Өсөн нэмэгдэж буй хэрэглээний эрэлт, IoT, шинэ зөөврийн электрон төхөөрөмжүүдийн худалдаа нь электрон хог хаягдлын хямралыг бий болгож байна. Хагас дамжуулагчийг үйлдвэрлэх процесс нь ихээхэн хэмжээний электрон хаягдал үүсгэдэг. MIT, Ютагийн их сургууль, Метагийн судлаачид олон давхаргат хагас дамжуулагчийг үйлдвэрлэх уян хатан субстратын материалыг бүтээжээ. Уг нийтлэлд электрон хаягдалтай тэмцэх шинэ субстратын материалын тухай байх болно.
Электрон хог хаягдал нь хаягдсан эсвэл ашигласан электрон төхөөрөмж, эд анги, хэлхээний самбар, утас гэх мэт өргөн хүрээний зүйлээс бүрддэг ба электрон төхөөрөмж, эд ангиудыг олон жил ашигласны дараа эсвэл солих үед нь хаядаг. Дэлхий даяар электрон хог хаягдал нь хөрс, агаар, усыг химийн хорт бодисоор бохирдуулдаг тул байгаль орчны томоохон асуудал болоод байна. Олон улсын зохицуулах байгууллагууд электрон хог хаягдлыг зохицуулах, дахин боловсруулах стандартыг тодорхойлсон.
Эцсийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх үйл явц нь тонн электрон хог хаягдал үүсгэдэг. Түүхээс харахад үйлдвэрүүд энэ хог хаягдлыг усан сан руу хаядаг байсан. Гэсэн хэдий ч олон улс орнууд ийм үйлдлийг хориглосон байдаг. 2022 он гэхэд 62 сая тонн электрон хог хаягдал бий болсон байна. 2030 он гэхэд энэ хэмжээ 82 сая тоннд хүрнэ гэж тооцоолжээ. Шинээр бий болсон хог хаягдал нь хаяагүй эсвэл дахин боловсруулагдаагүй хог хаягдлаар хуримтлагдаж байгаа нь нөхцөл байдлыг улам хүндрүүлж байна.
Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн электрон хаягдал
Үйлдвэрлэлийн хэсгүүд нь хагас дамжуулагчийн субстрат материалыг үйлдвэрлэх уламжлалт аргыг хэрэгжүүлдэг. Уламжлалт аргууд нь хүсээгүй дулааныг ихээхэн хэмжээгээр үүсгэдэг. Нэмж дурдахад электроникийн үйлдвэрлэлд зэс, никель, заримдаа бүр мөнгө, алт зэрэг үнэтэй материалыг ашигладаг. Үүний үр дүнд электрон хог хаягдлыг дахин боловсруулах нь техник хангамж үйлдвэрлэгчдийн хувьд эдийн засгийн үр өгөөж юм.
Хэд хэдэн чип үйлдвэрлэгчид дахин ашиглах боломжтой эд ангиудыг бүтээхэд анхаарч R&D цаг уурын өөрчлөлтийг дэмжигч болж гарч ирсэн.
MIT шинэ субстрат материалыг нээсэн
Массачусетсийн Технологийн (MIT), Юта (UTAh) болон Мета (UTAh) их сургуулийн судлаачид хагас дамжуулагч субстратын хувьд дахин боловсруулах боломжтой шинэ материалыг амжилттай бүтээжээ.
Материалтай холбоотой асуудал
- Найдваргүй төхөөрөмжүүд
Хагас дамжуулагч субстрат дахь ногоон материалыг ашиглахтай холбоотой олон асуудал байдаг. Түүхээс харахад хагас дамжуулагч субстрат барихад материалыг ашиглах нь эцсийн шатны бүтээгдэхүүний механик, дулааны болон диэлектрик чадварыг алдагдуулдаг. Үүний үр дүнд илүү субстрат материал нь найдваргүй хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх хандлагатай байдаг. - Дулааны зарцуулалт
Полиамид (PI) нь онцгой механик, дулааны болон диэлектрик шинж чанартай субстратыг бүтээхэд ашигладаг полимер юм. Гэсэн хэдий ч дотоод PI холбоо нь өндөр температурт тасрахад хангалттай хүчтэй байдаг. Өндөр температурт дахин боловсруулалт хийснээр дулааныг алдаж, дахин жижигрүүлсэн хэлхээг бүтээх чадвар мууддаг.
Полимеруудыг нэгтгэх
Захиалгат диаллил бисимидийн мономеруудыг өндөр температурт нийлэгжүүлсэн. Үр дүн нь бүх полимерууд дулаан, механик, химийн хувьд тогтвортой, диэлектрик алдагдал багатай болохыг баталсан ба туршилтын үр дүнд уян хатан, оптикийн хувьд тунгалаг нимгэн хальс гаргаж авсан бөгөөд үүнийг арилжааны зориулалттай субстратуудад функциональ хагас дамжуулагч хэлхээг бий болгоход ашиглаж болно.
Деполимержилт
Хэрэв полимержилт нь субстратыг бий болгоход тусалдаг бол деполимержилт нь материалаас чухал элементүүдийг гаргаж авах боломжийг олгодог. Энгийнээр хэлбэл, деполимеризаци нь дахин ашиглах зорилгоор полимерээс цахилгаан эд ангиудыг сэргээдэг. Туршилтанд метанол ба калийн карбонатыг ашиглан нимгэн хальсыг задралгүй болгоход ашигласан. Бүх үйл явц долоо хоног үргэлжилсэн ба шинэчлэгдсэн аргад 50% дихлорметан нэмсэн бөгөөд бүх процессыг 24 цагийн дотор дуусгасан.
Бодит интеграци
Бодит хэлхээг туршихын тулд туршилтыг цааш үргэлжлүүлэв. PI-эфир давирхайгаар хийсэн 100 микрометрийн зузаантай хальсанд энгийн чиглүүлэлтийн хэлхээ бүхий үндсэн электрон эд ангиудыг нэмсэн. Сүүдрийн маск болон PVD (физик уурын хуримтлал) нь нимгэн хэлхээний загварыг бий болгосон ба уг хальсыг шингэн металлын эвтектик галлийн индий хайлш (EGaIn) уусмалд дүрнэ. Туршилтын хувьд LED, резистор зэрэг үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зөв угсарсан ба бүрэн ажиллагаатай байсан. Эсэргүүцэл, хүчдэл, гүйдлийн утгыг лавлагаа болгон тэмдэглэв.
Үр дүн
Бүрэн ажиллагаатай хэлхээг тасалгааны температурт 50% дихлорметан, 50% метанол, 0.07 М калийн карбонатын уусмалд дүрнэ. Хоёр цагийн дотор PI-эфирийн субстратыг деполимержүүлсэн. Ижил бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зайлж, ажиллагааг дахин туршиж үзсэн. Гайхалтай нь резистор ба LED-ийн утгууд өмнөхтэй нь таарч байсан.
Туршилтын дүгнэлт
Захиалгат диаллил бисимидийн мономеруудыг нэгтгэж, дахин боловсруулах боломжтой полимер сүлжээг үйлдвэрлэхийн тулд тиол-эн фотополимержилтод ашигласан. Үүссэн полимер нь электрон субстратын хэрэглээнд арилжааны үнэрт полиимид Каптонтой харьцуулж болохуйц, онцгой шинж чанарыг харуулсан. Деполимеризацийн процесс нь бүрэн ажиллагаатай электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сэргээхийн тулд субстратыг сонгон зайлуулах явдал юм. Туршилтанд шинэ материалыг боловсруулахын тулд хэт ягаан туяаг ашигласан. Өрөөний температурт деполимержих үйл явц, бүрэн ажиллагаатай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сэргээх нь шинэ бүтээн байгуулалтыг дахин боловсруулах боломжтой гэдгийг баталсан.
