Конструирование легко восстановимых печатных плат
Рис. Восстановление платы
(а — лабораторная ПП, b — электронные компоненты, с — медная схема, d — стекловолокно, е — полимолочная кислота)
С постоянным увеличением количества электронных отходов проблема в эффективной утилизации отходов печатных плат (ПП), вредных для окружающей среды, трудных для восстановления и содержащих ценные продукты, стала основным вызовом окружающей среде. Данные технологии восстановления ПП малоэффективны и требуют сложной обработки: тепловой и под высоким давлением. В опубликованной работе представлен новый композитный материал для производства ПП, который может легко быть восстановлен в исходное состояние и повторно использоваться. Кроме этого, большинство значимых компонентов ПП (электронные компоненты, содержащие благородные металлы) могут легко отделяться от ПП и использоваться повторно. В работе продемонстрировано преимущество использования биоразлагаемых полимеров в качестве связующих для ПП в контексте экологичности и эффективного восстановления.
Быстрый рост использования электроники в различных устройствах, как для домашнего использования, так и электронных устройств мониторинга различных процессов, привёл к устойчивому увеличению производства ПП. В конечном счёте, это привело к увеличению количества устарелых и неиспользуемых ПП. Согласно статистики, более 50 млн. т электронных отходов накопилось по всему миру за каждый год, при этом 10% от этого количества составляют ПП.
Традиционно, ПП, используемые в электронном производстве, состоят из композита: диэлектрической основы, служащего жёсткой, механической рамой. Электропроводные проводники выполнены вытравливанием медной фольги, нанесённой на одну или обе стороны диэлектрической основы. Диэлектрическая основа состоит из нескольких слоёв стеклоткани или пропитанной бумаги с термопластичной смолой в качестве связующего, с последующим горячим прессованием. В настоящее время, в качестве связующих используются высокотоксичные исходные материалы (эпоксидные и термореактивные смолы, их смеси; смешанные
ПП, состоящие из металла (около 30% вес.) и неметаллической фракции (около 70% вес.), наиболее трудны для восстановления, вредные и значимые компоненты электронных отходов. Несмотря на широкое использование ПП, от мобильных телефонов и домашних приложений, до автопроизводств и промышленных процессов контроля, ПП характеризуются относительно высоким содержанием благородных металлов: палладия, золота, платины и основных металлов: меди, железа, никеля, цинка, олова и свинца. Более того, даже в однородном типе продукции (например, мобильных телефонах) содержание металлов может варьироваться в десять раз. С экономической точки зрения, выделение благородных металлов очень выгодно: каждая тонна ПП содержит в среднем 130 кг меди, 1.38 кг серебра, 0.35 кг золота и 0.21 кг палладия, где благородные металлы могут составлять более 80% экономической составляющей.
На сегодня, восстановление ПП в основном заключается в извлечении особо ценных металлов тогда, как неметаллическая фракция обычно захоранивается или сжигается без дальнейшей обработки. Неметаллическая фракция ПП содержит токсичные смолы и бромированные огнегасители, которые очень вредные соединения для здоровья человека, приводящие к раку. Следует отметить, что ядовитые соединения ПП могут легко проникать в почвенные воды, приводя к долговременному загрязнению площадей.
В последнее время ускорение синтеза и производства новых биоразлагаемых полимеров стимулирует учёных к разработке новых типов связующих, получаемых из возобновляемых исходных материалов с помощью биотехнологии и химических процессов. Биоразлагаемые полимеры широко используются в упаковке и медицине.
Полимеры на основе полимолочной кислоты и сополимеры её с гидрокарбоновыми кислотами — термопластики с механическими и электрическими свойствами, близкими к термореактивным смолам, но одновременно, эти материалы могут легко восстанавливаться с помощью химических и биотехнологических процессов.
Заключение
Предложен новый процесс изготовления ПП и её восстановления, используя полимолочную кислоту в качестве связующего для эффективного и экологичного рециклинга. Новизна метода заключается в замене токсичных и трудных в восстановлении термореактивных смол на полимолочную кислоту, биоразлагаемую и легко восстанавливаемую. В итоге, после восстановления лабораторной ПП с полимолочной кислотой более 95% вес. исходных материалов и 100% электронных компонентов могут повторно использоваться, приближаясь к замкнутой экономике. (По запросу возможен перевод всей статьи, опубликованной 23 декабря 2022 года в журнале www.nature.com)
**************************
Компания «БалтМедиа Партнёр» участвует в индивидуальном решении заказчика при рассмотрении того, как правильно выбрать необходимое оборудование и эффективно выстроить производственные процесс, сопровождая его поставками расходных и базовых материалов. В рамках политики импортозамещения осуществляется плавный переход к обеспечению от поставщиков «дружественных» стран, не нарушая сложившийся уклад российских производителей электроники.
Для совместной работы используется следующий контакт:
Тел. +7 (921) 895−1422, (921) 994−9502
Электронная почта: office@bmptek.ru https://bmptek.ru
Управляющий проекта — Алексей Леонов
