BM’nin “2020 Küresel Elektronik Atık İzleme Raporu”na göre, 2019 yılında dünya çapında üretilen elektronik atık miktarı 53,6 milyon metrik ton ile rekor seviyeye ulaştı. Bu rakamın 2030 yılında 74 milyon tona ulaşacağı tahmin ediliyor. Ayrıca, giderek daha fazla sayıda yeni devre kartı üretilip kullanılıyor; bu da çok sayıda eski devre kartının hurdaya ayrılıp bertaraf edildiği anlamına geliyor.
Genel olarak konuşursak, yaygın metaller (alüminyum, bakır, demir, nikel, kurşun, kalay ve çinko vb.), değerli metaller (altın, paladyum, platin, gümüş vb.) ve nadir metaller (rodyum, selenyum vb.) bulunur; ancak devre kartı alt tabakasının kendisi cam elyafı ve epoksi reçineden yapıldığından, bu malzemelerin geri dönüşüm değeri çok azdır ve geri dönüştürülmesi zordur. Genellikle sadece çöp sahasına gömülür, yakılır veya istiflenir; bu da büyük bir kaynak israfına ve çevre kirliliğine neden olur.
Jiva Materials tarafından geliştirilen PCB alt tabakası Soluboard'ın bu sorunu çözmesi beklenmektedir. Bu yazıda, Soluboard'ın ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve dezavantajlarını tanıtacağız.
Soluboard nedir?
Haberlere göre Soluboard, İngiliz girişim şirketi Jiva Materials tarafından geliştirilen, doğal lifler ve halojen içermeyen, geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir bir baskılı devre kartı (PCB) alt tabakasıdır. Bu, halojen içermeyen bir polimerle sarılmış doğal liflerden üretilen yeni bir PCB alt tabakası türüdür ve sektörde sıklıkla kullanılan FR-4 alt tabakasından farklıdır. Bu malzeme, yaklaşık 90 santigrat derecelik sıcak suda 30 dakika bekletildiği sürece katmanlar halinde çözülebilir, böylece devre kartına lehimlenmiş bileşenler geri dönüşüm için tamamen ayrılabilir. Kalan lifler ve polimerler toksik değildir ve kompostlanabilir; kalan çözelti de standart evsel atık su sistemleri kullanılarak bertaraf edilebilir.
Jiva Materials’ın CEO’su ve kurucu ortağı Jonathan Swanston, “Su bazlı bir geri dönüşüm sürecinin kullanılması, değerli metallerin geri kazanımını artırabilir” dedi. “Ayrıca, FR-4 PCB malzemesinin Soluboard ile değiştirilmesi, karbon emisyonlarında %60’lık bir azalmaya yol açacaktır; daha açık bir ifadeyle, her metrekare PCB başına 10,5 kilogram karbon ve 620 gram plastik tasarrufu sağlanabilir.”
Şu anda Infineon, Jiva Materials ile bir işbirliği anlaşması imzaladı ve Soluboard'ı kullanarak üç farklı demo kartı üretti; önümüzdeki birkaç yıl içinde ürün yelpazesini genişletmeyi planlıyor. Bu ürün, buzdolabı uygulamaları için tasarlanmış bileşenlere sahip bir devre kartı da dahil olmak üzere, şirketin güç ayrık elemanları portföyünü sergileyen 500'den fazla cihazda zaten kullanıldı. Devam eden stres testlerinin sonuçlarına dayanarak Infineon, elektronik bileşenlerin hizmet ömrünü uzatabilecek Soluboard'dan çıkarılan güç yarı iletkenlerinin yeniden kullanımı ve geri dönüşümü için kılavuz sunmayı planlıyor.
Soluboard nasıl çalışır?
Soluboard nasıl biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir? Soluboard'daki halojen içermeyen alev geciktirici ile emprenye edilmiş doğal lifler, toksik olmayan bir polimerle kaplanmıştır; bu polimer, 90 °C'lik sıcak suya 30 dakika boyunca daldırıldığında çözünür. Çözünen polimer çözeltisi normal atık su arıtımında kullanılabilir; PCB kartındaki elektronik bileşenler ayrıştırılır ve geri kalan doğal lifler gübre olarak yeniden kullanılabilir.
Jiva'nın resmi web sitesinde yayınlanan biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir Soluboard PCB kartının video açıklamasında, Soluboard PCB substratının organik malzemesi 30 dakika boyunca 90 °C'ye daldırılır ve elektronik bileşenler kolayca ayrılır. Polimerin çözünmesiyle birlikte, lifli malzeme delaminasyona başlar ve kağıt gibi kolayca yırtılabilir.
Bununla birlikte, Soluboard'daki geleneksel PCB'lerde kullanılan cam elyafı ve epoksi reçinesinin yerini sıcak suda çözünen doğal elyaflar ve polimerler almış olsa da, bu durum Soluboard'ın üzerine herhangi bir sıvı sıçradığında "çözüneceği" anlamına gelmez; parçalanması için çok miktarda sıcak su ve uzun bir süre gereklidir.
Bozunması için gerekli koşullar konusunda da birçok kısıtlama vardır. Örneğin, Soluboard baskılı devre kartının ürünü bozunması için 90°C'lik suya (kaynama noktasına yakın) 30 dakika boyunca daldırılması gerekir. Soluboard sıcak suda bozunduktan sonra, metaller, bileşenler, doğal lifler ve polimer çözeltileri çok kolay bir şekilde geri dönüştürülebilir. Polimer çözeltiler evsel atık su arıtma tesislerinde işlenebilir, lifler kompostlanabilir veya yeniden kullanılabilir, metaller ve bileşenler ise geri dönüştürülebilir veya yeniden kullanılabilir.
Bu konuda Infineon'un Yeşil Endüstriyel Güç Bölümü Ayrık Ürün Yönetimi Başkanı Andreas Kopp şunları söyledi: "Tüketici ve endüstriyel uygulamalara yönelik elektronik ürünlerin tasarımında ilk kez geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir PCB malzemeleri kullanılıyor; bu, yeşil bir geleceğe doğru atılmış bir dönüm noktasıdır. Ayrıca, elektronik endüstrisinde döngüsel ekonomiyi teşvik etmede bir başka önemli adım olacak olan ayrık güç cihazlarının kullanım ömrü sonu yeniden kullanılabilirliğini de aktif olarak araştırıyoruz."
Soluboard'ın dezavantajları
Soluboard, mevcut PCB alt tabaka malzemelerinden %50–%75 daha pahalıdır. Ancak Soluboard malzemesi seri olarak üretilebilirse, fiyatı geleneksel PCB malzemeleriyle benzer seviyede olacaktır. Dr. Swanston, geleneksel PCB malzemelerinin yıllık üretim hacminin 250 milyon metrekareyi aştığını belirtti. Soluboard bu ölçekte üretilebilirse, fiyatı da aynı seviyeye inecektir.
Soluboard şu anda yalnızca bir veya her iki tarafında tek katmanlı izlere sahip baskılı devre kartlarının üretiminde kullanılabilirken, karmaşık ürünler arasında yalıtım bulunan çok katmanlı izlere sahip olabilir. Jiva, çok katmanlı kartlar için uygun laminatlar üretmeye yönelik bir teknoloji yol haritasına sahiptir, ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde bu pazara tedarik sağlaması beklenmemektedir.
PCB kart malzemeleri üzerinde yoğun bir şekilde çalışılması ve biyolojik olarak parçalanabilir teknolojinin geliştirilmesi, piyasanın dikkatini çekmiştir; ancak mevcut Soluboard PCB, yalnızca düşük güvenilirlik gerektiren tüketici elektroniği ürünleri için uygundur. Çok katmanlı anakartlara sahip PC veya sunucu sistemleri için geçerli değildir.
PCB özellikleri arasında ısı dağılımı, yangına dayanıklılık ve mekanik stabilite (kolayca çatlamamalı) vb. yer alır. Suda çözünen bir malzeme olan Soluboard'ın bu özelliklere sahip olup olmadığı tartışmalıdır.
Ancak Swanston, Soluboard'ın gelecekte çoğu kart tasarımında kullanılacağına inandığını söyledi. "Bugün tek taraflı ve çift taraflı ticari kartlardaki çoğu sert PCB'de ve gelecekte çok katmanlı PCB'lerde kullanılabilir. Esnek devre kartları için uygun değildir."
Sık Sorulan Sorular
Soluboard neme karşı hassas mıdır?
Jiva, Soluboard'ın su bazlı PCB üretim süreçleriyle uyumlu olmasını sağladığını belirtti. Jiva ayrıca Soluboard'ı yüksek nemli ortamlara dayanacak şekilde tasarladı.
Soluboard ile ilgili teknik veriler mevcut mu?
Jiva, Soluboard'un PCB endüstrisinin beklediği teknik gereklilikleri karşıladığından emin olmak için ürünü kapsamlı bir şekilde test ettiğini belirtti.
Devre Soluboard'a nasıl uygulanır?
Jiva, Soluboard'ı hem eklemeli (iletken gümüş mürekkep ve bakır sinterleme) hem de çıkarmalı (geleneksel bakır folyo aşındırma) yöntemlerle çalışacak şekilde optimize ettiğini belirtiyor.
