（机械设计及理论专业论文）废旧电路板元器件拆卸技术研究.pdf

机械科学研究院硕士学位论文 废旧电路板元器件拆卸技术研究 摘要 废旧电路板是量大面广、易污染环境的电子垃圾，又有很高的回收再利用 价值，回收处理技术复杂，具有重大的社会意义与经济价值。 本项目开展电子元件拆卸分离技术研究，并进行系统的试验，研究电子元件 的无损高效拆分技术，并结合电路板本身的回收利用技术，形成较为系统的废弃 电路板回收利用成套技术和方法，引导回收行业的科学化和规范化。废旧电路板 上的一些电子元件具有很大的重用价值。例如，手机电子模块的价值3 0 0 元。因 此，考虑电子元件的资源再用，电子元件的拆卸要求无损和高效。但电子元件的 无损高效拆卸技术和设备却基本是空白，需要我们进行这些设备的开发和系统的 分析与试验研究。 本文的主要工作为： 1 、采用空气传热进行电子元件与印刷线路板分离 本论文在项目研究中做了很多实验，包括热风枪加热实验，电阻炉加热实验， 红外线辐射加热实验，电磁铁带动铁块在高温下敲击电路板实验，电机带动四齿 齿轮在高温下敲击电路板实验，气缸带动摇臂在高温下敲击电路板实验。并通过 实验优化加热温度使得元器件最易脱落并保证元器件损坏率最低。有五种不同加 热方式，通过分析他们的优缺点，选定红外线加热。并通过分析箱内的温度分布 来确定箱体结构设计。 2 、采用热油加热进行电子元件与印刷线路板分离 超声波是物理介质中的一种弹性机械波，和电、磁、光等同样是一种物理能 量形式。超声空化是功率超声在液体介质中引起的一种特有的物理过程，是一个 复杂的非线性声学问题，在线路板拆卸中引起元器件与基板分离和焊锡脱落的主 要是空化作用。通过一系列实验最终选定导热介质是硅油，并确定在固定油槽尺 寸时的超声波功率及加热最佳温度和清洗时间。整个拆卸装置分为超声波发生 器，换能器，加热油槽和电路板装卡装置。 关键词：电路板分离加热超声波 机械科学研究院硕士学位论文 r e s e a r c ho nd i s a s s e m b l yo fp c bm o u n t e dw i t he l e c t r o n i c c o m p o n e n t s a b s t r a c t u s e l e s sp c bm o u n t e dw i t he l e c t r o n i cc o m p o n e n t si sal a r g ea m o u n to f e l e c t r o n i cr u b b i s hw h i c hc o n t a m i n a t e se n v i r o n m e n te a s i l y ，b u ti tc a n b r i n gi nh i g hw o r t h i n e s st h r o u g hr e c l a i m i n g t h et e c h n o l o g yo fr e c l a i m i n g a n dd i s p o s a li sc o m p l i c a t e d ，b u ti th a sl a r g es i g n i f i c a n c ei ns o c i e t ya n d e c o n o m y t h i sp r o j e c ta i m st od e v e l o pae q u i p m e n tf o re l e c t r o n i cc o m p o n e n t s d i s a s s e m b l y ，a n dc a r r yt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a t i o no fs y s t e m ， s t u d yt h e u n d a m a g e da n de f f i c i e n td is a s s e m b l yt e c h n o l o g yo fe l e c t r o n icc o m p o n e n t s ， d e v e l o pr e u s i n gc l a s s i f i c a t i o na n a l y s i sd a t a b a s eb a s e do ni n t e r n e ta n d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dc o m b i n et or e c l a i m i n ga n dr e u s i n g t e c h n o l o g yo fp c bi t s e l f , t of o r maw h o l es y s t e m i cr e c l a i m i n ga n dr e u s i n g t e c h n o l o g ya n dm e t h o d o fu s e l e s sp c b ，l e a dr e u s i n gi n d u s t r i e st ob e s c i e n t i f i ca n ds t a n d a r d f z e d al o to fe l e c t r o n i cc o m p o n e n t so fu s e l e s s p c bh a v el a r g er e u s i n gw o r t h i n e s s f o re x a m p l e am o b i l ep h o n em o d u l e w o r t h3 0 0r 岫t h e r e f o r e c o n s i d e r i n gt h er e s o u r c er e u s i n go fe l e c t r o n i c c o m p o n e n t s ，t h ed i s a s s e m b l yo fp c bs h o u l dh a v eu n d a m a g e de l e c t r o n i c c o m p o n e n t sa n de f f i c i e n c y b u tt h e r ea r e n o ta n yt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t f o ru n d a m a g e da n de f f i c i e n ts e p a r a t i o no fe l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n dp c b s oi tn e e d su st od e v e l o pt h e s ee q u i p m e n t s ，a n a l y s i ss y s t e ma n dm a k i n g e x p e r i m e n t a t i o n s t h em a i nc o n t e n to ft h i sr e s e a r c hi sa sf o l l o w s ： l 、t h es e p a r a t i o no fe l e c t r o n i ca n dp c ba d o p t i n ga i rt r a n s f e r r i n g h e a t ic a r r i e do u tal o to fe x p e r i m e n t a t i o n si nt h ep r o c e s so ft h i s p r o j e c t ，i n c l u d i n gh o tw i n dg u nh e a t i n ge x p e r i m e n t a t i o n ，r e s i s t a n c es t o v e h e a t i n ge x p e r i 皿e n t a t i o n 。 i n f r a r e dr a d i a t i o nh e a t i n ge x p e r j 皿e n t a t i o n 。 e l e c t r o n i cm a g n e td r i v i n gi r o nk n o c k i n go r , p c be x p e r i m e n t a t i o ni nt h eh o t 机械科学研究院硕士学位论文 e n v i r o n m e n t ，e l e c t r o m e t e rd r i v i n gf o u r t e e t hg e a r k n o c k i n go np c b e x p e r i m e n t a t i o ni nt h eh o te n v i r o n m e n t ， b e s tp n e u m a t i c sd r i v i n gr o c k e r k n o c k i n go np c be x p e r i m e n t a t i o ni nt h eh o te n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt o e x p e r i m e n td a t a ，w ed e c i d e d t h et e m p e r a t u r ee l e c t r o n i cc o m p o n e n t sh e a t i n g u pt o ，i nw h i c he l e c t r o n i cc o m p o n e n t sc a nb ea p a r tf r o mp c be a s i l ya n d a s s u r i n g l yt h ee l e c t r o n i cc o m p o n e n t sd a m a g er a t i or e a c h e sm i n i m i z a t i o n t h e r ea r ef i v eh e a t i n gm e t h o d s ，a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gt h e s em e r i ta n d d e f e c t i o n ，w ec h o o s et oh e a tt h ee n v i r o n m e n tw i t h i n f r a r e di nt h ee n d i na d d i t i o n ，w ed e c i d et h em a c h i n e r yd e s i g na c c o r d i n gt o a n a l y z i n g t e m p e r a t u r e sd i s t r i b u t i n g0 ft h eb o x 2 、t h es e p a r a t i o no fe l e c t r o n i ca n dp c ba d o p t i n go i lt r a n s f e r r i n gh e a t u l t r a s o n i ci saf l e x i b l em a c h i n ew a v et h r o u g h p h y s i c sm e d i u m , t h e s a m et oe l e c t r i c i t y ，m a g n e t is m ，l i g h ta n ds oo n ，i ti sap h y s i c se n e r g y f o r m u l t r a s o n i cc a v i t a t i o ni sas p e c i a lp h y s i c sp r o c e s sa r o u s e db yp o w e r u l t r a s o n i ct h r o u g hl i q u i dm e d i u m i ti sac o m p l i c a t e dn o n 一1 i n e a r i t y a c o u s t i c sp r o b l e m i nt h ed i s a s s e m b l yo fe l e c t r o n i ca n dp c b t h em a i n r e a s o n so fs e p a r a t i o no fe l e c t r o n i c sa n db a s eb o a r da n ds o l d e r i n gt i n d e s q u a m a t i o na r ec a v i t a t i o ne f f e c t t h r o u g has e r i e se x p e r i m e n t a t i o n sw e h a v ec o n f i r m e dt h es i l i c o no i la st h eh e a tc o n d u c t i o nm e d i u mf i n a l l y ，a n d c o n f i r m e dt h eb e s tu l t r a s o n i cp o w e r ，t h eb e s ts i l i c o no i lt e m p e r a t u r ea n d t h eb e s tc l e a n o u tt i m ew h e nf i x i n gt h e o i lb o xd i m e n s i o n t h ew h o l e d i s a s s e m b l ye q u i p m e n ti sc o m p o s e do f u l t r a s o n i cp r o d u c i n gi m p l e m e n t e x c h a n g ee n e r g yi m p l e m e n t ，h e a t i n go i lb o xa n dp c bt i g h t e n e de q u i p m e n t k e yw o r d s ：p r i n t e dc i r c u itb o a r d ，s e p a r a t i o n ，h e a tu p ，u l t r a s o n i c g a o r u i ( m e c h i n ed e s i g na n dt h e o r y ) ，d i r e c t e db yo i uc h e n g 硼 机械科学研究院硕士学位论文 插图清单 图2 一l 带元器件电路板实物图8 图2 2 常见元器件及其与电路板的连接方式示意图8 图2 - 3 各类封装形式1 2 图2 - 4 鸥翼型( l - l e a d ) 引脚焊点示意图1 2 图2 - 5 钩型( 卜l e a d ) 引脚焊点示意图1 3 图2 6 球形阵列焊点示意图1 3 图2 7 过孔型焊点示意图1 3 图2 - 8 封装尺寸标准1 4 图2 _ 9 贴装元器件弹性连接模型 1 5 图2 1 0 简谐外力引起的元器件受力情况1 7 图2 - 1 1 简谐外力引起的元器件谐振1 7 图2 一1 2 增加插装元器件拆卸力的两种情况1 8 图2 一1 3 插装元器件引脚弯曲时的拆卸力分析1 9 图3 - 1 双波峰焊焊接温度曲线2 2 图3 2 回流焊技术的一般工艺流程2 4 图3 3 再流焊焊接温度曲线2 5 图3 4 温度分布曲线2 6 图4 - 1 熔焊方法2 7 图4 2 热风枪2 8 图4 3 热风枪给电路板加热2 9 图4 - 4 用镊子将贴装片取下2 9 图4 5 中温箱式电阻炉3 0 图4 - 6 加热箱结构简图3 0 图4 7 碳纤维发热管3 2 图4 8 工作简图3 5 图4 - 9 工作简图3 5 图4 1 0 执行元件3 6 图4 一l l 结构简图3 6 机械科学研究院硕士学位论文 图4 1 2 箱体图3 7 图4 1 3 控制箱图3 8 图4 一1 4 气压系统连接简图3 9 图4 1 5 拆卸后的电路板4 0 图4 1 6 卡折电路板4 0 图4 1 7 拆卸下的元器件4 1 图5 1 斜向入射声波通过液一固介质界面时反射、折射与透射4 6 图5 2 超声空化示意图4 9 图5 3 任意形状的换能器5 0 图5 - 4 圆盘辐照中轴声场声压5 1 图5 5 圆盘辐照远场声场特性5 2 图5 - 6 圆盘辐照远场声场的极坐标图5 3 图5 7 换能器的频率响应5 5 图5 8 夹心式换能器结构图5 6 图5 9 不同液体的空化强度曲线5 7 图5 一l o 清洗时间对清洗效率的影响5 8 图5 1 1 清洗用加热槽6 0 图5 一1 2 清洗后的电路板6 0 图5 - 1 3 超声波清洗装置示意图6 5 图5 1 4 插装元器件拆卸图6 6 图5 1 5 超声波清洗流程图6 6 机械科学研究院硕士学位论文 表格清单 表2 一l 各种封装的引脚数1 0 表3 - 1 废旧电路板的温度分布表2 5 表4 - 1 元器件损坏情况4 1 表4 2 废旧电路板分离率0 0 0 o mbo 90ow 4 1 表4 3 原因分析4 2 表5 - 1 功率、频率与清洗效率的关系表5 8 表5 27 4 h c 2 4 5 的真值表6 4 表5 37 4 l s 0 0 的真值表6 4 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 扭撼型堂班塞望暄 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：焉碲 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解扭丝型堂班塞望瞳 有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权 扭撼型堂丑塞望瞳 可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 蔺畸 导师签名： 刚纠 签字日期：年月日签字日期：年月日 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 第一章引言 1 1 项目研究的重要性和紧迫性 环境保护、可持续发展是我们的紧迫任务和长远目标。本论文针对量大面广、 再资源化困难、对环境危害较大的电子元件和印刷线路板，开发经济、环保的元 器件拆卸技术，开发印刷线路板回收工艺和装备。用先进的技术和丰厚的效益引 导印刷线路板回收行业走向全面的无害化。 1 1 1 保护环境和人体健康 随着我国工业化的发展和社会的进步，我国已经是机电产品的生产和消费大 国，每年有大量的机电产品报废。例如，广东省2 0 0 2 年的废旧电子电器废弃量 达到了1 4 5 0 万台，到2 0 0 7 年电子垃圾将达到2 0 0 0 万台。目前我国电视机的社 会保有量达3 5 亿台，冰箱1 3 亿台、洗衣机1 7 亿台、电脑2 0 0 0 万台，手机 约1 9 亿部，并已经进入了家电淘汰的高峰期，每年约有5 0 0 万台电视机、4 0 0 万台冰箱、5 0 0 万台洗衣机、约有5 0 0 万台电脑、上千万部手机要报废0 1 。 电子产品给生活带来便利、享受的同时，所形成的电子垃圾也困扰着人们。 电子垃圾处理不当，对环境污染非常大。废旧电子产品的显示器、显像管和电路 板里含有以硅酸盐形式存在的铅元素，电路板上的焊料为铅锡合金，半导体、s m i ) 电阻、电池和电路板中含有镉，而铁质机箱、磁盘驱动器中含有铬，开关、磁盘 驱动器和传感器中含有汞，电池中含有镍、锂、镉和其他金属，电线和包装套含 有聚氯乙烯，机壳塑料和电路板上含有溴化阻燃剂，等等对环境有害的物质。因 此，废弃电子器件对环境和人身健康具有较大危害，如果不采用经济、绿色的回 收利用和无害化技术将对环境、土壤、空气和水造成污染，对人体健康造成严重 损害。但是，目前我国还没有明确的回收处理规范、经济实用的成套技术与装备 和代表性的回收处理企业，形势相当严峻。例如广东贵屿镇，为了从废弃电器中 提取贵重金属，采用原始的焚烧加硫酸浸泡的方法进行电路板的回收，产生大量 的致癌烟尘，污染空气；酸液未经处理直接排入河流，严重污染了水源。河岸沉 积物的抽样化验显示，对生物体有严重危害的重金属钡的浓度1 0 倍于土壤污染 危险临界值，锡为1 5 2 倍，铬1 3 3 8 倍，铅为危险污染标准的2 1 2 倍”，而水中 的污染物超过饮用水标准数千倍。 1 1 2 有助于资源再利用 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 据统计，1 吨随意搜集的印刷线路板中含有大约6 0 0 磅塑料、2 8 6 磅铜、1 磅黄金、9 0 磅铁、6 5 磅铅、4 4 磅锡、4 0 磅镍、2 2 磅锑娜。如果能l 里l 收利用，仅 这1 磅黄金就价值6 0 0 0 美元。其中印刷线路板中的非金属材料是树脂类材料， 来源于宝贵的石油。可见，如不加以回收，将造成资源的极大浪费。而经济、绿 色的回收利用和无害化处理印刷线路板将有助于资源再利用，交废为宝。 i 1 3 有助于机电行业打破西方发达国家设置的。绿色贸易壁垒” 随着西方发达国家有关电子废料及电子产品法令的日益严格，特别是欧盟 关于报废电子电器设备指令( w e e e ) 、 关于在电子电器设备中禁止使用某些 有害物质指令( r o h s ) 指令和欧盟电子垃圾处理法的颁布实旆，要求生产 商在2 0 0 5 年8 月1 3 日以后，负责回收、处理进入欧盟市场的废弃的电气和电子 产品并在2 0 0 5 年8 月1 3 日后投放市场的电气和电子产品上加贴回收标识“1 。 这对我国电器产品的出口构成了。绿色贸易壁垒”，明确地把一个我国电子产品 生产企业不愿意面对、却又不得不正视的问题推到了眼前，那就是中国每年成百 上千吨电子垃圾对环境的污染及控制问题。我国必须面对和解决电器产品的回收 和无害化处理的课题。 i 1 4 电子产品的回收利用和无害化处理受到国际社会普遍重视 2 0 0 3 年2 月1 3 日欧盟公布了w e e e 和r o h s 指令，今年又颁布了欧盟电子 垃圾处理法。i r e e e 要求生产商在2 0 0 5 年8 月1 3 日以后，负责回收、处理进 入欧盟市场的废弃的电气和电子产品，并在2 0 0 5 年8 月1 3 日后投放市场的电气 和电子产品上加贴回收标识。r o h s 要求2 0 0 6 年7 月1 日以后投放欧盟市场的电 气和电子产品不得含有铅、汞、镉、多溴联苯和多溴联苯醚等6 种有害物质。日 本从2 0 0 1 年4 月起制定实施了家电回收法。 我国国家发改委和信息产业部正在制定废旧家电及电子产品回收利用管理 办法电子信息产品生产污染防治管理办法家用电器安全使用年限和再利用 通则等法律法规，加强立法和管理。2 0 0 4 年1 月7 日，经国务院批准，国家 发改委确定浙江省、青岛市为国家废旧家电及电子产品回收处理体系建设试点省 市，旨在建立规范的废旧家电及电子产品回收处理体系。广东省固体废物污染防 治规划中的8 个废旧电子电器综合处理和污染防治项目今年将进入具体实施阶 段，计划投资5 8 亿元，在广州、佛山、深圳、珠海、湛江、清远、汕头各建一 2 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 个符合环保标准要求的废旧电子电器产品回收处置中心”。 1 2 国内外现状和技术发展趋势 随着科学技术的进步，电子产品已经在世界范围内得到普及。由于电子产品 具有更新速度快、材料组成复杂，有毒有害物质多、回收难度大等特点，因此电 子废料的迅速形成，已经威胁到人们的生存环境。以印刷线路板为例，其中包含 铜、金、银、锡、硫、砷、镉、铅、环氧树脂、玻璃纤维、二氧化硅等许多物质。 由于其成分复杂，金属颗粒分散，因此印刷线路板报废后，处理比较难，如果直 接废弃，会因其中含有重金属，对环境造成危害旧。因此探讨电子废料的回收工 艺，对其进行再资源化，是解决资源耗竭和环境恶化问题的重要措施，也是实现 电子工业可持续发展的重要内容。目前各国政府、企业和学术机构都投入了大量 人力、物力和财力进行这方面的研究工作。 1 2 1 国外印刷线路板的回收利用和无害化处理现状和技术发展趋势 2 0 0 3 年2 月1 3 日欧盟公布了w e e e 和r o h s 指令，今年又颁布了欧盟电子 垃圾处理法。w e e e 要求生产商在2 0 0 5 年8 月1 3 日以后，负责回收、处理进 入欧盟市场的废弃的电气和电子产品，并在2 0 0 5 年8 月1 3 日后投放市场的电气 和电子产品上加贴回收标识。r o h s ”1 要求2 0 0 6 年7 月1 日以后投放欧盟市场的 电气和电子产品不得含有铅、汞、镉、多溴联苯和多溴联苯醚等6 种有害物质。 两大指令还规定了对2 0 0 5 年8 月1 3 日以前遗留“历史电子垃圾”的处理方法： 对“历史垃圾”的回收、处理费用由市场占有者按相应的市场占有比例分摊。欧 盟电子垃圾处理法中所包含的产品覆盖了彩电、空调、i t 等十大类近2 0 万种 娜。一年后，随着这一法规的正式实施，中国相关出1 3 企业将被要求交纳电子垃 圾处理费用。 在美国，电子垃圾拆解已形成很完善的专业市场分工；在德国，废旧电器回收 公司普遍采用一种电子破碎机来分选废旧电器中的有用物和废物。但回收成本都 较高，均需要政府给予财政补贴。因此大部分电子垃圾流向了中国等亚洲国家。 日本从2 0 0 1 年4 月起，制定实施了家电回收法，以法律的形式要求生 产企业、销售商和消费者都要承担对家电进行处理、再利用的部分义务。消费者 3 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 在废弃大件家电时打电话给家电经销商，由他们负责收集和搬运，厂方则负责重 新利用。日本各家电生产厂家纷纷建立废旧家电再利用机构。松下电器公司2 0 0 0 年4 月投资4 亿日元兴建利用废旧家电的基地凇下环境技术中心m 。 1 2 2 国内印刷线路板的回收利用和无害化处理现状和技术发展趋势 国家发改委目前正在制定废旧家电及电子产品回收利用管理办法，加强 立法和管理。2 0 0 4 年1 月7 日，经国务院批准，国家发改委确定浙江省、青岛 市为国家废旧家电及电子产品回收处理体系建设试点省市，旨在建立规范的废旧 家电及电子产品回收处理体系。按照国家发改委的规划，这两个地方的试点为制 定相关政策法规和标准提供经验，促进电子垃圾回收方面的循环经济发展。信息 产业部也将出台电子信息产品生产污染防治管理办法“”。 广东省固体废物污染防治规划中的8 个废旧电子电器综合处理和污染防治 项目2 0 0 7 年将进入具体实施阶段，计划投资5 8 亿元，在广州、佛山、深圳、 珠海、湛江、清远、汕头各建一个符合环保标准要求的废旧电子电器产品回收 处置中心；并在惠州建立一个省级危险废物回收中心，显示屏等器件将在此回 收处理。这8 大中心建成后可处置每年产生的9 0 0 5 废旧电子电器。它们对先进 的回收技术有很大的需求。 国内外多是针对整个电子产品回收进行研究开发，专门针对印刷线路板回收 利用和无害化处理技术的研究并不多。概括起来，有下面几种方式： ( 1 ) 焚烧冶炼的方法“” 如j e n s 等对印刷线路板中贵重金属的回收工艺进行了理论研究，并探讨了 二手铜冶炼回收所产生的环境影响问题，现在的美国的许多电子产品就采用这种 方法。这种方法存在的问题是非金属材料焚烧无法利用；部分金属和非金属材料 冶炼中形成有毒有害气体，难以进行无害化处理，破坏环境，危害人体健康；消 耗大量能源；投资巨大。 ( 2 ) 酸浸的化学方法“” 就是利用强酸提取金属。这种方法在回收中会形成大量的酸液，废水处理困 难，投资高。且印刷线路板中的部分金属不溶于一般的酸，很难回收再用，反而 造成环境污染，广东贵屿镇就是典型的例子。 4 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 ( 3 ) 超临界法“” 是在低温高压下，使印刷线路板的金属和非金属材料分离。目前该方法还处 在实验室阶段，技术还不成熟。美国t e x a st e c hu n i v e r s i t y 先进制造实验室的 h o n gc z h a n g 教授正在开展这方面的研究工作。 ( 4 ) 物理法1 就是采用物理的方法将印刷线路板粉碎后，将金属和非金属材料分离。但是， 由于印刷线路板金属和非金属结合紧密，粉碎不容易，粉碎过程中的高温会使非 金属分解形成有害气体和异味，同时，形成严重的粉尘污染。为此，德国研究者 开发了低温粉碎工艺和设备，很好解决了废气问题，但粉尘问题没有解决，且投 资巨大。 清华大学结合中国的实际情况，针对上述问题，利用加水方法，开发了一 套经济、绿色的印刷线路板回收利用及无害化处理的工艺和技术，解决了有害 气体、异味和粉尘等问题，并获得了国家发明专利，全面地实现了印刷线路板 金属和非金属材料的再资源化。 1 3 论文的主要研究内容 目前的电子垃圾主要是废弃电子产品，如废弃的计算机、电视机、手机、收 录机、仪器仪表和其他机电产品中的印刷线路板等。废弃电子产品主要包括：以 塑料和金属板为主的壳体、显像管、印刷线路板和电子元器件。壳体的拆卸回收 比较简单；显像管含有大量的有害物质嘲，需要专门的回收处理技术；而大 量的电子元器件和印刷线路板中含有非常复杂的化学成分，有害物质包括铅、镉、 铬、汞等，需要研究和开发先进的回收利用技术和无害化处理技术，保证这些电 子垃圾的无害化处理。本课题是国家公益项目废旧电路板资源回收与再利用技 术研究以电子产品的关键零部件带元器件印刷线路板作为研究对象，研究 开发电子元器件和印刷线路板的资源利用和无害化处理成套技术和关键设备，它 的主要研究和开发内容如下： ( 1 ) 废旧电路板回收再利用试验设备研发 提供废旧电路板电子元件无损、高效拆卸试验设备，保证试验的技术 s 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 要求。 提供焊锡的回收试验设备。 ( 2 ) 废旧电路板回收再利用技术研究 研究和解决电路板的电子元器件无损、高效拆卸分离技术，分离率 9 8 。 提出电子元器件无损、高效拆卸的试验数据和技术报告。 研究焊锡的回收工艺技术，回收率 9 5 ( 管脚上的焊锡不计) 。 开发电子元器件回收数据库和元器件分类回收方法。 提出电路板回收的成套技术和方法。 本论文只针对废旧电路板的元器件拆卸进行研究。在研究的过程中，在两个 方面进行了探索：一是通过红外加热，空气传导，机械冲击进行拆卸；二是通过 热油加热，超声波清洗进行拆卸。 1 4 论文的创新点和关键技术 本论文的创新点和关键技术包括两点：一是通过红外加热，空气传导，机 械冲击进行拆卸；二是通过热油加热，超声波清洗进行拆卸。 6 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 第二章元器件和电路板分离的理论基础 本章主要介绍元器件和电路板的分离理论基础。 印制电路板也叫做印刷电路板，可简称为印制板。印制电路板由绝缘基板、 连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘组成“1 ，具有导电线路和绝缘基板的双重 作用。它可以实现电路中各个元器件的电气连接，代替复杂的布线，不仅减少了 传统方式下的接线工作量，简化了电子产品的的装配、焊接、调试工作；还缩小 了整机体积，降低了产品成本，提高了电子设备的质量和可靠性。印制电路板具 有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，有利于在生产过程中实现规模化、 机械化和自动化；使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件，便于整机产 品的互换与维修。从生活中不可或缺的消费类电子产品到宇航工业电子产品，印 制电路板都是电路的基本载体和连接基础。可以说，没有印制电路板就没有现代 化电子信息产业的高速发展。由于以上优点，印制电路板已经极其广泛地应用在 电子产品的生产制造中。 2 1 带元器件电路板的基本概念 2 1 1 带元器件电路板的结构“1 电子元器件是组成电子电路的最小单元，任何复杂的电子电路都是各类电子 元器件有机组合的结果。元器件不是直接提供给消费者的电子消费品却是构成电 子消费品的基本单元。图2 - i 是典型带元器件电路板的实物图。图2 2 是常见元 器件及其与电路板基板的连接方式示意图。 7 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 图2 一l 带元器件电路板实物图 图2 2 常见元器件及其与电路板的连接方式示意图 2 1 2 电路板上元器件分布特点 按照元器件类型及其在电路板上的分布，电路板可以分为： ( 1 ) 单面混装，即在p c b 单面布放贴片元器件或插装元器件。 ( 2 ) 双面贴装，p c b 单面或两面均布放贴片元件。 ( 3 ) 双面混装，p c b 一面布放贴装元件和插装元件，另一面布放适合于波峰焊 的贴片元件。 插装元器件和贴装元器件混用是当前电路板装配的最大特点，其原因一是目 前元器件尚未彻底片式化( 如大电容) 。二是有些元件的s m d 形式远比相应的插 装形式贵得多。2 0 0 1 年通孔元件、表面贴装元件和直接安装元件的使用率分别 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 为2 0 、7 0 和1 0 ，据估计到2 0 0 6 年分别为1 0 ，7 0 、2 0 “”。 2 2 电子元器件的封装 2 2 1 封装的概念、功能和意义 封装是对元器件电路芯片起支撑和保护作用的外层结构。电子元器件大概分 为九类：电阻器，电位器( 可调电阻器) ，电容器，电感器，机电元件，半导体 分立器件，集成电路( 芯片) ，电声元件，光电器件，电磁元件各类元器件多种 多样的功能是由芯片提供的，芯片由通过复杂的平面刻蚀工艺在硅晶片上制造而 成。如果芯片可以直接使用，就无必要对其加以封装，生产成本也可降低。但是 芯片非常之精细，灰尘、湿气、甚至光照都会使芯片丧失其正常功能。为使芯片 在设计寿命内正常工作，必须借助封装来加以保护。封装除了对内部芯片提供保 护外，还担负固定ic 芯片、传递电能、传递信号、密封、散热等功能。 集成电路的封装，按材料基本分为金属、陶瓷、塑料“”三类，按电极引脚的 形式分为通孔插装式及表面安装式两类。这几种封装形式各有特点，应用领域也 有区别。这里主要介绍通孔插装式引脚的集成电路封装和表面安装技术( sm t ) 封装类型和特点 t h t = t h r o u g hh o l et e c h n o l o g y 通孔插装 d i p = d o u b l ei n l i n ep a c k a g e双列直插式组装( 70 年代出现) s l t = s u r f a c em o u n t i n gt e c h n o l o g y 表面贴装 s o i c = s m a l l0 u t l i n ei n t e g r a t e dc i r c u i tp a c k a g e 小轮廓集成电路封装管壳 l c c = l e a d l e s sc h i pc a r r i e r l d d = l e a d e dc h i pc a r r i e r o f p = q u a df l a t p a c k a 8 e t q f p - - th i nq u a df l a tp a c k ) l b g a = p l a s t i cb a l l6 r i da r r a y p b g a = p l a s t i c 认 c b g a = c e r a m i cb g a 无引线载体 有引脚载体( 8 0 年代出现) 9 扁平封装 栅格陈列引脚封装( 9 0 年代出现) 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 t b g a = t a p eb 6 a c s p = c h i ps c a l ep a c k a g e芯片级封装( 1 9 9 4 年出现) 表2 - 1 各种封装的引脚数 传统封装先进封装 封装方式脚数封装方式脚数 d i p8 - 6 41 tb g a ( c s p )3 6 - 7 4 s o8 8 6 f cc s p 3 6 2 0 0 p l c c2 8 - 8 4p b g a1 1 9 - 6 6 5 t q f p 4 4 - 1 2 8f cb g a1 0 0 一1 8 4 9 q f p 4 4 - 3 0 4t b g a4 8 - 2 8 0 封装对于电路板生产装配的意义： 封装对于元器件与电路板装配的意义，如同产品标准对于插座和插头的意 义。两个不同厂家生产的插头和插座之所以可以连接并正常工作，是因为这两个 生产厂家采用了同一套工业标准，这个标准规定了插头和插座可以采用的尺寸规 格、电路参数以及可以采用的材料。同样，元器件生产厂家和电路板生产厂家参 照同一封装标准制造产品，才能实现装配。 封装概念对于研究元器件材料回收的意义： 元器件功能集中于封装内部的芯片上，芯片体积通常很小，这意味着功能不 同但封装形式相同的元器件在物质成分及其含量上差别不大。因此，当以材料价 值为元器件回收目标时，基于封装对元器件加以分类较之以功能加以分类更为合 理。元器件功能说明文档一般不会提供其材料属性，而元器件封装的材料数据较 易获取。基于封装建立元器件材料的标准及典型数据，足以得出元器件材料回收 价值的一般性评估方法和结论。而对于特定功能、来自特定厂家的元器件，只需 对上述方法和结论加以调整或扩展。 2 2 2 插装和贴装芯片及其引脚分布 根据元器竹和电路板装配方式，封装可分为插装元器件( p i n - t h r o u g h h o l e ， p t h ) 和表面贴装元器件( s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ，s m t ) 两大类型。p t h 元 器件的引脚为细针状或薄板状金属，以供插入脚座( s o c k e t ) 或电路板的导孔 ( v i a ) 中进行焊接固定：s l 盯组件则通过弯曲的片状引脚或者焊球焊接固定于 l o 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 电路板表面上m 。 再以引脚分布分类，插装元器件包括单列式封装( s i n g l ei n l i n ep a c k a g e s ， s i p ) 与交叉引脚封装( z i g - z a gi n l i n ep a c k a g e s ，z i p ) 和双列式封装( d u a l i n l i n ep a c k a g e s ，d i p ) 和底部针脚阵列封装( p i ng r i da r r a y ，p 6 a ) 。元器件 包括双列引脚、四边引脚与底部引脚等三种双边引脚如小型化封装( s m a l l o u t l i n ep a c k a g e s ，s o p ) 等；四边引脚封装如四边扁平封装( o u a df l a tp a c k a g e s ， q f p ) “”。 单列式封装( s i p ) 方形扁平j 形引脚封装( q f j ) 机械科学研究总院硕士研究生毕业论文 双列直插式封装( d i p ) 贴片式封装( s m t ) 图2 3 各类封装形式 2 2 3 引脚形状及焊点位置 最常见的元器件引脚形状有鸥翼型( g u l lw i n g 或l - l