Según el informe «Global E-waste Monitor 2020» de la ONU, la cantidad total de residuos electrónicos generados a nivel mundial alcanzó un récord de 53,6 millones de toneladas métricas en 2019. Se prevé que alcance los 74 millones de toneladas en 2030. Además, cada vez se producen y utilizan más placas de circuitos impresos nuevas, lo que significa que se desechan y eliminan una gran cantidad de placas de circuitos impresos antiguas.
En términos generales, los metales comunes (aluminio, cobre, hierro, níquel, plomo, estaño y zinc, etc.), los metales preciosos (oro, paladio, platino, plata, etc.) y los metales raros (rodio, selenio, etc.), pero debido a que el sustrato de la placa de circuito está hecho de fibra de vidrio y resina epoxi, estos materiales tienen poco valor de reciclaje y son difíciles de reciclar. A menudo se limitan a depositarse en vertederos, incinerarse o apilarse, lo que provoca un gran desperdicio de recursos y contaminación medioambiental.
Se espera que el sustrato de PCB Soluboard desarrollado por Jiva Materials resuelva este problema. En este artículo, vamos a presentar qué es el soluboard, cómo funciona y cuáles son sus desventajas.
¿Qué es Soluboard?
Según los informes, Soluboard es un sustrato de placa de circuito impreso (PCB) reciclable y biodegradable basado en fibras naturales y halógenos, desarrollado por la empresa emergente británica Jiva Materials. Se trata de un nuevo tipo de sustrato de PCB, fabricado con fibras naturales envueltas en un polímero sin halógenos, que difiere del sustrato FR-4 que se utiliza habitualmente en la industria. Este material se puede disolver por capas siempre que se sumerja en agua caliente a unos 90 grados centígrados durante 30 minutos, de modo que los componentes que originalmente estaban soldados en la placa de circuito se pueden separar completamente para su reciclaje. Las fibras y polímeros restantes no son tóxicos y se pueden compostar, y la solución restante también se puede eliminar utilizando sistemas domésticos estándar de aguas residuales.
«El uso de un proceso de reciclaje basado en agua puede mejorar la recuperación de metales preciosos», afirma Jonathan Swanston, director ejecutivo y cofundador de Jiva Materials. «Además, la sustitución del material FR-4 PCB por Soluboard supondrá una reducción del 60 % en las emisiones de carbono, más concretamente, se podrán ahorrar 10,5 kilogramos de carbono y 620 gramos de plástico por metro cuadrado de PCB».
En la actualidad, Infineon ha llegado a un acuerdo de cooperación con Jiva Materials para utilizar Soluboard en la producción de tres placas de demostración diferentes, y tiene previsto ampliar su gama de productos en los próximos años. Ya se ha utilizado en más de 500 dispositivos, lo que demuestra la cartera de productos discretos de potencia de la empresa, incluida una placa de circuito con componentes diseñados para aplicaciones de refrigeración. Basándose en los resultados de las pruebas de estrés en curso, Infineon tiene previsto ofrecer orientación para la reutilización y el reciclaje de los semiconductores de potencia extraídos de Soluboard, lo que puede prolongar la vida útil de los componentes electrónicos.
¿Cómo funciona Soluboard?
¿Cómo es Soluboard biodegradable y reciclable? Las fibras naturales impregnadas con retardante de llama sin halógenos en Soluboard están encapsuladas en un polímero no tóxico, que se disuelve cuando se sumerge en agua caliente a 90 °C durante 30 minutos. La solución de polímero disuelto se puede utilizar para el tratamiento normal de aguas residuales, los componentes electrónicos de la placa PCB se separarán y las fibras naturales restantes se pueden reutilizar como fertilizante.
En el vídeo explicativo sobre la placa PCB Soluboard biodegradable y reciclable publicado en la página web oficial de Jiva, el material orgánico del sustrato PCB Soluboard se sumerge a 90 °C durante 30 minutos y los componentes electrónicos se separan fácilmente. Con la disolución del polímero, el material fibroso comienza a deslaminarse y se puede desgarrar fácilmente como el papel.
Sin embargo, aunque la fibra de vidrio y la resina epoxi utilizadas en los PCB tradicionales se han sustituido en Soluboard por fibras naturales y polímeros solubles en agua caliente, esto no significa que Soluboard se «disuelva» al salpicarlo con cualquier líquido, sino que necesita mucha agua caliente y mucho tiempo para degradarse.
También existen muchas restricciones en cuanto a las condiciones para su degradación. Por ejemplo, la placa de circuito impreso Soluboard debe sumergirse en agua a 90 °C (cerca del punto de ebullición) durante 30 minutos para descomponer el producto. Una vez que Soluboard se descompone en agua caliente, se puede reciclar muy fácilmente: metales, componentes, fibras naturales y soluciones poliméricas. Las soluciones poliméricas pueden procesarse mediante el tratamiento de aguas residuales domésticas, las fibras pueden compostarse o reutilizarse, y los metales y componentes pueden reciclarse o reutilizarse.
A este respecto, Andreas Kopp, director de Gestión de Productos Discretos de la División de Energía Industrial Verde de Infineon, afirmó: «Por primera vez, se utilizan materiales PCB reciclables y biodegradables en el diseño de productos electrónicos para aplicaciones industriales y de consumo, lo que supone un hito hacia un futuro verde. También estamos investigando activamente la reutilización al final de la vida útil de los dispositivos de potencia discretos, lo que supondrá otro paso importante para impulsar la economía circular en la industria electrónica».
Desventajas de Soluboard
Soluboard cuesta entre un 50 % y un 75 % más que los materiales actuales para sustratos de PCB. Sin embargo, si el material Soluboard se puede producir en grandes cantidades, su precio será similar al de los materiales tradicionales para PCB. El Dr. Swanston afirmó que la escala de producción anual de los materiales tradicionales para PCB supera los 250 millones de metros cuadrados. Si Soluboard se puede producir a esta escala, su precio será el mismo.
Actualmente, Soluboard solo se puede utilizar para fabricar placas de circuito impreso con una sola capa de trazas en uno o ambos lados, mientras que los productos complejos pueden tener múltiples capas de trazas con aislamiento entre ellas. Jiva tiene una hoja de ruta tecnológica para fabricar laminados adecuados para placas multicapa, aunque no se espera que abastezca a este mercado durante los próximos años.
El trabajo en los materiales para placas PCB y el desarrollo de la tecnología biodegradable han atraído la atención del mercado, pero el PCB Soluboard actual solo es adecuado para productos electrónicos de consumo de baja fiabilidad. No es aplicable a sistemas de PC o servidores con placas base multicapa.
Las características de las PCB incluyen la disipación del calor, la resistencia al fuego y la estabilidad mecánica (no deben romperse fácilmente), etc. Es cuestionable si Soluboard, un material soluble en agua, es competente.
Sin embargo, Swanston afirma que cree que Soluboard probablemente se utilizará en la mayoría de los diseños de placas en el futuro. «Se puede utilizar en la mayoría de las PCB rígidas en placas comerciales de una y dos caras en la actualidad y en PCB multicapa en el futuro. No es adecuado para placas de circuito flexibles».
Preguntas frecuentes
¿El Soluboard es susceptible a la humedad?
Jiva afirmó que Jiva está garantizando que Soluboard sea compatible con los procesos de fabricación de PCB basados en agua. Jiva también diseñó Soluboard para que resista entornos con alta humedad.
¿Hay datos técnicos disponibles para Soluboard?
Jiva afirmó que está realizando pruebas exhaustivas con Soluboard para garantizar que cumple con los requisitos técnicos exigidos por la industria de los PCB.
¿Cómo se aplica el circuito a Soluboard?
Jiva afirma que está optimizando Soluboard para que funcione tanto con métodos aditivos (tinta conductora de plata y sinterización de cobre) como sustractivos (grabado tradicional de láminas de cobre).
