZ GUILLERMET

Viña del Mar

Congreso; XI IBEROMET CONAMET/SAM2010; 2010

Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales - Asociación Argentina de Materiales

La aleación eutéctica In48%-Sn es de interés como material de soldadura en uniones por difusión libres de Pb. Al combinarse con Cu, material de contacto en dispositivos electrónicos, se forman en la zona de unión varias fases intermetálicas (FIs) con altos puntos de fusión, que otorgan estabilidad térmica a la soldadura. En principio, la estabilidad de las FIs que aparecen en la soldadura podría describirse usando modelos para la energía de Gibbs. Con ese objetivo, algunas de las FIs de dicho sistema se han tratado previamente en el marco del denominado “compound energy formalism” (CEF). Esto implica que ciertas FIs del sistema Cu-In-Sn se tratan con modelos del tipo (Cu)a(In,Sn)b, mientras que otras FIs que exhiben no-estequiometría en los binarios Cu-In y Cu-Sn se tratan con modelos del tipo (Cu)a(In,Sn)b(In)c o (Cu)a(In,Sn)b(Sn)c, respectivamente. El objetivo de este trabajo es aplicar cálculos ab-initio para determinar los parámetros energéticos involucrados en la aplicación del CEF a varias FIs del sistema Cu-In-Sn. Una metodología de cálculo basada en la teoría de la funcional densidad y ondas planas, e  implementada en el código Vasp, se utiliza para obtener energías de formación de las FIs. Así se estudian en forma ab-initio los compuestos extremos (“end-members”) involucrados en el tratamiento CEF de las FIs ternarias  generadas al agregar Sn a las binarias d-Cu7In3 (aP40), h-Cu2In (hP6), y al agregar In a la h-Cu6Sn5 (mC44). Con excepción de los compuestos CuSn (hp4) yh-Cu6Sn5, los resultados obtenidos indican que las FIs d-Cu7In3 e ideales h-Cu2In y h-Cu2Sn son termodinámicamente inestables a 0K respecto de los elementos. Para las fases estables los parámetros de celda teóricos concuerdan muy bien con los datos experimentales. El estudio incluye una comparación crítica de las energías de formación ab-initio para los compuestos del CEF con las obtenidas previamente en análisis fenomenológicos del tipo CALPHAD en este sistema. Finalmente se discute la posibilidad de combinar las aproximaciones CALPHAD y ab-initio para establecer la energética de compuestos que por ser en muchos casos metaestables o hipotéticos no son conocidos a partir de experimentos.