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何政恩

電子產業的無鉛焊接時代已經到來,消費性電子產品在環保意識下,首當其衝被要求其電子產品必須無毒、無危害健康,但又具備良好可靠度。無鉛銲料專利與配方極多,焊接過程之溫度驟增,對電路板與各式元件帶來了莫大的衝擊,而材料成本也居高不下。為此特聘元智大學化材系 何政恩教授進行《電子構裝與銅表面處理技術》書籍之編撰。一直以來何教授致力於電路板相關技術研究,積極參與國科會、科技部相關計畫,與民間企業合作加強實務教學,並與產業接軌縮短學校教育與業界人才需求之距離,其論文及學術發表更獲獎無數。
《電子構裝與銅表面處理技術》專書集結作者任教十載之研究成果,內容以化鎳鈀金、薄鎳型化鎳鈀金、直接鈀金三種表面處理展開,理論與實務相結合;在涉獵過電路板表面處理技術的讀者,如果能夠再進一步瞭解其關連性,將對於其本業的掌握有莫大助益。作者也以深入淺出的方式,針對不同的銅表面處理進行闡述並提出看法。對於已經有過經驗的讀者而言,則可以經過本書的閱讀重新整理既有經驗,讓既有的技能更為精實。
協會持續關注相關知識與技術的推廣,新書出版不僅代表協會向大家推薦本書,也期待會員與同業能共享這個知識的饗宴。新的一年,謹祝大家一切順心、業務暢旺。

第一章 銅錫系統及其可靠度問題
第二章 化鎳鈀金(ENEPIG)
第三章 薄鎳型化鎳鈀金(Ultrathin-Ni(P)-type ENEPIG)
第四章 直接鈀金(EPIG & IGEPIG)
第五章 微米級銲點(Micro-scale Joints)
結語及未來發展:高頻材料、車用電子
附錄A焊接及高溫儲存測試
附錄B摔落測試、衝擊測試、高速推球測試
附錄C銲點尺寸、材料配置、及其焊接條件

光陰荏苒,進入元智大學教書已是第十個秋天T……回想當年筆者師從 高振宏教授從事電子材料的研究工作,期間見證了印刷電路板(PCB)產業的蓬勃發展,迄今也已第二十個年頭。科技產品的推陳出新,無疑驅使相關材料必須不斷進行變革。從大型桌機電腦時代說起,當時電路板上的接點仍以鉛錫銲料(Pb-Sn solder)為主。工程人員發現當鉛錫與化鎳金(ENIG)表面處理(surface finish)作搭配時,容易發生金脆(gold embrittlement)及黑墊(black pad)等嚴重危害銲點可靠度的問題。 為了攜帶上的便利,科技產品的體積慢慢縮小而來到筆記型電腦世代。同時,2006年7月起廢電子電機設備指令及危害性物質限制指令(WEEE & RoHS)紛紛生效,歐盟(EU)開始針對含鉛及含鹵等具有危害性的消費性電子產品禁止製造與販售。這些環保訴求也驅使電子工業邁入無鉛焊接(lead-free soldering)的新紀元。時至今日,無鉛銲料仍以當年電子業勉為接受的錫銀銅(Sn-Ag-Cu)系列合金為首選。將時間拉到十年前的那場世界金融海嘯(2008年),波及全球黃金價格攀升至今,最高金價更曾來到1923.2美元/盎司(2011年9月)。也在此時,表面處理工藝逐漸由化鎳金(ENIG)轉變為化鎳鈀金(ENEPIG),其目的之一就是為了降低黃金的使用量以減低製造成本。科技的腳步從不放慢,促使今日行動裝置迅速普及,並朝高效能且多功能性進行開發。無論是電子元件的使用量,或是單位面積上銲點數量皆大幅增加,這免不了面臨銲點微小化、高密度互連(HDI)、可撓式(flexible)、系統構裝(SiP)……等技術的相繼問世。同時,為了因應高速訊號傳輸、符合電氣特性、與減低集膚效應(skin effect)等問題,電子工業積極致力於優化射頻(RF)訊號並抑制其電磁干擾(EMI)。同時,許多新興的表面處理技術及銅導線製作技術也日漸浮出檯面。 如今,筆者有幸受邀於台灣電路板協會(TPCA)撰寫此書,為電路板產業略盡一點棉薄之力。特將任教十年的研究成果“磨成一劍”貢獻於社會,描述不完備之處還望海涵。筆者希望藉由深入剖析化鎳鈀金(ENEPIG)、薄鎳型化鎳鈀金、及直接鈀金(EPIG & IGEPIG)等三種表面處理的焊接特性,將過去的研究內容加以潤飾呈現於本書中。透過材料科學與實際應用的相互結合,提供讀者一本深入、有內涵的工具書。期盼藉由此書的介紹,對於有意瞭解相關技術領域的先賢後進與TPCA學分班學員能有所幫助。走在科技的鋼索上,不前進就有墜落的風險。筆者期許自己負重致遠,能起一個拋磚引玉的作用。 單絲不成線,獨木不成林。此書絕非一人之力所能為之!感謝長期以來,科技部、教育部、元智大學、TPCA、景碩科技、台灣上村、欣興電子、先豐通訊、勀傑科技、臻鼎科技、健鼎科技、實密科技、及旭德科技的扶持。以及白蓉生老師、高振宏老師、陳信文老師、劉正毓老師、 維平老師、魯靖副執行長、張謙為總監、林定皓老師、黃建彰老師、姜耀時老師、王金勝博士等前輩一路來不吝悉心指導。並感謝這本書能夠完成的許多幕後無名英雄。筆者特將成書階段幾位貢獻卓著的研究人員列於次頁,以茲謝忱。

電子構裝與銅表面處理技術