PCB senza alogeni: Una guida completa

Con l'aumento dell'attenzione globale alla neutralità carbonica e alla produzione green, quando le aziende scelgono materiali per PCB, non si concentrano più solo sugli indicatori di prestazione, ma prestano maggiore attenzione alla compatibilità ambientale dei materiali. PCB, con la loro eccezionale stabilità termica, eccellenti prestazioni elettriche e la capacità di generaree I gas a bassa tossicità durante la combustione stanno diventando la soluzione preferita per la prossima generazione di prodotti elettronici.

Nel frattempo, un numero crescente di clienti del settore ha esplicitamente proposto lo standard rigido e veloce che PCB devono essere privi di alogeni nella fase iniziale del progetto. Che si tratti di dispositivi indossabili intelligenti, stazioni base di comunicazione o sistemi di controllo di veicoli a energia rinnovabile, la domanda di materiali privi di alogeni PCB è in rapida e continua crescita. Selezionare i giusti fornitori e partner produttivi di PCB senza alogeni è diventato fondamentale per le aziende che intendono realizzare una trasformazione green e aumentare il valore aggiunto dei propri prodotti.

Questo articolo ti introdurrà sistematicamente a cosa significa "senza alogeni", alla definizione e ai vantaggi del "senza alogeni". PCB, così come produttori affidabili di PCB senza alogeni, per dare ai vostri prodotti un vantaggio competitivo futuro. Prima di tutto, impariamo a conoscere gli alogeni.

Che cosa è l'alogeno??

Alogena is Elemento del Gruppo 17 della tavola periodica, che comprende fluoro, cloro, bromo, iodio e astato. Nella produzione tradizionale di PCB, i ritardanti di fiamma a base di alogeni (in particolare i composti bromurati) vengono spesso utilizzati per migliorare la resistenza al fuoco. Tuttavia, quando si utilizzano ritardanti di fiamma a base di alogeni PCB Se esposti ad alte temperature o bruciano, rilasceranno gas tossici e corrosivi, con gravi rischi per l'ambiente e la salute. Pertanto, nell’industria elettronica, in particolare nel campo che enfatizza la produzione ecologica, PCB I produttori si stanno progressivamente orientando verso materiali privi di alogeni.

Nei prodotti elettronici, "senza alogeni" significa: il contenuto di cloro e bromo nel materiale è inferiore a 900 ppm e il contenuto totale di alogeni non supera i 1500 ppm.

Che cosa sono i PCB senza alogeni??

PCB senza alogeni significa circuito stampato privo di ritardanti di fiamma alogeni nel substrato, in particolare fluoro, cloro, bromo, iodio e astato. Questo tipo di PCB adotta altri tipi di sistemi ritardanti di fiamma, che non solo offrono eccellenti prestazioni di resistenza al fuoco, ma non comportano nemmeno i rischi ambientali dei tradizionali materiali alogeni.

Secondo , il Standard JPCA-ES-01-2003: i laminati rivestiti in rame (CCL) con contenuto di cloro (Cl) e bromo (Br) inferiore allo 0.09% in peso (rapporto in peso) rispettivamente sono definiti come CCL PCB privi di alogeni. (Nel frattempo, il contenuto totale di CI+Br ≤ 0.15% [1500 ppm])

I materiali PCB privi di alogeni comunemente utilizzati includono resina epossidica modificata, resina fenolica TU883 di TUC, DE156 di Isola, serie GreenSpeed®, S1165/S1165M e S0165 di SYTECH o materiali FR4 privi di alogeni ad alta Tg. Questi materiali non solo mantengono buone proprietà meccaniche ed elettriche, ma eliminano anche i rischi causati dagli alogeni.

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Perché PCB Halogeno Fre?

Classici PCB utilizzare ritardanti di fiamma contenenti alogeni (come cloro, bromo, ecc.), che rilasciano gas nocivi (come diossine e furani) durante l'incenerimento, rappresentando potenziali pericoli per l'ambiente e la salute umana. Scegliere prodotti senza alogeni PCB può garantire che queste sostanze tossiche non vengano prodotte durante il processo di smaltimento dei rifiuti elettronici, rispettando standard di sicurezza e tutela ambientale più rigorosi. Nel frattempo, le normative ambientali in tutto il mondo (come la Direttiva RoHS dell'UE) impongono la riduzione delle sostanze nocive. Le restrizioni sulle sostanze nocive nei prodotti elettronici stanno diventando sempre più severe. Pertanto, i prodotti senza alogeni PCB sono diventati un'opzione più sicura e rispettosa dell'ambiente.

Studi pertinenti hanno dimostrato che quando i materiali ritardanti di fiamma contenenti alogeni (come PBB, I PBDE) vengono scartati e inceneriti. TRilasciano diossine (TCDD), benzofurani, ecc. Queste sostanze sono cancerogene, producono una grande quantità di fumo, generano odori e sono accompagnate da gas altamente tossici. Una volta ingerite dall'organismo umano, non possono essere escrete, con gravi conseguenze sulla salute. Questo è anche uno dei motivi principali per promuovere l'uso di lampade senza alogeni. PCB.

È noto che PBB e PBDE non sono più utilizzati nell'industria dei PCB. Tuttavia, oltre a PBB e PBDE, esistono materiali ritardanti di fiamma bromurati., come il tetrabromodifenolo A e il dibromofenolo sono più comunemente usati, e loro la formula chimica è CISHIZOBr4. Sebbene tale bromo contenente PCB Poiché i ritardanti di fiamma non sono soggetti ad alcuna restrizione legale o normativa, rilasciano una grande quantità di gas tossici (tipo bromuro) e producono molto fumo durante la combustione o in caso di incendio elettrico. Quando si esegue la spruzzatura di stagno e la saldatura dei componenti su PCB, le schede sono soggette ad alte temperature (>200℃), che rilascerà tracce di bromuro di idrogeno. Per quanto riguarda la produzione di gas tossici, la valutazione è ancora in corso.

Attualmente, settori come le telecomunicazioni, l'automotive, l'elettronica di consumo e le apparecchiature mediche si affidano sempre più a fornitori di PCB privi di alogeni. L'alogeno, come materia prima, ha un impatto negativo enorme. È imperativo vietarlo. PCB halogeno gratuiti sono inevitabili.

Prestazioni PCB senza alogeni

Prima di addentrarci nei prodotti senza alogeni PCB, è essenziale comprendere il principio e i materiali privi di alogeni PCB. Alogeno gratuita PCB Si evitano i rischi ambientali dei tradizionali materiali alogeni utilizzando materiali privi di alogeni (questi materiali presentano altri tipi di sistemi ritardanti di fiamma in grado di fornire eccellenti prestazioni di resistenza al fuoco). I materiali PCB privi di alogeni sono solitamente composti principalmente a base di fosforo o a base di fosforo e azoto. Durante il processo di pirolisi, queste resine a base di fosforo si decompongono formando acido metafosforico. Questa sostanza(acido metafosforico) Ha un forte effetto disidratante e forma una pellicola carbonizzata sulla superficie della resina, isolando così l'aria, estinguendo la fonte di incendio e ottenendo un effetto ritardante di fiamma. I composti fosforo-azoto rilasciano gas non infiammabili durante la combustione, migliorando ulteriormente le prestazioni ritardanti di fiamma del sistema di resina.

Materiali PCB comuni privi di alogeni

A base di fosforo Materiali

Il fosforo è uno dei materiali PCB privi di alogeni più comunemente utilizzati, utilizzato per fornire prestazioni ignifughe. I materiali a base di fosforo possono rilasciare fosforo quando riscaldati, che reagisce con la resina formando uno strato protettivo carbonizzato, impedendo così la propagazione delle fiamme.

Nei sistemi di illuminazione a LED e nei moduli di potenza, un materiale comune a base di fosforo è il fosfato di ammonio. All'aumentare della temperatura, il fosfato di ammonio si decompone formando acido metafosforico, che forma una pellicola protettiva carbonizzata sulla superficie della resina, isolando efficacemente l'aria e spegnendo la fiamma, ottenendo così un effetto ritardante di fiamma.

Fosforo-azoto Compounds

Oltre ai materiali a base di fosforo, i composti fosforo-azoto vengono spesso utilizzati anche in materiali privi di alogeni. PCBQuesti materiali non solo aiutano a migliorare la resistenza alla fiamma di PCB ma offrono anche una stabilità termica superiore.

I ritardanti di fiamma a base di fosforo e azoto, come i composti a base di fosforo e azoto, sono solitamente utilizzati nei componenti ad alta potenza dell'elettronica automobilistica e dei sistemi di controllo industriale. Questo tipo di materiale rilascia gas non infiammabili come l'azoto durante il processo di combustione. Questi gas possono sopprimere efficacemente la propagazione delle fiamme, garantendo la sicurezza e l'affidabilità delle apparecchiature in ambienti ad alta temperatura.

Alta temperatura Rispirazione Ssistema

I sistemi di resina ad alta temperatura, come le resine epossidiche ad alta Tg, sono in genere utilizzati in ambienti privi di alogeni PCBQueste resine offrono un'eccellente resistenza al calore, stabilità meccanica e proprietà elettriche, rendendole particolarmente adatte ad applicazioni che richiedono elevata potenza o ambienti estremi.

In settori come l'elettronica automobilistica e i moduli di potenza industriali che richiedono resistenza alle alte temperature, questi materiali possono mantenere prestazioni elettriche stabili anche in ambienti ad alta temperatura. La temperatura di transizione vetrosa (Tg) di queste resine è solitamente superiore a 170°C.°C, consentendo l'assenza di alogeni PCB per operare in ambienti ad alta temperatura senza compromettere le proprietà elettriche e meccaniche.

Materiale FR4 privo di alogeni

FR4 è un substrato ampiamente utilizzato per PCB ed è tradizionalmente realizzato in resina epossidica e fibra di vetro. I materiali FR4 privi di alogeni utilizzano in genere resine epossidiche modificate come DE156 o GreenSpeed®. Queste resine modificate hanno eliminato i componenti alogeni presenti nell'FR4 tradizionale, mantenendone l'eccellente isolamento elettrico, la resistenza meccanica e la stabilità termica. Questo materiale è ampiamente utilizzato in settori come l'elettronica di consumo, l'illuminazione a LED e i sistemi di gestione delle batterie dei veicoli elettrici, garantendo ai prodotti elevate prestazioni e al contempo rispettosi dell'ambiente.

L'impiego di materiali PCB privi di alogeni non solo riduce efficacemente l'emissione di sostanze nocive, ma garantisce anche che i prodotti siano conformi ai sempre più severi requisiti globali di tutela ambientale, come la norma RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directive).

Prestazioni dei PCB senza alogeni

Dopo aver compreso i materiali dei PCB senza alogeni, scopriamo insieme le loro prestazioni! Le prestazioni dei PCB senza alogeni sono paragonabili a quelle dei PCB tradizionali contenenti alogeni, ma i vantaggi risiedono nel loro essere più ecologici, più sicuri e conformi agli standard globali di protezione ambientale. I PCB senza alogeni presentano le seguenti proprietà:

1. Ritardante di fiamma

Il vantaggio più notevole dei PCB privi di alogeni è la loro eccellente capacità di ritardare la fiamma. I materiali per PCB privi di alogeni possono prevenire efficacemente la propagazione delle fiamme, garantendo la stabilità e la sicurezza dei PCB in ambienti ad alte temperature o estremi.

2. Prestazioni elettriche

Le prestazioni elettriche dei PCB FR4 senza alogeni sono paragonabili a quelle dei PCB FR4 tradizionali. I materiali per PCB senza alogeni possono fornire eccellenti prestazioni di isolamento e trasmissione del segnale, garantendo buone prestazioni elettriche e riducendo al contempo l'impatto ambientale, nel rispetto degli standard di tutela ambientale e di settore.

3. Stabilità meccanica

I PCB privi di alogeni rimangono stabili anche se sottoposti a vibrazioni, urti o variazioni di temperatura e sono particolarmente adatti per applicazioni che richiedono elevata affidabilità, come l'elettronica automobilistica e i sistemi di controllo industriale.

4. Gestione termica

I PCB privi di alogeni offrono eccellenti prestazioni di gestione termica, consentendo di dissipare efficacemente il calore dai componenti chiave, prevenendo danni alle apparecchiature causati dal surriscaldamento e aumentandone così la durata utile. Sono particolarmente adatti per applicazioni ad alta potenza come sistemi di illuminazione a LED, moduli di potenza ed elettronica per autoveicoli.

Attualmente, la maggior parte dei materiali PCB privi di alogeni è costituita principalmente da materiali a base di fosforo e a base di fosforo e azoto. Quando la resina contenente fosforo viene bruciata, si decompone per effetto del calore generando acido metafosforico, che è estremamente disidratato, formando una pellicola carbonizzata sulla superficie della resina polimerica e isolando la superficie di combustione dall'aria, in modo da estinguere l'incendio e ottenere l'effetto ritardante di fiamma. Le resine polimeriche contenenti composti di fosforo e azoto producono gas incombustibili durante la combustione, il che contribuisce a rendere il sistema di resina ignifugo.

Caratteristiche dei PCB senza alogeni

Isolamento di materiale PCB privo di alogeni

Poiché P o N vengono utilizzati per sostituire gli atomi di alogeno, la polarità dei segmenti di legame molecolare della resina epossidica viene ridotta in una certa misura, migliorando così la resistenza di isolamento e la resistenza alla rottura.

Assorbimento d'acqua del materiale PCB privo di alogeni

Il PCB privo di alogeni presenta meno concentrazioni di N e P nella resina redox azoto-fosforo rispetto agli alogeni, e la sua probabilità di formare legami a idrogeno con gli atomi di idrogeno in acqua è inferiore a quella dei materiali alogeni, quindi il suo assorbimento d'acqua è inferiore a quello dei materiali ignifughi alogeni convenzionali. Per i materiali PCB, il basso assorbimento d'acqua influisce in modo significativo sul miglioramento dell'affidabilità e della stabilità dei materiali. La riduzione del tasso di assorbimento d'acqua del materiale PCB privo di alogeni avrà un impatto significativo sul materiale. seguenti aspetti:

(1) Migliorare l'affidabilità dei materiali PCB privi di alogeni.
(2) Migliorare la stabilità dei materiali nel processo di produzione dei PCB.
(3) Migliorare le prestazioni CAF del materiale PCB privo di alogeni.

Costante dielettrica

I fattori che influenzano la costante dielettrica dei materiali sono principalmente determinati dai seguenti fattori: costante dielettrica della fibra di vetro, della resina epossidica e del riempitivo. Poiché P o N vengono utilizzati per sostituire gli atomi di alogeno, la polarità dell'intera resina epossidica verrà ridotta in una certa misura, quindi l'isolamento elettrico della resina epossidica priva di alogeni sarà migliore rispetto a quello della resina epossidica a base di alogeni e la perdita dielettrica sarà inferiore a quella dei materiali convenzionali.

Stabilità termica del materiale PCB privo di alogeni

Il contenuto di azoto e fosforo nei PCB senza alogeni è superiore a quello degli alogeni presenti nei comuni materiali a base di alogeni, quindi il peso molecolare del monomero e il valore di TG sono aumentati. Quando riscaldato, la sua mobilità molecolare sarà inferiore a quella della resina epossidica convenzionale, quindi il coefficiente di dilatazione termica dei PCB senza alogeni è relativamente basso.

Rispetto ai PCB contenenti alogeni, i PCB senza alogeni presentano maggiori vantaggi e la tendenza generale è quella di sostituire quelli contenenti alogeni con quelli senza alogeni.

resistenza alla migrazione ionica (CAF)

La migrazione degli ioni nel substrato proviene principalmente dall' seguenti tre aspetti:

(1)Cationi metallici di rame.
(2)Anione alogeno.
(3)Catione ammoniaca.

Tra questi, gli ioni alogeni non solo possono migrare autonomamente, ma anche cooperare con ioni di rame bivalenti per aumentarne la possibilità di migrazione. I materiali privi di alogeni eliminano la possibilità che rimanga alogeno idrolizzabile durante il processo di sintesi, migliorando così la resistenza alla migrazione ionica. Allo stesso tempo, grazie al basso assorbimento d'acqua della resina epossidica priva di alogeni, la fonte di generazione di ioni viene ridotta in una certa misura, migliorando così la resistenza al CAF del materiale.

I PCB senza alogeni sono sempre più utilizzati in applicazioni che richiedono elevati standard di protezione ambientale e assenza di piombo. Innanzitutto, i PCB senza alogeni vengono utilizzati in settori con elevati requisiti di protezione ambientale, come il settore medicale, seguiti da un numero sempre maggiore di applicazioni in telefoni cellulari e automobili. Recentemente, sempre più aziende di prodotti elettronici prestano maggiore attenzione all'applicazione di PCB senza alogeni. Ad esempio, la giapponese Sony ha introdotto i requisiti per l'utilizzo di schede multistrato e schede HDI senza alogeni nei suoi prodotti. Poi, ioVorrei condividere con voi un produttore di PCB alogeni eccellente e affidabile: PCBasic.

PCBBasic'Produzione di PCB senza alogeni

Esperienza in PCB privo di alogeni Processo di fabbricazione

1. Plastificazioni

I parametri di laminazione possono variare da azienda ad azienda a causa dei materiali del PCB. Considerando il substrato SYTECH sopra menzionato e il PP come scheda multistrato, per garantire il pieno flusso di resina e una buona forza di adesione, è necessaria una velocità di riscaldamento inferiore (1.0-1.5 °C/min) e un coordinamento della pressione a più stadi. Inoltre, nella fase ad alta temperatura, è necessario un tempo maggiore e la temperatura di 180 °C deve essere mantenuta per più di 50 minuti.

2. Lavorabilità di foratura

Le condizioni di foratura sono un parametro importante che influenza direttamente la qualità della parete del foro del PCB durante la lavorazione. I PCB senza alogeni aumentano il peso molecolare e la rigidità dei legami molecolari utilizzando gruppi funzionali delle serie P e N, migliorando così la rigidità dei materiali. Allo stesso tempo, il punto di TG dei materiali senza alogeni è generalmente superiore a quello dei normali laminati rivestiti in rame. Pertanto, l'effetto di foratura dei normali parametri di foratura FR-4 non è generalmente ideale. Quando si fora una piastra senza alogeni, è necessario apportare alcune modifiche in condizioni di foratura normali.

3. Resistenza alcalina

In generale, la resistenza agli alcali dei PCB senza alogeni è inferiore a quella del comune FR-4. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione al processo di incisione e alla rilavorazione dopo il solder resist, e il tempo di immersione nella soluzione alcalina di sverniciatura non deve essere troppo lungo, per evitare la formazione di macchie bianche sul substrato.

4. Fabbricazione di resist di saldatura senza alogeni

Attualmente, nel mondo sono disponibili molti tipi di inchiostri resistenti alla saldatura privi di alogeni; le loro prestazioni non sono molto diverse da quelle dei normali inchiostri fotosensibili liquidi e il loro funzionamento specifico è sostanzialmente simile a quello degli inchiostri comuni.
I PCB privi di alogeni presentano un basso assorbimento d'acqua e soddisfano i requisiti di tutela ambientale; inoltre, altre proprietà li rendono idonei a soddisfare i requisiti qualitativi dei PCB. Pertanto, la domanda di PCB privi di alogeni è in aumento.

Confronto delle prestazioni di produzione

1. acquaforte

A causa della scarsa fluidità della resina epossidica priva di alogeni e della scarsa capacità di interpenetrazione dell'interfaccia del foglio di rame, la resistenza al distacco del foglio di rame dai PCB privi di alogeni è scarsa. Rispetto ai materiali convenzionali, i materiali privi di alogeni aumentano la pressione di pressatura durante il processo di pressatura per migliorare la forza di legame tra il foglio di rame e la resina, il che porta a una maggiore profondità di penetrazione della parte di rame nella resina, che può facilmente causare il fenomeno di incisione non pulita (il rame rimane esposto nelle stelle). Per risolvere questo problema, spesso si aumenta la larghezza del filo sul negativo di lavoro e si regola opportunamente la velocità di incisione.

2. Plastificazioni

Il contenuto di azoto e fosforo è superiore a quello degli alogeni nei materiali ignifughi convenzionali a base di alogeni, il che comporta un aumento del grado di polimerizzazione e del peso molecolare del polimero. Pertanto, il movimento della catena molecolare della resina epossidica priva di alogeni dopo il riscaldamento è più lento rispetto a quello dei materiali convenzionali, il che dimostra che la fluidità dei materiali privi di alogeni sarà inferiore a quella della resina epossidica convenzionale nelle stesse condizioni.

3. Foratura galvanica

I materiali per PCB privi di alogeni presentano un modulo di Young più elevato, che ne aumenta la rigidità e la fragilità, grazie all'utilizzo di gruppi funzionali delle serie P e N per aumentare il peso molecolare e la rigidità dei legami molecolari. Allo stesso tempo, il punto di TG dei materiali per PCB privi di alogeni è superiore a quello dei materiali convenzionali dello stesso tipo. Pertanto, è necessario aumentare opportunamente la velocità di rotazione della punta e ridurne la velocità di avanzamento per garantire la rugosità della parete del foro durante la foratura meccanica. Nel processo di deslagging orizzontale, è necessario prolungare il tempo di reazione di espansione, aumentare la rugosità della parete del foro e migliorare la forza di adesione tra il rame elettrodeposto e la parete del foro, in base alle caratteristiche dei materiali privi di alogeni.

4. Foratura laser

Confrontando materiali privi di alogeni con materiali convenzionali nelle stesse condizioni tecnologiche di foratura laser, si è riscontrato che la rugosità della parete del foro e la verticalità dei materiali privi di alogeni dopo la foratura non sono buone come quelle dei materiali convenzionali, e possono essere più evidenti dopo la galvanizzazione. Pertanto, è necessario aumentare opportunamente l'energia dell'impulso e la quantità di foratura laser dei materiali PCB privi di alogeni.

5. Fabbricazione di resistenza alla saldatura

L'inchiostro solder-resist privo di alogeni ha un elevato contenuto di solidi nell'agente indurente (si prenda ad esempio l'azienda C: il materiale privo di alogeni convenzionale è del 15% e del 30%), quindi la sua viscosità è elevata e la sua fluidità è bassa. Durante la stampa, è necessario aumentare la pressione del raschiatore e regolare il numero di maglie del retino. In determinate condizioni, è possibile utilizzare una certa quantità di solvente diluente per diluire l'inchiostro e aumentarne la fluidità.

6. Fabbricazione dell'impedenza

A bassa frequenza (inferiore o uguale a 1.5 GHz), le costanti dielettriche dei due materiali sono meno influenzate dallo shock termico e diminuiscono in una certa misura. Quando la frequenza di prova raggiunge un certo valore (1.8 GHz), i due materiali risultano chiaramente diversi sotto l'influenza dello shock termico. La costante dielettrica dei materiali privi di alogeni diminuisce in modo evidente e oscilla leggermente dopo lo shock termico, mentre la costante dielettrica dei materiali convenzionali aumenta notevolmente con l'aumentare della durata dello shock termico.

Pertanto, i materiali privi di alogeni possono evitare l'influenza di molteplici shock termici sulla costante dielettrica dei materiali nel processo di produzione dei PCB, il che è vantaggioso per il controllo delle caratteristiche o dell'impedenza differenziale. I materiali per PCB privi di alogeni hanno una costante dielettrica più elevata e lo spessore del dielettrico dopo la laminazione è maggiore rispetto a quello dei materiali convenzionali, quindi il valore dell'impedenza aumenterà in una certa misura durante il controllo dell'impedenza, in particolare per il controllo delle caratteristiche e dell'impedenza differenziale. Nella progettazione della larghezza del filo, è necessaria un'adeguata compensazione.

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