CN103480933B

CN103480933B - 一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法

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Publication number: CN103480933B
Application number: CN201310416098.4A
Authority: CN
Inventors: 江远峰
Original assignee: TES-AMM Corp (CHINA) Ltd
Current assignee: TES-AMM Corp (CHINA) Ltd
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103480933A

Abstract

本发明涉及一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，该方法包括将待分离的废弃线路板采用钉式结构固装在传送带上进行传送，采用高压高温气流冲击的分离方式分离所述废弃线路板的基板和元器件；分离时将高压高温气流以风刀或类似风刀开缝口的形式吹出，以去除焊料并迫使元器件脱落。本发明实现了自动分离废弃线路板元件的工业应用，并无害化处理有毒有害气体，高效处理线路板并无损地回收大量价值元件，为再资源化提供了可能。

Description

一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法

技术领域

本发明涉及一种利用高压热风自动分离废气线路板元件的方法，属于电子废弃物资源化综合利用技术领域。

背景技术

近年来，家用电器产生的电子废弃物到达了一个报废高峰期，废旧电视机占有电子废弃物中的相当比例，据不完全统计，电视机的年报废量为2375.02万台（2010年），2548.04万台（2011年），2772.91万台（2012年）。其中，线路板是废弃电视机的重要组成部分，其通常是由一块单面或者双面覆有铜箔的绝缘基板与若干元器件通过低温软钎焊方式焊接而成。基板多为阻燃酚醛纸基覆铜板、非阻燃酚醛纸基覆铜板或环氧玻璃纤维布基芯板等。元器件通常包括集成电路（IC）、二极管、三极管、光电器件、电容、电阻及各种插槽接口等。有分析表明，废旧线路板虽然作为一个整体失去了原有功能，然而其上的电子元器件绝大部分功能完好，电子元器件的使用寿命为50万小时，而附着在废弃线路板的电子元器件平均使用时间仅为2万小时，因此，合理利用废弃电路板具有相当大的社会效益和经济效益。在工业应用中，如何实现在不损坏电子元器件的前提下，低成本、大规模地进行废弃电路板的拆卸回收，同时尽力减少拆卸过程对环境的污染，是当前电路板处理的一大议题。

现有技术中存在如下问题需要解决：

1.在高效连续的情况下，线路板的安装问题：

线路板尺寸众多，最小到50mm×50mm，最大350mm×500mm，其基板厚度为1.0mm～2.0mm，而其电子元器件最高高度在120mm，整个线路板重量在1.3～1.6kg，且重量分布严重偏置，集中在高压包位置，故而，线路板即为偏置的薄壁件，刚度低，如何统一标准的对线路板进行夹持和稳定的高效传送，是能否处理废弃线路板的前提基础。

2.线路板与元器件分离问题：

1）由I.Stobbe和H.Grises提出的与制造过程相反的回收元件系统，即逆制造系统过程，具有识别，脱焊及性能检测三个模块。但由于元件种类多，结构复杂，数据库中信息有待完善，且设备价格昂贵，不为工业应用。

2）中国专利CN101386016A提出的用传动链连续整体拆卸废弃电路板的方法和设备，采用空气加热和振动电机振动冲击方式分离。中国专利CN16900458A采用电热丝空气加热，机械滚刷和强力吸头拆卸元件和回收焊料。中国专利CN101014229A提出一种元器件拆除方法和装置，采用热风加热，线路板采用限位箱盛装，凸轮冲击装置实施冲击，弹性网带分离、收集元件和焊锡。

3）中国机械科学研究总院制作一套废电路板元件拆卸装置，采用红外加热箱和气缸带动摇臂敲击线路板拆卸装置。日本NEC公司开发一套自动拆卸废电路板的电子元件技术，采用红外加热及两级加热拆卸系统。

4）德国的FAPS将废弃的印刷电路板置于液体加热，通过数字化控制夹具分离插装元件，而贴装元件利用真空方法分离。中国发明专利CN100496192C提出将线路板浸入液体导热介质中，再保持导热介质温度高于焊锡融化温度之上时，实施外力进行分离。

5）奥地利研制出一种柔性的废弃线路板半自动化拆卸装置，首先利用图像探测识别装置获取电路板元件位置，类型，再采用激光加热和自动化机械手共同作用拆除元件。

从以上研究近况来看，问题的关键点在线路板和元器件的脱焊和分离，加热方式上有气体、液体、红外线辐射及激光等；分离方式上有拍打、机械滚刷、机械手等方式；有如一些文献虽有PCB板元件绿色脱焊并回收的相关方法，然而大多数停留在实验室研究阶段，技术尚不成熟，无法推广工业使用；而国外的一些自动化设备的系统结构复杂，成本高昂，不适合中国国情。

3.线路板处理的环境问题：

线路板在受热270℃～350℃情况下，会发生剧烈热分解失重反应，电路板中的阻燃剂（主要为含溴环氧树脂）会发生部分分解，另外，线路板在制造过程中，加入固化剂及促进剂等有机物质，此有机物质会受热挥发或分解，产生有机污染物大部分在较低浓度下便具有恶臭和强烈毒性，对工作环境和人体健康有较大危害。

发明内容

本发明目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供了一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件，并无害化处理有毒有害气体的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，包括将待分离的废弃线路板采用钉式结构固装在传送带上进行传送，采用高压高温气流冲击的分离方式分离所述废弃线路板的基板和元器件；其中，高压高温气流从风刀中的开缝口以薄片状形式吹出，气流冲击力配合重力作用迫使插装类元器件脱落，且吹除完废气经过进气预热装置，实现了节能，最后通过回收净化装置，实现了气体无公害排放。

较佳的，所述风刀以倒置梯形结构，气流由倒梯形正下方的风刀开缝口吹出，其梯形两侧侧边可使周围低温气流被快速卷吸到中央高热区域，使出口混合气流的温度不会过高而导致线路板过热，根据试验结果，距离出口7mm区域内，形成的局部高温点是最适宜吹除焊料而不产生过多有毒有害气体。其风刀整体长度为300～450mm，开缝口宽为1.5mm～2.5mm，且开缝口的宽度可调，所述风刀内部设置有位于风刀的进风口近段的布风网、设置在所述开缝口前的布风孔条和位于所述风刀的进风口远段的布风块结构，优选为布风异形块。其中气源的风压在270mbar～430mbar之间，流量在220m³/h～380m³/h之间，吹除温度在330℃～350℃。

更佳的，进口热气流因为风刀内部结构特殊布置的原因，气流流通截面积骤变导致气流压力增强，由开口缝处吹出，为了保证整体长度方向出风均匀，在开缝口前设置布风孔条，其为6mm直径的排孔，孔与孔间距为8mm；当进口气流进入风刀内部，此处截面积迅速增大，流速加快，此处宜采用倾角为30°的布风网直接阻隔少部分气流，布风网片由6mm直径的通孔组成，通孔与通孔间距为8mm，通孔与通孔呈等边三角形布置，其使得部分气流从进风口近段的开缝口均匀吹出；另外，在进风口远段，气流流速减缓，不适合设置布风网，应设置一个布风异形块，其通过增加风刀内部流场截面积的骤变程度，并且其流线外形结构可以更好的导向气流，避免流体产生涡流和减小流体内部摩擦阻力，，其外形尺寸根据流体相关试验其流场分析结果而制成，保证气流在从进风口远段的开缝口均匀吹出。本发明所述的线路板传送主要采用采用钉式结构固装在传送带上，传送带经过链轮链条循环运送，通过调节链轮带动电机工作频率，调节传送带运送速度，其实现500mm/min～1500mm/min之间速度可调，保证线路板连续、稳定的传送。

较佳的，一个截面内的传送带上固定多个钉式结构，所述钉式结构的钉子尖端朝上，根部固定在传送带上，钉子与钉子之间以等边三角形布置，其边长在50mm～80mm之间。其中，压板与线路板，线路板与传送带形成的一个带有温差的不同空间，压板与线路板形成次高温区，次高温区的温度为180℃～250℃，线路板与传送带形成低温区，低温区的温度为150℃～200℃，此处形成不同温差区域的目的是为了收集焊料。

本发明所述的一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的设备，其还有部分附件细节及相关控制要求，如系统流程图中（参见附图1），其中所述风机的出口气流流量通过连接的阀门可调，所述加热器的加热功率通过电控可调，可保证温度在±3℃范围恒定。风刀高度可通过安装进风管路的调整螺栓调节。钉式结构固装在传送带上，传送带经过链轮或链条结构传动，与风刀气流方向逆向行进；经过吹除位置的风刀后，元器件及线路板经过转弯处的传送带，掉落于出料皮带上，经过出料皮带运动收集箱内。整个设备操作人员简单，在传送带设置一个上料口，进行人口上料和预处理，在出料皮带处设置出料人员，进行分拣分类。两个工位均是负压下操作，无有害气体损害。而尾气排放经由预热进气的预热换热器，再经过喷淋净化和活性炭过滤装置，进行无公害排放。

本发明的关键发明点有以下几点：

1.固定线路板与传送问题：

本发明根据实际线路板情况，统计了线路板及元器件的尺寸分布，采用钉子顶点磨尖，下端固定（参见附图3），钉子总长度为130mm；而钉子与钉子之间以等边三角形布置（参见附图4），其等边三角形边长为66mm，此尺寸的钉式结构可固定最小100mm×100mm～最大350mm×500mm的线路板，且不被线路板的元器件干扰。此钉式结构固装在传送带上，传送带可将此结构连同线路板平稳高速传送到待分离位置。其行进速度在500mm/min～1500mm/min可调。如图3，线路板将整个空间分为上下两个空间，上部区域内，仅仅有焊料和针脚。下部分区域有元器件及钉子。

2.线路板与电子元器件分离问题:

本发明的核心是采用高压高速热气流冲击线路板背面的焊料面，使得焊料不仅熔化而且以液态形式流动，在线路板吹除末端自动滴落并凝固，并且，气流会对电子元器件的针脚末端有冲击力，配合元器件本身重力作用让元器件自动脱落。

围绕如何产生高压高速热气流，有以下关键点：

关键点1）：高压高温气源的产生：

为了使得气流具备一定压力和温度，首先从风机选择高压旋涡风机，其风压在270mbar～430mbar，流量在220m³/h～380m³/h。而配合此风量的加热器，需要其加热芯有12个Φ20直径的进风口（参见附图5），分别卷绕六根Φ2直径的2080镍铬加热丝，加热芯长度L=1000mm。经过实践证明，此风量配合此加热芯吹出的热气流可作为后续热风刀的气源。

关键点2）：气流由风刀以薄片状高速吹出：

为了使以热气流以薄片状形式高速吹出，并且保证出口风量均匀，本发明的热风刀（参见附图6和图7）长度为L=300～450mm，开缝口宽为1.5～2.5mm(缝口宽度可调)。图中进口热气流，因为风刀内部结构特殊布置的原因，气流流通截面积骤变导致气流压力增强，由开口缝处吹出，为了保证整体长度360mm长度方向出风均匀，在开缝口前设置布风孔条；当进口气流进入风刀内部，此处截面积大，流速较快，此采用倾角为30°的布风网片，阻隔少部分气流，使得部分气流从进风口近段的开缝口均匀吹出；另外，在进风口远段，气流流速减缓，不适合设置布风网片，应设置一个流线形的布风异形块来改变风刀内部截面积，迫使气流流场骤变，气流压力增加，气流高速吹出，其布风异形块外形根据流体相关试验其流场分析结果而制成，保证气流在从进风口远段的开缝口均匀吹出。

3.本发明的环保特性：

本发明的环保特性体现在：此装置是通过高压高温气流冲击线路板焊料面，属于局部点的高温热气流与线路板进行热交换，气流的温度和压力均可控，传送带行进速度可调，在恒定气流流量前提下，会有一个完全避免局部过热的最佳吹除速度，即可控制有毒有害气体的产生量。另外，尾气的回收经过喷淋净化和活性炭过滤装置处理，可以保证满足环保要求排放气体。为了尽量减少能耗，在废气出口与加热器进口前，通过设置热交换箱，提升进气温度，达到节能效果。

本发明的有益效果如下：

1.社会效益：本发明的装置处理一块线路板（330mm×260mm此尺寸的线路板最为普遍）的时间在24s以内，而一块此线路板重量为1.35kg，则其按照每天实际工作7小时，配置两人，可以处理线路板1.4t，一年（按300天计算）一台机器可处理420吨线路板（折算31万台25寸电视）。

2.经济效益：本发明的产物率如表1所示：

表1

名称	基板	高压包	含铝钣金件	含铁件	变压器	电容电阻	集成电路IC	插接头	焊料
										比率	21%	20%	15%	4%	19%	11%	2%	7%	1%

3.技术效益：本发明对废弃电脑或LCD线路板的处理具有指导帮助意义，其线路板上焊料均属于无铅焊锡，而线路板焊料属于含铅焊锡，熔点比无铅焊锡低，相对容易处理，因此，对于未来如何在相近温度下的情况下，本发明对于处理废弃电脑或LCD线路板具有指导帮助意义。

综上所述，本发明的利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法和装置实现了自动分离废弃线路板元件的工业应用，并无害化处理有毒有害气体，高效处理的线路板，无损地回收了大量价值元件，为再资源化提供了可能，实现了循环经济。

附图说明

图1为本发明的系统流程示意图。

图2为本发明的主要部件连接示意图。

图3为本发明吹除原理示意图。

图4为本发明的钉式结构俯视示意图。

图5为本发明的加热器的加热芯结构示意图。

图6为本发明的风刀内部结构示意图。

图7为本发明图6风刀结构的A-A剖面示意图。

其中，图1中，1001—废气线路板，1002—人工上料，1003—线路板基板与元器件分离，1004—人工预处理，1005—传送带，1006—钉式结构，1007—热风刀，1008—加热器，1009—废气回收，1010—废气与进风换热器，1011—风机，1012—喷淋净化，1013—活性炭过滤，1014—人工分类，1015—预热室，1016—铝制散热片，1017—高压包，1018—变压器，1019—电容，1020—电阻，1021—插头接头，1022—集成电路（IC），1023—基板，1024—焊料。

其中，图2中，2001—上料工位，2002—保温室，2003—废弃线路板，2004—前压板，2005—风刀，2006—加热器，2007—预热换热器，2008—风机，200—传送带，2010—钉式结构，2011—出料皮带，2012—收集箱，2013—分类工位。

其中，图3中，3001—废旧线路板，3002—前压板，3003—钉式结构，3004—热风刀，3005—后压板，3006—传送带，3007—焊料，3008—掉落元器件，3009—未掉落的元器件。

其中，图5中，5001—2080镍铬加热丝，5002—陶瓷体保温芯。

其中，图6中，6001—卷流片，6002—开缝口。

其中，图7中，7001—布风网，7002—布风异形块，7003—布风孔条，7004—固定安装座。

具体实施方式

为更好的理解本发明的内容，下面结合具体实施例作进一步说明。

本发明的利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法中，如图2所示的示意图：在上料工位2001，人工对废弃线路板2003进行预处理操作，即拆除背面的塑料框架及相关螺丝，去除相关铁质贴片，剪除塑料花线。预处理完毕后，将线路板背面朝上的平置于钉式结构2010上，放置时，保证板与板的间隔在10mm～20mm之间。钉式结构2010由传送带2009传送进入保温室2002，另一方面，风机2008吹出的高压空气，经由尾气预热2007提升至90℃～110℃，气流进入加热器2006提升至330℃～350℃，气流经由热风刀2005以高压高速气流吹出；线路板2003被运送至吹除位置前，其温度可达140℃～160℃，此时焊料已经软化。在吹除过程中，吹除细节图（参见附图3）中热风刀3004吹出的高速热气流会有一个高温关键点会将焊料3007融化，高热气流因为风刀侧面的卷吸周围空气，快速降温（小于270℃），在前压板3002及后压板3005与线路板3001之间，会形成一个次高温区域，其温度为180℃～250℃，使得焊料不被融化而以液体流动形式被吹赶到线路板末端，经过10mm～20mm缝隙掉落在传送带上，而线路板3001与传送带3006之间的区域，为低温区域，其温度为150℃～200℃，使得焊料掉落在传送带时，凝固在传送带上，成凝固的焊料3007。与此同时，线路板3001原有一些电子元器件，因为高速热气流将焊料已经吹除掉，另外加之以本身重力和高速气流冲击作用，使得大部分电子元器件3008自然掉落在传送带上。其中，会出现因为元器件弯脚而未掉落的元器件3009，此部分元器件可通过人工处理简易剥除，并且，其本身存在不影响后续与基板一起后续处理。另外，如图2所示，掉落在传送带的各种元器件和钉式结构上的基板，经过出料皮带2011送入收集箱2012，再进行分类工位2013的分类收集，完成线路板的处理。所获得的元件或元器件有铝热散热片，高压包，变压器，电容，电阻，各种插接头，集成电路（IC）等。另外，吹除完的废气经过管道回收预热换热器，与进入加热器2006前的空气足够换热，实现尾气对进气的预热，达到节能效果。尾气经过换热后，经过喷淋净化，再由活性炭吸附过滤后，按照环保要求排入大气。

如图6和7所示的风刀以倒置梯形结构，气流由倒梯形正下方的风刀开缝口6002吹出，其梯形两侧侧边（即卷流片6001）可使周围低温气流被快速卷吸到中央高热区域，使出口混合气流的温度不会过高而导致线路板过热，根据试验结果，距离出口7mm区域内，形成的局部高温点是最适宜吹除焊料而不产生过多有毒有害气体。其风刀整体长度为300～450mm，开缝口6002宽为1.5mm～2.5mm，且开缝口的宽度可调，所述风刀内部设置有位于风刀的进风口近段的布风网7001、设置在所述开缝口前的布风孔条7003和位于所述风刀的进风口远段的布风异形块结构7002。其中气源的风压在270mbar～430mbar之间，流量在220m³/h～380m³/h之间，吹除温度在330℃～350℃。

更佳的，进口热气流因为风刀内部结构特殊布置的原因，气流流通截面积骤变导致气流压力增强，由开口缝处吹出，为了保证整体长度方向出风均匀，在开缝口前设置布风孔条7003，其为6mm直径的排孔，孔与孔间距为8mm；当进口气流进入风刀内部，此处截面积迅速增大，流速加快，此处宜采用倾角为30°的布风网片7001直接阻隔少部分气流，布风网片由6mm直径的通孔组成，通孔与通孔间距为8mm，通孔与通孔呈现等边三角形布置，其使得部分气流从进风口近段的开缝口均匀吹出；另外，在进风口远段，气流流速减缓，不适合设置布风网片，应设置一个布风异形块7002，其通过增加风刀内部流场截面积的骤变程度，并且其流线形外形结构可以更好的导向气流，避免流体产生涡流和减小流体内部摩擦阻力，其外形尺寸根据流体试验其流场分析结果而制成，保证气流在从进风口远段的开缝口均匀吹出。

本发明所述的线路板传送主要采用采用钉式结构固装在传送带上，传送带经过链轮链条循环运送，通过调节链轮带动电机工作频率，调节传送带运送速度，其实现500mm/min～1500mm/min之间速度可调，保证线路板连续、稳定的传送。

如图2，图3所示，一个截面内的传送带上固定多个钉式结构，所述钉式结构的钉子尖端朝上，根部固定在传送带上，钉子与钉子之间以等边三角形布置（如图4所示），其边长在50mm～80mm之间。其中，压板与线路板，线路板与传送带形成的一个带有温差的不同空间，压板与线路板形成次高温区，次高温区的温度为180℃～250℃，线路板与传送带形成低温区，低温区的温度为150℃～200℃，此处形成不同温差区域的目的是为了收集焊料。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为落入本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，包括将待分离的废弃线路板采用钉式结构固装在传送带上进行传送，采用高压高温气流冲击的分离方式分离所述废弃线路板的基板和元器件；其中，高压高温气流以风刀或类似风刀开缝口的形式吹出，所述风刀为倒置梯形结构，气流由倒梯形正下方的开缝口吹出，气流冲击力配合重力作用迫使插装类元器件脱落，且吹除完废气依次流经废气预热装置和废气净化装置后排放；

废弃线路板距离所述开缝口的出口7mm区域内；所述风刀整体长度为300～450mm，开缝口宽为1.5mm～2.5mm，且开缝口的宽度可调，所述风刀的内部设置有位于风刀的进风口近段的布风网、设置在所述开缝口前的布风孔条和位于所述风刀的进风口远段的布风异形块；其中气源的风压在270mbar～430mbar之间，流量在220m³/h～380m³/h之间，吹除温度在330℃～350℃。

2.根据权利要求1所述的用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，其特征在于，所述布风孔条为6mm直径的排孔布置，孔与孔间距为8mm；所述布风网由许多6mm直径的通孔组成，通孔与通孔间距为8mm，通孔与通孔呈现等边三角形布置。

3.根据权利要求1所述的利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，其特征在于，采用多个钉式结构固装在传送带上，其实现500mm/min～1500mm/min之间的传送速度可调；所述钉式结构的钉子尖端朝上，根部固定在传送带上，钉子与钉子之间以等边三角形布置，其边长在50mm～80mm之间。

4.根据权利要求1所述的利用高压热风自动分离废弃线路板元件的方法，其特征在于，其中，压板与线路板，线路板与传送带形成的一个带有温差的不同空间，压板与线路板形成次高温区，次高温区的温度为180℃～250℃，线路板与传送带形成低温区，低温区的温度为150℃～200℃。