Indium高可靠度低溫焊料 瞄準車用電子的應用

Indium副總裁李寧成博士主講高可靠性合金和低溫焊料的製程與所面對的工程挑戰。

電子製造過程中需要把電子元件或是半導體晶片固定並連接到電子載板上，才能發揮完整的電子產品的設計功能，焊接的技術與製程需要極高的溫度，並消耗許多的能量，並排放包括二氧化碳在內的各種溫室氣體的回流焊製程，業界一直興起不同的改革之聲。

在歐盟於2003年2月制定法規推動危害性物質限制指令(RoHS)下，並於2006年 7月1日正式生效，規範所有銷往歐盟之電子產品均不得含有重金屬鉛之材料，全球焊料產業鏈掀起了電子無鉛化的變革浪潮，共同研究與合作開發焊料，逐步向無鉛焊料轉變，使用錫、銀和銅的合成物取代含鉛料，從而也帶動了電子元件、載板及電子組裝設備的無鉛轉變。

由於錫球接點常用的無鉛銲錫材料為錫-銀-銅合金系列(SAC family)，由於其高熔點之特性，在回流焊製程中(Reflow Process)，容易因為較高的溫度，讓無鉛銲錫材料體積快速收縮，再加上助焊劑的揮發，使得空氣來不及逸出而產生孔洞(Void)缺陷，進而造成在可靠度測試時，因極小的應力引起產品失效。

錫基焊接技術考量降低環境衝擊與成本節省的因素，以及擴大生產規模的考慮，隨著節能減排的環保目標和低碳經濟等化工產業創新，不斷驅動發展新的焊接技術，產生了對低溫生產過程的需求，電子製造服務商一直在尋找最佳的解決方案，直到新型低溫焊接技術的出現，大家終於看到了曙光。

低溫焊接技術是將元件焊接的峰值溫度由250°C降至180°C，焊接溫度降低了大約70度，緩解了電子產品生產製造過程中的高熱量、高耗能的問題，整個低溫焊接技術的測試和驗證過程直接使用低溫焊料，利用現有回流焊設備，有效降低生產成本。

全球高可靠度低溫焊料供應商Indium Corporation，這次配合其台灣的協力夥伴廣化科技(3S Silicon Tech)於2017年8月11日在竹北喜來登酒店所主辦的技術研討會，並邀請Indium Corporation的副總裁李寧成博士(Dr. Ning-Cheng Lee)主講關於高可靠性合金和低溫焊料及系統級封裝(SiP)封裝材料的議題，並以實例做精闢之剖析與說明。

系統級封裝技術可以將不同晶片或其他電子元件，整合於一個封裝模組內，具有高效能與低成本的優勢，此外系統級封裝產生的電磁雜訊干擾(EMI)很小，這是 SiP封裝成為業界目前最常使用的技術主因，今天在車用資訊娛樂系統(In-Vehicle Infotainment system)中使用大量的SiP的晶片，汽車電子特別注重高導熱、高導電的效能，由於電動車的電池功率愈來愈高，所以接點的溫度就跟著扶搖直上，對可靠度的衝擊與挑戰就水漲船高，需要更慎密的材料設計考量，傳統的錫膏就需要做更大的彈性設計，所以李寧成博士的簡報著重於先進的焊接技術，重視兼顧製造的合格率與可靠性的提升。李博士特別介紹最新研製出來的奈米銀及奈米銅燒結材料，用它進行無壓型晶粒粘貼技術時，形成的燒結連接所產生焊點的孔隙度非常低，抗剪強度高，導電率和熱導率非常好。

李博士的第二個重點就是用在低溫焊接(Low Temperature Solder，簡稱LTS)技術的錫膏材料，在今年SEMICON China 2017上，英特爾力推低溫焊接技術，除了能夠有效減少電子產品製造過程中的熱量、功耗與碳排放，同時低溫焊接技術的「烘烤」過程因為減少了熱應力，提升了製程機台與設備的可靠性，大量降低製程中印刷電路板翹曲率的發生，可進一步降低產品生產成本。

Indium的低溫焊料與助焊劑材料的開發，從驗證所需要的科學原理與測試方法，通過不同的錫、鉍合金焊接材料配比，以及助焊劑的調整，結合回流焊溫度與時間的組合，不僅大幅度降低了生產成本，而且節約了銀、銅等貴金屬的重要資源。

預計到2018年底會有50%的筆記型電腦的製造將會切換成低溫焊接製程，新型低溫錫、鉍系列焊料雖然能夠滿足現有的筆記型電腦的測試標準，但是相對與SAC305焊料可靠性還是要略差一些，所以在智慧型手機及汽車電子等產業使用替代SAC305焊料，則需要做大量可靠性驗證性工作。

SiP封裝與低溫焊料在產業界的發展已成必然趨勢，市場發展將取決於材料供應商的技術與材料成本的綜合考量，Indium秉持多年專注在焊接材料上的創新，持續與產業界合作開發新型材料，期待透過產業界更多的交流與互動，共創雙贏的契機。