專利名稱：一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子廢物資源化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于高溫蒸汽拆解和改性處 理廢電路板的方法。
背景技術(shù)：
廢電路板(Printed Circuit Boards，PCB)是電子廢物的重要組成部分，裝載有 電容、電阻、二極管、三極管、電感和集成電路(芯片)等多種元器件。廢電路板中含有多種 有毒有害物質(zhì)，如有機(jī)阻燃劑以及鉛、鎘、鎳和鉻等重金屬，不恰當(dāng)?shù)牟鸾馓幚頃?huì)對(duì)生態(tài)環(huán) 境和人體健康造成嚴(yán)重影響。另一方面，由于廢電路板轉(zhuǎn)載有各類元器件，且含有大量的金 屬、樹脂和塑料等有價(jià)組分，其資源化價(jià)值較高。采用有效的技術(shù)方法處理廢電路板既是環(huán) 境污染防治的要求也有利于資源的回收利用。對(duì)廢電路板進(jìn)行資源化的第一步是電子元器 件的拆卸。這些元器件主要通過插裝或表面貼裝等形式焊接封裝于電路板基板上。目前， 我國廢電路板仍以手工拆除元器件為主，存在拆解效率低和環(huán)境污染等問題，在很大程度 上制約了廢電路板的高效回收和無害化處置。國內(nèi)已有多項(xiàng)關(guān)于廢電路板拆解的專利和技術(shù)方法。專利[CN101537522]和專 利[CN201410596]通過將帶元器件電路板置于設(shè)定高溫的熔錫爐中，焊錫受熱熔化后， 通過人工移除拆卸元器件。專利[CN101417358]發(fā)明的脫焊裝置由噴射高溫高壓氣體 Q10-30(TC )，使焊料與電路板分離。專利[CN101590555]用熱風(fēng)管形成熱風(fēng)加熱的方式 對(duì)電路板進(jìn)行加熱O30 255°C )，去除焊錫。專利[CN101362239]公開了一種通過熔融 焊料加熱爐、翻轉(zhuǎn)傳遞機(jī)構(gòu)及振動(dòng)沖擊裝置等實(shí)現(xiàn)電路板元器件自動(dòng)拆解的裝置。專利 [CN101733631A]將電路板置于預(yù)熱區(qū)預(yù)熱后在高溫區(qū)由鉤拔裝置和雙滾刷裝置將元器件 和焊料拆卸。專利[CN1935398]開發(fā)了可以固持電路板并進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的定位 裝置，以更好的配合擊打裝置實(shí)現(xiàn)拆解。專利[CN101502903]根據(jù)電路板基板的類型和元 器件的型號(hào)，先對(duì)線路板進(jìn)行200°C以下的烘烤，去除非焊接方式連接的元器件，并導(dǎo)直待 摘除的插裝元器件的引腳；再根據(jù)電路板所用焊料的熔化溫度，加熱焊料充分熔化，在外力 作用下使元器件脫離電路板。此外，專利[CN201304409]和專利[CN101014229]利用沖擊 裝置拆卸元器件。專利[CN201380345]采用了逐級(jí)升溫和振動(dòng)裝置拆卸元器件。上述專利分別從預(yù)處理、設(shè)計(jì)元器件拆解工具和提高拆解自動(dòng)化程度方面對(duì)廢電 路板拆解技術(shù)進(jìn)行了研究。但這些發(fā)明均是在敞開環(huán)境(空氣)中對(duì)電路板加熱，極易造 成環(huán)境污染。研究表明，電路板在空氣氛圍下的熱失重起始溫度為250 270°C。同時(shí)，高 溫也會(huì)破壞元器件功能結(jié)構(gòu)，降低了回用價(jià)值。元器件以人工拔除為主，需要采取嚴(yán)格的勞 動(dòng)保護(hù)措施。自動(dòng)化的機(jī)械裝置及其配套設(shè)施一般構(gòu)成復(fù)雜，操作難度大，且難以適應(yīng)不同 類型和尺寸電路板的拆解。同時(shí)通過采用高溫蒸汽對(duì)電路板基板材料進(jìn)行力學(xué)改性尚無研 究先例。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高溫蒸汽拆解和 改性處理廢電路板的方法，在密閉環(huán)境中用蒸汽加熱，通過施加較易實(shí)現(xiàn)且適用性較廣的 機(jī)械力實(shí)現(xiàn)元器件的拆解；與此同時(shí)，對(duì)電路板的基材進(jìn)行熱處理改性，降低其機(jī)械力學(xué)強(qiáng) 度并破壞材料結(jié)構(gòu)，以利于其后續(xù)分離和回收，具有拆解速度快，易實(shí)施的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，利用帶有旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的反 應(yīng)釜，包括以下步驟，第一步，設(shè)定加熱溫度，同時(shí)設(shè)定旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，其中加熱溫度 的范圍為190 230°C，轉(zhuǎn)速范圍200 750rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間范圍20s !Bmin ；第二步，將電路板置入反應(yīng)釜，用卡具將電路板固定于旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，通過調(diào)節(jié) 旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的長度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁Icm ；第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的 電路板進(jìn)行加熱，開啟旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，高溫蒸汽的溫度為第一步設(shè)定的加熱溫度；第四步，當(dāng)旋轉(zhuǎn)攪拌裝置停止，則停止加熱，冷卻。將電路板置入反應(yīng)釜之前，人工去除電路板上非焊接方式連接的元器件，去除電 解質(zhì)電容，并將插裝的元器件引腳導(dǎo)直。所述的高溫蒸汽發(fā)生裝置帶有溫控裝置，可控制升溫速率和最終加熱溫度。所述的高溫蒸汽發(fā)生裝置可用工業(yè)廢蒸汽替代。所述的工業(yè)廢蒸汽可用溫控裝置控制溫度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)拆除效率高，可達(dá)100%。2)對(duì)電路板機(jī)械性能起改性作用，利于基板后續(xù)處理。3)可利用工業(yè)廢蒸汽，成本低，節(jié)能。


附圖是本發(fā)明實(shí)施工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如附圖所示，本發(fā)明包括以下步驟，第一步，設(shè)定加熱溫度，同時(shí)設(shè)定旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，其中加熱溫度 的范圍為190 230°C，轉(zhuǎn)速范圍200 750rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間范圍20s !Bmin ；第二步，將電路板置入反應(yīng)釜，用卡具將電路板固定于旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，通過調(diào)節(jié) 旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的長度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁Icm ；第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的 電路板進(jìn)行加熱，開啟旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，高溫蒸汽的溫度為第一步設(shè)定的加熱溫度；第四步，當(dāng)旋轉(zhuǎn)攪拌裝置停止，則停止加熱，冷卻。將電路板置入反應(yīng)釜之前，人工去除電路板上非焊接方式連接的元器件，去除電解質(zhì)電容，并將插裝的元器件引腳導(dǎo)直。選取三種不同的電路板作為實(shí)施例進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)施例一計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片拆解第一步，取一塊廢舊計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，其上沒有非焊接連接元器件和電解質(zhì)電容，所 有芯片采用雙列表面安裝式(SOP)封裝。判斷其使用的焊錫為當(dāng)前計(jì)算機(jī)原件中最常使 用的631^b37sn焊錫，其熔點(diǎn)為183°C。由此設(shè)定最終加熱溫度為190°C，同時(shí)設(shè)定轉(zhuǎn)速為 300rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30s。第二步，將廢舊內(nèi)存固定于反應(yīng)釜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，調(diào)節(jié)攪拌裝置的長度為 6. 5cm，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁1cm。第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的 廢舊內(nèi)存加熱至190°C。開啟旋轉(zhuǎn)裝置以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s，利用離心力和重力的綜合作 用脫除熔焊，實(shí)現(xiàn)集成電路芯片和基板的分離。第四步，停止加熱并冷卻，廢舊內(nèi)存上的芯片全部脫落，且引腳外觀無損壞，80% 以上具有功能回用的潛能，將其置于干燥環(huán)境中保存。經(jīng)測試內(nèi)存基板的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度分別下降32^^31^38%, 有利于對(duì)其后續(xù)的破碎處理；銅箔剝離強(qiáng)度下降83%，有助于銅與非金屬的解離。實(shí)施例二以插裝電阻為主的電路板拆解第一步，取電路板一塊，其上電阻均采用直列插裝封裝，將引腳導(dǎo)直。判斷其使用 的焊錫為當(dāng)前最常使用的63I^37Sn焊錫。設(shè)定最終加熱溫度為200°C，同時(shí)設(shè)定轉(zhuǎn)速為 700rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為3min。第二步，將電路板固定于反應(yīng)釜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，調(diào)節(jié)攪拌裝置的長度為 6. 5cm，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁1cm。第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的 電路板加熱至200°C。開啟旋轉(zhuǎn)裝置以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)3min，利用離心力和重力的綜合作 用脫除熔焊，實(shí)現(xiàn)電阻和電路板基板的分離。第四步，停止加熱并冷卻，廢電路板上的電阻100%脫落。經(jīng)測試內(nèi)存基板的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度分別下降41^30^^53%, 有利于對(duì)其后續(xù)的破碎處理；銅箔剝離強(qiáng)度下降86%，有助于銅與非金屬的解離。實(shí)施例三以BGA封裝芯片為主的電路板拆解球柵陣列(BGA)封裝是典型的表面貼裝形式之一，計(jì)算機(jī)主板的南、北橋芯片等 均采用此種封裝形式。第一步，取該種電路板一塊，其上芯片為BGA封裝。判斷其使用的焊錫為當(dāng)前最常 使用的63I^b37Sn焊錫。設(shè)定最終加熱溫度為200°C，同時(shí)設(shè)定轉(zhuǎn)速為650rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 25s。第二步，將電路板固定于反應(yīng)釜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，調(diào)節(jié)攪拌裝置的長度為 6. 5cm，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁1cm。
第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的 電路板加熱至200°C。開啟旋轉(zhuǎn)裝置以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)25s，利用離心力和重力的綜合作用 脫除熔焊，實(shí)現(xiàn)電阻和電路板基板的分離。第四步，停止加熱并冷卻，廢電路板上的芯片全部脫落。芯片外形完好，經(jīng)焊點(diǎn)修 復(fù)后具有功能回用的潛能，將其置于干燥環(huán)境中保存。經(jīng)測試內(nèi)存基板的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度分別下降38^^37^^51%, 有利于對(duì)其后續(xù)的破碎處理；銅箔剝離強(qiáng)度下降85%，有助于銅與非金屬的解離。為更好地拆解元器件，同時(shí)考慮到安全因素，在將電路板置入反應(yīng)釜之前，人工去 除電路板上非焊接方式連接的元器件，去除電解質(zhì)電容，并將插裝的元器件引腳導(dǎo)直。針對(duì)不同的電路板材質(zhì)和其上焊接的元器件種類，可以利用高溫蒸汽發(fā)生裝置帶 有的溫控裝置來控制升溫速率和最終加熱溫度。值得說明的是，廢高溫蒸汽在許多工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)大量產(chǎn)生，較易獲取。當(dāng)溫度降至 250°C以下時(shí)，廢蒸汽的工業(yè)利用價(jià)值較低，而190 230°C是電路板脫焊技術(shù)適用的溫度 范圍。本發(fā)明證明了利用高溫蒸汽脫焊拆卸廢計(jì)算機(jī)主板、內(nèi)存和顯卡等電路板元器件的 可能性，脫除率達(dá)100%。在規(guī)模應(yīng)用的情況下，可用工業(yè)廢蒸汽代替將本發(fā)明中的高溫蒸 汽發(fā)生裝置對(duì)廢電路板進(jìn)行加熱。同時(shí)，蒸汽加熱過程對(duì)電路板基板機(jī)械力學(xué)性能起到了 改性作用，其基本力學(xué)性能和剝離強(qiáng)度顯著降低，有利于后續(xù)破碎處理及金屬與非金屬的 解離。
權(quán)利要求
1.一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，利用帶有旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的反應(yīng) 釜，包括以下步驟，第一步，設(shè)定加熱溫度，同時(shí)設(shè)定旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，其中加熱溫度的范 圍為190 230°C，轉(zhuǎn)速范圍200 750rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間范圍為20s !Bmin ；第二步，將電路板置入反應(yīng)釜，用卡具將電路板固定于旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn) 攪拌裝置的長度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，使廢電路板距反應(yīng)釜內(nèi)壁Icm ；第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽通入反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜中的電路 板進(jìn)行加熱，開啟旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，高溫蒸汽的溫度為第一步設(shè)定的加熱溫度；第四步，當(dāng)旋轉(zhuǎn)攪拌裝置停止，則停止加熱，冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，其特征 在于，將電路板置入反應(yīng)釜之前，人工去除電路板上非焊接方式連接的元器件，去除電解質(zhì) 電容，并將插裝的元器件引腳導(dǎo)直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，其特征 在于，所述的高溫蒸汽發(fā)生裝置帶有溫控裝置，可控制升溫速率和最終加熱溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，其特征 在于，所述的高溫蒸汽發(fā)生裝置可用工業(yè)廢蒸汽替代。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，其特征 在于，所述的工業(yè)廢蒸汽可用溫控裝置控制溫度。
全文摘要
一種基于高溫蒸汽拆解和改性處理廢電路板的方法，利用帶有旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的反應(yīng)釜，包括以下步驟，第一步，根據(jù)電路板基板材料和電路板所用焊錫組分，設(shè)定加熱溫度，同時(shí)設(shè)定旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間；第二步，將電路板置入反應(yīng)釜，固定于旋轉(zhuǎn)攪拌裝置上；第三步，采用密閉的高溫蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫蒸汽對(duì)反應(yīng)釜中的電路板進(jìn)行加熱，開啟旋轉(zhuǎn)攪拌裝置；第四步，當(dāng)旋轉(zhuǎn)攪拌裝置停止，則停止加熱，冷卻；本方法在密閉環(huán)境中用蒸汽加熱，通過施加較易實(shí)現(xiàn)且適用性較廣的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)元器件的拆解；與此同時(shí)，對(duì)電路板的基材進(jìn)行熱處理改性，降低其機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度并破壞材料結(jié)構(gòu)，以利于其后續(xù)分離和回收，具有拆解速度快，易實(shí)施的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K1/018GK102107308SQ20101056561
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者李金惠, 段華波, 陳瑤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)