一、前言：
欧盟2003.2.13公告2002/95/EC RoHS 指令(the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment，有害物质禁用指令)，明确要求2006.7.1起电子产品不可含有铅、镉、汞、(6价铬)等重金属及PBB和PBDE等溴化物阻燃剂；影响所及，世界各国皆已开始制订类似禁令，无铅化成为未来电子产品基本要求。
二、「无铅焊锡」缘起与法规要求
铅属于重金属会沉积在人体内，血液中含量超过25 mg/dl就出现中毒现象，影响到神经系统、生殖系统造成新生儿IQ降低(智障儿)，且铅会溶于酸性水中(酸雨)，在土壤中会扩散难以回收。在90年代初期美国先有无铅之提议，美国环保署(EPA)希望美国民之血液含铅量能由12.8 mg/dl降至2.8 mg/dl ,并规定TRI (Toxics Release Inventory)厂商使用申报量由25000 lb/year降至100 lb (原规划为10 lb/year)。
电子产品无铅化是此次绿色环保要求中重要一环，以信息通信电子制造业而言，锡铅焊材禁用对国内厂商影响最为深远，其变动包括使用无铅焊锡、PCB及零件脚镀层无铅化、及零件内部接点无铅化。为因应RoHS 指令，大部分企业直接采用材料取代的方式，以不受限制的材料来取代指令中禁用的材质，关键焊材选用方面，目前以锡银铜(SAC)合金为主流，但日本部份厂商仍未放弃低温焊材如锡锌合金研究、锡铜镍合金则被用于波焊以解决炉壁蚀穿问题。
电子产品无铅化议题方面，虽是美国开始，但90年代末期趋于冷淡，只有IPC 1999发表「美国无铅焊锡发展蓝图(Roadmap)」之后并无明确进展，原定2004第一季出版的研究报告亦因故有所延迟；同时间，日本电子产业积极推动无铅化，各大厂争先恐后推出无铅产品，尤其SONY因PS-2电源线含镉事件遭受颇巨损失，日本企业对此议题皆严阵以待。
「无铅」要求是一个方向趋势，可是铅会自然存在许多不同材料中，在检验法规符合性第一个问题是：多少浓度以下才被认定为「无铅」？ 逐渐形成之共识是以「在每一均匀材质(in each homogeneous material)皆 < 0.1 wt.%」为判定标准，也就是说不是以装备、PCB、或零件总重为基础，产品需要进行拆解再分析测试判断。
三、「无铅焊锡」各国产业进展及对我国制造业者之影响
根据日本JEITA(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)于2002.09公布的「Lead-free Roadmap 2002 (ver. 2.1)」及英国SOLDERTEC公司2003.02所公布之「Second European Lead-free Soldering Technology Roadmap 2002」，欧洲产业针对无铅化仍有46 左右未拟定因应策略，欧洲大厂有47 会全球同步要求无铅化，有9 会主动提供海外技术协助、72被要求时才提供，SMT/Through hole零组件能耐受新制程条件(波焊260℃/10 Sec)有24及18、不确定的有52及64、可能无法承受的有24及18。依据2002.12东京举行之「第二届世界无铅高峰会(the second lead-free world summit)」结论可摘要如下：
由JEITA与SOLDERTEC草拟「Framework for an International Lead-free Soldering Roadmap」做为电子业无铅化之指导纲要
建议以0.1 wt.%做为(法规)无铅之判定标准
建议采用「锡银铜」焊锡
证明现有PWB仍适用新无铅焊锡制程
针对重工/再利用需要，零组件有标示使用材料成分之需求，但相关标示方法标准仍待讨论.
铅禁用之时程表：
(1). 零件业：
2001.12： 开始供应无铅零件
2003.12： 零件端子(terminal)完全无铅
2004.12： 零件脚电镀完全无铅
(2). 组装业：
2002.12： 开始制造无铅产品
2005.12： 所有产品完全无铅化
上述时程是指产业平均时程，领导厂商会超前一年，而技术跟随者会延后两年左右；但要注意RoHS 2006.7之规定不变，厂商要自行控制进度。
由于我国电子产业在全球信息电子供应炼中主要负责OEM、ODM等制造者角色，面对无铅化要求时我国业者承受压力将远大于国外产业，因为无铅锡焊制程是电子产品无铅化核心，加上客户不只一家各个客户要求又不尽相同甚至有所冲突，使问题更形复杂。个人认为面对无铅化要求，我国业者需面对之议题有：
(1).新材料评估及选用-在产品无铅化过程可能涉及的材料有油墨、无铅焊锡、PCB及零件脚镀层等，选择新材料会考虑其质量特性、法规符合性、不同零组件兼容性、成本，及专利问题。
(2).客户关系与沟通能力-由于不同客户对无铅焊锡可能有不同要求，但制程标准化是追求生产管理效率重要因子，国内厂商需以技术数据与不同客户沟通协调，才能得到最佳组合。
(3).绿色供应炼管理能力-装备产品为达到无铅，根本解决之道「就源管制」所使用所有零件、材料皆为无铅，故供应炼管理将成为重要议题。
(4).零组件管理能力-对代工制造厂而言，无铅制程将是以阶段性逐步导入方式转换、转换期间制造厂仍需负责旧有产品维修重工，另外不同客户对无铅焊锡选用、零组件电镀成份可能有不同规定，制造厂势将面临更多零件种类、型态，如何有效管理零件不致混料与缺料将是一大工程。
(5).制程技术能力-锡银铜焊锡熔点在217℃左右，比传统63/37锡铅焊锡(熔点在183℃左右)高出约30℃，吃锡能力亦有不同，虽然焊锡提供厂商会建议适合其材料之最佳制程条件，但设备限制及产品差异性，制造厂必需改变调整包括回焊、波焊与手焊之制程参数，以达最佳制程条件，尤其研究指出新焊锡温度轮廓之允许温差(window)将缩小到10℃左右，新焊锡之最佳使用条件可能需要更长预热时间、更多温度控制区。
(6).符合性验证-如前所述"无铅"之判定标准、测试分析方法各国法规、各公司仍有不一致或不明确情形，如何有效测试验证「无铅」是另一待解决议题。
(7).确保产品质量与可靠度-「不劣于锡铅焊锡之特性」是目前所有客户之要求，但如何 证明则没有共通之依据标准，新的焊锡材料、新的接点、新制程条件是否可以延用原有的可靠度试验方法与模式，是每一个可靠度工程师皆有兴趣知道的议题。
四、 「无铅焊锡」材料选用与制程技术
锡银铜合金仍是主流无铅焊锡之选择(欧系厂商建议Sn-3.8Ag-0.7Cu，日系厂商建议Sn-3.0Ag-0.5Cu)，详细资料摘要如下：
(1) 不同机构之建议
1996-1999欧洲的IDEALS研究计划结论建议采用Sn-3.8Ag-0.7Cu
SOLDERTEC于1999.10建议采用Sn-(3.4~4.1)Ag-(0.45~0.9)Cu
JEITA在2000及2002皆建议采用Sn-3.0Ag-0.5Cu
美国NEMI在2000建议采用Sn-3.9Ag-0.6Cu
(2) 回焊(Reflow) 无铅焊锡
欧洲：64厂商使用SnAgCu、20%用SnAg、4用SnBi
日本：58厂商使用SnAgCu、使用SnAg及SnZnBi皆占9%、5用SnAgCuBi、1用SnCu
注：SnZnBi只有日本厂商使用，但Bi在铅存在时会形成低温合金造成焊点崩塌，故已有厂商明确禁止
(3) 波焊(wave solder) 无铅焊锡
欧洲：42厂商使用SnAgCu、17用SnCu、8%用SnAg、4用SnBi、其它占4
日本：64厂商使用SnAgCu、20用SnCu、5用SnAg、2用SnAgCuBi、1用SnAgBi
注：以SnAgCu为主流，但SnAgCu 有波焊炉锈孔、产品细线锈蚀、IMC沉积等问题，日本有厂商开始使用SnCu(Ni)替代
(4) 手焊(hand solder) 无铅焊锡
欧洲：46厂商使用SnAgCu、4用SnCu、17%用SnAg、4用SnBi
日本：77厂商使用SnAgCu、12用SnCu、6用SnAg、1用SnAgBi、其它占4
注：仍以SnAgCu为主流，但替代合金选择上欧洲用SnAg、日本用SnCu
基本上现有印刷电路板焊垫表面处理只要适当调整皆可适用无铅制程，依据JEITA公布Lead-free Roadmap 2002建议Land finish为(plating)Au、(solder pre-coat) Sn3Ag0.5Cu。「Framework for an International Lead-free Soldering Roadmap」数据显示，业界普遍使用的有Au/Ni(欧31、日37)、SnAgCu(欧6、日21)、纯锡(欧12、日9)、Pd/Au(各3)、SnCu(日12)、纯银(欧9)、OSP等。国内厂商则以OSP、化锡、化银为主，采用OSP主要是成本考虑，加上高温OSP逐渐稳定。
依据JEITA 2002建议solder balls使用 Sn3Ag0.5Cu，零件表面处理则依不同零件而有不同选择：
半导体：(主要) SnBi，其余依序为SnCu、纯锡、SnAg、SnPd。
被动组件：(主要)镀纯锡，其余依序为SnCu、SnBi。
零件端子：(主要)镀SnCu与纯锡，其余有镀金。
依SOLDERTEC之「EU Lead-free Soldering Roadmap(2003.2)」数据，业界solder balls使用最普遍的是SnAgCu，其次为纯锡(13)、SnAg(9)；零件脚表面处理目前并无共识，常见的有纯锡(24)、Au/Ni(14)，而在连接器则以纯锡为主。
无铅焊锡材料供货商皆会提供针对其材料建议之「温度轮廓」，但实际建置时需考虑设备能力(如温度区数目、温升曲线…等)、产品特性(如过锡炉之温度分布…)。常见的回焊温度轮廓有三种：angle、hat、linear type，JEITA建议使用hat type，但SOLDERTEC以问卷调查方式统计厂商制程情况发现欧洲有37使用linear type、29使用angle type，并没有厂商使用hat type，猜测欧洲大部份厂商尝试以现有设备能量调整做为无铅制程解决方案。
五、 锡须问题
早年锡铅焊材选用原因之一就是避免锡须困扰，因无铅化要求工程师仍要回头面对锡须问题。无铅化零组件以纯锡取代原用的锡铅，经一段时日后纯锡镀层可能长出树突物，造成导体间短路。2003.5.15在日本东京召开"Tin Whisker Joint Meeting"，不同机构在会中各自提出研究报告与发现，例如定义「锡须」(长>10um或长/宽比>2，有一致横切面形状)、建议检视零件位置、样品处理与试验方法…。会中并协议由日JEITA、美NEMI及英SOLDERTEC组成项目小组，研究锡须生成机制、并在2004提出「锡须试验方法」之IEC标准草案。
目前JEDEC建议之试验条件为：热冲试验(TC)：-55℃/85℃，每循环20分钟，湿热试验：60℃，90 +/-5RH，室温试验：~23℃；但由于试验之重复与再现性不佳，JEDEC也注明试验目的是帮助评估镀层处理、并不是用来做可靠度评估用。2003东京召开的"Tin Whisker Joint Meeting"，与会者对锡须试验之初步共识为：
高温/湿试验(high temperature/humidity condition test)：60℃，93 +2/-3RH
热冲试验(Thermal Cycling，TC)：高温 85℃，低温-40℃ 或-55℃，高低温停留时间及温变率(待决定)。
室温环境(Ambient conditions)：20~25℃ 或 15~35℃ (待决定)。
六、无铅锡焊相关之测试验证
无铅锡焊相关之检试验与认证有：
无铅焊锡材料评估：评选新无铅焊锡材料与供货商、及常态性进料检验是其应用时机，包括合金与助焊剂特性两部份。
无铅焊锡用零组件试验：用于评选新零件与供货商，评估重点在不含铅、耐焊热、制程适合性(如可焊性、焊点强度…)及其它(如锡须试验)。
制程检验：包括检查之判定标准皆需重新检讨与设定。
可靠度验证：目的在验证无铅制程产品其质量与可靠度「不劣于传统锡铅产品」，目前试验会以验证焊点寿命为主，如温度循环、振动试验。
「无铅」符合性验证：证明产品完全符合相关环保法规要求。由于在RoHS指令中对检测方法并无明确界定，大部份厂商是以分析土壤污染方法进行测试、或参酌美国EPA之相关分析方法，不幸的是不同方法得到结果会有不同，此一部份仍有待进一步协商决定。ETC环保分析实验室已取得国内第一家电子产品微量成分分析CNLA认证，且与欧、日相关实验室进行能力比对，以确保分析结果有效性。
无铅认证：目前并无国际性组织针对「无铅」认证实际运作，只有2004.5 IECQ在日内瓦会议中决议在IECQ的「制程能力」制度中导入「无铅要求」全力推动「无铅认证」。(详情请洽中华民国电子零件认证委员会李书和先生 02-23911627)
针对无铅焊锡议题，ETC由黄凯显博士为总召集人(Tel:03-3276767 hkhung@etc.org.tw)，可以提供之服务包括：
信息提供-系列研讨会、到厂说明解释、ETC季刊专题。
绿色供应炼管理辅导-协助厂商建立「绿色供应炼管理系统」。(吴尔昌 课长(03-3276143))
无铅制程导入技术辅导-组成技术团队以项目辅导方式，协助厂商顺利导入无铅锡焊制程。(黄凯显 博士)
符合性测试验证--针对RoHS指令要求进行测试分析，出具独立实验室测试报告。(陈元曼或曾亦宏 (03-3280026 ext291 或298))
性能测试-可区分成三部份: 无铅焊锡验证及特殊评估、无铅化零组件特性测试(包括可焊性、耐焊热、焊点强度…)、实装板可靠度试验。
IECQ无铅认证辅导-针对IECQ「制程能力」及无铅认证辅导，并提供政府项目补助。
七、 结语
无铅焊锡相关国际性规格无法及时推出、国际大厂规格要求一再更新，可见无铅制程导入衍生问题比原先预估更为复杂，国内厂商面临之压力可见一般。针对RoHS及WEEE指令公告，及国际大厂一道又一道的催促要求，ETC很乐意扮演协助产业解决问题之角色，如上述已推出相关专业技术服务，专人追踪国际法规标准最新动向，并与国内如工研院等相关研究单位保持联盟合作关系期能对产业有最大帮助。
镀SnCu与纯锡，其余有镀金。
依SOLDERTEC之「EU Lead-free Soldering Roadmap(2003.2)」数据，业界solder balls使用最普遍的是SnAgCu，其次为纯锡(13)、SnAg(9)；零件脚表面处理目前并无共识，常见的有纯锡(24)、Au/Ni(14)，而在连接器则以纯锡为主。
无铅焊锡材料供货商皆会提供针对其材料建议之「温度轮廓」，但实际建置时需考虑设备能力(如温度区数目、温升曲线…等)、产品特性(如过锡炉之温度分布…)。常见的回焊温度轮廓有三种：angle、hat、linear type，JEITA建议使用hat type，但SOLDERTEC以问卷调查方式统计厂商制程情况发现欧洲有37使用linear type、29使用angle type，并没有厂商使用hat type，猜测欧洲大部份厂商尝试以现有设备能量调整做为无铅制程解决方案。
