废旧电路板上电子元件的拆卸工艺现状及展望_沈旭
第31卷第3期
2015年6月昆明冶金高等专科学校学报Journal of Kunming Metallurgy College Vol.31No.3Jun．2015收稿日期：2015－04－21
作者简介：沈旭（1963－），女，河南淅川人，高级工程师、副教授，工学学士，主要从事矿物加工研究、教学及选矿
厂设计和教学管理工作。
doi ：10．3969/j．issn．1009－0479．2015．03．008
废旧电路板上电子元件的拆卸工艺现状及展望
沈旭
（昆明冶金高等专科学校矿业学院，云南昆明650033）
摘要：随着一次资源的不断开发和逐渐枯竭，二次资源（尤其是城市矿山）的回收利用必将提上日程。而废旧电路板又是城市矿山中回收金属的主体原料，要使其有效的加工利用，首先就要进行拆解。对废旧电路板拆解过程中的固定方式、熔焊方法、焊锡回收以及电子元器件的拆卸现状进行了分析，并指出了其发展的方向和趋势。
关键词：废旧电路板；拆卸；电子元件；PCB
中图分类号：X76文献标志码：A 文章编号：1009－0479－（2015）03－0035－05
Status and Prospect of Disassembly Process of
Electronic Components on Waste PCB
SHEN Xu
（Faculty of Mining Engineering ，Kunming Metallurgy College ，Kunming 650033，China ）
Abstract ：With the continuous development and the gradual depletion of primary resources ，secondary resources （especially in urban mine ）recycling will be considered．Waste printed circuit board （WPCB ）is the main material of recycling metal in the city mine．WPCB must be disassembly to make its effective use．Fixed mode of waste printed circuit board disassembly ，welding method ，solder recovery ，and status of electronic components demolition were analyzed．The direction and trend of its development are pointed out．
Key words ：waste printed circuit board ；disassembly process ；electronic component ；PCB
0引言
随着电子产品更新换代的加速，电子垃圾的数量也在飞速增长，当前全球每年产生电子垃圾约4000万t ，其中约有70%被倾销到中国。废旧电路板（WPCB ）属于典型的电子废弃物，它的双重属性使其区别于其他的固体废弃物：一是资源性，据资料，1t 随意收集的电脑废旧电路板中大约含有130kg 铜、41kg 铁、29kg 铅、20kg 锡、l0kg 锑、9kg 银、18kg 镍、0.45kg 金和钯、铂等贵金属，还含有树脂和玻璃纤维等基质材料，其巨大的资源价值显而易见；二是危害性，废旧电路板中的铅、汞、镉、铬、砷等重金属，塑料基质材料中的溴化阻燃剂，如处理不当，很容易渗入地下水引起土壤和水源的严重污染。简单焚烧则会释放大量有毒气体，尤其阻燃塑料和含卤塑料在不适当的焚烧过程中会排放剧毒的二噁英（PBDD ）、呋喃（PBDF ）、多氯联苯等致癌物质，对环境及人体健康造成极大危害。
目前，国内外处理废旧电路板的工艺繁多，最常用的废旧电路板处理方法有机械处理、湿法冶金、火法冶金或几种技术的结合。火法冶金提取贵金属具有简单、方便和回收率高的特点，但是由于有机物
在焚烧过程中产生有害气体造成二次污染、其他金属回收率低、处理设备昂贵等缺点，目前该方法已经逐渐被淘汰。湿法冶金与火法冶金相比，具有废气排放少，提取贵金属后的残留物易于处理的优点，但工艺复杂，回收成本高，大量的废水对环境影响较大。机械处理是根据材料物理性质的不同采用分选的手段，包括拆卸、破碎、分选等处理过程。但无论何种处理工艺，废旧电路板上电子元件的高效拆卸，是保证后续工艺的前提，因此尤为重要。按照拆解的先后顺序，将其分为3个主要部分，分别为固定与
传送、熔焊、拆卸。经拆卸设备拆卸下来的电子元件经过分类、整形和检测［1］，质量合格的可以进行
二次利用。
本文主要针对国内外废旧电路板拆解过程中的固定方式、熔焊方法、焊锡回收以及电子元器件的拆卸现状进行陈述，并对该行业未来的发展方向作出展望。
1废旧电路板的固定与传送
废旧电路板的处理方式繁杂，其固定和传送方式也是多种多样，但通常采用机械夹紧的方式对废旧电路板进行固定和翻转，用皮带或链条传送待处理以及处理好的电路板（Printed Circuit Board ，PCB ）。
（1）夹持固定。合肥工业大学的钟海兵［2］等采用夹持架固定PCB ，将其浸泡在加热介质中熔焊，试验结论为：拆除原件的最佳平均温度215?，并且加热液体可重复使用，拆除成本低。
（2）U 型卡槽固定。北京航空航天大学的吴国清①将PCB 固定在由链结传动的U 型循环装卡装置上（图1），拆卸速度可达8 10件/s ，元器件装卡科学合理，拆卸过程中几乎没有损坏元器件，并且焊锡、电子元件和基板均可分别回收再利用。
（3）负压固定。湖南万容科技有限公司研制［3］的拆除设备将线路板水平放置在传送带上，由传送带运至真空箱上方，线路板被真空吸附力紧固在传送带上。该设计中的线路板卡紧牢靠，并且可以适应不同厚度、形状的线路板。
每种固定和传送方式均有其优缺点，采用U 型卡槽卡紧PCB 并用链结传送的优点在于线路板卡紧牢固并且处理量大，缺点在于：①进入机械夹持离不开人工辅助；②在废旧电路板受热后，由于两边的
夹紧力，线路板有可能会折弯损坏，不利于接下来的拆卸工作。机械科学研究总院的高瑞［4］采用介质
加热线路板，通过一个吊钩固定线路板就可以使整个线路板浸泡在介质液体中（图2），使其加热充分；缺点是此种固定方式还处在试验阶段，自动化水平比较低
。
此外，线路板根据其软硬程度可以分为刚性电路板、柔性电路板、软硬结合板。柔性电路板由于形状大都不规则并且质地柔软，给固定带来很大困难，而目前的卡紧方式大多不能处理柔性电路板，因此关于柔性电路板的拆解工艺仍有待进一步开发。
2熔焊方法及焊锡回收
目前，对废弃电路板焊锡回收研究较多的是机械分离法。焊锡是焊接线路中电子元件的一种合金，焊锡在种类上可以分为有铅焊锡和无铅焊锡，其中有铅焊锡由于会对人体和环境产生危害已经
63昆明冶金高等专科学校学报2015年6月①吴国清，张宗科．废弃印刷线路板的回收处理［
C ］．2009中国绿色制造新年论坛论文集，2009：57－60．
被禁止使用，但由于国内电子行业监管体系不够完善以及20世纪八九十年代大量家用电器的生产，废旧电路板的处理过程仍然要面对大量的有铅焊锡。有铅焊锡熔点是183?，无铅焊锡则更高，因此加热温度不能低于180?。目前常用的熔焊方式有热传导熔焊、热空气熔焊、热介质熔焊、红外线熔焊等。
（1）热传导熔焊。这种熔焊方式在国内的小型手工作坊里被普遍使用，工人们用钳子夹住线路板直接放在火炉上加热，如图3所示。这种方式的温度控制能力很差，容易烧坏电子元件，并且很难实现自动化生产。但是这种生产方法简单容易，适合小型的手工作坊，在广东省贵屿镇许多家庭式小作坊均采用此法，此法对环境污染严重，并且焊锡回收效果差。这种高耗能高污染的生产方式在行业水平飞速发展的今天，势必要被淘汰。
（2）热空气熔焊。热风枪是热空气熔焊的主要工具，其熔焊能力很强。日本的Yasuyuki Yamagi-wa［5］等采用热风枪加热被固定在装配架上的PCB，加热后又传送至装有热空气加热器的滚刷装置中，熔化的焊锡被刷下回收。热风枪熔焊速度快，但是线路板的受热面积较小，比较适合电器维修以及生产线上由工人手工操作的电子元器件拆卸过程，其实现自动化生产还是很有难度。
（3）热介质熔焊。合肥工业大学的赵子文［6］等采用熔融的焊锡作为热介质加热PCB，该方法具有接触面积大、加热速度快的优点，可以充分回收废旧焊锡。
能作为介质的物质要具备以下几个特性：①热稳定性好；②沸点高；③高温下不与线路板表面金属反应；④挥发性差、无毒或低毒。目前国内常用的热介质液体有石蜡、焊锡、硅油等。其中石蜡和焊锡在加热条件下都有一定毒性。机械科学研究总院的高瑞［5］等通过试验证明硅油可以在50 200?温度内长期使用，因此硅油是很好的介质液体。但是通过介质加热后的线路板表面粘附着介质液体，这给后续的拆卸工作带来污染，使回收难度加大。
（4）红外线熔焊。日本NEC公司［7］研发出一种自动拆卸废旧电路板中电子元器件的装置，装置采用红外加热的方式熔融焊锡，外加以机械冲击，总熔焊率达到96%，焊料被用作冶炼铅和锡的优质原料。
德国FAPS公司［8］研发出一种自动化水平较高的拆卸方法，该技术运用3D图像识别技术获取待加工PCB信息，确定特定元件，再用自动机械设备将其拆除，接着用红外辐射加热PCB，拆卸剩余电子元件，并将其分类。
红外线辐射加热不需要媒介，是一种高效的热传导方式，如图4所示。红外线加热与前几种加热方式相比，拥有升温速度快、产品质量好、设备体积小、节电效果突出等诸多优点，非常适合布置在自动化生产线上。此外，高瑞［4］等指出，电热管是易碎物品，在安装和生产使用的过程中，要加装防震减压装置。
4种熔焊方式在废旧电路板拆解试验中均有利用，但其中只有红外线熔焊和热空气熔焊比较适合布置在流水线上作业
。
73第3期沈旭：废旧电路板上电子元件的拆卸工艺现状及展望
3电子元器件的拆卸
废旧电路板上电子元件的拆卸是整个工艺系统中最后也是最核心的一部分，现有的拆卸方式有：螺旋拆卸、机械冲击震动拆卸、超声波清洗、风刀拆卸、滚刷拆卸等，各种拆卸方式对焊锡回收效果有不同的影响。
（1）螺旋拆卸。这种拆卸方式是由西南科技大学易荣华［9］等提出，拆卸过程是靠基板定位装置和螺旋刀具之间相对运动产生的剪切力、挤压力，将加热后的废旧电路板上电子元件拆卸下来。由于拆卸装置和加热装置之间的连续生产能力较差，一部分电子元件被螺旋刀具强行拆卸后，会造成电子元器件的损坏，并且对焊锡回收的效果一般。
（2）机械冲击震动拆卸。西南科技大学何毅［10］等克服螺旋拆卸装置的缺点设计了一种自动拆卸设备，其拆卸装置采用机械冲击震动的方式使电子元件脱离线路板。装置采用凸轮机构设计，并且在冲击件的上端设计了缓冲装置，使线路板和冲击件都得到了保护。
日本NEC公司研发了一种电子元器件自动拆卸装置，废旧电路板被安装在固定装置上，通过红外辐射加热熔焊后，采用机械臂和推进器联合冲击振动，卸下电子元件。
（3）超声波清洗。超声波具有频率高、波长短的特殊性质，因此超声波传播性好、方向性强，能够使微粒产生很大的速度和加速度，适合用来清除线路板表面的焊锡。这种去除焊锡的方式通常和热介质液体熔焊联用，高瑞［4］采用热介质熔焊—超声波清洗—机械冲击拆卸的联合工艺，完成了对废旧电路板上电子元件的拆卸，拆卸效率可达90%，效果十分可观。
采用超声波清洗废旧电路板表面比其他拆卸方式更为彻底，对焊锡和电子元件有着很好的脱除效果，但是还处在试验阶段，不能应用于生产实际。
（4）风刀拆卸。由四川长虹电器股份有限公司［11］研制的风刀结构能够有效拆解废旧电路板，高温气体由0.8 2mm的狭缝喷嘴喷出，在线路板表面产生0.3 0.6MPa的气体压强熔化并脱除焊料，脱焊后的线路板翻转并振动，使元器件掉落至收集槽（图5）。
清华大学的段广洪［12］等利用吹扫器去除表面的元器件和焊锡，实现采用非接触式冲击对线路板的拆解。
在风刀拆卸的过程中，元器件受到的热冲击小，电子元件完好率、重用率高，并且拆卸过程不会引入杂质，是环境友好的拆卸方式
。
（5）滚刷拆卸。由于滚刷与线路板是非刚性的接触，因此对电子元件损伤小，另外滚刷不仅可以刷下电子元件，还可以清除线路板表面焊锡（图6），这更有利于对元器件的拆卸，只是焊锡会粘附在滚刷上，但只要利用二者熔点不同的特点就可以很好地分离，此种方法更有利于焊锡的集中回收。此外，双滚刷的拆卸效果会更好，能够解决双面电路板的处理难题且不受线路板形状限制。
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清华大学的段广洪
［13］等在其专利—
——废旧电路板钩拔拆卸装置指出，双滚刷机构的2个钢丝滚刷分别扫刷电路板的上下两面，电路板运行一次就能完成上下表面的元器件拆卸和焊料去除。通过对比上述5种拆卸方式，可以得出结论，机械冲击震动拆卸、风刀拆卸、滚刷拆卸更适合自动化程度高的大规模生产，也有利于焊锡的回收。
4结语
目前，国内外的废旧电路板上电子元件的拆卸工艺呈现出多元化的发展趋势，笔者认为鉴于我国的劳动力现状以及人工拆解的高精确性，半自动化的废旧电路板拆解系统更符合国情，但是研发自动化程度更高的拆卸设备是该行业发展的必然趋势。以下几个方面将是该行业未来的研究方向：
（1）针对形状、大小、软硬程度各不相同的废旧电路板，采取具有针对性的生产工艺，研发普适性更好的固定方式与设备，特别是从夹紧方向上入手，将常规的线路板水平布置改为悬挂布置，以达到更高的拆解效率。
（2）在原有的拆卸方式的基础上，研发效率更高的拆卸方式，特别是解决双面线路板以及柔性线路板的拆卸难题是未来的发展方向。
（3）研发更环保、效果更好的化学除焊剂及其配套设备是未来化学法拆卸的研究方向。
（4）适当考虑低温脱焊的可行性，研究温度梯度对熔焊效果的影响，并开发与之相适应的电子元件与焊锡分离装置。
2011年1月1日《废弃电器电子产品回收管理条例》正式实施，我国的电子废弃物已进入规范管理的新时代，只有统筹规划、科学管理和规范化发展我国电子产品行业的生产—销售—使用—回收这一产业链群，从电子产品生产的源头入手，才能更好地解决电子垃圾回收和利用的难题。
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