Besserer Flammschutz bei Leiterplatten mit modifizierten Faserverbundkunststoffen

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Halogenfreie Flammschutzmittel werden in drei Klassen unterteilt: in anorganische, stickstoffbasierte und phosphorbasierte Flammschutzmittel. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung müssen moderne elektronische Geräte starke Hitzequellen und lokale Temperaturschwankungen sicher verkraften.

Flammschutz wird als Anforderung wichtiger

Dies ist nur durch potente Flammschutzmittel und ein intelligentes Gerätedesign zu erreichen. In Kombination mit dem stark ansteigenden Absatz an elektronischen Geräten wird die Erforschung und Verbesserung von Flammschutzmitteln und Werkstoffen immer wichtiger.

Bei elektronischen Anwendungen sind Leiterplatten (Printed Wiring Boards, PWB) besonders hervorzuheben. Sie sind aus Prepregs (preimpregnated fibres) aufgebaut. Prepregs bestehen aus Verstärkungsfasern und einer teilausgehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix.

Zur Aushärtung der Prepregs unter erhöhten Temperaturen gibt es unterschiedliche Verfahren wie das Heißpressen. Die Leiterbahnen werden meist aus einer dünnen Schicht Kupfer geätzt und können sich ein- oder beidseitig auf der Leiterplatte befinden.

Multi-Layer- und HDI-Leiterplatten bieten höhere Packungsdichten

Um noch höhere Packungsdichten zu erreichen, werden mehrere Prepregs zusammen mit Kupferfolie verklebt und gepresst. Es entstehen sogenannte Multi-Layer-Leiterplatten. Die unterschiedlichen Lagen können mittels Durchkontaktierung (Vertical Interconnect Access, VIA) elektronisch miteinander „kommunizieren“.

HDI-Leiterplatten (High-Density-Interconnect-PWB) sind noch kompakter gestaltet. Man findet sie vor allem in modernen Mobilfunktelefonen.

Aufgrund der im Juli 2006 in Kraft getretenen RoHS-Verordnung kam es in der Leiterplattenproduktion zu zwei wichtigen Änderungen: Erstens dürfen bromierte Biphenyle und Diphenylether nicht mehr als Flammschutzmittel verwendet werden. Zweitens wurde Blei aus dem Lötprozess verbannt, was zur Folge hat, dass die Leiterplatten nun höheren Temperaturen im Lötprozess ausgesetzt sind.

ROHS erzwingt höhere thermische Belastung von Leiterplatten

Die erhöhte thermische Belastung setzt die Verwendung von Harzsystemen mit höheren Glasübergangstemperaturen voraus. Heutige Leiterplatten bestehen aus sogenannten FR4-Systemen, die unter anderem flammhemmende Eigenschaften haben müssen (V0 im UL94-V-Test). Daher werden Flammschutzmittel dem Harz „zuformuliert“. FR4 ist eine durch NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definierte Spezifikation.

Flammschutzmittel können zum einen als additive Verbindung in das Harzsystem eingearbeitet werden. Zum anderen lassen sie sich durch chemische Reaktion kovalent an das Polymer binden (präformuliert). Bis vor Kurzem wurde für Epoxidharzsysteme hauptsächlich das reaktive Flammschutzmittel Tetrabrombisphenol-A (TBBPA) verwendet. Jedoch hat man in der Zwischenzeit mehrere halogenfreie Systeme mit vergleichbarer Effizienz entwickelt.

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