绿色电子时代来了！ 2006.03.26　中国时报 　林光隆(国科会国际合作处处长、国立成功大学材料科学及工程学系教授) 沈祥荣(中央研究院物理研究所客座副研究员) 吴茂昆(中央研究院物理研究所特聘研究员) 　现代人的日常生活总离不开各式各样的电子产品，然而，一般大众可能不 知道，目前这些产品都使用含有大量铅(37%～95%以上)的焊锡合金，将电子 元件黏合在印刷电路板，以固定电子元件并提供电性导通。 　另外，控制家电的电子开关、担负电流接通与分断相互接触的元件「银接 点」，也是一种银与氧化镉的复合材料。 　随着电子产品多样化及使用替换率的快速成长，人类丢弃的电子产品数量 也大幅增加。目前我们并没有良好的回收规范，很多电子产品遭到任意丢弃， 引发污染大地环境及饮用水源的顾虑。随着人类环保意识的抬头，世界各国 相继提出法律政策，限制含有重金属材料的产品。 　欧盟将自二○○六年七月起限制电器、电子产品使用有害物质，并实施废 弃电器、电子产品(Waste Electrical and Electronic Equ ipment，WEEE) 法案；所有输入欧盟的电器、电子产品将禁止使用铅、镉、汞、六价铬 (Hexavalent Chromium)、溴化耐燃剂(Bromin ated Fire Retardant)(多溴 联苯类、多溴联苯醚类)等六项具危害性的材料。 　欧盟此一新法对我国电子业的冲击相当大，电子业为了符合此一潮流都正 如火如荼的进行材料更替，及各项相关制程的变更与测试。 　本文要简介目前学术界配合产业界在去镉的接点材料，与无铅焊锡合金材 料的研发现况。 　无铅焊锡材料的研发 　拆开电子产品，可以看见印刷电路板上面有一根根的金属导线架，这些金 属导线架藉着焊锡固定在通孔内。目前工业界普遍使用两种各含37%和95%铅 成份的焊锡合金。 　二○○六年欧盟将先行禁用的是含铅量37%的焊锡合金，这种焊锡合金熔点 仅摄氏183度，制程与材料成本较低，使用广泛；含95%铅成份的焊锡合金属 於高温(熔点高於摄氏320度)焊锡，用量较少，因尚无替代品，故延後禁用。 　随着材料的更换，除了必须要考量导电性、机械强度、抗氧化性、耐热疲 劳性、低制程温度、容易加工、与导线架的焊锡性与成本等因素外，近几年 业界与学界更发现到，电子迁移问题(电子流动导致金属原子移动，可能使金 属表面形成永久性的缺陷，情况严重，将造成电路短路、破坏整个元件。)也 应一并考虑；另外，在制程上还需搭配适当的化学药品如助焊剂等；尤其是 兼顾目前所有制程设备，以避免增加生产投资的需求，更为无铅焊锡的研发 增添许多困难。 　一九九五年起国科会资助成功大学着手研究无铅焊锡合金开发，经过八年 的实验研发出以锡、锌为主，含少量银、铝、镓等合金元素的低温无铅焊锡 合金材料，关於此新材料的机械强度、润湿性、可焊锡性、抗氧化性、电化 学性质、材料组织等多方研究，成果丰硕，截至二○○四年已申请到台湾、 美国、日本专利。 　此研究也进一步透过国科会小产学计画与业界合作研制无铅焊锡球，试制 成功直径0.76 mm～0.30mm的锡球(目前手机的BGA元件几乎都使用0.3mm直径 的锡球)，此锡球经过国内封装大厂测试，发现其试制产品结合强度更胜过 以往的产品。 但由於其可靠度数据仍有待更长期间测试始得以建立，此锡 锌系列合金还需一段时间才会被产业界广泛接受使用。 　去镉接点材料的研发 　开关是电路的一部份，除了具有开关的功能外，性质上更应与电路一样导 电性佳、不易氧化、不易熔接、损耗低及机械强度高。 　早期的开关接点以纯金属为材料，如纯银、纯金或纯铂；後改用银 -铜、 金-银、铂-铱、银-钯合金；六○年代後，为因应电子产品的需求发展出多元 贵金属及各种贵金属复合材料。 　开关在关上或开启(断路)的瞬间，因正、负极的接触或分离作用，造成电 弧放电，其温度经常会高於接点金属的熔点而导致开关损坏。因此，三○年 代末，F.R. Hensel等人发展出含有氧化镉的接点材料，一九五○年代後， 终於解决了复杂的制程困难，开始大规模生产与使用。八○年代後，银氧化 镉接点材料可称得上为「万能接点」，可使用在各种电器用品上。 　镉的化合物能在人体内存在约十至三十年(半衰期)，极易聚集在人体的肾 脏、骨骼及血液中，引发肝癌、前列腺癌及肺癌等癌症。镉的迁移率高、容 易在环境中传播。镉的使用与回收也常伴随有「镉毒」的危险性，而使用银 氧化镉时也有可能因电弧作用而使镉散布於空气中、造成污染。 　为改用无镉的接点材料，目前最佳的替代品为银氧化锡的复合材料。一九 九七年起，学界与国内接点制造厂合作，共同开发银氧化锡复合材料。银氧 化锡复合材料有两种制造方式﹕ 　其一是内部氧化法，也就是将银、锡、铟冶炼成合金後，进行氧化，使之 成为银、氧化锡、氧化铟之复合材料，再进行抽线及退火等工作。 　其二则是粉末冶金法，也就是将银、氧化锡及添加剂混合、烧结、抽线及 退火，最後制成钉。第一种方法需添加铟金属来帮助锡金属氧化，而第二种 方法可以加铟或不加铟。 　一般接点材料的形状可分为板状及×钉状。板状接点通常以粉末冶金法或 冲压法制造，若以粉末冶金法制造板状接点较不涉及材料的延展性，一般是 以烧结与复压等方式来增加元件的密度，达到对接点材料性能的要求。而× 钉状接点在工业上是以内部氧化法或粉末冶金法来制备金属-陶瓷复合材料， 也就是将金属-陶瓷复合材料经抽线及退火等程序制造成线材，再将线材切 割、冷焊接，制成×钉状成品。 　早期的研究着眼於材料的细致化；随後的研发方向则着重在添加物的配方、 混合与制程。经过断续三、四年的研发，现在已能制造含有 10%氧化锡的银 氧化锡线材。×钉的寿命测试也已达到国际上相关产品的规格要求，现在正 致力於优化制程与降低成本。 学术界与产业界通力合作，必能提昇我国在世界的整体竞争力 　综上所述，人类多年来所使用的的传统材料，将随着电子、光电、通讯等 产品的日新月异及人类对环保的要求，面临新的挑战，且绿色材料的研究已 成为一重要的课题。目前不但国内学术界在这方面的研究成果与能量颇受国 际注目，台湾中小企业也能顺应潮流，从传统行业中求新求变，创造企业再 生的力量，在一波波的冲击下，仍保持其坚韧与强大的适应力，值得我们敬 佩与学习。 　学术界与产业界若能通力合作、彼此协助，开发企业所需的技术与产品， 并培育人才进入产业界与研究单位，创造双赢的态势，则台湾中小企业的竞 争力必能快速成长，提昇我国在世界的整体竞争力。 -- 赵客缦胡缨 吴钩霜雪明 银鞍照白马 飒沓如流星 十步杀一人 千里不留行 事了拂衣去 深藏身与名 闲过信陵饮 脱剑膝前横 将炙啖朱亥 持觞劝侯赢 三盃吐然诺 五岳倒为轻 眼花耳热後 意气素霓生 救赵挥金槌 邯郸先震惊 千秋二壮士 烜赫大梁城 纵使侠骨香 不惭世上英 谁能书合下 白首太玄经 李白 侠客行 --

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