环保运动对PCB产业之冲击.doc

環保運動對PCB產業之衝擊促進環保已是文明國家的共識，其中尤以歐盟推動最力，歐盟推動環境保護從立法著手，今年（1999年）3月已完成WEEE（Waste Electrical and Electrical Equipment）第二版之草案，該草案對PCB產業將造成一定程度之衝擊，其中尤其以無鉛製程及無鹵板材二者更值得PCB業界注意，因此特撰此文以提醒業者密切注意未來之發展並及時因應。 一、 電子工業無鉛政策初窺 1.無鉛政策之形成背景 由於鉛對人體危害極大，預期各國將立法禁止用鉛。電子工業組裝之焊接（Soldering）與電路板之電鍍錫鉛與熱噴錫鉛均將在無鉛政策下有所改變。 歐洲與日本非常熱衷於電子業禁鉛令（Lead Ban）的立法，主要的推手是WEEE中對電子業鉛廢料所明訂回收/再利用（Reclaim/Recycle）的強制性法條。對高階性電子機器如Servers或Mainframes等，因掌控尚容易故影響不大。但對家電、汽車等消費性電子品，則因流向不定與回收困難之下，極有可能在2000年後催生成立家電回收法（Home Electronics Recycled Law），而禁止用鉛。 歐洲與日本熱心推動，美國在高階電子產品或特殊精密用途方面（如覆晶Flip Chip之銲錫突塊）持反對態度，其他國家則暫時觀望。 許多美商（如IBM、Motorola、Intel等）反對在取代品困難的領域中禁鉛（如Flip、Chip之銲錫突塊Solder Bump等）。但也漸認知環保的壓力，而在低階產品中配合採用無鉛焊接，以避免回收的高成本。 2.無鉛製程之發展情形 美國國家電子製造業創進會（National Electronics Manufacturing Initiative ; NEMI）於1999年5月組成工作小組，針對無鉛就緒（Lead Free Readiness）之目標展開工作，預計2001年4月完成開發無鉛製程。 該工作小組計劃開發無鉛封裝與組裝的焊接製程與物料，以適應較高的焊溫（將由220提高到260），參加者有：Celestica、Compaq、Delphi/Delco、Motorola、HP、Nortel、Solectron、Visteon等公司。 無鉛焊料之概況 o 以錫與銀，或錫與銅合金者最常見。 o 焊溫平均上升30，成本增加、強度減弱、焊性劣化，並使相關製程變得困難。 o 但新焊料至今尚無法取代現行63/37錫鉛共融合金（Utetic Alloy）優良焊料之廣泛用途。 無鉛焊接將焊溫平均上升30，可能帶來零件漲裂、打線拉脫、板子分層，甚至晶片破裂等可靠度問題。且無鉛銲錫本身缺點很多，除成本較高外，尚有焊錫性較差而忍痛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。 無鉛銲料（Solder或譯銲錫）熔點上升之後將造成板材熱應力增大、焊點（Solder Joint）強度減低（IMC脆化）等相關品質問題，亦需一併謀求解決之道。 無鉛組裝（Assembly）實例：Lucent有一種DC/DC Converter即試採各種無鉛政策，如不鐼錫之PCB（焊墊採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電話也採無鉛組裝，其錫膏成份為97.3% 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，係採90% Sn+7.5% Bi+2% Ag+0.5% Cu熔點217?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。 3.其他替代方案 以導電性接著劑代替焊接 o 玻璃顯示幕（Display）與電路板或元件之互連，目前採用單向（垂直）導電膠膜（ACF）完成通路，此種用途未來還會增加，但成本比焊接要貴。 o 重量大的零件，其接著互連之可靠度不足。 o 組裝中焊接與接著導電混用之技術困難。 以熱壓及超音波打線代替焊接 o 對某些低價產品如電子錶類有利。 o 對小晶片或軟板之封裝與組裝有利。 o 但不易進行同步大量之操作。 二、無鹵耐燃樹脂板材之展望 1.含鹵板材之功能與副作用 早在1940-50年，當電子工業引用塑膠製品時，由於高電壓、高電流及高熱量而經常出現火災的危險。於是美國一個民間組織UL（Underwriters Laberatories）訂定了製品耐燃性（Flame Retardance）的要求。 以FR-4環氧樹脂為例，即在其分子結構中加入了約20%重量比的溴素而達到UL在V-1或V-0級的及格標準。 所謂V-1是指0.5吋寬，5吋長，厚度不拘的無銅玻纖環氧樹指基材樣本，以45。的斜向在特定火焰上燒燃後，即移開火源並測其延燒的秒數，全熄後再做續燒。連續十次試燒後，其總延燒秒數低於250秒者稱為V-1級的FR-4，低於50秒者稱為V-0級的FR-4。故知耐燃性也可說是一種自熄性，但若說成防火（Fire Resistance）則並不正確。 直到80年代初期時，英國德國發現火災死亡中有2/3是毒煙所嗆死，而非燒死。進一步研究發現，在700-900燃燒中，溴化樹指會釋放出戴奧辛類（Dioxins）之長效毒物，而危害環境極大。 2.無鹵板材之推動與質疑 近年來歐盟推動無鹵（Halogen Free）塑膠不遺餘力，且已於1999年3月完成WEEE（Waste from Electrical and Electronic Equipment）之第二版草案，將只針對電子電器品之無鹵塑膠進行立法，而暫不談PVC與其它非電子塑膠製品類。 歐盟之歐洲議會（European Parliament）將批准無鹵法案（預計2004年1月禁令成立）。如此若導致電子塑膠品之成本上升也在所不惜，並鼓勵對無鹵電子塑膠品之回收與再利用。 歐洲將先在消費性低階電子產品中採用無鹵PCB，而高階又要求可靠度（Reliability）者，如伺服機（Servers）則暫不要求無鹵電路板。 但WEEE也正受到大公司如IBM與Motorola的質疑，認為FR-4中的溴不見得比PVC中大量氯的情形更糟，也不見得不如含磷的製品，但樹脂商仍將致力於無鹵耐燃製品的研發，美商將在2001年表達更明確之立場。 3.無鹵板材之發展情形 截至目前為止無鹵環氧樹脂的廉價取代品尚未發現，如Asashi無鹵無銻的PPE，Isola含磷含氮的環氧樹脂等，不但價格貴（約增20-30%）且電性也不好（Dk由原來的4.7劣化到5.2，吸水性也增多）。Isola的另一種Melamine樹脂，則價格更高到FR-4的四倍以上。 部份業者也曾將樹指之含溴量降低，而部份改用三氧化銻（Antimony Trioxide）或五氧化銻（Antimony Pentoxide）以達耐燃之目的。然而銻不但有毒，還會致癌且對電性也不好。 Philips公司的PCB廠已採用三氧化鋁（Hydrated Alumina）代