What is Halogen Free PCB？

by Topfast | jeudi Juin 05 2025

Table des matières

What is a halogen-free PCB？

Les circuits imprimés sans halogène sont des circuits imprimés qui n'utilisent pas d'halogènes ou qui ont une très faible teneur en halogènes dans la composition des matériaux et le processus de fabrication. Les halogènes sont des éléments du groupe VIIA du tableau périodique et comprennent le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l'iode (I) et l'astate (At). Le chlore et le brome sont souvent utilisés comme retardateurs de flamme dans la fabrication traditionnelle des PCB, mais ces substances dégagent des gaz toxiques lorsqu'elles sont brûlées ou à haute température, ce qui est nocif pour la santé humaine et l'environnement.

Dans l&#8217industrie électronique d&#8217aujourd&#8217hui, de plus en plus soucieuse de l&#8217environnement, les circuits imprimés sans halogène (PCB sans halogène) sont une nécessité. cartes de circuits imprimés) sont devenus une tendance, et de plus en plus de fabricants de circuits imprimés et de vendeurs d'électronique se tournent vers cette solution plus respectueuse de l'environnement.

Normes et spécifications internationales sans halogène

Conformément à la norme JPCA-ES-01-2003 (Japan Circuit Association Standard) et aux définitions d'organisations internationales telles que la CEI (Commission électrotechnique internationale) :

La teneur en chlore (Cl) doit être inférieure à 900 ppm (0,09 % en poids).
La teneur en brome (Br) doit être inférieure à 900 ppm (0,09 % en poids).
La teneur totale en halogènes (Cl + Br) ne doit pas dépasser 1500 ppm (0,15 % en poids).

Le rôle des halogènes dans les PCB

Applications traditionnelles des halogènes dans les PCB

Dans la fabrication traditionnelle des circuits imprimés, les halogènes (principalement le brome et le chlore) jouent un rôle essentiel :

Retardateur de flamme: Les retardateurs de flamme bromés (RFB) tels que le TBBPA (tétrabromobisphénol A) améliorent efficacement la résistance à la flamme des PCB, répondant ainsi aux normes de sécurité incendie telles que UL94 V-0.
Stabilité des matériaux: Les composés halogénés améliorent la stabilité thermique et les propriétés mécaniques des substrats de PCB.
Assistance au processus: Les composés chlorés sont utilisés dans le nettoyage des semi-conducteurs et dans certains traitements chimiques au cours de la fabrication des circuits imprimés.

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Risques potentiels des substances halogénées

Malgré leur fonctionnalité importante, les matériaux halogénés posent de sérieux problèmes :

Risques de toxicité: En brûlant, ils libèrent des substances hautement toxiques comme les dioxines et les furannes, qui sont cancérigènes.
Dangers pour l'environnement: Ils sont difficiles à dégrader et peuvent s'accumuler dans les écosystèmes, affectant la chaîne alimentaire.
Les défis du recyclage: L'élimination des PCB halogénés est complexe et peut entraîner une pollution secondaire.
Impacts sur la santé: L'exposition à long terme peut provoquer des maladies respiratoires, des allergies cutanées et d'autres problèmes de santé.

Ces risques incitent l'industrie électronique mondiale à passer progressivement à des solutions de remplacement sans halogène.

Avantages des PCB sans halogène

Les circuits imprimés sans halogène ne se limitent pas à l'élimination des halogènes ; ils optimisent les performances grâce à une science des matériaux innovante. Voici leurs principales caractéristiques :

Performance électrique

Une meilleure isolation: Les matériaux sans halogène ont généralement une constante diélectrique (Dk) et un facteur de dissipation (Df) plus faibles, ce qui les rend adaptés aux applications à haute fréquence.
Impédance stable: Une structure matérielle plus uniforme permet de maintenir des caractéristiques de transmission de signal stables.
Faible courant de fuite: La réduction du risque de migration des ions améliore la fiabilité à long terme.

Performance thermique

Température de transition vitreuse (Tg) plus élevée: Many halogen-free materials have a Tg above 170°C.
Coefficient de dilatation thermique (CTE) inférieur: Z-axis CTE is usually controlled below 50 ppm/°C, reducing thermal stress.
Meilleure résistance à la chaleur: Can withstand high-temperature processes like lead-free soldering (above 260°C).

Performance mécanique

Excellente force de peeling: Forte adhérence entre la feuille de cuivre et le substrat, dépassant généralement 1,3 kN/m.
Bonne stabilité dimensionnelle: Faible absorption d'humidité (généralement 0,3 %), minimisant les déformations dues au traitement.
Usinabilité supérieure du perçage: Des matériaux spécialisés sans halogène optimisent la fenêtre du processus de forage.

Caractéristiques environnementales

Décomposition non toxique: Ne dégage pas de gaz toxiques halogénés en cas de combustion.
Recyclage facile: Conforme aux exigences de la directive DEEE, facilitant l'élimination des déchets.
Certifications vertes: Conforme aux réglementations environnementales internationales telles que RoHS et REACH.

Processus et matériaux de fabrication de circuits imprimés sans halogène

Systèmes de matériaux alternatifs primaires

Pour remplacer les retardateurs de flamme halogénés, les PCB sans halogène adoptent principalement les approches technologiques suivantes :

Système synergique phosphore-azote:

Les composés phosphorés forment une couche carbonisée lorsqu'ils sont chauffés, isolant ainsi l'oxygène.
Les composés azotés se décomposent pour produire des gaz ininflammables qui diluent les combustibles.
Les deux agissent en synergie pour obtenir un retardateur de flamme efficace.

Hydroxydes métalliques:

L'hydroxyde d'aluminium et l'hydroxyde de magnésium en sont des exemples.
Se décomposent de manière endothermique et libèrent de la vapeur d'eau.
Respectueux de l'environnement mais nécessitant une charge élevée (50-60%).

Retardateurs de flamme à base de silicium:

Former une couche protectrice silicium-carbone.
Impact minimal sur les performances électriques.
Coût relativement plus élevé.

Types de substrats typiques sans halogène

Type de matériau	Caractéristiques	Applications typiques
FR-4 sans halogène	Des performances équilibrées et rentables	Électronique grand public, électronique automobile
Sans halogène High-Tg	Tg >170°C, heat-resistant	Équipement électrique, éclairage LED
Haute fréquence Sans halogène	Faible Dk/Df, intégrité du signal	Communication 5G, systèmes radar
Flexible Sans halogène	Pliable, léger	Appareils portables, électronique médicale
Haute conductivité thermique Sans halogène	Conductivité thermique >1 W/mK	Modules de puissance, véhicules électriques

Processus de fabrication

La production de circuits imprimés sans halogène nécessite les ajustements de processus suivants :

Processus de laminage: Les profils de température peuvent nécessiter des ajustements en raison des différentes propriétés de durcissement des résines sans halogène.
Paramètres de forage: Optimiser la vitesse du foret et le taux d'avance pour réduire le maculage de la résine.
Traitement de surfaceChoisissez des finitions de surface respectueuses de l'environnement telles que l'argent par immersion ou l'OSP.
Processus du masque de soudureUtiliser des encres pour masques de soudure sans halogène afin d'éviter toute contamination croisée.
Contrôle de la qualitéRenforcer les tests sur la teneur en halogène pour garantir la conformité avec les normes.

Domaines d'application

Avantages par rapport aux circuits imprimés traditionnels

Respect de l'environnement: Plus durable tout au long du cycle de vie, de la production à l'élimination.
Santé et sécurité: Protège les travailleurs et les utilisateurs finaux contre l'exposition aux substances toxiques.
Performance à haute température: Mieux adapté au brasage sans plomb et aux applications de haute puissance.
Qualité du signal: Réduction de la perte de signal dans les applications à haute fréquence.
Valeur de la marque: Reflète la responsabilité sociale de l'entreprise et son engagement en faveur de l'environnement.

Principaux domaines d'application

Électronique grand public:

Smartphones/tablettes
Ordinateurs portables/TV
Tableaux de commande d'appareils ménagers

Électronique automobile:

Systèmes de contrôle des véhicules électriques
ADAS (systèmes avancés d'aide à la conduite)
Systèmes d'info-divertissement embarqués

Dispositifs médicaux:

Dispositifs électroniques implantables
Équipement d'imagerie diagnostique
Systèmes de surveillance des patients

Contrôle industriel:

Équipement d'automatisation industrielle
Systèmes de contrôle de l'énergie
Systèmes de contrôle robotique

Équipements de communication:

Équipement de station de base 5G
Équipement de réseau à fibres optiques
Systèmes de communication par satellite

Aérospatiale:

Systèmes avioniques
Charges utiles des satellites
Systèmes de contrôle des UAV (drones)

Tendances du marché et défis pour les PCB sans halogène

Tendances de développement de l'industrie

Facteurs réglementaires: Restrictions mondiales de plus en plus strictes sur les halogènes.
Réponse de la chaîne d'approvisionnement: Les principaux fournisseurs de matériaux introduisent des solutions sans halogène.
Réduction des coûts: Les économies d'échelle ont réduit la prime de prix pour les PCB sans halogène de 30 % à 10-15 %.
Amélioration des performances: Les matériaux sans halogène de nouvelle génération atteignent ou dépassent désormais les performances des matériaux traditionnels.
Systèmes de certification: Des organisations telles que UL et IPC ont établi des normes de certification spécialisées pour les produits sans halogène.

Défis techniques actuels

Coûts des matériaux: Certains matériaux sans halogène très performants restent chers.
Adaptation du processus: L'équipement et les paramètres de production existants peuvent nécessiter des ajustements.
Gestion de la chaîne d'approvisionnement: Veiller à ce que toutes les matières premières et tous les processus soient véritablement exempts d'halogènes.
Vérification de la fiabilité: Les données relatives à la fiabilité à long terme sont encore en cours d'accumulation.
Normalisation: Les normes mondiales en matière d'absence d'halogènes ne sont pas encore totalement unifiées.

Orientations futures du développement

Matériaux nanocomposites sans halogène: Améliorer les performances globales.
Matériaux écologiques biosourcés: Recherche sur les PCB entièrement biodégradables.
Applications à haute fréquence: S'adapter aux besoins des technologies 6G et térahertz.
Intégration de composants embarqués: Combinez des matériaux sans halogène avec la technologie d'intégration des composants.
Conception assistée par l'IA: Optimiser l'équilibre entre performance et coût pour les circuits imprimés sans halogène.

Conclusion

La technologie des circuits imprimés sans halogène représente le développement des circuits imprimés dans une direction plus respectueuse de l'environnement et plus sûre.Avec le développement rapide de la 5G, de l'internet des objets, des véhicules à énergie nouvelle et d'autres technologies émergentes, la demande de circuits imprimés performants et respectueux de l'environnement va continuer à croître. La technologie des PCB sans halogène jouera un rôle de plus en plus important dans ce processus, et les PCB sans halogène deviennent progressivement le choix le plus courant. Le circuit imprimé sans halogène devient progressivement le choix du grand public, entraînant l'ensemble de l'industrie électronique vers un avenir plus vert et plus durable.