Sn/Cu互连体系界面和金属间化合物层Kirkendall空洞演化和生长动力学的晶体相场法模拟

金属学报, 2015, 51(7): 873-882. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00525

Sn/Cu互连体系界面和金属间化合物层Kirkendall空洞演化和生长动力学的晶体相场法模拟

马文婧 ^1, , 柯常波 ^2, , 周敏波 ^3, , 梁水保 ^4, , 张新平 ^5,

1.华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640

2.华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640

3.华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640

4.华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640

5.华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640

基金项目: 国家自然科学基金项目51275178和51205135及高校博士点基金项目20110172110003和20130172120055资助 Supported by National Natural Science Foundation of China (Nos.51275178 and 51205135) and Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Nos.20110172110003 and 20130172120055)

关键词： Kirkendall空洞 , 金属间化合物 , 生长动力学 , 组织演化 , 晶体相场法

PHASE-FIELD CRYSTAL SIMULATION ON EVOLUTION AND GROWTH KINETICS OF KIRKENDALL VOIDS IN INTERFACE AND INTERMETALLIC COMPOUND LAYER IN Sn/Cu SOLDERING SYSTEM

Keywords： Kirkendall voids , intermetallic compound , growth kinetics , morphological evolution , phase-field crystal method

采用二元合金晶体相场模型模拟研究了Sn/Cu互连体系Cu/Cu3Sn界面及金属间化合物层中Kirkendall空洞形成和形貌演化及长大过程,对Kirkendall空洞生长的微观机制进行了剖析,同时还模拟和分析了界面Cu3Sn层厚度和杂质含量对Kirkendall空洞形貌和生长动力学的影响.研究表明,Kirkendall空洞的生长过程由4个阶段组成:Cu/Cu3Sn界面形成大量原子错配区,原子错配区迅速成长为空洞,空洞的长大及随后的空洞合并生长.Kirkendall空洞优先在Cu/Cu3Sn界面处形核,其尺寸随时效时间的延长而增大,并在时效后期空洞的生长伴随有空洞的合并.Cu3Sn层厚度增加和杂质含量增多均使得Kirkendall空洞数量和生长指数增加以及尺寸增大,并且2种情况下空洞数量随时间的变化均呈现先增后减的规律.

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