新型PCB技术：解决电子废物问题的新思路

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近年来，电子废物问题日益严重，全球每年产生的电子废物数量不断攀升。根据联合国的第四次全球电子废物监测报告，2022年全球产生了6200万吨电子废物，比2010年增加了82%。然而，只有不到四分之一的电子废物得到了妥善回收，导致大量有价值的资源被浪费，并对环境和人类健康构成了严重威胁。传统的印刷电路板（PCB）是电子废物的重要组成部分，其回收难度大，处理不当会产生有毒物质。华盛顿大学（2024USNews美国大学排名：40）的研究团队开发了一种新型PCB，利用玻璃化转变聚合物（vitrimer）实现了高效回收，几乎没有材料损失，为解决电子废物问题提供了新的思路。

新型PCB的开发与优势

华盛顿大学的研究团队在《自然可持续性》期刊上发表了一项研究，介绍了他们开发的新型PCB。这种PCB的性能与传统材料相当，但具有显著的回收优势。研究人员使用一种溶剂将玻璃化转变聚合物转化为果冻状物质，从而可以将固体组件取出进行再利用或回收。与传统塑料在每次回收过程中显著降解不同，这种玻璃化转变聚合物果冻可以反复用于制造新的高质量PCB。研究表明，98%的玻璃化转变聚合物和100%的玻璃纤维可以在回收过程中被回收利用，此外，91%的用于回收的溶剂也可以被回收。

这种新型PCB不仅在电子和机械性能上与传统PCB相当，还兼容现有的制造工艺。研究团队测试了新型PCB的强度和电气性能，发现其性能与最常见的PCB材料（FR-4）相当。此外，回收的PCB可以减少48%的全球变暖潜力和81%的致癌排放。这一研究成果为电子供应链的循环利用提供了可能，具有重要的环境和经济意义。

玻璃化转变聚合物在PCB回收中的应用

玻璃化转变聚合物（vitrimer）是一种前沿的聚合物类型，其化学键是可逆的，可以通过特定溶剂处理将其分解成凝胶状，从而实现材料的回收和再利用。传统的PCB由玻璃纤维和热固性塑料制成，这些材料在加热过程中形成不可逆的化学键，导致PCB无法回收利用。而基于vitrimer的PCB则不同，其化学键是可逆的，可以通过特定溶剂处理将其分解成凝胶状，从而实现材料的回收和再利用。

微软研究院的化学家Bichlien Nguyen利用机器学习帮助设计这些聚合物，并与华盛顿大学的计算机科学家Vikram Iyer和机械工程师Aniruddh Vashisth合作，使其适用于可回收PCB。尽管目前还没有专门的PCB回收基础设施，但这种新技术为电子供应链的循环利用提供了可能。斯坦福大学的化学工程师Zhenan Bao认为，回收基板的能力是非常理想的。可修复的PCB还可以促进模块化电子产品的设计，使其更容易升级而不是被丢弃。

全球电子废物现状与挑战

根据联合国的报告，2022年全球产生了6200万吨电子废物，比2010年增加了82%，预计到2030年将进一步增加32%。然而，2022年只有22.3%的电子废物被妥善收集和回收，导致620亿美元的可回收自然资源未被利用，并增加了全球污染风险。报告预测，到2030年，电子废物的收集和回收率将从2022年的22.3%下降到20%。

电子废物含有有毒添加剂或危险物质，如汞，对人类健康和环境构成威胁。报告指出，如果各国能在2030年前将电子废物的收集和回收率提高到60%，其带来的好处将超过380亿美元。全球对稀土元素的需求依赖于少数几个国家，而电子废物回收只能满足1%的需求。

报告还指出，技术进步、更高的消费、有限的维修选择、产品生命周期缩短、社会电子化程度提高、设计缺陷和电子废物管理基础设施不足等因素导致了电子废物回收率的下降。2022年，全球电子废物中包含3100万吨金属、1700万吨塑料和1400万吨其他材料，价值910亿美元。

传统PCB处理方法的环境影响

传统的PCB处理方法主要包括填埋和焚烧，这两种方法都对环境和人类健康构成了严重威胁。PCB通常由涂有硬塑料的薄玻璃纤维层组成，这些塑料难以与玻璃分离，导致PCB经常堆积在垃圾填埋场中，或被焚烧以提取贵重金属。这种焚烧过程既浪费又有毒，尤其是在没有适当保护措施的发展中国家。

2024年6月4日至5日，EIPC夏季会议在荷兰诺德韦克的欧洲航天中心举行，主题为“PCB技术和设计的创新发展”。会议由Michele Stampanoni博士主持，Dyconex公司的研发工程师Evelyne Parmentier博士首先发言，介绍了通过溅射层引入替代金属来实现印刷电路板功能化的技术。她强调了薄膜技术在电路制造中的应用，并展示了如何将薄膜技术与传统PCB技术结合以实现生物相容性、内置电阻和热电偶等特性。NextGIn技术公司的Joan Tourné讨论了未来PCB需求的挑战，提出了重新思考工艺以应对高数据速率和频率的需求，并介绍了VeCS-2屏蔽槽技术作为传统镀通孔方法的替代方案。

会议的第三部分由Martyn Gaudion主持，重点讨论了PCB开发的环境方面。IMEC的Maarten Cauwe博士介绍了量化PCB制造环境影响的参数化方法，强调了电子产品生命周期评估的重要性。Jiva Materials公司的Steve Driver介绍了世界上第一个可生物降解的PCB基板Soluboard，展示了其在减少电子废物方面的潜力。会议展示了PCB技术的最新进展和未来发展方向，强调了创新和环境可持续性的重要性。