PCB không chứa halogen sử dụng các hệ chất chống cháy gốc phốt pho (phosphorus) hoặc nitơ (nitrogen) để thay thế cho bromine và chlorine thường có trong vật liệu FR-4 truyền thống. Nhờ đó, khi xảy ra quá trình cháy, vật liệu này giảm đáng kể lượng khói độc và khí ăn mòn sinh ra trong quá trình đốt cháy.
Chính vì ưu điểm này, PCB Halogen-Free ngày càng trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều lĩnh vực như điện tử tiêu dùng, ô tô, thiết bị y tế và hệ thống công nghiệp, nơi độ tin cậy của sản phẩm và việc tuân thủ các quy định về môi trường và an toàn (như RoHS) là những yêu cầu bắt buộc.
Hình 1. Mặt cắt của bo mạch PCB sử dụng tấm nền không chứa halogen.
1. Vì sao mạch in không chứa Halogen (Halogen-Free PCB) đang trở thành tiêu chuẩn bắt buộc trong ngành điện tử
1.1. Xu hướng chuyển đổi từ vật liệu FR4 truyền thống sang PCB không chứa Halogen
Vật liệu FR-4 truyền thống sử dụng nhựa epoxy chứa brom (brominated epoxy resin) để đạt được cấp chống cháy UL94 V-0. Mặc dù giải pháp này mang lại hiệu quả cao về khả năng chống cháy, nhưng các hợp chất halogen trong vật liệu có thể giải phóng khí hydrogen bromide (HBr) và hydrogen chloride (HCl) khi xảy ra cháy. Các khí này tạo ra khói độc và có tính ăn mòn mạnh, gây nguy hiểm cho con người cũng như thiết bị điện tử xung quanh.
Ngược lại, PCB Halogen-Free loại bỏ nguy cơ này bằng cách sử dụng các hệ chất chống cháy thay thế, thường dựa trên phốt pho (phosphorus) hoặc nitơ (nitrogen) thay vì brom hoặc chlorine.
Hiện nay, nhiều nhà sản xuất PCB đã cung cấp lựa chọn tấm nền không chứa Halogen cho khách hàng, cho phép duy trì các đặc tính cơ học và điện học tương đương với FR-4 truyền thống, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường và an toàn quốc tế như RoHS, REACH và IEC 61249-2-21.
1.2. Yếu tố pháp lý và nhu cầu thị trường thúc đẩy sự xu hướng bo mạch không chứa Halogen
Các quy định toàn cầu về môi trường và an toàn đã thúc đẩy mạnh mẽ việc áp dụng vật liệu không chứa halogen. Ví dụ như chỉ thị RoHS của Liên minh châu Âu (EU RoHS Directive) về việc hạn chế việc sử dụng các chất chống cháy chứa brom và clo. Thực tế hiện nay, nhiều nhà sản xuất OEM (nhà sản xuất thiết bị gốc) yêu cầu tổng hàm lượng halogen trong vật liệu phải dưới 1500 ppm.
Trong các lĩnh vực như ô tô và thiết bị y tế, các yêu cầu về LSZH (Low Smoke Zero Halogen – ít khói, không halogen) đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc nhằm đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra cháy.
Dựa trên dữ liệu thị trường, việc sử dụng Halogen-Free PCB đang tăng trưởng khoảng 12–15% mỗi năm, khi ngày càng nhiều thương hiệu ưu tiên các mục tiêu ESG (Environmental, Social, Governance) và đảm bảo tuân thủ các quy định trong chuỗi cung ứng toàn cầu.
2. Halogen-Free PCB là gì?
Theo tiêu chuẩn IEC 61249-2-21, Halogen-Free PCB được định nghĩa là bo mạch có hàm lượng brom (Br) và chlorine (Cl) mỗi loại dưới 900 ppm và tổng hàm lượng halogen không vượt quá 1500 ppm. Quy định này áp dụng cho toàn bộ cấu trúc của bo mạch, bao gồm vật liệu laminate lõi PCB, lớp prepreg và lớp solder mask (lớp phủ chống hàn)…
Để đảm bảo tuân thủ các yêu cầu này, các nhà sản xuất PCB cần tiến hành kiểm tra và xác nhận thông qua các phòng thử nghiệm độc lập bên thứ ba đối với mỗi lô sản xuất. Kết quả kiểm tra được cung cấp dưới dạng chứng nhận rõ ràng, giúp khách hàng dễ dàng xác minh tính tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và kỹ thuật của bo mạch.
Hình 2. Vật liệu để chế tạo mạch in không chứa Halogen.
2.1. PCB Halogen-Free khác gì so với FR-4 truyền thống?
FR-4 tiêu chuẩn sử dụng tetrabromobisphenol A (TBBPA) làm chất chống cháy (flame retardant). Trong khi đó, vật liệu Halogen-Free sử dụng các hệ chất chống cháy dựa trên phốt pho – nitơ (phosphorus–nitrogen) hoặc hydroxide kim loại để thay thế các hợp chất chứa halogen.
Về đặc tính điện, các thông số như hằng số điện môi (Dk) và hệ số tổn hao điện môi (Df) của vật liệu Halogen-Free khá tương đương với FR-4 tiêu chuẩn. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, vật liệu Halogen-Free còn thể hiện độ ổn định nhiệt tốt hơn và khả năng hấp thụ ẩm thấp hơn.
Điểm khác biệt chính nằm ở chi phí vật liệu, khi PCB Halogen-Free thường có giá cao hơn khoảng 8–20% so với FR-4 truyền thống. Tuy vậy, mức chi phí tăng này thường được bù đắp bởi các lợi ích về an toàn, giảm phát sinh khí độc khi cháy và khả năng đáp ứng các quy định môi trường nghiêm ngặt.
| Parameter | Standard FR-4 | Halogen Free FR-4 | Notes |
| Halogen Content (Br/Cl) | >900 ppm | <900 ppm each | IEC 61249-2-21 compliant |
| Tg (DSC) | 130–140°C | 135–175°C | Higher Tg options available |
| Td (5% weight loss) | 310–330°C | 340–380°C | Better thermal endurance |
| Dk (@1GHz) | 4.3–4.7 | 4.2–4.6 | Comparable for most designs |
| Df (@1GHz) | 0.018–0.022 | 0.016–0.020 | Slightly lower loss |
| Moisture Absorption | 0.15–0.20% | 0.08–0.12% | Improved reliability |
2.2. Lời khuyên khi lựa chọn vật liệu không chứa Halogen với các ứng dụng khác nhau
Đối với các sản phẩm điện tử tiêu dùng nhạy cảm về chi phí, việc sử dụng FR-4 Halogen-Free tiêu chuẩn thường là lựa chọn phù hợp vì vẫn đảm bảo hiệu năng cần thiết trong khi giữ chi phí ở mức hợp lý.
Trong khi đó, các ứng dụng trong lĩnh vực ô tô và công nghiệp thường được hưởng lợi từ các vật liệu Halogen-Free có Tg cao (High-Tg), nhờ khả năng chịu nhiệt tốt hơn và độ ổn định cao trong môi trường làm việc khắc nghiệt.
Đối với các thiết kế RF hoặc mạch số tốc độ cao (high-speed digital), nên lựa chọn các loại vật liệu Halogen-Free có tổn hao thấp (low-loss grades) nhằm giảm suy hao tín hiệu và cải thiện hiệu suất truyền dẫn.
3. Các lưu ý khi đặt mạch không chứa Halogen tại Hatakey
Hiện nay, các nhà máy đối tác của Hatakey đã cung cấp dịch vụ sản xuất mạch in từ vật liệu không chứa Halogen đối với mạch PCB từ 1-32 lớp. Trước khi tiến hành đặt mạch, quý khách hàng hãy tham khảo một số lưu ý dưới đây để tránh các sai sót không đáng có.
3.1. Các Quy Tắc DFM Quan Trọng cho PCB Halogen-Free
Vật liệu laminate Halogen-Free có thể giòn hơn một chút so với FR-4 truyền thống, vì vậy cần tuân thủ các quy tắc DFM (Design for Manufacturability) sau:
-
Chiều rộng và khoảng cách đường mạch tối thiểu: 0.1 / 0.1 mm
-
Vành đệm lỗ khoan (annular ring): ≥ 0.15 mm
Ngoài ra, nên tránh các góc nhọn (acute angles) trong thiết kế đồng vì chúng có thể gây tập trung ứng suất (stress concentration) trong quá trình ép laminate (lamination), từ đó làm tăng nguy cơ nứt hoặc tách lớp.
Việc thiết lập độ mở solder mask (solder mask expansion) cũng cần được xác định cẩn thận, thường trong khoảng 0.05–0.075 mm, do vật liệu solder mask Halogen-Free có đặc tính chảy và phủ khác với loại truyền thống.
3.2. Quy Trình Sản Xuất và Kiểm Soát Chất Lượng Tiên Tiến
Khi đặt mạch tại Hatakey, mạch in không chứa Halogen sẽ được sản xuất theo quy trình phủ solder mask LPI (Liquid Photoimageable) hoàn toàn tự động kết hợp với công nghệ Laser Direct Imaging (LDI), cho phép căn chỉnh chính xác với sai số khoảng ±0.025 mm.
Tất cả các tấm Halogen-Free PCB đều trải qua các bước kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt, bao gồm:
- Kiểm tra X-ray
- Kiểm tra trở kháng (impedance testing)
Ngoài ra, mỗi lô sản xuất đều có báo cáo xác nhận hàm lượng halogen, giúp đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc vật liệu (traceability) và sự tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.
Tất cả sản phẩm đều được cung cấp tài liệu chứng nhận RoHS và Halogen-Free đầy đủ, đảm bảo chất lượng ổn định và tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế.
Hình 3. Thông số mạch pcb 16 lớp sản xuất trên vật liệu halogen-free.
4. Kết luận
Halogen-Free PCB mang lại những cải thiện rõ rệt về an toàn, độ tin cậy và khả năng tuân thủ các quy định môi trường, trong khi vẫn duy trì hiệu suất điện tương đương với vật liệu FR-4 truyền thống.
Từ thiết bị điện tử tiêu dùng cho đến các hệ thống quan trọng yêu cầu độ tin cậy cao, việc chuyển sang vật liệu PCB không chứa halogen không còn là một lựa chọn — mà đã trở thành một yêu cầu tiêu chuẩn của ngành điện tử hiện đại.
Khi lựa chọn Hatakey làm đối tác sản xuất cho các dự án của mình, bạn sẽ hoàn toàn yên tâm về chất lượng sản phẩm cũng như thời gian giao hàng bởi những ưu thế của chúng tôi:
- Kinh nghiệm sản xuất quy mô lớn trong nhiều năm
- Quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt
- Đội ngũ kỹ thuật tư vấn báo giá chuyên nghiệp
- Hỗ trợ Kiểm tra DFM miễn phí
- Dịch vụ giao hàng nhanh