无卤基材PCB的特点及实践生产

1 前言  

1.1 何为无卤基材  

按照JPCA-ES-01-2003标准：氯(C1)、溴(Br)含量分别小于0.09％Wt(重量比)的覆铜板，定义为无卤型覆铜板。(同时，CI+Br总量≤0.15％[1500PPM])  

1.2 为什么要禁卤  

卤素，指化学元素周期表中的卤族元素，包括氟(F)、氯(CL)、溴(Br)、碘(1)。目前，阻燃性基材，FR4、CEM-3等，阻燃剂多为溴化环氧树脂。溴化环氧树脂中，四溴双酚A、聚合多溴联苯，聚合多溴联苯乙醚，多溴二苯醚是覆铜板的主要阻燃料，其成本低，与环氧树脂兼容。但相关机构研究表明，含卤素的阻燃材料(聚合多溴联苯PBB：聚合多溴化联苯乙醚PBDE)，废弃着火燃烧时，会放出二嗯英(dioxin戴奥辛TCDD)、苯呋喃(Benzfuran)等，发烟量大，气味难闻，高毒性气体，致癌，摄入后无法排出，不环保，影响人体健康。因此，欧盟发起，禁止在电子信息产品以PBB、PBDE作为阻燃剂。中国信息产业部同样文件要求，到2006年7月1日起，投入市场的电子信息产品不能含有铅、汞、六价铬、聚合多溴联苯或聚合多溴化联苯乙醚等物质。  

欧盟的法律禁止使用的是PBB和PBDE等六种物质，据了解，PBB和PBDE在覆铜板行业已基本上不在使用，较多使用的是除PBB和PBDE以外的溴阻燃材料，例如四溴双苯酚A，二溴苯酚等，其化学分子式是CISHIZOBr4。这类含溴作阻燃剂的覆铜板未有任何法律法规加以规定，但这类含溴型覆铜板，燃烧或电器火灾时，会释放出大量有毒气体(溴化型)，发烟量大；在PCB作热风整平和元件焊接时，板材受高温(>200)影响，也会释放出微量的溴化氢；是否也会产生二恶英，还在评估中。因此，含有四溴双酚A阻燃剂的FR4板材，目前法律上没有被禁止，还可以使用，但不能叫作无卤板材。  

本文讨论的是无卤素印制板的加工特点、加工过程的一些体会。  

1.3 无卤基板的原理  

就目前而言，大部分的无卤材料主要以磷系和磷氮系为主。含磷树脂在燃烧时，受热分解生成偏聚磷酸，极具强脱水性，使高分子树脂表面形成炭化膜，隔绝树脂燃烧表面与空气接触，使火熄灭，达到阻燃效果。含磷氮化合物的高分子树脂，燃烧时产生不燃性气体，协助树脂体系阻燃。  

2 无卤板材的特点  

2.1 材料的绝缘性  

由于采用P或N来取代卤素原子因而一定程度上降低了环氧树脂的分子键段的极性，从而提高质的绝缘电阻及抗击穿能力。  

2.2 材料的吸水性  

无卤板材由于氮磷系的还氧树脂中N和P的狐对电子相对卤素而言较少，其与水中氢原子形成氢键的机率要低于卤素材料，因而其材料的吸水性低于常规卤素系阻燃材料。对于板材来说，低的吸水性对提高材料的可靠性以及稳定性有一定的影响。  

2.3 材料的热稳定性  

无卤板材中氮磷的含量大于普通卤系材料卤素的含量，因而其单体分子量以及Tg值均有所增加。在受热的情况下，其分子的运动能力将比常规的环氧树脂要低，因而无卤材料其热膨胀系数相对要小。

3 生产无卤PCB的体会  

无卤板材供应商  

目前有较多部分的板材供应商，均已经开发出或正在开发无卤覆铜板及相应半固化片，就我们知道的有Polyclad的PCL-FR-226／240、Isola的DEl04TS、生益S1155／S0455型、南亚、宏仁GA-HF以及松下电工GX系列等。  

我司在2002年已开始批量采用Polyclad的PCL-FR-226／240板材用于生产手机电池板，今年又开发了生益S1155基板以及多层板的制作，另南亚的无卤板材也在试用中。目前无卤板材的使用已占我司总板材用量的20％。  

3.1 层压：  

层压参数，因不同公司的板材可能会有所不同。就拿上面所说的生益基板及PP做多层板来说，其为保证树脂的充分流动，使结合力良好，要求较低的板料升温速率(1.0-1.5℃／min)及多段的压力配合，另在高温阶段则要求时间较长，180℃维持50分钟以上。以下是推荐的一组压板程序设定及实际的板料升温情况。压出的板检测其铜箔与基板的结合力为1.ON／mm，图电后的板经过六次热冲击均未出现分层、气泡现象。  

3.2 钻孔加工性:  

  钻孔条件是一个重要参数，直接影响PCB在加工过程中的孔壁质量。无卤覆铜板由于采用P、N系列官能团增大了分子量同时增强了分子键的刚性，因而也增强了材料的刚性，同时，无卤材料的Tg点一般较普通覆铜板要高，因此采用普通FR-4的钻孔参数进行钻孔，效果一般不是很理想。钻无卤板时，需在正常的钻孔条件下，适当作一些调整。  

例如我司采用生益S1155／S0455型芯板及PP所做的四层板，其钻孔参数就不与正常钻孔参数一样。钻无卤板时，其转速要快比正常参数提高5—10％，而进刀及退刀速度则比正常参数降低10—15％，这样，钻出的孔才粗糙度小。  

3.3 耐碱性  

一般无卤板材其抗碱性都比普通的FR-4要差，因此在蚀刻制程上以及在阻焊后返工制程上，应特别注意，在碱性的退膜液中浸泡时间不能太长，以防出现基材白斑。我司在实际的生产中，就曾吃过亏：做完阻焊且固化了的无卤板，因有些问题需返洗，但返洗时仍按照普通FR-4返洗的方式，于温度75℃，浓度10％NaoH中浸泡了40分钟，结果洗出的全部基材白斑，后把浸泡的时间缩短为15-20分钟，此问题不再存在。因此，针对无卤板返工阻焊时最好先做首板，以得出最佳参数，再批量返工。  

3.4 无卤阻焊制作  

目前世面上推出的无卤阻焊油墨也有很多种，其性能与普通液态感光油墨相差不大具体操作上也与普通油墨基本差不多。  

4 结束语  

无卤PCB板由于具有较低的吸水率以及适应环保的要求，在其他性能也能够满足PCB板的品质要求，因此，无卤PCB板的需求量已然越来越大；另各大板材供应商在无卤基板以及无卤PP的研发上也投入了更多的资金，相信不久以后，低价位的无卤板构·会马上投入市场。因此，各PCB厂家均应该把无卤板材的试用及使用提上日程，制定出详细的计划，逐步扩大无卤板材在本厂的占有量，使自己走在市场需求的前头。