Váš popredný výrobca bezhalogénových PCB v Číne

Substrát využívajúci halogénový prvok však pri spaľovaní produkuje dioxín.

Z tohto dôvodu sa už dlho požadovalo bezhalogénové, ale kvôli obtiažnosti výroby ho mnohí výrobcovia úplne neprijali, najmä pre produkty s vysokou hustotou montáže komponentov.

Pri výrobe dosiek plošných spojov sa už dlho používajú brómované retardéry horenia.

Aj keď dodávatelia bezhalogénových PCB vyvinuli niektoré bezhalogénové alternatívy.

Vplyv týchto alternatív na proces montáže je stále neistý.

Od uvedenia bezhalogénových, aj keď bezhalogénových materiálov obsadili 10 % laminátového trhu.

Odvetviu stále chýbajú výrobné skúsenosti na definovanie montážneho procesu a okna spoľahlivosti.

PCB bez halogénov

Pre bezhalogénové PCB budeme mať krátky úvod a predstavíme niektoré základné pojmy.

Ak ste už počuli o pojme „bezhalogénové PCB“ a chcete sa dozvedieť viac, ste na správnom mieste. Zdieľame príbeh tejto dosky plošných spojov.

Zistite si fakty o halogénoch v PCB, halogénoch vo všeobecnosti a požiadavkách na výraz „bezhalogénový“. Študovali sme aj výhody bezhalogénového.

Aby boli splnené požiadavky na bezhalogénové PCB, obsah halogénu obsiahnutý v doske plošných spojov nesmie presiahnuť určité množstvo a jeho obsah je v častiach na milión (ppm).

Halogény majú vo vzťahu k PCB mnohoraké využitie.

Chlór sa používa ako spomaľovač horenia alebo ochranný povlak pre polyvinylchloridové (PVC) drôty.

Používa sa aj ako rozpúšťadlo na vývoj polovodičov alebo čistenie počítačových čipov.

Bróm možno použiť ako spomaľovač horenia na ochranu elektrických komponentov alebo sterilizáciu komponentov.

Medzinárodná elektrochemická komisia (IEC) stanovila štandard na celkový obsah halogénov 1,500 900 ppm obmedzením používania halogénov. Limity pre chlór a bróm sú XNUMX ppm.

Ak dodržiavate obmedzenie používania nebezpečných látok (RoHS), limit ppm je rovnaký.

Upozorňujeme, že na trhu existujú rôzne štandardy pre halogény.

Keďže výroba bez obsahu halogénov nie je zákonnou požiadavkou, prípustné úrovne stanovené nezávislými subjektmi (ako sú výrobcovia) sa môžu líšiť.

Na tomto mieste by sme mali poznamenať, že je ťažké nájsť skutočnú bezhalogénovú dosku plošných spojov.

Na doske s plošnými spojmi môže byť malé množstvo halogénu a tieto zlúčeniny môžu byť skryté na neočakávaných miestach.

Uvedieme si niekoľko príkladov. Pokiaľ sa zelený substrát neodstráni z spájkovacej masky, zelená doska plošných spojov neobsahuje halogény.

Epoxidová živica, ktorá pomáha chrániť PCB, môže obsahovať chlór. Halogény môžu byť skryté aj v prísadách, ako je lepidlo na sklo, zmáčadlá a vytvrdzovacie činidlá a urýchľovače živice.

Mali by ste si byť tiež vedomí možných úskalí používania materiálov bez halogénov.

PCB bez halogénov

Napríklad pri absencii halogénu bude ovplyvnený pomer spájky k tavivu, čo má za následok škrabance.

Majte na pamäti, že takéto problémy nemusia byť nevyhnutne prekonané.

Jednoduchý spôsob, ako sa vyhnúť poškriabaniu, je použiť spájkovací odpor (nazývaný tiež spájkovací odpor) na definovanie podložky.

Je veľmi dôležité spolupracovať so známymi výrobcami PCB, aby sa zabezpečila transparentnosť obsahu halogénov v PCB.

Hoci sú uznávané, nie každý výrobca má v súčasnosti možnosť vyrábať tieto dosky plošných spojov.

Teraz, keď poznáte umiestnenie halogénov a ich účel, môžete špecifikovať požiadavky.

Možno budete musieť úzko spolupracovať s výrobcom, aby ste určili najlepší spôsob, ako sa vyhnúť zbytočným halogénom.

Hoci získanie 100 % bezhalogénovej PCB môže byť výzvou, stále môžete vyrábať PCB s prijateľnými úrovňami v súlade s predpismi IEC a RoHS.

Hoci halogény zohrávajú dôležitú úlohu v štruktúre PCB, majú nevýhodu, ktorú je ťažké ignorovať: toxicitu. Áno, tieto látky sú funkčné retardéry horenia a baktericídy, ale ich cena je vysoká.

Na vine sú chlór a bróm. Vystavenie ktorejkoľvek z týchto chemikálií môže spôsobiť nepríjemné príznaky, ako je nevoľnosť, kašeľ, podráždenie pokožky a rozmazané videnie.

Pri manipulácii s PCB s obsahom halogénu je nepravdepodobné, že dôjde k nebezpečnej expozícii.

Napriek tomu, ak sa PCB zapáli a začne dymiť, môžete očakávať tieto nepriaznivé vedľajšie účinky.

Ak sa prísady obsahujúce chlór náhodou zmiešajú s uhľovodíkmi, vzniknú dioxíny, smrteľný karcinogén.

Bohužiaľ, kvôli obmedzeným zdrojom, ktoré môžu PCB bezpečne recyklovať, majú niektoré krajiny tendenciu vykonávať zlú likvidáciu.

PCB bez halogénov

Preto je nesprávne zaobchádzanie s PCB s vysokým obsahom chlóru nebezpečné pre ekosystém.

Spaľovanie týchto zariadení na ich odstránenie (čo sa stáva) môže uvoľňovať dioxíny do životného prostredia.

Európska história bezhalogénových materiálov je dlhá a nie vždy úspešná.

Prvé pokusy oddeliť sa od TBBPA ako spomaľovača horenia sa uskutočnili začiatkom 1990. rokov XNUMX. storočia.

Podľa IEC 61249-2-21: Definícia „bezhalogénu“ platí:

• Maximálne 900 ppm chlóru
• Maximálne 900 ppm brómu
• Celkovo maximálne 1500 ppm halogénu

To znamená, že bezhalogénové materiály používajú hlavne fosfor, dusík a ATH ako bezhalogénové spomaľovače horenia.

Moderné základné materiály sa dnes klasifikujú podľa nasledujúcej klasifikácie UL, ktorá vyjadruje aj to, že základný materiál je v štandardizácii odlišný.

FR 4.0 – plnené a neplnené epoxidová živica systémy Tg 135 – 200 TBBPA.

FR 4.1 – plnené a neplnené epoxidové živicové systémy Tg 135 – 200 bez halogénov

Na dva roky bola vytvorená nová dodatočná klasifikácia:

FR 15.0 – plnené epoxidové živicové systémy TBBPA RTI 150°C

FR 15.1 – plnené epoxidové živicové systémy bez halogénov RTI 150°C

Nahradenie retardéra horenia TBBPA bezhalogénovými retardérmi horenia je spojené s inými chemickými vlastnosťami živicových systémov.

Spájacia energia živicového systému sa výrazne zvyšuje a slúži ako základ pre zlepšenie tepelných vlastností bezhalogénových materiálov.

Táto zvýšená väzbová energia tiež zlepšuje problém priľnavosti k sklenenej tkanine, čo má zase pozitívny vplyv na výkon CAF.

V prednáške budú ukázané rôzne príklady vylepšených vlastností ako tepelná stabilita a CAF správanie v malom HW-HW, ktoré sa osvedčili v praxi.

Alternatívne „zelené“ dosky plošných spojov: Bezhalogénové, horľavé dosky plošných spojov

Takmer 77 % dosiek plošných spojov vyrobených v Európe obsahuje látky, ktoré pri spálení vedú k zdraviu nebezpečným látkam.

Výrobné procesy s polysiloxánom sú ekologicky prijateľné riešenia, pretože neuvoľňujú žiadne nebezpečné látky a takmer neznečisťujú životné prostredie.

Výrobcovia doteraz ekonomicky realizovali len tri bezhalogénové, nehorľavé dosky plošných spojov, ktoré však vyžadujú retardéry horenia s obsahom fosforu a dusíka, aby splnili predpisy UL o požiarnej ochrane.

Z nich je zase na trhu dostupný len jeden materiál, ktorého širokému použitiu bráni vysoká cena.

Ako ekologický, ale aj veľmi drahý bezhalogénový materiál, ktorý podľa súčasného trendu vo vývoji elektronických produktov spĺňa aj vyššie technické požiadavky, je jedinou alternatívou keramika.

Tu prezentované koncepty založené na organickom materiáli polysiloxáne možno chápať ako ekologicky výhodné, technologické prepojenie medzi FR4 a keramikou.

Polysiloxán ako základný materiál

Polysiloxán sa používa ako ekologicky a ekonomicky optimalizovaná alternatíva k termosetu materiál dosky plošných spojov, ktorý je možné použiť vo forme fólií alebo platní ako zdravotne nezávadný nosný materiál pre elektronické zostavy.

Polysiloxán patrí do skupiny silikónov s plnivom oxid hlinitý.

Tento tepelne vodivý a teplotne stabilný materiál je kombinovaný v sendvičovej konštrukcii s kovovým nosným materiálom, čím je možné vyrábať lacné, miniaturizované zostavy, najmä v oblasti výkonu.

Pri vhodnom konštrukčnom princípe, ako je stabilizácia flexibilných dosiek plošných spojov expandovaným polypropylénom (princíp EPAC), vznikajú mechanicky mimoriadne robustné konštrukcie. Kov slúži aj ako chladiaca platňa.

V kombinácii s technológiou tlače doplnková viacvrstvové a komponenty, ako sú kondenzátory, cievky a odpory, môžu byť implementované cenovo efektívne.

Základný koncept možno ukázať v štúdii o ekologicky optimalizovanej televíznej elektronike.

Celé šasi televízora bolo aplikované na bez znečisťujúcich látok, tepelne vodivú, automaticky spracovateľnú (roll to roll) a bezproblémovo recyklovateľnú siloxánovú fóliu.

Pasívne komponenty boli integrované pomocou tlače polymérovej pasty, čím sa šetria zdroje a náklady.

V tu realizovanom prototype bolo takto vytlačených 120 komponentov. Na to však bolo potrebné najskôr špecifikovať systém pasty alebo lepidla.

Výrobné technické výhody

Výhodou použitia flexibilných materiálov, na rozdiel od iných konceptov, ako je použitie vstrekovaných nosičov obvodov, je to, že neznamenajú výstup zo známych výrobných štruktúr. Odráža sa to v nákladoch najmä pri veľkoobjemových produktoch a zjednodušuje to prechod alebo používanie. Viacvrstvové obvody by sa okrem iného dali vyrobiť aj lacno pomocou tlače vodivou pastou. Celkové výhody možno zhrnúť takto:

• Výroba roll-to-roll je možná
• Vysoká úroveň automatizácie vo výrobe
• Priaznivé tepelné vlastnosti
• Integrácia komponentov v nosiči
• Lacné materiály a výrobné technológie
• Dobré EMC vlastnosti
• Znížená rozmanitosť materiálov
• Úspora montáže komponentov
• Úspora materiálu (objem a hmotnosť)
• Nízko znečisťujúce materiály

Ďalší výskum bezhalogénových, nehorľavých dosiek plošných spojov na báze siloxánu pre budúce elektronické produkty

Hoci produkty už boli realizované so súčasným stavom vývoja tejto technológie, pre nákladovo optimalizovanú veľkovýrobu sú potrebné ďalšie výskumné práce.

Ďalšie investície sa realizujú s pomocou verejných financií a v spolupráci so známymi spoločnosťami na rôzne vyšetrovania.

Príklady zahŕňajú laserové spracovanie a mikroštruktúrovanie, lokálne vystuženie a nedávno schválený spoločný projekt „Bezhalogénové, nehorľavé dosky plošných spojov na báze siloxánu pre budúce elektronické produkty“, ktorý sa zaoberá vývojom a výrobou pevných dosiek plošných spojov od r. rovnaký materiál ako existujúce fólie.

Bezhalogénový materiál nielen pre veľké projekty

Pri stavebných projektoch, ako sú verejné budovy, letiská, nemocnice, materské školy, výstavné haly, štadióny, mestské úrady, aby sme vymenovali len niekoľko príkladov, kde sa na káblové stojany v stropných dutinách alebo v káblových kanáloch ukladajú rozsiahle zariadenia PCB, bezhalogénové materiály sú teraz povinné.

Použitie bezhalogénových DPS je zvyčajne stanovené v špecifikáciách v ponuke.

Uvoľňovanie toxických plynov by malo fatálne následky aj na lodiach, lietadlách a vlakoch, preto sú tu bezhalogénové materiály povinné.

V skutočnosti, kdekoľvek sú ľudia, materiály by mali obsahovať najmenšie možné riziko v prípade požiaru.

Ide o kancelárie, lekárske ambulancie, maloobchody a v neposlednom rade aj súkromné ​​byty. Existujúce elektroinštalácie nepredstavujú najväčšie potenciálne riziko v prípade požiaru, pretože sú zvyčajne skryté.

Cena je vyššia ako bežné dosky plošných spojov s obsahom halogénu.

Rozdiel v nákladoch sa berie do úvahy len z ekonomického hľadiska.

Avšak výrobcovia SMT náplasti stále čelia kritickejšej výzve: vŕtanie PCB je výrazne ovplyvnené fyzikálnymi vlastnosťami materiálu, zatiaľ čo tvrdosť materiálov bez obsahu halogénov je zvyčajne vyššia.

Podobne sa odhaduje, že životnosť vrtáka sa preto zníži asi o 25 %.

To nie je v žiadnom prípade zanedbateľné, pretože z tohto dôvodu je možné, že bezhalogénové PCB budú stáť vyššie výrobné náklady.

Pri predaji do montážneho závodu sa tento náklad premietne do predajnej ceny výrobku.

Najbežnejšie zlúčeniny používané v PCB

V tejto časti sú uvedené niektoré chemické zlúčeniny bežne používané pri výrobe PCB a ako ovplyvňujú ľudský život.

Chlorid meďnatý: Táto chemikália sa používa ako leptací roztok v PCB. Keď si človek po dotyku pretrie oči, chlorid meďnatý môže spôsobiť vážne podráždenie očí.

Chlorid zinočnatý: Chlorid zinočnatý sa používa ako tavidlo v doskách plošných spojov. Táto chemikália môže spôsobiť problémy s očami, dýchacie problémy a môže ovplyvniť srdce a pľúca. Ak osoba vdýchne chlorid zinočnatý, môže to spôsobiť pľúcny edém a vážne žalúdočné problémy.

sulfamát kobaltnatý: Sulfamát kobaltnatý sa používa na elektrolytické pokovovanie PCB. Toto pokovovacie činidlo môže spôsobiť podráždenie pokožky a očí.

brómu: Bróm sa používa ako spomaľovač horenia pre PCB. Vysoké hladiny brómu môžu spôsobiť podráždenie pokožky, popáleniny, závraty a bolesti hlavy.

chlór: Pri výrobe PCB sa používajú rôzne materiály na báze chlóru. Pravidelné vystavenie tejto chemikálii môže spôsobiť slzenie, nevoľnosť, bolesti hlavy, podráždenie pokožky, popáleniny a závraty. Okrem toho sa manipulácia s brómovými, chlórovými alebo halogénovými PCB stáva obtiažnou, pretože pri spaľovaní vytvárajú toxické výpary.

 Viesť: Olovo sa používa ako tavidlo v PCB. Cín-olovo sa používa na zabránenie oxidácii v medených obvodoch. Olovo počas procesu spájkovania vytvára toxické výpary a môže spôsobiť problémy s dýchaním a iné vážne zdravotné problémy.

V priemysle dosiek plošných spojov (PCB) silno fúka vietor bezhalogénových dosiek plošných spojov. Halogénové zlúčeniny, ako je bróm, sa široko používajú PCB suroviny a pomocné materiály.

Svoje miesto však strácajú kvôli posilňujúcim sa predpisom o používaní škodlivých látok v elektronických produktoch vo vyspelých krajinách, ako sú Európa a Spojené štáty.

Odvetvie PCB tiež postupuje v súlade s vyhlásením „voľného halogénu“, aby sa predišlo faktorom, ktoré by mohli regulovať výrobcovia elektroniky a mobilných telefónov.

Počnúc mobilnými telefónmi s jednoduchým výrobným procesom sa „bezhalogénový“ v súčasnosti pri iných produktoch považuje skôr za nevyhnutnosť než možnosť.

Každý rok elektronický priemysel vyžaduje, aby čoraz menšie a hustejšie dosky plošných spojov (PCB) v elektronických a mikroelektronických komponentoch (miniaturizácia) fungovali v agresívnejších a drsnejších prostrediach.

Veľký problém s bezhalogénovým používaním uvidíte ako video nižšie:

V posledných rokoch sa presadzoval prechod na bezhalogénové materiály (materiály, ktoré neobsahujú halogény) kvôli zvyšujúcemu sa povedomiu o otázkach životného prostredia.

Halogén materiálu možno merať metódou kremennej trubicovej spaľovacej chromatografie s odporovým ohrevom.

Ako príklad môžete vybrať elektronickú dosku namontovanú na mobilnom telefóne, osobnom počítači (nový model) alebo osobnom počítači (starý model) a skontrolovať, či má bezhalogénovú dosku plošných spojov.

• Príklady aplikácií
• CFRP obsahoval analýzu halogénov
• Analýza živice/keramiky obsahovala halogén
• Spájkový materiál obsahoval analýzu halogénov
• RPF obsahoval analýzu halogénov

Súvisiace normy

◆ Japan Electronic Circuits Association (JPCA): JPCA-ES0206, JPCA-HCL21

◆ Medzinárodná elektrotechnická komisia (IEC): IEC61249-2-21

◆ American Electronic Circuits Association (IPC): IPC4101B

V posledných rokoch sa zvyšujú požiadavky zákazníkov na ekologické produkty. V Európe bola v Európe presadená smernica RoHS a existuje naliehavá potreba, aby výrobcovia PCB reagovali na životné prostredie.

Teraz, keď poznáte fakty, prečo používať PCB bez halogénov?

Hlavnou výhodou je, že ide o menej toxické alternatívy k alternatívam plneným halogénom.

Uprednostňujte bezpečnosť vás, vašich technikov a tých, ktorí budú manipulovať s doskou plošných spojov, dostatočne na to, aby ste zvážili použitie dosky plošných spojov.

Okrem toho je environmentálne riziko oveľa nižšie v porovnaní so zariadeniami obsahujúcimi veľké množstvo takýchto nebezpečných chemikálií.

Najmä v oblastiach, kde nie sú dostupné najlepšie postupy recyklácie PCB, nižší obsah halogénov zaisťuje bezpečnejšiu likvidáciu.

V rozmachu technologickej éry si spotrebitelia čoraz viac uvedomujú toxíny v ich produktoch a ich využitie je takmer neobmedzené – v ideálnom prípade by automobilová elektronika, mobilné telefóny a ďalšie zariadenia, s ktorými udržiavame úzky kontakt, nemali obsahovať halogény.

Znížená toxicita však nie je jedinou výhodou: majú aj výkonnostné výhody.

Tieto dosky plošných spojov zvyčajne znesú vysoké teploty, a preto sú veľmi vhodné pre bezolovnaté obvody. Keďže olovo je ďalšou zlúčeninou, ktorej sa väčšina priemyselných odvetví snaží vyhnúť, môžete zabiť dve muchy jednou ranou.

Izolačné materiály PCB bez halogénov môžu byť lacné a efektívne pre jednorazové elektronické výrobky.

Nakoniec, kvôli nízkej dielektrickej konštante dodávanej týmito obvodovými doskami je jednoduchšie udržiavať integritu signálu.

Všetci by sme sa mali snažiť zvyšovať povedomie s cieľom obmedziť riziká, ktorým sa dá vyhnúť v dôležitých zariadeniach, akými sú PCB.

Hoci zákon ešte nestanovuje bezhalogénové PCB, znamená to, že príslušné organizácie pracujú na postupnom ukončení používania týchto škodlivých zlúčenín.

S plánovaným spustením 5. generácia mobilného komunikačného systému „5G“ v budúcnosti sa očakáva, že dátová komunikácia bude mať ešte vyššiu kapacitu a vyššiu rýchlosť.

Za takýchto okolností sa vyžaduje, aby materiály viacvrstvových dosiek plošných spojov, ktoré hrajú ústrednú úlohu v serveroch a smerovačoch, ktoré podporujú chrbticové systémy komunikačných sietí, mali materiály PCB bez halogénov.

Je to z pohľadu životného prostredia okrem veľkej kapacity aj vysokorýchlostný prenos.

Profesionálni výrobcovia bezhalogénových dosiek plošných spojov komercializovali substrátový materiál pre vybavenie komunikačnej infraštruktúry, ktorý neobsahuje halogény.