Die IEC hat für Leiterplattenhersteller Standards für halogenfreie Leiterplatten festgelegt, aber was ist eine halogenfreie Leiterplatte eigentlich genau? Elektronische Produkte enthalten bestimmte Materialien. Diese Materialien dürfen Halogene bis zur höchstzulässigen Konzentration enthalten. Um eine “halogenfreie Leiterplatte” herzustellen, müssen einige Materialien ersetzt oder deren Verwendung auf der Leiterplatte reduziert werden. Außerdem muss entschieden werden, wie viel Halogen im Schaltkreis verbleiben darf. Einige Ersatzmaterialien erfordern besondere Sorgfalt bei der Konstruktion, und auch das muss berücksichtigt werden.
Halogene in PCBs
Wenn man die meisten Entwickler fragt, wo sich Halogene in einer Leiterplatte befinden, wissen sie es vielleicht nicht genau. Halogene kommen in der Regel in bromierten Flammschutzmitteln (BFRs), chlorierten Lösungsmitteln und Polyvinylchlorid (PVC) vor. Halogene sind nicht in jeder Form oder bei jeder Konzentration gefährlich. Das Anfassen eines PVC-Rohrs oder das Trinken von Leitungswasser verursacht keine Gesundheitsprobleme. Wenn man dieses Rohr jedoch verbrennt und das bei der Zersetzung des Kunststoffs freigesetzte Chlorgas einatmet, sieht die Sache anders aus. Das ist das Hauptproblem bei Halogenen in der Elektronik. Sie können am Ende des Lebenszyklus einer Leiterplatte freigesetzt werden. Wo also sind Halogene in einer Leiterplatte zu finden?
Wie Sie wissen, wird PVC nicht nur in Rohren, sondern auch in der Isolierung von Kabeln verwendet, sodass es eine Quelle für Halogene sein kann. Zur Reinigung von Leiterplatten während der Herstellung können chlorierte Lösungsmittel zum Einsatz kommen. BFRs werden in Leiterplattenlaminaten verwendet, um die Brandgefahr zu verringern. Nachdem wir nun die Hauptquellen für Halogene in einer Schaltung überprüft haben, was sollten wir tun?
Halogenfreie Leiterplatte
Ähnlich wie die RoHS-Richtlinie zur Bleifreiheit verlangt auch die Norm zur Halogenfreiheit vom Auftragsfertiger, neue Materialien und neue Fertigungsverfahren einzusetzen. Wie jeder von verschiedenen Gruppen festgelegte Standard hat auch “halogenfrei” seine eigenen klaren Grenzwerte. Die IEC definiert „halogenfrei“ als weniger als 900 ppm Chlor und Brom sowie weniger als 1.500 ppm Gesamt-Halogene. Auch die RoHS-Richtlinie hat ihre eigenen Grenzwerte.
Warum fragen die Leute dann immer noch nach “halogenfrei” in Anführungszeichen? Weil die Einhaltung der Norm nicht immer bedeutet, dass Ihre Leiterplatte überhaupt keine Halogene enthält. IPC führt beispielsweise Tests durch, um Halogene in Leiterplatten nachzuweisen, und diese Tests erkennen in der Regel ionisch gebundene Halogene. Die meisten in Flussmitteln enthaltenen Halogene sind jedoch kovalent gebunden, sodass dieser Test sie nicht nachweisen kann. Das bedeutet, dass Sie über die Norm hinausgehen müssen, um eine wirklich halogenfreie Leiterplatte herzustellen.
Wenn Sie nach einer bestimmten Halogenquelle suchen, ist TBBPA eine davon – ein häufig in Laminaten verwendeter BFR. Um diese Quelle zu beseitigen, müssen Sie ein halogenfreies Laminat spezifizieren, beispielsweise ein Laminat auf Basis von aktivem Phosphor. Auch Ihr Flussmittel und Ihr Lot können Halogene in die Leiterplatte einbringen, daher müssen Sie mit dem Auftragsfertiger über mögliche Ersatzstoffe sprechen. Die Verwendung neuer Materialien und Verfahren auf der Leiterplatte kann schwierig sein, aber halogenfreie Schaltungen bieten einige Vorteile. Halogenfreie Leiterplatten weisen in der Regel eine gute thermische Zuverlässigkeit auf, was bedeutet, dass sie besser für den bei bleifreien Schaltungen erforderlichen Hochtemperaturprozess geeignet sind. Oft haben sie zudem eine niedrigere Dielektrizitätskonstante, was hilfreich ist, wenn Sie die Signalintegrität aufrechterhalten möchten.
Halogenfreies Leiterplattendesign
Die Vorteile halogenfreier Leiterplatten gehen mit einer höheren Komplexität einher, nicht nur bei der Fertigung, sondern auch beim Design. Ein gutes Beispiel hierfür sind halogenfreies Lot und Flussmittel. Bei halogenfreien Typen kann sich das Verhältnis zwischen Lot und Flussmittel manchmal verändern und zu Lotperlenbildung führen. Dabei bildet das Lot eine große Kugel, anstatt sich über die Lötstelle zu verteilen. Eine Möglichkeit, dies zu beheben, besteht darin, die Lötpads mithilfe einer Lötmaske deutlicher abzugrenzen. Dies hilft, die Lotpaste besser zu kontrollieren und Fehler zu reduzieren.
Viele neue Materialien unterliegen bestimmten konstruktiven Einschränkungen, daher sollten Sie sich vor der Verwendung beim Hersteller erkundigen oder selbst recherchieren. Die Auswahl an halogenfreien Leiterplatten wächst zwar, doch sind sie noch lange nicht weit verbreitet. Sie sollten sich auch mit Ihrem Auftragsfertiger in Verbindung setzen, um zu klären, ob dieser Leiterplatten aus halogenfreien Materialien herstellen kann.
Im Laufe der Zeit scheinen wir immer mehr Materialien im Alltag zu finden, die Gesundheitsrisiken bergen können. Aus diesem Grund haben Organisationen wie die IEC Normen für halogenfreie Leiterplatten entwickelt. Merken Sie sich, wo Halogene üblicherweise vorkommen, beispielsweise in BFRs, Lösungsmitteln und Isoliermaterialien, damit Sie wissen, was Sie ersetzen müssen, wenn Sie eine halogenfreie Leiterplatte benötigen. Verschiedene Standards lassen unterschiedliche Halogengehalte zu, und manche erkennen bestimmte Arten von Halogenen, andere wiederum nicht. Sie müssen sich zunächst informieren, damit Sie wissen, wo die Problembereiche in Ihrer Leiterplatte liegen. Nachdem Sie wissen, welche Materialien Sie verwenden müssen, sollten Sie sich am besten mit Ihrem Hersteller und Ihrem Auftragsfertiger abstimmen, um den besten Weg nach vorne zu finden. Möglicherweise müssen Sie das Design anpassen oder bei einigen Fertigungsschritten mit dem Auftragsfertiger zusammenarbeiten, damit Ihre Leiterplatte erfolgreich hergestellt werden kann.
