就2003年歐盟所公佈的 RoHS（Restriction of Hazardous Substance；有害物質管制指令）與 WEEE（Waste Electrical and Electronic Equipment；廢電子電機設備管制指令）而言，雖然有效區域僅限於歐盟的會員國，然而這一項對環境責任的宣示，確實對全球的電子電機產業投下了一枚未爆彈。

究其原因，在於其所揭示的層級，已經從國家的環境責任議題，提昇至民生經濟的層面，並從原本被動的環境改善治標政策（針對空氣、水、土壤的污染控制），轉變成為主動出擊的治本方案（管制污染源的需求而達到減少污染產生的目的）。目前除了歐盟以外，其他的大經濟體如大陸、日本與美國各州，也陸續制定相關法令，因其多數與歐盟指令類似或是直接引用歐盟條文，因此本文將針對RoHS法令對IC產業的影響進行解讀。

環保法規對於半導體的測試要求

翻閱RoHS指令，不難發現其本身內文相當簡短，對部分要求尚未清楚定義，也因此造成半導體業者符合上的困擾，尤其在均質物質（Homogenous materials）定義與物質拆解要求上。原本在2003年公佈的RoHS指令本文中，僅宣示了管制物質的項目與豁免的範圍，卻沒有公佈物質的存在濃度要求與檢測方式。經過兩年的討論，歐盟終於在2005年8月18日的附件中，定出六項有害物質的限用濃度（註1）（比筆者了解的預定期晚了一年）；然而在本文中，卻未針對何謂「均質物質」給予清楚的定義，這對物質的使用量與添加卻有著絕對的影響。日前，歐盟才終於在所公佈的常見問題回答文件中（註2），出現了針對「均質」的定義解釋。參照 RoHS 常見問題中對均質物質的解釋，卻又造成大多數業者被內文中的「機械性的拆解」的含糊定義混淆了焦點。

隨之，委員會提出了三個實例，以便於生產人員更進一步的了解：

《圖一　半導體均質物質示意圖》

＜資料來源:資料來源：http://sg.farnell.com/static/fnio/rohs/highlights/rohs-faq-page.htm＞

雖然歐盟已為其下了註解，但在筆者參加與主講的多場研討會中，仍然有不少與會人士對均質物質的定義產生疑問的狀況，雖然大眾對於「均質」的物理化學定義沒有爭議，卻對於「物理方式拆解」的這項定義產生有相當大的疑問。儘管大家同意封裝好的半導體應該含有上列均質物質，可是「一個封裝好的半導體可以這樣拆開做物質定量分析嗎？」這樣的疑問，不斷的被提起，也因此成為了 RoHS 指令的執行、驗證人員的困擾之一。

Green IC測試驗證的瓶頸

由於Green IC受到RoHS所造成的材料更動要求相較於電路板或是其他重要元件而言並不算嚴重，功能性的要求也不會因為環保的要求而有所讓步，因此就目前Green IC本身功能性、電性、安全性的檢測而言，尚未出現太大的變動，然而，負責品保或是驗證人員，不難發現，若要成功的符合環保要求，仍有部份關鍵檢測方法需要釐清。所謂的「檢測的方法」到底是什麼？

一般說來，檢測的方法，主要有下列關鍵：

上列六大方向，正是決定一項檢測方法成敗判別「再現性」的關鍵。目前歐盟的公佈資料，僅就檢測目標與適用範圍作出定義而已，剩下的四項因素，成了目前檢測技術的要點與瓶頸。目前的狀況，Green IC 的有害物質定量對應到上述四項未定的檢測因素，面臨了下列問題：

取樣方式

一般說來，因為大多數的材料並非單一原子的純物質，大多以化合物、合金或是聚合物的型態存在，所以這些材料在成型後殘存的機械應力與熱應力不同，依據熱力學的原理，均會使材料產生不同的微觀相，而不同的微觀相之間，除了特性不同外，最明顯的特徵就是成分也會隨之不同。然而，考慮到有害物質的毒理學作用機制，大多為巨觀的影響，所以取樣方式若因此產生代表性的問題，就會影響到定量結果的代表性。

因此，破壞性的取樣方式，如切割、熔化、溶解等，其優點在於使取得的樣品可以再均質化，較不會受到狀態造成的微相影響。相對地，非破壞性的取樣，如不同波長、波段的光掃描，由於作用範圍窄，就很容易受到結果代表性的質疑，除此之外，因為光能量的耗損，也會產生有穿透力的問題。然而，樣品一但受到破壞後，原樣品重測試就往往變成不可行，而造成數據不一致時無法還原真相的致命傷。

取樣規模

就量產的狀況，取樣規模越大，代表性也會越高，然而就製程的品質管制技術層面而言，全檢是浪費資源而沒有效率的一種方式，就單一樣品而言，無論是破壞性或是非破壞性的全樣品定量，也顯得沒有效率。尤其是破壞性的全樣品處理，受限於歐盟的均質物質定義解釋，必須在破壞後分離，才能夠進行定量，然而，Green IC的封裝方式，導熱封裝材往往是摻混陶瓷的聚合物，除了耐磨、耐熱、抗酸又抗鹼外，也很難溶於有機溶劑中，金線或是用作銲錫的合金，總質量又低，往往阻止了有效分離的可能性，而且產品精密，交易金額龐大，如果分離程序的解析度低，IC業者、客戶的接受度也會隨之降低，多數的業者，均希望找到有效的非破壞性檢測方式以解決這個問題。

檢測前加工──熱、化學、物理純化、分離程序

無論是破壞性或是非破壞性的檢測，樣品的前處理程序是多少必要的，只是非破壞性的檢測相對需要的前處理程序是相當少的。破壞性檢測其前處理程序所造成的干擾，對於歐盟所要求的微量下，確實也相當容易造成結果性的爭議，此外如同第二點所提，因為破壞性檢測的方法，對IC的材料效果也相當有限，因此針對IC的檢測，這些程序的討論也就不多了。

檢測設備原理

可用於微量定量的分析檢測設備相當多，比較為人熟知的包括了：質譜儀（Mass Spectrometer；MASS）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance；NMR）、紅外線光譜分析（Infrared Spectrometer；IR）、紫外光－可見光譜分析（Ultraviolet-Visible Spectrometer；UV-VIS）、原子吸收光譜（Atomic Absorption；AA）、歐傑電子光譜（Auger Electron Spectrometer；AES）、X光螢光（X-ray Fluorescence；XRF）、化學分析電子光譜（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis；ESCA）、X光粉末繞射儀（X-ray Diffraction；XRD）。

這些檢測設備分別是利用不同環境下原子的震動（NMR）、原子量（MASS）、電子能階（AA、AES、XRF、XRD、ESCA）、原子間鍵結能（IR、UV-VIS）所展現出的特性強度不同以達到微量分析的目的。有些僅適用於破壞性分析（MASS、AA、AES），有些僅適用於非破壞性分析（XRF、XRD、ESCA），有些則是兩者均可使用（NMR、IR、UV-VIS）。上述的每種設備因為其引用的原理不同，也因此會有個別適用範圍的限制問題。

另外，常會在不同場合下聽到關於上述設備的檢測或是偵測極限的討論，然而影響到偵測極限的，並非僅是原理本身，能量源、檢測端設備的解析度更是影響的因素之一，而這些設備往往會與前處理、分離設備串聯，增加了額外的變因，因此這樣的比較往往顯得是不甚恰當的。

綜觀以上問題點，簡單來說，目前驗證與檢測技術的困難點就在於「法規並沒有清楚的定義出測試的流程與其再現性的要求」。

Green IC測試驗證技術發展趨勢

雖然針對成品的檢測結果可以取得最終的資料，然而因為拆解式的定量分析困難度高，取樣的方式也尚未達成共識，如果僅針對成品拆解後分別進行均質物質的定量分析，在現今產品多樣化的狀況下，分析費用將會高到無法估計的地步。以手機為例，根據歐盟對均質物質定義，依功能性（塑膠絕緣材、元件標示油墨、導體、合金、陶瓷）與來源（產地、型態）別所造成的組合，保守估計有500種均質物質需要進行測試，以每種物質的整套破壞性RoHS測試服務保守估計為台幣1000元計算，一個型號的一具手機花費在定量分析上的費用至少就高達台幣50萬元。更何況市場競爭激烈，每個月至少會推出一種型號的手機，在銷售量無法達到預期的情況下，如果費用無法轉嫁到消費者，產品利潤將會受到侵蝕，如果費用轉嫁到消費者，售價提高，更會降低銷售量，廠商將陷入進退維谷的困境。

如何跳出這樣的困境呢？除了選料問題之外，如何能夠同時兼顧法規要求與產品競爭力呢？

《圖二　環保材料分析測試儀器》

＜圖註:左起分別為紫外線可見光區光譜分析儀/UV-VIS Spectrometer、氣相層析質譜儀/Gas Chromatograph-Mass Spectrometer、感應耦合電漿原子發射光譜分析儀/Inductive Coupled Plasma Spectrometer＞

其中的一個想法是「將破壞性的定量分析，改為非破壞性的定量分析」。

相對於破壞性的定量分析，非破壞性的定量分析具有程序簡單（時間短、使用耗材少）的絕對成本競爭優勢。目前最廣為人知用於 RoHS 定量分析的非破壞性檢測設備為XRF，雖然其尚未被公開承認可用於結果的仲裁用途上，但其測試結果並不容易會有嚴重超出容許值的問題，所以XRF的快速與輕便，被多數業者用於進料、出貨等初步的篩檢用途，且由於原測樣品還存在，也可以再重複進行測試，因此XRF的檢測程序，雖不如目前各國主要用於環檢的破壞性檢測（如IPC-AES微波全消化法）來的嚴謹，但在歐盟未明定測試方法的情況下，業界的接受度也逐漸提高。如果未來能再針對取樣點的選擇、取樣數量的定義、數據可信度的定義做更廣泛的研究與討論，或許可以成為在時間、人力、物力、可信度與便利性綜合考量下的最佳方法。

另外一個想法是「如果針對成品的定量是這樣的複雜，為何不改成針對進料與製程環境進行管理與檢測，物質不是不滅嗎？如果我只是進行機械性的組裝而已，為何我要負起定量分析的責任呢？」

理論上確實如此。雖然產品的功能性與安全性與設計息息相關，然而依據物質不滅的原則，有害物質的管制確實較安全與功能性的維持要簡單的多。因此，基本上安全性與功能性均會隨著產品的加工，而或多或少需要重新評估，然而有害物質的產生，似乎可以透過進料的控管與環境物質的管理而達到抑制的目的。相較起在成品端與成品上隨機的抽樣，大多數人都相信透過這樣綿密的系統管理，可提高產品的可靠度，這也就是品保與品管的差異之處。

作業環境中的有害物質管理，相較起成品的拆解定量分析要簡單許多。適當的原物料標示系統，加上廠內原本就可能具有的無塵室與水質監控設備，IC的封裝製程可能產生的有害物質污染可能比功能缺陷的機會相信要少得多，如果再加上進料的抽樣分析，應該可以建立起可靠的有害物質管理的系統。

尋找正確的策略夥伴

歐盟的RoHS指令，預定在2006年7月1日正式生效，也就是說剩下的時間不到一年了，雖然歐盟讓製造商採取自我宣告的方式，卻沒有定義出完整的測試程序。目前政府為協助業者盡速步上綠色軌道，已啟動國內外相關產官學的交流體系，近一步探討該如何在綠色規範下，建立起台灣電子電機產業的利基，此外更與專業檢測機構合作打造綠色環保驗證技術研發中心，找出產品「安全性」、「功能性」與「環保要求」的平衡點，儘速訂定出一套可依循的檢測標準與驗證技術。

此外，在面對時間緊迫與競爭壓力逼人、前景渾囤不明之際，建議業者應盡速尋找全球認證業者，如專業檢測機構的協助，透過各種系統、供應鏈、驗證與測試服務的整合，找出適合自身企業體的最佳解決方案，才能確保企業體能應付未來各種綠色的挑戰。（作者為UL美商優力安全認證公司台灣分公司工程部專案經理）

＜注釋：註1：In the Annex to Directive 2002/95/EC the following note is added：‘For the purposes of Article 5(1)(a), a maximum concentration value of 0.1％by weight in homogeneous materials for lead, mercury, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls（PBB）and polybrominated diphenyl ethers（PBDE）and of 0.01％by weight in homogeneous materials for cadmium shall be tolerated.’

註2：Homogeneous material means a material that can not be mechanically disjointed into different materials. ；然而又再進一步地對Homogeneous 做出了進一步的定義：“Homogeneous” means “uniformly composition throughout” ；也針對Mechanically disjointed也做出了進一步的定義：“mechanically disjointed” means that the materials can, in principle, be separated by mechanical actions such as: unscrewing, cutting, crushing, grinding and abrasive processes be separated by mechanical actions such as: unscrewing, cutting, crushing, grinding and abrasive.＞

＜參考資料：

[1]電路板會刊第29期，無鉛焊接允收規範IPC-A-600D。台灣印刷電路板協會。

[2]綠色法規下PCB對應之技術發展Roadmap。台灣印刷電路板協會。

[3]電路板設備需求分析與商機探討。台灣印刷電路板協會。

[4]UL全方位限用物質管制計劃介紹。美商優力安全認證有限公司台灣分公司。

[5]DIRECTIVE 2002/95/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL, of 27 January 2003 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment.＞

延 伸 閱 讀	因應2006年7月強制上路的歐盟RoHS指令，多數的印刷電路板製造商面臨須在此期限前將「無鉛表面塗層」導入其製程。然而多鉛（Lead-rich）及無鉛（Lead-free）在製程中是採用不同的加工溫度，因此在導入無鉛材料後，可能引發「是否符合標準」等效應。相關介紹請見「因應RoHS的強制實施 UL印刷電路板認證新知 」一文。 本公司特此保證：保證供應給XX股份有限公司的產品滿足以下列出的有害物質限值的要求，並於製程中不使用該項物質。你可在「 限用物質承諾保證書」一文中得到進一步的介紹。 歐盟的WEEE與RoHS兩項環保規範實施在即，台灣電子業者若無法妥善因應，將會從國際大廠的採購名單中除名，面臨一場迫切的危機。在「綠色供應鏈，這次玩真的 」一文為你做了相關的評析。

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