环保议题深受欧美各国重视，但电子产品在生产过程以及本身使用材料​​上，多含有害金属物质，使得人们在享受这些电子产品时，也不知不觉地破坏、污染周遭环境。目前欧美日各国都已积极立法，规范电子产品重金属含量，并定义何谓无铅、无卤，如(表一)所示。

根据欧盟「限制有害物质使用」（Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances；RoHS）规范，2006年7月开始铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr6+）、多溴联苯（PBBs）、溴二苯醚（PBDEs）等在原物料中含量必须小于1000ppm，2008年全面禁止使用含铅焊料进口，日本则已在2005年限制任何含铅产品在日本生产。

对半导体制程而言，封装阶段会使用大量的铅，因为长久以来晶片的封装都是采取锡铅焊料，所以当世界各国纷纷制定无铅法律规范时，封厂产业势必面临材料及制程的转换，以全面迎接新的绿色无铅封装世代。

对封装材料之影响

无铅焊锡材料

IC封装采用的无铅焊锡合金类型众多，相关业者对于材料采用标准主要考虑几大部份。包括：金属特性（Metallic properities）、熔点高低（Melting point）、焊锡性（Solderability）、专利（Patent）、成本高低（Cost）、孔隙（Voilds）、毒性（Toxicity）。金属特性主要考量热疲劳（thermal fatigue）寿命、结合强度（bonding strength）与含铅元件的相容性及其他金属特性，焊锡性则包含与零组件焊接时的沾锡性（或润湿性）及其在PCB焊垫上的焊锡延伸性（spreadability）。

至于目前可采用的无铅焊锡合金组成有以下几种：SnAg、SnCu、SnZn、SnAgCu、SnAgCuBi等。以上各种无铅焊锡系列合金熔点范围皆不同，最受欧洲、美国及日本所共同推崇的SnAgCu系列合金，熔点高达217°C，其余无铅合金的熔点也都在200°C左右，而传统SnPb熔点温度只有183°C，因此无铅合金熔点为重要的考量议题。

导线架选材趋势

导线架的表面金属电镀可分为PPF（Pre-plated finishes）与PMF（Post-mloded finishes）两阶段，过去导线架生产厂商会在导线架出货前先预镀上一层SnPb保护金属，再由下游封装厂进行PMF，如今则简化为由导线厂商将导线架表面直接镀纯锡完成。

如(表二)所示，国际大厂对于导线架产品在表面电镀处理的作法上．由传统SnPb电镀改采雾锡，镀雾锡纵使是最经济、简单、方便及符合成本效率的作法，但生命期不长是最大的致命伤，所以有厂商改采用SnBi合金，加上Bi的主要功用是降低熔点及增加沾钖性。

钖球选材趋势

BGA系列封装在IC载板与主机板相连接的部分，所使用的材料为钖球，传统钖球主要组成为63wt%Sn37wt%Pb，因此在无铅规范之下，势必也将采用新的钖球材料。

如(表三)所示，SnAgCu是目前各大厂商采用比率最高的锡球类型，其余则多采用SnAg合金锡球。国内IC封装厂商必须密切注意国际各大厂针对无铅规范所作的因应对策，例如未来Sony（新力）针对采购对象进行绿色认证，并且每两年重新认证一次，若产品不符合Sony所订定的无铅规范，将无法争取Sony所放出的商机。

结论

在环保意识日渐抬头之下，预计未来大部分电子产品都会逐步采用绿色封装技术。例如，笔记型电脑、个人数位助理、DVD播放机及手机等产品，但对于产品要求度较高的高阶产品，如伺服器，则因为业者对相关技术仍存有疑虑，因此发展进度将较为落后。除此之外，在国防或汽车应用上，对可靠性的要求极高，所以采用绿色封装的脚步也将放慢。

一般封装产品可概略分为两大类，分别为传统导线架型态（DIP、TSOP…）及载板型态（BGA/FC BGA…），对导线架封装型态而言，除了材料改变之外，当制程转换为无铅制程时，机器设备方面的成本增加主要在于导线架Pin脚的电镀生产线，基于防止有铅及无铅电镀线槽液相互污染的疑虑，通常无铅电镀线需要重新设立，所以在机器设备需在导线架生产线排程中多增加无铅电镀线。至于载板型封装，由于锡球材料由过去熔点较低的SnPb改为熔点较高的无铅材料（SnAgCu或SnAg），所以制程中的植锡球熔焊作业将受到影响，虽然只需稍微改良现有熔焊设备（回焊炉、红外光型锡炉、热风型锡炉），并不须要全面换新，但对封装厂也是一项额外的成本。

总而言之，绿色封装技术将带给台湾封装业者不少的挑战。包括新材料成本较高，加上新制程需要更新设备，纵使业者采用改善现有设备的作法，仍会有某种程度成本垫高的情形。最后，全球各国或是各个国际组织各自订定所属标准，全球并未出现统一的国际标准，在台湾封装厂商多为代工、外销导向的情形之下，台湾厂商必需熟悉各国规范。

长期以来，台湾封装业者已经意识到全球环保意识的抬头，因此持续关注封装对环境的影响，除了积极开发符合低污染特性的先进封装技术，也深知持续研发合乎成本效益的封装服务，将是决定后段绿色封装技术推行的关键因素。

（作者为工研院IEK-ITIS计画产业分析师）

（※本文摘绿转载自2005半导体工业年鉴/经济部技术处ITIS计画发行/工研院经资中心出版）

延 伸 阅 读

未来智慧手机的电源管理技术 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.相关介绍请见「 Structure and Kinetics of Sn Whisker Growth on Pb-free Solder Finish」一文。 因着人类生活日新月异，日常生活许多所需用品皆需经由使用有害物质制造而来，因此自然环境遭受人类破坏无遗，对于已开发国家如欧盟、日本及美国而言，特针对电机电子产品中可能造成环境冲击之有害物质做了禁用的管制规范。 你可在「 半导体无铅封装技术 」一文中得到进一步的介绍。 经济部ITIS邀请产、官、学界代表，举行「电机电子业的国际绿色竞争障碍与因应」鼎谈会，对欧盟将实施的WEEE及RoHS新规范，研商对策。欧盟WEEE和RoHS等禁用有毒物质指令已公布，欧盟会员国2006年7月起将执行相关法规，国内资讯电子业销欧产品将面临严重冲击，美国及日本等国预期也将响应。 在「 ITIS鼎谈会──国际绿色竞争障碍与因应」一文为你做了相关的评析。

市场动态

德州仪器（TI）宣布，所有TI逻辑产品都将采用无铅解决方案。自1980年代后期开始，TI已将无铅焊料涂层（lead-free finishes）用于部份逻辑封装，现在更让全部逻辑元件改用无铅焊料涂层和锡球（ball），并选择J-STD -020B（最大回焊温度250℃）无铅参数做为TI逻辑封装的最新分类标准。相关介绍请见「TI逻辑元件全部采用无铅封装」一文。 工研院电子所经过五年的发展，在无铅封装领域建立了成熟的技术能力，目前进一步与业界厂商合作开发特定无铅新制程或利用技术移转、举行研讨会、成立「台湾无铅产业联盟」等方式协助国内电子产业导入无铅制程，迎接全球推动绿色产业的趋势。你可在「 发展无铅封装技术有成 电子所协助厂商建立绿色产业」一文中得到进一步的介绍。 致力于研发及生产电源管理晶片的崇贸科技，宣布其电源管理IC产品已推出无铅封装，包括其桌上型电脑电源供应器ATX控制IC、PWM控制IC及功因校正PFC控制IC等系列产品，均符合欧盟所要求的RoHS（有害物质限制使用）标准。在「 崇贸科技推出无铅封装元件，响应RoHS环保潮流」一文为你做了相关的评析。