CN100496192C - 印刷线路板液态导热介质中脱焊分离器件的方法及装置 - Google Patents

Abstract

印刷线路板液态导热介质中脱焊分离器件的方法及装置，其特征是将焊接有元器件的待处理线路板浸没在液态导热介质中，保持液态导热介质在使焊锡熔化的温度上，待焊锡熔化后分别收集焊锡、线路板和元器件。本发明提供了一种可降低能耗、无有毒有害气体的挥发、元器件脱落率高、焊锡去除率高、元器件损坏率低的印刷线路板脱焊分离器件的方法，实施该方法的装置简单易行。

Description

印刷线路板液态导热介质中脱焊分离器件的方法及装置

技术领域：

本发明涉及对印刷线路板进行脱焊锡和分离元器件的方法及装置。

背景技术：

对于以焊锡固联各元器件的印刷线路板的回收，首先需要脱去焊锡，再分离元器件，从而回收焊锡和可利用的电子元器件。

在我国，手工拆卸元器件是当前主要手段，但工作效率低，不满足工业化处理的要求。

据报导，日本NEC公司开发了一种芯片自动拆卸系统，系统包括两个加热单元和两个去除单元，第一个去除单元装备有冲击推进器和PCB回动臂，第二个去除单元装有剪切推进器。PCB板首先在空气中以超过焊料熔化点(180摄氏度)的温度加热70秒，主要的部件在第一个去除单元通过推进器和机械臂的冲击力移除，剩余的部分在第二个加热单元在同样的温度下再加热30秒，所有的剩余部件和焊料被一个剪切推进器去除。

这种装置主要利用红外加热和两级去除的方式，使穿孔元件和表面元件脱落，然后再结合加热、冲击力和表面剥蚀技术，使电路板上96％的焊料脱焊，用作精炼铅和锡的原料。

奥地利维也纳工业大学的Zebedin等人提出了一种柔性半自动拆卸单元。这个单元由四个计算机和若干PLC控制模块，包括一个视觉系统，一个传输系统，一个去除焊锡系统和一个机械人系统。视觉系统通过一个高质量的图像探测系统将芯片分为贵重的、环境有害的和其他的三大类。前两种芯片通过一个混合去焊锡-机器人工艺去除。去除焊锡系统用来去除SMD部件，THD和其他复杂的连结由机器人系统去除。拆卸完之后，机器人系统也可以收集元器件并传送到后面的处理系统。

已有一种采用颗粒撞击印刷线路板的颗粒碰撞操作法，包括滚转球磨机和振动球磨机，是以颗粒对元器件的碰撞使元器件与印刷线路板分离。

上述现有技术存在有如下主要问题：

1、通过空气的热传导来加热线路板，使焊锡融化的方式，热利用效率低，能耗大。

2、在空气中加热，会使线路板中有毒元素挥发或者氧化，散发出有毒有害的物质，如多氯联苯、二苯二噁英，二苯呋喃等，造成环境污染和操作人员中毒。

3、由于空气热传导系数低，为使焊锡达到熔化温度，必须提高加热部件表面温度，容易损坏线路板上外层元器件，降低元器件完好率。

4、由于受热不均衡，处理后的线路板元器件一次脱落率不高。

5、熔化后的焊锡会附着在元器件和线路板上，影响后继使用。

6、颗粒撞击去除元器件会造成元器件损坏。

发明内容：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可降低能耗、无有毒有害气体的挥发、元器件脱落率高、焊锡去除率高、元器件损坏率低的印刷线路板液态导热介质中脱焊分离器件的方法，本发明同时提供实施该方法的装置。

本发明解决技术问题所采用技术方案是：

本发明方法的特点是将焊接有元器件的待处理线路板浸没在液态导热介质中，保持液态导热介质在使焊锡熔化的温度上，待焊锡熔化后分别收集焊锡、线路板和元器件。

本发明方法的特点也在于：

所述被处理线路板保持元器件所在一面朝向上方、并呈水平悬置在导热介质中，对导热介质施以超声波振动和/或对线路板施以机械振动。

所述导热介质是硅油。

选择沸点为250℃—300℃、闪点为300℃—350℃、常温下为液态的硅油。

所述硅油为甲基苯基硅油或添加有热氧化稳定剂的二甲基硅油。

所述热氧化稳定剂为Fe或Ce脂肪酸盐。

本发明装置的结构特点是：

设置可温控的加热槽，导热介质盛放在加热槽中，加热槽的底部设置超声波振子，用于夹持线路板的夹具在加热槽的两侧分别通过夹持臂悬吊在旋转臂的前端，旋转臂的尾端以铰接的方式支承在固定支架上；

位于所述加热槽的一侧，设置装有滤网的回收槽，可在竖直平面内转动的旋转臂具有三个固定位置，其一是位于加热槽中的水平脱焊位置，其二是位于回收槽上方的水平分离位置，其三是直立在固定支架上线路板装夹位置；

在所述加热槽和回收槽上，分别设置脱焊振子和分离振子，处于相应位置处的旋转臂分别搁置在振子的机械振动头上。

本发明装置的特点也在于所述夹具是一对夹板，夹板的断面为楔形面。

本发明方法在液态传热介质的环境中，经过60秒左右，线路板上的焊锡便会因高温而熔化，并沉积至容器底部，实现元器件与线路板之间的分离，以及实现对元器件及线路板的脱焊处理。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法能源利用率高。通过加热溶液的方法使焊锡达到熔点温度，由于热量在溶液中的热传导能力比空气中要高许多，因此同比现有在空气中的加热方式，溶液加热方式在加热过程中的能量损耗小，能源利用率高。

2、本发明方法工作效率高。在220℃的溶液中，只要60秒，线路板上的元器件就几乎完全脱落。其他方法需要将全部的元器件去除，需要90秒及更长时间。

3、本发明方法所得到的元器件表面质量高。由于受热均匀，零部件可以保证在200摄氏度左右的恒定温度下，不会因为局部高温影响表面质量。获得的零件表面保持完好，基本无损坏。

4、本发明方法得到的零件的完好率高。对获得的电阻、电容、集成芯片等元器件进行多例检测表明，参数均正常。

5、本发明方法通过采用机械振动和超声波振动的方式可以更进一步提高焊锡脱落率。

6、本发明方法中可以采用硅油为传热介质，由于焊锡及元器件表面附着有一层硅油，在焊锡脱离印刷线路板及元器件后，不易再次附着在元器件上。

7、本发明方法环境友好性高。实施过程中无有毒有害的物质产生，由于工作环境始终可以控制在200摄氏度左右的溶液中，避免了有毒有害物质的挥发和燃烧。

附图说明：

图1为本发明装置主视结构示意图。

图2为本发明装置俯视结构示意图。

图3为本发明装置侧视结构示意图。

图中标号：1 加热槽、2 导热介质、3 超声波振子、4 线路板、5 夹具、6 夹持臂、7 旋转臂、8 固定支架、9 回收槽、10 脱焊振子、11 滤网、12 回流管、13 温度传感器、14 电热器件、15 分离振子。

以下通过实施方式对本发明作进一步描述：

实施例：

将焊接有元器件的待处理线路板浸没在液态导热介质中，保持液态导热介质在使焊锡熔化的温度上，待焊锡熔化后分别收集焊锡、线路板和元器件，具体实施中，应保持线路板及其上附有焊锡的元器件的管脚都能够完全浸没在导热介质中。

将被处理线路板保持元器件所在一面朝向上方、并呈水平悬置在导热介质中，对导热介质施以超声波振动和/或对线路板施以机械振动。

导热介质选择沸点为250℃—300℃、闪点为300℃—350℃、常温下为液态的硅油，硅油耐高温、燃点高，可以用作高温热载体，对人体无毒无害，对环境友好，化学性质稳定、具有良好的抗氧化性、热稳定性和化学惰性。为了提高硅油的热稳定性能，可以选择甲基苯基硅油或添加有热氧化稳定剂的二甲基硅油。本实施例中具体选择添加0.2％辛酸铁和1％氨基乙酸的H201#二甲基硅油作为加热介质。

利用超声波在介质中的振荡和空化作用来实现焊锡和线路板的分离，可以有效提高焊锡的熔化速度，减少焊锡附着量。

超声波与声波一样是一种疏密的振动波，介质的压力作交替变化。如果对液体中某一确定点进行观察，这点的压力以静压(一般是一个大气压)为中心，产生压力的增减，若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增加，并产生负的压力。所谓负压，实际上负的压力是不存在的，只是在液体中某些区域中产生撕裂的力。且形成真空的空泡，并被后面的压缩压挤而破灭。这种在声场作用下的振动当声压达到一定值时，气泡将迅速增长，然后又突然闭合，在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，焊锡超声波去除过程由下列三个方面作用所引起。

1、因空泡破灭时产生强大的冲击波，对附着在线路板及元器件上的焊锡起到冲击和分离作用。

2、由于超声空化二次效应，对焊锡层与板件之间产生的空隙具有不断渗透和扩大的作用，一旦焊接处被破坏，缝隙就会迅速扩大。

3、超声波振动本身对去除焊锡的作用。

具体实施中，可以设置超声波的频率范围为28KHz、声强为2W/cm²；

设置机械振动频率为25次/秒，振幅为5毫米，加速度为10倍重力加速度。

关于装置：

参见图1、图2和图3，设置可温控的加热槽1，导热介质2盛放在加热槽1中，加热槽1的底部设置超声波振子3，用于夹持线路板4的夹具5在加热槽1的两侧分别通过夹持臂6悬吊在旋转臂7的前端，旋转臂7的尾端以铰接的方式支承在固定支架8上；

图中示出，在位于加热槽1的一侧，设置装有滤网11的回收槽9，可在竖直平面内转动的旋转臂7具有三个固定位置，位置一是位于加热槽1中的水平脱焊位置，位置二是位于回收槽9上方的水平元器件分离位置，位置三是直立在固定支架8上线路板装夹位置；

在加热槽1和回收槽9上，分别设置脱焊振子10和分离振子15，处于相应位置处的旋转臂7分别搁置在机械振子10的振动头上，由振动头对线路板施以垂直于线路板板面的机械振动。

图3所示，夹具5是一对背部有弹簧相抵的夹板，夹板的夹持面为楔形面。

在加热槽1中采用的电热方式，设置电热器件14、温度传感器13，以及相应的控制电路，对加热槽1实施温度自动控制，控制导热介质2的温度稳定在设定温度上；

在加热槽1与回收槽9之间，设置回流管12，当回收槽9中的液面达到回流管12所在高度时，即通过回流管12回流在加热槽1中。

操作过程：

1、针对从电脑上取下的含有元器件的电脑主板，首先拆卸下可以手工去除的部件和元器件，旋转臂7处于位置三，将待处理的线路板4装夹在夹具5上；

2、当导热介质温度达到200℃时，转动旋转臂7，使其至位置一，待处理的线路板4被浸没在导热介质2中，同时，线路板4保持在水平状态、元器件所在一面朝向上方，通过受热、超声波振动及机械振动，线路板4上的焊锡得以熔化，并且脱落在加热槽1中，脱落的焊锡在冷却凝固后直接收集；

3、转动旋转臂7，使其至位置二，待处理线路板4得到翻转，其上的元器件所在一面朝向下方，因机械振动，元器件从线路板上落下并承接在滤网11上，从加热槽1中带出的硅油被沥下并收集在回收槽9中。

实验可知，当导热介质温度在200℃以上时，线路板上的焊锡即可快速熔化，加热50-70秒钟时，绝大部分元器件均可自行脱落，将线路板从导热介质中取出并施加振荡后，大部分的焊锡和几乎所有的元器件均顺利脱落。观察角孔中焊锡的残留情况和针脚上焊锡的附着情况发现，只有少数角孔中有焊锡残留，针脚上附着的焊锡也很少，焊锡的去除情况很好，元器件外观保持完好。对获得的电子元器件(包括电阻、电容、集成电路等)进行检测，未发现损坏。通过对集成电路进行破坏性实验，将型号为HT6571的集成电路放入温度为220℃的硅油溶液中半个小时，取出检测，集成电路并没有损坏。因此，基本可以确定在200—220℃的溶液中，电子元器件不会损坏。

加热时间和温度对元器件的回收率有着直接的影响。当温度一定时，加热时间越长，元器件的回收率越高；当加热时间一定时，温度越高，元器件的回收率越高。但考虑到热效率、元器件质量等因素，以200—220℃、50-60秒为宜。

实验证明，在超声波作用下，与直接对导热介质加热相比，焊锡的熔化时间更加缩短，元器件脱落率更加得以提高，元器件引脚上的焊锡附着量更少。

附：集成电路HT6571的检测实验报告

实验对象：从废旧电脑主板中拆下的集成电路芯片HT6571

实验目的：通过对集成电路HT6571在一定时间和一定温度加热后的关键引脚之间电阻值的测试，分析温度对对集成电路HT6571的性能的影响。

表一 正交实验表

表二 直观分析表

表三 方差分析表

 

因素	偏差平方和	自由度	F比	F临界值	显著性
						温度	0.140	2	0.600	6.940	否
时间	0.327	2	1.400	6.940	否
						误差	0.47	4

实验过程：

1、将数字万用表调至欧姆档位(^*200K)，对得到的集成电路HT6571进行外观损伤检验，并测量集成电路HT6571的关键引脚之间的非在线电阻值。

2、将贝尔曼温度计的预定温度调到180℃，接通电子继电器，开始加热。

3、甲基硅油溶液温度达到180℃后，将集成电路HT6571浸入溶液中，并同时记录时间，30秒后将集成电路HT6571从导热介质中捞出，观察此时集成电路HT6571上是否有外观损伤的情况。

4、待集成电路HT6571的温度降至室温时用万用表检测集成电路HT6571的关键引脚VCC对GND，RA对GND和RA之间的电阻值。

5、分别将导热介质温度设定在180℃对集成电路HT6571加热60秒，180℃加热90秒，200℃加热30秒，200℃加热60秒，200℃加热90秒，220℃加热30秒，220℃加热60秒，220℃加热90秒重复进行实验，观察外观损伤情况和检测关键引脚间的电阻值。

实验结果：

1、在依次进行的实验中均未发现集成电路HT6571外观有任何损伤。

2、集成电路HT6571关键引脚间电阻值在实验前数据为：

VCC对GND的电阻值R1的万用表显示值是30.4；

RA对GND的电阻值R2的万用表显示值4.3；

RA之间的电阻值R3的万用表显示值8.7。

3、实验数据见表一、表二和表三。

表中数据表明：

1、集成电路HT6571在溶液温度为180℃-220℃、时间为30s-90s的环境下不会对元器件有损坏。因此可以认为在元器件从PCB板上脱焊的时间段内，不会对元器件有功能性的影响。

2、为了检测元器件在长时间的高温环境下的损坏情况，特意将该元器件放在温度为220℃的甲基硅油溶液30分钟，结果未发现元器件外观有变化，也未发现元器件的电阻值有变化。因此可认为在该环境中长时间存在不会对元器件有功能性的影响。

Claims (6)

1、印刷线路板液态导热介质中脱焊分离器件的方法，将焊接有元器件的待处理线路板浸没在液态导热介质中，保持液态导热介质在使焊锡熔化的温度上，待焊锡熔化后分别收集焊锡、线路板和元器件；其特征是所述被处理线路板保持元器件所在一面朝向上方、并呈水平悬置在导热介质中，对导热介质施以超声波振动和/或对线路板施以机械振动。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述导热介质是硅油。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征是选择沸点为250℃—300℃、闪点为300℃—350℃、常温下为液态的硅油。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征是所述硅油为甲基苯基硅油或添加有热氧化稳定剂的二甲基硅油。

5、实施权利要求1所述方法的装置，其特征是：

设置可温控的加热槽(1)，导热介质(2)盛放在加热槽(1)中，加热槽(1)的底部设置超声波振子(3)，用于夹持线路板(4)的夹具(5)在加热槽(1)的两侧分别通过夹持臂(6)悬吊在旋转臂(7)的前端，旋转臂(7)的尾端以铰接的方式支承在固定支架(8)上；

在所述加热槽(1)的一旁，设置装有滤网(11)的回收槽(9)，可在竖直平面内转动的旋转臂(7)具有三个固定位置，其一是位于加热槽(1)中的水平脱焊位置，其二是位于回收槽(9)上方的水平分离位置，其三是直立在固定支架(8)上的线路板装夹位置；

在所述加热槽(1)和回收槽(9)上，分别设置脱焊振子(10)和分离振子(15)，处于相应位置处的旋转臂(7)分别搁置在所述脱焊振子(10)和分离振子(15)的机械振动头上。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征是所述夹具(5)是一对夹板，夹板的断面为楔形面。

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