Согласно отчету ООН «Global E-waste Monitor 2020», общий объем электронных отходов, произведенных во всем мире, достиг рекордных 53,6 миллиона метрических тонн в 2019 году. Прогнозируется, что в 2030 году он достигнет 74 миллионов тонн. Кроме того, производится и используется все больше новых печатных плат, а это означает, что большое количество старых печатных плат выбрасывается и утилизируется.
Как правило, это обычные металлы (алюминий, медь, железо, никель, свинец, олово, цинк и т. д.), драгоценные металлы (золото, палладий, платина, серебро и т. д.) и редкие металлы (родий, селен и т. д.), но поскольку сама подложка печатной платы изготовлена из стекловолокна и эпоксидной смолы, эти материалы имеют небольшую ценность для переработки и их трудно переработать. Часто их просто вывозят на свалку, сжигают или складируют, что приводит к огромной трате ресурсов и загрязнению окружающей среды.
Ожидается, что разработанная Jiva Materials подложка для печатных плат Soluboard решит эту проблему. В этом посте мы расскажем, что такое soluboard, как она работает и каковы ее недостатки.
Что такое Soluboard?
Согласно отчетам, Soluboard — это перерабатываемый, биоразлагаемый субстрат для печатных плат (PCB) на основе натуральных волокон и галогенов, разработанный британским стартапом Jiva Materials. Это новый тип субстрата для печатных плат, изготовленный из натуральных волокон, обернутых в полимер без галогенов, который отличается от субстрата FR-4, часто используемого в промышленности. Этот материал можно растворить послойно, если выдержать его в горячей воде при температуре около 90 градусов Цельсия в течение 30 минут, чтобы компоненты, которые изначально были припаяны к печатной плате, можно было полностью отделить для повторного использования. Оставшиеся волокна и полимеры нетоксичны и могут быть компостированы, а оставшийся раствор также можно утилизировать с помощью стандартных бытовых систем сточных вод.
«Использование процесса переработки на водной основе может улучшить извлечение драгоценных металлов», — сказал Джонатан Свонстон, генеральный директор и соучредитель Jiva Materials. «Кроме того, замена материала FR-4 PCB на Soluboard приведет к сокращению выбросов углерода на 60 %, а точнее, на 10,5 кг углерода и 620 г пластика на квадратный метр PCB».
В настоящее время Infineon достигла соглашения о сотрудничестве с Jiva Materials, используя Soluboard для производства трех различных демонстрационных плат, и планирует расширить ассортимент своей продукции в ближайшие несколько лет. Он уже был использован в более чем 500 устройствах, демонстрируя портфель дискретных компонентов питания компании, включая печатную плату с компонентами, предназначенными для применения в холодильниках. На основе результатов проводимых стресс-тестов Infineon планирует предоставить рекомендации по повторному использованию и переработке силовых полупроводников, извлеченных из Soluboard, что может продлить срок службы электронных компонентов.
Как работает Soluboard?
Как Soluboard является биоразлагаемым и пригодным для вторичной переработки? Безгалогенные огнестойкие пропитанные натуральные волокна в Soluboard инкапсулированы в нетоксичный полимер, который растворяется при погружении в горячую воду при температуре 90 °C на 30 минут. Растворенный полимерный раствор можно использовать для обычной очистки сточных вод, электронные компоненты на печатной плате будут отделены, а оставшиеся натуральные волокна можно повторно использовать в качестве удобрения.
В видеообъяснении о биоразлагаемой и пригодной для вторичной переработки печатной плате Soluboard, размещенном на официальном сайте Jiva, органический материал подложки печатной платы Soluboard погружается в воду температурой 90 °C на 30 минут, после чего электронные компоненты легко отделяются. С растворением полимера волокнистый материал начинает расслаиваться и может быть легко разорван, как бумага.
Однако, несмотря на то, что стекловолокно и эпоксидная смола, используемые в традиционных печатных платах Soluboard, были заменены натуральными волокнами и полимерами, растворимыми в горячей воде, это не означает, что Soluboard «растворится» при попадании на него любой жидкости, но для его разложения требуется много горячей воды и длительное время.
Существует также много ограничений на условия его разложения. Например, печатная плата Soluboard должна быть погружена в воду температурой 90 °C (близкой к точке кипения) на 30 минут, чтобы продукт разложился. После разложения Soluboard в горячей воде его можно очень легко переработать — металлы, компоненты, натуральные волокна и полимерные растворы. Полимерные растворы могут быть переработаны с помощью бытовых сточных вод, волокна могут быть компостированы или повторно использованы, а металлы и компоненты могут быть переработаны или повторно использованы.
В связи с этим Андреас Копп, руководитель отдела управления дискретными продуктами подразделения Green Industrial Power компании Infineon, сказал: «Впервые в конструкции электронных продуктов для потребительских и промышленных применений используются перерабатываемые и биоразлагаемые материалы печатных плат, что является важной вехой на пути к экологичному будущему. Мы также активно исследуем возможность повторного использования дискретных силовых устройств по истечении срока их службы, что станет еще одним важным шагом в продвижении циркулярной экономики в электронной промышленности».
Недостатки Soluboard
Soluboard стоит на 50-75% дороже, чем существующие материалы для печатных плат. Однако, если материал Soluboard будет производиться в больших объемах, его цена будет сопоставима с ценой традиционных материалов для печатных плат. Доктор Свонстон сказал, что годовой объем производства традиционных материалов для печатных плат превышает 250 миллионов квадратных метров. Если Soluboard будет производиться в таких же объемах, его цена будет такой же.
В настоящее время Soluboard может использоваться только для производства печатных плат с одним слоем дорожек на одной или обеих сторонах, в то время как сложные изделия могут иметь несколько слоев дорожек с изоляцией между ними. Jiva имеет технологическую дорожную карту по производству ламинатов, подходящих для многослойных плат, хотя в ближайшие несколько лет не ожидается поставки на этот рынок.
Усилия по разработке материалов для печатных плат и развитие технологии биоразлагаемых материалов действительно привлекли внимание рынка, но в настоящее время Soluboard PCB подходит только для потребительской электроники с низкой степенью надежности. Для ПК или серверных систем с многослойными материнскими платами он не подходит.
Характеристики печатных плат включают теплоотдачу, огнестойкость, механическую стабильность (не должны легко растрескиваться) и т. д. Вопрос о том, подходит ли Soluboard, водорастворимый материал, остается открытым.
Однако Свонстон считает, что в будущем Soluboard, вероятно, будет использоваться в большинстве конструкций плат. «Сегодня он может использоваться в большинстве жестких печатных плат в односторонних и двусторонних товарных платах, а в будущем — в многослойных печатных платах. Он не подходит для гибких печатных плат».
Часто задаваемые вопросы
Soluboard подвержен воздействию влаги?
Jiva заявила, что Soluboard совместим с процессами производства печатных плат на водной основе. Jiva также разработала Soluboard таким образом, чтобы он мог выдерживать высокую влажность окружающей среды.
Есть ли технические данные по Soluboard?
Jiva заявила, что проводит тщательные испытания Soluboard, чтобы убедиться, что он соответствует техническим требованиям, предъявляемым к печатным платам.
Как схема применяется к Soluboard?
Jiva заявляет, что оптимизирует Soluboard для работы как с аддитивными (проводящие серебряные чернила и спекание меди), так и субтрактивными (традиционное травление медной фольги) методами.
