保護環境的三個絕妙電子設計技巧

全世界已對電子產品上癮。據 Statista 指出，2023 年全球智慧型手機將達到 67 億使用者。此媒體在 2023 年的一項類似研究中發現，美國人分別在每 2.67 年和 2.54 年會更換一次消費型和企業型智慧型手機。這會產生大量電子垃圾，但僅佔總量的一小部分。Statista 估計到 2022 年，全球電子垃圾總量將達到 6,200 萬公噸。

遺憾的是，人類至今還未找到既環保又經濟的方式來處理電子垃圾。這令人擔憂，因為不當的處理和拋棄電子垃圾會在我們的環境中釋放有毒物質，包括鉛、汞、砷等。還必須注意：電子產品的製造過程也可能同樣有害。

以上這些因素都產生對綠色和永續電子產品的需求。儘管目前選項有限，電子設計工程師還是應該牢記以下幾點，以做出更環保的選擇。

設計電子產品的三個環保概念

電子工程師可以採用一些概念，從環保角度改進設計。包含：

1. 永續設計
2. 綠色製造
3. 循環經濟

McKinsey & Company 報告中指出「由分析表明，儘管研發費用只佔產品總成本的 5% 或更少，卻會對產品的資源足跡產生高達 80% 的影響」。

因此，永續設計可能是開發新電子產品時最重要的因素。此過程涉及將環境因素納入產品完整生命週期的設計中，包含從原物料的收集到產品無法避免的拋棄流程。許多 CAD、PLM、工程設計工具已將環境生命週期評估 (LCA) 嵌入到其核心技術中，因此已更容易實作。

其次，人人皆知電子製造過程對環境有重大影響。儘管更多永續流程還在研究階段，工程師仍然可以對情況有所作為。實作智慧製造方法，可以提高工廠的能效並減少廢物。此外，也可選擇再生能源為生產提供動力。工程師可以藉由這些方式，從製造流程邁出更加環保的第一步。

最後，工程師需在開始設計產品時便考慮循環經濟。這指產品、零件甚至原物料都可容易重複使用、修理、回收。這不再只是修理和轉售電子產品。企業需要提出一個回收工作流程，以便輕易將舊產品翻新或重新用於生產新產品。

目前和未來的環保電子元件

如此引出一個問題：有哪些環保零件和材料可以讓工程師使用？可惜的是，在目前的電子產業中選擇有限。

許多研究人員正在評估利用可回收和豐富的材料生產電子元件的可能性。也有人選擇採用更加合成的有機材料。範例包括：

• 用於綠色電子和光子技術的絲或紙基材料
• 用於生物電子的離子導電水凝膠
• 具有生物相容性和可生物降解的導電聚合物複合材料
• 用於電化學儲能的生物色素和石墨碳量子點
• 用於狹縫式塗佈有機紫外線指示劑和濾光片的綠色溶劑
• 基於細菌纖維素和回收聚苯乙烯的有機 LED 基板

然而，最有前景的一些研究在有機場效電晶體 (OFET) 領域。目標為使用 OFET 取代傳統電子組件，例如基板、半導體、介電質。達到可生物降解，並且由豐富的材料製成。一些已生產的概念產品包括折疊式顯示器、識別證、感測器，甚至人造皮膚。然而，OFET 的開發和研究仍處於早期階段。

那麼，工程師目前有哪些綠色零件可以使用呢？WAGO 的 Green Range 221 系列拼接式連接器是其中一例。此連接器的一部分由生質循環材料和回收塑膠製成。

WAGO 的 Green Range 221 系列拼接式連接器一部份由生質循環材料和回收塑膠製成 (圖片來源：WAGO)

除此之外，Allegro Microsystems 還提供一系列電源和感測解決方案，可簡化設計並最佳化能量傳輸。這些產品也專為太陽能逆變器、熱泵、電動車 (EV) 充電器等綠色應用所設計。

其他針對綠色應用最佳化的零件，工程師可以參考 ITT Cannon 的可客製化電動車充電互連器系列 。此外，Klein Tools 也提供 60 W 折疊式太陽能板，能快速為行動電源、充電站、可攜式電池充電。

最後，IEEE Spectrum 報告指出「氮化鎵 (GAN) 和碳化矽 (SiC) 正在爭奪綠色科技的主導地位」。此媒體還補充道「無論哪一方獲勝，都將減少數十億噸的溫室氣體」。主要原因是 GaN 和 SiC 都比傳統矽元件更有效率。此材料已促成照明產業用電量減少 30% 至 40%。因此，這些材料現在開始轉向其他電子應用。

若要深入瞭解 GaN 和 SiC，以及相對於傳統矽電晶體對環境的優點，請觀看網路研討會：哪種寬帶隙技術最適合您的高效率應用？