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PCB技術

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什麼是無鹵PCB(HF PCB)?
2020-09-29
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Author:Dag      Share


一、什麼是無鹵PCB(HF PCB)基板

根據jpca-es-01-2003標準:氯(C1)和溴(BR)含量小於0.09%wt(重量比)的PCB覆銅板被定義為無鹵覆銅板。(同時,總 CI + br ≤ 0.15% [1500ppm])


2、PCB為什麼要禁用鹵素

鹵素是指化學元素週期表中的滷族元素,包括氟(f)、氯(CL)、溴(BR)和碘(1)。目前阻燃基材有FR4、FR4、CEM-3等,阻燃多為溴化環氧樹脂。在溴化環氧樹脂中,四溴雙酚A、多溴聯苯、聚合多溴二苯醚和多溴二苯醚是覆銅板的主要阻隔燃料,成本低,與環氧樹脂相容。但相關機構研究表明,含鹵素阻燃材料(多溴聯苯PBB:多溴聯苯醚PBDE)在明火燃燒時會釋放出二噁英二噁英(TCDD)和苯並呋喃(benzfuran)。它們有大量的煙霧、難聞的氣味、高毒氣體、致癌、攝入後不能排出,不環保,影響人體健康。因此,歐盟發起了禁止在電子信息產品中使用 PBB 和 PBDE 作為阻燃劑的禁令。根據中國信息產業部發布的同一份文件,投放市場的電子信息產品不得含有鉛、汞、六價鉻、多溴聯苯或多溴二苯醚。歐盟法律禁止使用六種物質,例如 PBB 和 PBDE。據了解,覆銅板行業基本不使用PBB和PBDE。多使用除PBB、PBDE以外的溴系阻燃材料,如四溴雙酚A、二溴苯酚等,化學式為cishizobr4。這種含溴作為阻燃劑的覆銅板,目前尚無法律法規規定。但是,這種含溴的覆銅板在燃燒或電氣火災時會釋放大量有毒氣體(溴化型)。PCB用於熱風整平和元件焊接時,由於高溫(>200℃)的影響,板子也會釋放出少量的溴化氫;是否還會產生二噁英仍在評估中。因此,含有四溴雙酚A阻燃劑的FR4板不被法律禁止,可以使用,但不能稱為 PCB用於熱風整平和元件焊接時,由於高溫(>200℃)的影響,板子也會釋放出少量的溴化氫;是否還會產生二噁英仍在評估中。因此,含有四溴雙酚A阻燃劑的FR4板不被法律禁止,可以使用,但不能稱為 PCB用於熱風整平和元件焊接時,由於高溫(>200℃)的影響,板子也會釋放出少量的溴化氫;是否還會產生二噁英仍在評估中。因此,含有四溴雙酚A阻燃劑的FR4板不被法律禁止,可以使用,但不能稱為無鹵PCB板。

無鹵印刷電路板

無鹵印刷電路板

3、無鹵PCB(HF PCB)基板原理

目前大部分無鹵PCB材料主要是磷和磷氮系列。含磷樹脂燃燒時分解成偏多磷酸,具有很強的脫水性,在聚合物樹脂表面形成碳化膜,使樹脂燃燒面與空氣隔絕,滅火,達到阻燃效果. 含磷和氮化合物的高分子樹脂在燃燒時會產生不可燃氣體,有助於樹脂體系的阻燃。


四、無鹵PCB(HF PCB)特性


4.1)無鹵PCB材料的絕緣

由於鹵素原子被P或N取代,在一定程度上降低了環氧樹脂分子鍵鏈段的極性,從而提高了環氧樹脂的絕緣電阻和抗擊穿能力。


4.2)無鹵PCB材料的吸水率

無鹵PCB(HF PCB)板比鹵素材料更不容易與水中的氫原子形成氫鍵,因為硝基磷氧化還原樹脂中N和P的孤對電子比鹵素材料少,所以吸水率低。無鹵PCB材料比傳統鹵素阻燃材料低。對於板材來說,低吸水率對提高材料的可靠性和穩定性有一定的影響。


4.3)無鹵PCB材料的熱穩定性

無鹵PCB中氮和磷的含量高於普通鹵基PCB,因此單體分子量和TG值增加。在加熱的情況下,其分子運動能力會低於常規環氧樹脂,因此無鹵PCB材料的熱膨脹係數相對較小。

無鹵印刷電路板

無鹵印刷電路板

5、無鹵PCB生產經驗

目前已有大量PCB供應商開發或正在開發無鹵PCB覆銅板及相應的半固化芯片。據了解,polyclad的pcl-fr-226/240、Isola的del04ts、s1155/s0455、南亞的宏仁ga-hf和松下GX系列。2008年ipcb開始使用polyclad的pcl-fr-226/240板生產手機電池板。今年,ipcb開發了盛益s1155無鹵PCB板和多層PCB板的生產,南亞無鹵PCB板也在試用中。目前,無鹵板材的使用量已經占到我們板材消費總量的20%。


5.1)無鹵PCB(HF PCB)的層壓

層壓參數可能因公司而異。以盛益基板和PP作為多層板為例。為了保證樹脂的充分流動和良好的結合力,需要較低的升溫速率(1.0-1.5℃/min)和多級壓力配合。此外,在高溫階段需要更長的時間,在180℃下保持50分鐘以上。以下是一組推薦的壓板程序設置和實際的紙張溫升。銅箔與基板的結合力為1.on/mm。經六次熱衝擊後,擠壓出的板材無分層和氣泡現象。


5.2) 無鹵PCB鑽孔加工性

鑽孔條件是一個重要參數,它直接影響PCB加工過程中孔壁的質量。由於無鹵PCB覆銅板中使用了P和N系列官能團,增加了分子量,增強了分子鍵的剛性。同時,無鹵材料的TG點普遍高於普通覆銅板。因此,普通FR-4鑽孔參數的鑽孔效果不是很理想。鑽孔無鹵板時,應在正常鑽孔條件下進行一些調整。如我司採用盛益s1155/s0455芯板和PP四層板,其鑽孔參數與正常鑽孔參數不一樣。鑽孔無鹵板時,


5.3)無鹵PCB(HF PCB)的耐鹼性

一般無鹵PCB板的耐鹼性比普通FR-4差。因此,在阻焊後的蝕刻工藝和返修工藝中,要特別注意在鹼性剝離液中的浸泡時間不宜過長,以防止基板上出現白點。在實際生產中,我司出現了虧損:已經焊接固化的無鹵板由於一些問題需要進行反沖洗。但仍是普通的FR-4反洗模式,在75℃的10%NaOH中浸泡40分鐘。從而將基材上的白點全部洗掉,浸泡時間縮短至15-20分鐘。這個問題不再存在。因此,對於無鹵PCB板返修,最好先做第一塊板,以獲得最佳參數,


5.4) 無鹵PCB(HF PCB)的阻焊層製作

目前市場上的無鹵PCB阻焊油墨種類繁多,其性能與普通液體感光油墨並無區別,具體操作與普通油墨幾乎相同。


六,結論

由於吸水率低和環保要求,無鹵PCB在其他性能上也能滿足PCB的質量要求。因此,對無鹵PCB的需求越來越大。此外,各大電路板供應商都在無鹵PCB基板和無鹵pp的研發上投入了更多的資金,相信在不久的將來,低成本的無鹵PCB馬上就會投入市場. 因此,ipcb將無鹵PCB的試用和使用提上了日程,制定了詳細的計劃,逐步擴大了ipcb中無鹵PCB的份額,使ipcb領先於市場需求。