環保議題深受歐美各國重視，但電子產品在生產過程以及本身使用材料上，多含有害金屬物質，使得人們在享受這些電子產品時，也不知不覺地破壞、污染周遭環境。目前歐美日各國都已積極立法，規範電子產品重金屬含量，並定義何謂無鉛、無鹵，如(表一)所示。

根據歐盟「限制有害物質使用」（Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances；RoHS）規範，2006年7月開始鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價鉻（Cr6+）、多溴聯苯（PBBs）、溴二苯醚（PBDEs）等在原物料中含量必須小於1000ppm，2008年全面禁止使用含鉛焊料進口，日本則已在2005年限制任何含鉛產品在日本生產。

對半導體製程而言，封裝階段會使用大量的鉛，因為長久以來晶片的封裝都是採取錫鉛焊料，所以當世界各國紛紛制定無鉛法律規範時，封廠產業勢必面臨材料及製程的轉換，以全面迎接新的綠色無鉛封裝世代。

對封裝材料之影響

無鉛銲錫材料

IC封裝採用的無鉛銲錫合金類型眾多，相關業者對於材料採用標準主要考慮幾大部份。包括：金屬特性（Metallic properities）、熔點高低（Melting point）、銲錫性（Solderability）、專利（Patent）、成本高低（Cost）、孔隙（Voilds）、毒性（Toxicity）。金屬特性主要考量熱疲勞（thermal fatigue）壽命、結合強度（bonding strength）與含鉛元件的相容性及其他金屬特性，銲錫性則包含與零組件銲接時的沾錫性（或潤濕性）及其在PCB銲墊上的銲錫延伸性（spreadability）。

至於目前可採用的無鉛銲錫合金組成有以下幾種：SnAg、SnCu、SnZn、SnAgCu、SnAgCuBi等。以上各種無鉛銲錫系列合金熔點範圍皆不同，最受歐洲、美國及日本所共同推崇的SnAgCu系列合金，熔點高達217°C，其餘無鉛合金的熔點也都在200°C左右，而傳統SnPb熔點溫度只有183°C，因此無鉛合金熔點為重要的考量議題。

導線架選材趨勢

導線架的表面金屬電鍍可分為PPF（Pre-plated finishes）與PMF（Post-mloded finishes）兩階段，過去導線架生產廠商會在導線架出貨前先預鍍上一層SnPb保護金屬，再由下游封裝廠進行PMF，如今則簡化為由導線廠商將導線架表面直接鍍純錫完成。

如(表二)所示，國際大廠對於導線架產品在表面電鍍處理的作法上．由傳統SnPb電鍍改採霧錫，鍍霧錫縱使是最經濟、簡單、方便及符合成本效率的作法，但生命期不長是最大的致命傷，所以有廠商改採用SnBi合金，加上Bi的主要功用是降低熔點及增加沾鍚性。

鍚球選材趨勢

BGA系列封裝在IC載板與主機板相連接的部分，所使用的材料為鍚球，傳統鍚球主要組成為63wt%Sn37wt%Pb，因此在無鉛規範之下，勢必也將採用新的鍚球材料。

如(表三)所示，SnAgCu是目前各大廠商採用比率最高的錫球類型，其餘則多採用SnAg合金錫球。國內IC封裝廠商必須密切注意國際各大廠針對無鉛規範所作的因應對策，例如未來Sony（新力）針對採購對象進行綠色認證，並且每兩年重新認證一次，若產品不符合Sony所訂定的無鉛規範，將無法爭取Sony所放出的商機。

結論

在環保意識日漸抬頭之下，預計未來大部分電子產品都會逐步採用綠色封裝技術。例如，筆記型電腦、個人數位助理、DVD播放機及手機等產品，但對於產品要求度較高的高階產品，如伺服器，則因為業者對相關技術仍存有疑慮，因此發展進度將較為落後。除此之外，在國防或汽車應用上，對可靠性的要求極高，所以採用綠色封裝的腳步也將放慢。

一般封裝產品可概略分為兩大類，分別為傳統導線架型態（DIP、TSOP…）及載板型態（BGA/FC BGA…），對導線架封裝型態而言，除了材料改變之外，當製程轉換為無鉛製程時，機器設備方面的成本增加主要在於導線架Pin腳的電鍍生產線，基於防止有鉛及無鉛電鍍線槽液相互污染的疑慮，通常無鉛電鍍線需要重新設立，所以在機器設備需在導線架生產線排程中多增加無鉛電鍍線。至於載板型封裝，由於錫球材料由過去熔點較低的SnPb改為熔點較高的無鉛材料（SnAgCu或SnAg），所以製程中的植錫球熔銲作業將受到影響，雖然只需稍微改良現有熔銲設備（迴銲爐、紅外光型錫爐、熱風型錫爐），並不須要全面換新，但對封裝廠也是一項額外的成本。

總而言之，綠色封裝技術將帶給台灣封裝業者不少的挑戰。包括新材料成本較高，加上新製程需要更新設備，縱使業者採用改善現有設備的作法，仍會有某種程度成本墊高的情形。最後，全球各國或是各個國際組織各自訂定所屬標準，全球並未出現統一的國際標準，在台灣封裝廠商多為代工、外銷導向的情形之下，台灣廠商必需熟悉各國規範。

長期以來，台灣封裝業者已經意識到全球環保意識的抬頭，因此持續關注封裝對環境的影響，除了積極開發符合低污染特性的先進封裝技術，也深知持續研發合乎成本效益的封裝服務，將是決定後段綠色封裝技術推行的關鍵因素。

（作者為工研院IEK-ITIS計畫產業分析師）

（※本文摘綠轉載自2005半導體工業年鑑/經濟部技術處ITIS計畫發行/工研院經資中心出版）

延 伸 閱 讀

未來智慧手機的電源管理技術 Standard leadframes used in surface mount technology are finished with a layer of eutectic SnPb for passivation and for enhancing solder wetting during reflow. When eutectic SnPb is replaced by Pb-free solder, especially the eutectic SnCu, a large number of Sn whiskers are found on the Pb-free finish. Some of the whiskers are long enough to become shorts between the neighboring legs of the leadframe.相關介紹請見「 Structure and Kinetics of Sn Whisker Growth on Pb-free Solder Finish」一文。 因著人類生活日新月異，日常生活許多所需用品皆需經由使用有害物質製造而來，因此自然環境遭受人類破壞無遺，對於已開發國家如歐盟、日本及美國而言，特針對電機電子產品中可能造成環境衝擊之有害物質做了禁用的管制規範。 你可在「 半導體無鉛封裝技術 」一文中得到進一步的介紹。 經濟部ITIS邀請產、官、學界代表，舉行「電機電子業的國際綠色競爭障礙與因應」鼎談會，對歐盟將實施的WEEE及RoHS新規範，研商對策。歐盟WEEE和RoHS等禁用有毒物質指令已公布，歐盟會員國2006年7月起將執行相關法規，國內資訊電子業銷歐產品將面臨嚴重衝擊，美國及日本等國預期也將響應。 在「 ITIS鼎談會──國際綠色競爭障礙與因應」一文為你做了相關的評析。

市場動態

德州儀器（TI）宣佈，所有TI邏輯產品都將採用無鉛解決方案。自1980年代後期開始，TI已將無鉛焊料塗層（lead-free finishes）用於部份邏輯封裝，現在更讓全部邏輯元件改用無鉛焊料塗層和錫球（ball），並選擇J-STD-020B（最大迴焊溫度250℃）無鉛參數做為TI邏輯封裝的最新分類標準。相關介紹請見「TI邏輯元件全部採用無鉛封裝」一文。 工研院電子所經過五年的發展，在無鉛封裝領域建立了成熟的技術能力，目前進一步與業界廠商合作開發特定無鉛新製程或利用技術移轉、舉行研討會、成立「台灣無鉛產業聯盟」等方式協助國內電子產業導入無鉛製程，迎接全球推動綠色產業的趨勢。你可在「 發展無鉛封裝技術有成 電子所協助廠商建立綠色產業」一文中得到進一步的介紹。 致力於研發及生產電源管理晶片的崇貿科技，宣佈其電源管理IC產品已推出無鉛封裝，包括其桌上型電腦電源供應器ATX控制IC、PWM控制IC及功因校正PFC控制IC等系列產品，均符合歐盟所要求的RoHS（有害物質限制使用）標準。在「 崇貿科技推出無鉛封裝元件，響應RoHS環保潮流」一文為你做了相關的評析。