지속 가능성을 위한 인쇄 전자 설계
전 세계의 정부들은 지속 가능성의 측면을 직접적으로 또는 간접적으로 다루고 있으며, 최근의 인플레이션과 국제 공급망 관세와 관련하여 다양한 정도와 강도로 이를 다루고 있습니다. 제조업체들이 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 폐기물, 에너지 소비, 화학물질 사용 및 일반적인 환경 영향을 줄일 것을 촉구하고 있습니다.
전자 제품 수명 주기는 납, 수은, 카드뮴과 같은 유독 물질을 다뤄야 하는 산업을 구성합니다. 화염 방지제와 리튬, 코발트, 금과 같은 희귀 지구 미네랄이 포함된 유해 물질들이 있습니다. 그 결과는 매년 5300만 톤 이상의 전자 폐기물이 발생하며, 이 중 약 17%만이 공식적으로 재활용된다고 추정됩니다.
전자 산업은 전통적으로 인쇄 회로 기판과 관련하여 감산 제조 기술에 중점을 두고 있지만, 첨가 제조 기술을 활용함으로써 폐기물과 에너지를 현저히 줄이고, 유해 물질을 제거하며, 재활용성을 개선할 수 있는 잠재력이 있습니다. 환경 규제가 강화되고 더 친환경적인 대안에 대한 수요가 증가함에 따라, 인쇄 전자가 디자인과 지속 가능성 목표를 어떻게 일치시킬 수 있는지 탐색할 수 있는 시기일 수 있습니다. Altium은 사용자 기반과 협력하여 지속 가능한 전자 설계를 지원하기 위한 기능을 개선하고 개발함으로써 이러한 발전을 전략적으로 적극적으로 지원하고 있습니다.
인쇄 전자란 무엇인가요?
인쇄 전자는 잉크젯, 스크린, 그라비어 또는 플렉소그래픽 인쇄와 같은 인쇄 기술을 사용하여 유연하거나 강성의 기판에 재료를 적층하는 것을 포함합니다. 이러한 재료에는 전도성 잉크, 반도체 층, 그리고 유전체 절연체가 포함될 수 있으며, 이들은 회로, 센서, 안테나 및 기타 전자 구성 요소를 만드는 데 함께 작용합니다.
이러한 구성 요소는 일반적으로 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 종이 또는 생분해성 폴리머와 같은 기판에 인쇄되어, 재료 소비를 줄이면서 가벼우면서도 유연한 제품을 가능하게 합니다. 응용 분야는 착용 가능한 건강 모니터부터 유연한 태양 전지판에 이르기까지 새로운 형태와 응용 프로그램을 가능하게 합니다. 인쇄 전자의 주요장점 중 하나는 본질적으로 감소된 환경 발자국으로, 지속 가능한 혁신의 가능성을 증가시킵니다.
부가적 대 비가감적 제조가 더 지속 가능한 이유는 무엇인가요?
이를 이해하기 위해서는, 바로 부가적 대 비가감적 제조 공정의 근본적인 차이를 검토해야 합니다.
전통적인 PCB 제조의 99% 이상을 차지하는 감산 제조는 구리가 도포된 FR4(유리섬유 강화 에폭시 라미네이트)와 같은 고체 재료로 시작합니다. 원하는 회로 패턴은 염화제이철이나 과황산암모늄과 같은 강한 화학물질을 사용하여 여분의 구리를 식각하여 만들어집니다. 이 과정은 대량의 유해 폐기물과 화학물질을 발생시키며, 이는 수처리와 안전한 폐기가 필요합니다. PCB의 상대적인 설계 복잡성은 레이어 수나 식각 공정의 증가를 초래하며, 이는 전자 장치의 지속 가능성 영향을 더욱 증가시킵니다.
인쇄 전자에 사용되는 적층 제조 공정은 필요한 곳에만 재료를 쌓아 올려 회로를 구축합니다. 식각, 벗김, 도금 욕조가 없으며, 기판에 기능성 잉크를 정밀하게 인쇄하여 필요한 곳에만 추가합니다. 이는 여러 가지 방법으로 생산 공정의 환경적 발자국을 크게 줄입니다.
폐기물 감소
화학 식각 및 도금의 필요성을 없애면서, 인쇄 전자는 고체 폐기물, 액체 배출물, 공기 중 배출물을 줄입니다. 전통적인 PCB 생산은 세척 단계, 유독 금속, 대량의 물 사용을 포함하며, 이는 환경과 잠재적 건강 위험에 기여합니다. 적층 제조는 절단이나 식각에서 발생하는 재료 폐기물이 없고, 화학 욕조가 없을 수 있습니다.
에너지 효율
인쇄 전자 공정은 고온의 라미네이션, 다양한 온난한 유해 욕조, 경화, 드릴링 및 도금을 포함하는 감산 PCB 제조보다 낮은 온도에서 작동하므로 덜 에너지를 요구합니다. 분명한 결과는 단위당 탄소 발자국이 낮다는 것입니다. 이는 제품, 산업 표준, 고객 요구 및 정부 요구 사항에 대한 첨가제 제조 기술을 사용할 수 있는 회사에게 매력적인 옵션을 만듭니다.
도금 없음
PCB 제조의 주요 환경적 부정적 요인 중 하나는 회로 경로나 비아에 금속을 증착하기 위해 사용되는 전기도금 공정입니다. 이 과정은 구리, 니켈 또는 금과 같은 고도로 전도성이 있는 전해질을 필요로 하며 대량의 전기를 소비합니다.
인쇄 전자는 이 과정을 완전히 완화합니다. 전도성 잉크인 은이나 탄소로 직접 인쇄하여 상온 또는 온화한 온도에서 전도성 트레이스를 생성합니다. 도금의 제거는 생산을 단순화하고, 독성을 줄이며, 안전을 향상시키고, 운영 공간을 현저히 줄입니다.
전자 제품 수명 주기 관리
감산 기술 공정으로 제조된 PCB의 수명 종료 처리 및 재활용은 일반적으로 FR4로 만들어지며, 이는 생분해성이 없고 재활용하기 어려운 재료입니다. FR4 기반 PCB에서 금속을 분리하고 재료를 회수하는 것은 에너지 집약적이며 종종 경제적으로 비현실적이어서 전자 폐기물이나 상당한 에너지 소비와 함께 소각으로 이어집니다.
인쇄된 전자 제품은 종이나 퇴비화 가능한 플라스틱과 같이 회수하거나 생분해하기 쉬운 기판을 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 재료가 사용 및 산업과 관련하여 적절한 승인을 받았는지 확인해야 합니다. 재료가 다층 구조로 적층되지 않기 때문에 분해 및 재료 회수가 훨씬 간단해집니다.
지속 가능성 기회 또는 순환 설계를 위한 디자인
인쇄된 전자 제품은 제품 소유자가 재활용 가능하거나 생분해 가능한 기판을 선택하고, 무독성 저영향 재료를 잉크로 사용하며, 요람에서 요람까지의 전자 제품 생명 주기 관리를 지원하는 폐쇄 루프 재활용 및 분해를 위한 디자인을 사용할 수 있게 함으로써 순환 설계의 문을 엽니다.
제품 생명 주기 관리는 종말 및 그에 따른 재활용과 관련하여 특히 관심이 많고 지속 가능성 향상에 중요한 잠재력을 가진 영역입니다. 인쇄된 전자 재료 구성은 더 많은 양의 재활용 가능한 재료, 분리해야 할 고급 재료의 종류가 적어 에너지 소비가 줄어들며, 독성 공기 배출이 적은 더 지속 가능한 재활용 방법을 가능하게 합니다.
산업을 이미 변화시키고 있는 실제 사례들
스마트 포장 회사들은 온도, 습도 또는 변조를 모니터링하는 인쇄된 센서를 사용하여 완전히 재활용 가능한 종이 기판을 사용함으로써 전자 폐기물을 증가시키지 않고 지능형 포장을 가능하게 합니다.
웨어러블 헬스케어 기기 또는 "전자 거미줄"은 피부 친화적이고 유연한 센서를 사용하여 생분해성 재료 위에 첨가 인쇄 방식으로 직접 인쇄할 수 있어, 플라스틱 오염에 기여하지 않으면서 실시간 진단을 제공할 수 있습니다.
태양 에너지 회사들은 플라스틱이나 섬유 기재 위에 인쇄된 광전지를 탐색하고 있어, 휴대용이나 비상 전력에 적합한 경량, 저비용, 재활용 가능한 태양광 패널을 가능하게 합니다.
인쇄된 전자기기와 극복해야 할 도전
인쇄된 전자기기의 지속 가능성 장점은 분명하지만, 여전히 도전 과제가 남아 있습니다. 특히 은과 같은 전도성 잉크는 비쌀 수 있으며, 전체 환경 영향은 재료 조달에 따라 달라집니다. 인쇄된 전자기기의 기계적 내구성, 소형화, 그리고 전도성도 전통적인 감산 인쇄 회로 기판에 비해 지속적으로 발전하고 있습니다.
재료 과학의 발전과 규모의 경제는 필연적으로 인쇄된 전자기기가 점점 더 주류가 되게 할 것입니다. 그래핀, 유기 반도체, 재활용 가능한 전도성 폴리머와 같은 새로운 개발은 지속 가능한 해결책을 선호하는 방향으로 저울을 더 기울이고 있습니다.
규제 변화, 소비자 인식, 그리고 투자자 압력은 친환경 제조에 대한 필요성을 계속해서 촉진할 것이며, 인쇄된 전자기기는 기능이나 성능을 타협하지 않고도 그 수요를 충족시킬 수 있는 방법을 제공합니다.
결론: 지속 가능성을 위한 디자인
인쇄 전자는 혁신적인 기술이며 전자 제품의 혁신, 제조 및 전자 생명주기의 조직 방식에 대한 패러다임 변화를 의미합니다. 부가적이고 환경 영향이 낮은 접근 방식을 채택함으로써, 엔지니어와 제품 소유자는 지속 가능성을 핵심 요소로 하는 제품을 설계할 수 있습니다.
인쇄 전자와 같은 기술 혁신은 성장하는 글로벌 환경 문제와 더 엄격해진 규제를 지원하는 실현 가능한 해결책입니다. 재활용 용이성을 촉진하고 유독성 폐기물을 줄이는 것은 순환 경제의 지속 가능성을 더욱 지원할 것입니다.
