工业革命造就人们现今生活大部分的样貌,而经过两百多年来的发展,相信大部分的人都同意生活便利性与科技发展的大幅提升,不过却也付出了极大的代价──环境污染与资源消耗,环保议题近年也逐渐变成所有地球公民的共识,市场经济的发展也在这样的要求下,必须要逐渐调整方向。高科技产业发展时间在最近几十年,污染程度虽然较工业低,不过还是有重金属与有害物质的采用,减少这些物质的采用对于高科技产业的永续发展有绝对的帮助。
最近欧盟的WEEE与RoHS规范陆续生效,让相关的高科技产业越来越积极寻求因应之道,在半导体产业中,受影响最大的是封装厂,传统封装材料中高度依赖含铅焊锡,为符合RoHS规定必须找寻替代材料。本文主要讨论半导体厂商如何因应法规限制带来的冲击、协助厂商通过检测的相关现况与整体高科技产业在环保浪潮之下,企业发展策略与定位的调整。
高科技产业迫切的危机
WEEE与RoHS之所以受到广泛的注意,原因就在于其是一广大区域经济体的法规限制,非像过去以单一国家为主,也因此造成许多区域经济体将针对类似的议题颁布属于自己的法规,像是另外一种关税保护壁垒,撇开政治考虑,这样的状况说明,未来绿色制造已经成为普遍性原则,所以高科技产业要生存发展必须要具备这样的能力,除了半导体的封装产业外,PCB(印刷电路板)与系统组装厂商受到的冲击亦相当大,如(表一)所示。
表一 RoHS指令可能影响之产品组件
管制物质
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可能含有的组件或用料
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铅(Pb) |
铅管、油料添加剂、包装件、塑料件、橡胶件、安定剂、染料、颜料、涂料、墨水、CRT或电视之阴极射线管、电子组件、焊料、玻璃件、电池、灯管...等 |
镉(Cd) |
包装件、塑料件、橡胶件、安定剂、染料、颜料、涂料、墨水、焊料、电子组件、保险丝、玻璃件、表面处理...等 |
六价铬(Cr6+) |
包装件、染料、颜料、涂料、墨水、电镀处理、表面处理...等 |
汞(Hg) |
电池、包装件、温度计、电子组件...等 |
溴化耐燃剂
(PBDEs/PBBs) |
主要用在印刷电路板、组件(如连接器)、塑料件与电线的耐燃剂...等 |
WEEE已经于今年8月13日生效,RoHS也将在明年7月1日启动,不过半导体封装厂在数年前就已经投入绿色封装技术的开发,这部份最大的瓶颈就在替代性材料的转换,而这样的转换除了新材料配方效能表现还未能达到之前水平之外,生产线的更新也带来新的设备成本与产品良率挑战,全球最大封测厂日月光表示,绿色产品对封装厂的挑战除了技术还有成本,客户通常都会要求绿色产品的售价与非绿色产品相当,此时只能透过内部管理来降低成本,无铅是目前最需克服的重点,明、后年预计将提升到无卤与无磷阶段。
这些环保法规目前对于更上游的晶圆制造与IC设计产业并无明显冲击,不过业界有一种说法表示,目前的状况是透过封装、PCB与系统以降的厂商进行努力,若是这部份的努力失败,证实现有的晶圆制造或IC设计方法,并无法达成绿色制造的目标,那压力就会往上游延伸,要求晶圆制造厂更改制程,甚至IC设计厂商在电路设计时进行某些改变(如降低整合度、放大电路线径等),以达成绿色IC的封装。
另外,Intel早在几年前便提出了一种新兴构装技术称为无凸块嵌入式封装(Bumpless Build Up Layer;BBUL)的,此一技术使电子组件更薄、更高效能,并且更省能源;德国研究机构Fraunhofer IZM与柏林科技大学共同开发Chip in Polymer(CIP)技术,此技术的特点是利用超薄的芯片埋藏于印刷电路板的增层构造之中,主要之制作流程为先将芯片装载于基板之上(Die attach),再利用介电材料将芯片埋藏于其中(Lamination),芯片与基板的电性连接是利用无电镀的方式将金属导线制作于介电材料上。无论是Intel之BBUL或是IZM之CIP这些内埋式的构装技术,其主要目的皆为跳脱Bumping之制程概念,减少锡铅接点及介金属层的影响,工研院电子所开发的CiSP架构也是如此。
做足功课 竞争力再升级
不论是直接从封装材料或者上游的晶圆制造、IC设计,下游的组件构装技术着手,厂商没有逃避的借口,这也是牵一发动全身,从上游到下游的完整产业链运动,而根据经济部的调查,台湾有高达四十四项的电机电子产品输欧将受到影响。目前台湾每年输往欧洲的电子电机产品金额约新台币3300亿元,产销家数超过三万家,指令实施后,估计直接影响的产值达2500亿元,占国内GDP的2.45%。如果连上下游及周边关联效应都算进去,受波及产值将高达4000亿元,占国内GDP的3.92%。
国内也是全球最大的封装厂日月光,早在1997年就投入绿色封装的研发,在今年底之前几乎所有的封装技术包括QFP(Quad Flat Package;四边平面构装)、LQFP(Low-profile Quad Flat Pack;小型四边平面构装)、PBGA(Plastic Ball Grid Array;塑料球门阵列)、FC PBGA(Flip Chip PBGA;覆晶式塑封球栅数组)等都可以题供绿色封装服务。甚至该公司早在2003年8月就已经得到绿色采购标准相当严格的Sony绿色伙伴(Green Partner)认证,如(图一)所示,接着该公司两年一次的审核日月光同样在今年8月再度获得Sony的认证。
RoHS的规范中设计有排外条款,表示如果以目前的技术在某些制程上无法找到替代性材料,便可以列入排外条款不受限制,这出发点良善的条款对于厂商来说却不见得是好处,因为一但原本已经可以绿色生产的产品列入排外条款,客户便会要求上游供货商继续以旧制程供货,对于封装厂商来说,这样的更动必须让设备重新设定制程参数,更改材料配方,加上制程管控以提升良率的过程,有时长达一年,反而造成产能利用率的低落。对于IC封装厂这样需求大量生产的厂商来说,生产线越单纯对其产能运用管理越有利,而目前排外条款的内容还在不断更新中,相关厂商也只能静观其变。
先前提到绿色生产是与整个产业链都有关的运动,所以生产设备的支持也相当重要,SEZ全球新兴科技总监Leo Archer表示,市场对于环保制程与设备的需求,在未来数年将更加殷切,这意谓着新设备从规划阶段开始就必须纳入环保的考虑。设备厂商必须将环保标准较低的旧设备淘汰,进而替换成较新的「绿色环保」设备,包括设备本身与设备制造绿色产品的能力。然而绿色环保替代方案的材料不一定能顺利取得,其开发有赖于半导体产业以外的厂商与业界。此外,还须检验这些材料是否符合IC产业严苛的标准。
《图二 SEZ全球新兴科技总监Leo Archer》 |
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