基于分子动力学的Cu3Sn/Cu界面元素扩散行为数值模拟

文中采用修正的嵌入原子势函数(modified embedded atomic method, MEAM)的分子动力学模拟,研究了无铅焊点中Cu3Sn/Cu界面元素的扩散过程,对界面元素的扩散行为进行了分析计算,获得了界面各元素的扩散激活能,根据元素扩散的经验公式得出界面过渡区的厚度表达式. 结果表明, 扩散过程中主要是铜晶格中Cu原子向Cu3Sn晶格中扩散. 其中,铜晶格内原子以较慢的速率扩散,但可以深入Cu3Sn晶格内部,Cu3Sn中原子以较快的速率扩散,但难以进入铜晶格内部. 结合阿伦尼乌斯关系和爱因斯坦扩散定律,计算得到界面处铜晶格原子的扩散激活能为172.76 kJ/mol,界面处Cu3Sn晶格中Cu原子扩散激活能为52.48 kJ/mol,Sn原子扩散激活能为77.86 kJ/mol.