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 / SAM 2010; 2010

Universidad Católica de Valparaíso

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) [M. Hillert et al. Calphad 33 (2009), pp. 227-232]. 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 δ-Cu7In3 (aP40), η-Cu2In (hP6), y al agregar In a la η-Cu6Sn5 (mC44) (ver Fig. 1). Resultados preliminares indican que las FIs δ-Cu7In3 y η-Cu6Sn5 son termodinámicamente estables respecto de los elementos, que los parámetros de celda teóricos concuerdan con los experimentales, y que la  fase  ideal η-Cu2In  es  termodinámicamente  inestable.  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.