電子、資訊產品是20世紀重要發明，為生活帶來極大便利，但由於這些電子產品在生產過程以及本身使用材料上，含有害金屬物質，使得人們在享受這些電子產品所帶來的先進功能時，也不知不覺地破壞、污染周遭環境。為防治自然生態繼續受到有害金屬的破壞，歐美日各國皆積極擬訂相關法令，希望藉此遏止生態環境惡化。

由於歐美日是台灣電子產品主要出口地區，這些國家所制定的各種法規，必然會對國內電子產業帶來很大的衝擊，因此相關廠商皆積極收集資料，評估各種環保材料與製程。為因應此衝擊，電子資訊產品上游的半導體封裝業者，也積極發展綠色構裝製程。

國際環保製程發展背景與現況

環保議題已深受各先進國家重視，目前歐美日各國都在積極立法，規範電子產品重金屬含量。以歐洲為例，該地區已通過「廢電機電子產品回收（Waste Electrical and Electronic Equipment；WEEE）」及「電機電子產品限量使用有害物質（Restriction of Hazardous Substances；RoHS）」兩項指導綱領；其中WEEE主要針對產品回收及處理等方面加以要求，RoHS主要限制電子電機產品，不得含鉛、鎘、汞及六價鉻等重金屬與如PBB、PBDE等物質的溴化合物。而這兩項指導綱領都預計於2006年7月分別開始實施，屆時銷往歐洲的電子資訊產品都須符合上述規定。

此外，在日本政府尚未有明確法令相關環保規範的情況下，日本各大企業也同樣積極推動類似環保活動，並基於市場商機前景，更自主性地開發各種環保電子產品。至於美國，目前也有民間組織聯盟如NEMI（National Electronics Manufacturing Initiative）在推動相關活動。

目前歐美日市場主要元件大廠，包括美國Intel、Motorola、AMD，歐洲ST、Infineon及飛利浦，與日本的Sony、Panasonic、NEC、富士通等；相較之下，日本廠商在產品本身高價位、高利潤之市場導向驅使下，對環保議題較為重視，積極於綠色元件及產品的開發，且大部分已先後推出無鉛產品；歐洲部份，則是從人道角度出發，透過立法規範推動綠色產品。至於美國半導體業者，相對於歐、日而言，進度比較落後，還處於觀察、累積技術資料階段。

台灣環保製程市場現況

除了歐美日廠商外，台灣在全球電子產業的供應鏈中，也扮演舉足輕重的角色。雖然台灣並沒有積極訂定相關規範，但身為全球電子產品代工重鎮，產品包括各種主動和被動元件，為滿足客戶需求，必須投入許多資源來開發相關技術。因此，在環保製程的某些領域中，如主動元件及被動元件的環保製程，台灣甚至處於領先地位。

若從原材料到終端產品組裝的產業鏈角度來探討，台灣業者主要切入點便是尋求綠色原料，改善現有製程，使其符合全球各市場對環保的要求。綠色元件由不同材料組合在一起，但目前台灣在原材料的自主性仍低，依賴國外廠商供應，經過台灣元件業者組裝成主動或被動元件，再經過表面黏著製程而組裝完成後，銷售到世界各地。

綠色構裝技術

事實上，綠色構裝是今年才逐漸被重視的議題，在此之前，業界主要著重於無鉛構裝，因為鉛是在電子產品中最先被注意到會對環境造成負面影響的重金屬。由於鉛存量相當豐富，取得成本低，加上它有良好的沾附性、機械強度、可靠性等，因此長久以來錫鉛合金一直被廣泛地應用在焊錫材料及電子元件表面處理中。但重金屬鉛具有阻止人體吸收蛋白質的特性，如果人體血液中的含鉛量過高，會出現反應遲緩的現象，因此環保團體開始呼籲電子產品業者發展無鉛化產品。

繼無鉛化產品後，更嚴格限制其他重金屬在電子產品中使用量的綠色產品，則從今年開始受到重視。無鉛化產品只針對鉛單一金屬來考慮，綠色元件考慮的金屬更多，包括汞、鎘、六價鉻等，但所謂「綠色」，目前還沒有明確的定義。以無鉛元件為例，目標很明確，就是要把鉛換掉，但在討論綠色元件時，由於涉及金屬種類較多，到底那一種金屬會對環境造成何種影響，全球產業界的認知不盡相同，例如，歐洲地區所提出的RoHS，並沒有在其他地區獲得認同。所以產業界對綠色元件還沒有獲得具體的共識以及通用標準，反而是各地區或各業者自行認定，未來應會進一步整合。

不管是無鉛製程或綠色製程，主要做法就是改用對環境無害的材料，發展相對的製程。例如，把鉛從現今的製程中移除後，新的合金熔點溫度皆比錫鉛合金要高，將使產品的加工溫度提高，另一方面，這也使得產業供應鏈受到很大衝擊，因為還有許多元件，沒有辦法承受高溫加工。此外，目前的半導體晶片多半採用塑膠為封裝材料，而在塑膠封裝中都會添加摻有鹵素成份的防火劑，使得電子元件不會在高速運作下因高熱產生而燃燒，但鹵素成份的防火劑易於高溫燃燒時，產生戴奧辛等破壞臭氧層的物質，因此鹵素也已成為另一個綠色構裝要求下需要被取代的有害物質。

技術特性

為因應新環保規定，勢必要更換電子元件材料，一是換上耐溫性較佳的材料，這種作法就是無鉛製程，如(圖一)；二是換上耐溫性佳、而且不含其他有害金屬與有機物的材料，這就符合綠色製程的要求。簡而言之，無鉛製程的特色就是耐高溫，而綠色構裝製程則既要耐高溫也要符合其他環保的要求。

《圖一　無鉛元示意圖》

對封裝業者而言，無鉛構裝主要是把當作連接功能的錫球，換成無鉛材料；但是在換上無鉛替代品之後，其熔點較高，迴焊溫度會視產品大小，從原先的220℃提高到240℃或260℃。而當溫度提高，各材料間的介面附著力（adhesion）就會降低，其熱穩定性也會受到影響，因此在無鉛製程應用，產品可靠度為首要著重因素。

《圖二　錫鉛元件與無鉛（錫-銀-銅）元件熔點之比較》

經過測試，與錫鉛合金相比，錫-銀-銅合金具有更長的機械與熱疲勞週期，如(圖二)所示；因此美國與歐洲研究機構NEMI與IDEALS（Improved Design Life and Environmentally Aware Manufacturing of Electronics Assemblies by Lead-free Soldering）都曾先後發表數據，建議以錫-銀-銅合金來取代傳統的錫鉛合金。

應用趨勢與挑戰

在新的環保規範下，預計未來所有電子產品都會逐步採用綠色構裝；在消費性產品方面，如筆記型電腦、個人數位助理（PDA）、DVD播放機及手機等，預計將率先採用；而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有疑慮，因此發展進度將較為落後。另外，在國防或汽車應用上，對可靠性的要求更高，所以採用綠色構裝元件的腳步會更慢。

對業者而言，綠色構裝製程是一項新嘗試，雖然已經獲得初步成果，但業者仍面臨多項挑戰，有待克服。首先在於成本因素，因為新材料成本較高，加上新製程需要更新設備，在節省支出考量下，業者傾向改善現有設備，而不另外添購新設備，以控制成本避免造成消費者的負擔，影響購買意願；其次是供應鏈的穩定性；第三則是技術相關數據仍不足；最後則是目前尚未出現統一的國際標準。

結論

隨著環保意識抬頭，全球半導體大廠皆積極聯手推動製程無鉛化標準，以有效降低包括鉛金屬在內等有毒材料的使用量，而隨著各國環保法令實施日期的接近，無鉛或綠色製程能力，將成為未來業者爭取國外大廠訂單的先決條件。長期以來，國內封裝業者也持續關注封裝測試對環保的影響，除了積極開發符合低污染特性的先進封測技術，也深知持續研發合乎成本效益的封測服務，將是決定後段無鉛技術推行的關鍵因素。

（作者為日月光集團研發總經理）