What is Halogen Free PCB？

por Topfast | jueves Jun 05 2025

Índice

What is a halogen-free PCB？

Las placas de circuito impreso sin halógenos son placas de circuito impreso que no utilizan halógenos o que tienen un contenido muy bajo de halógenos en la composición del material y el proceso de fabricación. Los halógenos son elementos del grupo VIIA de la tabla periódica e incluyen el flúor (F), el cloro (Cl), el bromo (Br), el yodo (I) y el astato (At). El cloro y el bromo se utilizan a menudo como retardantes de llama en la fabricación tradicional de PCB, pero estas sustancias liberan gases tóxicos cuando se queman o a altas temperaturas, que son perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente.

En la industria electrónica actual, cada vez más concienciada con el medio ambiente, las placas de circuito impreso libres de halógenos (PCB) son cada vez más importantes. circuitos impresos) se han convertido en una tendencia, y cada vez son más los fabricantes de placas de circuito impreso y vendedores de productos electrónicos que recurren a esta solución de placa más respetuosa con el medio ambiente.

Normas y especificaciones internacionales sobre ausencia de halógenos

Según la norma JPCA-ES-01-2003 (Japan Circuit Association Standard) y las definiciones de organizaciones internacionales como la CEI (Comisión Electrotécnica Internacional):

El contenido de cloro (Cl) debe ser inferior a 900 ppm (0,09% en peso)
El contenido de bromo (Br) debe ser inferior a 900 ppm (0,09% en peso)
El contenido total de halógenos (Cl + Br) no debe superar 1500 ppm (0,15% en peso)

El papel de los halógenos en los PCB

Aplicaciones tradicionales de los halógenos en los PCB

En la fabricación tradicional de PCB, los halógenos (principalmente el bromo y el cloro) desempeñan un papel fundamental:

Ignifugación: Los retardantes de llama bromados (BFR) como el TBBPA (tetrabromobisfenol A) mejoran eficazmente la resistencia a la llama de los PCB, cumpliendo normas de seguridad contra incendios como la UL94 V-0.
Estabilidad del material: Los compuestos halogenados mejoran la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas de los sustratos de PCB.
Asistencia al proceso: Los compuestos de cloro se utilizan en la limpieza de semiconductores y en determinados tratamientos químicos durante la fabricación de PCB.

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Riesgos potenciales de los materiales halogenados

A pesar de su importante funcionalidad, los materiales halogenados plantean graves problemas:

Riesgos de toxicidad: Cuando se queman, liberan sustancias muy tóxicas como dioxinas y furanos, que son cancerígenos.
Riesgos medioambientales: Son difíciles de degradar y pueden acumularse en los ecosistemas, afectando a la cadena alimentaria.
Retos del reciclado: La eliminación de residuos de PCB que contienen halógenos es compleja y puede provocar contaminación secundaria.
Repercusiones sanitarias: La exposición prolongada puede provocar enfermedades respiratorias, alergias cutáneas y otros problemas de salud.

Estos riesgos están impulsando a la industria electrónica mundial a pasar gradualmente a alternativas sin halógenos.

Ventajas de los circuitos impresos sin halógenos

Las placas de circuito impreso sin halógenos no consisten simplemente en eliminar los halógenos, sino que consiguen optimizar el rendimiento gracias a la innovadora ciencia de los materiales. Estas son sus principales características:

Rendimiento eléctrico

Mayor aislamiento: Los materiales sin halógenos suelen tener una constante dieléctrica (Dk) y un factor de disipación (Df) más bajos, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.
Impedancia estable: Una estructura más uniforme del material ayuda a mantener estables las características de transmisión de la señal.
Baja corriente de fuga: La reducción del riesgo de migración de iones mejora la fiabilidad a largo plazo.

Rendimiento térmico

Mayor temperatura de transición vítrea (Tg): Many halogen-free materials have a Tg above 170°C.
Menor coeficiente de expansión térmica (CTE): Z-axis CTE is usually controlled below 50 ppm/°C, reducing thermal stress.
Mejor resistencia al calor: Can withstand high-temperature processes like lead-free soldering (above 260°C).

Rendimiento mecánico

Excelente resistencia a la exfoliación: Fuerte adherencia entre la lámina de cobre y el sustrato, normalmente superior a 1,3 kN/m.
Buena estabilidad dimensional: Baja absorción de humedad (normalmente <0,3%), minimizando la deformación de procesamiento.
Maquinabilidad de perforación superior: Los materiales especializados sin halógenos optimizan la ventana del proceso de perforación.

Características medioambientales

Descomposición no tóxica: No libera gases tóxicos halogenados al quemarse.
Reciclaje fácil: Cumple los requisitos de la directiva RAEE, lo que facilita la eliminación de residuos.
Certificaciones ecológicas: Cumple las normativas medioambientales internacionales como RoHS y REACH.

Proceso y materiales de fabricación de placas de circuito impreso sin halógenos

Sistemas primarios de materiales alternativos

Para sustituir a los retardantes de llama halogenados, los PCB sin halógenos adoptan principalmente los siguientes enfoques tecnológicos:

Sistema sinérgico de fósforo y nitrógeno:

Los compuestos de fósforo forman una capa carbonizada cuando se calientan, aislando el oxígeno.
Los compuestos de nitrógeno se descomponen para producir gases no inflamables que diluyen los combustibles.
Ambos trabajan en sinergia para lograr una ignifugación eficaz.

Hidróxidos metálicos:

Algunos ejemplos son el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio.
Se descomponen endotérmicamente y liberan vapor de agua.
Respetuosos con el medio ambiente, pero requieren una carga elevada (50-60%).

Retardantes de llama a base de silicona:

Formar una capa protectora de silicio-carbono.
Impacto mínimo en el rendimiento eléctrico.
Coste relativamente más elevado.

Tipos típicos de sustratos sin halógenos

Tipo de material	Características	Aplicaciones típicas
FR-4 sin halógenos	Rendimiento rentable y equilibrado	Electrónica de consumo, electrónica del automóvil
Sin halógenos de alta Tg	Tg >170°C, heat-resistant	Equipos eléctricos, iluminación LED
Alta frecuencia Sin halógenos	Dk/Df bajo, integridad de la señal	Comunicación 5G, sistemas de radar
Flexible sin halógenos	Plegable, ligero	Dispositivos portátiles, electrónica médica
Alta conductividad térmica Sin halógenos	Conductividad térmica >1 W/mK	Módulos de potencia, vehículos eléctricos

Proceso de fabricación

La producción de placas de circuito impreso sin halógenos requiere los siguientes ajustes del proceso:

Proceso de laminación: Los perfiles de temperatura pueden necesitar ajustes debido a las diferentes propiedades de curado de las resinas sin halógenos.
Parámetros de perforación: Optimice la velocidad de perforación/avance para reducir el manchado de resina.
Tratamiento de superficiesElija acabados de superficie respetuosos con el medio ambiente, como plata por inmersión u OSP.
Proceso de máscara de soldadura: Utilice tintas de máscara de soldadura sin halógenos para evitar la contaminación cruzada.
Control de calidadReforzar las pruebas de contenido halógeno para garantizar el cumplimiento de las normas.

Ámbitos de aplicación

Ventajas sobre las placas de circuito impreso tradicionales

Respetuoso con el medio ambiente: Más sostenible a lo largo de todo el ciclo de vida, desde la producción hasta la eliminación.
Salud y seguridad: Protege a los trabajadores y usuarios finales de la exposición a sustancias tóxicas.
Rendimiento a altas temperaturas: Más adecuado para soldaduras sin plomo y aplicaciones de alta potencia.
Calidad de la señal: Menor pérdida de señal en aplicaciones de alta frecuencia.
Valor de marca: Refleja la responsabilidad social corporativa y el compromiso medioambiental.

Principales ámbitos de aplicación

Electrónica de consumo:

Smartphones/tabletas
Portátiles/TV
Tarjetas de control de electrodomésticos

Electrónica del automóvil:

Sistemas de control de vehículos eléctricos
ADAS (Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor)
Sistemas de infoentretenimiento a bordo

Productos sanitarios:

Dispositivos electrónicos implantables
Equipos de diagnóstico por imagen
Sistemas de monitorización de pacientes

Control industrial:

Equipos de automatización industrial
Sistemas de control de potencia
Sistemas de control robótico

Equipos de comunicación:

Equipos de estación base 5G
Equipos de red de fibra óptica
Sistemas de comunicación por satélite

Aeroespacial:

Sistemas de aviónica
Carga útil de los satélites
Sistemas de control de vehículos aéreos no tripulados (drones)

Tendencias y retos del mercado de PCB sin halógenos

Tendencias de desarrollo del sector

Impulsores de la reglamentación: Restricciones mundiales cada vez más estrictas sobre los halógenos.
Respuesta de la cadena de suministro: Los principales proveedores de materiales están introduciendo soluciones sin halógenos.
Reducción de costes: Las economías de escala han reducido el sobreprecio de los PCB sin halógenos del 30% al 10-15%.
Mejoras de rendimiento: Los materiales sin halógenos de nueva generación igualan o superan ahora las prestaciones de los materiales tradicionales.
Sistemas de certificación: Organizaciones como UL e IPC han establecido normas especializadas de certificación de ausencia de halógenos.

Retos técnicos actuales

Costes de material: Algunos materiales sin halógenos de alto rendimiento siguen siendo caros.
Adaptación del proceso: Puede ser necesario ajustar los equipos y parámetros de producción existentes.
Gestión de la cadena de suministro: Garantizar que todas las materias primas y procesos estén realmente libres de halógenos.
Verificación de la fiabilidad: Todavía se están acumulando datos sobre la fiabilidad a largo plazo.
Normalización: Las normas mundiales sobre ausencia de halógenos aún no están totalmente unificadas.

Evolución futura

Materiales nanocompuestos sin halógenos: Mejorar el rendimiento global.
Materiales ecológicos de base biológica: Investigación sobre PCB totalmente biodegradables.
Aplicaciones de alta frecuencia: Adaptarse a las necesidades de la tecnología 6G y de terahercios.
Integración de componentes integrados: Combina materiales libres de halógenos con tecnología de incrustación de componentes.
Diseño asistido por IA: Optimice el equilibrio entre rendimiento y coste para placas de circuito impreso sin halógenos.

Conclusión

La tecnología de PCB sin halógenos representa el desarrollo de las placas de circuito impreso en una dirección más respetuosa con el medio ambiente y más segura.Con el rápido desarrollo de 5G, Internet de las cosas, vehículos de nueva energía y otras tecnologías emergentes, la demanda de PCB de alto rendimiento y respetuosos con el medio ambiente seguirá creciendo. La tecnología de PCB sin halógenos desempeñará un papel cada vez más importante en este proceso, y el PCB sin halógenos se está convirtiendo gradualmente en la opción principal. Los PCB sin halógenos se están convirtiendo gradualmente en la opción dominante, impulsando a toda la industria electrónica hacia un futuro más ecológico y sostenible.