Alla ricerca di materiale per circuiti stampati che può essere sciolto

Stiamo lavorando su un prodotto in cui l'intero dispositivo deve essere dissolto in un liquido dopo che il dispositivo è stato utilizzato e il dispositivo non è più utilizzabile o desiderato.

Questa è un'applicazione down-hole. Il corpo del dispositivo è in alluminio o magnesio. C'è una piccola batteria agli ioni di litio più un circuito stampato con alcuni componenti elettronici. Esiste attualmente una tecnologia in grado di dissolvere il corpo in alluminio: una soluzione salina contenente circa il 5% di cloruro di potassio (KCl) viene fatta circolare fino alla dissoluzione del dispositivo.

Il nostro cliente vorrebbe che anche il circuito stampato si rompa / dissolva. Il pannello è attualmente in vetro epossidico FR4 con tracce su entrambi gli strati superiore e inferiore. Daremo un'occhiata per vedere se c'è qualche possibilità che possiamo vincolare le tracce solo allo strato superiore - questo potrebbe permetterci di usare un circuito stampato in alluminio. Tuttavia, non spero che questo sarà possibile.

Sto cercando suggerimenti per materiale PCB adatto o tecniche che potrebbero consentire la dissoluzione della scheda.

Ad esempio, stiamo considerando di utilizzare un materiale PCB molto più fragile (carta epossidica) e di utilizzare una piccola carica esplosiva per frantumare la scheda in pezzi molto più piccoli. Tuttavia, mi piacerebbe conoscere altre tecniche che potrebbero raggiungere il nostro obiettivo.

Nota che NON è una domanda per lo shopping. Se qualcuno può suggerire un materiale PCB che sarebbe direttamente adatto - è fantastico. Ma sto seguendo altre tecniche che potrebbero ottenere un risultato simile.

Sono consapevole che i singoli componenti non saranno dissolti dalla soluzione salina. Tuttavia, l'obiettivo è quello di rendere i pezzi abbastanza piccoli da poter essere pompati senza intasare il sistema: i pezzi possono essere filtrati e scartati.

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Dai commenti qui sotto:

1) Non militare

2) PCB attualmente è circa 1,5 "x 1,0". Era più grande ma lo stiamo riducendo.

3) Il tempo di funzionamento dalla distribuzione alla fine della vita è misurato in ore. Non sono l'ingegnere capo del progetto, ma penso che la capacità della batteria sia sufficiente per circa 24 ore di funzionamento.

4) Il PCB è sigillato all'interno di un contenitore in alluminio a parete pesante. Il circuito non è esposto ad alcun liquido durante la vita operativa.

5) La temperatura massima che abbiamo testato è di 100 ° C. Sorprendentemente, la particolare batteria Lipo che stiamo usando è abbastanza felice a quella temperatura.

6) L'unità che si dissolve o si rompe in pezzi più piccoli è semplicemente tale da non causare ostruzioni quando ha finito il suo lavoro. Niente di malefico - solo una sorta di "pulizia dopo se stesso".

I ricercatori del National Physical Laboratory (NPL), a Londra, in collaborazione con i partner In2Teck Ltd e Gwent Electronic Materials Ltd, hanno sviluppato un circuito stampato 3D che si separa in singoli componenti quando immerso in acqua calda. L'obiettivo del progetto ReUSE era aumentare la riciclabilità degli assiemi elettronici al fine di ridurre la quantità sempre crescente di rifiuti elettronici.

Fonte: http://environmentaltestanddesign.com/dissolvable-printed-circuit-board-recycled-with-hot-water/

Se ciò non funziona, l'acido nitrico funzionerà praticamente su tutto.

Oh, se volessi "rotolare il tuo" processo di produzione, potresti trovare un materiale dissolvibile (forse un qualche tipo di cellulosa?) E stampare su di esso con queste stampanti a inchiostro conduttivo PCB: https: //www.voltera. io /

Come suggerito da Edgar Browns, anche questa idea per sciogliere la poliimmide per il flex piatto:

Prova una miscela di metanolo: THF = 1: 1, ma ci vorranno 1-2 giorni; Il modo più semplice per dissolvere Kapton è usare NaOH 0,1-0,3 M in acqua. Usando soluzioni alcaline puoi decomporre completamente il Kapton - fino ai monomeri iniziali.

https://www.researchgate.net/post/can_polyimide_filmskapton_dissolved

NaOH è liscivo, non so in quale concentrazione dovresti riuscire a far dissolvere il kapton, ma sembra che sarebbe facile sperimentare.

Si dovrebbe riconsiderare l' esempio dei PCB con anima in metallo . Li ho usati per LED ad alta potenza e abbiamo inciso in casa utilizzando processi sostanzialmente standard. Questo è quello che abbiamo comprato .

Ovviamente pongono limiti al tuo design (e sono fastidiosi per la saldatura a mano), ma possono essere a doppia faccia (esempio dello stesso fornitore di cui sopra, non qualcuno che abbia mai usato). Ti daranno una soluzione che si dissolverà in qualunque cosa il tuo caso Al si dissolverà.

Lo strato isolante ha in genere uno spessore di 100 µm e sembra essere preimpregnato a base epossidica. Suppongo che se i componenti a montaggio superficiale possono essere trattati, anche i piccoli pezzi di isolante polimerico, che potrebbero rompersi. Potrebbe essere segnato da routing, slotting board, o anche a mano con uno scriber in modo che si rompa in pezzi più piccoli (non so se questa è una ricerca una tantum o una corsa di produzione, quindi non lo so quali processi sono plausibili).

come l'alluminio, l'allumina è solubile in idrossido di potassio ed è disponibile come substrato da molti produttori, inoltre alcuni produttori produrranno alluminio a doppia faccia.

Probabilmente la soluzione più realistica sarebbe la metallizzazione dell'alluminio su substrato di allumina, probabilmente saranno necessarie saldature e flussi speciali per fissare le parti, ma tutte le interconnessioni dovrebbero dissolversi nella soluzione di sale alcalino. Non sono a conoscenza di alcun luogo che possa fornirlo come opzione standard.

la pasta di legno legata con un sale solubile sarebbe un altro esperimento interessante, ma richiederebbe solo processi senza acqua durante la produzione

Per FR4 devi solo dissolvere o decomporre l'epossidico tra le fibre. Il solito processo è quello di pirolizzare.

Accanto a FR4 ci sono altri materiali per realizzare un PCB. Il film di poliimmide viene spesso utilizzato nelle schede flessibili e questo può essere sciolto.

https://electronics.stackexchange.com/a/221926/148363

Ignari dell'applicazione, potrebbe essere necessario incollare questo PCB flessibile su un altro substrato più facilmente dissolvibile per rigidità o scopi termici.

Il PCB flessibile sarà anche più facile da bruciare. Alcuni prodotti difettosi hanno già danneggiato il PCB flessibile a causa dell'acqua delle bevande.

È necessaria una stretta collaborazione con la tua casa PCB. Dal momento che questo è un requisito di prodotto piuttosto insolito.

Considerare l'utilizzo di un PCB flessibile e l'utilizzo di un design "can-frantoio" per comprimerlo in un asse, quindi comprimerlo nuovamente con un altro in un 2 ° asse. Ti verrà lasciato un pellet che può essere rilasciato facilmente dalla custodia.

Il modo più semplice per smaltire il PCB è durante la fase di progettazione del progetto, non dopo che è stato distribuito. Cioè, non usare affatto un PCB .

Il tuo circuito può utilizzare come supporto un pezzo rigido di cartone non rivestito . I componenti a piombo lungo (resistori, diodi, ecc.) Possono passare attraverso il cartone. I componenti con conduttori più corti (CI) potrebbero richiedere un socket. Invece di tracce, crea i tuoi collegamenti usando buone tecniche di avvolgimento del filo vecchio stile . L'ho usato come tecnica di prototipazione di un uomo povero per secoli.

Quando arriva il momento di smaltire il dispositivo, il cartone è abbastanza facile da distruggere (fonte: i pacchi sulla mia veranda ogni volta che piove anche leggermente). Ciò che ti rimarranno sono i componenti stessi e il nido di un ratto di filo rivestito di Kynar . Kynar è resistente agli acidi, ma ci sono solventi che lo distruggeranno (alcuni dei tuoi componenti elettronici probabilmente hanno Kynar dentro / su di loro, quindi avrai bisogno di questa sostanza chimica). Se possibile, scegli una saldatura che si rompe nello stesso acido che stai usando per dissolvere l'involucro.

I principali svantaggi di questo approccio sono che i dispositivi sono più difficili da produrre (più manodopera, meno automazione) e che sono molto meno robusti (meno un problema dal momento che il tuo sarà in un recinto). Se il tuo circuito è estremamente complesso, potresti dover scegliere una scheda di dimensioni maggiori o creare un circuito multistrato impilando diverse schede una sopra l'altra.