宜特与德凯宜特LTS制程验证 助电子业实现减碳目标

2021年9月底，台积电董事长刘德音特别接受媒体采访，做出将在2030年减碳20％，2050年碳排放将清零的承诺，新闻一出成为当下产业焦点，原因不只是台积电的营业额惊人，光是它一家企业所减掉的碳量就等于台北市年排碳量，更重要的是半导体产业链互动紧密，台积电的做法将牵动供应链中的每一环节。

以2030年的目标为例，届时若未能符合台积电要求的供应商，订单极有可能因此流失，因此减碳一事已从过去行有余力方行之作为，转变为与企业生存攸关之事。

台积电的减碳动作虽然震撼整个半导体产业，不过宜特科技可靠度工程处副总经理曾劭钧指出，包括微软、Google、Apple等国际品牌大厂近几年都已设定出明确的碳中和指标，国际化标准组织(ISO)也早已制定出规范组织的ISO 14064与产品规范的ISO 14067两种温室气体规范。

除了减碳标准外，另一个品牌厂的重要标准是能源管理的ISO 50001，此标准的主要作用，是协助企业设定节能绩效，而绩效必须透过结构性方法达成，也就是需要相关供应链一起配合，而对相关供应链来说，目前效果最明确且相对容易的做法是变更组装制程。

谈到组装制程的节能，必须从欧盟2003年通过、2006年正式实施的RoHS谈起，这项指令限制了6项有害物质在各类型设备产品的采用，其中的铅是电路板焊接的主要材料，因此这项规范对电子设备的影响非常大。

尽管影响甚钜，但规范仍须遵守。在制程上，有铅与无铅的最大差别在于温度，含铅的焊锡仅需183℃就可完成焊接，无铅的焊锡则须到217？220℃，高温除了带来高耗能，同时也会造成PCB及大型零件变形。

LTS解决无铅制程困境  宜特科技降低进入门槛

宜特科技零组件暨板阶可靠度工程部经理庄家豪紧接着指出，组装过程常见的状况是原本正常的IC芯片，在上板进入SMT后无法通过后续的验证，近期这类型状况最常见到的就是板材翘曲(warpage)问题，他解释，翘曲的原因很多，近期宜特板阶可靠度(BLR)实验室常遇到的原因，则是系统级封装(System in package)问题。

此类封装是不同芯片整合在同一封装中，而这些材质和功能各异的元件因热膨胀系数，板材就会出现翘曲，尤其这类封装受热变化并非线性，而是随着温度的增加呈几何反应，也就是温度上升至某一数值时，弯曲程度会陡然增加。

在先进制程中，翘曲是常见状态，如果变形量符合SMT可控制范围，就能透过钢板设计进行调整，翘曲程度较大者也可透过制程的治具设备矫正，但如果翘曲过于严重，像是系统级封装这类尺寸较大芯片翘曲的幅度能达到数百μm，后段组装制程就无法以调整钢板设计或回焊炉温度来处理，必须将产品退到最初的IC设计。

过去为了防止因板材翘曲，造成产生的焊接成果不佳，宜特的板阶可靠度(BLR)实验室会先透过内部的Shadow Moiré模拟确认翘曲的数据，再藉着调整锡膏印刷钢板设计及回流焊温度，降低翘曲带来的空焊与短路问题。

不过这种方式只能从结果端解决翘曲问题，要让翘曲问题不复见，仍需从根本面着手，也就是降低制程温度，而此一需求也与前文提到的节能趋势结合，让LTS(Low Temperature Soldering；低温焊接)技术跃上台面。

在谈LTS之前必须先谈锡膏，早期锡膏的主要成分是锡与铅，无铅规范出现后，锡、银、铜合金开始大量被使用；尔后的LTS，厂商改用锡加铋，不过锡铋材质在焊接会变脆，因此后来厂商推出各种独家配方的锡膏，现在的LTS主要是采用锡、铋、银等材质搭配而成，其低温不仅可以解决翘曲问题，根据Intel在iNEMI(国际电子制造商联盟)的报告指出，采用LTS的制程可节能40%。虽然LTS的成效卓着，不过因制程是牵一发动全身，在整体产业对制程耗能并未有强制要求下，组装业者的态度能不动就不动。

然而如今情势丕变，不只客户端开始要求低耗能，元件端的做法也开始改变，最明显的例子就是近期CPU与GPU大厂已开始提出导入LTS制程的需求，在此上下游双重压力同时来袭下，组装厂投入LTS已是必要作为。

曾劭钧指出，对多数业者来说LTS属于新技术，无论是元件端或系统端，对于技术认知和市场规范都仍不熟悉，因此宜特科技和德凯宜特分别推出LTS验证平台，协助不同族群的业者降低技术进入门槛、让产品可以顺利出货。

庄家豪进一步提到，宜特科技的LTS验证平台主要是以元件和板阶可靠度验证为主。电子产品的可靠度测试(RA)可分为低应变与高应变两类，低应变主要是针对上述温度之类的环境变化对产品带来的影响，高应变则是测试类似手机掉落之类的撞击反应。

在低应变的热循环方面，LTS的表现较无铅锡膏更为优异，但在高应变部分，LTS的耐受度则会较弱，因此未来应用LTS之设备与组装过程，会有更高的风险。在高应变测试部分，包括翘曲、震动、IC与PCB接合拉推力等，与手持式产品有高度相关的项目通通得做，目前手持式设备虽然尚未被要求使用LTS，不过有部分IC厂商已经开始投入研发，对此宜特已有提供了完整的板阶可靠度验证服务。

德凯宜特专业协助  LTS优化模块系统成品测试效益

除了元件与板阶外，LTS对系统厂的影响也相当大，德凯宜特则会提供此层面的测试服务。德凯宜特工程发展室资深技术经理刘燊猷指出，iNEMI(国际电子制造商联盟)的研究报告中，采用LTS的产品目前虽不到1%，但在各界为展现保护地球意志的推动下，2027年将达到20%占有率。

厂商导入LTS有三大动能，首先是前面提到的减碳趋势，近几年地球气候变化快速，各类型企业也加快减碳脚步，LTS则被市场视为电子产品减碳的最佳做法之一。

第二是提升制程的良率与产品可靠度，现在无铅锡膏所需的高温，在制程中有可能导致主机板爆裂或IC电路断裂，另外现在的消费性产品要求轻薄短小，而狭小空间中的热效应会进一步放大，危及产品使用寿命，LTS的低温特色则可解决此问题。

第三是优化制程效率，传统的SMT为了防止焊接时的高温破坏元件，必须再透过波焊(wave soldering)工序将插件式电子零件焊接于电路板上，使用LTS焊膏时，则可藉由其低温特色，同时完成SMT及插件式电子零件的焊接，且不会因温度伤及元件与主机板，在减少一道工序的状态下，达到节省组装成本并提升制程效率的目标。

至于要如何将现有制程转换到LTS制程？刘燊猷点出两个重点，第一个重点是导入LTS的手持式或室外产品必须经过可靠度验证(RA)与故障分析(FA)，由于LTS是新兴技术，必须透过这两种验证手法了解产品内的主机板焊点强度，是否能满足客户期待也符合市场要求。

对于RA与FA，德凯宜特提供了热应力测试与机械应力测试，也就是前面提到的高低两种应变测试，热应力测试主要是透过冷热循环产生的热应力来老化焊点，机械应力则是撞击、掉落测试来确认焊点强度，这两项也都是品牌厂必然要求的测试项目。

再搭配故障分析工具，于应力测试前后比对焊点品质，确保产品符合要求。刘燊猷坦言，就德凯宜特过去的经验来看，LTS在机械应力的表现仍不及既有无铅锡膏，因此现在业者已尝试加入不同材质的微量元素，达到甚至超越其强度。

第二个重点是位于室内、掉落时受撞击机率相对较低的产品，由于环境条件较佳，因此适合使用LTS，尤其是使用寿命落在2~5年间，或是内部有诸如点胶之类的焊点保护机制者的产品。

至于此类产品如果要在室外使用，则必须确保环境温度低于40℃、产品内部温度不要超过85℃。另外刘燊猷也建议元件上的锡球若采用LTS，应更谨慎对待，当锡膏与锡球均为LTS时，焊点容易因热产生裂缝，导致产品失效风险增加。

完整专业服务  襄助企业落实ESG

德凯宜特互连工程部经理彭思尧表示，在节能减碳趋势与制程效能两方面的驱动下，LTS逐渐受到全球电子产业重视，不过由于此技术仍相当先进，在焊点可靠度与不同低温锡膏材质比较数据量不充足的状态下，台湾业者因担心组装完成时主机板上的各类元件无法兼容，因此目前多抱持观望态度。但就如前文提到，现在产业链上下游都已启动，导入LTS已是必要作为，因此业者必须加紧脚步。

为了协助台湾业者加速导入，宜特科技与德凯宜特早已展开相关布局，提供产业链中元件、板阶、主机板等不同环节的LTS测试服务。曾劭钧表示该公司与德凯宜特拥有台湾规模最大的可靠度验证实验室，宜特科技在零组件与板阶的可靠度验证是全球第一，无论是产能或经验都是最丰富，德凯宜特在系统方面验证与测试的技术含量也是业界首屈一指，面对目前市场上各类锡膏厂商的产品，宜特科技与德凯宜特可藉由长期累积的经验，从第三方角度提供专业且客观的报告。

德凯宜特台湾业务处协理许文其则从市场面分析，他指出消费性产品对市场的敏感度较高，转型的速度通常也较快，目前不仅多数NB、网通等大型产品设备业者已制定LTS策略，CPU与其他零组件大厂也动作频频，至于服务器之类的商业设备，因对稳定度有更多考量，因此动作较慢，不过LTS也被业者视为未来既定趋势。

从整体市场来看，LTS将会在2022年开始大幅成长，他建议台湾业者可善用宜特科技与德凯宜特长年深耕此领域所累积的经验，透过专业数据选择合适的夥伴，并记录、优化碳权的使用，从而落实企业节能减碳的ESG愿景。