GyártásTrend: A SiNano Institute szervezte meg az első iCOS- (International Coorporation on Semiconductors) workshopot Franciaországban, amelynek fókuszában az elektronika fenntarthatósága állt. Az iCOS feladata egyébként, hogy részt vegyen a félvezetőgyártók nemzetközi hálózatának kiépítésében, és megerősítse Európa szerepét a globális értékláncokban. Ezt a 2023‒2025 között zajló projektet az Európai Horizont-program keretében az Európai Bizottság is támogatja. Ön a BME-t képviselte Farkas Csaba kollégájával az eseményen. Melyek voltak a háromnapos workshop legfontosabb megállapításai az elektronika fenntarthatóságával kapcsolatban? 

Géczy Attila: A fenntarthatóság egy ideje kiemelt kérdéskör az elektronikai iparban is, de rengeteg a tennivaló, ezt pedig a workshop is megerősítette. Nem csak a keletkező elektronikai hulladék elborzasztó léptékű növekedése miatt kell a fenntarthatósággal foglalkozni. Egy elektronikai termék teljes életútja, a gyártást is ideértve, komoly terhelést jelenthet a környezetre, a workshop pedig ezeket a kérdéseket járta körbe az EU törekvéseinek tükrében.
A rendezvény során többen is kiemelték, hogy egy-két év alatt is történhetnek a fejlődésben olyan változások, amelyek alaposan megrángatják a törekvésekhez felállított görbéket és modelleket. Az új trendek, technológiai fejlesztések, gazdasági érdekek és geopolitikai események pedig olyan ellentmondásokat generálnak, amelyekre az ipar, méreteiből adódóan, nagyon nehezen tud reagálni. Kifizetődőbb a „szokásos üzletmenet” szerint működni, bár azt nagyjából mindenki belátja, hogy a helyzet tarthatatlan hosszú távon. A mikroelektronikai ipar európai lemaradását behozni kívánó European Chips Act pedig a kitűzött fenntarthatósági célokra újabb terhelést helyez.

Példaként felmerült a workshopon az iparág GHG- (üvegházhatású gázok) kibocsátásának kérdésköre. A világszintű kibocsátásból az iparág 4 százalék körüli értékért felelős. Ilyen téren borzasztó ábrákat láttunk, ahol 2100-ig egy lehetséges célként 1,5 °C-os maximumhoz igazított, fenntartható globális felmelegedési érték szinte elérhetetlennek tűnik. A változáshoz rengeteg paradigmaváltó dolgot kellene bevezetni. A kontinensünk a European Green Deal keretein belül helyi akciókat is próbál bevezetni, de ezek a célkitűzések 2030–2050 környékéig tekintenek előre, ami hosszú idő egy ennyire gyorsan változó iparágnál.

Bizonyos kimutatások azt mondják, hogy például Németországban az egy főre jutó CO2-kibocsátás 12 tonna. Ebből 1 tonna csak az információtechnológiákhoz köthető. A környezet szempontjából összesen 2 tonna lenne fenntartható.

Az elektronikai termék fenntarthatósága a kritikus nyersanyagtól indul. A dizájn legyen „low-power”, a gyártás kímélje a vizeket, földet, levegőt és az elérhető erőforrásokat. A felhasználó felelősen alkalmazza az eszközöket, az életciklus végén pedig az elektronikai hulladékot célirányosan kell feldolgozni. 
Mindeközben 2010‒2020 között 135 százalékkal nőtt az internetes felhasználók száma, bővültek az adatközpontok, megjelentek a kriptovaluták, újabban pedig az AI-szolgáltatásokat kiszolgáló szerverek miatt merültek fel kérdések.

GyT.:Az iCOS-on történő megállapítás szerint a technológia, az anyagtudomány, a minőségbiztosítás, illetve a vállalatirányítási aspektusok figyelembevételével lehet fenntarthatóbbá tenni az elektronikai termékek iparát, aminek a gyártás és a hulladékkezelés is része. Ön szerint melyik hol tart, és mekkora mértékben járul hozzá a fenntarthatóbb elektronikához? 

G. A.: A kommunikáció és a valós megoldások között nagy a távolság, sokan belemennek a greenwashing jellegű dolgokba (amikor egy cég PR-stratégiája elhiteti a fogyasztókkal, hogy többet tesz a környezetért, mint valójában). Néhány százalék javulást sikerként hirdetnek, de attól nem lesz komoly változás. Ha ez pedig csak egy újabb értékesítési szempont, attól még a világ nem változik. Persze nem akarok pesszimista lenni, a sok kicsi sokra mehet.
Figyelni kell arra is, hogy a paradigmaváltások ne hozzanak „máshogyan rossz” megoldásokat. A kérdésben felmerült szempontokkal az ólommentes forraszok bevezetése óta foglalkozik a tanszékünk, és látjuk a nehézségeket. Lehet például egy technológiai csodának számító tokozóanyag vagy elektronikai hordozó vízben oldódó és lebontható, de akkor csak speciális esetekben lehet alkalmazni, redukált minőséggel és megbízhatósággal. Lehet egy okostelefon lapkakészletének gyártásánál a vízfelhasználáson spórolni vállalati szinten kimutatható mértékben, ha a következő évben a számokat megdobja a globális vásárlói igény. Az elektronikai szabványok sem véletlenül olyan szigorúak, talán ezért is nehéz az alternatív anyagok és folyamatok keresése.

GyT.: Önök az alternatív elektronikai anyagok használatát is kutatják a BME-ETT-n, az iCOS-workshopon is erről adtak elő. Hol tartanak az anyagfejlesztések, alkalmazások? Milyen felállásban kutatnak, és melyek az eddigi eredmények? 

G. A.: 2010 óta publikálunk a témában. Kezdetben politejsav- (PLA) és cellulóz-acetát- (CA) alapú hordozókkal kísérleteztünk, de ezek hőtűrése nagyon alacsony, így korlátokba ütköztünk. A biokompozit alapanyagokból könnyűszerkezetes termékeket gyártó győri Meshlinnek köszönhetően a közelmúltban újra lendületet kapott a kutatás. A megoldás izgalmas: égésgátolt, szálerősített, biológiai forrásból származó szigetelőt használunk pre-pregként, erre laminálunk rezet, és így készül a nyomtatott huzalozásunk. A rendszernek vannak korlátai. Mechanikailag és termikusan is elmaradunk az elterjedt FR4-anyagokhoz képest, de például a papíralapú elektronikánál sokkal ígéretesebbek az eredmények. 

Egyelőre nem fogjuk a prémiumautó motorvezérlőjének hordozóját kiváltani, de a kommersz elektronikáknál nagy lehetőségeket látunk. Komoly játékterünk van az optimalizálásban, és kompatibilisek maradunk a rendelkezésre álló gyártási módszerekkel. 

A friss irodalomban a pályatársaink által bemutatott eredményekhez képest is előrébb járunk: már publikáltunk a hordozón felületszereléssel (SMT) készült, FPGA-alapú nagyfrekvenciás áramkörökről, amelyeket a grenoble-i kollégákkal közösen készítettünk. 

A szigetelő alapanyagot alapvetően a Meshlin fejleszti, mi ehhez járulunk tanácsokkal. A tanszéken a szigetelőből áramköri lemez (PCB), majd szerelt áramkör lesz a több évtizedes tapasztalatainkat felhasználva. A szintén SiNano-tag grenoble-i UGA egyetemmel közösen pedig az alkalmazási határokat feszegetjük. Vannak további ötletek is a témában, például az új áramkörökhöz szükséges rezet is hozhatjuk elektronikai hulladékból, ami a Prágai Műszaki Egyetemmel (CTU) való együttműködés eredménye lehet a jövőben. További alternatív kompozitokat pedig a Drezdai Alkalmazott Tudományok Egyetemével (HTW) közösen fogunk vizsgálni egy M-ERA-projekt keretein belül.

GyT.: A gyártást befolyásolná-e az anyaghasználat? A biológiailag lebomló hordozó mit jelent pontosan a gyakorlatban?

G. A.: Első körben az a cél, hogy a hordozót cseréljük ki olyan módon, hogy a jelenlegi folyamatokkal kompatibilis anyagokat használjunk, és a know-how illeszkedjen az elterjedt megoldásokhoz. Tehát, ha égésgátolt, üvegszálas szigetelőre (FR4) felállított PCB-technológiánk és SMT-soraink vannak, akkor az új anyaghoz ne kelljen komoly befektetés, csak legfeljebb paraméterhangolás. Bár a klasszikus rajzolatkialakítási módszerek nem mondhatók igazán környezetbarátnak, a teljes paradigmaváltást nehezen nyelné le az ipar. 
Egy új anyag sok-sok apró meglepetést hoz a kutatás közben, de ezeken a folyamatos iterációkkal, generációról generációra igyekeztünk felülkerekedni. Segít, hogy a BME ETT-n saját gyártókapacitással rendelkezünk, amelyet időről időre kísérletezésre is tudunk használni. Óriási szakmai segítség a kísérleteinkben dr. Gál László személye és tapasztalata, valamint Hajdu István lendülete, aki ezt az egész témakört annak idején a tanszéken bevezette. A korábban említett Farkas Csabával kiegészülve négyen dolgozunk a témán, az elmúlt évek során pedig rengeteg hallgatónak adott tartalmas projekt- és kutatási munkát a téma.
A „lebomló” jelző normál körülmények között egyébként nem sokat jelent – a néhány évvel ezelőtt készült mintáink az irodai polcomon ugyanúgy néznek ki, mint gyártás után. Előkészített környezetben, pl. komposztálással tudjuk lebontani a szigetelőt. A rezet és az alkatrészeket pedig előzetes szeparációt követően akár vissza is forgathatjuk a rendszerbe, ami a cirkuláris gazdasági szemléletet erősíti.

GyT.:A kisebb eszközök, kisebb termékek alkalmazása, amely fejlesztési irány többek között a Bosch esetében is látható, a kisebb termék - kisebb energiaigény elv mentén mennyiben lehet az egyik megoldása az energiatakarékos működésnek? 

G. A.:  Ez is egy jó irány. A fogyasztás csökkentése sokat jelent azonos alkalmazhatósági feltételek mellett. A számok nem hazudnak; ha valami ugyanazt tudja pl. feleakkora teljesítménnyel, akkor az egy nyert ügy. 
Arra kell csak figyelni, hogy a vásárlói igényeken is finomítsunk, ne mindig a legnagyobb-legerősebb irányba tekintsünk. Szerencsére erre vannak jó példák is, nem csak a high-end hajszolását látni a fogyasztói társadalomban. Például 2023 évben a toplista csúcsára valószínűleg egy olyan videójáték kerül majd fel, amely egy 15-20 W-os kézikonzolon fut, nem egy 200-300 W-os masinán. És vannak olyanok a fogyasztói rétegben, nem is kevesen, akik számára ez is fontos, akik ezt számontartják.

GyT.:Augusztus elején a tajvani TSMC jóváhagyta a drezdai chipgyár építési engedélyét, amelyhez a német kormány 5 milliárd euró támogatást nyújt. Németország egyébként is támogatja a „European Chips Act”-ban megfogalmazott azon célkitűzést, amely a fejlett és fenntartható mikrochipgyártás 2030-ig szóló növelését irányozza elő. Ön hogy látja Magyarország szerepét ebben? Az elektronikai k+f-ben miben erősek a magyarok, milyen szerepet töltünk be? 

G. A.: A saját szakterületemen a hazai „nagyok” szempontjából öröm a folyamatosan épülő-szépülő techkampuszokat nézni, a kisebbek közül pedig a hazai sikertörténetekre összpontosítani. A magasabb szintű „szerepvállalás” részben gazdaságpolitikai kérdés, részben pedig az Akadémia felelőssége. Az utóbbiról tudok nyilatkozni. A BME VIK műhelyei próbálnak a jövőbe látni ilyen szempontból. A fejlett és fenntartható elektronikának további része – a teljesség igénye nélkül – a félvezetőipar, a távközlés, az anyagtudomány… Egy optimalizált algoritmus, egy jobb napelem- vagy LED-technológia (amiben egyébként az Elektronikus Eszközök Tanszéke végez kiemelkedő kutatásokat), kevesebb veszteséggel dolgozó teljesítményelektronikák, okos nagyfeszültségű hálózatok, AI által tett javaslatok vagy az eddig taglalt szereléstechnológia és anyaghasználat sokat segíthet. Ilyen tekintetben az ipari együttműködések és a publikációink is jó k+f-eredményeket sugallnak.

A tanszékünkön jelenleg a METIS-projekt keretein belül az EU jövőbeli mikroelektronikai kompetenciáihoz szükséges készségeket és a kapcsolódó tudásbázist, oktatási igényeket mértük fel és próbáljuk fejleszteni. Az ősszel induló European Chip Skills Academy-projektben ezt visszük tovább. Nagy dolog, hogy az EU közösségében ilyen szavunk van a szakterületen belül, ezt a lehetőséget pedig igyekszünk a saját oktatásunkba is integrálni, hogy a jövő szakemberei felkészülten „érkezzenek” az iparba. Továbbá azt is fontos látni, hogy ebben a körforgásban az EU vezérfonala és a kapcsolatrendszer nélkül nehéz volna az aktuális irányok és elvárások közelében maradni. A fent említett két projekt az Erasmus+ része, de nem titok, hogy egy Pathfinder beadásán is fáradozunk.

A hallgatókon is sok múlik, ők lesznek a jövő mikroelektronikai iparának meghatározó szereplői. A fenntarthatóság üzenetét pedig számukra is szeretnénk átadni az Elektronikai Technológia Tanszéken. És az is kifejezetten motivál minket, ha ilyen téren például az iparral vagy más kutatóintézetekkel együtt dolgozhatunk.