本发明涉及一种电子封装用无铅焊料及其制备方法和应用，属于电子封装材料领域。
背景技术：
随着电子信息产品的不断更新和发展，其对电子信息产品的微型化、低成本、多功能、便携式以及高可靠性提出了更高的要求。微电子封装技术不断创新，其中倒装芯片在微电子封装中得到广泛应用，成为芯片封装技术走向微小化的主流技术。电子封装的主要作用是传递电力与电路讯号，提供散热途径，承载与保护封装结构。
倒装芯片中的凸点下金属化层（underbumpmetallication，缩写ubm）用于ic芯片和基板的连接。目前，常用的凸点材料为锡基焊料，最为典型的锡基焊料为sn-37pb。然而，随着欧盟weee/rohs法案的实施，铅的使用被大幅限制，为此，无铅焊料成为本领域研究的热点。目前常见的无铅锡基焊料，如sn-cu、sn-ag、sn-cu-ag、sn-bi等，可替代sn-37pb用作凸点焊料，然而它们都存在相同的问题，即润湿性能较sn-37pb差。相对差的润湿能力大大限制了这些焊料的使用，降低了焊料的可焊性，造成润湿不良或润湿不均的问题。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种电子封装用无铅焊料及其制备方法及应用，所述无铅焊料可解决无铅焊料润湿不良或润湿不均的问题。
一种电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%~75%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.5~9%zn、0.1~0.2%cr、0.5~1%ag和余量sn；所述第二组分合金为sn-3ag-0.5cu、sn-5sb、sn-3.5ag或sn-0.7cu中的一种。
本发明所述无铅焊料由两种组分组成，其为作为基体的第一合金组分和分散在其中的第二组分合金颗粒，其中所述第二组分合金的熔点高于第一合金组分。
本发明所述第一合金组分的固相线温度为197.7~198.8℃，液相线温度为202.3~204.0℃。
本发明所用第二组分合金颗粒可商业购得，本发明所述第二组分合金颗粒的固相线温度高于本发明所述第一合金组分液相线温度。
进一步地，本发明所述第二组分合金颗粒的固相线温度高于本发明所述第一合金组分液相线温度至少5℃；更进一步地，本发明所述第二组分合金颗粒的固相线温度高于本发明所述第一合金组分液相线温度至少10℃。
优选地，所述第二组分合金颗粒的粒径为20~50微米。
优选地，所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.75~9%zn、0.1~0.15%cr、0.5~0.8%ag，余量sn。
进一步优选地，所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.86%zn、0.14%cr、0.62%ag，余量sn。
优选地，所述焊料由质量分数为60~70%的第一组分合金及余量第二组份合金颗粒组成。
本发明所述焊料可为焊料球。
本发明进一步提供上述电子封装用无铅焊料的制备方法。
一种电子封装用无铅焊料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
s1，按第一组分合金原料比例，氮气气氛下，将金属sn和金属zn颗粒于600~620℃下使之完全熔化，并保持该温度至少2h，获得sn-zn合金；将sn-zn合金与金属ag和金属cr颗粒混合，于氩气氛围下，密封条件下，900~980℃使之完全熔化，并保持该温度至少2h；
s2，将步骤s1所得熔体冷却，保持其温度在208~215℃；向上述熔体中加入第二组分合金颗粒，搅拌均匀，成型，既得。
本发明的另一目的是提供利用上述电子封装用无铅焊料进行焊接的方法。
一种利用上述电子封装用无铅焊料进行焊接的方法，将若干焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；将封装整体加热至208~215℃；然后将封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上，使电路基板与芯片焊接固定，其中，所述焊料球由质量百分数为55%~75%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.5~9%zn、0.1~0.2%cr、0.5~1%ag和余量sn；所述第二组分合金为sn-3ag-0.5cu、sn-5sb、sn-3.5ag或sn-0.7cu中的一种。
本发明所述将焊料球与芯片的固定可依据现有技术公开的方法构筑凸点下金属化层。
进一步优选地，将所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；采用回流焊，具体为：将封装整体于回流焊设备中于160~170℃处理40~60s；主加热温度208~215℃，30~60s；然后将主加热温度升高到封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上30~40℃，30~60s，使电路基板与芯片焊接固定。
本发明的有益效果为：本发明提供的电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%~75%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，作为基体的第一合金组分和分散在其中的第二组分合金颗粒，其中所述第二组分合金的熔点高于第一合金组分。在利用本发明所述焊料进行电子封装时首先在高于第一组分合金的加热电子封装整体，使第一组分熔化并铺展于基板上，再将电子封装整体的温度提升至第二合金组分的熔点之上使均匀分散于第一组分合金熔体中的熔化，填补由润湿不均或润湿不良造成的虚焊点，提高焊料的整体润湿性能，提高可焊性。同时，本发明优化了第一合金组分，在sn-zn合金焊料的基础上，在其合金组分中增加控制量的cr和ag，在保证了sn-zn合金较低熔点的同时提高合金的润湿性能，及抗腐蚀性能，增加了焊接处的强度，同时其抗蠕变性能有提升。
具体实施方式
发明的保护范围不限于下述实施例所公开的内容，对发明进行简单的变形与组合均属于本发明的保护范围之内。
下述实施例中所述第二组分合金颗粒的粒径在20~50微米之间。
实施例1
一种电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.86%zn、0.14%cr、0.62%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为197.7℃，液相线温度为202.3℃；所述第二组分合金为sn-0.7cu。
一种电子封装用无铅焊料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
s1，按第一组分合金原料比例，氮气气氛下，将金属sn和金属zn颗粒于620℃下使之完全熔化，并保持该温度2h，获得sn-zn合金；将sn-zn合金与金属ag和金属cr颗粒混合，于氩气氛围下，密封条件下，950℃使之完全熔化，并保持该温度至2h；
s2，将步骤s1所得熔体冷却，保持其温度在208~210℃；向上述熔体中加入第二组分合金颗粒，搅拌均匀，成型成焊料球，既得。
将所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；采用回流焊，具体为：将封装整体于回流焊设备中于165℃处理40s；主加热温度210℃，60s；然后将主加热温度升高到封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上35℃，40s，使电路基板与芯片焊接固定。
实施例2
与实施例1相同，不同在于：所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：9%zn、0.11%cr、0.8%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为198.8℃，液相线温度为204.0℃。
本发明所述第一合金组分的固相线温度为198.8℃，液相线温度为204.0℃。
实施例3
与实施例1相同，不同在于：所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.5%zn、0.15%cr、0.66%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为198.2℃，液相线温度为203.3℃。
实施例4
一种电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.86%zn、0.14%cr、0.62%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为197.7℃，液相线温度为202.3℃；所述第二组分合金为sn-3ag-0.5cu。
一种电子封装用无铅焊料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
s1，按第一组分合金原料比例，氮气气氛下，将金属sn和金属zn颗粒于620℃下使之完全熔化，并保持该温度2h，获得sn-zn合金；将sn-zn合金与金属ag和金属cr颗粒混合，于氩气氛围下，密封条件下，950℃使之完全熔化，并保持该温度至2h；
s2，将步骤s1所得熔体冷却，保持其温度在208~210℃；向上述熔体中加入第二组分合金颗粒，搅拌均匀，成型成焊料球，既得。
将所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；采用回流焊，具体为：将封装整体于回流焊设备中于165℃处理40s；主加热温度210℃，50s；然后将主加热温度升高到封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上35℃，50s，使电路基板与芯片焊接固定。
实施例5
一种电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.86%zn、0.14%cr、0.62%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为197.7℃，液相线温度为202.3℃；所述第二组分合金为sn-5sb。
一种电子封装用无铅焊料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
s1，按第一组分合金原料比例，氮气气氛下，将金属sn和金属zn颗粒于620℃下使之完全熔化，并保持该温度2h，获得sn-zn合金；将sn-zn合金与金属ag和金属cr颗粒混合，于氩气氛围下，密封条件下，950℃使之完全熔化，并保持该温度至2h；
s2，将步骤s1所得熔体冷却，保持其温度在208~210℃；向上述熔体中加入第二组分合金颗粒，搅拌均匀，成型成焊料球，既得。
将所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；采用回流焊，具体为：将封装整体于回流焊设备中于165℃处理40s；主加热温度210℃，50s；然后将主加热温度升高到封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上35℃，50s，使电路基板与芯片焊接固定。
实施例6
一种电子封装用无铅焊料，所述焊料由质量百分数为55%的第一组分合金及余量均匀分散于其内的第二组分合金颗粒组成，
所述第一组分合金包括质量分数如下的下述组分：8.86%zn、0.14%cr、0.62%ag，余量sn；所述第一合金组分的固相线温度为197.7℃，液相线温度为202.3℃；所述第二组分合金为sn-3.5ag。
一种电子封装用无铅焊料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
s1，按第一组分合金原料比例，氮气气氛下，将金属sn和金属zn颗粒于620℃下使之完全熔化，并保持该温度2h，获得sn-zn合金；将sn-zn合金与金属ag和金属cr颗粒混合，于氩气氛围下，密封条件下，950℃使之完全熔化，并保持该温度至2h；
s2，将步骤s1所得熔体冷却，保持其温度在208~210℃；向上述熔体中加入第二组分合金颗粒，搅拌均匀，成型成焊料球，既得。
将所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；采用回流焊，具体为：将封装整体于回流焊设备中于165℃处理40s；主加热温度210℃，60s；然后将主加热温度升高到封装整体加热至所选用第二组分合金的熔点之上35℃，40s，使电路基板与芯片焊接固定。
实施例1~6相关参数及测试结果见表1。
表1