一、何為無鹵基材
按照J(rèn)PCA-ES-01-2003標(biāo)準(zhǔn):氯(C1)、溴(Br)含量分別小于0.09%Wt(重量比)的覆銅板,定義為無鹵型覆銅板。(同時,CI+Br總量≤0.15%[1500PPM])
二、為什么要禁鹵
鹵素,指化學(xué)元素周期表中的鹵族元素,包括氟(F)、氯(CL)、溴(Br)、碘(1)。目前,阻燃性基材,F(xiàn)R4、CEM-3等,阻燃劑多為溴化環(huán)氧樹脂。溴化環(huán)氧樹脂中,四溴雙酚A、聚合多溴聯(lián)苯,聚合多溴聯(lián)苯乙醚,多溴二苯醚是覆銅板的主要阻燃料,其成本低,與環(huán)氧樹脂兼容。但相關(guān)機(jī)構(gòu)研究表明,含鹵素的阻燃材料(聚合多溴聯(lián)苯PBB:聚合多溴化聯(lián)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(Ben***uran)等,發(fā)煙量大,氣味難聞,高毒性氣體,致癌,攝入后無法排出,不環(huán)保,影響人體健康。因此,歐盟發(fā)起,禁止在電子信息產(chǎn)品以PBB、PBDE作為阻燃劑。中國信息產(chǎn)業(yè)部同樣文件要求,到2006年7月1日起,投入市場的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛、汞、六價鉻、聚合多溴聯(lián)苯或聚合多溴化聯(lián)苯乙醚等物質(zhì)。歐盟的法律禁止使用的是PBB和PBDE等六種物質(zhì),據(jù)了解,PBB和PBDE在覆銅板行業(yè)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(xué)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(guī)加以規(guī)定,但這類含溴型覆銅板,燃燒或電器火災(zāi)時,會釋放出大量有毒氣體(溴化型),發(fā)煙量大;在PCB作熱風(fēng)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(chǎn)生二惡英,還在評估中。因此,含有四溴雙酚A阻燃劑的FR4板材,目前法律上沒有被禁止,還可以使用,但不能叫作無鹵板材。
三、無鹵基板的原理
就目前而言,大部分的無鹵材料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,極具強(qiáng)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(dá)到阻燃效果。含磷氮化合物的高分子樹脂,燃燒時產(chǎn)生不燃性氣體,協(xié)助樹脂體系阻燃。
四、無鹵板材的特點
1
材料的絕緣性
由于采用P或N來取代鹵素原子因而一定程度上降低了環(huán)氧樹脂的分子鍵段的極性,從而提高質(zhì)的絕緣電阻及抗擊穿能力。
2
材料的吸水性
無鹵板材由于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(jī)率要低于鹵素材料,因而其材料的吸水性低于常規(guī)鹵素系阻燃材料。對于板材來說,低的吸水性對提高材料的可靠性以及穩(wěn)定性有一定的影響。
3
材料的熱穩(wěn)定性
無鹵板材中氮磷的含量大于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。在受熱的情況下,其分子的運(yùn)動能力將比常規(guī)的環(huán)氧樹脂要低,因而無鹵材料其熱膨脹系數(shù)相對要小。
五、生產(chǎn)無鹵PCB的體會
目前有較多部分的板材供應(yīng)商,均已經(jīng)開發(fā)出或正在開發(fā)無鹵覆銅板及相應(yīng)半固化片,就我們知道的有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。我司在2002年已開始批量采用Polyclad的PCL-FR-226/240板材用于生產(chǎn)手機(jī)電池板,今年又開發(fā)了生益S1155基板以及多層板的制作,另南亞的無鹵板材也在試用中。目前無鹵板材的使用已占我司總板材用量的20%。
1
層壓
層壓參數(shù),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(jié)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(shè)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(jié)合力為1.ON/mm,圖電后的板經(jīng)過六次熱沖擊均未出現(xiàn)分層、氣泡現(xiàn)象。
2
鉆孔加工性
鉆孔條件是一個重要參數(shù),直接影響PCB在加工過程中的孔壁質(zhì)量。無鹵覆銅板由于采用P、N系列官能團(tuán)增大了分子量同時增強(qiáng)了分子鍵的剛性,因而也增強(qiáng)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,因此采用普通FR-4的鉆孔參數(shù)進(jìn)行鉆孔,效果一般不是很理想。鉆無鹵板時,需在正常的鉆孔條件下,適當(dāng)作一些調(diào)整。
3
耐堿性
一般無鹵板材其抗堿性都比普通的FR-4要差,因此在蝕刻制程上以及在阻焊后返工制程上,應(yīng)特別注意,在堿性的退膜液中浸泡時間不能太長,以防出現(xiàn)基材白斑。
4
無鹵阻焊制作
目前世面上推出的無鹵阻焊油墨也有很多種,其性能與普通液態(tài)感光油墨相差不大具體操作上也與普通油墨基本差不多。
六、結(jié)束語
無鹵PCB板由于具有較低的吸水率以及適應(yīng)環(huán)保的要求,在其他性能也能夠滿足PCB板的品質(zhì)要求,因此,無鹵PCB板的需求量已然越來越大。
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原文標(biāo)題:【答疑】什么是無鹵素PCB
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