쉽게 재활용할 수 있는 인쇄 회로 기판을 설계하는 새로운 접근 방식

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22199(2022) 이 기사 인용

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전 세계적으로 전자 폐기물(e-waste)의 양이 계속 증가함에 따라 환경적으로 유해하고 재활용이 어렵고 경제적으로 가치가 있는 제품인 인쇄회로기판 폐기물(WPCB)의 효과적인 처리 문제가 주요 환경 문제로 대두되고 있습니다. 도전. 기존 WPCB 재활용 기술은 효율이 낮고 열처리, 고압 등 거친 가공이 필요하다. 본 논문에서는 원래 구성 요소로 쉽게 재활용하고 재사용할 수 있는 인쇄 회로 기판(PCB) 제조용 새로운 복합 재료를 제시합니다. 또한 가장 귀중한 PCB 부품(귀금속을 포함하는 전자 부품)을 인쇄 회로 기판에서 쉽게 분리하여 재사용할 수 있습니다. 이 연구는 환경 친화적이고 효율적인 재활용 측면에서 생분해성 폴리머를 PCB용 바인더로 사용하는 이점을 보여줍니다.

가정용 및 다양한 프로세스를 모니터링하기 위한 전자 장치 등 다양한 장치에서 전자 장치 사용이 급속히 증가함에 따라 PCB 생산량이 꾸준히 증가했습니다. 결과적으로 이로 인해 더 이상 사용되지 않고 사용할 수 없는 회로 기판의 양이 증가하게 되었습니다1. 통계에 따르면 매년 전 세계적으로 5천만 톤 이상의 전자 폐기물이 축적되고 있으며, 이 중 최대 10%가 WPCB2입니다.

전통적으로 전자 산업에서 사용되는 PCB는 견고한 기계적 프레임 역할을 하는 복합 유전체 베이스로 구성됩니다. 전기 전도성 트랙은 유전체 베이스의 한쪽 또는 양쪽에 형성된 구리 호일을 에칭하여 만들어집니다. 유전체 베이스는 열경화성 수지를 바인더로 함침시킨 후 뜨거운 프레스로 성형한 여러 층의 유리 직물 또는 종이로 구성됩니다3. 현재 바인더로는 독성이 강한 원료(에폭시 및 페놀-포름알데히드 수지 및 그 혼합물, 복합 에폭시-실리콘 수지, 복합 에폭시-폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 트리아진 수지 등)가 사용됩니다. 이 수지는 재생 불가능한 소스에서 파생됩니다. 또한 이러한 수지로 만든 PCB는 환경 조건에서 미생물에 의해 분해되지 않으며 이는 화학 공정 및 재료의 안전에 대한 현대 요구 사항에 위배됩니다4.

금속성(~30wt%)과 비금속성 부분(~70wt%)5으로 구성된 WPCB는 전자 폐기물 중에서 재활용이 가장 어렵고 위험하고 가치 있는 구성 요소입니다6. 휴대폰, 가전제품, 자동차, 산업 공정 제어 시스템 등 인쇄회로기판의 다양한 적용에도 불구하고 WPCB는 귀금속인 Pd, Au, Pt, Ag와 Cu, Fe 등의 비금속 함량이 상대적으로 높은 것이 특징입니다. Ni, Zn, Sn, Pb. 게다가 동일한 유형의 제품(예: 휴대폰)에서도 금속 함량은 10배 이상 다를 수 있습니다7. 경제적 관점에서 보면 WPCB 1톤당 평균 구리 130kg, 은 1.38kg, 금 0.35kg, 팔라듐 0.21kg이 포함되어 있어 귀금속 가공은 매우 유망합니다. 경제적 가치의 80% 이상8.

오늘날 WPCB 재활용은 주로 고부가가치 금속 회수를 목표로 하고 있는 반면, 비금속 부분은 일반적으로 추가 재활용 없이 매립되거나 소각됩니다. 비금속 WPCB 부분에는 인체 건강에 영향을 미치고 암을 유발하는 매우 위험한 화합물인 독성 수지와 브롬계 난연제가 포함되어 있습니다10,11. 독성 WPCB 화합물은 매립지에서 지하수로 쉽게 유입되어 광범위한 지역을 장기적으로 오염시킬 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다12. 위의 위협으로 인해 WPCB 처리13,14,15,16 및 재활용 방법17,18,19,20에 대한 적극적인 과학적 검색이 촉발되었습니다.

현재, 새로운 생분해성 폴리머의 합성 및 생산의 급속한 발전은 과학자들이 생명공학 및 화학적 공정을 통해 생산된 재생 가능한 원료에서 파생된 새로운 유형의 바인더를 개발하도록 자극하고 있습니다21. 특히, 생분해성 고분자에 대한 연구는 점점 더 다양한 응용 분야로 인해 특별한 관심을 끌고 있습니다. 생분해성 고분자는 포장 및 의학 분야에 널리 응용되고 있으며 실제 적용 분야가 크게 확대되고 있습니다22,23,24.