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产业评析-无铅环保趋势－绿色封装

2018.3.22

一、欧盟与日本推动相关标准、法案十分积极

PRISMARK PARTNERS LLC.估计目前只有5%的电子产品为无铅产品，全球电

子产业每年使用焊料中，有将近20,000吨的铅，数量约占全世界每年铅产量的5%，铅对人类的大脑、神经系统、肝脏、肾脏等伤害很大，铅锡焊料中的铅若渗入土壤中，也会对地下水源造成污染，而且将铅分离出来的过程中很可能造成其它污染，故于先进的环保法规中，渐渐限制对铅的使用。

日本方面，1998年颁布实施废物回收法，规定电子产品必须减少铅的使用并加强产品的回收。日本焊接协会（JIS）则加紧探讨无铅焊锡的标准和评测方法，希望能制定JIS的标准规格。电子信息技术产业协会（JEITA）也计划制订有关封装方法的标准。

欧洲方面，电子工业制造商成立一个无铅焊料电子配备（EEE）使用之全球性联盟，2003年底将有1/2的电子业者使用无铅焊料电子配备。欧盟于1998年开始拟定电子废弃物处理原则，已初步通过，其中提到将对电子产品限制铅的使用，含铅焊料也在禁止之列，此规定最迟将于2004年1月开始实施。欧洲欧盟的ROHS（Reduction of Hazardous Substances；电子产品有害物质限制）预计将在2006年立法生效，欧盟提议至2008年全面禁止使用电子含铅焊料。

二、无铅封装相关研究蔚为全球风潮

铅和锡被广泛用于半导体封装，传统铅锡合金因为具有优异的机械强度、润湿性、抗腐蚀性、抗疲劳性及价格便宜等优点，被大量的应用在软焊制程上。

在封装技术产品中，铅锡凸块的应用范围则相当广泛，自高脚数到低脚数之IC皆有使用，不论是PTH、SMT、BGA（球栅数组封装）、Flip Chip等，都需要

经过接合步骤，例如封装管脚涂层、功率集成电路封装的芯片焊接、在BGA中的锡球等。其可满足高电性、高散热、高可靠性及轻、薄、短、小等功能，应用之产品包括3C、多媒体、网络、IA等。

无铅焊料因为环保问题的考虑，在半导体封装产业中日益重要，目前无铅焊料的成本还无法达到含铅材料的水平，相对于铅锡合金，各种合金，如锡、铋、银、铜、铟及锌，均要求较高焊接技术温度，而且其液相点比较高，提高了对焊接设备、线路板材料及元器件等耐热性要求，在整体上增加了产品成本。

各国厂商在环保需求与法令规定下，发展无铅技术并没有停滞，纷纷研究、开发各种无铅焊接合金及焊接技术。Sn/Ag/Cu/Bi(铋)和Sn/Ag/Cu、Sn/Cu这三种合金成为替代铅/锡的无铅焊接材料，日本的厂商倾向于使用Sn/Ag/Cu/Bi合金。

美国的厂商看好Sn/Ag/Cu合金，美国则在1992-1996年间执行NCMS计画，系统地开发无铅的替代方案，1999年五月50多家电子制造商、政府、供货商代表与学术机构等成立所谓的「NEMI Lead Free-Readiness Task Force」，研究无铅电子产品的材料与制程。

英国在1998年底也有一项ITRI(International Tin Research Institute)计画，进行类似的研究。欧盟则在1996-1999年间，进行由欧洲主要电子制造商组成的IDEALS计画(包括GEC Marconi、Multicore、Philips、Siemens、Witmetaal等)，研究焊接的材料、技术上可行的取代方案。

台湾方面，工研院电子所结合包括本地厂商硅品、日月光、南亚塑料、华泰、神达、广达、神基、华宇、鸿海、南茂、华通、慎立、亚旭、微星、楠梓电、台达

电16家业者组成「环保构装联盟」，研发Sn/Ag/Cu合金的无铅封装制程。

技术需求:

非铅系列焊锡元素在来源、产量、价格无法与含铅锡合金优良特性相比，所以至目前为止，只有手工焊锡与冲波形焊锡有商业性产品出现。但是由于表面粘着型焊锡制程温度控制范围较为严苛，虽然有Sn/In/Ag等等产品的推出，但是在价格上不具竞争力及制程上之种种的限制上无任何客户采用。

无铅焊料以锡与银，或锡与铜合金者最常见。焊温平均上升30℃，可能带来焊锡性较差而必须将助焊剂的活性加强、沾锡力（Wetting Force）欠佳下不得不增加"触修"（Touch Up）成本、零件脚与板面焊垫之可焊处理困难等问题。新焊料至今尚无法完全取代现行63/37锡铅共融合金（Utetic Alloy）优良焊料之广泛用途。

案例

Lucent有一种DC/DC Converter即试采各种无铅政策，如不喷锡之PCB（焊垫采OSP处理）、无铅锡膏（96.5% Sn+3.5% Ag ; mp221℃）、零件脚镀纯锡等，在焊温250℃下完成焊接。

另Nortel有一种Meridian电话也采无铅组装，其锡膏成份为99.3% Sn+0.7% Cu，mp227℃，焊温在245℃～257℃之间。

其三是Panasonic在SJ-MJ30 CD随身听的组装，系采90% Sn+7.5% Bi+2% Ag+0.5% Cu熔点218℃的四相合金锡膏，对镀纯锡脚与板面OSP处理的裸铜焊垫进行焊接。

(七) 可能之技术来源

A.国外技术(应用在封装业)

日本Superior公司计画从今秋开始以月产10吨的规模，量产以锡铜镍三元素为主成份的无铅焊接「Superior SN100C」。除了可因应高密度封装之外，价格亦可比含银的无铅焊接便宜约三成。目前已为大电子厂等试用，国内外的交易十分活络，明年度可望一举提高10倍产能，使月出货量达百吨以上。锡铜系无铅焊接虽以环保型商品之姿开始普及，但受到融点高的锡与铜之金属化合物的影响，始终存在着熔融时的焊接流动性会明显下降的问题。因此，在焊接合金中，会出现Bridge、空孔等焊接不良及接合部的可信度降低等问题，而无法因应电子用高密度封装、完全取代锡铅共晶焊接。日本Superior利用适量添加镍于锡铜无铅焊接中，而成功地抑制介金属化合物的发生。除可确保锡铅共晶焊接同等的流动性之外，与印刷电路板、电子零件导线等所使用之铜材的兼容性亦佳，接合强度也提高。以使用熔解焊接的浸渍(Dip)用为例，每公斤售价约1500日元，虽为习用共晶焊接的2倍左右，但是比锡铜银系的无铅焊接仍便宜三成左右。今年度的销售目标订在6亿日元以上。

无铅环保绿色封装

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周锦帆