Buscando material de placa de circuito que se pueda disolver

Estamos trabajando en un producto en el que todo el dispositivo debe disolverse en líquido después de que el dispositivo haya funcionado y el dispositivo ya no se pueda usar ni desear.

Esta es una aplicación de fondo de pozo. El cuerpo del dispositivo es aluminio o magnesio. Hay una pequeña batería de iones de litio más una placa de circuito con algunos componentes electrónicos. Actualmente existe tecnología que puede disolver el cuerpo de aluminio: se hace circular una solución de salmuera de aproximadamente 5% de cloruro de potasio (KCl) hasta que se disuelve el dispositivo.

A nuestro cliente también le gustaría que la placa de circuito se descomponga / disuelva. La placa es actualmente de vidrio epoxi FR4 con trazas en las capas superior e inferior. Echaremos un vistazo para ver si hay alguna posibilidad de que podamos restringir las trazas a la capa superior solamente; esto podría permitirnos usar una placa de circuito de aluminio. Sin embargo, no tengo esperanzas de que esto sea posible.

Estoy buscando sugerencias para cualquier material de PCB adecuado O técnicas que puedan permitir que la placa se disuelva.

Por ejemplo, estamos considerando usar un material de PCB mucho más frágil (papel-epoxi) y usar una pequeña carga explosiva para romper la placa en pedazos mucho más pequeños. Sin embargo, me gustaría aprender sobre otras técnicas que podrían lograr nuestro objetivo.

Tenga en cuenta que NO es una pregunta de compras. Si alguien puede sugerir un material de PCB que sea directamente adecuado, es increíble. Pero busco otras técnicas que podrían lograr un resultado similar.

Soy consciente de que la solución de salmuera no disolverá los componentes individuales. Sin embargo, el objetivo es hacer que las piezas sean lo suficientemente pequeñas como para que puedan bombearse sin obstruir el sistema; las piezas se pueden filtrar y desechar.

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De los comentarios a continuación:

1) No militar

2) El PCB actualmente mide aproximadamente 1.5 "x 1.0". Era más grande pero lo hemos estado reduciendo.

3) El tiempo de operación desde la implementación hasta el final de la vida útil se mide en horas. No soy el ingeniero principal del proyecto, pero creo que hay suficiente capacidad de batería para unas 24 horas de funcionamiento.

4) El PCB está sellado dentro de un recipiente de aluminio de pared gruesa. La placa de circuito no está expuesta a ningún líquido durante la vida operativa.

5) La temperatura máxima que hemos estado probando es de 100C. Sorprendentemente, la batería de Lipo particular que estamos usando está bastante contenta con esa temperatura.

6) La unidad que se disuelve o se rompe en pedazos más pequeños es simplemente para que no cause obstrucción cuando haya terminado su trabajo. Nada nefasto, solo una especie de "limpieza después de sí mismo".

Investigadores del Laboratorio Nacional de Física (NPL), en Londres, en cooperación con los socios In2Teck Ltd y Gwent Electronic Materials Ltd, han desarrollado una placa de circuito imprimible en 3D que se separa en componentes individuales cuando se sumerge en agua caliente. El objetivo del proyecto ReUSE era aumentar la reciclabilidad de los ensambles electrónicos para reducir la cantidad cada vez mayor de desechos electrónicos.

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

Si eso no funciona, el ácido nítrico funcionará en casi todo.

Oh, si quisieras 'rodar tu propio' proceso de fabricación, podrías encontrar un material soluble (¿tal vez algún tipo de celulosa?) E imprimir con una de estas impresoras de tinta conductora de PCB: https: //www.voltera. io /

Según la sugerencia de Edgar Browns, también esta idea para disolver poliimida para flexión plana:

Pruebe una mezcla de metanol: THF = 1: 1, pero tomará 1-2 días; La forma más fácil de disolver Kapton es usar NaOH 0.1-0.3M en agua. Mediante el uso de soluciones alcalinas, puede descomponer completamente el Kapton, hasta los monómeros iniciales.

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

NaOH es lejía, no sé en qué concentración tendrías que tener que hacer que Kapton se disuelva, pero parece que sería fácil experimentar con él.

Debe reconsiderar los PCB con núcleo de metal Ejemplo . Los he usado para LED de alta potencia, y grabamos en casa usando básicamente procesos estándar. Este es el que compramos .

Por supuesto, imponen límites a su diseño (y son molestos para la soldadura manual), pero pueden ser de doble cara (ejemplo del mismo proveedor que el anterior, no alguien que haya usado). Le darán una solución que se disolverá en cualquier cosa en la que se disuelva su caso Al.

La capa aislante es típicamente de 100 µm de espesor, y parece ser un preimpregnado a base de epoxi. Supongo que si los componentes de montaje en superficie pueden tratarse, también pueden hacerlo pequeñas piezas de aislamiento de polímero, que es probable que se rompan. Se puede puntuar enrutando, ranurando el tablero o incluso a mano con un trazador para que se rompa en pedazos más pequeños (no sé si se trata de una investigación única o una producción, por lo que no sé qué procesos son plausibles).

Al igual que el aluminio, la alúmina es soluble en hidróxido de potasio, y está disponible como sustrato de muchos fabricantes. Además, algunos fabricantes fabricarán aluminio de doble cara.

Probablemente, la solución más potente sería la metalización de aluminio sobre sustrato de alúmina, probablemente se necesitarán soldaduras especiales y fundentes para unir las piezas, pero toda la interconexión debería disolverse en su solución de sal alcalina. No conozco ningún lugar que pueda proporcionar eso como una opción estándar.

la pulpa de madera unida con una sal soluble sería otro experimento interesante, pero requeriría el uso de procesos libres de agua durante la fabricación

Para FR4 solo necesita disolver o descomponer el epóxico entre las fibras. El proceso habitual es pirolizarlo.

Al lado de FR4 hay otros materiales para hacer un PCB. La película de poliimida se usa a menudo en tableros flexibles, y esto se puede disolver.

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

Sin conocer la aplicación, es posible que necesite pegar esta PCB flexible a otro sustrato que se disuelva más fácilmente por razones de rigidez o térmicas.

El PCB flexible también será más fácil de quemar. Algunos productos defectuosos ya tienen PCB flexible dañado debido al agua de las bebidas.

Se requiere una estrecha colaboración con su casa de PCB. Dado que este es un requisito de producto bastante inusual.

Considere usar una PCB flexible y usar un diseño de "trituradora de latas" para comprimirla en un eje, luego comprima nuevamente con otra en un segundo eje. Te quedará un gránulo que se puede liberar fácilmente del recinto.

La forma más fácil de deshacerse de la PCB es durante la fase de diseño de su proyecto, no después de su implementación. Es decir, no use una PCB en absoluto .

Su circuito puede usar una pieza rígida de cartón no recubierto como sustrato . Los componentes de plomo largo (resistencias, diodos, etc.) pueden pegarse directamente a través del cartón. Los componentes con conductores más cortos (IC) pueden necesitar un zócalo. En lugar de trazas, realice sus conexiones utilizando buenas técnicas anticuadas de alambrado . He usado esto como una técnica de creación de prototipos de pobres por siglos.

Cuando llega el momento de deshacerse del dispositivo, el cartón es bastante fácil de destruir (fuente: los paquetes en mi porche cada vez que llueve ligeramente). Lo que te quedará son los componentes en sí y un nido de ratas de alambre recubierto de Kynar . Kynar es resistente a los ácidos, pero hay solventes que lo destruirán (es probable que algunos de sus componentes electrónicos tengan Kynar en ellos, por lo que necesitará este químico de todos modos). Si es posible, elija una soldadura que se descomponga en el mismo ácido que está utilizando para disolver la carcasa.

Las principales desventajas de este enfoque son que los dispositivos son más difíciles de fabricar (más mano de obra, menos automatización) y que son mucho menos resistentes (menos problema ya que el suyo estará en un gabinete). Si su circuito es extremadamente complejo, es posible que deba elegir un tamaño de placa más grande o hacer un circuito de varias capas apilando varias placas una encima de la otra.