环境化设计理念已成为主机板业发展的必要趋势

台湾主机板业，2005年出货量一亿四千四百万片产量已成为全球之龙头(包括海外生产部分)。台湾厂商生产主机板的速度有多快呢？以一般人步行速度约每分钟90步来计算，也就是说每跨出一步，就又有三片主机板产出。

由于计算机信息与通讯产品更新速度风驰电擎、汰换率高，使用之原物料或相关材料亦持续改变，且随着全球环保意识高涨及资源日益缺乏，材料永续利用的环境化设计理念已成为主机板业发展之必要趋势。

产业现况

主机板主要是将印刷电路板依据不同的功能设计，将其与相关之IC及其它组件焊接在一起，再经组装后形成一般消费者使用之商品。目前除少量的家用电器主机板外，多为计算机信息机板与通讯用主机板。计算机信息机板业主要产品包括主机板、显示卡、网络卡􀄀等多种产品，其制程主要为主机板(M/B􀀂Main􀀂Board)利用表面黏着技术(SMT)及利用人工插件(MI)等制程，将零件透过针脚安装在印刷电路板(PCB)线路上，再经过锡炉将零件焊接在PCB上。

台湾主机板业占全球之产量自2001年的86.3%持续稳定成长，至2005年已超过98%。台湾通讯机板业以国际大厂代工生产行动电话机板为主，2000年产量占全球行动电话之2.3%，至2005年生产约8,098.4万支，占全球手机生产量之9.87%，相对的其主机板使用量亦大幅增加。整体而言，未来主机板市场仍处于成长之趋势。

欧盟三大环保指令

如图1所示欧盟三大环保指令，废电机电子设备指令(Waste􀀂Electrical􀀂and􀀂Electronic􀀂Equipment,􀀂WEEE)、有害物质限用指令(Restriction􀀂of􀀂Hazardous􀀂Substance,􀀂RoHS)及使用能源产品生态化设计指令(Eco design􀀂Requirement􀀂for􀀂Energy􀀂Using􀀂Product,􀀂EuP)，不仅成为电子及相关行业中的热门话题，同时也是永续发展的重要议题之一。

图1􀀂􀀂WEEE及RoHS在永续发展的地位

WEEE及RoHS两个指令都要求制造商对电子产品污染问题承担责任，并规定产品进入欧盟市场必须达到RoHS指令要求，已经进入欧盟市场的企业则须履行WEEE的回收责任。WEEE指令已于2003年2月正式通过，该指令主要内容包括：电机电子物品分类收集、回收、处理行为及使用者信息提供的规定，涵盖范围计有10大类，超过百项产品。主要宗旨系藉由电机电子设备（Electrical􀀂and􀀂Electronic􀀂Equipment,EEE）产品回收率的提升，来达成以下目的：(1)削减EEE废弃物的产量；(2)避免过多的EEE废弃物进入掩埋场；(3)提升资源再利用之比率，以降低产品对环境之冲击。

RoHS指令的影响范围和WEEE基本上一致，涵盖十大类电子电器产品。从2006年7月1日开始，进入欧盟市场的电子电器产品含有的6种有害物质不得超出指定标准，即在任何均匀材料中，镉的重量百分比不得超过0.01%；铅、汞、六价铬和阻燃剂PBB和PBDE的重量百分比不得超过0.1%。RoHS指令的目的在于减少废电机电子设备(WEEE)中有害物质对环境的影响。而RoHS的最重要关键，乃在于管制作业需要配合对供应链体系的管理，逐层管制与查核这些限用物质的使用。

WEEE指令虽然有明确的产品回收率规范，但却未将相关的设计理念或设计规范纳入该指令当中。有鉴于此，2005年8月11日公告EuP生效，预定2007年8月实施。EuP主要是针对使用能源产品的生产厂商，要求其提出产品使用过程可以有效降低温室气体排放的产品生态化设计。制造商必须评估产品于整体生命周期中的环境考虑，并将与产品相关的环保特性，以量化的方式建置成产品的生态说明书。此外，该指令明文规定产品制造商必须采用生命周期的思考方式，将生态化设计的要求融入产品设计开发之中，寻求环境友善的可能替代技术，藉以提升产品的环境绩效，开发出更佳环境友善之产品。

主机板的供应链

图2为电子产品生产制程，考虑电子产品中的环境危害成分，从一块集成电路开始，直到最终产品，如个人计算机或行动电话，图中列出了需考虑的相关环境危害材料和可能的解决方向。而主机板位于电子产品生产的中下游，主机板业者对整个电子产品的供应链绿化及产品环保化设计也就占了举足轻重的地位。目前，对主机板业者而言，最需要的是持续符合RoHS对铅及阻燃剂的要求，故以下从整个电子组件及产品的供应链，即主机板组装业的上、中、下游来考虑整体材料使用上的环境化设计，考虑的供应链范围包括集成电路制造、集成电路封装、印刷电路板制造。

集成电路制造

由于集成电路的制造所引起的环境问题包括：(1)在尺寸减小到0.13μm时，沉积超薄层和腐蚀电路图形会导致能源高度密集和含氟化合物扩散；(2)芯片表面净化，需要使用大量的水；(3)化学机械抛光，需要大量的水，产生废弃物。因此，集成电路制造厂家应该与生产设备和材料的公司合作，创造出新的材料和制程来减少能源和水的消耗，并控制废弃物和含氟化合物。

集成电路封装

当芯片加工好之后，需要焊料连接芯片及接脚，曾报导的制作微细锡-铅焊料的方法达12种以上。在覆晶式封装(FCIP，Flip􀀂Chip􀀂in􀀂Package)中，使用双马来酰亚胺三氮杂苯(Bismaleimide􀀂Triazine􀀂BT)为衬底材料，纯锡(其熔点为232℃)可用来充当焊料。然而，对很细的焊点，锡须可能使电路短路失效。目前有很多不同的无焊料的芯片级连接材料，如金钮凸点、金凸点、铜凸点、镍-金凸点、铜线和金微弹簧线等，这些都是无铅的替代制程方法。此外，对绝大多数FCIP，其封装外壳一般由含阻燃剂的成型化合物制成，这也带来了环保问题。

印刷电路板制造

印刷电路板(PCB)是用来支持和连接电子产品的组件，大多数PCB材料玻璃转移温度为125℃，这与无铅表面组装技术的要求相矛盾，在无铅化组装时，需要的温度较高，可能会导致PCB材料的裂化。另外，一个关于PCB板材料较严重的问题是，PCB板生产时使用溴化阻燃剂(BFR)，WEEE/RoHS禁用的溴化阻燃剂包括多溴联苯(Polybrominated􀀂Biphenyls,􀀂PBBs)及多溴二苯醚(Polybrominated􀀂Diphenyl􀀂Ethers,􀀂PBDEs)。此外，PCB生产不但消耗了水、能源和化学物质，而且产生了大量废弃物。

环境化设计材料

以下就主机板组装及电子组件的系统组装材料的环境化设计，分别说明印刷电路板无铅表面处理、导线架无铅电镀、无铅焊料、导电胶及非卤素阻燃剂的技术。

印刷电路板无铅表面处理

占有传统含铅产品25%含铅量之印刷电路板的铜垫片表面处理方法中，电镀镍与金或无电镀镍化金的处理方式，在印刷电路板工业已经使用多年。然近几年由于成本考虑及无铅焊料之焊接性问题，许多新兴的表面处理方式，如有机保焊膜(Organic􀀂Solderability􀀂Preservatives,􀀂OSP)、浸镀银(Immersion􀀂Silver)、以及浸镀锡(Immersion􀀂Tin)等都在快速发展之中。

导线架组件无铅电镀

针对覆晶组件导线架之无铅电镀技术，较具潜力的几种组件电镀方式，包括有锡铋、锡银、锡铜、及纯锡电镀等。其中锡铋电镀虽然熔点较低，但由于铋是铅矿开发所衍生的副产品，其价格势必因铅的减产而提高，且锡铋焊点的脱层问题也是不可被忽视的。锡银电镀之价格稍高，且因含有银，在废液回收时程序较为复杂。锡铜电镀的焊接性好且性质稳定，但因铜的含量少（0.7%），故制程控制不易，且亦有锡须的问题产生。而纯锡电镀其焊接性优良且价位低，制程技术稳定是历史最久的电镀方式。电镀方式则可分为热浸泡及电解沉积法两大类。

无铅焊料

成本较低的锡-铅焊料作为连接材料在电子工业已经使用很多年了，具有独特的物理特性和机械特性。在覆晶式封装、球数组封装、芯片级IC尺寸封装等各种封装技术中，锡-铅焊料是PCB板安装的电子和机械「胶水」。目前电子产品中的铅成分分布，焊锡接点约占70%含量，印刷电路板表面处理材料约占25%，组件导线架之电镀层约占5%。每年所生产的500万吨铅中，只有0.5％用在电子产品的焊料中，如果生产过程能够控制的很好，并且产品能够回收的话，使用它应该对环境没有多大危害。问题在电子产品中的铅很少被回收，但是蓄电池中的铅几乎是百分之百回收的。

现在有两种材料，分别是无铅焊料和导电胶，可能可以取代锡铅焊料。目前锡银铜合金已成为无铅焊料的主流产品。很多印刷电路板及电子组件锡-铅制程的替代技术持续在研究中，制程参数(如回流温度、预热温度、焊剂类型、炉中气体或产品烘干时间和温度等)因替代技术不同
有需要加以调整。

导电胶

除了无铅焊料之外，可能替代锡铅焊料的非焊接材料导电胶，正被考虑用来在PCB板上或基材上组装组件。导电胶包括等向性导电胶(Isotropic􀀂Conductive􀀂A dhesives􀀂,ICAs)、异向性导电胶(Anisotropic􀀂Conductive􀀂Adhesives􀀂, ACAs)和非导电胶(Non-Conductive􀀂Adhesives􀀂,NCAs)。

1.等向性导电胶(ICAs)

ICAs通常由带Ag-Pd颗粒填充料的环氧树脂制成。使用这种聚合物材料的主要优势在于它具有低的基材应力和低的制程温度。应用ICAs最常用的方法是在ICAs材料浸上金、铜或镍-金凸点，通过丝网印刷或丝网转印技术，把ICAs应用到PCB板或基材材料的焊点上。

2.异向性导电胶(ACAs)

A CAs只在垂直方向导电，因此也把ACAs称为Z轴导电材料。目前有两组异向性材料，分别是异向性导电薄膜(ACFs)和异向性导电胶(ACPs)。ACFs看上去像一张纸，由热硬化胶、导电微粒(固态或镀的球型塑料)和释放层所组成；ACPs则看上去像胶带，由热硬化胶和导电微粒组成。对于以上两种胶，其中所用的固体材料都是金、镍和焊料。

3.非导电胶(NCAs)

NCAs由热硬化胶和不导电的填料组成，以平常方式填装，没有导电能力，一般来说，应用在覆晶焊接的扩散黏结(金属在真空中加压。相互扩散而黏结)和焊料连接可靠性方面。在使用NCA之后，胶将收缩，使凸点和焊点呈被压缩状态，并可提高长期的可靠性。

非卤素阻燃剂

对大多数电子产品来说，聚合物是一种非常重要的材料，它可应用在IC封装的成型化合物上，也可应用在基板材料(环氧树脂)上。既然许多聚合物易燃，所以IC封装和PCB板中，需要使用含阻燃剂的材料。卤素阻燃剂通常以在PCB板上作为覆盖层的方式参与到整个电子系统中。应用在PCB板塑料的溴阻燃剂(BFR)，主要是四溴双酚A(TBBPA或TBBA)，虽然被认为对人体和环境是相对较安全的，但将卤素元素替换掉的议题一直被议论。

目前已有不少的非卤素阻燃剂被提出，包括含磷或氮的环氧树脂、水合氧化铝、氢氧化镁、其它高密度聚合物，但每一种都有自身的缺点。例如，磷成本比较高，在湿度较高的时候具有较大的漏电流；而水合氧化铝和氢氧化镁，则呈现出流变学方面的问题。1998年，一个日本公司宣布生产出了世界上第一台使用不含卤素的主机板制造的PC，其树脂中含有氮和磷基的阻燃剂。欧洲和美国的其它公司也在部分行动电话中使用不含卤素的PCB板。

结语

主机板组装的环境化设计，可以从电子组件的制造及组装的材料上加以实践。不管是印刷电路板无铅表面处理、导线架无铅电镀、无铅焊料、导电胶或非卤素阻燃剂的技术，都持续在发展中。随着资源日益缺乏及各种环保指令的要求，主机板组装用材料的环境化设计已成为主机板业永续经营之必要能力。

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