Opis projektu:
Artykuły przyjazne środowisku stają się coraz bardziej pożądanymi produktami na rynku. Często mają krótkie terminy przydatności i nie są wytworzone innowacyjnymi technologiami, ale wyznacznikiem ich popularności jest proces ich powstania. Czym jest jednak ekologia w przypadku elektroniki? Ciężko sobie wyobrazić przestarzałe płyty główne urządzeń w nowoczesnych rozwiązaniach technicznych. Użytkownicy świetnie zdają sobie sprawę z ograniczeń wiekowych podzespołów elektronicznych oraz prędkości rozwoju tej branży. Z miesiąca na miesiąc nowo wyprodukowana płyta główna traci na wydajności i atrakcyjności. W tym samym czasie powstają nowe bardziej wydajne, przyczyniając się do pojawienia się jeszcze większej liczby elektrośmieci. Możliwość wdrożenia używanych płyt głównych i powstania ekologicznych produktów jest trudna do wyobrażenia. Z drugiej jednak strony należy zwrócić uwagę na ilość odpadów elektronicznych, które wraz ze wzrostem sprzedaży oraz produkcji elektroniki osiągnęły wartość 8 milionów ton rocznie na terenie samej Unii Europejskiej i szacuje się, że będą wzrastać o 3%-5% rocznie. Odpady elektroniczne należą do odpadów niebezpiecznych, co jest spowodowane zawartymi w nich pierwiastkami, takimi jak ołów, rtęć, beryl. W związku z tym Unia Europejska wprowadziła dyrektywę 2002/96/WE, której głównym celem jest zwiększenie recyklingu zużytych sprzętów elektronicznych. Podjęte inicjatywy mają za zadanie zwiększyć efektywność odzyskiwania pierwiastków oraz materiałów elektronicznych z nieużytecznych sprzętów. Inwestycje ukierunkowane na poprawę technologii recyklingu pozwalają na ograniczenie nielegalnego transportu odpadów elektronicznych do krajów rozwijających się, gdzie niewłaściwe metody odzysku przyczyniają się do degradacji środowiska oraz zdrowia. W czasie stosowanych obróbek odpadów uwalniane są m.in. rakotwórcze polichlorowane dibenzodioksyny.
Z odpadów elektronicznych odzyskuje się przede wszystkim: szkło, tworzywa sztuczne, miedź, aluminium, srebro, pallad oraz złoto, które są wykorzystywane do produkcji płytek drukowanych i komponentów elektronicznych. Dla przykładu koncentracja złota w naturalnej rudzie wynosi kilka gramów w jednej tonie rudy, a możliwa ilość do odzyskania z płytek elektronicznych to od kilkunastu do tysiąca gramów w jednej tonie elektrośmieci. W ten sposób odpady elektroniczne stają się ważnym zasobem wielu metali. Innym przykładem jest odzysk metali ziem rzadkich, jak np. neodym, lantan czy tantal, który odzyskiwany jest głównie z kondensatorów tantalowych. W obu przypadkach procesy odzyskiwania związane są z całkowitym zniszczeniem zarówno płytki drukowanej, jak i komponentów.
W trwającym projekcie „sustainablySMART“ realizowanym w ramach programu Horyzont 2020 i finansowanym z funduszu Unii Europejskiej opracowywana jest technologia ponownego wykorzystania komponentów elektronicznych bez ich niszczenia. Projekt ten zakłada przygotowanie technologii demontażu wybranych komponentów, testowania ich przydatności do dalszej eksploatacji oraz wykorzystania w innych urządzeniach. W Polsce w opracowywanie procesu zostały zaangażowane firma Semicon Sp. z o. o. i Instytut Tele- i Radiotechniczny. Do głównych zadań należy określenie standardów dla procesu oraz opracowanie całej technologii.
Opracowywany proces technologiczny można podzielić na cztery etapy:
- demontaż komponentu,
- czyszczenie komponentu,
- testowanie komponentu,
- ponowne przygotowanie komponentu do produkcji.
Każdy z tych etapów związany jest z oddzielnym procesem. W przypadku demontażu komponentów istotnym punktem jest wybranie odpowiedniego narzędzia, które pozwoli na wykonanie testów o powtarzalnych parametrach procesu. Do tego celu doskonale nadaje się ERSA HR600/2.
Jest to urządzenie z hybrydowym systemem grzania o bardzo dużej wydajności (moc górnych grzałek do 800 W a dolnych do 2400 W). Aby rozgrzać cały obszar płyty z elementami, system w dolnej części wykorzystuje bardzo dynamiczne elementy grzejne. Górna głowica łączy w sobie zalety przenikania ciepła promieniowania podczerwonego ze skutecznością grzania konwekcyjnego. Użyte rozwiązania pozwalają na najwyższej jakości demontaż i montaż każdego podzespołu. Dodatkowa kamera z podświetleniem LED zapewnia pełną kontrolę i dokumentację procesu. Szczególny nacisk położono na automatyzację poszczególnych etapów procesu. Wszystkie operacje mogą być kontrolowane w trybie krok po kroku przez operatora lub mogą być połączone w celu automatycznego działania. Demontaż i montaż elementów wykonywany jest w sposób wyjątkowo precyzyjny (±25µm). Zintegrowane oprogramowanie do przetwarzania obrazu ocenia dane obrazów generowanych przez dwie zainstalowane kamery. Wymagana pozycja elementu jest obliczana automatycznie, a element umieszczany jest niezależnie od operatora za pomocą ssawki zamontowanej w osi układu. Dzięki wyposażeniu w czujniki temperatury urządzenie pozwala na dostosowywanie wszystkich punktów temperaturowych profilu demontażu oraz wyznaczenie odpowiedniego przedziału temperatur, przy którym element będzie zdejmowany. Równie istotne w procesie jest wykorzystanie topników zmniejszających napięcie powierzchniowe pomiędzy komponentem a płytką drukowaną. Dobór odpowiedniego preparatu zwilżającego spoiwo lutownicze jest przedmiotem wnikliwych badań w projekcie.
Kolejnym etapem po wymontowaniu komponentu z płytki jest określenie jego przydatności do ponownego użycia. W tym celu każdy układ jest odpowiednio czyszczony i sprawdzany pod kątem powstawania związków międzymetalicznych podczas wielokrotnych narażeń termicznych. Dzięki tym badaniom mamy pewność, że elementy po procesie demontażu będą miały zbliżone parametry mechaniczne jak przed procesem.
Kolejny etap związany jest z testowaniem elementów. W tym przypadku przeprowadzane są testy starzeniowe i testy szoków termicznych. Mają na celu określenie odporności takiego elementu na warunki atmosferyczne i umożliwiają symulację rzeczywistych warunków pracy. Przeprowadzane są również testy funkcjonalne dla każdego elementu. Jeżeli uda się potwierdzić, że komponenty są w pełni sprawne, przygotowywane są one do ponownego użycia.
Należy pamiętać, że każda płytka drukowana jest inna, a przez różnorodność rozmieszczenia elementów na płytce opracowanie technologii odzyskiwania elementów staje się jeszcze bardziej skomplikowane. Przez to opłacalność takiego procesu maleje i wydaje się, że jedynie masowy odzysk to zmieni. Prowadzone badania dają jednak przekonanie, że wyznaczony cel w niedalekiej przyszłości stanie się przyczynkiem do powstawania coraz większej liczby ekologicznych urządzeń elektronicznych.