Procurando material da placa de circuito que possa ser dissolvido

Estamos trabalhando em um produto em que todo o dispositivo precisa ser dissolvido em líquido após a operação e o dispositivo não é mais utilizável ou desejado.

Esta é uma aplicação de fundo de poço. O corpo do dispositivo é de alumínio ou magnésio. Há uma pequena bateria de íons de lítio e uma placa de circuito com alguns componentes eletrônicos. Atualmente, existe tecnologia que pode dissolver o corpo de alumínio - uma solução de salmoura de cerca de 5% de cloreto de potássio (KCl) circula até que o dispositivo seja dissolvido.

Nosso cliente também gostaria que a placa de circuito se quebre / dissolva. Atualmente, a placa é de epóxi de vidro FR4 com traços nas camadas superior e inferior. Vamos dar uma olhada para ver se há alguma chance de restringir os traços apenas à camada superior - isso pode nos permitir usar uma placa de circuito de alumínio. No entanto, não tenho esperanças de que isso seja possível.

Estou procurando sugestões para materiais PCB adequados OU para técnicas que possam permitir a dissolução da placa.

Por exemplo, estamos pensando em usar um material PCB muito mais frágil (papel-epóxi) e usar uma pequena carga explosiva para quebrar o cartão em pedaços muito menores. No entanto, gostaria de aprender sobre outras técnicas que podem alcançar nosso objetivo.

Observe que NÃO é uma pergunta sobre compras. Se alguém puder sugerir um material de PCB diretamente adequado - isso é incrível. Mas estou atrás de outras técnicas que podem alcançar um resultado semelhante.

Estou ciente de que os componentes individuais não serão dissolvidos pela solução de salmoura. No entanto, o objetivo é tornar as peças pequenas o suficiente para que possam ser bombeadas sem obstruir o sistema - as peças podem ser filtradas e descartadas.

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Dos comentários abaixo:

1) Não militar

2) PCB é atualmente cerca de 1,5 "x 1,0". Era maior, mas estamos diminuindo.

3) O tempo de operação desde a implantação até o final da vida útil é medido em horas. Não sou o engenheiro líder do projeto, mas acho que há capacidade de bateria suficiente para cerca de 24 horas de operação.

4) O PCB é selado dentro de uma caixa de alumínio de parede pesada. A placa de circuito não é exposta a nenhum líquido durante a vida operacional.

5) A temperatura máxima em que testamos é de 100 ° C. Surpreendentemente, a bateria Lipo específica que estamos usando é bastante feliz nessa temperatura.

6) A unidade que se dissolve ou quebra em pedaços menores é simplesmente para que não cause obstruções ao terminar o trabalho. Nada nefasto - apenas uma espécie de "limpeza depois de si".

Pesquisadores do National Physical Laboratory (NPL), em Londres, em cooperação com os parceiros In2Teck Ltd e Gwent Electronic Materials Ltd, desenvolveram uma placa de circuito imprimível em 3D que se separa em componentes individuais quando imersa em água quente. O objetivo do projeto ReUSE era aumentar a reciclabilidade de montagens eletrônicas para reduzir a quantidade cada vez maior de lixo eletrônico.

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

Se isso não funcionar, o ácido nítrico funcionará em quase tudo.

Ah, se você quisesse fazer o seu próprio processo de fabricação, poderia encontrar um material dissolvível (talvez algum tipo de celulose?) E imprimi-lo com essas impressoras de tinta condutora para PCB: https: //www.voltera. io /

Conforme sugestão de Edgar Browns, também essa ideia para dissolver a poliimida para flexão plana:

Tente uma mistura de metanol: THF = 1: 1, mas levará 1-2 dias; A maneira mais fácil de dissolver Kapton - é usar NaOH 0,1-0,3M na água. Usando soluções alcalinas, você pode decompor completamente o Kapton - até os monômeros iniciais.

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

NaOH é soda cáustica, não sei em que concentração você teria que fazer o kapton se dissolver, mas parece que seria fácil experimentar.

Você deve reconsiderar o exemplo de PCBs com núcleo de metal . Eu os usei para LEDs de alta potência e gravamos em casa usando processos basicamente padrão. Este é o que compramos .

É claro que eles impõem limites ao seu design (e são irritantes para a solda manual), mas podem ser de dupla face (exemplo do mesmo fornecedor acima, não de alguém que eu já usei). Eles fornecerão uma solução que se dissolverá em qualquer coisa em que seu caso de Al se dissolver.

A camada isolante tem tipicamente 100 µm de espessura e parece ser um pré-impregnado à base de epóxi. Eu diria que, se os componentes de montagem em superfície podem ser tratados, o mesmo ocorre com pequenos pedaços de isolamento de polímero, que provavelmente quebrarão. Podia ser pontuado roteando, encaixando o tabuleiro ou até manualmente com um scriber para que ele se fragmentasse em pedaços menores (não sei se isso é uma pesquisa pontual ou uma produção, então não sei quais processos são plausíveis).

como o alumínio, a alumina é solúvel em hidróxido de potássio e está disponível como substrato em muitos fabricantes; alguns fabricantes também fabricam alumínio de dupla face.

Provavelmente, a solução mais adequada seria a metalização de alumínio no substrato de alumina, provavelmente serão necessárias soldas e fluxos especiais para fixar as peças, mas toda a interconexão deve se dissolver na solução de sal alcalino. Não conheço nenhum lugar que possa fornecer isso como uma opção padrão.

polpa de madeira ligada a um sal solúvel seria outro experimento interessante, mas exigiria o uso de apenas processos sem água durante a fabricação

Para o FR4, você só precisa dissolver ou decompor o epóxi entre as fibras. O processo usual é pirolisá-lo.

Ao lado do FR4, existem outros materiais para fazer uma PCB. O filme de poliimida é frequentemente usado em placas flexíveis, e isso pode ser dissolvido.

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

Desconhecendo a aplicação, pode ser necessário colar esta placa flexível a outro substrato mais facilmente dissolvido para fins de rigidez ou térmicos.

PCB flexível também será mais fácil de queimar. Alguns produtos defeituosos já danificaram o PCB flexível devido à água das bebidas.

É necessária uma colaboração estreita com sua casa de PCB. Uma vez que este é um requisito de produto bastante incomum.

Considere usar uma PCB flexível e usar um design de "britador de latas" para compactá-la em um eixo e depois comprimir novamente com outra em um segundo eixo. Você ficará com um pellet que pode ser liberado facilmente do gabinete.

A maneira mais fácil de descartar o PCB é durante a fase de design do seu projeto, não após a implantação. Ou seja, não use um PCB .

Seu circuito pode usar um pedaço rígido de papelão não revestido como substrato . Componentes com chumbo longo (resistores, diodos, etc.) podem grudar no papelão. Os componentes com chumbo mais curto (ICs) podem precisar de um soquete. Em vez de traços, faça suas conexões usando boas técnicas de enrolamento de arame à moda antiga . Eu usei isso como uma técnica de prototipagem do homem pobre por séculos.

Quando chega a hora de descartar o dispositivo, é fácil destruir papelão (fonte: os pacotes na minha varanda sempre que chove um pouco). O que restará são os próprios componentes e um ninho de rato com arame revestido por Kynar . O Kynar é resistente a ácidos, mas existem solventes que o destruirão (alguns de seus componentes eletrônicos provavelmente têm o Kynar neles / então você precisará desse produto químico de qualquer maneira). Se possível, escolha uma solda que se decomponha no mesmo ácido que você está usando para dissolver o revestimento.

As principais desvantagens dessa abordagem são que os dispositivos são mais difíceis de fabricar (mais mão-de-obra, menos automação) e são muito menos resistentes (menos um problema, já que o seu estará em um gabinete). Se o seu circuito for extremamente complexo, talvez você precise usar um tamanho de placa maior ou fazer um circuito de várias camadas empilhando várias placas umas sobre as outras.