Американские ученые создали инновационный тип печатных плат на основе витримеров, которые можно перерабатывать и использовать повторно. Это поможет в решении глобальной проблемы утилизации электронных отходов.

Печатная плата vPCB. Источник изображения: @Mark Stone/University of Washington via TechXplore.com

Традиционные печатные платы (PCB) широко используются в электронной промышленности благодаря их особым качествам, таким как химическая стойкость и огнеупорность. Однако эти платы крайне сложны в переработке и повторном использовании. Новое исследование, проведённое специалистами из Вашингтонского университета, предлагает решение этой проблемы на основе витримерных печатных плат (vPCB), благодаря которым возможна многократная переработка с минимальными отходами, сообщает Tom's Hardware.

В vPCB большая часть материала заменена на витример — высокотехнологичный полимер, который подлежит как процессу отверждения для создания плат, так и размягчению для извлечения компонентов при повторном использовании. Используя эту технологию, исследователи смогли переработать 98 % витримера и 100 % стекловолокна из отработанных vPCB.

Отмечается, что по прочности и электрическим свойствам vPCB сопоставимы с широко используемым материалом FR-4. Более того, при производстве и утилизации vPCB выброс канцерогенных веществ на 81 % меньше по сравнению с традиционными PCB. Учитывая, что переработка электронных отходов является серьезной экологической проблемой, vPCB вполне могут стать естественной заменой традиционных PCB.

Еще одним решением для создания более экологичных печатных плат являются водорастворимые материалы. Они обладают схожими преимуществами, так как их компоненты можно извлекать, растворив плату в воде. Однако рабочая электроника в таком случае не должна контактировать с водой в процессе эксплуатации, независимо от типа PCB, что является проблемой.

Таким образом, новые технологии, такие как vPCB и водорастворимые PCB, демонстрируют стремление технологической отрасли к снижению вредного воздействия на окружающую среду. А в сочетании с другими «зелеными» инициативами, такими как переработка использованного пластика в 3D-принтерный материал, мы можем надеяться на значительное уменьшение электронных отходов, по крайней мере в будущем.

Российские производители предлагают правительству РФ отсрочить введение балльной системы оценки электроники, согласно которой с 2024 года для признания техники отечественной в ней необходимо будет использовать только российские печатные платы. Сейчас производители плат способны обеспечить только 10 % потребности гражданского рынка, а на запуск производства собственных плат требуется ещё несколько лет, пишет «Коммерсантъ».

Источник изображения: Pixabay

По данным источников «Коммерсанта», что впоследствии было подтверждено Минцифры, 4 сентября в этом ведомстве прошло совещание с российскими производителями электроники и разработчиками компонентов, включая АНО «Вычислительная техника» (АНО ВТ), «Аквариус», Yadro, F+ tech, «Байкал Электроникс» и МЦСТ. На нём обсуждали возможность смягчения существующей балльной системы, которая определяет уровень отечественности радиоэлектроники.

Балльная система регулируется 719-м постановлением правительства. Согласно этой системе, устройство должно набрать определённое число баллов (например, за использование российских компонентов) для признания его отечественным. При этом «проходной балл» должен со временем расти для мотивации компаний углублять локализацию.

В Минпромторге сообщили, что опрашивают производителей вычислительной техники «на предмет достижимости выполнения требований» постановления для оценки возможности обеспечения потребностей рынка.

По словам собеседника «Коммерсанта», знакомого с подробностями совещания, Yadro и «Аквариус» просят заморозить существующие требования, чтобы отложить введение с 2024 года такого условия для включения в реестр, как использование только российских печатных плат, которых на рынке недостаточно, иначе компании потеряют преимущества на госзакупках.

Впрочем, не все участники рынка придерживаются этого мнения. «Наша позиция: никому не делать поблажек. F+ tech технологически готов к наращиванию локализации продуктов, использованию российских компонентов и соответствию требованиям, которые вступают в силу с 1 января 2024 года», — заявил главный исполнительный директор F+ tech Михаил Волков.

По словам гендиректора Консорциума производителей печатных плат («Резонит», «Технотех», GS Group) Владимира Семенова, сейчас производители плат способны удовлетворить не больше 10% потребностей гражданского сектора в России.

Следует отметить, что производители электроники активно занимаются подготовкой собственного производства печатных плат. Yadro реализует проект в Дубне (сроки начала выпуска не раскрываются), «Бештау Электроникс», по данным «Коммерсанта», планирует запустить «первую очередь производства печатных плат» весной 2024 года. Аналогичным проект планирует запустить и GS Group.

По словам источника «Коммерсанта» в крупном производителе электроники, просьба компаний заморозить требования в части печатных плат как раз связана с тем чтобы успеть запустить свои производства. На это, по его оценке, потребуется около двух лет.

Некоторые владельцы видеокарт GeForce RTX 30-й серии от Gigabyte столкнулись с проблемой растрескивания печатных плат видеокарт в месте фиксатора, который удерживает ускоритель в разъёме PCIe. Из более ранних сообщений известно, что производитель не признаёт такие случаи гарантийными, поскольку речь идёт о механических повреждениях видеокарты и здесь сложно доказать, что владелец карты использовал комплектную подставку для видеокарты, чтобы избежать её провисания.

Источник изображения: eBay

Своим мнением об указанной проблеме и её вероятной причине поделился пользователь Twitter 0xcats, имеющий опыт в проектировании печатных плат. Отзывы пользователей, а также фотографии подтверждают, что печатные платы видеокарт растрескиваются в месте фиксатора PCIe. Поскольку современные видеокарты становятся с каждым поколением всё больше и тяжелее, эта область печатной платы, после установки видеокарты в слот PCIe x16, подвергается значительной нагрузке под весом ускорителя. Однако это лишь часть проблемы. По мнению 0xcats, основной причиной может являться конструктивный недостаток печатных плат видеокарт Gigabyte.

Как отмечает 0xcats, Gigabyte решила сделать на печатных платах своих видеокарт более высокий вырез для фиксатора PCIe, фактически превратив этот крошечный участок платы во второстепенную точку изгиба. На фотографии ниже специалист отметил область наибольшей деформации, которая охватывает участок отверстия для установки элемента крепления системы охлаждения к печатной плате. По словам 0xcats, здесь нет никакого откровения, поскольку это хорошо задокументированная проблема, о которой разработчики печатных плат знают уже много лет.

Почему инженеры Gigabyte решили сделать вырез для фиксатора PCIe выше стандартного — это вопрос, требующий ответа. По мнению 0xcats, производитель мог пойти на такой шаг, поскольку предполагал, что стабильность конструкции можно будет компенсировать более высокими защёлками разъёма PCIe на современных материнских платах. Все предоставленные пользователями фотографии с растрескавшимися печатными платами объединяет одно: трещины проявляются в районе монтажного отверстия области системы охлаждения видеокарты, отвечающей за охлаждение памяти и крепления задней прижимной пластины GPU. По оценке 0xcats, это результат чрезмерной нагрузки на самую узкую часть печатной платы.

Печатные платы состоят из множества слоёв, в каждом из которых проведены линии для передачи сигналов между различными компонентами видеокарты. Даже незначительный изгиб печатной платы может приводить к нарушению этих линий. По словам 0xcats, на печатных платах есть несколько потенциальных мест изгиба. Основными являются область GPU, а также крепёжных отверстий системы охлаждения. Чем дальше от крепёжных отверстий распределяется вес ускорителя, тем сильнее вероятность проявления изгиба.

Розовой линей выделена область наиболее вероятного места изгиба видеокарты. Синим отмечен высокий вырез фиксатора PCIe

Для решения проблемы растрескивания печатных плат 0xcats предложил несколько идей. Во-первых, необходимо убрать из области фиксатора PCIe все критически важные линии передачи сигналов. Кроме того, необходимо максимально сократить вырез самого фиксатора для увеличения площади опоры, а все слои области печатной платы самого фиксатора усилить медью.

Многие современные видеокарты поставляются с комплектными подставками, предназначенными для предотвращения провисания ускорителя. По мнению 0xcats, эти подставки не так эффективно справляются со своей задачей, как специальные кронштейны, которые несколько поколений назад устанавливались в заднюю часть больших моделей видеокарт, а в качестве точки опоры использовали элементы компьютерного корпуса, что обеспечивало более надёжную фиксацию видеокарты.

К слову, та же Gigabyte недавно выпустила обновлённую модель GeForce RTX 4090 WindForce V2 24G, которая поставляется с комплектным держателем видеокарты нового формата.

Источник изображения: Gigabyte

В отличие от других держателей, которые обычно устанавливаются в нижние слоты расширения корпуса под видеокартой или выполнены в виде подставок, держатель GeForce RTX 4090 WindForce V2 24G крепится к отверстиям в материнской плате.

Электроника всегда была источником довольно большого количества отходов, в том числе токсичных. Недавно были опубликованы результаты исследования команды Университета штата Нью-Йорк в Бингемтоне, предлагающей оригинальное решение проблемы — использование бумажных печатных плат для будущей «одноразовой» электроники.

Источник изображения: State University of New York at Binghamton

Бумага широкодоступна, недорого стоит, представляет собой гибкий и экологически безопасный материал, поэтому является одним из оптимальных вариантов для разработки печатных плат нового типа. Если сегодня платы делают из комбинации стекловолокна, резины и металлов, то новое решение позволит создавать биоразлагаемые компоненты устройств.

Процесс предусматривает печать на бумаге восковой модели с последующей термообработкой, нанесение специальных чернил для создания проводящих дорожек, а также печать посадочных мест для функциональных элементов и лазерную резку отверстий, а также объединение слоёв через отверстия. Ожидается, что такие платы будут столь же гибкими, как и обычная бумага.

Источник изображения: State University of New York at Binghamton

Впрочем, такие решения не будут использоваться для создания материнских плат и, например, видеокарт — вместо этого они будут применяться в беспроводных сенсорах и т.н. Интернете одноразовых вещей (IoDT). Такие уже сегодня применяются для оценки состояния здоровья пациентов, состояния окружающей среды, отслеживания в логистике, мониторинга продуктов питания и бакалеи, системах доставки и военных решениях.

Стоит отметить, что для бумажных печатных плат потребуется дополнительная упаковка из-за их чувствительности к влаге. Если даже для обычной электроники вода может представлять большую проблему, то для бумажной её воздействие фатально. При этом во время переработки такие платы можно буквально растворять и фильтровать полученные жидкости для повторного использования чернил или безопасной утилизации.

Исследователям удалось избежать использования в новых решениях традиционных электронных компонентов, выполненных из материалов, трудно поддающихся утилизации. В частности, они заявили, что способны печатать на бумаге резисторы (от 20 Ω до 285 кΩ), суперконденсаторы (до 3,29 мкФ), а также электролитические полевые транзисторы.

В распоряжении портала VideoCardz оказалась фотография в высоком разрешении печатной платы флагманской видеокарты GeForce RTX 4090 в эталонном исполнении Founders Edition. Как оказалось, производитель внёс не так много изменений по сравнению с флагманской моделью предыдущего поколения.

Источник изображений: VideoCardz / NVIDIA

Судя по фотографии, новая плата позволяет использовать до 28 фаз питания. Однако эталонная версия ускорителя GeForce RTX 4090 получила только 23 фазы питания для процессора и памяти. Это может говорить о том, что NVIDIA может в будущем выпустить ещё более производительную модель видеокарты. Например, GeForce RTX 4090 Ti или новый Titan.

В целом дизайн платы PG136D для эталонной версии GeForce RTX 4090 очень похож на дизайн платы PG136, которая используется эталонной GeForce RTX 3090 Ti. Однако часть элементов всё же изменила своё расположение. Например, NVIDIA поменяла расположение и в целом переработала набор элементов питания видеокарты, например, применив дроссели более крупного размера. Другим заметным изменением является пропавший интерфейс NVLink. Напомним, что видеокарты GeForce RTX 40-й серии не поддерживают конфигурации из нескольких GPU посредством технологии SLI.

Плата GeForce RTX 3090 Ti. Источник изображения: TechPowerUp

Что касается самого графического процессора AD102 на новой архитектуре Ada Lovelace, то он использует более передовой 5-нм техпроцесс производства, содержит 18 432 ядра CUDA и в 2,7 раза больше транзисторов по сравнению с чипом GA102 в основе GeForce RTX 3090 Ti, который производится по нормам 8-нм техпроцесса. При этом площадь нового чипа на 20 мм² меньше.

Официальный старт продаж GeForce RTX 4090 назначен на 12 октября.