綠色電子時代來了！ 2006.03.26　中國時報 　林光隆(國科會國際合作處處長、國立成功大學材料科學及工程學系教授) 沈祥榮(中央研究院物理研究所客座副研究員) 吳茂昆(中央研究院物理研究所特聘研究員) 　現代人的日常生活總離不開各式各樣的電子產品，然而，一般大眾可能不 知道，目前這些產品都使用含有大量鉛(37%～95%以上)的銲錫合金，將電子 元件黏合在印刷電路板，以固定電子元件並提供電性導通。 　另外，控制家電的電子開關、擔負電流接通與分斷相互接觸的元件「銀接 點」，也是一種銀與氧化鎘的複合材料。 　隨著電子產品多樣化及使用替換率的快速成長，人類丟棄的電子產品數量 也大幅增加。目前我們並沒有良好的回收規範，很多電子產品遭到任意丟棄， 引發污染大地環境及飲用水源的顧慮。隨著人類環保意識的抬頭，世界各國 相繼提出法律政策，限制含有重金屬材料的產品。 　歐盟將自二○○六年七月起限制電器、電子產品使用有害物質，並實施廢 棄電器、電子產品(Waste Electrical and Electronic Equ ipment，WEEE) 法案；所有輸入歐盟的電器、電子產品將禁止使用鉛、鎘、汞、六價鉻 (Hexavalent Chromium)、溴化耐燃劑(Bromin ated Fire Retardant)(多溴 聯苯類、多溴聯苯醚類)等六項具危害性的材料。 　歐盟此一新法對我國電子業的衝擊相當大，電子業為了符合此一潮流都正 如火如荼的進行材料更替，及各項相關製程的變更與測試。 　本文要簡介目前學術界配合產業界在去鎘的接點材料，與無鉛銲錫合金材 料的研發現況。 　無鉛銲錫材料的研發 　拆開電子產品，可以看見印刷電路板上面有一根根的金屬導線架，這些金 屬導線架藉著銲錫固定在通孔內。目前工業界普遍使用兩種各含37%和95%鉛 成份的銲錫合金。 　二○○六年歐盟將先行禁用的是含鉛量37%的銲錫合金，這種銲錫合金熔點 僅攝氏183度，製程與材料成本較低，使用廣泛；含95%鉛成份的銲錫合金屬 於高溫(熔點高於攝氏320度)銲錫，用量較少，因尚無替代品，故延後禁用。 　隨著材料的更換，除了必須要考量導電性、機械強度、抗氧化性、耐熱疲 勞性、低製程溫度、容易加工、與導線架的銲錫性與成本等因素外，近幾年 業界與學界更發現到，電子遷移問題(電子流動導致金屬原子移動，可能使金 屬表面形成永久性的缺陷，情況嚴重，將造成電路短路、破壞整個元件。)也 應一併考慮；另外，在製程上還需搭配適當的化學藥品如助焊劑等；尤其是 兼顧目前所有製程設備，以避免增加生產投資的需求，更為無鉛銲錫的研發 增添許多困難。 　一九九五年起國科會資助成功大學著手研究無鉛銲錫合金開發，經過八年 的實驗研發出以錫、鋅為主，含少量銀、鋁、鎵等合金元素的低溫無鉛銲錫 合金材料，關於此新材料的機械強度、潤濕性、可銲錫性、抗氧化性、電化 學性質、材料組織等多方研究，成果豐碩，截至二○○四年已申請到臺灣、 美國、日本專利。 　此研究也進一步透過國科會小產學計畫與業界合作研製無鉛銲錫球，試製 成功直徑0.76 mm～0.30mm的錫球(目前手機的BGA元件幾乎都使用0.3mm直徑 的錫球)，此錫球經過國內封裝大廠測試，發現其試製產品結合強度更勝過 以往的產品。 但由於其可靠度數據仍有待更長期間測試始得以建立，此錫 鋅系列合金還需一段時間才會被產業界廣泛接受使用。 　去鎘接點材料的研發 　開關是電路的一部份，除了具有開關的功能外，性質上更應與電路一樣導 電性佳、不易氧化、不易熔接、損耗低及機械強度高。 　早期的開關接點以純金屬為材料，如純銀、純金或純鉑；後改用銀 -銅、 金-銀、鉑-銥、銀-鈀合金；六○年代後，為因應電子產品的需求發展出多元 貴金屬及各種貴金屬複合材料。 　開關在關上或開啟(斷路)的瞬間，因正、負極的接觸或分離作用，造成電 弧放電，其溫度經常會高於接點金屬的熔點而導致開關損壞。因此，三○年 代末，F.R. Hensel等人發展出含有氧化鎘的接點材料，一九五○年代後， 終於解決了複雜的製程困難，開始大規模生產與使用。八○年代後，銀氧化 鎘接點材料可稱得上為「萬能接點」，可使用在各種電器用品上。 　鎘的化合物能在人體內存在約十至三十年(半衰期)，極易聚集在人體的腎 臟、骨骼及血液中，引發肝癌、前列腺癌及肺癌等癌症。鎘的遷移率高、容 易在環境中傳播。鎘的使用與回收也常伴隨有「鎘毒」的危險性，而使用銀 氧化鎘時也有可能因電弧作用而使鎘散佈於空氣中、造成污染。 　為改用無鎘的接點材料，目前最佳的替代品為銀氧化錫的複合材料。一九 九七年起，學界與國內接點製造廠合作，共同開發銀氧化錫複合材料。銀氧 化錫複合材料有兩種製造方式﹕ 　其一是內部氧化法，也就是將銀、錫、銦冶煉成合金後，進行氧化，使之 成為銀、氧化錫、氧化銦之複合材料，再進行抽線及退火等工作。 　其二則是粉末冶金法，也就是將銀、氧化錫及添加劑混合、燒結、抽線及 退火，最後製成釘。第一種方法需添加銦金屬來幫助錫金屬氧化，而第二種 方法可以加銦或不加銦。 　一般接點材料的形狀可分為板狀及×釘狀。板狀接點通常以粉末冶金法或 沖壓法製造，若以粉末冶金法製造板狀接點較不涉及材料的延展性，一般是 以燒結與複壓等方式來增加元件的密度，達到對接點材料性能的要求。而× 釘狀接點在工業上是以內部氧化法或粉末冶金法來製備金屬-陶瓷複合材料， 也就是將金屬-陶瓷複合材料經抽線及退火等程序製造成線材，再將線材切 割、冷焊接，製成×釘狀成品。 　早期的研究著眼於材料的細緻化；隨後的研發方向則著重在添加物的配方、 混合與製程。經過斷續三、四年的研發，現在已能製造含有 10%氧化錫的銀 氧化錫線材。×釘的壽命測試也已達到國際上相關產品的規格要求，現在正 致力於優化製程與降低成本。 學術界與產業界通力合作，必能提昇我國在世界的整體競爭力 　綜上所述，人類多年來所使用的的傳統材料，將隨著電子、光電、通訊等 產品的日新月異及人類對環保的要求，面臨新的挑戰，且綠色材料的研究已 成為一重要的課題。目前不但國內學術界在這方面的研究成果與能量頗受國 際注目，臺灣中小企業也能順應潮流，從傳統行業中求新求變，創造企業再 生的力量，在一波波的衝擊下，仍保持其堅韌與強大的適應力，值得我們敬 佩與學習。 　學術界與產業界若能通力合作、彼此協助，開發企業所需的技術與產品， 並培育人才進入產業界與研究單位，創造雙贏的態勢，則臺灣中小企業的競 爭力必能快速成長，提昇我國在世界的整體競爭力。 -- 趙客縵胡纓 吳鉤霜雪明 銀鞍照白馬 颯沓如流星 十步殺一人 千里不留行 事了拂衣去 深藏身與名 閒過信陵飲 脫劍膝前橫 將炙啖朱亥 持觴勸侯贏 三盃吐然諾 五嶽倒為輕 眼花耳熱後 意氣素霓生 救趙揮金槌 邯鄲先震驚 千秋二壯士 烜赫大梁城 縱使俠骨香 不慚世上英 誰能書閤下 白首太玄經 李白 俠客行 --

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 139.223.28.55