IEC on asettanut halogeenittomia standardeja piirilevyvalmistajille, mutta mikä on oikeastaan halogeeniton piirilevy? Elektroniikkatuotteet sisältävät tiettyjä materiaaleja. Nämä materiaalit saattavat sisältää halogeeneja sallitun enimmäismäärän verran. “Halogeenittoman piirilevyn” valmistamiseksi on korvattava joitakin materiaaleja tai vähennettävä niiden käyttöä piirilevyllä. On myös päätettävä, kuinka paljon halogeenia piirissä saa jäädä. Jotkin korvaavat materiaalit vaativat erityistä huomiota suunnittelussa, ja tämäkin on otettava huomioon.
PCB-yhdisteiden sisältämät halogeenit
Jos kysyt useimmilta suunnittelijoilta, missä halogeeneja esiintyy piirilevyissä, he eivät välttämättä osaa vastata varmasti. Halogeeneja löytyy yleensä bromoiduista palonestoaineista (BFR), klooratuista liuottimista ja polyvinyylikloridista (PVC). Halogeenit eivät ole aina vaarallisia kaikissa muodoissaan tai kaikilla pitoisuuksillaan. PVC-putken koskettaminen tai vesijohtoveden juominen ei aiheuta terveysongelmia. Mutta jos poltat kyseisen putken ja hengität sisään kloorikaasua, jota vapautuu muovin hajoamisen yhteydessä, tilanne on aivan toinen. Tämä on elektroniikan halogeenien suurin ongelma. Ne voivat vapautua piirilevyn elinkaaren lopussa. Missä siis halogeeneja esiintyy piirilevyssä?
Kuten tiedätte, PVC:tä käytetään paitsi putkissa myös johtojen eristyksessä, joten se voi olla halogeenien lähde. Kloorattuja liuottimia voidaan käyttää piirilevyjen puhdistamiseen valmistuksen aikana. BFR-yhdisteitä käytetään piirilevyjen laminaateissa palovaaran vähentämiseksi. Nyt kun olemme käyneet läpi piirien tärkeimmät halogeenilähteet, mitä meidän pitäisi tehdä?
Halogeeniton piirilevy
Aivan kuten RoHS-direktiivin lyijytön säännös, myös halogeeniton standardi edellyttää sopimusvalmistajalta uusien materiaalien ja valmistusmenetelmien käyttöä. Kuten kaikilla eri ryhmien asettamilla standardeilla, myös “halogeenittomalla” on omat selkeät rajansa. IEC määrittelee halogeenittomuuden siten, että kloorin ja bromin pitoisuus on alle 900 ppm ja halogeenien kokonaispitoisuus alle 1 500 ppm. Myös RoHS-direktiivillä on omat rajansa.
Miksi ihmiset sitten edelleen pyytävät “halogeenittomia” tuotteita lainausmerkeissä? Koska standardin täyttäminen ei aina tarkoita, että piirilevyssä ei olisi lainkaan halogeeneja. Esimerkiksi IPC:llä on testejä piirilevyjen halogeenipitoisuuden määrittämiseksi, ja nämä testit havaitsevat yleensä ionisidoksissa olevat halogeenit. Suurin osa juotteessa esiintyvistä halogeeneista on kuitenkin kovalenttisesti sidottuja, joten tämä testi ei pysty havaitsemaan niitä. Tämä tarkoittaa, että aidosti halogeenittoman piirilevyn valmistamiseksi standardin vaatimukset on ylitettävä.
Jos etsit tiettyä halogeenilähdettä, yksi niistä on TBBPA, joka on laminaateissa yleisesti käytetty BFR-yhdiste. Tämän lähteen poistamiseksi sinun on määritettävä halogeeniton laminaatti, kuten aktiivifosforipohjainen laminaatti. Myös juotosaine ja juote voivat tuoda halogeeneja piirilevyyn, joten sinun on keskusteltava valmistajan kanssa mahdollisista korvaavista aineista. Uusien materiaalien ja menetelmien käyttö piirilevyllä voi olla haastavaa, mutta halogeenittomilla piirilevyillä on joitakin etuja. Halogeenittomilla piirilevyillä on yleensä hyvä lämpöluotettavuus, mikä tarkoittaa, että ne sopivat paremmin lyijyttömien piirien valmistuksessa tarvittaviin korkean lämpötilan prosesseihin. Niillä on myös usein alhaisempi dielektrisyysvakio, mikä auttaa signaalin eheyden säilyttämisessä.
Halogeeniton piirilevyn suunnittelu
Halogeenittomien piirilevyjen edut tulevat monimutkaisuuden kustannuksella, ei ainoastaan valmistuksessa vaan myös suunnittelussa. Hyvä esimerkki tästä ovat halogeenittomat juotosmetallit ja juotosfluksit. Halogeenittomat tyypit voivat toisinaan muuttaa juotteen ja juotosfluksin välistä suhdetta ja aiheuttaa juotteen palloutumista. Tällöin juote muodostaa yhden suuren pallon sen sijaan, että se leviäisi liitoksen yli. Yksi tapa ratkaista tämä on käyttää juotosmaskia, jolla padit voidaan rajata selkeämmin. Tämä auttaa hallitsemaan juotospastaa ja vähentää virheitä.
Monilla uusilla materiaaleilla on omat suunnittelurajoituksensa, joten niiden käyttöä ennen kannattaa ehkä tarkistaa asia valmistajalta tai tehdä hieman taustatutkimusta. Halogeenittomien piirilevyjen määrä kasvaa, mutta ne eivät ole vielä lainkaan yleisiä. Kannattaa myös keskustella valmistajan kanssa siitä, voiko tämä valmistaa piirilevyjä halogeenittomista materiaaleista.
Ajan myötä näyttää siltä, että arjessa käytetään yhä enemmän materiaaleja, jotka saattavat aiheuttaa terveysriskejä. Tästä syystä IEC:n kaltaiset järjestöt ovat kehittäneet halogeenittomia piirilevyjä koskevia standardeja. Muista, missä halogeeneja yleensä esiintyy – esimerkiksi BFR-yhdisteissä, liuottimissa ja eristemateriaaleissa –, jotta tiedät, mitä osia on vaihdettava, jos tarvitset halogeenittoman piirilevyn. Eri standardit sallivat erilaisia halogeenipitoisuuksia, ja jotkut standardit saattavat havaita tiettyjä halogeeneja, toiset taas eivät. Sinun on ensin tehtävä taustatutkimusta, jotta tiedät, missä piirilevyn ongelmakohdat sijaitsevat. Kun tiedät, mitä materiaaleja käyttää, on parasta tarkistaa asia valmistajan ja sopimusvalmistajan (CM) kanssa, jotta löydät parhaan etenemistavan. Saatat joutua mukauttamaan suunnittelua tai tekemään yhteistyötä valmistajan kanssa joissakin valmistusvaiheissa, jotta piirilevy voidaan valmistaa onnistuneesti.
