Recherche de matériel de circuit imprimé pouvant être dissous

Nous travaillons sur un produit dans lequel tout le dispositif doit être dissous dans un liquide une fois que le dispositif a fonctionné et que le dispositif n'est plus utilisable ou désiré.

Ceci est une application de fond. Le corps de l'appareil est en aluminium ou en magnésium. Il y a une petite batterie lithium-ion et un circuit imprimé avec des composants électroniques. Il existe actuellement une technologie capable de dissoudre le corps en aluminium - une solution de saumure contenant environ 5% de chlorure de potassium (KCl) est mise en circulation jusqu'à la dissolution du dispositif.

Notre client aimerait également que le circuit imprimé se décompose / se dissolve. Le panneau est actuellement en verre époxy FR4 avec des traces sur les couches supérieure et inférieure. Nous examinerons les possibilités de limiter les traces sur la couche supérieure uniquement, ce qui pourrait nous permettre d'utiliser une carte de circuit imprimé en aluminium. Cependant, je ne pense pas que cela sera possible.

Je suis à la recherche de suggestions de matériaux ou de techniques de PCB appropriés qui pourraient permettre la dissolution de la carte.

Par exemple, nous envisageons d'utiliser un matériau PCB beaucoup plus fragile (papier époxy) et d'utiliser une petite charge explosive pour briser le tableau en morceaux beaucoup plus petits. Cependant, j'aimerais connaître d'autres techniques susceptibles d'atteindre notre objectif.

Notez que ce n'est pas une question d'achat. Si quelqu'un peut suggérer un matériau contenant des BPC qui conviendrait directement, c'est génial. Mais je suis après d'autres techniques qui pourraient atteindre un résultat similaire.

Je suis conscient que les composants individuels ne seront pas dissous par la solution de saumure. Cependant, le but est de rendre les pièces suffisamment petites pour pouvoir les pomper sans encrasser le système - les pièces peuvent être filtrées et jetées.

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Parmi les commentaires ci-dessous:

1) pas militaire

2) Le PCB mesure actuellement environ 1,5 "x 1,0". Était plus grande mais nous avons rétréci.

3) Le temps d’opération entre le déploiement et la fin de vie est mesuré en heures. Je ne suis pas l'ingénieur principal du projet, mais je pense que la capacité de la batterie est suffisante pour environ 24 heures de fonctionnement.

4) Le circuit imprimé est scellé à l'intérieur d'un bidon en aluminium à paroi épaisse. Le circuit imprimé n'est exposé à aucun liquide pendant sa durée de vie.

5) La température maximale que nous avons testée est de 100 ° C. Étonnamment, la batterie Lipo que nous utilisons est plutôt contente à cette température.

6) L'unité en train de se dissoudre ou de se briser en petits morceaux est simplement destinée à ne pas causer d'obstruction lorsque son travail est terminé. Rien de néfaste - juste une sorte de "nettoyage après lui-même".

Des chercheurs du National Physical Laboratory (NPL) de Londres, en coopération avec les partenaires In2Teck Ltd et Gwent Electronic Materials Ltd, ont mis au point un circuit imprimable en 3D qui se sépare en composants individuels lorsqu'il est immergé dans de l'eau chaude. Le projet ReUSE avait pour objectif d'accroître la recyclabilité des assemblages électroniques afin de réduire la quantité sans cesse croissante de déchets électroniques.

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

Si cela ne fonctionne pas, l'acide nitrique agira sur à peu près tout.

Oh, si vous vouliez «lancer votre propre» processus de fabrication, vous pourriez trouver un matériau soluble (peut-être une sorte de cellulose?) Et l’imprimer avec l’une de ces imprimantes à encre conductrice pour PCB: https: //www.voltera. io /

Selon la suggestion d'Edgar Browns, cette idée de dissolution du polyimide pour un flex plat est également la suivante:

Essayez un mélange de méthanol: THF = 1: 1, mais cela prendra 1-2 jours. Le moyen le plus simple de dissoudre le Kapton est d’utiliser NaOH 0,1-0,3 M dans l’eau. En utilisant des solutions alcalines, vous pouvez complètement décomposer le Kapton - en monomères initiaux.

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

NaOH est une lessive, je ne sais pas à quelle concentration il faudrait dissoudre le kapton, mais cela semble facile à expérimenter.

Vous devriez reconsidérer l’ exemple des PCB à noyau métallique . Je les ai utilisées pour les LED haute puissance, et nous avons gravé à l’intérieur des processus standard. Ceci est celui que nous avons acheté .

Bien sûr, ils imposent des limites à votre conception (et ils sont agaçants à souder à la main), mais ils peuvent être à double face (exemple: fournisseur identique à celui ci-dessus, personne que je n'ai jamais utilisée). Ils vous donneront une solution qui se dissoudra dans tout ce que votre cas Al se dissoudra.

La couche isolante a généralement une épaisseur de 100 µm et semble être un préimprégné à base d’époxy. Je suppose que si l'on peut traiter les composants montés en surface, il en va de même pour les petits morceaux d'isolant en polymère, qui risquent de se briser. Cela pourrait être noté en faisant un routage, en glissant le tableau, ou même à la main avec un traceur pour qu'il se divise en morceaux plus petits (je ne sais pas s'il s'agit d'une recherche simple ou d'une production, alors je ne sais pas quels processus sont plausibles).

Comme l'aluminium, l'alumine est soluble dans l'hydroxyde de potassium et est disponible en tant que substrat auprès de nombreux fabricants. Certains fabricants proposent également l'aluminium à double face.

La solution la plus efficace serait probablement la métalisation de l’aluminium sur un substrat d’alumine; des soudures et des flux spéciaux seront probablement nécessaires pour fixer les pièces, mais toutes les interconnexions doivent se dissoudre dans votre solution de sel alcalin. Je ne connais aucun endroit qui puisse fournir cela comme option standard.

la pâte de bois liée à un sel soluble serait une autre expérience intéressante, mais ne nécessiterait que l'utilisation de procédés sans eau lors de la fabrication

Pour FR4, il suffit de dissoudre ou de décomposer l'époxy entre les fibres. Le processus habituel consiste à pyrolyser.

A côté de FR4, il existe d’autres matériaux pour fabriquer un PCB. Le film de polyimide est souvent utilisé dans les panneaux souples et peut être dissous.

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

Ignorant l'application, vous devrez peut-être coller cette carte souple à un autre substrat plus facilement dissout pour des raisons de rigidité ou thermiques.

PCB flexible sera également plus facile à brûler. Certains produits défectueux ont déjà endommagé les PCB flexibles en raison de l’eau des boissons.

Une collaboration étroite avec votre maison de PCB est nécessaire. Comme il s'agit d'une exigence de produit plutôt inhabituel.

Pensez à utiliser un circuit imprimé souple et à utiliser un concept de «broyeur de boîtes» pour le compresser dans un axe, puis à nouveau avec un autre dans un deuxième axe. Vous vous retrouverez avec une pastille qui peut être facilement libérée de l'enceinte.

Le moyen le plus simple de disposer du circuit imprimé est lors de la phase de conception de votre projet, et non après son déploiement. C'est-à-dire, n'utilisez pas de PCB .

Votre circuit peut utiliser un substrat rigide en carton non couché . Les composants à long plomb (résistances, diodes, etc.) peuvent coller à travers le carton. Les composants dont le fil est le plus court peuvent nécessiter un socket. Au lieu de traces, établissez vos connexions en utilisant de bonnes techniques d’enroulement de fil à l’ ancienne . J'ai utilisé cela comme technique de prototypage d'un homme pauvre depuis des lustres.

Quand vient le temps de jeter l'appareil, le carton est assez facile à détruire (source: les paquets sur mon porche chaque fois qu'il pleut même légèrement). Ce qui vous restera, ce sont les composants eux-mêmes et un nid de rat recouvert de fil de fer recouvert de Kynar . Kynar est résistant aux acides, mais il existe des solvants qui le détruiront (certains de vos composants électroniques contiennent probablement du Kynar dans / sur eux, vous aurez donc besoin de ce produit chimique quand même). Si possible, choisissez une soudure qui se décompose dans le même acide que celui que vous utilisez pour dissoudre le boîtier.

Le principal inconvénient de cette approche est que les dispositifs sont plus difficiles à fabriquer (plus de main-d'œuvre, moins d'automatisation) et beaucoup moins robustes (moins de problème, car le vôtre sera dans un boîtier). Si votre circuit est extrêmement complexe, vous devrez peut-être utiliser une plus grande taille de carte ou créer un circuit multicouche en empilant plusieurs cartes les unes sur les autres.