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IC全面绿化的因应对策
环保半导体 永续高科技

【作者: 廖專崇】2005年11月02日 星期三

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工业革命造就人们现今生活大部分的样貌,而经过两百多年来的发展,相信大部分的人都同意生活便利性与科技发展的大幅提升,不过却也付出了极大的代价──环境污染与资源消耗,环保议题近年也逐渐变成所有地球公民的共识,市场经济的发展也在这样的要求下,必须要逐渐调整方向。高科技产业发展时间在最近几十年,污染程度虽然较工业低,不过还是有重金属与有害物质的采用,减少这些物质的采用对于高科技产业的永续发展有绝对的帮助。


最近欧盟的WEEE与RoHS规范陆续生效,让相关的高科技产业越来越积极寻求因应之道,在半导体产业中,受影响最大的是封装厂,传统封装材料中高度依赖含铅焊锡,为符合RoHS规定必须找寻替代材料。本文主要讨论半导体厂商如何因应法规限制带来的冲击、协助厂商通过检测的相关现况与整体高科技产业在环保浪潮之下,企业发展策略与定位的调整。


高科技产业迫切的危机

WEEE与RoHS之所以受到广泛的注意,原因就在于其是一广大区域经济体的法规限制,非像过去以单一国家为主,也因此造成许多区域经济体将针对类似的议题颁布属于自己的法规,像是另外一种关税保护壁垒,撇开政治考虑,这样的状况说明,未来绿色制造已经成为普遍性原则,所以高科技产业要生存发展必须要具备这样的能力,除了半导体的封装产业外,PCB(印刷电路板)与系统组装厂商受到的冲击亦相当大,如(表一)所示。


表一 RoHS指令可能影响之产品组件

管制物质

可能含有的组件或用料

铅(Pb)

铅管、油料添加剂、包装件、塑料件、橡胶件、安定剂、染料、颜料、涂料、墨水、CRT或电视之阴极射线管、电子组件、焊料、玻璃件、电池、灯管...等

镉(Cd)

包装件、塑料件、橡胶件、安定剂、染料、颜料、涂料、墨水、焊料、电子组件、保险丝、玻璃件、表面处理...等

六价铬(Cr6+)

包装件、染料、颜料、涂料、墨水、电镀处理、表面处理...等

汞(Hg)

电池、包装件、温度计、电子组件...等

溴化耐燃剂

(PBDEs/PBBs)

主要用在印刷电路板、组件(如连接器)、塑料件与电线的耐燃剂...等


WEEE已经于今年8月13日生效,RoHS也将在明年7月1日启动,不过半导体封装厂在数年前就已经投入绿色封装技术的开发,这部份最大的瓶颈就在替代性材料的转换,而这样的转换除了新材料配方效能表现还未能达到之前水平之外,生产线的更新也带来新的设备成本与产品良率挑战,全球最大封测厂日月光表示,绿色产品对封装厂的挑战除了技术还有成本,客户通常都会要求绿色产品的售价与非绿色产品相当,此时只能透过内部管理来降低成本,无铅是目前最需克服的重点,明、后年预计将提升到无卤与无磷阶段。


这些环保法规目前对于更上游的晶圆制造与IC设计产业并无明显冲击,不过业界有一种说法表示,目前的状况是透过封装、PCB与系统以降的厂商进行努力,若是这部份的努力失败,证实现有的晶圆制造或IC设计方法,并无法达成绿色制造的目标,那压力就会往上游延伸,要求晶圆制造厂更改制程,甚至IC设计厂商在电路设计时进行某些改变(如降低整合度、放大电路线径等),以达成绿色IC的封装。


另外,Intel早在几年前便提出了一种新兴构装技术称为无凸块嵌入式封装(Bumpless Build Up Layer;BBUL)的,此一技术使电子组件更薄、更高效能,并且更省能源;德国研究机构Fraunhofer IZM与柏林科技大学共同开发Chip in Polymer(CIP)技术,此技术的特点是利用超薄的芯片埋藏于印刷电路板的增层构造之中,主要之制作流程为先将芯片装载于基板之上(Die attach),再利用介电材料将芯片埋藏于其中(Lamination),芯片与基板的电性连接是利用无电镀的方式将金属导线制作于介电材料上。无论是Intel之BBUL或是IZM之CIP这些内埋式的构装技术,其主要目的皆为跳脱Bumping之制程概念,减少锡铅接点及介金属层的影响,工研院电子所开发的CiSP架构也是如此。


做足功课 竞争力再升级

不论是直接从封装材料或者上游的晶圆制造、IC设计,下游的组件构装技术着手,厂商没有逃避的借口,这也是牵一发动全身,从上游到下游的完整产业链运动,而根据经济部的调查,台湾有高达四十四项的电机电子产品输欧将受到影响。目前台湾每年输往欧洲的电子电机产品金额约新台币3300亿元,产销家数超过三万家,指令实施后,估计直接影响的产值达2500亿元,占国内GDP的2.45%。如果连上下游及周边关联效应都算进去,受波及产值将高达4000亿元,占国内GDP的3.92%。


国内也是全球最大的封装厂日月光,早在1997年就投入绿色封装的研发,在今年底之前几乎所有的封装技术包括QFP(Quad Flat Package;四边平面构装)、LQFP(Low-profile Quad Flat Pack;小型四边平面构装)、PBGA(Plastic Ball Grid Array;塑料球门阵列)、FC PBGA(Flip Chip PBGA;覆晶式塑封球栅数组)等都可以题供绿色封装服务。甚至该公司早在2003年8月就已经得到绿色采购标准相当严格的Sony绿色伙伴(Green Partner)认证,如(图一)所示,接着该公司两年一次的审核日月光同样在今年8月再度获得Sony的认证。


RoHS的规范中设计有排外条款,表示如果以目前的技术在某些制程上无法找到替代性材料,便可以列入排外条款不受限制,这出发点良善的条款对于厂商来说却不见得是好处,因为一但原本已经可以绿色生产的产品列入排外条款,客户便会要求上游供货商继续以旧制程供货,对于封装厂商来说,这样的更动必须让设备重新设定制程参数,更改材料配方,加上制程管控以提升良率的过程,有时长达一年,反而造成产能利用率的低落。对于IC封装厂这样需求大量生产的厂商来说,生产线越单纯对其产能运用管理越有利,而目前排外条款的内容还在不断更新中,相关厂商也只能静观其变。


先前提到绿色生产是与整个产业链都有关的运动,所以生产设备的支持也相当重要,SEZ全球新兴科技总监Leo Archer表示,市场对于环保制程与设备的需求,在未来数年将更加殷切,这意谓着新设备从规划阶段开始就必须纳入环保的考虑。设备厂商必须将环保标准较低的旧设备淘汰,进而替换成较新的「绿色环保」设备,包括设备本身与设备制造绿色产品的能力。然而绿色环保替代方案的材料不一定能顺利取得,其开发有赖于半导体产业以外的厂商与业界。此外,还须检验这些材料是否符合IC产业严苛的标准。


《图二 SEZ全球新兴科技总监Leo Archer》
《图二 SEZ全球新兴科技总监Leo Archer》

谁能提供保证?

对于IC封装、PCB等受影响颇为严重的厂商来说,目前最重要的便是提供一个具有保障性的作法,包括产品完整的验证平台、充足的技术咨询与绝对权威的认证标章等,也由于以上机制并未完全建立,许多国内规模不大的厂商就像无头苍蝇,到处寻找所谓的「解决方案」,但是由于欧盟目前在RoHS法规的原则之下,确实的施行细节都还没确定,所以尽管许多厂商眼看明年7月的时间就快到了,心理急的像热锅上的蚂蚁,却也束手无策。


就现阶段的作法而言,在WEEE规范的产品进口到欧盟时,厂商需要实行「自我宣告」的作法,厂商须附有产品检测报告与限用物质承诺保证书,除了具公信力的检测单位对产品线用物质的检测数据之外,保证书就是声明如果产品不合规范时的责任归属,因此从品牌到IC构装,所有厂商都会向其上游供货商要求相关的文件,是风险分摊也是责任厘清。不过,像日月光这样的封装厂却表示,其原料供货商拒绝提供签署保证书,又因为其市场接近寡占,无法以采购全迫使其就范。


提供产品验证服务的UL(美商优力安全认证)台湾分公司资深项目工程师陈立闵表示,现在电子产品几乎不可能由一家厂商从零组件到成品一手包办,因此所有上下游供货商在面对绿色制造的要求时,都要有生命共同体的认知,而透过供应链的管理应该是比较有效的办法。事实上,政府因应这些国际环保法规的起跑,政府也推出寰净计划(G计划),搭配许多配套措施,拟定符合产业界需求的「绿色电机电子零件材料验证信息平台计划」,规划产品从检测、验证、认证到登录国家总入口公共信息平台,提供完整的解决方案。


《图三 UL台湾分公司资深项目工程师陈立闵》
《图三 UL台湾分公司资深项目工程师陈立闵》

该平台计划已于7月27日正式启动,主要目标为建立以国内电机、电子材料/零件供货商为主之产品环保规格验证信息平台,由电电公会为平台主要建置管理单位,提供国内外电机、电子产品制造商查询使用。将在计划执行期间建立一套符合产业特性之「绿色电机电子零件材料验证系统」,建置全国认证基金会(TAF)认可之自愿性产品验证系统(VPC),同时配合国际大厂建立绿色产品管理验证系统(GPMS),协助国内企业加速上下游供应链信息流通效率,落实国内绿色产品的制造,促进国际大厂及国内外买主采购台湾绿色电子产品组件。


这种类似自力救济的办法能不能在短期内帮助许多无助的业者度过难关,还要看计划实际推动的成效,在产品检验部分国内厂商可以获得的帮助不小,因为政府积极辅导的态度,加上此一商机颇为庞大,提供产品检验的厂商也都摩拳擦掌,准备大幅抢占市场商机,不过根本的方法还在于欧盟对于相关标准的确认与落实。陈立闵表示,目前RoHS相关的执行细节标准由IEC(国际电工委员会)主导,但是许多认定标准牵涉复杂的利益与政治因素,光是一个禁用物质的浓度标准就经过长期角力,一直到8月份才确定,其他更多的细节恐怕要花费更多时间,所以在完整的标准确定时,RoHS恐怕已经生效一段时间了,这段空窗期,厂商就只能自求多福了。


指引企业发展远景

事实上,除了政府主导的绿色供应链计划之外,每个检测厂商也都有自己的一套检测流程,提供电子产品供货商取得完整的产品检测报告,陈立闵表示,UL的作法是站在辅导的角度,提供厂商产品检测所需要的技术、方法、设备等的建议,让厂商独立管理,建立起自己的检测能力;UL再以监督的角度,透过持续的查核确保其检测能力符合要求。这样不但有助于厂商缩短产品检测时程,甚至可以在研发、选料阶段就加入测试要求,更有助于厂商的长期策略发展规划。


《图四 UL的检测实验室与检测设备》
《图四 UL的检测实验室与检测设备》

企业生存发展与产业景气相较,必须以相对长远的周期看待,或许是因为高科技产业变化迅速,一个景气循环周期通常都在几年内就完成,造成大多数高科技产业厂商习惯炒短线,不能将眼光放远,而WEEE指令在制定时,着眼于「减废、回收」的观点,希望人们制造的产品不要对环境造成负担,而RoHS就是希望在制造阶段就不使用有害物质,自然在产品废弃处理阶段就不会产生太多困扰。


这些指令的根本精神就是希望透过相关的限制措施,让厂商在产品、技术的研发阶段,就将环保的概念融入,而不只是以商业利益为最优先的考虑,也就是将企业的社会责任普遍化,这些概念不再像是过去以道德劝说的方式,或特别针对大型企业,久而久之绿色生产就会变成产品制造过程中理所当然的要求,并进一步引导资本主义市场的风气。


结论

这些指令的根本精神就是希望透过相关的限制措施,让厂商在产品、技术的研发阶段,就将环保的概念融入,而不只是以商业利益为最优先的考虑,也就是将企业的社会责任普遍化,这些概念不再像是过去以道德劝说的方式,或特别针对大型企业,久而久之绿色生产就会变成产品制造过程中理所当然的要求,并进一步引导资本主义市场的风气。WEEE与RoHS这样的环保指令只是绿色潮流下一个具指针意义的规定,


[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004>
未来智能手机的电源管理技术

其他包括京都议定书、TCO要求、荷兰镉法令等各国各地区对各种有毒物质的限制,也许短期内台湾厂商的生产成本将因RoHS及WEEE的施行而提高,但危机未必不是转机转机,当绿色产业链成为主流意识,台湾绝对无法自外于全球产业供应链,那么研发绿色材料、容易拆解的产品组装设计、减少用料及节约能源的设计、绿色零组件的检测,都可衍生出新一波的商机,也可能成为台湾产业升级转型的契机,得与失就在一念之间。如果说IT(Information Technology;信息技术)界要颁发最速黯淡奖,那么笔者可能会提名InfiniBand,理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草,2000年正式 发表,之后主力业者纷纷退出。 不管每个国家的排放量有多少,据报导,现在美国、中国大陆、印度、南韩、日本和澳洲国已经携手研究包括原子裂变的所谓「干净技术」,希望能在环境保护方面获得突破性的进展。InfiniBand:还会有多少人想起我?

绿色行动催生具环保概念的设计需求你可在「 绿色行动催生具环保概念的设计需求」一文中得到进一步的介绍。

全身冒毒气的高科技产业在「 全身冒毒气的高科技产业」一文为你做了相关的评析。

市场动态

存亡之战 绿色狂潮席卷科技业如果说IT(Information Technology;信息技术)界要颁发最速黯淡奖,那么笔者可能会提名InfiniBand,理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草,2000年正式 发表,之后主力业者纷纷退出。环保议题日受正视,新竹科学园区内厂商在建造友善生产环境不遗余力,其中DRAM大厂茂德科技发展绿色环保企业有成,无论在推动节约能源、废弃物减量与回收、温室效应气体减量与绿色生产等措施,目前均获得相当良好成效,值得半导体业作为发展参考。InfiniBand:还会有多少人想起我?

发展绿色环保企业 茂德经验可借镜你可在「 华硕开发出国内首例环保型主板产品,让华硕主板落实珍惜自然资源与遵行环保及安全卫生法令的环安宣言外,更是第一片符合欧盟电机电子产品用料规定的主板,展现实现绿色企业的决心。」一文中得到进一步的介绍。

华硕成功开发国内首例环保型主板在「 联华电子近年来积极推动企业之永续发展,除建立国内电子业第一套环境会计系统外,亦陆续推动完成环境管理系统ISO 14001认证、环境绩效评估、绿色生产、废弃物减量回收、节水节能、定期公布环境年报以及化学品管制。」一文为你做了相关的评析。

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