JP6754137B2

JP6754137B2 - 金属回収方法

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Publication number: JP6754137B2
Application number: JP2017014705A
Authority: JP
Inventors: 裕司小森; 英二井上; 井上　信宏; 信宏井上; 政和古西
Original assignee: Astec Irie Co Ltd
Current assignee: Astec Irie Co Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP2018123358A

Description

本発明は、集積回路パッケージより金属を回収する、金属回収方法に関する。

一般に自動車、家電製品、通信機器又はコンピュータ等には、内部に集積回路パッケージ等の電子部品を搭載したプリント基板が使用されており、その集積回路パッケージは集積回路にリードやボンディングワイヤ等の金属ワイヤ等が接続され、リードフレームにより支持固定されている。集積回路パッケージには、金、銀、銅、鉛、亜鉛、パラジウムその他の金属等、貴金属やレアメタル等の有価金属が含まれており、資源として利用価値がある。しかし電子機器や通信機器等に含まれる貴金属やレアメタルの含有量は僅かであり、回収することは容易でない。

例えば、特許文献１においては、貴金属粉末に水、塩酸および硝酸等からなる王水を加えた原料液を加熱溶解し、その後ろ過し、また発生する酸性ガスを中和処理することで安全無臭の貴金属溶液を回収する際の加熱方法が開示されている。

特許文献２においては、金および金以外の金属を含む試料から金を回収する方法において、前記資料を王水以外の酸混合物に溶解させ、不溶成分を採取し、不溶成分を王水に溶解させて還元処理し、金を析出させる方法が開示されている。

特開平６−１５８１９０号公報特開２０１３−１８１１８１号公報

特許文献１に開示された方法においては、貴金属粉末に多様な金属が含まれる場合、金以外の金属が急激に王水に溶解し、発煙・発泡が発生して危険であり作業性が悪い。また、特許文献２に記載された方法では、試料に含有される有機物と、酸混合物とが反応し、有毒なニトロベンゼンを発生したり、金属との反応により硫黄酸化物や窒素酸化物を発生させる虞がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、集積回路パッケージより高純度の金属を効率良く回収する、金属回収方法を提供することにある。

上記課題は下記手段により達成することができる。すなわち、本発明は下記の通りである。

〔１〕
金属ワイヤとリードフレームを備えた集積回路パッケージより金属を回収する金属回収方法であって、
前記集積回路パッケージは、加熱処理して樹脂成分を炭化し、
前記リードフレームと、前記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とに分別する工程と、
分別した金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を、王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含む、
金属回収方法。
〔２〕
前記リードフレームと、前記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣との分別を、篩い、水力、風力、又は磁力により分別する、〔１〕に記載の金属回収方法。
〔３〕
更に、分別したリードフレームを、塩化第二鉄を含む処理溶液に浸漬して金属を溶解させ、得られた処理済液より金属を回収する工程を含む、
〔１〕又は〔２〕に記載の金属回収方法。
〔４〕
前記処理済液より金属を回収する工程は、処理済液をろ過によりろ液とろ物とに分ける工程と、該ろ液に鉄粉を添加することにより金属を回収する工程と、該ろ物を王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含む、
〔３〕に記載の金属回収方法。

本発明の金属回収方法によれば、集積回路パッケージを加熱処理により樹脂成分を炭化し、リードフレームと、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とに分別してからその後の処理に供することにより、高純度の金属を回収することができる。

以下、本発明の金属回収方法について説明する。
本発明の金属回収方法は、金属ワイヤとリードフレームを備えた集積回路パッケージより金属を回収する金属回収方法であって、前記集積回路パッケージは、加熱処理して樹脂成分を炭化し、前記リードフレームと、前記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とに分別する工程と、分別した金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を、王水と混合して貴金属を溶解させ、ろ過により貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含む、金属回収方法である。

〔集積回路パッケージ〕
電子機器等に用いられるプリント基板には、集積回路にリードやボンディングワイヤ等の金属ワイヤ等が接続され、リードフレームにより支持固定された集積回路パッケージが搭載されている。
本発明における集積回路パッケージは、金属ワイヤとリードフレームを備えたものであれば特に制限はなく、材質や形状、サイズ等に関わらず様々な種類の集積回路パッケージであってもよい。リードフレームの材質としては、銅合金系素材、鉄合金系素材、その他の機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などの優れた金属素材、樹脂素材が用いられる。リードフレームの材質にかかわらず、本発明の金属回収方法に供することができる。

集積回路パッケージは、電子部品が取り付けられたプリント基板から加熱等により分離させたものであることが好ましい。
例えば、プリント基板を搬送手段にて搬送しながら加熱中若しくは加熱後に、搬送手段から落下させて前記プリント基板に対して衝撃を加え、プリント基板から前記電子部品を分離することが好ましい。加熱したプリント基板を落下させた落下衝撃によって、プリント基板から電子部品を瞬間的かつ容易に分離することができる。この結果、振動装置などの機械を必要とせずに、プリント基板から電子部品を分離できる。
分離した電子部品より、目視による手作業や、画像処理による自動選別等により集積回路パッケージを分別することができる。電子部品と、プリント基板に電子部品を取り付けていたはんだと、電子部品が分離されたプリント基板とが分離されており、破砕等を行っていないためそれぞれを判別し易く、容易に分別することができる。そして、分別の正確性を飛躍的に向上することにより、高純度の金属を効率良く回収できる。

〔加熱処理〕
集積回路パッケージは、加熱処理して樹脂成分を炭化し、リードフレームと、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とに分別する。
加熱処理した集積回路パッケージは、樹脂成分が充分に炭化するため、リードフレームと、金属ワイヤ及び加熱処理により炭化した樹脂（炭化物）を含む残渣とを容易に分別することができる。リードフレームが樹脂材料であった場合は、リードフレームも炭化するため金属材料のリードフレームを分別すればよい。

集積回路パッケージは粗破砕してもよいが、粗破砕せずに加熱処理することで、工程が簡略化されるだけでなく、展延性に富む金の形状を変化させることなく分離出来るため金を高純度に回収することができる。

加熱処理における加熱の温度は、集積回路パッケージに含まれる樹脂材料が分解する温度である必要がある。具体的には５００℃〜９００℃が好ましく、５５０℃〜８００℃であることが更に好ましく、６１０℃〜７３０℃であることが特に好ましい。
加熱処理における加熱に供する時間は加熱の温度によって異なるが、１０分〜５時間が好ましく、１０分〜３時間であることが更に好ましい。加熱時間を上記の範囲にすることで、金属ワイヤをモールドしている樹脂成分を完全に分解させ、モールド樹脂より金属ワイヤーを分離することができ、金等の貴金属を効率良く高純度に回収することができる。

加熱方法は、加熱流体を集積回路パッケージに吹き付けるのでもよく、加熱流体の雰囲気炉内に滞留させるものでもよく、加熱効率、処理装置の建設コストを勘案して処理できるものである。
加熱流体は高温空気による加熱でもよいが、水蒸気加熱、特に過熱水蒸気は熱容量が大きく、熱効率が良いので過熱水蒸気による加熱が最も好ましい。該加熱により集積回路パッケージに含まれる樹脂を効率よく脆性化、分解して炭化するものである。
加熱流体の雰囲気が炉内に滞留する方が熱容量は大きく短時間で処理できる。加熱流体を吹き付ける方法は熱容量が小さく、処理時間が長くなるが装置が簡素化できるメリットはある。加熱温度、加熱方法、及び加熱時間については全体の処理コストを勘案して処理できる。

該加熱流体の加熱はガス等燃料の燃焼での加熱、電熱ヒーター等による加熱、誘導加熱装置による加熱等が利用できる。樹脂が酸化しないように真空加熱炉を使用することも可能である。炉は横型でも、縦型でも可能である。

加熱処理により炭化した樹脂（炭化物）は脆く壊れやすいので、殆どの炭化物は分離されるが、炭化物の一部は金属片から分離されずに表面に付着したまま残ることがある。金属片と炭化物の分離を促進するため、振動又は機械的外力を与えてもよい。振動と機械的外力を組み合わせて与えることもできる。機械的外力としては、ブラシ、ショットブラスト等による処理が挙げられる。
機械的な外力を与えることにより、炭化物は、リードフレームや金属ワイヤから剥離することができる。
リードフレームと、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とを分別は、篩い、水力、風力、又は磁力による分別であることが好ましい。銅等を多く含有するリードフレームを金属ワイヤと分別してから溶解処理を行うことにより、高純度の金属を安全性高く得ることができる。

更に、振動篩いによる分別処理として、タイラー（Ｔｙｌｅｒ）標準篩９メッシュ〜１５０メッシュの範囲のいずれかの篩い目を有する振動篩い機を用いることができる。これにより、リードフレームと、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とを分別することができ、さらに金属ワイヤを効率よく分別し回収することができる。
なお、前記した９メッシュ、１５０メッシュのタイラー標準篩とは、それぞれ篩目の開き量が２ｍｍ、１０６μｍとなるような篩いである。
さらに、水力分別や風力分別等による比重選別、又は磁力分別によって、金属ワイヤを分別することができる。

〔金属の回収〕
分別した金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣は、王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る。

（王水処理）
金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を、王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程は、上記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を、王水と混合して貴金属を溶解させ、ろ過により貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程であることが好ましい。金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を王水で処理することにより、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣のうち金属ワイヤが王水に溶解した王水溶解液と、炭化物の残渣との混合物である王水処理済液が得られる。この王水処理済液をろ過することにより、王水溶解液を得ることができる。ろ過は、真空ろ過により行うことが好ましい。
金属ワイヤには、金ワイヤと金以外の金属ワイヤが含まれ、リードフレームには銅が多く含まれる。リードフレームと金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とを分別して、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣のみを王水で処理することにより、王水と反応する金属の量を低減でき、突沸を防ぐことができる。また、金等の貴金属を高い濃度で含む王水溶解液とすることができる。該貴金属としては、金、パラジウム、ロジウム、白金、銀が挙げられる。

王水は、塩酸と硝酸の混合溶液であれば特に制限されるものではない。通常用いられる濃塩酸と濃硝酸の体積混合比が３：１の王水を使用してもよいし、濃塩酸と濃硝酸の体積混合比が１〜１．５：２．５〜３．０の逆王水を使用することもできる。

王水による処理は、金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を王水に浸漬することにより行うことが好ましい。王水の温度は特に制限されるものではないが、例えば１０℃〜８０℃が好ましく、２０℃〜４０℃がより好ましい。浸漬時間は特に制限されるものではないが、例えば１〜１００時間が好ましく、５〜５０時間がより好ましく、１０〜２４時間が更に好ましい。

以上の方法により、集積回路パッケージに含まれる貴金属を回収することができる。

（溶解処理）
本発明の金属回収方法は、更に、分別したリードフレームを、塩化第二鉄を含む処理溶液に浸漬して金属を溶解させ、得られた処理済液より金属を回収する工程を含むことが好ましい。
処理済液より金属を回収する工程は、処理済液をろ過によりろ液とろ物とに分ける工程と、該ろ液に鉄粉を添加することにより金属を回収する工程と、該ろ物を王水と混合して貴金属を溶解させ、ろ過により貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含むことが好ましい。
ろ過は、真空ろ過（到達圧力０．０〜６．６ｋＰａ）により行うことが好ましい。

塩化第二鉄を含む処理溶液は、塩化第二鉄水溶液、又は塩酸が添加された塩化第二鉄水溶液であることが好ましい。
ここで、使用する塩化第二鉄水溶液中の塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）の濃度は、概ね１０質量％以上（望ましくは３０質量％以上）でよいが、経済性を考慮すれば、６０質量％以下（好ましくは５５質量％以下）である。
また、塩化第二鉄水溶液中に、更に塩酸（ＨＣｌ）を添加することも可能であるが、この場合、塩化水素３５質量％水溶液の塩酸と塩化第二鉄５０質量％水溶液を２０：８０〜５０：５０の体積比率で混合するのがよい。

上記した塩化第二鉄水溶液と、塩酸が添加された塩化第二鉄水溶液には、新たに製造した新液と、新液を使用した後の処理済液（例えば、塩化銅や塩化ニッケルが溶存している液、更には塩化第一鉄が存在している液）、又は新液と処理済み液の混合液のいずれも使用できる。
これにより、リードフレーム中の各種金属は塩化物を形成し、塩化第二鉄水溶液に溶解する。

具体的には、銅は塩化銅（ＣｕＣｌ₂）、ニッケルは塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂）、クロムは塩化クロム（ＣｒＣｌ₃）、錫は塩化錫（ＳｎＣｌ₂）、鉛は塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）、ルテニウムは塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ₃）、アルミニウムは塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）、インジウムは塩化インジウム（ＩｎＣｌ₃）となる。

リードフレームを構成する金属が溶解した溶解液から、金属を析出させて回収する。この方法としては、従来公知の方法を使用でき、例えば、金属成分が、銅とニッケルを含んでいる場合には、特開平６−１２７９４６号公報に記載の方法を使用できる。また、錫や銀、インジウム等も、同様の方法を使用できる。なお、クロムとアルミニウムは、水酸化物として回収される。
この具体的な方法は、特許第４０１８８３２号公報に記載されているため、以下簡単に説明する。

上記した金属成分を含有する塩化第二鉄水溶液（処理済液又はろ液）中に鉄粉を添加し、塩化第二鉄水溶液中に溶存する塩化銅（塩化物）を置換させ、銅を析出させて分離回収する。なお、塩化第二鉄水溶液中に塩化第二鉄が残存している場合は、鉄粉を添加して先に塩化第一鉄に還元しておく方が、銅の回収効率が向上し、望ましい。
次に、銅が除去された脱銅水溶液中に鉄粉を添加し、かつ鉄イオン濃度を制御してニッケルを析出させ分離回収する。これにより、塩化第二鉄水溶液中から銅とニッケルを回収できる。
以上の方法により、集積回路パッケージより貴金属以外の金属成分も回収することで、これらを再利用できるので、資源の有効利用が図れる。

本発明の金属回収方法は、金等の貴金属と、その他の金属をそれぞれ分離回収することができる。貴金属やその他の金属を種類ごとに回収できることから、有価金属を高純度に回収し、資源として再利用することが可能となる。

以下、本発明にかかる金属回収方法の作用、効果の確認のために行った実施例について説明する。

〔実施例〕
（加熱処理１）
集積回路パッケージ１５ｋｇを７００℃の過熱水蒸気雰囲気の加熱炉に投入し、２時間加熱した。
加熱炉より回収したものを、篩目の開き量が１０６μｍの篩を備えた円筒篩にて篩処理を行い、篩上にリードフレームを含む金属片６．６ｋｇと、篩下に金属ワイヤ及び加熱により炭化した樹脂の炭化物とを含む残渣５．４ｋｇとを回収した。

（溶解処理１）
加熱処理１で得られたリードフレームを含む金属片６．６ｋｇを籠に入れて、濃度が３９質量％、３０℃の塩化第二鉄水溶液６３Ｌが貯液された槽に１２時間浸漬し金属成分を塩化第二鉄水溶液に溶解させた。ろ過処理により処理済液と、濾物とに濾別した。特開平６−１２７９４６に記載の方法を用いて、処理済液より溶解金属である銅を回収した。回収した銅の純度は９０％以上であった。

（王水処理１）
加熱処理１で得られた金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣５．４ｋｇを、温度が２０℃の王水１６Ｌ中に浸漬させ、含有される金属成分を王水に溶解させた。なお、使用した王水は濃塩酸（塩化水素の３７．２質量％水溶液）と、濃硝酸（無水硝酸の７０質量％水溶液）とを体積比３：１で混合して得られた混合液であり、王水への浸漬時間は２４時間とした。
王水溶解液と、未溶解の炭化物とをろ過により濾別し、金３０ｇを王水溶解液中に回収した。

（王水処理２）
溶解処理１で得られた濾物を、温度が２０℃の王水２０Ｌ中に浸漬させ、含有される金属成分を王水に溶解させた。なお、使用した王水は濃塩酸（塩化水素の３７．２質量％水溶液）と、濃硝酸（無水硝酸の７０質量％水溶液）とを体積比３：１で混合して得られた混合液であり、王水への浸漬時間は２４時間とした。
王水溶解液をろ過し、金４ｇを王水溶解液中に回収した。

以上のことから、本発明の金属回収方法により、処理コストや設備コストを過剰にかけることなく、集積回路パッケージから金等の有価金属を個別に高純度に回収して再利用でき、資源の有効利用が図れることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

Claims

金属ワイヤとリードフレームを備えた集積回路パッケージより金属を回収する金属回収方法であって、
前記集積回路パッケージは、加熱処理して樹脂成分を炭化し、
前記リードフレームと、前記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣とに分別する工程と、
分別した金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣を、王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含む、
金属回収方法。
前記リードフレームと、前記金属ワイヤ及び炭化物を含む残渣との分別を、篩い、水力、風力、又は磁力により分別する、請求項１に記載の金属回収方法。
更に、分別したリードフレームを、塩化第二鉄を含む処理溶液に浸漬して金属を溶解させ、得られた処理済液より金属を回収する工程を含む、
請求項１又は２に記載の金属回収方法。
前記処理済液より金属を回収する工程は、処理済液をろ過によりろ液とろ物とに分ける工程と、該ろ液に鉄粉を添加することにより金属を回収する工程と、該ろ物を王水処理し、貴金属が王水に溶解した王水溶解液を得る工程とを含む、
請求項３に記載の金属回収方法。