新突破！可溶解于 90℃ 热水的 PCB 来了！
发布时间：2023-07-31 15:02:49
来源：维科网
俗话说的好：“永远没有垃圾，只有放错位置的资源。”
电子垃圾挑战地球环境
(资料图)
电子产品的报废处理也是如此，本来是个宝，却被当成垃圾“丢掉”。联合国《2020年全球电子废弃物监测》报告显示，2019年全球产生的电子废弃物总量达到了创纪录的5，360万公吨。预测2030年将达到7，400万吨。
这是啥概念？相当于近15万个重达498吨的长征二号F运载火箭的重量。
可惜的是，在2019年的电子废弃物中，仅有17．4％被收集和回收。也就是说，大概有价值570亿美元的黄金、白银、铜、铂和其他高价值、可回收的材料大多被倾倒或焚烧了。
先不论被浪费掉的可回收价值，光是被倾倒和焚烧的电子废弃物，就会严重危害环境健康，其中含有的有毒添加剂和有害物质会损害人的大脑和身体协调系统，严重会致癌甚至致命。而电脑的制造更是需要700多种化工原料，有300多种对人体有害的物质。不仅会对环境土壤和水资源造成污染，其中的铅会破坏人体神经系统、血液系统和肾脏，镉和溴化阻燃剂等成分还会诱发癌症。
因此，电子垃圾的减少，需要增加回收率，而PCB板的回收再利用更是迫在眉睫。
英飞凌推可回收、可降解PCB
通常来说，PCB板的回收方式包括完全碾碎的物理法、萃取分离化学物质的超临界技术处理法、焚化法、生物技术等，不同方法有不同的优势也有着不同的缺点，并且单一的回收技术也很难回收彻底。
但最近，还真的有PCB厂商推出一种创新解决方案，让PCB可溶解于90℃热水，碳排放量减少60％！
据eeNews报道，英飞凌科技公司正在其电源演示板中使用可回收PCB技术，以减少电子垃圾。
据了解，Soluboard采用的是由英国初创公司Jiva Materials开发的一种PCB基材，其材料由天然纤维制成，碳足迹比传统的玻璃纤维增强的环氧层压板低得多。
更重要的是，这种材料的有机结构被封装在无毒聚合物中，浸入热水中时会溶解，只留下可堆肥的有机材料。这不仅消除了PCB浪费和污染，而且还允许焊接到PCB板上的电子元件可以更好的得到回收和再利用。
Jiva Materials首席执行官兼联合创始人Jonathan Swanston博士表示：“采用水基回收工艺可以提高贵重金属的回收率。此外，用Soluboard替代FR－4 PCB材料将导致碳排放量减少60％，更具体地说，每平方米PCB可以节省10．5公斤碳和620克塑料。”
不过，Soluboard中传统PCB的所采用的玻璃纤维和环氧树脂虽然被天然纤维和可溶于热水的聚合物所取代了，但这并不代表Soluboard被任何液体溅到就会发生“溶解”，而是需要大量的热水和持续较长时间才能降解。
其发生降解的条件也很多限制，比如Soluboard 印刷电路板需要浸入90°C的水中（接近沸点）30 分钟，才能使产品分解。Soluboard在热水中分解后，就可以非常容易的回收——金属、元器件、天然纤维和聚合物溶液。聚合物溶液可以通过家庭废水处理进行处理，纤维可以堆肥或再利用，金属和元器件可以回收或再利用。
对此，英飞凌绿色工业电源部门分立器件产品管理主管Andreas Kopp表示：“可回收、可生物降解的PCB材料首次用于消费和工业应用的电子产品设计，这是迈向绿色未来的里程碑。”“我们还在积极研究分立功率器件在使用寿命结束时的可重复使用性，这将是推动电子行业循环经济的又一重要步骤。”
英飞凌目前正在将可生物降解材料用于三个演示PCB，并正在探索在所有电路板中使用该材料的可能性，以使电子行业更具可持续性。
该研究还将让英飞凌对客户在设计中使用可生物降解PCB时面临的设计和可靠性挑战有一个基本的了解。特别是，客户将受益于新知识，因为它将有助于可持续设计的开发。
不过这一技术还在研究初期，尽管可以减少60％的碳排放，并且可以被热水分解，有利于PCB上相关元器件及金属的回收利，但Soluboard的成本要要比传统的PCB约高出了50％－75％，因此英飞凌正在积极研究其分立功率器件的可重复使用性。
另一个潜在的限制是，Soluboard目前只能用于制造一侧或两侧具有单层走线的印刷电路板，而复杂的产品可能具有多层走线，且走线之间还有绝缘层。换句话说，对于电子企业巨头而言，任何能够使回收或使用回收材料变得更容易的技术都是值得欢迎的，但无法支持多层走线的限制就会让其吸引力大大降低。
目前大多数PC或服务器系统的主板都是多层的，因此Soluboard不适合这些产品，所以它的市场可能集中在消费电子产品等领域更基本的PCB要求。未来要想朝着更多元化发展，关键在于可以扩展到多少层以及多密集。
此外，还有部分业内人士对此不屑一顾，并表示他不相信此类技术会很快对该行业产生任何重大影响。比如，有些PCB的特性包括散热能力、耐高温性和机械稳定性（不应轻易破裂）。而Soluboard水溶性材料在90℃的情况下就会溶解，那万一遇到高温环境岂不是直接被破坏。
PCB，变废为宝？
实际上，笔者发现，很早之前澳大利亚的一家公司Myceliotronics，就试图通过一种创造性的生物材料方法来解决电子废弃物的问题，该方法用真菌菌丝材料取代PCB中通常的层压组分。
资料显示，他们采用了一种名为亮盖灵芝（一种蘑菇）的材料，这种材料被证明具有类似PCB的品质（如耐热性、柔韧性和绝缘性），同时由于其生物来源，因此更易于分解和回收。
根据研究人员的说法，灵芝属中的菌丝就是这样一种材料，它既薄又有弹性，同时保持强大的结构完整性。它能够承受大约 2000 次重复弯曲，且绝缘电流，可以承受高达 250 摄氏度的温度，甚至高于顶级 PCB 组件 （通常额定温度为 150 摄氏度）。此外有趣的是，菌丝会随着老化增强耐热性。
此外，菌丝材料的 PCB 基板可以使用水或紫外线照射进行生物降解，似乎也比较适合电子设备的 PCB，因为传统的 PCB 一般也不会遇到水和直接照射。如果不与这两种东西接触，菌丝材料的PCB 基板可以使用数百年。
减少电子废弃物，从PCB板创新开始
在前面也提到过，PCB板的回收方式包括完全碾碎的物理法、萃取分离化学物质的超临界技术处理法、焚化法、生物技术等，不同方法有不同的优势也有着不同的缺点。
比如焚化法看起来简单，但PCB在焚化炉中有机成分被分解，焚烧后产生金属、金属氧化物及玻璃纤维混合残渣，这样的方法会生成大量废气、有毒物质，直接污染大气、土壤和水源。
用传统方式回收的话，通常可以很简单的把金属元素简单提炼出来，但是其他部分的物质让大家简单粗暴地选择直接丢弃，就会极大影响环境安全。
不论如何，PCB板的创新只是冰山一角，电子废弃物的回收需要更多、更持久的创新和坚持。如果我们什么都不做，那么在2030年7，400万吨电子废弃物堆在我们面前的时候，一切都是被动的，我们还会付出更多的成本去亡羊补牢。
如今有了越来越多PCB厂商发力于此，相信在未来也会有越来越多本着可持续发展的理念打造出来的PCB产品，减少电子垃圾的产生，让PCB板的回收再利用越来越便捷。
标签：
