PCB資訊 - 無鹵素電路基板特點說明

什麼是無鹵素電路基板？

按照JPCA-ES-01-2003標準：氯（C1）、溴（Br）含量分別小於0.09%Wt（重量比）的電路基板，定義為無鹵電路基板。 （同時，CI+Br總量≤0.15%[1500PPM]）。

為什麼要禁鹵素？

鹵素，指化學元素週期表中的鹵族元素，包括氟（F）、氯（CL）、溴（Br）、碘（1）。 現時，阻燃性基材，FR4、CEM-3等，阻燃劑多為溴化環氧樹脂。

溴化環氧樹脂中，四溴雙酚A、聚合多溴聯苯，聚合多溴聯苯乙醚，多溴二苯醚是覆銅板的主要阻燃料，其成本低，與環氧樹脂相容。 但相關機構研究表明，含鹵素的阻燃材料（聚合多溴聯苯PBB：聚合多溴化聯苯乙醚PBDE），廢棄著火燃燒時，會放出二嗯英（dioxin戴奧辛TCDD）、苯呋喃（Benzfuran）等，發烟量大，氣味難聞，高毒性氣體，致癌，攝入後無法排出，不環保，影響人體健康。 囙此，歐盟發起，禁止在電子資訊產品以PBB、PBDE作為阻燃劑。

中國資訊產業部同樣檔案要求，到2006年7月1日起，投入市場的電子資訊產品不能含有鉛、汞、六價鉻、聚合多溴聯苯或聚合多溴化聯苯乙醚等物質。

歐盟的法律禁止使用的是PBB和PBDE等六種物質，據瞭解，PBB和PBDE在覆銅板行業已基本上不在使用，較多使用的是除PBB和PBDE以外的溴阻燃材料，例如四溴雙苯酚A，二溴苯酚等，其化學分子式是CISHIZOBr4。 這類含溴作阻燃劑的覆銅板未有任何法律法規加以規定，但這類含溴型覆銅板，燃燒或電器火灾時，會釋放出大量有毒氣體（溴化型），發烟量大。 在PCB作熱風整平和元件焊接時，板材受高溫（>200）影響，也會釋放出微量的溴化氫。 是否也會產生二惡英，還在評估中。 囙此，含有四溴雙酚A阻燃劑的FR4板材，現時法律上沒有被禁止，還可以使用，但不能叫作無鹵素電路基板。

就現時而言，大部分的無鹵素電路基板主要以磷系和磷氮系為主。 含磷樹脂在燃燒時，受熱分解生成偏聚磷酸，極具强脫水性，使高分子樹脂表面形成炭化膜，隔絕樹脂燃燒表面與空氣接觸，使火熄滅，達到阻燃效果。 含磷氮化合物的高分子樹脂，燃燒時產生不燃性氣體，協助樹脂體系阻燃。

無鹵素電路基板的特點

1、無鹵素電路基板材料的絕緣性

由於採用P或N來取代鹵素原子因而一定程度上降低了環氧樹脂的分子鍵段的極性，從而提高質無鹵素電路基板的絕緣電阻及抗擊穿能力。

2、無鹵素電路基板材料的吸水性

無鹵素電路基板由於氮磷系的還氧樹脂中N和P的狐對電子相對鹵素而言較少，其與水中氫原子形成氫鍵的機率要低於鹵素材料，因而無鹵素電路基板材料的吸水性低於常規鹵素系阻燃材料。 對於板材來說，低的吸水性對提高材料的可靠性以及穩定性有一定的影響。

3、無鹵素電路基板材料的熱穩定性

無鹵素電路基板中氮磷的含量大於普通鹵系材料鹵素的含量，因而其單體分子量以及Tg值均有所增加。 在受熱的情况下，其分子的運動能力將比常規的環氧樹脂要低，因而無鹵材料其熱膨脹係數相對要小。

無鹵素電路基板

無鹵素電路基板材料

目前有較多部分的無鹵素電路基材料供應商，均已經開發出或正在開發無鹵覆銅板及相應半固化片，iPCB常用的無鹵素電路基板材料有Polyclad的PCL-FR-226／240、Isola的DEl04TS、生益S1155／S0455型、南亞、宏仁GA-HF以及松下電工GX系列等。

無鹵素電路基板製造注意事項

無鹵素電路板層壓

層壓參數，因不同公司的無鹵板材可能會有所不同。 比如生益基板及PP做多層板來說，其為保證樹脂的充分流動，使結合力良好，要求較低的板料升溫速率（1.0-1.5℃／min）及多段的壓力配合，另在高溫階段則要求時間較長，180℃維持50分鐘以上。

無鹵素電路板鑽孔

鑽孔條件是一個重要參數，直接影響PCB電路板在加工過程中的孔壁質量。 無鹵覆銅板由於採用P、N系列官能團增大了分子量同時增强了分子鍵的剛性，因而也增强了材料的剛性，同時，無鹵材料的Tg點一般較普通覆銅板要高，囙此採用普通FR-4的鑽孔參數進行鑽孔，效果一般不是很理想。 鑽無鹵PCB板時，需在正常的鑽孔條件下，適當作一些調整。

例如iPCB採用生益S1155／S0455型芯板及PP所做的四層板，其鑽孔參數就不與正常鑽孔參數一樣。 鑽無鹵板時，其轉速要快比正常參數提高5—10%，而進刀及退刀速度則比正常參數降低10—15%，這樣，鑽出的孔才粗糙度小。

無鹵素電路板的耐鹼性

一般無鹵板材其抗鹼性都比普通的FR-4要差，囙此在蝕刻制程上以及在阻焊後返工制程上，應特別注意，在鹼性的退膜液中浸泡時間不能太長，以防出現基材白斑。 我司在實際的生產中，就曾吃過虧：做完阻焊且固化了的無鹵板，因有些問題需返洗，但返洗時仍按照普通FR-4返洗的管道，於溫度75℃，濃度10%NaoH中浸泡了40分鐘，結果洗出的全部基材白斑，後把浸泡的時間縮短為15-20分鐘，此問題不再存在。 囙此，針對無鹵板返工阻焊時最好先做首板，以得出最佳參數，再批量返工。

無鹵素電路板阻焊製作

現時世面上推出的無鹵阻焊油墨也有很多種，其效能與普通液態感光油墨相差不大具體操作上也與普通油墨基本差不多。

無鹵素PCB板由於具有較低的吸水率以及適應環保的要求，在其他效能也能够滿足無鹵素電路板的品質要求，囙此，無鹵素PCB電路板的需求量已然越來越大； 另各大無鹵素板材供應商在無鹵基板以及無鹵PP的研發上也投入了更多的資金，低價無鹵素電路板會投入市場。 囙此，各無鹵素PCB電路板廠家均應該把無鹵素的試用及使用提上日程，製定出詳細的計畫，逐步擴大無鹵素PCB在本廠的佔有量，使自己走在市場需求的前頭。