一、歐盟與日本推動相關標準、法案十分積極
PRISMARK PARTNERS LLC.估計目前只有5%的電子產品為無鉛產品,全球電
子產業每年使用焊料中,有將近20,000噸的鉛,數量約占全世界每年鉛產量的5%,鉛對人類的大腦、神經系統、肝臟、腎臟等傷害很大,鉛錫焊料中的鉛若滲入土壤中,也會對地下水源造成污染,而且將鉛分離出來的過程中很可能造成其它污染,故于先進的環保法規中,漸漸限制對鉛的使用。
日本方面,1998年頒布實施廢物回收法,規定電子產品必須減少鉛的使用并加強產品的回收。日本焊接協會(JIS)則加緊探討無鉛焊錫的標準和評測方法,希望能制定JIS的標準規格。電子信息技術產業協會(JEITA)也計劃制訂有關封裝方法的標準。
歐洲方面,電子工業制造商成立一個無鉛焊料電子配備(EEE)使用之全球性聯盟,2003年底將有1/2的電子業者使用無鉛焊料電子配備。歐盟于1998年開始擬定電子廢棄物處理原則,已初步通過,其中提到將對電子產品限制鉛的使用,含鉛焊料也在禁止之列,此規定最遲將于2004年1月開始實施。歐洲歐盟的ROHS(Reduction of Hazardous Substances;電子產品有害物質限制)預計將在2006年立法生效,歐盟提議至2008年全面禁止使用電子含鉛焊料。
二、無鉛封裝相關研究蔚為全球風潮
鉛和錫被廣泛用于半導體封裝,傳統鉛錫合金因為具有優異的機械強度、潤濕性、抗腐蝕性、抗疲勞性及價格便宜等優點,被大量的應用在軟焊制程上。
在封裝技術產品中,鉛錫凸塊的應用范圍則相當廣泛,自高腳數到低腳數之IC皆有使用,不論是PTH、SMT、BGA(球柵數組封裝)、Flip Chip等,都需要
經過接合步驟,例如封裝管腳涂層、功率集成電路封裝的芯片焊接、在BGA中的錫球等。其可滿足高電性、高散熱、高可靠性及輕、薄、短、 小等功能,應用之產品包括3C、多媒體、網絡、IA等。
無鉛焊料因為環保問題的考慮,在半導體封裝產業中日益重要,目前無鉛焊料的成本還無法達到含鉛材料的水平,相對于鉛錫合金,各種合金,如錫、鉍、銀、銅、銦及鋅,均要求較高焊接技術溫度,而且其液相點比較高,提高了對焊接設備、線路板材料及元器件等耐熱性要求,在整體上增加了產品成本。
各國廠商在環保需求與法令規定下,發展無鉛技術并沒有停滯,紛紛研究、開發各種無鉛焊接合金及焊接技術。Sn/Ag/Cu/Bi(鉍)和Sn/Ag/Cu、Sn/Cu這三種合金成為替代鉛/錫的無鉛焊接材料,日本的廠商傾向于使用Sn/Ag/Cu/Bi合金。
美國的廠商看好Sn/Ag/Cu合金,美國則在1992-1996年間執行NCMS計畫,系統地開發無鉛的替代方案,1999年五月50多家電子制造商、政府、供貨商代表與學術機構等成立所謂的「NEMI Lead Free-Readiness Task Force」,研究無鉛電子產品的材料與制程。
英國在1998年底也有一項ITRI(International Tin Research Institute)計畫,進行類似的研究。歐盟則在1996-1999年間,進行由歐洲主要電子制造商組成的IDEALS計畫(包括GEC Marconi、Multicore、Philips、Siemens、Witmetaal等),研究焊接的材料、技術上可行的取代方案。
臺灣方面,工研院電子所結合包括本地廠商硅品、日月光、南亞塑料、華泰、神達、廣達、神基、華宇、鴻海、南茂、華通、慎立、亞旭、微星、楠梓電、臺達
電16家業者組成「環保構裝聯盟」,研發Sn/Ag/Cu合金的無鉛封裝制程。
技術需求:
非鉛系列焊錫元素在來源、產量、價格無法與含鉛錫合金優良特性相比,所以至目前為止,只有手工焊錫與沖波形焊錫有商業性產品出現。但是由于表面粘著型焊錫制程溫度控制范圍較為嚴苛,雖然有Sn/In/Ag等等產品的推出,但是在價格上不具競爭力及制程上之種種的限制上無任何客戶采用。
無鉛焊料以錫與銀,或錫與銅合金者最常見。焊溫平均上升30℃,可能帶來焊錫性較差而必須將助焊劑的活性加強、沾錫力(Wetting Force)欠佳下不得不增加"觸修"(Touch Up)成本、零件腳與板面焊墊之可焊處理困難等問題。新焊料至今尚無法完全取代現行63/37錫鉛共融合金(Utetic Alloy)優良焊料之廣泛用途。
案例
Lucent有一種DC/DC Converter即試采各種無鉛政策,如不噴錫之PCB(焊墊采OSP處理)、無鉛錫膏(96.5% Sn+3.5% Ag ; mp221℃)、零件腳鍍純錫等,在焊溫250℃下完成焊接。
另Nortel有一種Meridian電話也采無鉛組裝,其錫膏成份為99.3% Sn+0.7% Cu,mp227℃,焊溫在245℃~257℃之間。
其三是Panasonic在SJ-MJ30 CD隨身聽的組裝,系采90% Sn+7.5% Bi+2% Ag+0.5% Cu熔點218℃的四相合金錫膏,對鍍純錫腳與板面OSP處理的裸銅焊墊進行焊接。
(七) 可能之技術來源
A.國外技術(應用在封裝業)
日本Superior公司計畫從今秋開始以月產10噸的規模,量產以錫銅鎳三元素為主成份的無鉛焊接「Superior SN100C」。除了可因應高密度封裝之外,價格亦可比含銀的無鉛焊接便宜約三成。目前已為大電子廠等試用,國內外的交易十分活絡,明年度可望一舉提高10倍產能,使月出貨量達百噸以上。錫銅系無鉛焊接雖以環保型商品之姿開始普及,但受到融點高的錫與銅之金屬化合物的影響,始終存在著熔融時的焊接流動性會明顯下降的問題。因此,在焊接合金中,會出現Bridge、空孔等焊接不良及接合部的可信度降低等問題,而無法因應電子用高密度封裝、完全取代錫鉛共晶焊接。日本Superior利用適量添加鎳于錫銅無鉛焊接中,而成功地抑制介金屬化合物的發生。除可確保錫鉛共晶焊接同等的流動性之外,與印刷電路板、電子零件導線等所使用之銅材的兼容性亦佳,接合強度也提高。以使用熔解焊接的浸漬(Dip)用為例,每公斤售價約1500日元,雖為習用共晶焊接的2倍左右,但是比錫銅銀系的無鉛焊接仍便宜三成左右。今年度的銷售目標訂在6億日元以上。