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PCB的回收再利用:迎接挑战,拥抱机遇

人们的日常生活离不开各类电子产品,但随着技术快速发展,电子产品更高的消耗率、短寿命周期和屈指可数的修复方案,导致了一个严重的环境问题-电子垃圾。

几乎所有电子设备中的关键部件-PCB,成了环境污染源之一。因此,在技术进步和日益增长的环保意识推动下,“可回收的PCB”这一概念获得了广泛的关注。

Symbol for recycling | NCAB Group

NCAB已将可持续发展理念融入到我们的业务模式,在本文中,我将探讨PCB生产中的循环利用概念及其在提高PCB可持续性方面的重要性、回收PCB的挑战,以及将其“变废为宝”的潜力。此外,本文还会介绍来自中国的一个很有前景的项目,该项目使得完全回收PCB成为了可能。

了解PCB回收再利用的可能性及挑战

“回收”在PCB生产中意味着什么?在这里,是指将废弃PCB的部分材料重新回收利用的做法。这个概念的初衷,是废弃PCB中的某些材料可以被再次提纯,作为生产类似产品的原材料。完全实现循环的前提是,产品成分单一且同质,PCB显然不符合这一前提,这也是回收PCB的挑战所在。

废弃PCB=PCB裸板+各种元器件。为了提高PCB的回收效率,首先需要拆除元器件,再对裸板进行回收。当然,这里必须要了解PCB裸板的构成。

你知道吗?

PCB的回收再利用和循环性在其回收范围上有所不同。就PCB来说,循环性指保留材料减少浪费,目的是创建一个闭环系统,在该系统中,材料不断被回收并重新应用到新的PCB或其它产品中。而PCB的可回收性则是指从废弃PCB及其组件中提纯有价值的材料再利用。在这个概念中,将对废弃PCB进行废物处理,金属和塑料等各种材料将被分离并独立回收。

PCB的构成和键合对其回收利用的影响

PCB中有什么?外层有阻焊油墨和丝印,内层有铜箔,不同的表面处理工艺,不同类型的环氧树脂等等。所有这些成分都被整合到一起,坦率来讲,分离它们是一项很大的挑战。

目前,唯一的途径是,将PCB裸板整板研磨成金属、玻纤、树脂的混合颗粒物。如今,我们能够将金属,如铜和金,从中分离出来,经过提纯后再利用。

但剩下的由树脂和玻纤颗粒混合成的残留物,大部分的最终归宿都是垃圾填埋场。在某些国家,这些残留物也能被用于能源生产。当然,最理想的方案是将这些残留物再用于新产品制造中,目前行业正在进行相关研究,最终目标是将玻纤从混合颗粒中分离出来,重新用作PCB基材的原材料。

分离树脂和玻纤

中国的一家知名板厂已经开发出一种适用于分离玻纤和树脂的FR4型玻纤基材,但截至目前,这种材料还在实验室阶段。NCAB正在密切关注这种技术如何发展。

再次强调,当我们谈论PCB的回收再利用,我们指的应该是从有机残留物中分离玻纤和树脂的可能性,以及可以多大程度将它们重新用于PCB生产。

测试新材料:评估可靠性和特性

让我们展开讲讲中国板厂开发的这种新材料。

从公布的材料数据来看,这种材料与高端低卤素材料(FR4.1)具有相似的特性。

借助我们的影响力,NCAB在春季订购了一批这种新型基材 – 尽管该材料还在研发阶段。收到后,我的同事,瑞典斯德哥尔摩实验室的技术经理Kenneth Jonsson进行了一系列的常规测试、切片。结果出乎意料地好!

我们所做的测试包括:

  • 将样品放置在260℃的实验室烤箱中烘烤6次,每次2.5分钟(J-STD-003D Table 4-6)
  • 根据IPC-TM-650 2.6.8E测试条件A 288℃±5℃,将样品在熔融焊料中浸泡10秒2次
  • 取10*20mm的切片,显微镜下观察是否有缺陷

Kenneth在报告中写道:“没有看到与IPC-A-600有偏差,也没有观察到材料降解。CTE性能良好,能很好应对高温。“

同时,我们观察到了一种在传统硬质CCL上没有出现的情况,每个PP之间有明显的分界线。虽然这些分界线在热应力下没有太大变化,但在面对机械应力时,仍然显示出疲态。

Base material sample | NCAB Group
红色箭头为界线分明的未受力切片图像

此外,我们还看到钻孔时,钻头撕开了部分纤维束,表明在后期使用中,钻孔参数还需微调。

Thermal stressed hole wall | NCAB Group
图像可见热应力后的孔壁外观,没有出现树脂回退和pad凸起现象

下一步计划

那么,接下来我们该怎么做?

我们已经完成了对新材料的实验室测试,但还没有对该材料制成的任何电路板进行组装,这就是我们的下一步计划。我们需要在实际使用中评估材料的可靠性和性能,并进行长期的观察和测试。

总而言之,更多数据。

您现在的问题可能是:这种新材料什么时候能投产?有没有关于其可回收性的更多维的数据?

很遗憾,我们也还没有一个明确的答案。按照我们的计划,我们将采购更多的电路板进行测试,并将其送给愿意参与到此次测试中的客户。同时,我们也会密切跟进该类材料的研发进展,并分享给客户相关的最新动态。

此外,另一个可以加速PCB可回收进展的推力,是IPC和UL等标准化组织的关注,以及具有国际影响力的论文研究。

总而言之,随着PCB可回收概念的普及,加之电子产品的特殊性,实现PCB的可循环还要经历更多的探索。中国企业研发的新材料的测试结果,证明了将玻纤和树脂分离的可能性。尽管关于完全实现PCB可回收的时间表还不确定,但持续的研究和行业的通力合作,能够加快这方面的进展。

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