Selon le rapport « Global E-waste Monitor 2020 » des Nations Unies, la quantité totale de déchets électroniques générés dans le monde a atteint un niveau record de 53,6 millions de tonnes en 2019. Elle devrait atteindre 74 millions de tonnes en 2030. De plus en plus de nouveaux circuits imprimés sont produits et utilisés, ce qui signifie qu'un grand nombre d'anciens circuits imprimés sont mis au rebut et éliminés.
D'une manière générale, les métaux courants (aluminium, cuivre, fer, nickel, plomb, étain et zinc, etc.), les métaux précieux (or, palladium, platine, argent, etc.) et les métaux rares (rhodium, sélénium, etc.) sont présents, mais comme le substrat des cartes de circuits imprimés est lui-même composé de fibre de verre et de résine époxy, ces matériaux ont peu de valeur et sont difficiles à recycler. Ils sont souvent simplement mis en décharge, incinérés ou empilés, ce qui entraîne un gaspillage important de ressources et une pollution de l'environnement.
Le substrat PCB Soluboard développé par Jiva Materials devrait résoudre ce problème. Dans cet article, nous allons vous présenter le Soluboard, son fonctionnement et ses inconvénients.
Qu'est-ce que Soluboard ?
Selon certaines informations, Soluboard est un substrat de carte de circuit imprimé (PCB) recyclable et biodégradable à base de fibres naturelles et d'halogènes, développé par la start-up britannique Jiva Materials. Il s'agit d'un nouveau type de substrat PCB, composé de fibres naturelles enrobées dans un polymère sans halogène, qui diffère du substrat FR-4 souvent utilisé dans l'industrie. Ce matériau peut être dissous par couches à condition d'être trempé dans de l'eau chaude à environ 90 °C pendant 30 minutes, de sorte que les composants qui étaient initialement soudés sur le circuit imprimé peuvent être complètement séparés pour être recyclés. Les fibres et les polymères restants sont non toxiques et peuvent être compostés, et la solution restante peut également être éliminée à l'aide de systèmes domestiques standard de traitement des eaux usées.
« L'utilisation d'un processus de recyclage à base d'eau peut améliorer la récupération des métaux précieux », a déclaré Jonathan Swanston, PDG et cofondateur de Jiva Materials. « De plus, le remplacement du matériau FR-4 PCB par Soluboard permettra de réduire de 60 % les émissions de carbone, plus précisément 10,5 kg de carbone et 620 g de plastique par mètre carré de PCB. »
À l'heure actuelle, Infineon a conclu un accord de coopération avec Jiva Materials pour utiliser Soluboard dans la production de trois cartes de démonstration différentes, et prévoit d'élargir sa gamme de produits dans les prochaines années. Ce matériau a déjà été utilisé dans plus de 500 appareils, mettant en valeur le portefeuille de composants discrets de puissance de l'entreprise, notamment une carte de circuit imprimé avec des composants conçus pour les applications de réfrigération. Sur la base des résultats des tests de résistance en cours, Infineon prévoit de fournir des conseils pour la réutilisation et le recyclage des semi-conducteurs de puissance retirés de Soluboard, ce qui peut prolonger la durée de vie des composants électroniques.
Comment fonctionne Soluboard ?
En quoi Soluboard est-il biodégradable et recyclable ? Les fibres naturelles imprégnées d'un retardateur de flamme sans halogène dans Soluboard sont encapsulées dans un polymère non toxique qui se dissout lorsqu'il est immergé dans de l'eau chaude à 90 °C pendant 30 minutes. La solution polymère dissoute peut être utilisée pour le traitement normal des eaux usées, les composants électroniques de la carte PCB seront séparés et les fibres naturelles restantes peuvent être réutilisées comme engrais.
Dans la vidéo explicative sur la carte PCB Soluboard biodégradable et recyclable publiée sur le site officiel de Jiva, le matériau organique du substrat PCB Soluboard est immergé à 90 °C pendant 30 minutes, et les composants électroniques sont facilement séparés. Avec la dissolution du polymère, le matériau fibreux commence à se délaminer et peut être facilement déchiré comme du papier.
Cependant, bien que la fibre de verre et la résine époxy utilisées dans les circuits imprimés traditionnels aient été remplacées dans le Soluboard par des fibres naturelles et des polymères solubles dans l'eau chaude, cela ne signifie pas que le Soluboard se « dissout » lorsqu'il est éclaboussé par un liquide, mais qu'il nécessite beaucoup d'eau chaude et beaucoup de temps pour se dégrader.
Il existe également de nombreuses restrictions quant aux conditions de sa dégradation. Par exemple, le circuit imprimé Soluboard doit être immergé dans de l'eau à 90 °C (proche du point d'ébullition) pendant 30 minutes pour que le produit se décompose. Une fois que Soluboard s'est décomposé dans l'eau chaude, il peut être recyclé très facilement : métaux, composants, fibres naturelles et solutions polymères. Les solutions polymères peuvent être traitées par le biais du traitement des eaux usées domestiques, les fibres peuvent être compostées ou réutilisées, et les métaux et composants peuvent être recyclés ou réutilisés.
À cet égard, Andreas Kopp, responsable de la gestion des produits discrets, division Green Industrial Power, Infineon, a déclaré : « Pour la première fois, des matériaux PCB recyclables et biodégradables sont utilisés dans la conception de produits électroniques destinés à des applications grand public et industrielles, ce qui constitue une étape importante vers un avenir plus vert. Nous menons également des recherches actives sur la réutilisabilité en fin de vie des dispositifs de puissance discrets, ce qui constituera une autre étape importante dans la promotion d'une économie circulaire dans l'industrie électronique. »
Inconvénients du Soluboard
Le Soluboard coûte 50 à 75 % plus cher que les matériaux actuellement utilisés pour les substrats de circuits imprimés. Cependant, si le Soluboard peut être produit en grande quantité, son prix sera similaire à celui des matériaux traditionnels utilisés pour les circuits imprimés. Le Dr Swanston a déclaré que la production annuelle de matériaux traditionnels pour circuits imprimés dépasse les 250 millions de mètres carrés. Si le Soluboard peut être produit à cette échelle, son prix sera identique.
Soluboard ne peut actuellement être utilisé que pour fabriquer des circuits imprimés avec une seule couche de traces sur un ou deux côtés, tandis que les produits complexes peuvent comporter plusieurs couches de traces avec une isolation entre elles. Jiva dispose d'une feuille de route technologique pour la fabrication de stratifiés adaptés aux cartes multicouches, mais ne devrait pas approvisionner ce marché avant plusieurs années.
Les efforts consacrés aux matériaux pour cartes de circuits imprimés et le développement de technologies biodégradables ont certes attiré l'attention du marché, mais le Soluboard actuel ne convient qu'aux produits électroniques grand public à faible fiabilité. Il ne convient pas aux PC ou aux serveurs équipés de cartes mères multicouches.
Les caractéristiques des circuits imprimés comprennent la dissipation thermique, la résistance au feu et la stabilité mécanique (ils ne doivent pas se fissurer facilement), etc. On peut se demander si Soluboard, un matériau soluble dans l'eau, est compétent.
Mais M. Swanston a déclaré qu'il pensait que le Soluboard serait probablement utilisé dans la plupart des conceptions de cartes à l'avenir. « Il peut être utilisé dans la plupart des circuits imprimés rigides des cartes de base simple face et double face actuelles et dans les circuits imprimés multicouches à l'avenir. Il ne convient pas aux circuits imprimés flexibles. »
Foire aux questions
Le Soluboard est-il sensible à l'humidité ?
Jiva a déclaré que Jiva s'assure que Soluboard est compatible avec les processus de fabrication de circuits imprimés à base d'eau. Jiva a également conçu Soluboard pour résister à des environnements très humides.
Existe-t-il des données techniques disponibles pour Soluboard ?
Jiva a déclaré qu'elle testait minutieusement Soluboard afin de s'assurer qu'il répondait aux exigences techniques attendues par l'industrie des circuits imprimés.
Comment le circuit est-il appliqué au Soluboard ?
Jiva affirme optimiser Soluboard afin qu'il fonctionne à la fois avec les méthodes additives (encre conductrice à base d'argent et frittage du cuivre) et soustractives (gravure traditionnelle de feuilles de cuivre).
