De acordo com o relatório "Global E-waste Monitor 2020" da ONU, a quantidade total de lixo eletrônico gerado globalmente atingiu um recorde de 53,6 milhões de toneladas métricas em 2019. A previsão é que chegue a 74 milhões de toneladas em 2030. E cada vez mais novas placas de circuito são produzidas e utilizadas, o que significa que um grande número de placas de circuito antigas são descartadas e eliminadas.
De modo geral, os metais comuns (alumínio, cobre, ferro, níquel, chumbo, estanho e zinco, etc.), metais preciosos (ouro, paládio, platina, prata, etc.) e metais raros (ródio, selênio, etc.), mas como o substrato da placa de circuito em si é feito de fibra de vidro e resina epóxi, esses materiais têm pouco valor de reciclagem e são difíceis de reciclar. Eles são frequentemente simplesmente aterrados, incinerados ou empilhados, o que causa um grande desperdício de recursos e poluição ambiental.
Espera-se que o substrato de PCB Soluboard desenvolvido pela Jiva Materials resolva esse problema. Nesta postagem, vamos apresentar o que é o soluboard, como ele funciona e suas desvantagens.
O que é Soluboard?
De acordo com relatos, Soluboard é um substrato de placa de circuito impresso (PCB) reciclável e biodegradável à base de fibras naturais e halogênios, desenvolvido pela startup britânica Jiva Materials. É um novo tipo de substrato PCB, feito de fibras naturais envoltas em um polímero sem halogênio, que é diferente do substrato FR-4 frequentemente usado na indústria. Este material pode ser dissolvido em camadas, desde que seja mergulhado em água quente a cerca de 90 graus Celsius durante 30 minutos, para que os componentes que estavam originalmente soldados na placa de circuito possam ser completamente separados para reciclagem. As fibras e polímeros restantes não são tóxicos e podem ser compostados, e a solução restante também pode ser eliminada utilizando sistemas domésticos padrão de águas residuais.
“O uso de um processo de reciclagem à base de água pode melhorar a recuperação de metais preciosos”, disse Jonathan Swanston, CEO e cofundador da Jiva Materials. “Além disso, a substituição do material FR-4 PCB pelo Soluboard resultará em uma redução de 60% nas emissões de carbono, mais especificamente, em outras palavras, 10,5 kg de carbono e 620 gramas de plástico podem ser economizados por metro quadrado de PCB.”
Atualmente, a Infineon firmou uma parceria com a Jiva Materials, utilizando o Soluboard para produzir três placas de demonstração diferentes, e planeja expandir sua linha de produtos nos próximos anos. Ele já foi utilizado em mais de 500 dispositivos, apresentando o portfólio de discretos de potência da empresa, incluindo uma placa de circuito com componentes projetados para aplicações em refrigeradores. Com base nos resultados dos testes de estresse em andamento, a Infineon planeja fornecer orientações para a reutilização e reciclagem de semicondutores de potência removidos do Soluboard, o que pode prolongar a vida útil dos componentes eletrônicos.
Como funciona o Soluboard?
Como o Soluboard é biodegradável e reciclável? As fibras naturais impregnadas com retardante de chama sem halogênio no Soluboard são encapsuladas em um polímero não tóxico, que se dissolve quando imerso em água quente a 90 °C por 30 minutos. A solução de polímero dissolvida pode ser usada para o tratamento normal de águas residuais, os componentes eletrônicos na placa PCB serão separados e as fibras naturais restantes podem ser reutilizadas como fertilizante.
No vídeo explicativo sobre a placa PCB Soluboard biodegradável e reciclável lançado no site oficial da Jiva, o material orgânico do substrato PCB Soluboard é imerso em 90 °C por 30 minutos, e os componentes eletrônicos são facilmente separados. Com a dissolução do polímero, o material fibroso começa a se delaminar e pode ser facilmente rasgado como papel.
No entanto, embora a fibra de vidro e a resina epóxi utilizadas no PCB tradicional tenham sido substituídas por fibras naturais e polímeros solúveis em água quente, isso não significa que o Soluboard se "dissolva" quando salpicado com qualquer líquido, mas sim que necessita de muita água quente e de muito tempo para se degradar.
Existem também muitas restrições quanto às condições para sua degradação. Por exemplo, a placa de circuito impresso Soluboard precisa ser imersa em água a 90 °C (próxima do ponto de ebulição) por 30 minutos para decompor o produto. Depois que o Soluboard se decompõe em água quente, ele pode ser reciclado com muita facilidade – metais, componentes, fibras naturais e soluções de polímeros. As soluções poliméricas podem ser processadas através do tratamento de águas residuais domésticas, as fibras podem ser compostadas ou reutilizadas e os metais e componentes podem ser reciclados ou reutilizados.
A este respeito, Andreas Kopp, Diretor de Gestão de Produtos Discretos da Divisão de Energia Industrial Verde da Infineon, afirmou: «Pela primeira vez, são utilizados materiais PCB recicláveis e biodegradáveis na conceção de produtos eletrónicos para aplicações de consumo e industriais, o que constitui um marco importante para um futuro verde. Estamos também a investigar ativamente a reutilização no fim da vida útil dos dispositivos de energia discretos, o que será outro passo importante para impulsionar uma economia circular na indústria eletrónica.»
Desvantagens do Soluboard
O Soluboard custa 50% a 75% mais do que os materiais atuais para substratos de PCB. No entanto, se o material Soluboard puder ser produzido em grande volume, seu preço será semelhante ao dos materiais tradicionais para PCB. O Dr. Swanston disse que a escala de produção anual de materiais tradicionais para PCB excede 250 milhões de metros quadrados. Se o Soluboard puder ser produzido nessa escala, seu preço será o mesmo.
Atualmente, o Soluboard só pode ser usado para fabricar placas de circuito impresso com uma única camada de traços em um ou ambos os lados, enquanto produtos complexos podem ter várias camadas de traços com isolamento entre elas. A Jiva tem um roteiro tecnológico para fabricar laminados adequados para placas multicamadas, embora não se espere que ela forneça esse mercado nos próximos anos.
Trabalhe duro nos materiais das placas PCB, e o desenvolvimento da tecnologia biodegradável realmente atraiu a atenção do mercado, mas o atual PCB Soluboard só é adequado para produtos eletrônicos de consumo de baixa confiabilidade. Para sistemas de PC ou servidor com placas-mãe multicamadas, não se aplica.
As características do PCB incluem dissipação de calor, resistência ao fogo e estabilidade mecânica (não deve rachar facilmente), etc. É questionável se o Soluboard, um material solúvel em água, é competente.
Mas Swanston disse acreditar que o Soluboard provavelmente será usado na maioria dos projetos de placas no futuro. "Ele pode ser usado na maioria das placas de circuito impresso rígidas em placas de commodities de um e dois lados atualmente e em placas de circuito impresso multicamadas no futuro. Não é adequado para placas de circuito flexíveis."
Perguntas frequentes
O Soluboard é suscetível à umidade?
Jiva afirmou que a Jiva está garantindo que o Soluboard seja compatível com os processos de fabricação de PCB à base de água. A Jiva também projetou o Soluboard para resistir a ambientes com alta umidade.
Existem dados técnicos disponíveis para o Soluboard?
A Jiva afirmou que está testando exaustivamente o Soluboard para garantir que ele atenda aos requisitos técnicos esperados pela indústria de PCB.
Como o circuito é aplicado ao Soluboard?
A Jiva afirma que está otimizando o Soluboard para funcionar tanto com métodos aditivos (tinta condutiva de prata e sinterização de cobre) quanto subtrativos (gravação tradicional de folha de cobre).
