What is Halogen Free PCB？

by Topfast | quinta-feira jun 05 2025

What is a halogen-free PCB？

PCBs sem halogênio são placas de circuito impresso que não usam halogênios ou têm um teor muito baixo de halogênios na composição do material e no processo de fabricação. Os halogênios são elementos do grupo VIIA da tabela periódica e incluem o flúor (F), o cloro (Cl), o bromo (Br), o iodo (I) e o astato (At). O cloro e o bromo são frequentemente usados como retardadores de chama na fabricação tradicional de PCBs, mas essas substâncias liberam gases tóxicos quando queimadas ou em altas temperaturas, o que é prejudicial à saúde humana e ao meio ambiente.

No atual setor de fabricação de produtos eletrônicos, cada vez mais consciente em relação ao meio ambiente, os PCBs livres de halogênio (halogen-free placas de circuito impresso) se tornaram uma tendência, e cada vez mais fabricantes de PCBs e fornecedores de produtos eletrônicos estão se voltando para essa solução de placa mais ecológica.

Normas e especificações internacionais livres de halogênio

De acordo com o padrão JPCA-ES-01-2003 (Japan Circuit Association Standard) e com as definições de organizações internacionais, como a IEC (International Electrotechnical Commission):

O teor de cloro (Cl) deve estar abaixo de 900 ppm (0,09% por peso)
O teor de bromo (Br) deve estar abaixo de 900 ppm (0,09% por peso)
O conteúdo total de halogênio (Cl + Br) não deve exceder 1500 ppm (0,15% em peso)

O papel dos halogênios nos PCBs

Aplicações tradicionais de halogênios em PCBs

Na fabricação tradicional de PCBs, os halogênios (principalmente o bromo e o cloro) desempenham papéis fundamentais:

Retardamento de chamas: Os retardadores de chama bromados (BFRs), como o TBBPA (tetrabromobisfenol A), aumentam efetivamente a resistência à chama dos PCBs, atendendo aos padrões de segurança contra incêndio como o UL94 V-0.
Estabilidade do material: Os compostos halogenados melhoram a estabilidade térmica e as propriedades mecânicas dos substratos de PCB.
Assistência ao processo: Os compostos de cloro são usados na limpeza de semicondutores e em determinados tratamentos químicos durante a fabricação de PCBs.

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Riscos potenciais de materiais halogenados

Apesar de sua funcionalidade significativa, os materiais halogenados apresentam sérios problemas:

Riscos de toxicidade: Quando queimados, eles liberam substâncias altamente tóxicas, como dioxinas e furanos, que são carcinogênicos.
Riscos ambientais: São difíceis de degradar e podem se acumular nos ecossistemas, afetando a cadeia alimentar.
Desafios da reciclagem: O descarte de resíduos de PCBs contendo halogênio é complexo e pode levar à poluição secundária.
Impactos na saúde: A exposição prolongada pode causar doenças respiratórias, alergias de pele e outros problemas de saúde.

Esses riscos estão levando o setor eletrônico global a fazer uma transição gradual para alternativas livres de halogênio.

Vantagens das PCBs sem halogênio

As PCBs sem halogênio não se limitam a remover os halogênios; elas alcançam a otimização do desempenho por meio da ciência inovadora dos materiais. Aqui estão suas principais características:

Desempenho elétrico

Maior isolamento: Os materiais sem halogênio normalmente têm uma constante dielétrica (Dk) e um fator de dissipação (Df) menores, o que os torna adequados para aplicações de alta frequência.
Impedância estável: Uma estrutura de material mais uniforme ajuda a manter estáveis as características de transmissão de sinal.
Corrente de fuga baixa: A redução do risco de migração de íons melhora a confiabilidade a longo prazo.

Desempenho térmico

Temperatura de transição vítrea (Tg) mais alta: Many halogen-free materials have a Tg above 170°C.
Coeficiente de Expansão Térmica (CTE) mais baixo: Z-axis CTE is usually controlled below 50 ppm/°C, reducing thermal stress.
Melhor resistência ao calor: Can withstand high-temperature processes like lead-free soldering (above 260°C).

Desempenho mecânico

Excelente resistência do peeling: Forte adesão entre a folha de cobre e o substrato, normalmente superior a 1,3 kN/m.
Boa estabilidade dimensional: Baixa absorção de umidade (geralmente <0,3%), minimizando a deformação do processamento.
Usinabilidade superior de perfuração: Materiais especializados livres de halogênio otimizam a janela do processo de perfuração.

Características ambientais

Decomposição não tóxica: Não libera gases tóxicos halogenados quando queimado.
Reciclagem fácil: Está em conformidade com os requisitos da diretiva WEEE, facilitando o descarte de resíduos.
Certificações verdes: Atende às normas ambientais internacionais, como RoHS e REACH.

Processo e materiais de fabricação de PCBs sem halogênio

Sistemas de materiais alternativos primários

Para substituir os retardadores de chama halogenados, os PCBs sem halogênio adotam principalmente as seguintes abordagens tecnológicas:

Sistema sinérgico de fósforo e nitrogênio:

Os compostos de fósforo formam uma camada carbonizada quando aquecidos, isolando o oxigênio.
Os compostos de nitrogênio se decompõem para produzir gases não inflamáveis que diluem os combustíveis.
Os dois trabalham em sinergia para obter um retardamento de chama eficiente.

Hidróxidos metálicos:

Alguns exemplos são o hidróxido de alumínio e o hidróxido de magnésio.
Decompõe-se endotermicamente e libera vapor de água.
Ecologicamente corretos, mas exigem alta carga (50-60%).

Retardantes de chama à base de silicone:

Formar uma camada protetora de silício-carbono.
Impacto mínimo no desempenho elétrico.
Custo relativamente mais alto.

Tipos típicos de substratos livres de halogênio

Tipo de material	Características	Aplicações típicas
FR-4 livre de halogênio	Desempenho econômico e equilibrado	Eletrônicos de consumo, eletrônicos automotivos
Alta Tg livre de halogênio	Tg >170°C, heat-resistant	Equipamento de energia, iluminação LED
Livre de halogênio de alta frequência	Baixo Dk/Df, integridade do sinal	Comunicação 5G, sistemas de radar
Flexível e livre de halogênio	Flexível e leve	Dispositivos vestíveis, eletrônicos médicos
Alta condutividade térmica Sem halogênio	Condutividade térmica >1 W/mK	Módulos de energia, veículos elétricos

Processo de fabricação

A produção de PCBs sem halogênio requer os seguintes ajustes de processo:

Processo de laminação: Os perfis de temperatura podem precisar de ajustes devido às diferentes propriedades de cura das resinas sem halogênio.
Parâmetros de perfuração: Otimize a velocidade da broca/taxa de alimentação para reduzir a mancha de resina.
Tratamento de superfícieEscolha acabamentos de superfície ecologicamente corretos, como prata de imersão ou OSP.
Processo de máscara de soldaUse tintas de máscara de solda sem halogênio para evitar a contaminação cruzada.
Controle de qualidadeReforçar os testes de conteúdo de halogênio para garantir a conformidade com os padrões.

Áreas de aplicação

Vantagens em relação às PCBs tradicionais

Favorável ao meio ambiente: Mais sustentável em todo o ciclo de vida, desde a produção até o descarte.
Saúde e segurança: Protege os trabalhadores e os usuários finais da exposição a substâncias tóxicas.
Desempenho em altas temperaturas: Mais adequado para solda sem chumbo e aplicações de alta potência.
Qualidade do sinal: Menor perda de sinal em aplicações de alta frequência.
Valor da marca: Reflete a responsabilidade social corporativa e o compromisso ambiental.

Principais áreas de aplicação

Eletrônicos de consumo:

Smartphones/tablets
Laptops/TVs
Placas de controle de eletrodomésticos

Eletrônica automotiva:

Sistemas de controle de veículos elétricos
ADAS (Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista)
Sistemas de infoentretenimento no veículo

Dispositivos médicos:

Dispositivos eletrônicos implantáveis
Equipamentos de diagnóstico por imagem
Sistemas de monitoramento de pacientes

Controle industrial:

Equipamentos de automação industrial
Sistemas de controle de energia
Sistemas de controle de robótica

Equipamento de comunicação:

Equipamento de estação base 5G
Equipamentos de rede de fibra óptica
Sistemas de comunicação por satélite

Aeroespacial:

Sistemas aviônicos
Cargas úteis de satélite
Sistemas de controle de UAV (drones)

Tendências de mercado e desafios para PCBs livres de halogênio

Tendências de desenvolvimento do setor

Fatores regulatórios: Restrições globais cada vez mais rigorosas sobre halogênios.
Resposta da cadeia de suprimentos: Os principais fornecedores de materiais estão introduzindo soluções livres de halogênio.
Redução de custos: As economias de escala reduziram o prêmio de preço dos PCBs sem halogênio de 30% para 10-15%.
Melhorias no desempenho: Os materiais sem halogênio de nova geração agora igualam ou superam o desempenho dos materiais tradicionais.
Sistemas de certificação: Organizações como UL e IPC estabeleceram padrões especializados de certificação sem halogênio.

Desafios técnicos atuais

Custos de materiais: Alguns materiais sem halogênio de alto desempenho continuam caros.
Adaptação do processo: Os equipamentos e parâmetros de produção existentes podem precisar de ajustes.
Gerenciamento da cadeia de suprimentosGarantir que todas as matérias-primas e processos sejam realmente livres de halogênio.
Verificação de confiabilidadeOs dados de confiabilidade de longo prazo ainda estão sendo acumulados.
Padronização: Os padrões globais de isenção de halogênio ainda não estão totalmente unificados.

Direções de desenvolvimento futuro

Materiais nanocompostos livres de halogênio: Aprimora o desempenho abrangente.
Materiais ecológicos de base biológica: Pesquisa sobre PCBs totalmente biodegradáveis.
Aplicações de alta frequência: Adaptar-se às necessidades da tecnologia 6G e terahertz.
Integração de componentes incorporados: Combine materiais livres de halogênio com a tecnologia de incorporação de componentes.
Design assistido por IA: Otimize o equilíbrio entre desempenho e custo para PCBs sem halogênio.

Conclusão

A tecnologia de PCB sem halogênio representa o desenvolvimento de placas de circuito impresso em uma direção mais ecológica e segura.Com o rápido desenvolvimento de 5G, Internet das Coisas, novos veículos de energia e outras tecnologias emergentes, a demanda por PCBs de alto desempenho e ecologicamente corretos continuará a crescer. A tecnologia de PCB sem halogênio desempenhará um papel cada vez mais importante nesse processo, e a PCB sem halogênio está gradualmente se tornando a principal escolha. A PCB livre de halogênio está gradualmente se tornando a principal escolha, levando todo o setor de eletrônicos a um futuro mais verde e sustentável.