Halogenfreies PCB

Was ist eine halogenfreie Leiterplatte?

Eine halogenfreie Leiterplatte ist eine Schaltung, bei deren Herstellung keine halogenhaltigen Elemente verwendet werden.

Zu den Halogenen zählen:

• Fluor (F),
• Chlor (Cl),
• Brom (Br),
• Iod (I),
• Astat (At).

Herkömmliche Leiterplatten verwenden oft halogenhaltige Materialien, wie bromierte Flammschutzmittel (BFRs), um Feuer zu verhindern. Allerdings entstehen bei hohen Temperaturen oder beim Verbrennen Halogene giftige Gase (wie Chlorwasserstoff und Dioxine), die gesundheitsschädlich und umweltbelastend sind. Daher haben viele Industriezweige begonnen, halogenfreie Materialien zur Herstellung von Leiterplatten zu verwenden.

Umweltfreundlicher:

• Geringere Toxizität: Reduzierte Emissionen von toxischen Gasen, halogenfreie Leiterplatten verringern die Schädlichkeit von Elektronikschrott
• Leichter recycelbar: Halogenfreie Materialien sind einfacher zu recyceln.
• Einhaltung von Vorschriften: Einhaltung von Umweltvorschriften wie RoHS

Technische Aspekte:

• Höhere thermische Stabilität: Halogenfreie Leiterplatten weisen in der Regel eine bessere thermische Stabilität auf und sind für Hochtemperaturumgebungen geeignet.
• Bessere elektrische Eigenschaften: Dank niedrigerem Dielektrizitätskonstanten und Verlustfaktor sind sie für Hochfrequenz-Signalübertragung geeignet.
• Hervorragende mechanische Eigenschaften: Die verwendeten halogenfreien Materialien bieten in der Regel eine höhere mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit.

Typen und Eigenschaften von halogenfreien Leiterplatten

Basierend auf Materialien, Strukturen und Anwendungen sind gängige Typen:

1. Halogenfreie FR-4-Leiterplatte

Der am häufigsten verwendete Typ, verwendet Substrat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, enthält jedoch keine halogenierten Flammschutzmittel.
• Materialzusammensetzung: Substrat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, enthält keine halogenierten Flammschutzmittel, Flammschutz mit Phosphor oder Stickstoff.
• Thermische Eigenschaften: Die Glasübergangstemperatur (Tg) beträgt etwa 150 °C bis 180 °C.
• Elektrische Eigenschaften: gute elektrische Eigenschaften und vielfältige Einsatzmöglichkeiten.

2. Halogenfreie Hoch-Tg-Leiterplatte

Eignet sich für Hochtemperaturumgebungen, Tg ist höher als bei herkömmlichen FR4-Leiterplatten.
• Materialzusammensetzung: hoch Tg halogenfreies Epoxidharz.
• Thermische Eigenschaften: Tg liegt zwischen 170 °C ~ 260 °C.
• Elektrische Eigenschaften: niedriger Dielektrizitätswert und geringer Verlustfaktor, geeignet für Hochfrequenzanwendungen.

3. Halogenfreie Polyimid (PI)-Leiterplatte

Hervorragende thermische Stabilität und mechanische Festigkeit, geeignet für raue Umgebungen.
• Materialzusammensetzung: halogenfreies Polyimidharz.
• Thermische Leistung: Tg liegt über 200 °C, kontinuierliche Betriebstemperatur kann 260 °C erreichen.
• Mechanische Eigenschaften: Hohe mechanische Festigkeit, sehr stabil.

4. Halogenfreie flexible Leiterplatte

Geeignet für Installationen, bei denen Biegungen erforderlich sind.
• Materialzusammensetzung: halogenfreies Polyimid oder Polyesterfolie.
• Thermische Leistung: Gute thermische Leistung, widerstandsfähig gegen dynamisches Biegen.
• Mechanische Eigenschaften: Flexibel und langlebig.

5. Halogenfreie Hochfrequenz-Leiterplatte

Konzipiert für Hochfrequenzschaltungen.
• Materialzusammensetzung: Verwendung von PTFE oder keramisch gefülltem Substrat.
• Thermische Leistung: Hervorragende thermische Stabilität (etwas geringer als bei PI-Material).
• Elektrische Leistung: Sehr geringe Dielektrizitätskonstante und geringe Verlustfaktor, hervorragende Signalintegrität.

6. Halogenfreie Metallbasis-Leiterplatte (MCPCB)

Wird zur Verbesserung der Wärmeableitung eingesetzt, halogenfreie Materialien werden in der Dielektrikumschicht verwendet.
• Materialzusammensetzung: Aluminium/Kupferkern + halogenfreie Isolierschicht.
• Thermische Leistung: Gute Wärmeleitfähigkeit, geeignet für Anwendungen mit hohem Wärmeverlust.
• Mechanische Eigenschaften: Starke und zuverlässige Struktur.

7. Halogenfreie HDI-Leiterplatte (High Density Interconnect Board)

Hohe Leitungsdichte, Nutzung fortschrittlicher Verfahren wie Mikrobohrungen und eingebettete Vias.
• Materialzusammensetzung: Hochleistungshalogenfreie Materialien (gute elektrische und thermische Leistung).
• Thermische Leistung: Geeignet für hochdichte und wärmeintensive Anwendungen.
• Elektrische Leistung: Niedrige Dielektrizitätskonstante und geringe Verluste, gute Signalintegrität.

Herausforderungen bei halogenfreien Leiterplatten

Obwohl halogenfreie Leiterplatten zunehmend in medizinischen Geräten, tragbaren Produkten und anderen Anwendungen eingesetzt werden, die eng mit dem Menschen verbunden sind, stehen sie immer noch vor Herausforderungen

• Höhere Kosten:

  Umweltfreundliche Flammschutzmittel sind teurer als halogenhaltige Flammschutzmittel, was zu höheren Kosten für Leiterplatten führt.
  Die Produktion muss angepasst werden (Lagerung, Verarbeitung, Ausrüstung), was die Betriebskosten erhöht.

• Leistungsbezogene Herausforderungen:

  Um eine ebenso gute Flammbeständigkeit wie bei halogenhaltigen Flammschutzmitteln zu erreichen, sind umfangreiche Tests erforderlich.
  Neue Materialien müssen herkömmliche Materialien ersetzen, ohne die mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen, was eine schwierige Balance darstellt.

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