為什麼要禁滷?無滷基板的原理

2021-01-08 電子發燒友

無滷素基材:

按照JPCA-ES-01-2003標準:氯(C1)、溴(Br)含量分別小於0.09%Wt(重量比)的覆銅板,定義為無滷型覆銅板。(同時,CI+Br總量≤0.15%[1500PPM])

無滷素材料有:TUC的TU883、Isola的DE156、GreenSpeed®系列、生益的S1165/S1165M、S0165等等

二、為什麼要禁滷

滷素:

指化學元素周期表中的滷族元素,包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)。目前,阻燃性基材,FR4、CEM-3等,阻燃劑多為溴化環氧樹脂。

相關機構研究表明,含滷素的阻燃材料(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,發煙量大,氣味難聞,有高毒性氣體,致癌,人體攝入後無法排出,嚴重影響健康。

因此,歐盟的法律禁止使用的是PBB和PBDE等六種物質。中國信息產業部同樣文件要求,投入市場的電子信息產品不能含有鉛、汞、六價鉻、聚合多溴聯苯或聚合多溴化聯苯乙醚等物質。

據了解,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雖未有任何法律法規加以規定,但這類含溴型覆銅板,燃燒或電器火災時,會釋放出大量有毒氣體(溴化型),發煙量大;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;是否也會產生有毒氣體,還在評估中。

綜上。滷素作為原材料使用帶來的負面後果影響巨大,禁滷是有很必要的。

三、無滷基板的原理

就目前而言,大部分的無滷材料主要以磷系和磷氮係為主。含磷樹脂在燃燒時,受熱分解生成偏聚磷酸,極具強脫水性,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。

四、無滷板材的特點

1材料的絕緣性

由於採用P或N來取代滷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,從而提高質的絕緣電阻及抗擊穿能力。

2材料的吸水性

無滷板材由於氮磷系的還氧樹脂中N和P的狐對電子相對滷素而言較少,其與水中氫原子形成氫鍵的機率要低於滷素材料,因而其材料的吸水性低於常規滷素系阻燃材料。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材料的熱穩定性

無滷板材中氮磷的含量大於普通滷系材料滷素的含量,因而其單體分子量以及Tg值均有所增加。在受熱的情況下,其分子的運動能力將比常規的環氧樹脂要低,因而無滷材料其熱膨脹係數相對要小。

相對於含滷板材,無滷板材具有更多優勢,無滷素板材取代含滷板材也是大勢所趨。

五、生產無滷PCB的體會

1層壓

層壓參數,因不同公司的板材可能會有所不同。就拿上面所說的生益基板及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。以下是推薦的一組壓板程序設定及實際的板料升溫情況。壓出的板檢測其銅箔與基板的結合力為1.ON/mm,圖電後的板經過六次熱衝擊均未出現分層、氣泡現象。

2鑽孔加工性

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

3耐鹼性

一般無滷板材其抗鹼性都比普通的FR-4要差,因此在蝕刻製程上以及在阻焊後返工製程上,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。

4無滷阻焊製作

目前世面上推出的無滷阻焊油墨也有很多種,其性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。

無滷PCB板由於具有較低的吸水率以及適應環保的要求,在其他性能也能夠滿足PCB板的品質要求,因此,無滷PCB板的需求量已然越來越大。

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