Sn基金屬間化合物物性及Sn的鍵級勢的第一性原理研究.pdf

1、準(zhǔn)確描述電子封裝焊點(diǎn)微觀力學(xué)及熱學(xué)行為是解決電子器件可靠性問題的基本前提。近年來，為滿足電子器件微小化要求，焊點(diǎn)尺度持續(xù)減小，金屬間化合物在其內(nèi)所占的體積百分比越來越大，因此已不能把焊點(diǎn)簡化成各向同性、均勻無結(jié)構(gòu)的釬料合金整體。另一方面，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究以大塊材料作為試樣，采用自上而下的研究范式，著重于宏觀現(xiàn)象描述，已不太適用于目前和未來的小尺度焊點(diǎn)。本文通過第一性原理方法在原子尺度上系統(tǒng)地研究了焊點(diǎn)內(nèi)金屬間化合物的基本物性，同時構(gòu)建了能

2、夠準(zhǔn)確反映β-Sn晶體金屬共價混合成鍵特性的原子間相互作用勢，為深入研究焊點(diǎn)可靠性提供了基本數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。本文包含以下主要內(nèi)容。
　　根據(jù)研究對象的特點(diǎn)選取了合適的計算參數(shù)，并詳細(xì)考察了兩個關(guān)鍵參量截斷能和k點(diǎn)間距與計算收斂性之間的關(guān)系，論證了計算結(jié)果的可靠性。在此基礎(chǔ)上，基于真實(shí)的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)建了計算初始構(gòu)型，經(jīng)幾何優(yōu)化得到了各金屬間化合物的平衡晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，計算結(jié)果同試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，進(jìn)一步證實(shí)了計算的可靠性。
　

3、　對幾何優(yōu)化后的構(gòu)型施加了特定的變形，計算了應(yīng)力矩陣。獲得一系列變形-應(yīng)力數(shù)據(jù)后，用最小二乘法擬合得到了單晶體的彈性剛度系數(shù)和彈性柔度系數(shù)。運(yùn)用Voit、Reuss、Voit-Reuss-Hill以及Hashin-Shtrikman理論推導(dǎo)出了多晶體的彈性性質(zhì)，并利用Pugh判據(jù)評估了韌脆性。同時，根據(jù)已得到的彈性常數(shù)預(yù)測了金屬間化合物的Debye溫度及熱導(dǎo)率。
　　通過分析不同晶向上的體變模量和楊氏模量，研究了金屬間化合物的各向

4、異性力學(xué)行為。結(jié)果表明，幾乎所有的金屬間化合物都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的彈性各向異性，而且晶體學(xué)對稱性高低并不完全決定IMC的各向異性程度。各向異性是造成彈性性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散的主要原因。
　　結(jié)合虛擬靜水壓力試驗(yàn)，確定了IMC的狀態(tài)方程，研究了IMC的成鍵狀態(tài)和電子結(jié)構(gòu)及其壓力響應(yīng)。結(jié)果表明，IMC晶體具有共價性或共價-金屬混合性的原子結(jié)合，彈性各向異性本質(zhì)上是由其內(nèi)共價鍵的方向性引起的。
　　在Tersoff-Brenner鍵級勢模型