Vědci z vysokých škol v Praze ladí, jak z PET lahví ekologicky vyrábět elektroniku

Podle výzkumníků pražských škol až 10 procent z elektronického odpadu tvoří desky plošných spojů, které jsou základním stavebním kamenem pro drtivou většinu elektronických zařízení. Na výrobu izolačního substrátu se používá epoxidová pryskyřice vyztužená skelnými vlákny, obsahující další, poměrně toxické látky, které slouží jako retardéry hoření. Jde ale o prakticky nerecyklovatelný materiál, z vysloužilé desky plošných spojů tedy většinou lze znovu použít pouze kovy.

„Naším cílem je nejen už při výrobě eliminovat materiály, které nejdou recyklovat, ale připravit a otestovat celý alternativní proces výroby elektroniky, který bude šetrnější k životnímu prostředí. Pro výrobu nosného substrátu je možné využít polymerní látky, které se používají mimo jiné při 3D tisku, například PET.

Těmi, po jejich vhodné modifikaci pro zajištění požadavků pro elektronické výrobky, nahradíme epoxidovou pryskyřici,“ popsal Petr Veselý z katedry elektrotechnologie Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze hlavní cíle výzkumu.

Vedle skupiny 3DP Lab – Vývoj a výzkum materiálů pro 3D tisk v elektronice, jejímž vedoucím je právě doktor Veselý, se na výzkumu podílejí i pracovníci Ústavu polymerů na VŠCHT Praha pod vedením doktora Čadka.

„Naším úkolem je právě vývoj a výroba strun pro 3D tisk, které budou mít vhodné vlastnosti pro výrobu nosných substrátů. Ty bude zároveň možné použít po skončení jejich životnosti jako vstupní surovinu pro opětovnou výrobu tiskové struny,“ sdělil Jonáš Uřičář, student zapojený do projektu. 

Při konvenčním způsobu výroby desek plošných spojů dochází k chemickému leptání měděné vrstvy a tím k tvorbě vodivých motivů pro propojení jednotlivých součástek.

Ty se pak na desku plošných spojů připojují nejčastěji pájením. Takový způsob výroby je však energeticky náročný a využívají se při něm látky potenciálně nebezpečné pro životní prostředí a značné množství vody.

Díky využití technologie 3D tisku lze podle výzkumníků vyrábět desky plošných spojů s již zapouzdřenými elektronickými součástkami v těle substrátu, které se navzájem propojí během následného potisku elektricky vodivým inkoustem.

Zapouzdření zajistí mechanickou integritu obvodu, která by jinak byla oproti konvenčnímu řešení snížena kvůli horším mechanickým vlastnostem recyklovaných plastů. Tento alternativní postup výroby eliminuje energeticky a chemicky náročné procesy a tím může dle Veselého významně přispět ke snížení uhlíkové stopy výroby elektronických výrobků.

Zapojení technologie 3D tisku také kromě enviromentální stránky přináší možnost pružné reakce na případné změny návrhu výrobku a proces výroby značně zjednodušuje. Takový postup je vhodný nejen pro výzkum, ale také pro 3d tisk na zakázku při výrobě prototypů a menších sérií elektronických zařízení. 

Cílem výzkumu je však také posunout vývoj tohoto řešení směrem k velkosériové výrobě a širšímu využití v průmyslové praxi. Technologii 3D tisku lze pro velké výrobní série nahradit vstřikolisovou výrobou s využitím stejného vstupního materiálu ve formě recyklovaného termoplastu.

Výzkumníci z FEL a VŠCHT zatím technologii testují na jednovrstvých deskách plošných spojů. Prvotní výsledky prezentovali na mezinárodní konferenci International Spring Seminar on Electronics Technology v rumunském Temešváru v letošním květnu.

Protože je ale pro většinu obvodů moderní elektroniky zapotřebí vícevrstvých desek (typicky 4 až 16 vrstvých), budou snahy výzkumné skupiny v této oblasti dále pokračovat. Společně podávají návrh projektu do programové výzvy Technologické agentury České republiky s názvem Prostředí pro život, která by v případě udělení podpory měla poskytnout financování pro další úspěšný vývoj představeného řešení.