含卤素阻焊剂仍将继续存在

一段时间以来,PCB生产厂商尤其是日本的制造商都在要求用低卤素或非卤素阻焊材料,但目前却并没有出现具有实质意义的实施条件或相关说法,仅仅有一些各种各样的传言和质疑。

Michael Mueller

Lackwerke Peters

助理技术主管

peters@

从原理上讲,含卤素的产品应该包括所有带氟、氯、溴和碘的材料,但遗憾是在这方面人们并没有形成一个统一的认识,因此有必要先搞清楚“卤素”或者“含卤素”的意思。例如现在越来越清楚地发现,供应商和用户对这个词含义的理解是不一样的,某些原材料生产商说他们的材料是非卤素的,实际上并不是没有卤素,而仅指不含溴,一些油墨供应商也是这样。

卤素并不影响PCB的正常性能,为什么我们还要讨论这个问题呢？原因是当PCB处于非正常状况(如发生火灾事故或作为废弃物焚烧)时,这些卤素将会产生有毒气体。

我们讲的卤素主要指的是氯和溴,这是因为一般基板材料(FR-4)通常不含氟和碘,所以我们不作讨论。卤素成分中的氯和溴有化学键、可水解(或可皂化)氯/溴化合物以及氯/溴离子等存在形式。在某些产品当中,人们有时仅提及含量较少的水解氯化物或离子态氯化物而不是所有卤素成分,这就有些问题,因为在一个装配完成且覆层涂料均已固化的PCB上只有讨论所有的卤素(包括所有氯和溴)才是有意义的,系统内所包含的是全部卤素。

溴的来源

PCB中的溴主要来源于阻燃剂和树脂(四溴化酚A),另外合成环氧树脂的溴基催化剂中也有少量溴。大部分含溴阻燃剂存在于基板材料(如FR-4)中,根据《电气与电子设备废弃物规定》提案,到2004年1月1日,所有含卤素尤其是含溴的阻燃材料必须禁止使用。目前FR-4材料里含溴成分中溴的重量比为18%到21%,在一些阻焊剂里,含溴成分都设计得使其能满足UL 94 V-0非易燃性测试的要求。

有一些常规阻焊材料和光成像阻焊材料不含卤素阻燃剂,但也通过了UL 94 V-0非易燃性测试,所以这些阻焊剂中既没有含卤素的阻燃材料也没有含溴的树脂。然而不含阻燃剂的材料内依然可能会有来自于环氧树脂合成催化剂的溴元素,尽管这些溴可以忽略,但还是可通过改变树脂合成而得到无溴阻焊剂。

一块装配完成的PCB其氯含量主要来自于基板材料中的树脂和阻焊剂、塑料件、注塑化合物以及着色颜料等,在制造过程中改善树脂合成方法并采用大规模清洗工艺可以减少基板材料中的氯含量,不过现在还无法做到经济地大规模进行无氯环氧树脂合成,目前已可供货的非卤素PCB基板材料的生产也有同样问题。所以尽管含溴阻燃剂已被替换掉,但PCB上仍然含有氯。

在讨论无氯覆层涂料时,还应考虑树脂以外的其他成分,如各种着色颜料因颜色不同其卤素含量也都不一样,绿色酞化菁染料的卤素含量高达重量的50%。

有一些颜料(如黄色、蓝色、绿色和红色)是不含氯的,市场出现的所谓“绿色”线路板(实际上其颜色是蓝色的)更多是为了进行推销而不是开发的新材料,此时仅仅是阻焊剂里含卤素的绿色颜料被无卤素的蓝色颜料所替代而已。

应指出的是,在一块PCB上基板材料(以1.5mm为例)的重量是阻焊剂的20倍以上,所以阻焊剂的影响相对比较小。举例来说,1平方米1.8mm厚PCB上约有3kg FR-4材料,其中卤素含量约占17%～21%,即510g～630g/m²；而双面PCB涂覆板上每平方米覆层涂料的重量为100g(固态含量65%,卤素含量1,250ppm),因此在最后完成的PCB上这部分卤素含量每平方米仅有0.16g。