银合金在高温下表面张力的理论计算

摘要

随着半导体器件集成度的大幅度提高，电子板、芯片以及LED等器件上电极数的快速增长，在电子器件生产行业中人们对用于电子器件封装的键合丝提出了更高的要求。因此研发新型的键合丝就显得迫切需要。银键合丝不仅在性能上与金键合丝相近，其成本还远远低于金键合丝，因此银键合丝正逐渐取代金丝作为新型的键合封装材料。新型键合丝的传统研发方式是通过大量的实验以及测试从而探索出不同合金元素对键合丝性能的影响，并找到最优益的合金成分配比。但使用这种方法不仅实验周期长，成本还较为昂贵。因此使用理论方法对相关性质进行计算预测，从而在一定程度上揭示合金元素对键合丝性能的影响，以此指导实验工作就显得十分的必要。对于键合丝而言，在键合丝成分设计中一个关键性因素是键合丝的键合性能，而键合丝键合性能的好坏则与键合丝所对应合金在高温熔融状态下的表面张力大小有关。本文通过热力学模型和分子动力学方法理论计算在10at%到100at%合金元素成分比下添加不同合金元素时，银合金在高温液态下的表面张力，从而为银键合丝的成分设计提供理论依据，对降低银键合丝的研发周期节省研究成本具有重要意义。　　首先，采用Butler模型计算以Au、Bi、Ce、Cu、In、Sb、Sn、Pd、Ni、Y为合金元素的Ag-X二元液态合金的表面张力，考察合金元素X对Ag合金表面张力的影响。研究结果表明：Ag在1381K和1873K下的表面张力分别为0.89392N/m和0.7906N/m。当向Ag中添加Cu、Au、Sn以及Bi元素时，理论计算出的表面张力与实验值相差较小，误差在10%以内。这表明采用Butler模型计算二元合金表面张力的方法可靠且合理。向Ag中加入In、Sn、Sb、Bi四种元素时会减小合金的表面张力，其减小百分比大小顺序为In

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 键合丝研究现状

1.2.1 键合金丝

1.2.2 键合银丝

1.2.3 键合铜丝

1.2.4 键合铝丝

1.2.5 键合丝键合性能研究

1.3 热力学理论计算液体表面张力的现状

1.3.1 热力学理论计算二元合金表面张力

1.3.2 热力学理论计算三元合金表面张力

1.4 分子动力学在高温合金熔体中应用

1.5 研究背景以及主要内容

1.5.1 研究背景

1.5.2 研究主要内容

2 分子动力学理论和热力学模型

2.1 引言

2.2 分子动力学的基本理论

2.2.1 基本步骤

2.2.2 有限差分法

2.2.3 系综

2.2.4 边界条件

2.3 势函数

2.3.1 对势函数

2.3.2 三体势函数

2.3.3 多体势函数

2.4 Materials Studio软件

2.5 Butler模型

2.6 Toop模型

2.7 本章小结

3 二元合金高温液态下表面张力的热力学计算

3.1 引言

3.2 计算参数

3.3 Ag-X(Au、Cu、Ce)合金中密度对表面张力影响

3.4 Ag-X(Au、Cu、Sn、Bi)合金表面张力与实验值对比

3.5 成分对Ag-X合金表面张力的影响

3.6 温度对Ag-X合金表面张力的影响

3.7 本章小结

4 二元合金高温液态下表面张力的分子动力学计算

4.1 引言

4.2 势函数的选择与验证

4.2.1 势函数的选择

4.2.2 势函数的验证

4.3 二元银合金表面张力的计算

4.3.1 表面张力计算方法和参数设定

4.3.2 熔点计算

4.3.3 合金表面张力的计算

4.4 本章小结

5 三元合金高温液态下表面张力的理论计算

5.1 引言

5.2 计算参数

5.3 理论计算结果验证

5.4 Au-X(Cu、Ce、Pd)二元合金的表面张力

5.5 三元合金的表面张力

5.5.1 Ag-Au-Cu表面张力

5.5.2 Ag-Au-Ce表面张力

5.5.3 Ag-Au-Pd表面张力

5.6 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果