In2Tec為全球電子垃圾問(wèn)題帶來(lái)了創(chuàng)新閉環(huán)解決方案。

電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師正面臨一個(gè)嚴(yán)肅的問(wèn)題：如何減少汽車(chē)中越來(lái)越多的電子元件對(duì)環(huán)境的影響？

“堆積如山”的廢棄電子垃圾是一個(gè)逐年惡化的全球性問(wèn)題。雖然消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品是電子垃圾的主要組成部分，但汽車(chē)行業(yè)正在不斷加劇這一混亂局面。隨著實(shí)現(xiàn)每一項(xiàng)新功能的車(chē)載處理器的增加，以及看不到盡頭的傳感器泛濫，目前一輛輕型乘用車(chē)可包含多達(dá)200個(gè)電子控制單元（ECU）。每個(gè)ECU都有一個(gè)印制電路板（PCBA），其拆卸和回收既困難又昂貴。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的報(bào)告，盡管廢棄電路板的部件和材料仍有回收價(jià)值，但大多數(shù)都進(jìn)入了垃圾填埋場(chǎng)。

一些行業(yè)內(nèi)的供應(yīng)商已經(jīng)提出了回收PCBA和改善供應(yīng)鏈下游混亂的解決方案。其中一家電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造公司In2Tec的眼光更為廣闊。公司高管認(rèn)為，電子行業(yè)實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展需要采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)。他們的解決方案將產(chǎn)品創(chuàng)新與閉環(huán)、環(huán)保的PCBA生產(chǎn)和再加工相結(jié)合。公司工程師計(jì)劃在一個(gè)正在開(kāi)發(fā)的示范設(shè)施中演示該理念。

In2Tec集團(tuán)董事總經(jīng)理Neil Armstrong在接受SAE媒體采訪(fǎng)時(shí)表示：“在消費(fèi)者和政府的推動(dòng)下，電子垃圾問(wèn)題正變得像塑料袋問(wèn)題一樣，引起人們的重視?！彼硎?，要從源頭上減少浪費(fèi)，汽車(chē)行業(yè)需要積極主動(dòng)，而不是“不情不愿地被人拽到問(wèn)題跟前。”

他聲稱(chēng)，In2Tec的目標(biāo)是利用其技術(shù)提供“行業(yè)中可回收率最高”的PCBA。Armstrong表示，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這家總部位于英國(guó)凱特林的公司自25年前成立以來(lái)一直專(zhuān)注于柔性基板技術(shù)和可持續(xù)電子解決方案。該公司服務(wù)于包括醫(yī)療和航空航天在內(nèi)的一系列工業(yè)領(lǐng)域，保時(shí)捷、阿斯頓·馬丁、科尼賽克以及多家F1和世界拉力賽車(chē)隊(duì)都在使用In2Tech提供的“一攬子”HMI解決方案。

In2Tec在英國(guó)和中國(guó)都設(shè)有工廠，并將三分之一的資源用于研發(fā)。該公司早就意識(shí)到了一個(gè)商業(yè)機(jī)遇，就是將PCBA的制造和回收模式轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)模式。

可以用熱水分解

這種新工藝已經(jīng)研究了10年。在英國(guó)技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)的資助下，In2Tec與國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室以及Gwent Electronic Materials合作開(kāi)發(fā)了ReUSE，公司將其描述為一種“終生”的技術(shù)，可以提供能夠重復(fù)利用且未損壞的材料，以供循環(huán)使用。

按照ReUSE規(guī)范制造的PCBA是“可以被‘解壓縮’的，也就是說(shuō)可以使用熱水[90℃/ 194℉]在一個(gè)3~6分鐘的循環(huán)內(nèi)從柔性基板上移除元器件，”首席技術(shù)官M(fèi)ark Hudman解釋道。整個(gè)過(guò)程的耗能極低，其中大部分技術(shù)正在申請(qǐng)專(zhuān)利，分解完成后還能產(chǎn)生一個(gè)干凈的電路板表面，并“使用戶(hù)有機(jī)會(huì)重復(fù)利用原基板90%的材料，以及印制電路板上的幾乎所有元件?！?/p>

與之相比，目前至少有十多家公司采用拆卸PCBA的方法，其中包括Boliden Group和Umicore N.V.這樣的巨頭，這種方法需要耗費(fèi)巨大能源和勞力。機(jī)械回收是另一種廣泛使用且原始的辦法，即有選擇地拆卸和粉碎電路板，然后使用磁力或靜電工具收集各種金屬顆粒。還有化學(xué)和熱工藝方法，包括鹽浴和酸浴，采用甲基苯基硅油作為介質(zhì)，通過(guò)超聲波將熱量傳遞給PCBA。

Hudman介紹，目前最常見(jiàn)的帶焊接元器件的FR4（環(huán)氧玻璃布層壓板）最多只能回收5%的材料。該工藝同時(shí)適用于柔性和剛性印制電路板。In2Tec可根據(jù)最終應(yīng)用的要求和項(xiàng)目對(duì)可回收性的重視程度提供各種基板材料。“我們有PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）和各種塑料，包括納米纖維素結(jié)構(gòu)，后者本質(zhì)上是可生物降解的。”

實(shí)現(xiàn)In2Tec工藝的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是與合作伙伴Sun Chemical共同開(kāi)發(fā)的基板材料和導(dǎo)電膠粘劑。Sun Chemical是一家總部位于新澤西的印制電路技術(shù)供應(yīng)商。Hudman說(shuō)，與傳統(tǒng)的焊料和其他膠粘劑相比，Sun Chemical開(kāi)發(fā)的膠粘劑可以通過(guò)熱水分解，從而快速讓PCBA元器件松動(dòng)?！爸灰獙㈦娐钒逵脽崴菰谝粋€(gè)3~6分鐘的循環(huán)中，就能將基板與元器件的膠粘劑清除多達(dá)90%。除此以外，單單只是濕度或是高溫都不會(huì)將其分解。”Hudman解釋說(shuō)，該工藝需要按順序施加一些條件，才能達(dá)到“真正有效的解決方案”。

專(zhuān)家們表示，用于PCBA的導(dǎo)電膠粘劑比焊料更柔韌，因此更耐振動(dòng)。它們也適用噴印或標(biāo)繪等應(yīng)用手段。電子膠粘劑供應(yīng)商MasterBond指出，膠粘劑的固化溫度明顯低于無(wú)鉛焊錫加工所需的最低溫度450℉（232℃）?？焖俟袒z粘劑的固化溫度通常在250~350℉（121~177℃）。

Armstrong指出：“我們意識(shí)到，ECU或手機(jī)PCB中的元器件不是全都可以再利用的。但在復(fù)雜程度較低的電子產(chǎn)品中，可以再利用的元器件多得令人難以置信。當(dāng)你重新利用電子元件的那一刻起，甚至是兩次、三次或更多次的時(shí)候，你就為減少生產(chǎn)能耗和溫室氣體排放做出了巨大貢獻(xiàn)。更不用說(shuō)節(jié)省地球上珍貴的稀有材料了?？茖W(xué)家表示這些材料正在以一種不可恢復(fù)的速度被消耗?！?/p>

為未來(lái)解壓

In2Tec集團(tuán)董事總經(jīng)理Neil Armstrong承諾，“可解壓”電子技術(shù)“進(jìn)入門(mén)檻非常低”。（In2Tec）

開(kāi)發(fā)針對(duì)整車(chē)應(yīng)用的更先進(jìn)的柔性電子元器件是進(jìn)一步推進(jìn)再利用技術(shù)的必要條件?！叭嵝噪娮油黄屏讼到y(tǒng)架構(gòu)中的設(shè)計(jì)障礙，”Armstrong說(shuō)?！拔覀円呀?jīng)開(kāi)發(fā)了可固定在車(chē)輛任何位置的印制天線(xiàn)和柔性天線(xiàn)的解決方案以及透明天線(xiàn)在光透鏡中的應(yīng)用，并且為數(shù)據(jù)通信申請(qǐng)了平面扭曲串行對(duì)的專(zhuān)利，這本質(zhì)上就是印制的CAN總線(xiàn)架構(gòu)?！?/p>

集成電子線(xiàn)束和PCBA可能會(huì)淘汰連接器——據(jù)工程師的說(shuō)法，超過(guò)70%的汽車(chē)電氣架構(gòu)故障是由連接器造成的。柔性混合電子（FHE）是一種將導(dǎo)電油墨印制在薄膜狀基材上的技術(shù)。福特在2013年Fusion的頂部控制臺(tái)上進(jìn)行過(guò)該技術(shù)的小規(guī)模試驗(yàn)，目前大型家電制造商和美國(guó)軍方正在對(duì)其進(jìn)行研究。Hudman和Armstrong表示，這一概念可以激發(fā)In2Tec開(kāi)展進(jìn)一步的可持續(xù)電子創(chuàng)新。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)革新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，汽車(chē)OEM通常會(huì)保持觀望。但Armstrong感覺(jué)他們的保守主義在過(guò)去的一年里有所緩和?！拔覀冋谂c那些注重可持續(xù)發(fā)展的公司合作，這些公司愿意實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展，以減少二氧化碳排放。”

汽車(chē)行業(yè)一直缺乏一個(gè)健全且高性?xún)r(jià)比的電子產(chǎn)品回收流程。而In2Tec將很快示范其專(zhuān)利方法。Armstrong承諾，客戶(hù)使用其閉環(huán)解決方案的“準(zhǔn)入門(mén)檻非常非常低”?！敖怄i”微電子電路的旅程才剛剛開(kāi)始。

電子垃圾泛濫

據(jù)聯(lián)合國(guó)估計(jì)，2021年，全球人均產(chǎn)生7.6公斤（16.7磅）電子垃圾，全球共計(jì)5740萬(wàn)噸，而且該數(shù)字每年都在增長(zhǎng)。聯(lián)合國(guó)指出，這些混合了有毒物質(zhì)和有價(jià)值物質(zhì)的電子垃圾只有17.4%得到了適當(dāng)?shù)氖占⑻幚砗突厥?。?jù)聯(lián)合國(guó)全球電子垃圾監(jiān)測(cè)（Global E-waste Monitor）的數(shù)據(jù)，中國(guó)、美國(guó)和印度的電子垃圾總量占全球的38%。即使在電子垃圾回收方面處于世界領(lǐng)先地位的歐盟，也只有35%的電子垃圾得到了正式的收集和回收。全球平均回收率為20%，剩下的80%沒(méi)有記錄。在這些垃圾中，沒(méi)有一種材料是可生物降解的；大部分垃圾最終將在垃圾填埋場(chǎng)的地下存在幾個(gè)世紀(jì)。

未來(lái)的前景并不樂(lè)觀：據(jù)聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)，到2030年，全球電子垃圾將達(dá)到7400萬(wàn)噸。這一數(shù)字幾乎是2014年的兩倍，原因是設(shè)計(jì)壽命周期更短的電氣和電子設(shè)備的消耗率更高，維修選擇也很少。

審核編輯：劉清