PCB libre de halógenos: Una guía completa

A medida que se profundiza la atención global a la neutralidad de carbono y la fabricación ecológica, cuando las empresas eligen materiales de PCB, ya no se centran únicamente en los indicadores de rendimiento, sino que prestan mayor atención a su respeto por el medio ambiente. Libre de halógenos. PCB, con su excelente estabilidad térmica, excelente rendimiento eléctrico y la habilidad para generate Los gases poco tóxicos al quemarse se están convirtiendo en la solución preferida para la próxima generación de productos electrónicos.

Mientras tanto, un número cada vez mayor de clientes de la industria han propuesto explícitamente el estándar estricto y rápido que PCB Deben estar libres de halógenos desde la etapa inicial del proyecto. Ya se trate de wearables inteligentes, estaciones base de comunicación o sistemas de control de vehículos de nuevas energías, la demanda de productos libres de halógenos... PCB El sector está creciendo de forma rápida y continua. Seleccionar los proveedores y socios de fabricación de PCB libres de halógenos adecuados también se ha convertido en un factor clave para que las empresas logren una transformación ecológica y aumenten el valor añadido de sus productos.

Este artículo le presentará sistemáticamente qué es libre de halógenos, su definición y ventajas. PCB, así como fabricantes confiables de PCB sin halógenos, para que sus productos tengan una ventaja competitiva en el futuro. En primer lugar, conozcamos los halógenos.

¿Qué es el halógeno??

Halógena is Elemento del grupo 17 de la tabla periódica, que incluye flúor, cloro, bromo, yodo y astato. En la fabricación tradicional de PCB, se suelen utilizar retardantes de llama a base de halógenos (especialmente compuestos bromados) para mejorar la resistencia al fuego. Sin embargo, cuando se utilizan halógenos... PCB se exponen a altas temperaturas o se queman, liberarán gases tóxicos y corrosivos, lo que supone graves riesgos para el medio ambiente y la salud. Por lo tanto, en la industria electrónica, especialmente en el campo que enfatiza la producción verde, PCB Los fabricantes están recurriendo cada vez más a materiales libres de halógenos.

En productos electrónicos, libre de halógenos significa: el contenido de cloro y bromo en el material es cada uno inferior a 900 ppm y el contenido total de halógenos no supera las 1500 ppm.

¿Qué es PCB libre de halógenos??

Una PCB libre de halógenos se refiere a una placa de circuito impreso sin retardantes de llama halógenos en el sustrato, específicamente flúor, cloro, bromo, yodo y astato. Este tipo de PCB adopta otros sistemas ignífugos, que no solo ofrecen una excelente resistencia al fuego, sino que también evitan los riesgos ambientales de los materiales halógenos tradicionales.

Según los Norma JPCA-ES-01-2003: Los laminados revestidos de cobre (CCL) con un contenido de cloro (Cl) y bromo (Br) inferior al 0.09 % en peso (relación en peso), respectivamente, se definen como CCL de PCB libres de halógenos. (Mientras tanto, el contenido total de CI+Br ≤ 0.15 % [1500 ppm])

Los materiales de PCB sin halógenos comúnmente utilizados incluyen resina epoxi modificada, resina fenólica TU883 de TUC, DE156 de Isola, serie GreenSpeed®, S1165/S1165M y S0165 de SYTECH o materiales FR4 libres de halógenos con alta Tg. Estos materiales no solo mantienen buenas propiedades mecánicas y eléctricas, sino que también eliminan los riesgos causados ​​por los halógenos.

Acerca de PCBasic

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¿Por qué PCB? Halógeno F¿ree?

Tradicional PCB Utilizan retardantes de llama que contienen halógenos (como cloro, bromo, etc.), que liberan gases nocivos (como dioxinas y furanos) durante la incineración, lo que supone riesgos potenciales para el medio ambiente y la salud humana. Optar por productos sin halógenos. PCB Puede garantizar que estas sustancias tóxicas no se produzcan durante el proceso de eliminación de residuos electrónicos, cumpliendo con las normas de seguridad y protección ambiental más estrictas. Mientras tanto, las normativas de protección ambiental a nivel mundial (como la Directiva RoHS de la UE) exigen la reducción de sustancias nocivas. Las restricciones sobre sustancias nocivas en productos electrónicos son cada vez más estrictas. Por lo tanto, los productos sin halógenos... PCB Se han convertido en una opción más segura y respetuosa con el medio ambiente.

Estudios relevantes han demostrado que cuando se utilizan materiales retardantes de llama que contienen halógenos (como uno PBB, Los PBDE se desechan y se incineran.. TLiberan dioxinas (TCDD), benzofuranos, etc. Estas sustancias son cancerígenas, producen una gran cantidad de humo, generan olores y están acompañadas de gases altamente tóxicos. Una vez ingeridas por el cuerpo humano, no pueden excretarse, lo que afecta gravemente la salud. Esta es también una de las razones importantes para promover el uso de productos sin halógenos. PCB.

Se entiende que el PBB y el PBDE prácticamente ya no se utilizan en la industria de PCB. Sin embargo, además del PBB y el PBDE, los materiales ignífugos bromados..., como el tetrabromodifenol A y el dibromofenol, que se utilizan con mayor frecuencia. y ellos Su fórmula química es CISHIZOBr4. Aunque estos compuestos que contienen bromo... PCB Dado que los retardantes de llama no están sujetos a restricciones legales ni regulatorias, liberan una gran cantidad de gases tóxicos (como bromuro) y producen mucho humo al arder o en caso de incendio eléctrico. Al pulverizar estaño y soldar componentes en... PCB, Los tableros se ven afectados por altas temperaturas (>200℃), que liberará trazas de bromuro de hidrógeno. La posibilidad de que también se produzcan gases tóxicos aún se está evaluando.

Actualmente, industrias como las de telecomunicaciones, la automoción, la electrónica de consumo y los equipos médicos compran cada vez más a proveedores de PCB sin halógenos. El halógeno, como materia prima, tiene un gran impacto negativo. Es imperativo prohibirlo. PCB halógeno Los libres son inevitables.

Rendimiento de PCB sin halógenos

Antes de profundizar en los productos sin halógenos PCBEs fundamental comprender el principio y los materiales libres de halógenos. PCBHalógeno sin costo adicional PCB Evite los riesgos ambientales de los materiales halógenos tradicionales utilizando materiales libres de halógenos (estos materiales cuentan con otros tipos de sistemas retardantes de llama que pueden proporcionar un excelente rendimiento de resistencia al fuego). Los materiales de PCB libres de halógenos suelen estar compuestos principalmente de fósforo o de fósforo y nitrógeno. Durante el proceso de pirólisis, estas resinas a base de fósforo se descomponen para formar ácido metafosfórico. Esta sustancia...(ácido metafosfórico) Tiene un fuerte efecto deshidratante y forma una película carbonizada sobre la superficie de la resina, aislando el aire, extinguiendo el foco del incendio y logrando un efecto ignífugo. Los compuestos de fósforo y nitrógeno liberan gases no inflamables durante la combustión, lo que mejora aún más el rendimiento ignífugo del sistema de resina.

Materiales comunes de PCB sin halógenos

A base de fósforo Mmateriales

El fósforo es uno de los materiales de PCB libres de halógenos más utilizados, y se utiliza para ofrecer un rendimiento ignífugo. Al calentarse, estos materiales liberan fósforo, que reacciona con la resina para formar una capa carbonizada protectora, impidiendo así la propagación de las llamas.

En los sistemas de iluminación LED y módulos de potencia, un material común a base de fósforo es el fosfato de amonio. Al aumentar la temperatura, el fosfato de amonio se descompone para formar ácido metafosfórico, que forma una película carbonizada protectora sobre la superficie de la resina, aislando eficazmente el aire y extinguiendo la llama, logrando así un efecto ignífugo.

fósforo-nitrógeno Ccompuestos

Además de los materiales a base de fósforo, los compuestos de fósforo y nitrógeno también se utilizan con frecuencia en materiales libres de halógenos. PCBEstos materiales no solo ayudan a mejorar la resistencia al fuego de PCB pero también ofrecen una estabilidad térmica superior.

Los retardantes de llama de fósforo y nitrógeno, como los compuestos de fósforo y nitrógeno, se utilizan habitualmente en componentes de alta potencia de la electrónica automotriz y los sistemas de control industrial. Este tipo de material libera gases no inflamables, como el nitrógeno, durante el proceso de combustión. Estos gases pueden suprimir eficazmente la propagación de las llamas, garantizando la seguridad y la fiabilidad de los equipos en entornos de alta temperatura.

Alta temperatura Rinspiración Sistema

Los sistemas de resina de alta temperatura, como las resinas epoxi de alta Tg, se utilizan normalmente en sistemas libres de halógenos. PCBEstas resinas pueden ofrecer excelente resistencia térmica, estabilidad mecánica y propiedades eléctricas, lo que las hace muy adecuadas para aplicaciones que involucran alta potencia o entornos extremos.

En campos como la electrónica automotriz y los módulos de potencia industriales que requieren resistencia a altas temperaturas, estos materiales pueden mantener un rendimiento eléctrico estable incluso en entornos de alta temperatura. La temperatura de transición vítrea (Tg) de estas resinas suele ser superior a 170 °C.°C, lo que permite la ausencia de halógenos PCB Para operar en entornos de alta temperatura sin afectar las propiedades eléctricas y mecánicas.

Material FR4 libre de halógenos

FR4 es un sustrato ampliamente utilizado para PCB Tradicionalmente, se fabrica con resina epoxi y fibra de vidrio. Los materiales FR4 sin halógenos suelen utilizar resinas epoxi modificadas como DE156 o GreenSpeed®. Estas resinas modificadas eliminan los componentes halógenos del FR4 tradicional y mantienen su excelente aislamiento eléctrico, resistencia mecánica y estabilidad térmica. Este material se utiliza ampliamente en campos como la electrónica de consumo, la iluminación LED y los sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos, lo que garantiza que los productos mantengan un alto rendimiento y sean respetuosos con el medio ambiente.

El uso de materiales de PCB libres de halógenos no solo reduce eficazmente la emisión de sustancias nocivas, sino que también garantiza que los productos cumplan con los requisitos de protección ambiental global cada vez más estrictos, como el estándar RoHS (Directiva de restricción de sustancias peligrosas).

Rendimiento de PCB libre de halógenos

Tras comprender los materiales de las PCB sin halógenos, ¡aprendamos ahora su rendimiento! El rendimiento de las PCB sin halógenos es comparable al de las PCB tradicionales con halógenos, pero sus ventajas residen en que son más respetuosas con el medio ambiente, más seguras y cumplen con las normas internacionales de protección ambiental. Las PCB sin halógenos tienen las siguientes propiedades:

1. Retardante de llama

La ventaja más notable de las PCB sin halógenos es su excelente capacidad ignífuga. Los materiales de PCB sin halógenos pueden prevenir eficazmente la propagación de las llamas, garantizando así su estabilidad y seguridad en entornos extremos o de alta temperatura.

2. Funcionamiento eléctrico

El rendimiento eléctrico de las PCB FR4 sin halógenos es comparable al de las PCB FR4 tradicionales. Los materiales de PCB sin halógenos ofrecen un excelente aislamiento y transmisión de señal, lo que garantiza un buen rendimiento eléctrico a la vez que reduce el impacto ambiental y cumple con las normas de protección ambiental y de la industria.

3. Estabilidad mecanica

Las PCB libres de halógenos pueden permanecer estables cuando se someten a vibraciones, golpes o cambios de temperatura y son particularmente adecuadas para aplicaciones que requieren alta confiabilidad, como la electrónica automotriz y los sistemas de control industrial.

4. Gestión térmica

Las PCB libres de halógenos ofrecen una excelente gestión térmica, lo que permite disipar eficazmente el calor de los componentes clave, evitar daños en los equipos por sobrecalentamiento y, por lo tanto, prolongar su vida útil. Son especialmente adecuadas para aplicaciones de alta potencia, como sistemas de iluminación LED, módulos de potencia y electrónica automotriz.

Actualmente, la mayoría de los materiales de PCB libres de halógenos son principalmente de fósforo y de fósforo-nitrógeno. Al quemarse, la resina fosfórica se descompone por calor para generar ácido metafosfórico, extremadamente deshidratado, formando una película carbonizada en la superficie de la resina polimérica. Esta superficie de combustión queda aislada del aire, extinguiendo el fuego y logrando así el efecto ignífugo. Las resinas poliméricas que contienen compuestos de fósforo y nitrógeno producen gas incombustible al quemarse, lo que contribuye a la resistencia al fuego del sistema de resina.

Características de los PCB libres de halógenos

Aislamiento de material de PCB libre de halógenos

Debido a que se utiliza P o N para reemplazar los átomos de halógeno, la polaridad de los segmentos de enlace molecular de la resina epoxi se reduce hasta cierto punto, mejorando así la resistencia de aislamiento y la resistencia a la ruptura.

Absorción de agua del material PCB libre de halógenos

El PCB libre de halógenos presenta menos concentraciones de N y P en la resina redox de nitrógeno-fósforo que el halógeno, y su probabilidad de formar enlaces de hidrógeno con átomos de hidrógeno en agua es menor que la de los materiales halógenos, por lo que su absorción de agua es menor que la de los materiales ignífugos halógenos convencionales. En el caso de los materiales de PCB, una baja absorción de agua influye en la mejora de la fiabilidad y la estabilidad de los materiales. Reducir la tasa de absorción de agua del material de PCB libre de halógenos tendrá un cierto impacto en el material. siguientes aspectos:

(1) Mejorar la confiabilidad de los materiales de PCB libres de halógenos.
(2) Mejorar la estabilidad de los materiales en el proceso de fabricación de PCB.
(3) Mejorar el rendimiento CAF del material PCB libre de halógenos.

Constante dieléctrica

Los factores que afectan la constante dieléctrica de los materiales se determinan principalmente por la constante dieléctrica de la fibra de vidrio, la resina epoxi y el relleno. Al utilizar P o N para reemplazar los átomos de halógeno, la polaridad de toda la resina epoxi se reduce en cierta medida, por lo que el aislamiento eléctrico de la resina epoxi sin halógenos es mejor que el de la resina epoxi con base de halógenos, y la pérdida dieléctrica es menor que la de los materiales convencionales.

Estabilidad térmica del material PCB libre de halógenos

El contenido de nitrógeno y fósforo en los PCB libres de halógenos es mayor que el de los halógenos presentes en los materiales comunes basados ​​en halógenos, por lo que su peso molecular monomérico y su valor de TG han aumentado. Al calentarse, su movilidad molecular es menor que la de la resina epoxi convencional, por lo que el coeficiente de expansión térmica de los PCB libres de halógenos es relativamente bajo.

En comparación con el PCB que contiene halógenos, el PCB libre de halógenos tiene más ventajas y la tendencia general es que el PCB libre de halógenos reemplace al PCB que contiene halógenos.

resistencia a la migración de iones (CAF)

La migración de iones en el sustrato proviene principalmente de la tres aspectos siguientes:

(1)Cationes metálicos de cobre.
(2)Anión halógeno.
(3)Catión amoniaco.

Entre ellos, los iones halógenos no solo pueden migrar por sí mismos, sino que también interactúan con los iones de cobre divalentes para aumentar la posibilidad de migración iónica. Los materiales sin halógenos eliminan la posibilidad de que queden halógenos hidrolizables durante el proceso de síntesis, lo que mejora la resistencia a la migración iónica. Al mismo tiempo, debido a la baja absorción de agua de la resina epoxi sin halógenos, se reduce en cierta medida la fuente de generación de iones, mejorando así la resistencia del material a la CAF.

Las PCB libres de halógenos se utilizan cada vez más en entornos con requisitos de protección ambiental y ausencia de plomo. En primer lugar, se emplean en campos con altos requisitos de protección ambiental, como la medicina, y posteriormente en teléfonos móviles y automóviles. Recientemente, cada vez más empresas de productos electrónicos prestan mayor atención a la aplicación de PCB libres de halógenos. Por ejemplo, Sony, de Japón, exigió el uso de placas multicapa y placas HDI libres de halógenos en sus productos. Entonces yoMe gustaría compartir con usted un fabricante de PCB halógeno excelente y confiable: PCBasic.

PCBbásico'Fabricación de PCB sin halógenos

Experiencia in PCB libre de halógenos Proceso de manufactura

1. Laminación

Los parámetros de laminación pueden variar según la empresa debido a los materiales de la PCB. Con el sustrato SYTECH mencionado y PP como placa multicapa, para garantizar el flujo completo de resina y una buena fuerza de adhesión, se requiere una velocidad de calentamiento más baja (1.0-1.5 °C/min) y una coordinación de presión en varias etapas. Además, en la etapa de alta temperatura, se requiere un mayor tiempo, y la temperatura de 180 °C debe mantenerse durante más de 50 minutos.

2. Maquinabilidad de la perforación

La condición de perforación es un parámetro importante que afecta directamente la calidad de la pared del orificio de la PCB durante el procesamiento. La PCB libre de halógenos aumenta el peso molecular y la rigidez de los enlaces moleculares mediante el uso de grupos funcionales de las series P y N, mejorando así la rigidez de los materiales. Al mismo tiempo, el punto TG de los materiales libres de halógenos es generalmente más alto que el del laminado revestido de cobre convencional. Por lo tanto, el efecto de perforación con los parámetros FR-4 convencionales no suele ser óptimo. Al perforar placas libres de halógenos, se deben realizar algunos ajustes en condiciones normales de perforación.

3. Resistencia alcalina

Generalmente, la resistencia alcalina de las PCB libres de halógenos es inferior a la de las FR-4 comunes. Por lo tanto, se debe prestar especial atención al proceso de grabado y al retrabajo después de la soldadura, y el tiempo de inmersión en la solución decapante alcalina no debe ser demasiado largo para evitar manchas blancas en el sustrato.

4. Fabricación de resistencias para soldadura sin halógenos

En la actualidad, se han introducido en el mundo muchos tipos de tintas resistentes a la soldadura sin halógenos, y sus rendimientos no son muy diferentes a los de las tintas fotosensibles líquidas comunes, y sus operaciones específicas son básicamente similares a las de las tintas comunes.
El PCB libre de halógenos presenta una baja absorción de agua y cumple con los requisitos de protección ambiental. Además, otras propiedades también cumplen con los requisitos de calidad del PCB. Por lo tanto, la demanda de PCB libre de halógenos ha ido en aumento.

Comparación del rendimiento de fabricación

1. Aguafuerte

Debido a la baja fluidez de la resina epoxi libre de halógenos y a la baja capacidad de interpenetración de la interfaz de la lámina de cobre, la resistencia al desprendimiento de la lámina de cobre de las PCB libres de halógenos es baja. En comparación con los materiales convencionales, los materiales libres de halógenos aumentan la presión de prensado para mejorar la unión entre la lámina de cobre y la resina. Esto provoca una mayor profundidad del cobre incrustado en la resina, lo que facilita el grabado sucio (el cobre queda expuesto en las estrellas). Para solucionar este problema, se suele mejorar aumentando el ancho del cable en el negativo de trabajo y ajustando adecuadamente la velocidad de grabado.

2. Laminación

El contenido de nitrógeno y fósforo es mayor que el de halógenos en los materiales ignífugos convencionales basados ​​en halógenos, lo que aumenta el grado de polimerización y el peso molecular del polímero. Por lo tanto, el movimiento de la cadena molecular de la resina epoxi sin halógenos tras el calentamiento es más lento que el de los materiales convencionales, lo que indica que la fluidez de los materiales sin halógenos será menor que la de la resina epoxi convencional en las mismas condiciones.

3. Perforación de galvanoplastia

Los materiales de PCB libres de halógenos presentan un módulo de Young más alto, lo que aumenta su rigidez y fragilidad gracias al uso de grupos funcionales de las series P y N para aumentar el peso molecular y la rigidez de los enlaces moleculares. Al mismo tiempo, el punto TG de los materiales de PCB libres de halógenos es mayor que el de los materiales convencionales del mismo tipo. Por lo tanto, es necesario aumentar adecuadamente la velocidad de rotación de la broca y reducir la velocidad de avance para asegurar la rugosidad de la pared del orificio durante la perforación mecánica. En el proceso de desescoriado horizontal, es necesario prolongar el tiempo de reacción de expansión, aumentar la rugosidad de la pared del orificio y mejorar la fuerza de unión entre el cobre galvanizado y la pared del orificio, de acuerdo con las características de los materiales libres de halógenos.

4. Perforación láser

Al comparar materiales libres de halógenos con materiales convencionales bajo las mismas condiciones tecnológicas de perforación láser, se observa que la rugosidad y la verticalidad de la pared del orificio de los materiales libres de halógenos después de la perforación son inferiores a las de los materiales convencionales, que pueden ser más pronunciadas después de la galvanoplastia. Por lo tanto, es necesario aumentar adecuadamente la energía del pulso y la cantidad de perforación láser del material de PCB libre de halógenos.

5. Fabricación de resistencias de soldadura

La tinta resistente a la soldadura sin halógenos tiene un alto contenido de agente de curado (por ejemplo, la empresa C: el material convencional sin halógenos tiene un 15% y un 30% respectivamente), por lo que su viscosidad es alta y su fluidez baja. Durante la impresión, es necesario aumentar la presión del raspador y ajustar el número de malla de la pantalla. En ciertas condiciones, se puede utilizar una cierta cantidad de disolvente para diluir y aumentar la fluidez de la tinta.

6. Fabricación de impedancia

A baja frecuencia (menor o igual a 1.5 GHz), las constantes dieléctricas de ambos materiales se ven menos afectadas por el choque térmico y disminuyen ligeramente. Cuando la frecuencia de prueba alcanza un valor determinado (1.8 GHz), los dos materiales presentan diferencias evidentes bajo la influencia del choque térmico. La constante dieléctrica de los materiales sin halógenos disminuye notablemente y fluctúa ligeramente tras el choque térmico, mientras que la de los materiales convencionales aumenta considerablemente con el aumento de la duración del choque térmico.

Por lo tanto, los materiales libres de halógenos pueden evitar la influencia de múltiples choques térmicos en la constante dieléctrica de los materiales durante el proceso de PCB, lo cual beneficia el control de las características o la impedancia diferencial. Los materiales de PCB libres de halógenos tienen una constante dieléctrica más alta y el espesor dieléctrico después de la laminación es mayor que el de los materiales convencionales, por lo que el valor de la impedancia aumentará en cierta medida durante el control de la impedancia, especialmente en el control de las características y la impedancia diferencial. Al diseñar el ancho del cable, se requiere una compensación adecuada.

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