In2Tec為全球電子垃圾問題帶來了創新閉環解決方案。

電子系統設計師正面臨一個嚴肅的問題：如何減少汽車中越來越多的電子元件對環境的影響？

“堆積如山”的廢棄電子垃圾是一個逐年惡化的全球性問題。雖然消費類電子產品是電子垃圾的主要組成部分，但汽車行業正在不斷加劇這一混亂局面。隨著實現每一項新功能的車載處理器的增加，以及看不到盡頭的傳感器泛濫，目前一輛輕型乘用車可包含多達200個電子控制單元（ECU）。每個ECU都有一個印制電路板（PCBA），其拆卸和回收既困難又昂貴。根據美國環保署的報告，盡管廢棄電路板的部件和材料仍有回收價值，但大多數都進入了垃圾填埋場。

一些行業內的供應商已經提出了回收PCBA和改善供應鏈下游混亂的解決方案。其中一家電子產品設計和制造公司In2Tec的眼光更為廣闊。公司高管認為，電子行業實現真正的可持續發展需要采用循環經濟。他們的解決方案將產品創新與閉環、環保的PCBA生產和再加工相結合。公司工程師計劃在一個正在開發的示范設施中演示該理念。

In2Tec集團董事總經理Neil Armstrong在接受SAE媒體采訪時表示：“在消費者和政府的推動下，電子垃圾問題正變得像塑料袋問題一樣，引起人們的重視。”他表示，要從源頭上減少浪費，汽車行業需要積極主動，而不是“不情不愿地被人拽到問題跟前。”

他聲稱，In2Tec的目標是利用其技術提供“行業中可回收率最高”的PCBA。Armstrong表示，為了實現這一目標，這家總部位于英國凱特林的公司自25年前成立以來一直專注于柔性基板技術和可持續電子解決方案。該公司服務于包括醫療和航空航天在內的一系列工業領域，保時捷、阿斯頓·馬丁、科尼賽克以及多家F1和世界拉力賽車隊都在使用In2Tech提供的“一攬子”HMI解決方案。

In2Tec在英國和中國都設有工廠，并將三分之一的資源用于研發。該公司早就意識到了一個商業機遇，就是將PCBA的制造和回收模式轉變為可持續模式。

可以用熱水分解

這種新工藝已經研究了10年。在英國技術戰略委員會的資助下，In2Tec與國家物理實驗室以及Gwent Electronic Materials合作開發了ReUSE，公司將其描述為一種“終生”的技術，可以提供能夠重復利用且未損壞的材料，以供循環使用。

按照ReUSE規范制造的PCBA是“可以被‘解壓縮’的，也就是說可以使用熱水[90℃/ 194℉]在一個3~6分鐘的循環內從柔性基板上移除元器件，”首席技術官Mark Hudman解釋道。整個過程的耗能極低，其中大部分技術正在申請專利，分解完成后還能產生一個干凈的電路板表面，并“使用戶有機會重復利用原基板90%的材料，以及印制電路板上的幾乎所有元件。”

與之相比，目前至少有十多家公司采用拆卸PCBA的方法，其中包括Boliden Group和Umicore N.V.這樣的巨頭，這種方法需要耗費巨大能源和勞力。機械回收是另一種廣泛使用且原始的辦法，即有選擇地拆卸和粉碎電路板，然后使用磁力或靜電工具收集各種金屬顆粒。還有化學和熱工藝方法，包括鹽浴和酸浴，采用甲基苯基硅油作為介質，通過超聲波將熱量傳遞給PCBA。

Hudman介紹，目前最常見的帶焊接元器件的FR4（環氧玻璃布層壓板）最多只能回收5%的材料。該工藝同時適用于柔性和剛性印制電路板。In2Tec可根據最終應用的要求和項目對可回收性的重視程度提供各種基板材料。“我們有PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）和各種塑料，包括納米纖維素結構，后者本質上是可生物降解的。”

實現In2Tec工藝的一項關鍵技術是與合作伙伴Sun Chemical共同開發的基板材料和導電膠粘劑。Sun Chemical是一家總部位于新澤西的印制電路技術供應商。Hudman說，與傳統的焊料和其他膠粘劑相比，Sun Chemical開發的膠粘劑可以通過熱水分解，從而快速讓PCBA元器件松動。“只要將電路板用熱水浸泡在一個3~6分鐘的循環中，就能將基板與元器件的膠粘劑清除多達90%。除此以外，單單只是濕度或是高溫都不會將其分解。”Hudman解釋說，該工藝需要按順序施加一些條件，才能達到“真正有效的解決方案”。

專家們表示，用于PCBA的導電膠粘劑比焊料更柔韌，因此更耐振動。它們也適用噴印或標繪等應用手段。電子膠粘劑供應商MasterBond指出，膠粘劑的固化溫度明顯低于無鉛焊錫加工所需的最低溫度450℉（232℃）。快速固化膠粘劑的固化溫度通常在250~350℉（121~177℃）。

Armstrong指出：“我們意識到，ECU或手機PCB中的元器件不是全都可以再利用的。但在復雜程度較低的電子產品中，可以再利用的元器件多得令人難以置信。當你重新利用電子元件的那一刻起，甚至是兩次、三次或更多次的時候，你就為減少生產能耗和溫室氣體排放做出了巨大貢獻。更不用說節省地球上珍貴的稀有材料了。科學家表示這些材料正在以一種不可恢復的速度被消耗。”

為未來解壓

In2Tec集團董事總經理Neil Armstrong承諾，“可解壓”電子技術“進入門檻非常低”。（In2Tec）

開發針對整車應用的更先進的柔性電子元器件是進一步推進再利用技術的必要條件。“柔性電子突破了系統架構中的設計障礙，”Armstrong說。“我們已經開發了可固定在車輛任何位置的印制天線和柔性天線的解決方案以及透明天線在光透鏡中的應用，并且為數據通信申請了平面扭曲串行對的專利，這本質上就是印制的CAN總線架構。”

集成電子線束和PCBA可能會淘汰連接器——據工程師的說法，超過70%的汽車電氣架構故障是由連接器造成的。柔性混合電子（FHE）是一種將導電油墨印制在薄膜狀基材上的技術。福特在2013年Fusion的頂部控制臺上進行過該技術的小規模試驗，目前大型家電制造商和美國軍方正在對其進行研究。Hudman和Armstrong表示，這一概念可以激發In2Tec開展進一步的可持續電子創新。

一般來說，當革新技術出現時，汽車OEM通常會保持觀望。但Armstrong感覺他們的保守主義在過去的一年里有所緩和。“我們正在與那些注重可持續發展的公司合作，這些公司愿意實現真正的可持續發展，以減少二氧化碳排放。”

汽車行業一直缺乏一個健全且高性價比的電子產品回收流程。而In2Tec將很快示范其專利方法。Armstrong承諾，客戶使用其閉環解決方案的“準入門檻非常非常低”。“解鎖”微電子電路的旅程才剛剛開始。

電子垃圾泛濫

據聯合國估計，2021年，全球人均產生7.6公斤（16.7磅）電子垃圾，全球共計5740萬噸，而且該數字每年都在增長。聯合國指出，這些混合了有毒物質和有價值物質的電子垃圾只有17.4%得到了適當的收集、處理和回收。據聯合國全球電子垃圾監測（Global E-waste Monitor）的數據，中國、美國和印度的電子垃圾總量占全球的38%。即使在電子垃圾回收方面處于世界領先地位的歐盟，也只有35%的電子垃圾得到了正式的收集和回收。全球平均回收率為20%，剩下的80%沒有記錄。在這些垃圾中，沒有一種材料是可生物降解的；大部分垃圾最終將在垃圾填埋場的地下存在幾個世紀。

未來的前景并不樂觀：據聯合國預測，到2030年，全球電子垃圾將達到7400萬噸。這一數字幾乎是2014年的兩倍，原因是設計壽命周期更短的電氣和電子設備的消耗率更高，維修選擇也很少。

審核編輯：劉清