Secondo il rapporto “Global E-waste Monitor 2020” delle Nazioni Unite, la quantità totale di rifiuti elettronici generati a livello globale ha raggiunto un livello record di 53,6 milioni di tonnellate metriche nel 2019. Si prevede che raggiungerà le 74 milioni di tonnellate nel 2030. E sempre più nuove schede circuitali vengono prodotte e utilizzate, il che significa che un gran numero di vecchie schede circuitali viene rottamato ed eliminato.
In generale, i metalli comuni (alluminio, rame, ferro, nichel, piombo, stagno e zinco, ecc.), i metalli preziosi (oro, palladio, platino, argento, ecc.) e i metalli rari (rodio, selenio, ecc.), ma poiché il substrato della scheda circuital è esso stesso realizzato in fibra di vetro e resina epossidica, questi materiali hanno scarso valore di riciclo e sono difficili da riciclare. Spesso vengono semplicemente depositati in discarica, inceneriti o accumulati, il che causerà un grande spreco di risorse e inquinamento ambientale.
Il substrato PCB Soluboard sviluppato da Jiva Materials dovrebbe risolvere questo problema. In questo post, presentiamo cos’è il soluboard, come funziona e quali sono i suoi svantaggi.
Cos'è Soluboard?
Secondo quanto riferito, Soluboard è un substrato di circuito stampato (PCB) riciclabile e biodegradabile basato su fibre naturali e alogeni, sviluppato dalla startup britannica Jiva Materials. Si tratta di un nuovo tipo di substrato PCB, realizzato con fibre naturali avvolte in un polimero senza alogeni, diverso dal substrato FR-4 spesso utilizzato nel settore. Questo materiale può essere dissolto a strati semplicemente immergendolo in acqua calda a circa 90 gradi Celsius per 30 minuti, in modo che i componenti originariamente saldati sulla scheda circuital possano essere completamente separati per il riciclo. Le fibre e i polimeri rimanenti sono atossici e possono essere compostati e la soluzione rimanente può essere smaltita anche utilizzando i normali sistemi di acque reflue domestiche.
“L’utilizzo di un processo di riciclo a base d’acqua può migliorare il recupero dei metalli preziosi,” ha affermato Jonathan Swanston, CEO e co-fondatore di Jiva Materials. “Inoltre, la sostituzione del materiale PCB FR-4 con Soluboard comporterà una riduzione del 60% delle emissioni di carbonio, più specificamente In altre parole, è possibile risparmiare 10,5 chilogrammi di carbonio e 620 grammi di plastica per metro quadrato di PCB.”
Attualmente, Infineon ha raggiunto una cooperazione con Jiva Materials, utilizzando Soluboard per produrre tre diverse schede dimostrative, e prevede di ampliare la sua gamma di prodotti nei prossimi anni. È già stato utilizzato in più di 500 dispositivi, mostrando il portafoglio di discreti di potenza dell’azienda, inclusa una scheda circuital con componenti progettati per applicazioni di frigorifero. Sulla base dei risultati dei test di stress in corso, Infineon prevede di fornire indicazioni per il riutilizzo e il riciclo dei semiconduttori di potenza rimossi da Soluboard, il che può prolungare la durata di vita dei componenti elettronici.
Come funziona Soluboard?
Come è biodegradabile e riciclabile Soluboard? Il ritardante di fiamma senza alogeni impregnato di fibre naturali in Soluboard è incapsulato in un polimero atossico, che si dissolve quando immerso in acqua calda a 90°C per 30 minuti. La soluzione polimerica disciolta può essere utilizzata per il normale trattamento delle acque reflue, i componenti elettronici sulla scheda PCB saranno separati e le fibre naturali rimanenti possono essere riutilizzate come fertilizzante.
Nel video esplicativo della scheda PCB Soluboard biodegradabile e riciclabile lanciato sul sito web ufficiale di Jiva, il materiale organico del substrato PCB Soluboard viene immerso a 90 ° C per 30 minuti e i componenti elettronici vengono facilmente separati. Con la dissoluzione del polimero, il materiale fibroso inizia a sfaldarsi e può essere facilmente strappato come carta.
Tuttavia, sebbene la fibra di vetro e la resina epossidica utilizzate nel PCB tradizionale in Soluboard siano state sostituite da fibre naturali e polimeri solubili in acqua calda, ciò non significa che Soluboard si “dissolverà” quando viene schizzato con qualsiasi liquido, ma necessita di molta acqua calda e di un lungo periodo di tempo per degradarsi.
Ci sono anche molte restrizioni alle condizioni per la sua degradazione. Ad esempio, il circuito stampato Soluboard deve essere immerso in acqua a 90°C (vicino al punto di ebollizione) per 30 minuti per decomporre il prodotto. Dopo che Soluboard si decompone in acqua calda, può essere riciclato molto facilmente: metalli, componenti, fibre naturali e soluzioni polimeriche. Le soluzioni polimeriche possono essere trattate attraverso gli impianti di trattamento delle acque reflue domestiche, le fibre possono essere compostate o riutilizzate e i metalli e i componenti possono essere riciclati o riutilizzati.
A tal proposito, Andreas Kopp, responsabile della gestione dei prodotti discreti, Green Industrial Power Division, Infineon, ha dichiarato: “Per la prima volta, materiali PCB riciclabili e biodegradabili sono utilizzati nella progettazione di prodotti elettronici per applicazioni consumer e industriali, il che è una pietra miliare verso un futuro verde.” “Stiamo anche ricercando attivamente la riutilizzabilità a fine vita dei dispositivi di potenza discreti, che sarà un altro passo importante per guidare un’economia circolare nel settore dell’elettronica.”
Svantaggi di Soluboard
Soluboard costa dal 50% al 75% in più rispetto ai materiali attuali del substrato PCB. Tuttavia, se il materiale Soluboard può essere prodotto in grandi quantità, il suo prezzo sarà simile a quello dei materiali PCB tradizionali. Il dottor Swanston ha affermato che la scala di produzione annuale dei materiali PCB tradizionali supera i 250 milioni di metri quadrati. Se Soluboard può essere prodotto su questa scala, il suo prezzo sarà lo stesso.
Soluboard può attualmente essere utilizzato solo per produrre circuiti stampati con un singolo strato di tracce su uno o entrambi i lati, mentre i prodotti complessi possono avere più strati di tracce con isolamento tra loro. Jiva ha una roadmap tecnologica per realizzare laminati adatti a schede multistrato, anche se non si prevede che fornisca questo mercato nei prossimi anni.
Lavorare sodo sui materiali delle schede PCB e lo sviluppo della tecnologia biodegradabile ha effettivamente attirato l’attenzione del mercato, ma l’attuale PCB Soluboard è adatto solo per prodotti elettronici di consumo a bassa affidabilità. Per i sistemi PC o server con schede madri multistrato, non si applica.
Le caratteristiche del PCB includono dissipazione del calore, resistenza al fuoco e stabilità meccanica (non dovrebbe essere facilmente incrinato), ecc. Se Soluboard, un materiale solubile in acqua, è competente è discutibile.
Ma Swanston ha detto di credere che Soluboard sarà probabilmente utilizzato nella maggior parte dei progetti di schede in futuro. “Può essere utilizzato nella maggior parte dei PCB rigidi in schede commodity a faccia singola e doppia oggi e in PCB multistrato in futuro. Non è adatto per schede flessibili.”
FAQ
Soluboard è suscettibile all'umidità?
Jiva ha affermato che Jiva sta garantendo che Soluboard sia compatibile con i processi di produzione di PCB a base d’acqua. Jiva ha anche progettato Soluboard per resistere ad ambienti ad alta umidità.
Sono disponibili dati tecnici per Soluboard?
Jiva ha affermato di testare a fondo Soluboard per garantire che soddisfi i requisiti tecnici previsti dall’industria dei PCB.
Come viene applicato il circuito a Soluboard?
Jiva afferma di ottimizzare Soluboard per funzionare sia con metodi additivi (inchiostro d’argento conduttivo e sinterizzazione del rame) che sottrattivi (incisione tradizionale della lamina di rame).
