Ищите материал для печатной платы, который можно растворить

Мы работаем над продуктом, в котором все устройство должно быть растворено в жидкости после того, как оно работает, и устройство больше не пригодно для использования или не требуется.

Это скважинное приложение. Корпус устройства выполнен из алюминия или магния. Есть небольшая литий-ионная батарея и печатная плата с электроникой. В настоящее время существует технология, которая может растворить алюминиевый корпус - рассол, содержащий около 5% хлорида калия (KCl), циркулирует до растворения устройства.

Наш клиент также хотел бы, чтобы плата сломалась / растворилась. В настоящее время доска изготовлена ​​из эпоксидного стекла FR4 со следами на верхнем и нижнем слоях. Мы посмотрим, есть ли шанс, что мы сможем ограничить следы только верхним слоем - это может позволить нам использовать алюминиевую печатную плату. Однако я не надеюсь, что это будет возможно.

Я ищу предложения относительно подходящих материалов для печатных плат или методов, которые могли бы привести к роспуску платы.

Например, мы рассматриваем возможность использования гораздо более хрупкого материала на печатной плате (бумажной эпоксидной смолы) и использования небольшого заряда взрывчатого вещества, чтобы разбить плату на гораздо более мелкие кусочки. Тем не менее, я хотел бы узнать о других методах, которые могут достичь нашей цели.

Обратите внимание, что это не вопрос покупки. Если кто-то может предложить материал для печатной платы, который был бы непосредственно подходящим - это круто. Но я после других методов, которые могут достичь аналогичного результата.

Я знаю, что отдельные компоненты не будут растворяться в рассоле. Однако цель состоит в том, чтобы сделать кусочки достаточно маленькими, чтобы их можно было перекачивать без засорения системы - кусочки можно отфильтровать и выбросить.

[Редактировать]

Из комментариев ниже:

1) не военный

2) PCB в настоящее время составляет около 1,5 "х 1,0". Был больше, но мы уменьшали его.

3) Время работы от развертывания до конца срока службы измеряется в часах. Я не являюсь ведущим инженером проекта, но думаю, что батареи хватает примерно на 24 часа работы.

4) Печатная плата закрыта внутри алюминиевой канистры с толстыми стенками. Печатная плата не подвергается воздействию жидкости в течение срока эксплуатации.

5) Максимальная температура, которую мы тестировали, составляет 100 ° С. Удивительно, но конкретная батарея Lipo, которую мы используем, вполне устраивает при такой температуре.

6) Устройство, распадающееся или разбивающееся на более мелкие кусочки, просто для того, чтобы не создавать препятствий по окончании своей работы. Ничего страшного - просто «убирай за собой».

Исследователи из Национальной физической лаборатории (NPL) в Лондоне в сотрудничестве с партнерами In2Teck Ltd и Gwent Electronic Materials Ltd разработали печатную плату для 3D-печати, которая разделяется на отдельные компоненты при погружении в горячую воду. Цель проекта ReUSE состояла в том, чтобы повысить перерабатываемость электронных сборок, чтобы уменьшить постоянно растущее количество электронных отходов.

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

Если это не сработает, азотная кислота будет работать практически на все.

О, если бы вы хотели «свернуть свой» производственный процесс, вы могли бы найти растворимый материал (может быть, какую-то целлюлозу?) И распечатать его на одном из этих печатных принтеров с печатной платой: https: //www.voltera. -й /

Согласно предложению Эдгара Браунса, эта идея для растворения полиимида для плоского изгиба:

Попробуйте смесь метанол: ТГФ = 1: 1, но это займет 1-2 дня; Самый простой способ растворить каптон - это использовать 0,1-0,3 М NaOH в воде. Используя щелочные растворы, вы можете полностью разложить каптон до исходных мономеров.

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

NaOH является щелочью, я не знаю, в какой концентрации вам потребуется, чтобы растворить каптон, но кажется, что с этим будет легко экспериментировать.

Вы должны пересмотреть пример PCB с металлическим сердечником . Я использовал их для мощных светодиодов, и мы применили их в своей работе, используя в основном стандартные процессы. Это тот, который мы купили .

Конечно, они накладывают ограничения на ваш дизайн (и они раздражают ручной пайкой), но они могут быть двусторонними (пример от того же поставщика, что и выше, а не от того, кого я когда-либо использовал). Они дадут вам решение, которое растворяется во всем, в чем растворяется ваше дело.

Толщина изолирующего слоя обычно составляет 100 мкм, и он представляет собой препрег на основе эпоксидной смолы. Я бы предположил, что если с компонентами поверхностного монтажа можно разобраться, то же самое можно сказать и о маленьких кусочках полимерной изоляции, которые могут сломаться. Он может быть оценен путем маршрутизации, прорезания игрового поля или даже вручную с помощью скрайбера, чтобы он разбился на более мелкие части (я не знаю, является ли это разовым исследованием или производственным циклом, поэтому я не знаю какие процессы правдоподобны).

Как и алюминий, глинозем растворим в гидроксиде калия и доступен в качестве субстрата у многих производителей, а некоторые производители будут использовать двухсторонний алюминий.

Вероятно, самым удачным решением будет металлизация алюминия на глиноземной подложке, возможно, понадобятся специальные припои и флюсы для крепления деталей, но все соединения должны раствориться в вашем растворе щелочной соли. Я не знаю ни одного места, которое может предоставить это в качестве стандартного варианта.

древесная масса, связанная с растворимой солью, была бы другим интересным экспериментом, но потребовала бы использования только безводных процессов во время производства

Для FR4 вам нужно только растворить или разложить эпоксидную смолу между волокнами. Обычный процесс - это пиролиз.

Рядом с FR4 есть другие материалы для изготовления печатной платы. Полиимидная пленка часто используется в гибких досках, и это может быть растворено.

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

Не зная о применении, вам может понадобиться приклеить эту гибкую печатную плату к другой, более легко растворяемой подложке для жесткости или термических целей.

Гибкая печатная плата также будет легче выгорать. Некоторые дефектные продукты уже повредили гибкую печатную плату из-за воды из напитков.

Требуется тесное сотрудничество с вашим домом печатных плат. Поскольку это довольно необычное требование к продукту.

Подумайте об использовании гибкой печатной платы и использовании конструкции «дробилка для банок», чтобы сжать ее по одной оси, а затем снова сжать с другой по второй оси. У вас останется гранула, которую можно легко извлечь из корпуса.

Самый простой способ утилизации печатной платы - на этапе разработки проекта, а не после его развертывания. То есть вообще не используйте печатную плату .

Ваша схема может использовать жесткий кусок картона без покрытия в качестве подложки . Длинноэтилированные компоненты (резисторы, диоды и т. Д.) Могут просочиться сквозь картон. Для компонентов с более короткими выводами (ИС) может потребоваться розетка. Вместо следов делайте ваши соединения, используя старые добрые методы проволочной обмотки . Я использовал это в качестве техники прототипирования бедняков целую вечность.

Когда приходит время утилизировать устройство, картон довольно легко уничтожить (источник: пакеты на моем крыльце в любое время, когда даже идет дождь). То, что у вас останется, это сами компоненты и крысиное гнездо из проволоки с покрытием Kynar . Kynar устойчив к кислотам, но есть растворители, которые могут его разрушить (некоторые из ваших электронных компонентов, вероятно, имеют Kynar в / на них, так что вам все равно понадобится этот химикат). Если возможно, выберите припой, который разрушается в той же кислоте, которую вы используете для растворения оболочки.

Основными недостатками этого подхода являются то, что устройства сложнее в изготовлении (больше труда, меньше автоматизации) и что они гораздо менее надежны (меньше проблем, поскольку ваши будут в корпусе). Если ваша схема чрезвычайно сложна, вам, возможно, придется пойти с платой большего размера или создать многослойную схему, уложив несколько плат друг на друга.