全球綠色趨勢對電路板產業的沖擊分析
一、前言
產業在全球化的發展歷程中,基于各區域的發展時間及程度上的落差,許多開發中國家的廠商亦從中獲得發展契機,并得以擁有與國際領導廠商一較長短的機會。然而近年來,歐美日等先進國家在環保以及經濟的訴求下,不斷推出區域性綠色法規,不僅提高各界對環境議題的關注,對訴求成本導向的開發中國家廠商更造成營運的壓力,并構成一定的技術性進入障礙。由于近年來法規的走向由制程管控逐漸轉移到對終端產品的規范上,此對于以OEM、ODM為主的臺灣制造廠來說,不啻是一大挑戰;其影響不僅涵蓋電子、汽車等諸多終端產業,并對于其上游的制品、材料及原料產業造成結構性的影響。而除各國訂定的環保規范外,企業的經營也受到環保團體及大眾更嚴格的的監督,致使企業面臨的壓力與日俱增。電路板產業作為電子/電機產品的靈魂,以及材料與零組件鍵接的角色,因而受到綠色法規最直接的沖擊;故在此概要分析電路板產業在綠色趨勢下面臨的威脅與機會,期盼業者能在此動蕩的經營環境下,得以掌握綠色趨勢并在逆境中開創出持續成長的綠色商機。
二、全球的綠色軌跡
全球的綠色趨勢可由法規與跨國公司的要求兩大角色來觀察,并據此定義綠色產品,并從而追蹤全球綠色的軌跡,在此分析如下:
(一)綠色法規的規范
全球對環境議題的重視,展現在綠色相關法規的推出上。而綜覽過去到現在的綠色法規,可概分為全球性與區域性的議題:其中屬于全球性議題的京都議定書,自 2004年12月5日排放量占世界總量17%的俄羅斯正式批準后,跨過55%的生效門檻,使的溫室氣體管制與省能成為全球制造業的不歸路,也致使全球對綠色議題的關注進一步提升;而在區域性的法規上,由于歐美日等先進國家對全球主要的終端產品擁有關鍵的消費力,因而當其分別在各個產業領域中競相推出綠色法規時,對產業的沖擊也最大。雖然區域性的法規僅針對其境內的產品做規范,但在制造業的全球化的歷程中,做為終端產品使用者的法規訂定國,其規范也藉由供應鏈對全球制造業造成影響。
而若由時間軸的角度來回顧全球綠色法規的發展,其與全球制造業的發展歷程息息相關。基于工業的高度發展,制程中污染物質的產生與排放也伴隨著提高的思考,因此1985年之前,人類開始對綠色環保議題的關注,展現在造成環境污染的重金屬及有機毒性物質進行管制與限制上。而在1985年到1995年左右,由于地球臭氧層破壞議題出現,所有的研究指向工廠生產當中所使用的氟氯碳化物(CFCs 及HCFCs),因此舉凡化學溶劑、冷凍用的化學品等,只要當中含有氟氯碳化物成分的,皆被規范為應限時廢止并替代,并被二個碳鏈的烷類與烯類化學品的取代,制程中使用無氟或無氯的化學溶劑,成為當時國際綠色趨勢下的關鍵技術。而1994年至2008年間,原油即將耗盡的議題沸沸揚揚,致使能源不足成為全球一致的優先課題,而材料可以重覆利用、使用者的產品接觸安全性也成為消費者的關切議題下所謂的”產品內綠色議題”。因此危害物質(如:鉛、鎘、汞、六價鉻)在產品內禁止;產品報廢后的整體或零組件的3R(Reuse、Recycle、Recovery)技術與需求,成為目前國際綠色趨勢下的關鍵技術。
展望未來,由于京都議定書的全球協定與執行,所對應的二氧化碳排放減量議題成為工業化國家的對應目標,各種具有省能與儲能功能的電子產品,將成為歐盟、美國、日本等國及其跨國品牌領導電子產品公司的要求,(如:歐盟的EuP指令、聯盟美國/日本/歐盟的EnergyStar標章、日本的TopRunner計畫等)。因此各項Carbonfree的Function及HydrogenLife的生活應用型態將成為未來國際綠色趨勢下的關鍵技術。
(二)跨國公司的要求
而對于跨國公司來說,由于其并非僅以母國為市場,因而也不可避免的要適應各個不同區域市場的需求;特別是終端產品的品牌廠商,由于其必須為產品的安全與品質負責,因而其對供應商的控管于更不能輕忽。以Sony為例,其曾在2001年圣誕節假期購物熱潮前幾周,被荷蘭政府在其PlayStation游戲控制器的電線里發現少量的「鎘」,因而封鎖Sony運至歐洲銷售的整批游戲機,導致一百三十多萬盒的游戲機就堆在倉庫里無法上架,并遭受1.3億美金以上的損失;此外也曾因荷蘭《ConsummateBond》雜志以其環境績效不理想為由,將其產品評鑒為「合理」購買等級,卻將IttNokia與Aristona評為「最佳」購買等級,致使Sony在荷蘭的市占率一舉下跌11.5%,而IttNokia與 Aristona則分別創造73%及113%的年營收成長率。是故跨國公司在面對近年來日趨嚴格的綠色法規時,在風險控管的考量,以及基于對國際環保團體及輿論的正面回應,跨國公司對供應商的綠色規范將更高于法規要求。
而在諸多綠色法規的要求下,跨國公司不但思考綠色行動,也規劃綠色的項目及塑造其競爭力。針對跨國公司的EnvironmentalReport&CSR報告作一匯整,可發現日系跨國電子廠商對應綠色產品趨勢的策略展開,表面上是由”環境共生的責任”出發,實質上卻是以危害物質及3R為技術的要求,并藉由綠色規格訂定、綠色采購訂定、綠色產品技術需求等步驟,來塑造其綠色競爭力。而臺灣電子產業,由于出口外銷地區及位居跨國公司產品生產鏈中的原廠委托設計制造商(ODM)或原廠委托代工制造(OEM)等因素,所面對的客戶都橫跨歐美日等國家或區域,因而面臨前所未有的產品綠色壓力。
依照產品生產之采購的過程與其關聯性來看,臺灣電子產業在全球電子產品供應鏈中,處在由綠色議題所延伸的技術要求下,表面上看來似乎在原來的架構關系中,進行綠色的宣告及保證即可;然而唯有在生產綠色產品的終極目標下,將產出產品的上游廠商與提供原物料、零組件、支援性物料等供應的下游廠商串聯起來,由上而下按綠色采購執行、由下而上按綠色供應鏈對應,才可在此以綠色產品為標的合作模式下,提升未來產品的綠色競爭力。然而臺灣屬于OEM、ODM的第一線供應商(Tier1廠商),其在對應綠色要求時,多僅照本宣科,將跨國公司之綠色要求整本復制,并轉嫁給上游供應商強制要求接受,并無策略性的因應措施,更缺少綠色技術及材料因應策略的長程規劃,因而對來自國際上更多更頻繁的綠色要求訴求疲于奔命,此不僅對體質提升沒有益處,更遑論藉綠色技術擺脫開發中國家的代工制造競爭。
(三)全球綠色趨勢的內涵
1.綠色趨勢匯整
在全球綠色趨勢下,亞洲制造地區如臺灣、中國與韓國,在全球性的溫室氣體排放限制以及歐美日等區域性要求下,加上跨國公司的綠色產品要求,其面臨相當的壓力。而針對上述綠色規范匯整后,可發現其大致針對能源、資源與材料三大區塊上,由產品生產履歷的角色訴求危害物質的避免,以及廢棄物的處理(3R),其內涵為安全與節省兩大主軸。(如圖一所示)其中針對危害物質的避免上,目前集中在禁止鉛、鎘、汞、六價鉻、溴化耐燃劑以及PVC等危害物質的限制上;而其在廢棄物處理上,以能夠重復使用的材質為訴求。
2.綠色產品的定義
在上述綠色趨勢的內涵下,綠色產品應定義為:符合全球綠色法規與跨國公司的要求,以不含危害物質,并使用可重復使用的能源、資源與材料制造而成之產品。以綠色汽車為例,其在生產前即應由降低油耗與采汽油外之驅動能源等省能源設計的角度出發,而其使用之材料與零組件,也必須在生產與使用中,避免與防止危害物質的使用,而在廢棄后,其材料與零組件仍可被回收、再利用,是故一次使用型的材質基本上不屬于綠色產品的范疇。
三、綠色趨勢在電子產品的展現
(一)能資源的節省
在能資源節省的議題上,可由產品的多功能整合與微型化趨勢、產品使用省能源的設計,以及3R的訴求及影響等角度來進一步分析。
1.多功能整合與微型化
終端消費產品由于競爭激烈之故,因而競相增加功能以吸引消費者,如在傳統手機中加入相機或計算機的功能幾乎已是必備,而以手機功能為主,并內含PDA乃至于GPS功能的智慧型手機(Smartphone),更成為消費者的新寵,并擁有相對的高成長性,故預期未來多功能整合的趨勢仍將持續。正由于手機、電腦、相機、PDA等產品間的界線日益模糊,其背后的意涵代表產品的銷售已面臨瓶頸,并進入高度競爭的低利潤戰場。
在多功能整合的趨勢下,過去一個企業所需的通訊、傳真、影印、列印等功能,需要電話、傳真機、影印機與印刷機等四臺機器,但現在僅需購買一臺多功能事務機,即可具備上述功能。且產品在具備多種功能后,由于消費者使用便利性的考量,體積不僅不能增加太多,甚至要更小,由MacAir推出后廣受好評可見一斑,也無形中降低相關材料的使用,并造就資源節省的效果,而原本就更訴求輕薄短小的手機,其受到微型化的壓力更不在話下。而欲在同樣的體積中擁有更多的功能,也為電子產品帶來散熱的考驗,并使的材料的耐熱需求進一步提升,這些都是在多功能整合與微型化的資源節省題材下,材料廠商始料未及的沖擊。是故Allinone的趨勢對被動配合下游需求的材料廠來說,實是一大挑戰。
2.產品使用省能源
由于歐盟動能源使用產品生態化設計指令(EuP,Energy-usingProductDirective)的誕生,顯示歐盟在環境議題上,從產品廢棄處置擴大至產品生命周期的各個階段,透過完整的產品檢視以降低資源消耗與污染排放,提高省能源的戰略性意涵;而由于能源工業(如電力、煉油等)是創造CO2最重要的固定式排放源,加上近年來油價的飆漲,因而訴求CO2的減量,也是省能源的展現,致使許多日系電子大廠亦紛紛以CO2排放的降低,訴求其產品為EcoProduct。
在此情況下,可將電轉換為光的LED,由于使用壽命長(可以達到十萬小時),加上耗電量低(較其目前使用光源節能50%以上),以及體積小、反應速度快、無汞污染以及耐震等優點,因而受到高度重視;預估應用在照明市場時,若可以將臺灣的白熾燈完全轉換為LED燈,則每年約可減少一座核能電廠總發電量,也使的LED成為此波省能源的題材下的當紅炸子雞。此外雖然以電力取代石化燃料是車輛動力來源的長期發展目標,但在過渡時期,兼具省油高環保的功效的油電混合動力車(Hybrid)以及輕型電動車(LEV),不僅成為最受矚目的新型交通工具,也間接帶動如鋰電池等儲能材料產業的發展,并進而對鉛、鎳等金屬的需求帶來影響。而由于油價的飆漲,引發對車輛輕量化的進一步需求,也加速塑膠材料及高剛性輕金屬在汽車材料上的使用。
3.Recovery/Recycle/Reuse(3R):WEEE(易回收以及處理)
而綠色產品的3R,即Recovery、Reuse以及Recycle,其定義如表二所示。以WEEE為例,其對Recovery(回收)的要求至少在 70%以上(IT為75%),而回收后更有至少50%以上(IT為65%)必需能夠再使用或再利用,其欲達成的難度不低,使跨國品牌廠商不僅背負產品使用后回收的責任,其回收后的處理更是一大挑戰。
表二產品廢棄后之處理與3R的定義
是故在材料的使用上,扣除難以處理而燒掉的部份,材質間彼此的相容性相當重要,如此才利于再利用(Recycle),也造就未來材料逐漸朝單一性發展的趨勢;而再使用(Reuse)則以符合當初使用目的之使用為要求,而不能降階使用,預期除對材質單一性的發展有更高要求,其對耐用性的要求亦將更為嚴苛。而臺灣廠商多屬OEM/ODM的組裝業者,多僅能被動配合品牌廠商的要求,并藉由采購將壓力轉嫁給上游材料及零組件供應商,因此若未來法規或國際品牌廠商在 3R上有更進一步的要求時,對需要配合品牌廠商對應的材料與零組件廠商將面臨更大的壓力。
(二)危害物質的避免
1.材質與添加劑的改變:溫度與信賴性規格的問題
從目前歐盟之綠色產品法規為來看,如圖三所示,其從塑膠件、包裝、原物料、涂布等,乃至于制程及支援性使用物料上,皆訴危害物質的避免與限制使用,而鉛、鎘、汞、六價鉻、溴化耐燃劑及PVC等物質在電子產品中的使用遭受最多限制,然而由于物質的替換,也連帶對上游材料及零組件產業造成始料未及的沖擊。以無鉛為例,由于其加工溫度較含鉛制程高,若無法精準的控制溫度,則過程中會導致印刷電路板內出現分層,并破壞塑膠接頭、繼電器、LED、電解及陶瓷電容器等零件,也導致耐溫度不足的塑膠材料在無鉛制程中必須替換,或藉由改質來提高其耐溫度,此外,還要留意印刷電路板變形、溫度突然上升引致的裂痕和鄰近零件的熱膨脹系數的差別等問題。
而若加入溴化耐燃劑的禁用題材后,將使情況更顯復雜,不僅提升材質耐溫度的難度與成本雙雙提高,即使無溴材料的制程近似傳統的
FR-4,倘若不了解材料阻燃特性,仍將對組裝后的電路板帶來負面影響:正由于為通過V-O的阻燃測試,無溴Epoxy只能加入正量比20%以上的 ATH(氫氧化鋁),因而導致Filler粉末大小不一且分布不均造成撕裂效果、樹脂附著力下降而導致爆板、韌性降低脆性增大導致加工容易破裂、鍍通孔失去鉚釘效果等問題。此外由于無鹵FR-4較脆及較硬,所以使用的鉆針汰換率較高,鉆孔的速度也必需要放慢,至于吸濕性若是沒有得到良好的控制,并進行除濕干燥,則會是形成爆板可能的原因之一,因此無鹵FR-4對PCB制程造成最大的困擾在鉆孔,以及吸濕性較高。正由于產品綠色規格中對危害物質的禁用,而使用新的零件或材料,其對于電子產品會有信賴性及使用上的改變,是故必須經過確定及認可,故對材料產業造成洗牌的效果,也為能快速應變且具開發能力的小廠帶來突破的契機。
2.產品生產履歷的趨勢:從RoHS到REACH
正由于所有的物質皆為化學物質所組成,如圖四所示,各種產品中也都有相當的比率系由化學物質構成。是故產品在和使用者接觸互動的過程中,如何避免造成環境負荷的污染,或造成人體危害的毒性等,成為各國與各產品業界的關注與責任焦點,因此自80年代起,歐美日等先進國家先后針對農牧產品、水產品、食品、電子產品、汽車、玩具等目標,陸續發展產品的安全及環境的標準,并用認證標章作為達成產品安全性與環保性的區隔,產品中有害或毒性化學物質的避免漸成全球的趨勢。在此情況下,原材料的選擇與制造階段,皆須依標準的要求與標章的系統管控并提出保證,以保障使用及食用者的安全,這種要求泛稱“產品履歷”。
然而過去對于化學物質的管制與要求,皆由終端產品的腳色出發,直到2008年6月,歐盟新化學政策(REACH,Registration,Evaluation,andAuthorizationofChemical)的實施,經由登記、評估與授權的管制措施,建立對既有化學物質和新化學物質的單一管理系統,將產品生產履歷的壓力達帶向前所未有的高峰。由于目前等待歐盟主管機關建構完成的最后緩沖期已過,預注冊于是成為業界首要面對的議題。然而并非所有的業者都需要面臨到REACH的規范,因此業者在進行注冊前,首先要了解產品是否屬于REACH的管理范圍,以避免不必要的花費與人力投入;而預登錄不僅無需注冊費用,且僅要利用ECHA所提供的REACH-IT網站工具提供進行線上預注冊,即可在其注冊期限之前持續其分階段物質(Phase-insubstances)之制造、進口及使用等商業活動,建議業者及早進行預登錄。在此匯整REACH對臺灣的廠商的管制范圍與預注冊所需提供之資料如表三所示:
匯總電子產品生產履歷要求,可發現其具有透過供應鏈整合、透過科學證明、以信賴性規格為關鍵、供應鏈的重組、透過強制產品認證等特性,判斷未來在REACH進入正式登記程序后,其對全球供應鏈的負面影響將加乘,致使廠商在營運上也將面臨更多挑戰。
四、綠色趨勢下電路板產業的對應
雖然全球綠色法規多針對終端產品來規范,然電路板是消費性電子產品的靈魂,也是受到上述綠色法規沖擊最直接者,是故在此討論在全球綠色趨勢下,由安全與節省兩大議題探討電路板產業的因應之道。
(一)節省議題上的對應
在節省議題上,電子產品由于面對多功能整合與微型化、產品使用省能源的要求,以及Recovery/Recycle/Reuse等3R的壓力,而電路板產業的對應展現在散熱難題的解決、節能產品的開發、配合下游產品的開發與逆物流等方面,在此分析如下:
1.散熱難題的解決
由于多功能整合與微型化的需求,致使產品在相同體積內,需要具備更多功能,或是維持一樣的功能,但大小卻減半,這看似不可能的挑戰,在半導體界的莫爾定律(Moore’sLaw)下,卻能在每18個月的時間內,藉由每平方公分面積內的電晶體數的倍增,而使一切成為可能。雖然莫爾定律為電子產品帶來高度的發展,但也為整體電子系統的散熱設計帶來更大挑戰,同時也意味著在散熱面積不變的情況下,由于熱能的倍增,而使的熱能更難消散。因而電路板產業在面臨晶片越來越高溫的挑戰下,除散熱設計的考量外,其材料的耐熱性要求也將進一步提高。即使未來由于實際的物理障礙或是經濟的考量,將可能導致莫爾定律的瓦解,其單位面積的熱能也不至于無限制的增長,然而在加上無鉛與無鹵素題材造成耐溫度的難題后,情況仍將更進一步復雜化,也使的散熱問題成為電子產品微型化發展的關鍵。此外近來熱門的LED,雖亮度、功率上的不斷突破,但亦存在散熱難題難解的困擾。
2.節能產品的開發
由于2004年國際原油價格飆漲以來,能源議題受到更高關注,而在EuP的規范下,產品在使用中省能源的要求更成為新潮流,使的廠商更強化節能產品的開發。而欲降低電子產品能源的使用,應由設計的角度出發,故近年來在變頻控制技術的應用下,冷氣、冰箱乃至于洗衣機等白色家電的開發,也提高變頻控制板的需求。而LED在節能的題材下,在LCD背光模組以及照明市場兩大擁有相當的發展潛力:正由于LED其在LCD的應用上,不需要DC-DC與Inverter,只有經由LEDdriver損耗電力,因而較使用冷陰極管(CCFL)更省電;而在照明的應用上,理論上可較目前使用光源節省50%以上,未來若能在光電轉換率上有所突破,則將有近一步發展的機會。
電路板產業若能掌握上述機會,并積極開發,基于LED在LCD的應用上使用功率不需太高,硬板即可滿足其多數需求,判斷未來對CCFL的進一步替代的情況下將有相當商機;而在照明上,在兼顧成本及散熱的情況,預期鋁基板應是HighPowerLED最主要采用的基板型式,俟未來光電轉換率進一步提升與成本降低后,其發展性更加無可限量。然值得注意的是,對于LED用于照明是否真的比較節能,市場仍有一定雜音:其若由搭配性的角度出發,以系統整合的思維來設計LED燈具,并用在重點照明或裝飾照明應用市場,確實較白熾燈具有節能效益,甚至于可與省電燈泡相競爭;然而若由替代品的角度出發以發展主照明燈具,則在目前光電轉換率仍不足的情況下,將面臨用較差照明品質來換取節能效果,或在努力達成相同照明成果卻比傳統光源更加耗能的問題根本。
3.配合下游產品的開發與逆物流
在全球綠色趨勢之下,延長生產者的責任成為法規的核心思維,也使品牌廠商承受最直接的壓力,并負擔產品廢棄后回收的責任。在此壓力下,品牌廠商轉而向上游組裝業者及零組件、材料廠商要求,導致產業價值鏈的重組,也使的電路板業者遭受必須配合下游產品開發的強大壓力。分析品牌廠商為避免在回收與再利用時的麻煩,其作法系由產品易拆解與模組化設計出發,并追求零組件規格化與材料漸趨一致性等兩方面,建構符合電子產品3R規范的逆物流體系,在此說明如下:
(1)產品易拆解與模組化設計
以宏碁自1991年起即持續研發、改善不需螺絲的組裝方式為例,其目的不僅在于方便使用者自行升級或更換與方便維修,更重要的是能在電腦報廢后,易于回收拆解。過去電子電機產品廢棄后,多采直接焚燒之方式,然由于廢五金、電線、塑膠材料等廢棄物質皆含有在燃燒時,均會產生戴奧辛(dioxin),因而產生其對環境有相當高度的沖擊,是故拆解可降低有害物質對環境的影響;而在將Reuse及含危害物質的部件拆除后,剩余部件即可進行機械處理,此能大幅促進回收材料的經濟價值,是故產品易拆解設計是電子產品在逆物流體系下,達到經濟性的先決條件。
綜合目前電子品牌大廠在產品易拆解的要求,可發現其展現在各式接合物件及數目之最小化、設計所有連接物件為容易拆解與非破壞性、最小化拆解必須步驟的數目、設計所有連接物件的拆解為可辨認且容易接近等方面上;因此電子產品欲達到易拆解的目標,應在產品設計之初,即在結構設計中融入易拆解的觀念,并使用模組化的設計方式,使產品的零組件易于拆解或維修。是故在電子系統產品中,扮演連接各類電子零組件、電氣通導及支撐的作用,并進而達到中繼傳輸目的的印刷電路板,即是配合達成產品易拆解目標的關鍵,而模組化趨勢的因應則是電路板產業的重要挑戰。
(2)零組件規格化與材料漸趨一致性/同質性
在產品的廢棄并順利回收后,Reuse與Recycle即為達成資源節省程度之關鍵執行重點;而對零組件與材料的標識與分類,則是國際品牌大廠在促進 Reuse與Recycle比率的關鍵前置作業。若無明確之標示,則零組件與材料在回收后,其分類將相對困難,其不僅將造成Reuse比率向上提升的瓶頸(不知什么樣的材料可以Reuse),在材質相容性的風險考量下,也將造成Recycle的障礙(不知回收的材質能否相容)。經標示與分類后,品牌廠商為達成Reuse的目標,多要求使用可重復使用的材料,并僅可能透過標準化設計,達到重復使用的目標,而所有產品須印制回收標示,且該標志須具備易讀、不易脫落、耐久性及清晰特性。而在Recovery的要求上,品牌廠商大致有以下要求:
除采用可回收的材料外,亦應將塑膠零組件進行塑膠材質標示,以利回收后的分類及后續利用對塑膠材質的相容性應重視,其使用以使用單一材質為原則;此外亦應盡量避免黏合或焊接不同的材料,并避免不可回收的復合材料與涂層。
對于塑膠零件亦盡量不使用表面涂裝技術,而使用公司的標志(logos)或標章(labels)時,應使用與產品本身相同或相容的材料綜合以上分析,正由于對Reuse的要求,材料與零組件不僅耐用性要求提高,其在易拆解與模組化設計的趨勢下,由便利維修與替換來達成Reuse的要求出發,將使的零組件的規格化發展成為趨勢;而在Recycle的要求上,為能確保材料能再利用,因而判斷未來電子產品在材料使用上,將漸趨同質性,甚至一致。然而由于電路板的基板材料主要為環氧樹脂,其屬熱固性樹脂,在固化后分子鏈之間形成化學鍵而成為網狀結構,不僅不能再熔觸,在溶劑中也不能溶解,因而其在Reuse與Recycle上有相當難度;而電路板上金屬與塑膠材料的嵌合部分亦為較難處理之處,但在金屬價格飆漲的情況之下,電子產品中內含的貴金屬回收逐步具備經濟效益,也開始成為業者可思考之方向。
(二)安全議題上的對應
在安全議題上,電子產品在產品中危害物質避免是關鍵,其影響展現在材質與添加劑的改變造成的溫度與信賴性規格的問題,以及從RoHS到REACH等法規的產品生產履歷趨勢;而歐盟REACH的對應、新材料的開發、制程改善與新產品應用,則是電路板產業的在面對安全議題時的對應方向,在此分析如下:
1.歐盟REACH的對應
由于PCB產業涵蓋甚廣,加上下游廠商在歷經RoHS與WEEE等綠色規范后已是草木皆兵,因而接到是否符合REACH規范的詢問,甚而要求提供符合規范之證明更是時有所聞。
是故臺灣PCB業者宜對法規有更進一步的了解,并及早謀求因應之道以避免不必要的困擾,與減緩REACH法規帶來的負面沖擊。
電路板產業對REACH的因應之道如圖七所示,由于廠商欲了解公司產品是否在REACH的規范范圍,因而針對產品與制程中的化學物質進行盤查,以厘清何種物質、產品受到法規的管制是第一要務,接著再針對欲登記標的,向其上游材料廠商取得登記資料或EINECS碼,以降低登記的麻煩甚至免除登記,并將登記標依登記、評估、授權、禁止使用等標準做分類。
針對必須進行登記的項目,其屬分階段物質(Phase-in
substances)的部份,應于2008年12月1日以前進行登記之項目,以爭取發展空間。應注意的是,由于臺灣廠商多非屬歐盟注冊公司,其不在 REACH的管轄范圍,因此無參與注冊與預注冊之權利,故如需參加預注冊,則應指定一歐盟注冊之唯一代表代為進行,是故業者宜及早尋求值得信任的歐盟代表或自行至歐盟布局以利預注冊事宜。而若該產品需進行評估,則在歐盟審查提交的測試計畫后進行檔案評估與物質評估的程序;若該產品需經歐盟授權方可使用,則應及早尋求ECHA之授權,若其屬禁止使用之產品,則應立即停用并開發新物料。
然對電路板業者來說,由于其產業涵蓋范圍由Substance、Preparation乃至于Article,加上其內含之添加劑與化學物質在正常使用時是否釋放仍有疑慮,因而針對定位不明的部份,建議業者可先藉由預登記的提出,與ECHA溝通登記之必要性以避免風險并爭取空間,并在取得原料的登記資訊后,藉由自我宣告,減緩下游廠商施加的壓力,在此并分別針對電路板材料廠與制造商的因應提出建議:
(1)電路板材料廠的因應
由于CCL的原材料如銅箔、玻璃纖維、環氧樹脂、酚醛樹脂,乃至于制程化學品等,皆屬化學物質或配制品的范疇,理應受到規范,且其所內含之化學物質是否釋放,亦與成品是否需要登記息息相關,加上下游用戶的用途不包括在上游所提供的安全資料表資訊中,那么下游用戶需提出試驗計畫書,因此撇除不用登記的聚合物外(不在NLP,NoLongerPolymer列表中),材料廠宜進一步了解其原料資訊與制程相關之化學品,以利登記等事宜的推動。
(2)電路板制造商的因應
在歐盟延長生產者責任的發展動向下,不論是軟板、硬板還是軟硬結合板,其基底物質仍是化學品,致使電路板業者遭受下游業者是否符合REACH規范的質疑,然由于其屬制品,理論上不屬于REACH管制的范疇,更不具備登記的義務與條件。然而做為制品的角色,若其中內含的化學物質在正常使用下會釋放即需登記,在內含物質有釋放的風險之下,因此進行預登入、向上游廠商取得登錄資料,并自我宣告采用符合REACH規范之材料,是電路板制造商的因應之道。
2.新材料的開發
電路板業者在面對安全議題時,最直接面對的問題是無鉛、無鹵素題材下帶來的溫度難題。在使用無鉛錫膏的狀況下,PCB在回焊過程中不但整體溫度大為提高,于高溫中之受熱時間亦顯著拉長,對CCL耐熱能力為一嚴峻考驗,加上各材料間的膨脹系數不一,易使PCB發生板翹及爆板、分層、起泡等狀況;此外由于電子產品外型走向輕薄短小,PCB產品之結構與設計更加復雜,層數亦不斷提升,皆將增加制程中熱量的累積,并降低良率。正由于溫度是產業間遭遇的最大難題,是故廠商加速新材料的開發有其必要性,并由以下幾方面著手:
(1)添加劑的調整:為提高CCL的耐熱性,目前業界普遍使用PN(PhenolNovolac)替代DICY作為玻纖布之硬化劑,然由于產量有限,價格相對較高;此外在無鹵素的議題下,業界多以磷系產品替代溴化耐燃劑,成本因而隨之增加,層數越低的PCB板受到的沖擊就越大。此外添加物可能因高溫、潮濕而釋出,業者宜進一步了解在電路板中溫度提高的趨勢下,其中物質是否會釋放,此則應先徹底了解物質的蒸氣壓、溶解度、光熱穩定性等物化性質。除鹵素外,銻因為具有致癌危險性,而紅磷具有自燃特性,故也將其摒除在外。
(2)新材料的使用:因應無鹵基板的趨勢,材料的使用因而改變,包括磷變性樹脂、非溴化樹脂+氮硬化劑、氮系硬化劑ATN、TPP以及縮合磷等樹脂。而樹脂的使用,端看各個廠商的配方與成本考量,在目前市場需求量不高的情況下,各個樹脂廠商的生產成本仍無法有效降低,因而導致市場價格偏高,其應商計有日商、臺商以及港商等。值得注意的是,過去在FPC基材中,以其低介電、低吸濕及可回收等題材而被視為具有取代PI膜潛力的LCP,在近年來在PI業者急速擴廠及持續特性改善的情況下,其未來發展前景值得吾人持續觀察。
(3)信賴規格的符合:由于高耐熱基板將持續對傳統材料發生替代效應,廠商在投入研發并使用新的零件或材料時,由于其對于電子產品會有信賴性及使用上的改變,因而對下游及終端客戶亦需重新認證,此將在產業間造成洗牌的效果。是故廠商在達到環保指令要求的情況下,無鹵材料的難燃性仍需符合UL94-V0的標準。
(4)原料供應源的掌握:市場上主要CCL大廠皆有生產無鹵基板,且市場上供應者不在少數,包含主打低價產品的陸資企業、提供相對高品質產品的臺灣廠商,以及過去壟斷市場的日商,所以長期而言,無鹵基板的取得并無太大的問題。然由于規模較大的CCL廠具備較多資源,其在研發上的投入相對亦較早,建議現階段優先與大廠建立合作關系較佳;此外在無鹵基材的供應鏈當中,材料廠商仍具相對的議價能力,廠商亦宜提高對合格原料供應源的掌握,以確保未來發展。
3.制程改善與新產品應用
在安全議題下,正由于材料使用的改變,導致電路板制造上面臨挑戰,其顯現在制程的改善上;而由于訴求產品中危害物質避免,也導致部分產品遭到淘汰,而受到新產品的替代,并為電路板業者帶來發展的新契機,在此分析如下:
(1)制程改善
在采用無鹵基板生產時,雖然生產制造流程相同,理論上不會對PCB廠商產生重大的影響,但由于材料特性所致,有銅箔附著力差、吸溼性較差以及因為采用無機填充材使的板材較脆等缺點,故面臨爆板、去膠渣、鉆孔、與無鉛制程搭配等問題,并因必須減緩制造速度而導致作業時間延長,此對于追求大量生產、降低成本的 PCB廠商來說,勢必影響其生產流程及速度。是故必需針對所使用無鹵基板找到最適合參數,并且注意產品除溼及干燥,以免制程中產生爆板情況;而材料廠商亦宜針對CCL廠商的需求做進一步開發,以利無鹵基板的進一步發展,畢竟制程問題的解決程度與市場對于無鹵基板的接受程度息息相關。
由于目前各個PCB板廠以使用FR-4基板為主,若要轉變為無鹵基板必需提高修改參數時間,此外因為無鹵基板使用特殊樹脂所以也必需要延長壓合時間,其對制程的流暢性與效率確有影響。因此若廠商采用無鹵基板生產的量夠大,則建議使用獨立產線來生產,除了可以減少轉換產線造成時間延宕之外,也可望藉由獨立產線找出最適參數,并隨著時間的經過逐步降低學習成本。
(2)新技術導入—元件內埋技術
在目前多功能整合與高階消費性電子產品的需求下,相關系統構裝(SiP)技術的應用將越來越普遍,其中元件內埋技術,系將被動元件電容、電阻及電感于制造的過程中即予以埋入,可使PCB達到體積減少、功能提高、電路設計自由度提高以及元件布線長度減少等優點,因而成為臺灣廠商高度關注之技術,雖然華通、楠梓電以及欣興電子等廠商均己進行試量產,但仍有相當的發展空間。目前日本廠商雖仍居技術領先地位,但其量產型產品的基板線寬線距多為40nm/40nm以上,與臺灣機板廠商的技術落差其實不遠,若臺灣廠商持續進行相關技術研發與產品之設計與量產驗證,未嘗沒有趕上日本的機會。
(3)新產品應用
由于LCD背光源冷陰極管(CCFL)有汞污染的疑慮,且有無法同時擴大色彩表現范圍和提高亮度、高壓啟動/操作及長時間使用光源衰退等缺點,因而由 LED來替代已是不可避免的趨勢,然由于過熱與過貴的問題,需俟LED光電轉換率顯著提升后,在大尺寸LCD背光源的應用才能有進一步突破。而螢光燈亦然,雖具有較好的發光效率,但是因為含有較大量的汞,被淘汰是難免的趨勢,而含汞量較少但較耗能的白熾燈,長期發展下也有被HighPowerLED取代的可能,判斷LED用基板長期仍具發展潛力。在LED應用長期看好的情況下,攸關LED熱管理能力的高散熱基板,其發展情況發備受關注;展望未來,金屬基印刷電路板(MCPCB)仍將主導此一市場,并具有爆炸性成長的契機。
五、結論與建議
在全球綠色趨勢之下,其初由法規的角度出發,并隨著品牌廠商的綠色采購規范而益加嚴格,并進一步對材料供應商造成預料之外的沖擊,然而卻不脫安全與節省兩大主軸。對電路板業者來說,由于其提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體,是所有電子電機產品不可或缺的基礎零件,因而在此波綠色的浪潮之下,面對下游的要求與上游材料的改變,其受到的沖擊最為直接且顯著,不僅遭遇下游的強大壓力,議價能力亦不及材料業者。展望未來,電路板業者唯有與基板、材料甚至設備廠商共組策略體系,并對針對綠色法規展開策略性的布局與回應,才得以透過下游產品開發方向的洞察、與上游廠商共同開發出符合安規標準的材料、以及求得最佳綠色生產制程參數等方式因應全球綠色趨勢,并在全球綠色供應鏈中占有一席之地。
產業在全球化的發展歷程中,基于各區域的發展時間及程度上的落差,許多開發中國家的廠商亦從中獲得發展契機,并得以擁有與國際領導廠商一較長短的機會。然而近年來,歐美日等先進國家在環保以及經濟的訴求下,不斷推出區域性綠色法規,不僅提高各界對環境議題的關注,對訴求成本導向的開發中國家廠商更造成營運的壓力,并構成一定的技術性進入障礙。由于近年來法規的走向由制程管控逐漸轉移到對終端產品的規范上,此對于以OEM、ODM為主的臺灣制造廠來說,不啻是一大挑戰;其影響不僅涵蓋電子、汽車等諸多終端產業,并對于其上游的制品、材料及原料產業造成結構性的影響。而除各國訂定的環保規范外,企業的經營也受到環保團體及大眾更嚴格的的監督,致使企業面臨的壓力與日俱增。電路板產業作為電子/電機產品的靈魂,以及材料與零組件鍵接的角色,因而受到綠色法規最直接的沖擊;故在此概要分析電路板產業在綠色趨勢下面臨的威脅與機會,期盼業者能在此動蕩的經營環境下,得以掌握綠色趨勢并在逆境中開創出持續成長的綠色商機。
二、全球的綠色軌跡
全球的綠色趨勢可由法規與跨國公司的要求兩大角色來觀察,并據此定義綠色產品,并從而追蹤全球綠色的軌跡,在此分析如下:
(一)綠色法規的規范
全球對環境議題的重視,展現在綠色相關法規的推出上。而綜覽過去到現在的綠色法規,可概分為全球性與區域性的議題:其中屬于全球性議題的京都議定書,自 2004年12月5日排放量占世界總量17%的俄羅斯正式批準后,跨過55%的生效門檻,使的溫室氣體管制與省能成為全球制造業的不歸路,也致使全球對綠色議題的關注進一步提升;而在區域性的法規上,由于歐美日等先進國家對全球主要的終端產品擁有關鍵的消費力,因而當其分別在各個產業領域中競相推出綠色法規時,對產業的沖擊也最大。雖然區域性的法規僅針對其境內的產品做規范,但在制造業的全球化的歷程中,做為終端產品使用者的法規訂定國,其規范也藉由供應鏈對全球制造業造成影響。
而若由時間軸的角度來回顧全球綠色法規的發展,其與全球制造業的發展歷程息息相關。基于工業的高度發展,制程中污染物質的產生與排放也伴隨著提高的思考,因此1985年之前,人類開始對綠色環保議題的關注,展現在造成環境污染的重金屬及有機毒性物質進行管制與限制上。而在1985年到1995年左右,由于地球臭氧層破壞議題出現,所有的研究指向工廠生產當中所使用的氟氯碳化物(CFCs 及HCFCs),因此舉凡化學溶劑、冷凍用的化學品等,只要當中含有氟氯碳化物成分的,皆被規范為應限時廢止并替代,并被二個碳鏈的烷類與烯類化學品的取代,制程中使用無氟或無氯的化學溶劑,成為當時國際綠色趨勢下的關鍵技術。而1994年至2008年間,原油即將耗盡的議題沸沸揚揚,致使能源不足成為全球一致的優先課題,而材料可以重覆利用、使用者的產品接觸安全性也成為消費者的關切議題下所謂的”產品內綠色議題”。因此危害物質(如:鉛、鎘、汞、六價鉻)在產品內禁止;產品報廢后的整體或零組件的3R(Reuse、Recycle、Recovery)技術與需求,成為目前國際綠色趨勢下的關鍵技術。
展望未來,由于京都議定書的全球協定與執行,所對應的二氧化碳排放減量議題成為工業化國家的對應目標,各種具有省能與儲能功能的電子產品,將成為歐盟、美國、日本等國及其跨國品牌領導電子產品公司的要求,(如:歐盟的EuP指令、聯盟美國/日本/歐盟的EnergyStar標章、日本的TopRunner計畫等)。因此各項Carbonfree的Function及HydrogenLife的生活應用型態將成為未來國際綠色趨勢下的關鍵技術。
(二)跨國公司的要求
而對于跨國公司來說,由于其并非僅以母國為市場,因而也不可避免的要適應各個不同區域市場的需求;特別是終端產品的品牌廠商,由于其必須為產品的安全與品質負責,因而其對供應商的控管于更不能輕忽。以Sony為例,其曾在2001年圣誕節假期購物熱潮前幾周,被荷蘭政府在其PlayStation游戲控制器的電線里發現少量的「鎘」,因而封鎖Sony運至歐洲銷售的整批游戲機,導致一百三十多萬盒的游戲機就堆在倉庫里無法上架,并遭受1.3億美金以上的損失;此外也曾因荷蘭《ConsummateBond》雜志以其環境績效不理想為由,將其產品評鑒為「合理」購買等級,卻將IttNokia與Aristona評為「最佳」購買等級,致使Sony在荷蘭的市占率一舉下跌11.5%,而IttNokia與 Aristona則分別創造73%及113%的年營收成長率。是故跨國公司在面對近年來日趨嚴格的綠色法規時,在風險控管的考量,以及基于對國際環保團體及輿論的正面回應,跨國公司對供應商的綠色規范將更高于法規要求。
而在諸多綠色法規的要求下,跨國公司不但思考綠色行動,也規劃綠色的項目及塑造其競爭力。針對跨國公司的EnvironmentalReport&CSR報告作一匯整,可發現日系跨國電子廠商對應綠色產品趨勢的策略展開,表面上是由”環境共生的責任”出發,實質上卻是以危害物質及3R為技術的要求,并藉由綠色規格訂定、綠色采購訂定、綠色產品技術需求等步驟,來塑造其綠色競爭力。而臺灣電子產業,由于出口外銷地區及位居跨國公司產品生產鏈中的原廠委托設計制造商(ODM)或原廠委托代工制造(OEM)等因素,所面對的客戶都橫跨歐美日等國家或區域,因而面臨前所未有的產品綠色壓力。
依照產品生產之采購的過程與其關聯性來看,臺灣電子產業在全球電子產品供應鏈中,處在由綠色議題所延伸的技術要求下,表面上看來似乎在原來的架構關系中,進行綠色的宣告及保證即可;然而唯有在生產綠色產品的終極目標下,將產出產品的上游廠商與提供原物料、零組件、支援性物料等供應的下游廠商串聯起來,由上而下按綠色采購執行、由下而上按綠色供應鏈對應,才可在此以綠色產品為標的合作模式下,提升未來產品的綠色競爭力。然而臺灣屬于OEM、ODM的第一線供應商(Tier1廠商),其在對應綠色要求時,多僅照本宣科,將跨國公司之綠色要求整本復制,并轉嫁給上游供應商強制要求接受,并無策略性的因應措施,更缺少綠色技術及材料因應策略的長程規劃,因而對來自國際上更多更頻繁的綠色要求訴求疲于奔命,此不僅對體質提升沒有益處,更遑論藉綠色技術擺脫開發中國家的代工制造競爭。
(三)全球綠色趨勢的內涵
1.綠色趨勢匯整
在全球綠色趨勢下,亞洲制造地區如臺灣、中國與韓國,在全球性的溫室氣體排放限制以及歐美日等區域性要求下,加上跨國公司的綠色產品要求,其面臨相當的壓力。而針對上述綠色規范匯整后,可發現其大致針對能源、資源與材料三大區塊上,由產品生產履歷的角色訴求危害物質的避免,以及廢棄物的處理(3R),其內涵為安全與節省兩大主軸。(如圖一所示)其中針對危害物質的避免上,目前集中在禁止鉛、鎘、汞、六價鉻、溴化耐燃劑以及PVC等危害物質的限制上;而其在廢棄物處理上,以能夠重復使用的材質為訴求。
2.綠色產品的定義
在上述綠色趨勢的內涵下,綠色產品應定義為:符合全球綠色法規與跨國公司的要求,以不含危害物質,并使用可重復使用的能源、資源與材料制造而成之產品。以綠色汽車為例,其在生產前即應由降低油耗與采汽油外之驅動能源等省能源設計的角度出發,而其使用之材料與零組件,也必須在生產與使用中,避免與防止危害物質的使用,而在廢棄后,其材料與零組件仍可被回收、再利用,是故一次使用型的材質基本上不屬于綠色產品的范疇。
三、綠色趨勢在電子產品的展現
(一)能資源的節省
在能資源節省的議題上,可由產品的多功能整合與微型化趨勢、產品使用省能源的設計,以及3R的訴求及影響等角度來進一步分析。
1.多功能整合與微型化
終端消費產品由于競爭激烈之故,因而競相增加功能以吸引消費者,如在傳統手機中加入相機或計算機的功能幾乎已是必備,而以手機功能為主,并內含PDA乃至于GPS功能的智慧型手機(Smartphone),更成為消費者的新寵,并擁有相對的高成長性,故預期未來多功能整合的趨勢仍將持續。正由于手機、電腦、相機、PDA等產品間的界線日益模糊,其背后的意涵代表產品的銷售已面臨瓶頸,并進入高度競爭的低利潤戰場。
在多功能整合的趨勢下,過去一個企業所需的通訊、傳真、影印、列印等功能,需要電話、傳真機、影印機與印刷機等四臺機器,但現在僅需購買一臺多功能事務機,即可具備上述功能。且產品在具備多種功能后,由于消費者使用便利性的考量,體積不僅不能增加太多,甚至要更小,由MacAir推出后廣受好評可見一斑,也無形中降低相關材料的使用,并造就資源節省的效果,而原本就更訴求輕薄短小的手機,其受到微型化的壓力更不在話下。而欲在同樣的體積中擁有更多的功能,也為電子產品帶來散熱的考驗,并使的材料的耐熱需求進一步提升,這些都是在多功能整合與微型化的資源節省題材下,材料廠商始料未及的沖擊。是故Allinone的趨勢對被動配合下游需求的材料廠來說,實是一大挑戰。
2.產品使用省能源
由于歐盟動能源使用產品生態化設計指令(EuP,Energy-usingProductDirective)的誕生,顯示歐盟在環境議題上,從產品廢棄處置擴大至產品生命周期的各個階段,透過完整的產品檢視以降低資源消耗與污染排放,提高省能源的戰略性意涵;而由于能源工業(如電力、煉油等)是創造CO2最重要的固定式排放源,加上近年來油價的飆漲,因而訴求CO2的減量,也是省能源的展現,致使許多日系電子大廠亦紛紛以CO2排放的降低,訴求其產品為EcoProduct。
在此情況下,可將電轉換為光的LED,由于使用壽命長(可以達到十萬小時),加上耗電量低(較其目前使用光源節能50%以上),以及體積小、反應速度快、無汞污染以及耐震等優點,因而受到高度重視;預估應用在照明市場時,若可以將臺灣的白熾燈完全轉換為LED燈,則每年約可減少一座核能電廠總發電量,也使的LED成為此波省能源的題材下的當紅炸子雞。此外雖然以電力取代石化燃料是車輛動力來源的長期發展目標,但在過渡時期,兼具省油高環保的功效的油電混合動力車(Hybrid)以及輕型電動車(LEV),不僅成為最受矚目的新型交通工具,也間接帶動如鋰電池等儲能材料產業的發展,并進而對鉛、鎳等金屬的需求帶來影響。而由于油價的飆漲,引發對車輛輕量化的進一步需求,也加速塑膠材料及高剛性輕金屬在汽車材料上的使用。
3.Recovery/Recycle/Reuse(3R):WEEE(易回收以及處理)
而綠色產品的3R,即Recovery、Reuse以及Recycle,其定義如表二所示。以WEEE為例,其對Recovery(回收)的要求至少在 70%以上(IT為75%),而回收后更有至少50%以上(IT為65%)必需能夠再使用或再利用,其欲達成的難度不低,使跨國品牌廠商不僅背負產品使用后回收的責任,其回收后的處理更是一大挑戰。
表二產品廢棄后之處理與3R的定義
是故在材料的使用上,扣除難以處理而燒掉的部份,材質間彼此的相容性相當重要,如此才利于再利用(Recycle),也造就未來材料逐漸朝單一性發展的趨勢;而再使用(Reuse)則以符合當初使用目的之使用為要求,而不能降階使用,預期除對材質單一性的發展有更高要求,其對耐用性的要求亦將更為嚴苛。而臺灣廠商多屬OEM/ODM的組裝業者,多僅能被動配合品牌廠商的要求,并藉由采購將壓力轉嫁給上游材料及零組件供應商,因此若未來法規或國際品牌廠商在 3R上有更進一步的要求時,對需要配合品牌廠商對應的材料與零組件廠商將面臨更大的壓力。
(二)危害物質的避免
1.材質與添加劑的改變:溫度與信賴性規格的問題
從目前歐盟之綠色產品法規為來看,如圖三所示,其從塑膠件、包裝、原物料、涂布等,乃至于制程及支援性使用物料上,皆訴危害物質的避免與限制使用,而鉛、鎘、汞、六價鉻、溴化耐燃劑及PVC等物質在電子產品中的使用遭受最多限制,然而由于物質的替換,也連帶對上游材料及零組件產業造成始料未及的沖擊。以無鉛為例,由于其加工溫度較含鉛制程高,若無法精準的控制溫度,則過程中會導致印刷電路板內出現分層,并破壞塑膠接頭、繼電器、LED、電解及陶瓷電容器等零件,也導致耐溫度不足的塑膠材料在無鉛制程中必須替換,或藉由改質來提高其耐溫度,此外,還要留意印刷電路板變形、溫度突然上升引致的裂痕和鄰近零件的熱膨脹系數的差別等問題。
而若加入溴化耐燃劑的禁用題材后,將使情況更顯復雜,不僅提升材質耐溫度的難度與成本雙雙提高,即使無溴材料的制程近似傳統的
FR-4,倘若不了解材料阻燃特性,仍將對組裝后的電路板帶來負面影響:正由于為通過V-O的阻燃測試,無溴Epoxy只能加入正量比20%以上的 ATH(氫氧化鋁),因而導致Filler粉末大小不一且分布不均造成撕裂效果、樹脂附著力下降而導致爆板、韌性降低脆性增大導致加工容易破裂、鍍通孔失去鉚釘效果等問題。此外由于無鹵FR-4較脆及較硬,所以使用的鉆針汰換率較高,鉆孔的速度也必需要放慢,至于吸濕性若是沒有得到良好的控制,并進行除濕干燥,則會是形成爆板可能的原因之一,因此無鹵FR-4對PCB制程造成最大的困擾在鉆孔,以及吸濕性較高。正由于產品綠色規格中對危害物質的禁用,而使用新的零件或材料,其對于電子產品會有信賴性及使用上的改變,是故必須經過確定及認可,故對材料產業造成洗牌的效果,也為能快速應變且具開發能力的小廠帶來突破的契機。
2.產品生產履歷的趨勢:從RoHS到REACH
正由于所有的物質皆為化學物質所組成,如圖四所示,各種產品中也都有相當的比率系由化學物質構成。是故產品在和使用者接觸互動的過程中,如何避免造成環境負荷的污染,或造成人體危害的毒性等,成為各國與各產品業界的關注與責任焦點,因此自80年代起,歐美日等先進國家先后針對農牧產品、水產品、食品、電子產品、汽車、玩具等目標,陸續發展產品的安全及環境的標準,并用認證標章作為達成產品安全性與環保性的區隔,產品中有害或毒性化學物質的避免漸成全球的趨勢。在此情況下,原材料的選擇與制造階段,皆須依標準的要求與標章的系統管控并提出保證,以保障使用及食用者的安全,這種要求泛稱“產品履歷”。
然而過去對于化學物質的管制與要求,皆由終端產品的腳色出發,直到2008年6月,歐盟新化學政策(REACH,Registration,Evaluation,andAuthorizationofChemical)的實施,經由登記、評估與授權的管制措施,建立對既有化學物質和新化學物質的單一管理系統,將產品生產履歷的壓力達帶向前所未有的高峰。由于目前等待歐盟主管機關建構完成的最后緩沖期已過,預注冊于是成為業界首要面對的議題。然而并非所有的業者都需要面臨到REACH的規范,因此業者在進行注冊前,首先要了解產品是否屬于REACH的管理范圍,以避免不必要的花費與人力投入;而預登錄不僅無需注冊費用,且僅要利用ECHA所提供的REACH-IT網站工具提供進行線上預注冊,即可在其注冊期限之前持續其分階段物質(Phase-insubstances)之制造、進口及使用等商業活動,建議業者及早進行預登錄。在此匯整REACH對臺灣的廠商的管制范圍與預注冊所需提供之資料如表三所示:
匯總電子產品生產履歷要求,可發現其具有透過供應鏈整合、透過科學證明、以信賴性規格為關鍵、供應鏈的重組、透過強制產品認證等特性,判斷未來在REACH進入正式登記程序后,其對全球供應鏈的負面影響將加乘,致使廠商在營運上也將面臨更多挑戰。
四、綠色趨勢下電路板產業的對應
雖然全球綠色法規多針對終端產品來規范,然電路板是消費性電子產品的靈魂,也是受到上述綠色法規沖擊最直接者,是故在此討論在全球綠色趨勢下,由安全與節省兩大議題探討電路板產業的因應之道。
(一)節省議題上的對應
在節省議題上,電子產品由于面對多功能整合與微型化、產品使用省能源的要求,以及Recovery/Recycle/Reuse等3R的壓力,而電路板產業的對應展現在散熱難題的解決、節能產品的開發、配合下游產品的開發與逆物流等方面,在此分析如下:
1.散熱難題的解決
由于多功能整合與微型化的需求,致使產品在相同體積內,需要具備更多功能,或是維持一樣的功能,但大小卻減半,這看似不可能的挑戰,在半導體界的莫爾定律(Moore’sLaw)下,卻能在每18個月的時間內,藉由每平方公分面積內的電晶體數的倍增,而使一切成為可能。雖然莫爾定律為電子產品帶來高度的發展,但也為整體電子系統的散熱設計帶來更大挑戰,同時也意味著在散熱面積不變的情況下,由于熱能的倍增,而使的熱能更難消散。因而電路板產業在面臨晶片越來越高溫的挑戰下,除散熱設計的考量外,其材料的耐熱性要求也將進一步提高。即使未來由于實際的物理障礙或是經濟的考量,將可能導致莫爾定律的瓦解,其單位面積的熱能也不至于無限制的增長,然而在加上無鉛與無鹵素題材造成耐溫度的難題后,情況仍將更進一步復雜化,也使的散熱問題成為電子產品微型化發展的關鍵。此外近來熱門的LED,雖亮度、功率上的不斷突破,但亦存在散熱難題難解的困擾。
2.節能產品的開發
由于2004年國際原油價格飆漲以來,能源議題受到更高關注,而在EuP的規范下,產品在使用中省能源的要求更成為新潮流,使的廠商更強化節能產品的開發。而欲降低電子產品能源的使用,應由設計的角度出發,故近年來在變頻控制技術的應用下,冷氣、冰箱乃至于洗衣機等白色家電的開發,也提高變頻控制板的需求。而LED在節能的題材下,在LCD背光模組以及照明市場兩大擁有相當的發展潛力:正由于LED其在LCD的應用上,不需要DC-DC與Inverter,只有經由LEDdriver損耗電力,因而較使用冷陰極管(CCFL)更省電;而在照明的應用上,理論上可較目前使用光源節省50%以上,未來若能在光電轉換率上有所突破,則將有近一步發展的機會。
電路板產業若能掌握上述機會,并積極開發,基于LED在LCD的應用上使用功率不需太高,硬板即可滿足其多數需求,判斷未來對CCFL的進一步替代的情況下將有相當商機;而在照明上,在兼顧成本及散熱的情況,預期鋁基板應是HighPowerLED最主要采用的基板型式,俟未來光電轉換率進一步提升與成本降低后,其發展性更加無可限量。然值得注意的是,對于LED用于照明是否真的比較節能,市場仍有一定雜音:其若由搭配性的角度出發,以系統整合的思維來設計LED燈具,并用在重點照明或裝飾照明應用市場,確實較白熾燈具有節能效益,甚至于可與省電燈泡相競爭;然而若由替代品的角度出發以發展主照明燈具,則在目前光電轉換率仍不足的情況下,將面臨用較差照明品質來換取節能效果,或在努力達成相同照明成果卻比傳統光源更加耗能的問題根本。
3.配合下游產品的開發與逆物流
在全球綠色趨勢之下,延長生產者的責任成為法規的核心思維,也使品牌廠商承受最直接的壓力,并負擔產品廢棄后回收的責任。在此壓力下,品牌廠商轉而向上游組裝業者及零組件、材料廠商要求,導致產業價值鏈的重組,也使的電路板業者遭受必須配合下游產品開發的強大壓力。分析品牌廠商為避免在回收與再利用時的麻煩,其作法系由產品易拆解與模組化設計出發,并追求零組件規格化與材料漸趨一致性等兩方面,建構符合電子產品3R規范的逆物流體系,在此說明如下:
(1)產品易拆解與模組化設計
以宏碁自1991年起即持續研發、改善不需螺絲的組裝方式為例,其目的不僅在于方便使用者自行升級或更換與方便維修,更重要的是能在電腦報廢后,易于回收拆解。過去電子電機產品廢棄后,多采直接焚燒之方式,然由于廢五金、電線、塑膠材料等廢棄物質皆含有在燃燒時,均會產生戴奧辛(dioxin),因而產生其對環境有相當高度的沖擊,是故拆解可降低有害物質對環境的影響;而在將Reuse及含危害物質的部件拆除后,剩余部件即可進行機械處理,此能大幅促進回收材料的經濟價值,是故產品易拆解設計是電子產品在逆物流體系下,達到經濟性的先決條件。
綜合目前電子品牌大廠在產品易拆解的要求,可發現其展現在各式接合物件及數目之最小化、設計所有連接物件為容易拆解與非破壞性、最小化拆解必須步驟的數目、設計所有連接物件的拆解為可辨認且容易接近等方面上;因此電子產品欲達到易拆解的目標,應在產品設計之初,即在結構設計中融入易拆解的觀念,并使用模組化的設計方式,使產品的零組件易于拆解或維修。是故在電子系統產品中,扮演連接各類電子零組件、電氣通導及支撐的作用,并進而達到中繼傳輸目的的印刷電路板,即是配合達成產品易拆解目標的關鍵,而模組化趨勢的因應則是電路板產業的重要挑戰。
(2)零組件規格化與材料漸趨一致性/同質性
在產品的廢棄并順利回收后,Reuse與Recycle即為達成資源節省程度之關鍵執行重點;而對零組件與材料的標識與分類,則是國際品牌大廠在促進 Reuse與Recycle比率的關鍵前置作業。若無明確之標示,則零組件與材料在回收后,其分類將相對困難,其不僅將造成Reuse比率向上提升的瓶頸(不知什么樣的材料可以Reuse),在材質相容性的風險考量下,也將造成Recycle的障礙(不知回收的材質能否相容)。經標示與分類后,品牌廠商為達成Reuse的目標,多要求使用可重復使用的材料,并僅可能透過標準化設計,達到重復使用的目標,而所有產品須印制回收標示,且該標志須具備易讀、不易脫落、耐久性及清晰特性。而在Recovery的要求上,品牌廠商大致有以下要求:
除采用可回收的材料外,亦應將塑膠零組件進行塑膠材質標示,以利回收后的分類及后續利用對塑膠材質的相容性應重視,其使用以使用單一材質為原則;此外亦應盡量避免黏合或焊接不同的材料,并避免不可回收的復合材料與涂層。
對于塑膠零件亦盡量不使用表面涂裝技術,而使用公司的標志(logos)或標章(labels)時,應使用與產品本身相同或相容的材料綜合以上分析,正由于對Reuse的要求,材料與零組件不僅耐用性要求提高,其在易拆解與模組化設計的趨勢下,由便利維修與替換來達成Reuse的要求出發,將使的零組件的規格化發展成為趨勢;而在Recycle的要求上,為能確保材料能再利用,因而判斷未來電子產品在材料使用上,將漸趨同質性,甚至一致。然而由于電路板的基板材料主要為環氧樹脂,其屬熱固性樹脂,在固化后分子鏈之間形成化學鍵而成為網狀結構,不僅不能再熔觸,在溶劑中也不能溶解,因而其在Reuse與Recycle上有相當難度;而電路板上金屬與塑膠材料的嵌合部分亦為較難處理之處,但在金屬價格飆漲的情況之下,電子產品中內含的貴金屬回收逐步具備經濟效益,也開始成為業者可思考之方向。
(二)安全議題上的對應
在安全議題上,電子產品在產品中危害物質避免是關鍵,其影響展現在材質與添加劑的改變造成的溫度與信賴性規格的問題,以及從RoHS到REACH等法規的產品生產履歷趨勢;而歐盟REACH的對應、新材料的開發、制程改善與新產品應用,則是電路板產業的在面對安全議題時的對應方向,在此分析如下:
1.歐盟REACH的對應
由于PCB產業涵蓋甚廣,加上下游廠商在歷經RoHS與WEEE等綠色規范后已是草木皆兵,因而接到是否符合REACH規范的詢問,甚而要求提供符合規范之證明更是時有所聞。
是故臺灣PCB業者宜對法規有更進一步的了解,并及早謀求因應之道以避免不必要的困擾,與減緩REACH法規帶來的負面沖擊。
電路板產業對REACH的因應之道如圖七所示,由于廠商欲了解公司產品是否在REACH的規范范圍,因而針對產品與制程中的化學物質進行盤查,以厘清何種物質、產品受到法規的管制是第一要務,接著再針對欲登記標的,向其上游材料廠商取得登記資料或EINECS碼,以降低登記的麻煩甚至免除登記,并將登記標依登記、評估、授權、禁止使用等標準做分類。
針對必須進行登記的項目,其屬分階段物質(Phase-in
substances)的部份,應于2008年12月1日以前進行登記之項目,以爭取發展空間。應注意的是,由于臺灣廠商多非屬歐盟注冊公司,其不在 REACH的管轄范圍,因此無參與注冊與預注冊之權利,故如需參加預注冊,則應指定一歐盟注冊之唯一代表代為進行,是故業者宜及早尋求值得信任的歐盟代表或自行至歐盟布局以利預注冊事宜。而若該產品需進行評估,則在歐盟審查提交的測試計畫后進行檔案評估與物質評估的程序;若該產品需經歐盟授權方可使用,則應及早尋求ECHA之授權,若其屬禁止使用之產品,則應立即停用并開發新物料。
然對電路板業者來說,由于其產業涵蓋范圍由Substance、Preparation乃至于Article,加上其內含之添加劑與化學物質在正常使用時是否釋放仍有疑慮,因而針對定位不明的部份,建議業者可先藉由預登記的提出,與ECHA溝通登記之必要性以避免風險并爭取空間,并在取得原料的登記資訊后,藉由自我宣告,減緩下游廠商施加的壓力,在此并分別針對電路板材料廠與制造商的因應提出建議:
(1)電路板材料廠的因應
由于CCL的原材料如銅箔、玻璃纖維、環氧樹脂、酚醛樹脂,乃至于制程化學品等,皆屬化學物質或配制品的范疇,理應受到規范,且其所內含之化學物質是否釋放,亦與成品是否需要登記息息相關,加上下游用戶的用途不包括在上游所提供的安全資料表資訊中,那么下游用戶需提出試驗計畫書,因此撇除不用登記的聚合物外(不在NLP,NoLongerPolymer列表中),材料廠宜進一步了解其原料資訊與制程相關之化學品,以利登記等事宜的推動。
(2)電路板制造商的因應
在歐盟延長生產者責任的發展動向下,不論是軟板、硬板還是軟硬結合板,其基底物質仍是化學品,致使電路板業者遭受下游業者是否符合REACH規范的質疑,然由于其屬制品,理論上不屬于REACH管制的范疇,更不具備登記的義務與條件。然而做為制品的角色,若其中內含的化學物質在正常使用下會釋放即需登記,在內含物質有釋放的風險之下,因此進行預登入、向上游廠商取得登錄資料,并自我宣告采用符合REACH規范之材料,是電路板制造商的因應之道。
2.新材料的開發
電路板業者在面對安全議題時,最直接面對的問題是無鉛、無鹵素題材下帶來的溫度難題。在使用無鉛錫膏的狀況下,PCB在回焊過程中不但整體溫度大為提高,于高溫中之受熱時間亦顯著拉長,對CCL耐熱能力為一嚴峻考驗,加上各材料間的膨脹系數不一,易使PCB發生板翹及爆板、分層、起泡等狀況;此外由于電子產品外型走向輕薄短小,PCB產品之結構與設計更加復雜,層數亦不斷提升,皆將增加制程中熱量的累積,并降低良率。正由于溫度是產業間遭遇的最大難題,是故廠商加速新材料的開發有其必要性,并由以下幾方面著手:
(1)添加劑的調整:為提高CCL的耐熱性,目前業界普遍使用PN(PhenolNovolac)替代DICY作為玻纖布之硬化劑,然由于產量有限,價格相對較高;此外在無鹵素的議題下,業界多以磷系產品替代溴化耐燃劑,成本因而隨之增加,層數越低的PCB板受到的沖擊就越大。此外添加物可能因高溫、潮濕而釋出,業者宜進一步了解在電路板中溫度提高的趨勢下,其中物質是否會釋放,此則應先徹底了解物質的蒸氣壓、溶解度、光熱穩定性等物化性質。除鹵素外,銻因為具有致癌危險性,而紅磷具有自燃特性,故也將其摒除在外。
(2)新材料的使用:因應無鹵基板的趨勢,材料的使用因而改變,包括磷變性樹脂、非溴化樹脂+氮硬化劑、氮系硬化劑ATN、TPP以及縮合磷等樹脂。而樹脂的使用,端看各個廠商的配方與成本考量,在目前市場需求量不高的情況下,各個樹脂廠商的生產成本仍無法有效降低,因而導致市場價格偏高,其應商計有日商、臺商以及港商等。值得注意的是,過去在FPC基材中,以其低介電、低吸濕及可回收等題材而被視為具有取代PI膜潛力的LCP,在近年來在PI業者急速擴廠及持續特性改善的情況下,其未來發展前景值得吾人持續觀察。
(3)信賴規格的符合:由于高耐熱基板將持續對傳統材料發生替代效應,廠商在投入研發并使用新的零件或材料時,由于其對于電子產品會有信賴性及使用上的改變,因而對下游及終端客戶亦需重新認證,此將在產業間造成洗牌的效果。是故廠商在達到環保指令要求的情況下,無鹵材料的難燃性仍需符合UL94-V0的標準。
(4)原料供應源的掌握:市場上主要CCL大廠皆有生產無鹵基板,且市場上供應者不在少數,包含主打低價產品的陸資企業、提供相對高品質產品的臺灣廠商,以及過去壟斷市場的日商,所以長期而言,無鹵基板的取得并無太大的問題。然由于規模較大的CCL廠具備較多資源,其在研發上的投入相對亦較早,建議現階段優先與大廠建立合作關系較佳;此外在無鹵基材的供應鏈當中,材料廠商仍具相對的議價能力,廠商亦宜提高對合格原料供應源的掌握,以確保未來發展。
3.制程改善與新產品應用
在安全議題下,正由于材料使用的改變,導致電路板制造上面臨挑戰,其顯現在制程的改善上;而由于訴求產品中危害物質避免,也導致部分產品遭到淘汰,而受到新產品的替代,并為電路板業者帶來發展的新契機,在此分析如下:
(1)制程改善
在采用無鹵基板生產時,雖然生產制造流程相同,理論上不會對PCB廠商產生重大的影響,但由于材料特性所致,有銅箔附著力差、吸溼性較差以及因為采用無機填充材使的板材較脆等缺點,故面臨爆板、去膠渣、鉆孔、與無鉛制程搭配等問題,并因必須減緩制造速度而導致作業時間延長,此對于追求大量生產、降低成本的 PCB廠商來說,勢必影響其生產流程及速度。是故必需針對所使用無鹵基板找到最適合參數,并且注意產品除溼及干燥,以免制程中產生爆板情況;而材料廠商亦宜針對CCL廠商的需求做進一步開發,以利無鹵基板的進一步發展,畢竟制程問題的解決程度與市場對于無鹵基板的接受程度息息相關。
由于目前各個PCB板廠以使用FR-4基板為主,若要轉變為無鹵基板必需提高修改參數時間,此外因為無鹵基板使用特殊樹脂所以也必需要延長壓合時間,其對制程的流暢性與效率確有影響。因此若廠商采用無鹵基板生產的量夠大,則建議使用獨立產線來生產,除了可以減少轉換產線造成時間延宕之外,也可望藉由獨立產線找出最適參數,并隨著時間的經過逐步降低學習成本。
(2)新技術導入—元件內埋技術
在目前多功能整合與高階消費性電子產品的需求下,相關系統構裝(SiP)技術的應用將越來越普遍,其中元件內埋技術,系將被動元件電容、電阻及電感于制造的過程中即予以埋入,可使PCB達到體積減少、功能提高、電路設計自由度提高以及元件布線長度減少等優點,因而成為臺灣廠商高度關注之技術,雖然華通、楠梓電以及欣興電子等廠商均己進行試量產,但仍有相當的發展空間。目前日本廠商雖仍居技術領先地位,但其量產型產品的基板線寬線距多為40nm/40nm以上,與臺灣機板廠商的技術落差其實不遠,若臺灣廠商持續進行相關技術研發與產品之設計與量產驗證,未嘗沒有趕上日本的機會。
(3)新產品應用
由于LCD背光源冷陰極管(CCFL)有汞污染的疑慮,且有無法同時擴大色彩表現范圍和提高亮度、高壓啟動/操作及長時間使用光源衰退等缺點,因而由 LED來替代已是不可避免的趨勢,然由于過熱與過貴的問題,需俟LED光電轉換率顯著提升后,在大尺寸LCD背光源的應用才能有進一步突破。而螢光燈亦然,雖具有較好的發光效率,但是因為含有較大量的汞,被淘汰是難免的趨勢,而含汞量較少但較耗能的白熾燈,長期發展下也有被HighPowerLED取代的可能,判斷LED用基板長期仍具發展潛力。在LED應用長期看好的情況下,攸關LED熱管理能力的高散熱基板,其發展情況發備受關注;展望未來,金屬基印刷電路板(MCPCB)仍將主導此一市場,并具有爆炸性成長的契機。
五、結論與建議
在全球綠色趨勢之下,其初由法規的角度出發,并隨著品牌廠商的綠色采購規范而益加嚴格,并進一步對材料供應商造成預料之外的沖擊,然而卻不脫安全與節省兩大主軸。對電路板業者來說,由于其提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體,是所有電子電機產品不可或缺的基礎零件,因而在此波綠色的浪潮之下,面對下游的要求與上游材料的改變,其受到的沖擊最為直接且顯著,不僅遭遇下游的強大壓力,議價能力亦不及材料業者。展望未來,電路板業者唯有與基板、材料甚至設備廠商共組策略體系,并對針對綠色法規展開策略性的布局與回應,才得以透過下游產品開發方向的洞察、與上游廠商共同開發出符合安規標準的材料、以及求得最佳綠色生產制程參數等方式因應全球綠色趨勢,并在全球綠色供應鏈中占有一席之地。
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