Ремонт друкованих плат: проблеми та можливості

28.12.2023 |

Який сучасний потенціал для повторного використання матеріалу з відремонтованих друкованих плат у нових платах? У статті, серед іншого, описується перспективний проект у Китаї, який наближає галузь до розробки друкованих плат, що повністю переробляються.

У сучасному динамічному та постійно мінливому світі все більш широке використання електроніки призвело до критичної екологічної проблеми – електронних відходів. Друковані плати є одними з найважливіших джерел відходів, і в результаті зростання екологічної свідомості можливість переробки друкованих плат стала важливою проблемою.

У своєму блозі NCAB обговорює концепцію замкнутого циклу у виробництві друкованих плат і можливості створення більш екологічно чистих друкованих плат, проблеми переробки друкованих плат і потенціал повторного використання органічних залишків друкованих плат у нових продуктах. Крім того, у публікації описується багатообіцяючий проект у Китаї, який наближає компанію до розробки друкованих плат, які повністю переробляються.

Замкнутий цикл і проблеми, пов’язані з переробкою друкованих плат

Давайте почнемо з того, що ми маємо на увазі під замкнутим циклом у контексті друкованих плат? Замкнутий цикл стосується практики зменшення відходів наприкінці терміну служби продукту. Ідея полягає в тому, що коли ми відправляємо електронний продукт назад на переробку відходів, ми можемо повторно використати його як сировину для виробництва подібного продукту. Однак досягнення справжнього замкнутого циклу можливе лише в тому випадку, якщо ми маємо однорідний продукт, що на практиці означає, що продукт повинен бути виготовлений з однієї групи матеріалів. На жаль, це не стосується електронних виробів, які виготовляються з різних матеріалів.

Зібрану друковану плату можна назвати «однорідною інтеграцією багатьох продуктів»; у нас є сама друкована плата та компоненти, припаяні до неї, такі як корпуси напівпровідників, резистори та конденсатори. Щоб ефективно переробляти друковані плати ми повинні спочатку видалити електронні компоненти. Щоб зрозуміти, як друковану плату можна потім переробити, нам потрібно подивитися, з чого вона складається.

Склад і збірка друкованих плат: наслідки для переробки

Заглиблюючись у тему переробки друкованих плат, давайте спочатку подивимося, з чого вони зроблені. На поверхні ми маємо паяльну маску та маркувальне чорнило. Нижче ми маємо мідні провідники в декілька шарів всередині друкованої плати. Крім того, усі друковані плати мають обробку поверхні, наприклад олов’яні або золоті контакти чи роз’єми. У самій друкованій платі ми маємо різні версії епоксидної смоли або пластику, що містить скловолокно. Усі ці елементи взаємопов’язані, тому розділити їх складно.

Наразі єдиний спосіб розібрати друковану плату – це подрібнити всю друковану плату, при цьому утворюються дрібні частинки металу, скловолокна та епоксидної смоли. Сьогодні ми можемо відокремлювати такі метали, як мідь і золото, від частинок підкладки, в результаті чого утворюється залишок, що складається з частинок смоли та скловолокна. Хоча метали можна легко використовувати повторно, навіть у нових друкованих плат, органічні залишки стають марними для виробництва друкованих плат.

У всьому світі значна частина органічних відходів потрапляє на звалища, але в деяких країнах ці відходи стають джерелом тепла та електроенергії. Ідеальним підходом було б повторно використати ці залишки в нових продуктах – є кілька поточних проектів, які вивчають цю можливість. Кінцева мета – відокремити скляні волокна від смоли, яка буде використовуватися як сировина для нових базових матеріалів для друкованих плат.

Перспективні дослідження: відділення скловолокна від епоксидної смоли

Наразі велика фабрика з виробництва ламінату в Китаї розробила основний матеріал зі скловолокна типу FR-4, придатний для подальшого відділення скловолокна від епоксидної смоли, але наразі цього вдалося досягти лише в лабораторних умовах (будується більший завод з переробки). NCAB уважно стежить за розробкою цього рішення в напрямку індустріалізації та комерційної переробки друкованих плат. Підводячи підсумок: говорячи про друковані плати, які можна переробити, ми маємо на увазі здатність відокремлювати скловолокно від смоли в органічних залишках і ступінь, до якого ми можемо повторно використовувати його для виробництва нових друкованих плат.

Випробування нового матеріалу: оцінка надійності та властивостей

Давайте подивимося на новий матеріал, розроблений у Китаї, згаданий вище – наскільки цей матеріал надійний порівняно з FR-4? Хоча його офіційні властивості вимагають перевірки, варто зазначити, що теоретично цей матеріал має дуже схожі властивості з високоякісним матеріалом FR-4.1 з низьким вмістом галогенів.

У співпраці з одним із найбільших виробників ламінату, хоча він лише на стадії досліджень і розробок, NCAB замовив зразки базового матеріалу FR-4. Кеннет Йонссон (Kenneth Jonsson), технічний керівник лабораторії NCAB у Стокгольмі, взяв поперечні зрізи матеріалу та провів кілька стандартних тестів. Результат виявився напрочуд хорошим!

Тести, які були проведені:

  • Зразки піддавали 6 термічним навантаженням у лабораторній печі при температурі 260°C, кожен раз протягом 2,5 хвилин (згідно J-STD-003D, таблиця 4-6),
  • Потім зразки занурювали 2 рази на 10 секунд у розплавлений припій відповідно до умов тестування IPC-TM-650 2.6.8E A 288°C ± 5°C.
  • Було взято мікрошліф 10*20 мм і перевірено на наявність дефектів.

У звіті Кеннет Йонссон пише: «Жодних відхилень від IPC-A-600 або ознак погіршення якості матеріалу не спостерігалося. Властивості КТР матеріалу видаються хорошими, оскільки немає доказів підйому контактних площадок. Схоже, що матеріал добре витримує нагрівання, оскільки немає доказів рецесії смоли». Однак між кожним препрегом спостерігалися чіткі лінії розділення, які раніше не спостерігалися для жорсткого матеріалу CCL. Хоча ці лінії розмежування навряд чи зміняться під час термічного навантаження, вони можуть являти собою слабкі місця під час застосування механічної напруги.

Поперечний зріз зразка з видимими лініями розмежування, позначеними червоними стрілками.

Крім того, була помічена деяка шорсткість отвору в місцях, де свердло вирвало частину волокон, що вказує на необхідність точного налаштування параметрів свердління.

Зовнішній вигляд стінки отвору після випробування термічним навантаженням. Відсутність видимої рецесії смоли та відсутність підняття контактних площадок. Жодного зниження надійності в результаті відшарування не спостерігалося.

Плани та проблеми, пов’язані з переробленими друкованими платами

NCAB провів випробування, але жодної плати на збірку ще не відправили, це лише наступний запланований крок. План спрямований на оцінку продуктивності та надійності матеріалу в реальних сценаріях і проведення довгострокових тестів на надійність. Таким чином, NCAB потребує більше даних, щоб підтвердити надійність матеріалу.

Можна також запитати, коли можна буде замовити друковану плату з переробленого матеріалу та перевірити її надійність? На жаль, однозначної відповіді поки що немає. Відповідно до плану випробувань NCAB замовив додаткові плати, випробує їх у лабораторії та відправить клієнтам, зацікавленим у проведенні випробувань у виробничих умовах. NCAB також планує уважно стежити за прогресом виробника описаних ламінатів.

Крім того, фактором, який може прискорити концепцію повторної переробки друкованих плат, є зацікавленість організацій стандартизації, таких як IPC і UL, а також поширення знань про прогрес у цій галузі у формі доповідей, представлених на глобальних конференціях.

Загалом, оскільки концепція переробки друкованих плат поширюється, необхідно досліджувати проблеми досягнення ефективного замкнутого кола через гетерогенну природу електронних систем. Випробування та розробка нового матеріалу в Китаї показали багатообіцяючі результати для відділення скловолокна від епоксидної смоли, сприяючи досягненню мети переробки друкованих плат. Хоча все ще існує невизначеність щодо термінів виведення перероблених друкованих плат на ринок, продовження досліджень і співпраця можуть наблизити цю мету.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl