IEC đã ban hành các tiêu chuẩn không chứa halogen dành cho các nhà sản xuất bảng mạch in (PCB), nhưng thực chất “bảng mạch in không chứa halogen” là gì? Các sản phẩm điện tử thường chứa một số vật liệu cụ thể. Những vật liệu này có thể chứa halogen ở mức tối đa cho phép. Để tạo ra một “bảng mạch in không chứa halogen”, bạn cần thay thế một số vật liệu hoặc giảm lượng sử dụng của chúng trên bảng mạch. Bạn cũng cần quyết định lượng halogen tối đa được phép còn lại trong mạch. Một số vật liệu thay thế yêu cầu sự chú ý đặc biệt trong thiết kế, và bạn cũng cần xem xét điều này.
Các hợp chất halogen trong PCB
Nếu bạn hỏi hầu hết các nhà thiết kế rằng halogen có trong những bộ phận nào của bảng mạch in (PCB), họ có thể không chắc chắn. Halogens thường có trong các chất chống cháy chứa brom (BFR), dung môi chứa clo và polyvinyl clorua (PVC). Halogens không phải lúc nào cũng nguy hiểm ở mọi dạng hay ở mọi nồng độ. Việc cầm một ống PVC hay uống nước máy sẽ không gây ra vấn đề sức khỏe. Nhưng nếu bạn đốt ống đó và hít phải khí clo thoát ra khi nhựa bị phân hủy, thì đó lại là một vấn đề khác. Đây là vấn đề chính với halogen trong thiết bị điện tử. Chúng có thể được giải phóng vào cuối vòng đời của PCB. Vậy halogen được tìm thấy ở đâu trong bảng mạch?
Như các bạn đã biết, PVC không chỉ được sử dụng trong ống dẫn mà còn trong lớp cách điện của dây điện, do đó nó có thể là nguồn phát sinh halogen. Các dung môi clo hóa có thể được sử dụng để làm sạch bảng mạch in (PCB) trong quá trình sản xuất. Các chất chống cháy chứa brom (BFR) được sử dụng trong vật liệu ép lớp của PCB để giảm nguy cơ cháy nổ. Giờ đây, khi chúng ta đã xác định được các nguồn halogen chính trong mạch điện, chúng ta nên làm gì?
Bảng mạch in không chứa halogen
Giống như quy định không chứa chì của RoHS, tiêu chuẩn không chứa halogen yêu cầu các nhà sản xuất linh kiện (CM) sử dụng vật liệu mới và phương pháp sản xuất mới. Giống như bất kỳ tiêu chuẩn nào do các tổ chức khác nhau ban hành, khái niệm “không chứa halogen” cũng có những giới hạn rõ ràng riêng. IEC định nghĩa “không chứa halogen” là hàm lượng clo và brom dưới 900 ppm, và tổng hàm lượng halogen dưới 1.500 ppm. RoHS cũng có những giới hạn riêng của mình.
Vậy tại sao mọi người vẫn yêu cầu “không chứa halogen” trong ngoặc kép? Bởi vì việc đáp ứng tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng có nghĩa là PCB của bạn hoàn toàn không chứa halogen. Ví dụ, IPC có các bài kiểm tra để phát hiện halogen trong PCB, và các bài kiểm tra này thường phát hiện halogen liên kết ion. Tuy nhiên, hầu hết halogen có trong chất hàn đều liên kết cộng hóa trị, nên bài kiểm tra này không thể phát hiện chúng. Điều này có nghĩa là để sản xuất một bảng mạch thực sự không chứa halogen, bạn cần phải vượt qua tiêu chuẩn.
Nếu bạn đang tìm kiếm một nguồn halogen cụ thể, đó chính là TBBPA, một chất chống cháy (BFR) thường được sử dụng trong vật liệu laminate. Để loại bỏ nguồn halogen này, bạn cần chỉ định sử dụng vật liệu laminate không chứa halogen, chẳng hạn như vật liệu laminate dựa trên phốt pho hoạt tính. Chất hàn và chất trợ hàn của bạn cũng có thể đưa halogen vào bảng mạch in (PCB), do đó bạn cũng cần thảo luận với nhà sản xuất (CM) về các lựa chọn thay thế khả thi cho các thành phần này. Việc sử dụng vật liệu và phương pháp mới trên bảng mạch có thể khó khăn, nhưng mạch không chứa halogen có một số lợi ích. PCB không chứa halogen thường có độ tin cậy nhiệt tốt, có nghĩa là chúng phù hợp hơn với quy trình nhiệt độ cao cần thiết cho mạch không chì. Chúng cũng thường có hằng số điện môi thấp hơn, điều này rất hữu ích nếu bạn muốn duy trì tính toàn vẹn tín hiệu.
Thiết kế bảng mạch không chứa halogen
Những lợi ích của bảng mạch không chứa halogen đi kèm với sự phức tạp hơn, không chỉ trong quá trình sản xuất mà còn trong thiết kế. Một ví dụ điển hình là chất hàn và chất trợ hàn không chứa halogen. Các loại không chứa halogen đôi khi có thể thay đổi tỷ lệ giữa chất hàn và chất trợ hàn, dẫn đến hiện tượng chất hàn tạo thành hạt. Đây là hiện tượng chất hàn tạo thành một quả cầu lớn thay vì lan rộng trên mối hàn. Một cách để giải quyết vấn đề này là sử dụng lớp phủ chống hàn để xác định các điểm hàn rõ ràng hơn. Điều này giúp kiểm soát bột hàn và giảm thiểu các khuyết tật.
Nhiều loại vật liệu mới có những hạn chế riêng về mặt thiết kế, vì vậy bạn có thể cần liên hệ với nhà sản xuất hoặc tìm hiểu kỹ trước khi sử dụng chúng. Số lượng bảng mạch không chứa halogen đang ngày càng tăng, nhưng chúng vẫn chưa phổ biến. Bạn cũng nên trao đổi với nhà sản xuất (CM) để xem họ có thể sản xuất PCB bằng vật liệu không chứa halogen hay không.
Theo thời gian, chúng ta dường như phát hiện ra ngày càng nhiều vật liệu được sử dụng trong đời sống hàng ngày có thể gây ra các rủi ro cho sức khỏe. Đây chính là lý do tại sao các tổ chức như IEC đã phát triển các tiêu chuẩn về bảng mạch không chứa halogen. Hãy ghi nhớ những nơi thường chứa halogen, chẳng hạn như BFR, dung môi và vật liệu cách điện, để bạn biết cần thay thế những thành phần nào nếu cần sử dụng bảng mạch không chứa halogen. Các tiêu chuẩn khác nhau cho phép các mức halogen khác nhau, và một số tiêu chuẩn có thể phát hiện hoặc không phát hiện được một số loại halogen nhất định. Bạn cần nghiên cứu trước để biết được những khu vực nào trên PCB của mình có vấn đề. Sau khi biết nên sử dụng vật liệu nào, tốt nhất là bạn nên kiểm tra với nhà sản xuất và CM để tìm ra phương án tốt nhất. Bạn có thể cần điều chỉnh thiết kế hoặc làm việc với CM về một số bước sản xuất để bảng mạch của bạn có thể được chế tạo thành công.
