Biodegradowalne płytki PCB: szansa dla elektroniki o krótkim cyklu życia

Naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow opracowali niemal w pełni biodegradowalne płytki drukowane (PCB), wykorzystujące cynkowe ścieżki przewodzące oraz podłoża pochodzenia biologicznego. Projekt ma na celu ograniczenie wpływu elektroodpadów na środowisko poprzez zastąpienie konwencjonalnych płytek miedzianych w urządzeniach o krótkim czasie eksploatacji.

Posłuchaj
00:00

Badania te są szczególnie istotne dla sektora urządzeń jednorazowych oraz elektroniki o niskim cyklu pracy, w tym czujników i rozwiązań z obszaru IoT. Kluczem do sukcesu okazało się połączenie alternatywnych materiałów z nowatorskimi metodami wytwarzania.

Wytwarzanie przyrostowe z wykorzystaniem cynku

Podejście szkockich badaczy różni się od tradycyjnej produkcji PCB, która polega na trawieniu miedzi z pełnego arkusza laminatu. Zamiast tego zastosowano proces określany jako addytywne wytwarzanie metodą wzrostu i transferu. Materiał przewodzący jest osadzany wyłącznie tam, gdzie wymagane są ścieżki, co znacząco redukuje zużycie metalu i eliminuje konieczność stosowania agresywnych odczynników chemicznych.

Jako materiał przewodzący wybrano cynk, mimo że jego przewodność stanowi około jednej trzeciej przewodności miedzi. Naukowcy argumentują jednak, że w wielu zastosowaniach cynk pozostaje wystarczająco wydajny. Niższą przewodność można kompensować zwiększeniem grubości ścieżek, a koszty produkcji pozostają porównywalne dzięki niższej cenie rynkowej cynku.

Ścieżki przewodzące o szerokości zaledwie pięciu mikronów są przenoszone z tymczasowego nośnika na biodegradowalne podłoża, takie jak papier, bioplastiki czy inne materiały pochodzenia naturalnego.

Wydajność, trwałość i degradacja

Zespołowi udało się dowieść, że opracowane obwody działają porównywalnie do tradycyjnych rozwiązań. Zostały one pomyślnie przetestowane w urządzeniach demonstracyjnych, m.in. w czujnikach dotyku, licznikach LED oraz czujnikach temperatury. Stabilność parametrów potwierdzono po ponad roku przechowywania w warunkach otoczenia.

Technologia jest dedykowana dla urządzeń o krótkim czasie pracy, takich jak:

  • jednorazowe czujniki medyczne,

  • inteligentne etykiety,

  • elektroniczne testy ciążowe.

Szacuje się, że okres trwałości takich urządzeń wynosi co najmniej dwa lata. W warunkach kompostowania obwody przestają funkcjonować w ciągu 24 godzin, a pełna degradacja następuje w ciągu kilku tygodni. Choć możliwe jest stosowanie powłok ochronnych opóźniających ten proces, badacze podkreślają konieczność kompromisu między odpornością środowiskową a zdolnością do rozkładu po zakończeniu eksploatacji.

Wyzwania produkcyjne i wpływ na środowisko

Największym wyzwaniem technicznym pozostaje produkcja obwodów wielowarstwowych, a w szczególności tworzenie metalizacji otworów. Obecnie trwają prace nad wykorzystaniem wiercenia laserowego, jednak stopień skomplikowania tej metody podnosi koszty, co sprawia, że pierwsze komercyjne rozwiązania będą prawdopodobnie prostymi konstrukcjami jednowarstwowymi.

Analiza cyklu życia (LCA) wykazała, że biodegradowalne PCB mogą zapewnić 79% redukcję potencjału tworzenia efektu cieplarnianego oraz o 90% mniejsze zużycie zasobów naturalnych w porównaniu z tradycyjnymi płytkami. Ograniczeniem pozostają źródła zasilania – klasyczne baterie litowe nie są biodegradowalne. Z tego powodu równolegle trwają prace nad degradowalnymi ogniwami opartymi na cynku, węglu i żelatynie.

Źródło: EE News Europe

Powiązane treści
Pasywne i wspomagane metody chłodzenia PCB
Standard oHFM: Nowe perspektywy dla modułów FPGA w systemach embedded
EUROCIRCUITS wspiera MAD Formula Team - niezawodna elektronika w ekstremalnych warunkach Formula Student
Eurocircuits startuje z konkurencyjną ofertą płytek HDI
Niezależność Europy w produkcji PCB - nowa fabryka Teltoniki w Wilnie
Würth Elektronik rozwija technologie PCB w europejskim projekcie PROACTIF
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Projektowanie i badania
Nowe odcinki podcastu Top Tech Voices - od siły ciekawości, po inteligentne miasta przyszłości
Produkcja elektroniki
High-NA EUV wchodzi do gry. ASML zapowiada pierwsze układy w ciągu kilku miesięcy
Komunikacja
Telefónica i Sony uruchamiają pionierską sieć 5G w paśmie 26 GHz - wdrożenie w hiszpańskiej Movistar Arena
Komponenty
Popyt na pamięci HBM przewyższa podaż. SK Hynix i Samsung walczą o rynek AI
Zasilanie
Analog Devices negocjuje przejęcie Empower Semiconductor za 1,5 mld dolarów
Zasilanie
Infineon wspiera zasilanie akceleratora AI Corsair firmy d-Matrix
Zobacz więcej z tagiem: PCB
Technika
Wysoka gęstość pinów bez HDI - optymalizacja BGA w praktyce
Wywiady
Softcom: Produkcja EMS i dostawy PCB - niezawodna jakość i stabilne procesy
Opinie
AI w projektowaniu PCB

Rozwiązania dotykowe dla inteligentnych wyświetlaczy kokpitowych

Branża motoryzacyjna zmienia się w niespotykanym dotąd tempie, a nowoczesne pojazdy wymagają wyświetlaczy kokpitowych, które są nie tylko zachwycające wizualnie, ale także bezpieczne, niezawodne i intuicyjne w obsłudze. Rozszerzona generacja Microchip's M1 kontrolerów ekranów dotykowych maXTouch pozwala sprostać tym wyzwaniom.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów