Trwała elektronika na rzecz lepszego środowiska

Zrównoważony design elektroniki jest jednym z największych wyzwań technicznych naszych czasów. Systemy elektroniczne muszą być w stanie wytrzymać ekstremalne warunki, takie jak ciepło, wilgotność i wibracje, a mimo to możliwa musi być ich naprawa lub recykling pod koniec okresu żywotności. Nora Jeske chce poradzić sobie z tym wyzwaniem, a jej badania koncentrują się na innowacyjnych, przyjaznych dla środowiska materiałach i technologiach połączeń dla systemów elektronicznych. Opracowuje również oparte na danych metody oceny elektroniki i szacowania jej pozostałej żywotności. To odpowiada na rosnący problem odpadów elektronicznych i wspiera wdrażanie kryteriów Siemens Eco Tech. Za ten wkład została uhonorowana Nagrodą Wynalazcy Roku 2025 w kategorii „Nowicjusze”.

Spiekanie srebra — kluczowa technologia zapewniająca większą niezawodność i dłuższą żywotność

Zwiększenie niezawodności i żywotności energoelektroniki jest głównym celem badań Jeske. Ważnym podejściem jest zastosowanie technologii spiekania srebra do innowacyjnych rozwiązań montażowych i łączności. Proces ten polega na tym, że drobne cząsteczki srebra są ściskane razem pod ciśnieniem i umiarkowanym ciepłem, tworząc stały związek przewodzący prąd. W przeciwieństwie do lutowania nie dochodzi do stopienia metali, ale raczej procesu dyfuzji, który tworzy stabilną i odporną na wysoką temperaturę warstwę złożoną. Dzięki doskonałym właściwościom termicznym srebra technika ta ma duże zalety: lepsze rozpraszanie ciepła, zwiększoną niezawodność i dłuższą żywotność.
Jeske pracuje nad dalszym zwiększeniem zrównoważonego rozwoju tej technologii. Koncentruje się na optymalizacji łańcuchów procesowych w celu połączenia spiekania srebra z innymi etapami produkcji. Celem jest skrócenie czasu procesu, oszczędność energii i jednoczesne zwiększenie niezawodności w celu wytworzenia solidnych, kompaktowych i trwałych modułów dla elektroniki energetycznej.

Zwiększenie niezawodności to nie wszystko, Jeske koncentruje również swoją uwagę na tym, jak elektronika może być ponownie używana i poddawana recyklingowi — oraz na tym, jak można zwiększyć oszczędność produkcji. Wspólnie z zespołem Electronics Manufacturing w Berlinie opracowuje podejścia do zautomatyzowanego procesu separacji obwodów drukowanych i komponentów elektronicznych, metody oceny możliwości ponownego użycia komponentów oraz koncepcje odzyskiwania ciepła i gazów procesowych w produkcji. „Przyglądamy się temu, jak cały moduł może być zbudowany tak, aby był trwały – a jednocześnie mógł być naprawiony” – wyjaśnia Jeske. „To jest klucz do gospodarki o obiegu zamkniętym” – dodaje.

Elektronika, która opowiada swoją historię

Innym celem jej innowacyjnej pracy jest ocena cyklu życia elektroniki. Jeske i jej współpracownicy opracowali pasywne struktury, które można zintegrować z materiałami lub komponentami i wcześnie reagować na stresy środowiskowe, takie jak temperatura lub wilgotność. Zapewnia to informacje o stanie elektroniki i oferuje wskazówki dotyczące podejmowania decyzji dotyczących oceny pozostałej żywotności systemu lub poszczególnych komponentów.

Dzięki temu można ocenić elektronikę na podstawie danych: które komponenty można ponownie wykorzystać? Które należy wymienić lub poddać recyklingowi? Jaki wpływ ma to na pozostałą żywotność całego systemu? Tworzy to nowy standard techniczny – elektronika, która dostarcza informacji o własnej historii użytkowania i sprawia, że przejście na gospodarkę o obiegu zamkniętym jest możliwe do zmierzenia i kontrolowane.

Od technologii do strategii

Oprócz rozwoju technicznego Jeske bada sposoby włączenia tych rozwiązań do przyszłych pokoleń produktów i strategii zrównoważonego rozwoju firmy Siemens. Jako starszy kluczowy ekspert w Siemens Foundational Technologies, poza swoimi badaniami, jest również zaangażowana w radary trendowe i inicjatywy badawcze, które identyfikują zrównoważone materiały i zasady projektowania cyrkularnego dla elektroniki na wczesnym etapie.

Kariera Jeske została ukształtowana przez stypendium Niemieckiej Akademickiej Fundacji Stypendialnej i jej interdyscyplinarną ścieżkę między technologią, kwestiami społecznymi i usługami doradczymi. Ważne jest dla niej, aby „wprowadzać zmiany własnymi czynami” — twierdzenie to znajduje odzwierciedlenie w jej wynalazkach. Celem jej pracy jest zmniejszenie ilości odpadów elektronicznych na całym świecie, oszczędzanie zasobów i projektowanie systemów elektronicznych w taki sposób, aby mogły być dłużej używane, naprawiane i ostatecznie lepiej poddawane recyklingowi — to ważny wkład w gospodarkę o obiegu zamkniętym.