جدول المحتويات
What is a halogen-free PCB？
إن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين هي لوحات دوائر مطبوعة لا تستخدم الهالوجينات أو تحتوي على محتوى هالوجيني منخفض للغاية في تركيب المواد وعملية التصنيع. الهالوجينات هي عناصر في المجموعة السادسة أ من الجدول الدوري وتشمل الفلور (F) والكلور (Cl) والبروم (Br) واليود (I) والأستاتين (At). وغالباً ما يستخدم الكلور والبروم كمثبطات للهب في التصنيع التقليدي لثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولكن هذه المواد تطلق غازات سامة عند حرقها أو في درجات حرارة عالية، وهي ضارة بصحة الإنسان والبيئة.
في صناعة تصنيع الإلكترونيات التي تتسم بالوعي البيئي المتزايد اليوم، فإن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين (خالية من الهالوجين لوحات الدوائر المطبوعة) أصبح اتجاهاً، ويتجه المزيد والمزيد من مصنعي مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور وبائعي الإلكترونيات إلى هذا الحل الأكثر صداقة للبيئة للوحات.
المعايير والمواصفات الدولية الخالية من الهالوجين
وفقًا لمعيار JPCA-ES-01-2003 (معيار رابطة الدوائر الكهربائية اليابانية) وتعريفات المنظمات الدولية مثل IEC (اللجنة الكهروتقنية الدولية):
- يجب أن يكون محتوى الكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون (0.09% بالوزن)
- يجب أن يكون محتوى البروم (Br) أقل من 900 جزء في المليون (0.09% بالوزن)
- يجب ألا يتجاوز إجمالي محتوى الهالوجين (Cl + Br) 1500 جزء في المليون (0.15% بالوزن)
دور الهالوجينات في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور
الاستخدامات التقليدية للهالوجينات في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور
في تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدي، تلعب الهالوجينات (البروم والكلور بشكل أساسي) أدوارًا حاسمة:
- مثبطات اللهب: تعمل مثبطات اللهب المبرومة (BFRs) مثل TBBPA (رباعي البروموبيسفينول أ) على تعزيز مقاومة اللهب لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل فعال، مما يفي بمعايير السلامة من الحرائق مثل UL94 V-0.
- الاستقرار المادي: تعمل المركبات المهلجنة على تحسين الاستقرار الحراري والخواص الميكانيكية لركائز ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- المساعدة في العمليات: تستخدم مركبات الكلور في تنظيف أشباه الموصلات وبعض المعالجات الكيميائية أثناء تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
المخاطر المحتملة للمواد المهلجنة
على الرغم من وظيفتها الهامة، إلا أن المواد المهلجنة تطرح مشاكل خطيرة:
- مخاطر السمية: عندما يتم حرقها، فإنها تطلق مواد شديدة السمية مثل الديوكسينات والفيورانات التي تسبب السرطان.
- المخاطر البيئية: يصعب تحللها ويمكن أن تتراكم في النظم الإيكولوجية، مما يؤثر على السلسلة الغذائية.
- تحديات إعادة التدوير: إن التخلص من نفايات مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المحتوية على الهالوجين أمر معقد ويمكن أن يؤدي إلى تلوث ثانوي.
- الآثار الصحية: قد يسبب التعرض الطويل الأمد أمراض الجهاز التنفسي وحساسية الجلد ومشاكل صحية أخرى.
تدفع هذه المخاطر صناعة الإلكترونيات العالمية إلى الانتقال التدريجي إلى البدائل الخالية من الهالوجين.
مزايا مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين
لا يقتصر دور مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين على إزالة الهالوجينات؛ فهي تحقق تحسين الأداء من خلال علم المواد المبتكر. وفيما يلي خصائصها الأساسية:
الأداء الكهربائي
- عزل أعلى: عادةً ما يكون للمواد الخالية من الهالوجين ثابت عازل كهربائي (Dk) وعامل تبديد (Df) أقل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية التردد.
- المعاوقة المستقرة: يساعد الهيكل المادي الأكثر اتساقًا في الحفاظ على خصائص نقل الإشارة المستقرة.
- تيار التسرب المنخفض: انخفاض خطر انتقال الأيونات يحسن الموثوقية على المدى الطويل.
الأداء الحراري
- درجة حرارة انتقال زجاجية أعلى (Tg): Many halogen-free materials have a Tg above 170°C.
- انخفاض معامل التمدد الحراري (CTE): Z-axis CTE is usually controlled below 50 ppm/°C, reducing thermal stress.
- مقاومة أفضل للحرارة: Can withstand high-temperature processes like lead-free soldering (above 260°C).
الأداء الميكانيكي
- قوة تقشير ممتازة: التصاق قوي بين رقائق النحاس والركيزة، يتجاوز عادةً 1.3 كيلو نيوتن/متر.
- ثبات أبعاد جيد: انخفاض امتصاص الرطوبة (عادةً 0.3%)، مما يقلل من تشوه المعالجة.
- قدرة فائقة على الحفر الآلي: تعمل المواد المتخصصة الخالية من الهالوجين على تحسين نافذة عملية الحفر.
الخصائص البيئية
- التحلل غير السام: لا تطلق غازات سامة مهلجنة عند احتراقها.
- سهولة إعادة التدوير: يتوافق مع متطلبات توجيه WEEE، مما يسهل التخلص من النفايات.
- الشهادات الخضراء: يفي باللوائح البيئية الدولية مثل RoHS وREACH.
عملية تصنيع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين وموادها
أنظمة المواد البديلة الأولية
لتحل محل مثبطات اللهب المهلجنة، تعتمد مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين بشكل رئيسي على النهج التكنولوجية التالية:
- نظام التآزر بين الفوسفور والنيتروجين:
- تشكل مركبات الفوسفور طبقة مكربنة عند تسخينها، مما يعزل الأكسجين.
- تتحلل مركبات النيتروجين لتنتج غازات غير قابلة للاشتعال تخفف من المواد القابلة للاحتراق.
- يعمل الاثنان معاً بشكل تآزري لتحقيق كفاءة في تثبيط اللهب.
- هيدروكسيدات الفلزات:
- وتشمل الأمثلة هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم.
- تتحلل حرارياً وتطلق بخار الماء.
- صديقة للبيئة ولكنها تتطلب تحميلًا عاليًا (50-60%).
- مثبطات اللهب القائمة على السيليكون:
- تشكيل طبقة واقية من السيليكون والكربون.
- الحد الأدنى من التأثير على الأداء الكهربائي.
- تكلفة أعلى نسبياً.
أنواع الركائز النموذجية الخالية من الهالوجين
| نوع المادة | الخصائص | التطبيقات النموذجية |
|---|---|---|
| خالي من الهالوجين FR-4 | أداء متوازن وفعال من حيث التكلفة | الإلكترونيات الاستهلاكية وإلكترونيات السيارات |
| خالي من الهالوجين عالي Tg | Tg >170°C, heat-resistant | معدات الطاقة، إضاءة LED |
| عالية التردد خالية من الهالوجين | انخفاض Dk/Df، سلامة الإشارة | اتصالات الجيل الخامس 5G، أنظمة الرادار |
| مرنة خالية من الهالوجين | قابل للانحناء وخفيف الوزن | الأجهزة القابلة للارتداء والإلكترونيات الطبية |
| موصلية حرارية عالية خالية من الهالوجين | الموصلية الحرارية >1 وات/م كلفن | وحدات الطاقة والمركبات الكهربائية |
عملية التصنيع
يتطلب إنتاج مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين إجراء التعديلات التالية على العملية:
- عملية التصفيح: قد تحتاج ملامح درجة الحرارة إلى تعديل بسبب خصائص المعالجة المختلفة للراتنجات الخالية من الهالوجين.
- معلمات الحفر: تحسين سرعة الحفر/معدل التغذية لتقليل تشويه الراتنج.
- معالجة السطحاختر التشطيبات السطحية الصديقة للبيئة مثل الفضة الغاطسة أو OSP.
- عملية قناع اللحاماستخدم أحبار أقنعة اللحام الخالية من الهالوجين لتجنب التلوث التبادلي.
- مراقبة الجودةتعزيز اختبار المحتوى الهالوجيني لضمان الامتثال للمعايير.
مجالات التطبيق
مزايا تفوق مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية
- صديقة للبيئة: أكثر استدامة طوال دورة الحياة بأكملها، بدءًا من الإنتاج وحتى التخلص منها.
- الصحة والسلامة: يحمي العمال والمستخدمين النهائيين من التعرض للمواد السامة.
- الأداء في درجات الحرارة العالية: مناسب بشكل أفضل للحام الخالي من الرصاص والتطبيقات عالية الطاقة.
- جودة الإشارة: فقدان إشارة أقل في التطبيقات عالية التردد.
- قيمة العلامة التجارية: يعكس المسؤولية الاجتماعية للشركات والالتزام البيئي.
مجالات التطبيق الرئيسية
- الإلكترونيات الاستهلاكية:
- الهواتف الذكية/الأجهزة اللوحية
- أجهزة الكمبيوتر المحمول/التلفزيون
- لوحات التحكم في الأجهزة المنزلية
- إلكترونيات السيارات:
- أنظمة التحكم في المركبات الكهربائية
- أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)
- أنظمة المعلومات والترفيه داخل السيارة
- الأجهزة الطبية:
- الأجهزة الإلكترونية القابلة للزرع
- معدات التصوير التشخيصي
- أنظمة مراقبة المرضى
- التحكم الصناعي:
- معدات الأتمتة الصناعية
- أنظمة التحكم في الطاقة
- أنظمة التحكم في الروبوتات
- معدات الاتصالات:
- معدات المحطات القاعدية للجيل الخامس 5G
- معدات شبكة الألياف الضوئية
- أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية
- الفضاء الجوي:
- أنظمة إلكترونيات الطيران
- حمولات الأقمار الصناعية
- أنظمة التحكم في الطائرات بدون طيار (الطائرات بدون طيار)
اتجاهات السوق والتحديات التي تواجه مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين
اتجاهات تطوير الصناعة
- الدوافع التنظيمية: قيود عالمية متزايدة الصرامة على الهالوجينات.
- استجابة سلسلة التوريد: يقدم كبار موردي المواد الرئيسيين حلولاً خالية من الهالوجين.
- تخفيض التكلفة: أدت وفورات الحجم إلى خفض العلاوة السعرية لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين من 30% إلى 10-15%.
- تحسينات الأداء: مواد الجيل الجديد الخالية من الهالوجين من المواد الخالية من الهالوجين تضاهي الآن أداء المواد التقليدية أو تتفوق عليها.
- أنظمة التصديق: وضعت منظمات مثل UL وIPC معايير اعتماد متخصصة خالية من الهالوجين.
التحديات التقنية الحالية
- التكاليف المادية: تظل بعض المواد الخالية من الهالوجين عالية الأداء باهظة الثمن.
- تكييف العمليات: قد تحتاج معدات ومعايير الإنتاج الحالية إلى تعديل.
- إدارة سلسلة التوريدالتأكد من أن جميع المواد الخام والعمليات خالية من الهالوجين حقًا.
- التحقق من الموثوقيةلا تزال بيانات الموثوقية طويلة الأجل قيد التجميع.
- التوحيد القياسي: لم يتم بعد توحيد المعايير العالمية الخالية من الهالوجين بشكل كامل.
اتجاهات التنمية المستقبلية
- المواد النانوية المركبة الخالية من الهالوجين: تعزيز الأداء الشامل.
- مواد صديقة للبيئة قائمة على أساس حيوي: بحوث في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور القابلة للتحلل الحيوي بالكامل.
- التطبيقات ذات الترددات العالية: التكيف مع احتياجات تكنولوجيا الجيل السادس والتيراهيرتز.
- تكامل المكونات المدمجة: الجمع بين المواد الخالية من الهالوجين وتقنية تضمين المكونات.
- التصميم بمساعدة الذكاء الاصطناعي: تحسين التوازن بين الأداء والتكلفة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين.
الخاتمة
تمثل تكنولوجيا مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين تطوير لوحات الدوائر المطبوعة في اتجاه أكثر صداقة للبيئة وأكثر أمانًا.ومع التطور السريع للجيل الخامس 5G وإنترنت الأشياء ومركبات الطاقة الجديدة وغيرها من التقنيات الناشئة، سيستمر الطلب على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية الأداء والصديقة للبيئة في النمو. ستلعب تقنية ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالي من الهالوجين دورًا متزايد الأهمية في هذه العملية، وسيصبح ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالي من الهالوجين الخيار السائد تدريجيًا. أصبحت مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخالية من الهالوجين تدريجياً الخيار السائد، مما يدفع صناعة الإلكترونيات بأكملها نحو مستقبل أكثر خضرة واستدامة.
AR 
EN 
PT 
DE