Auf der Suche nach Leiterplattenmaterial, das aufgelöst werden kann

Wir arbeiten an einem Produkt, bei dem das gesamte Gerät nach dem Betrieb in Flüssigkeit aufgelöst werden muss und das Gerät nicht mehr verwendbar oder erwünscht ist.

Dies ist eine Down-Hole-Anwendung. Der Gerätekörper besteht entweder aus Aluminium oder Magnesium. Es gibt einen kleinen Lithium-Ionen-Akku sowie eine Platine mit Elektronik. Derzeit gibt es eine Technologie, die den Aluminiumkörper auflösen kann - eine Salzlösung von etwa 5% Kaliumchlorid (KCl) zirkuliert, bis das Gerät aufgelöst ist.

Unser Kunde möchte, dass auch die Leiterplatte kaputt geht / sich auflöst. Die Platte besteht derzeit aus FR4-Epoxidglas mit Spuren auf der Ober- und Unterseite. Wir werden sehen, ob es eine Chance gibt, dass wir die Leiterbahnen nur auf die oberste Schicht beschränken können - dies könnte uns erlauben, eine Aluminiumleiterplatte zu verwenden. Ich bin jedoch nicht zuversichtlich, dass dies möglich sein wird.

Ich bin auf der Suche nach Vorschlägen für geeignetes PCB-Material ODER Techniken, mit denen die Platine aufgelöst werden kann.

Zum Beispiel erwägen wir, ein viel zerbrechlicheres PCB-Material (Papier-Epoxid) und eine kleine Sprengladung zu verwenden, um die Platine in viel kleinere Stücke zu zersplittern. Ich würde jedoch gerne mehr über andere Techniken erfahren, die unser Ziel erreichen könnten.

Beachten Sie, dass es sich NICHT um eine Einkaufsfrage handelt. Wenn jemand ein PCB-Material vorschlagen kann, das direkt geeignet wäre - das ist fantastisch. Aber ich bin nach anderen Techniken, die ein ähnliches Ergebnis erzielen könnten.

Mir ist bewusst, dass die einzelnen Komponenten durch die Solelösung nicht aufgelöst werden. Ziel ist es jedoch, die Teile so klein zu machen, dass sie gepumpt werden können, ohne das System zu verstopfen - die Teile können herausgefiltert und weggeworfen werden.

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Aus den Kommentaren unten:

1) Nicht militärisch

2) PCB ist derzeit etwa 1,5 "x 1,0". War größer, aber wir haben es geschrumpft.

3) Die Betriebszeit vom Einsatz bis zum Ende der Lebensdauer wird in Stunden gemessen. Ich bin nicht der leitende Ingenieur des Projekts, aber ich denke, dass die Batteriekapazität für einen Betrieb von etwa 24 Stunden ausreicht.

4) Die Leiterplatte ist in einem dickwandigen Aluminiumbehälter versiegelt. Die Leiterplatte ist während der Betriebsdauer keiner Flüssigkeit ausgesetzt.

5) Die maximale Temperatur, auf die wir getestet haben, beträgt 100 ° C. Überraschenderweise ist die spezielle Lipo-Batterie, die wir verwenden, bei dieser Temperatur ziemlich zufrieden.

6) Das Gerät löst sich auf oder zerbricht in kleinere Teile, damit es nach Beendigung seiner Arbeit nicht behindert wird. Nichts Schändliches - nur eine Art "Aufräumen nach sich selbst".

Forscher des National Physical Laboratory (NPL) in London haben in Zusammenarbeit mit den Partnern In2Teck Ltd und Gwent Electronic Materials Ltd eine 3D-bedruckbare Leiterplatte entwickelt, die beim Eintauchen in heißes Wasser in einzelne Komponenten zerlegt wird. Ziel des ReUSE-Projekts war es, die Recyclingfähigkeit elektronischer Baugruppen zu verbessern, um die immer größere Menge an Elektronikschrott zu reduzieren.

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

Wenn das nicht funktioniert, wirkt Salpetersäure auf fast alles.

Oh, wenn Sie Ihren eigenen Herstellungsprozess "rollen" wollten, könnten Sie ein lösliches Material (vielleicht eine Art Zellulose?) Finden und mit einem dieser PCB-leitfähigen Tintendrucker darauf drucken: https://www.voltera. io /

Nach dem Vorschlag von Edgar Browns auch diese Idee zum Auflösen von Polyimid für Flat Flex:

Versuchen Sie eine Mischung aus Methanol: THF = 1: 1, aber es dauert 1-2 Tage; Der einfachste Weg, Kapton aufzulösen, ist die Verwendung von 0,1-0,3 M NaOH in Wasser. Mit alkalischen Lösungen können Sie das Kapton vollständig zu Ausgangsmonomeren zersetzen.

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

NaOH ist Lauge, ich weiß nicht, in welcher Konzentration man Kapton zum Auflösen bringen müsste, aber das scheint einfach zu sein, damit zu experimentieren.

Sie sollten die Leiterplatten mit Metallkern neu überdenken. Beispiel . Ich habe sie für Hochleistungs-LEDs verwendet, und wir haben im Haus mit im Wesentlichen Standardprozessen geätzt. Dies ist der, den wir gekauft haben .

Natürlich schränken sie Ihr Design ein (und es ist ärgerlich, von Hand zu löten), aber sie können doppelseitig sein (Beispiel von demselben Lieferanten wie oben, nicht von jemandem, den ich jemals benutzt habe). Sie geben Ihnen eine Lösung, die sich in allem auflöst, in dem sich Ihr Fall auflöst.

Die Isolierschicht ist typischerweise 100 um dick und es scheint sich um ein Prepreg auf Epoxidbasis zu handeln. Ich gehe davon aus, dass wenn oberflächenmontierte Komponenten behandelt werden können, auch kleine Teile der Polymerisolierung, die wahrscheinlich zerbrechen. Es könnte durch Fräsen, Schlitzen des Brettes oder sogar von Hand mit einer Reißnadel erzielt werden, so dass es in kleinere Stücke zerbricht welche Prozesse plausibel sind).

Wie Aluminiumoxid ist Aluminiumoxid in Kaliumhydroxid löslich und als Substrat von vielen Herstellern erhältlich. Einige Hersteller bieten auch doppelseitiges Aluminium an.

Die wahrscheinlich am besten geeignete Lösung ist die Aluminiummetallisierung auf Aluminiumoxid-Untergrund. Zum Anbringen der Teile sind möglicherweise spezielle Lote und Flussmittel erforderlich, aber die gesamte Verbindung sollte sich in Ihrer alkalischen Salzlösung lösen. Mir ist kein Ort bekannt, der dies als Standardoption anbietet.

Holzzellstoff, der mit einem löslichen Salz gebunden ist, wäre ein weiteres interessantes Experiment, würde jedoch die Verwendung nur wasserfreier Verfahren während der Herstellung erfordern

Bei FR4 muss nur das Epoxid zwischen den Fasern aufgelöst oder zersetzt werden. Das übliche Verfahren besteht darin, es zu pyrolysieren.

Neben FR4 gibt es noch andere Materialien, aus denen eine Leiterplatte hergestellt werden kann. Polyimidfolie wird häufig in flexiblen Platten verwendet, und diese können aufgelöst werden.

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

Da Sie sich der Anwendung nicht bewusst sind, müssen Sie diese flexible Leiterplatte möglicherweise aus Gründen der Steifigkeit oder zu thermischen Zwecken auf ein anderes, leichter lösliches Substrat kleben.

Flexible Leiterplatten lassen sich auch leichter abbrennen. Einige defekte Produkte haben die flexible Leiterplatte bereits durch Wasser aus Getränken beschädigt.

Eine enge Zusammenarbeit mit Ihrem Leiterplattenhaus ist erforderlich. Da dies eine eher ungewöhnliche Produktanforderung ist.

Erwägen Sie die Verwendung einer flexiblen Leiterplatte und die Verwendung einer "Büchsenbrecher" -Konstruktion, um sie in einer Achse zu komprimieren, und komprimieren Sie sie dann in einer zweiten Achse erneut mit einer anderen. Sie erhalten ein Pellet, das sich leicht aus dem Gehäuse lösen lässt.

Der einfachste Weg, die Leiterplatte zu entsorgen, ist während der Entwurfsphase Ihres Projekts, nicht nachdem es bereitgestellt wurde. Das heißt, nicht mit einem PCB überhaupt .

Ihre Schaltung kann ein steifes Stück unbeschichteten Karton als Substrat verwenden . Bauteile mit langer Zuleitung (Widerstände, Dioden usw.) können durch die Pappe hindurchragen. Komponenten mit kürzerer Zuleitung (ICs) benötigen möglicherweise einen Sockel. Stellen Sie Ihre Verbindungen statt mit Spuren mit guten, altmodischen Wire-Wrap-Techniken her . Ich habe das schon seit Ewigkeiten als Prototyping-Technik für Arme benutzt.

Wenn es darum geht, das Gerät zu entsorgen, lässt sich Karton relativ leicht zerstören (Quelle: Die Pakete auf meiner Veranda, wenn es einmal leicht regnet). Was Sie mit gelassen werden, um die Komponenten selbst und ein Rattennest von Kynar beschichteten Draht. Kynar ist säurebeständig, es gibt jedoch Lösungsmittel, die es zerstören (einige Ihrer elektronischen Komponenten enthalten wahrscheinlich Kynar, sodass Sie diese Chemikalie sowieso benötigen). Wenn möglich, wählen Sie ein Lot, das in der gleichen Säure zerfällt, die Sie zum Auflösen des Gehäuses verwenden.

Die Hauptnachteile dieses Ansatzes sind, dass die Geräte schwerer herzustellen sind (mehr Arbeitsaufwand, weniger Automatisierung) und dass sie viel weniger robust sind (weniger problematisch, da sich Ihre Geräte in einem Gehäuse befinden). Wenn Ihre Schaltung extrem komplex ist, müssen Sie möglicherweise eine größere Platine verwenden oder eine mehrschichtige Schaltung erstellen, indem Sie mehrere Platinen übereinander stapeln.