Indium高可靠度低温焊料 瞄准车用电子的应用

Indium副总裁李宁成博士主讲高可靠性合金和低温焊料的制程与所面对的工程挑战。

电子制造过程中需要把电子元件或是半导体芯片固定并连接到电子载板上，才能发挥完整的电子产品的设计功能，焊接的技术与制程需要极高的温度，并消耗许多的能量，并排放包括二氧化碳在内的各种温室气体的回流焊制程，业界一直兴起不同的改革之声。

在欧盟于2003年2月制定法规推动危害性物质限制指令(RoHS)下，并于2006年 7月1日正式生效，规范所有销往欧盟之电子产品均不得含有重金属铅之材料，全球焊料产业链掀起了电子无铅化的变革浪潮，共同研究与合作开发焊料，逐步向无铅焊料转变，使用锡、银和铜的合成物取代含铅料，从而也带动了电子元件、载板及电子组装设备的无铅转变。

由于锡球接点常用的无铅焊锡材料为锡-银-铜合金系列(SAC family)，由于其高熔点之特性，在回流焊制程中(Reflow Process)，容易因为较高的温度，让无铅焊锡材料体积快速收缩，再加上助焊剂的挥发，使得空气来不及逸出而产生孔洞(Void)缺陷，进而造成在可靠度测试时，因极小的应力引起产品失效。

锡基焊接技术考量降低环境冲击与成本节省的因素，以及扩大生产规模的考虑，随着节能减排的环保目标和低碳经济等化工产业创新，不断驱动发展新的焊接技术，产生了对低温生产过程的需求，电子制造服务商一直在寻找最佳的解决方案，直到新型低温焊接技术的出现，大家终于看到了曙光。

低温焊接技术是将元件焊接的峰值温度由250°C降至180°C，焊接温度降低了大约70度，缓解了电子产品生产制造过程中的高热量、高耗能的问题，整个低温焊接技术的测试和验证过程直接使用低温焊料，利用现有回流焊设备，有效降低生产成本。

全球高可靠度低温焊料供应商Indium Corporation，这次配合其台湾的协力夥伴广化科技(3S Silicon Tech)于2017年8月11日在竹北喜来登酒店所主办的技术研讨会，并邀请Indium Corporation的副总裁李宁成博士(Dr. Ning-Cheng Lee)主讲关于高可靠性合金和低温焊料及系统级封装(SiP)封装材料的议题，并以实例做精辟之剖析与说明。

系统级封装技术可以将不同芯片或其他电子元件，整合于一个封装模块内，具有高效能与低成本的优势，此外系统级封装产生的电磁杂讯干扰(EMI)很小，这是 SiP封装成为业界目前最常使用的技术主因，今天在车用信息娱乐系统(In-Vehicle Infotainment system)中使用大量的SiP的芯片，汽车电子特别注重高导热、高导电的效能，由于电动车的电池功率愈来愈高，所以接点的温度就跟着扶摇直上，对可靠度的冲击与挑战就水涨船高，需要更慎密的材料设计考量，传统的锡膏就需要做更大的弹性设计，所以李宁成博士的简报着重于先进的焊接技术，重视兼顾制造的合格率与可靠性的提升。李博士特别介绍最新研制出来的纳米银及纳米铜烧结材料，用它进行无压型晶粒粘贴技术时，形成的烧结连接所产生焊点的孔隙度非常低，抗剪强度高，导电率和热导率非常好。

李博士的第二个重点就是用在低温焊接(Low Temperature Solder，简称LTS)技术的锡膏材料，在今年SEMICON China 2017上，英特尔力推低温焊接技术，除了能够有效减少电子产品制造过程中的热量、功耗与碳排放，同时低温焊接技术的「烘烤」过程因为减少了热应力，提升了制程机台与设备的可靠性，大量降低制程中印刷电路板翘曲率的发生，可进一步降低产品生产成本。

Indium的低温焊料与助焊剂材料的开发，从验证所需要的科学原理与测试方法，通过不同的锡、铋合金焊接材料配比，以及助焊剂的调整，结合回流焊温度与时间的组合，不仅大幅度降低了生产成本，而且节约了银、铜等贵金属的重要资源。

预计到2018年底会有50%的笔记本电脑的制造将会切换成低温焊接制程，新型低温锡、铋系列焊料虽然能够满足现有的笔记本电脑的测试标准，但是相对与SAC305焊料可靠性还是要略差一些，所以在智能手机及汽车电子等产业使用替代SAC305焊料，则需要做大量可靠性验证性工作。

SiP封装与低温焊料在产业界的发展已成必然趋势，市场发展将取决于材料供应商的技术与材料成本的综合考量，Indium秉持多年专注在焊接材料上的创新，持续与产业界合作开发新型材料，期待透过产业界更多的交流与互动，共创双赢的契机。