KR100579158B1 - 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법에 관한 것으로서;

폐기된 인쇄회로기판으로부터 땜납을 제거,회수하기 위하여, 열원에 대하여 상대적으로 이송되는 인쇄회로기판의 용융된 땜납을 흡입장치에 의하여 제거 및 회수하기 위하여; 복사열원을 방출하여 가열하는 열선(11)을 배설하여 가지고 상기 열선(11)의 온도설정과 항온유지를 위한 온도센서(12), 온도컨트롤러(13)를 가지는 열원부(10), 기판(P)에 대하여 흡입하는 흡입관로(21)를 상기 열원부(10)의 후단에 배설한 흡입장치(20), 상기 기판(P)을 열선부(10)와 흡입관로(21) 상에서 이송하는 직선이송기구와 구동원인 모터등을 가지는 이송장치(30)를 포함하는 것을 특징으로 하여; 납 성분이 포함되어 있는 땜납을 제거한다는 환경적인 공헌도와 전자부품의 재사용에 대한 경제적 측면에 기여할 수 있고, 제거,수거작업을 자동화할 수 있는 기본적인 기술구성을 개시하는 유용성을 가진다.

인쇄회로기판, 땜납, 제거, 회수

Description

인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치{The method for removing of the solder from printed circuit boards(PCBs)}

도 1 은 종래 선기술의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법을 도시하는 모식적인 설명도.

도 2 는 종래 다른 하나의 선기술의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법을 도시하는 모식적인 설명도.

도 3 은 종래 또 다른 선기술의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법이 채용되는 시스템을 개략적으로 도시하는 모식적인 설명도.

도 4 는 제안되어온 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법의 기본적인 원리에 대한 평가도표.

도 5 A 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치를 도시하는 개략적인 구성도.

도 5 B 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치를 도시하는 개략적인 구성인 도 5A 의 구성을 실험실에서 구성한 예시적인 사진.

도 6 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치에 사용되는 열선장치의 구성블럭도.

도 7 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 흡입장치의 원 리설명도.

도 8 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실제적인 흡입장치부를 도시하는 사시도.

도 9 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 예시적인 구성장치의 흡입부의 구성도.

도 10 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실시실험예에 사용된 3 가지 종류의 인쇄회로기판의 사진.

도 11 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실시실험예에 사용된 3 가지 종류의 인쇄회로기판의 제원표.

도 12 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실험예에서의 섭씨 210 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표.

도 13 은 도 12 의 그래프도.

도 14 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실험예에서의 섭씨 220 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표.

도 15 은 도 14 의 그래프도.

도 16 은 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실험예에서의 섭씨 230 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표.

도 17 은 도 16 의 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1; 프레임

10ㅣ 열원부

20; 흡입장치

30; 이동장치

본 발명은 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 폐기된 인쇄회로기판으로부터 땜납을 효율적으로 제거하고 회수함으로서 리사이클리이 가능하게 하는 기술의 효율성의 제고방법에 관한 것이다.

산업이 고도화됨에 따라 전자제품의 생산량이 증가하게 되었고, 관련산업의 급격한 발전으로 제품의 수명이 짧아지고 있다

이에 따라서, 해마다 발생하는 막대한 양의 폐 전자 제품이 발생하고 있으며, 이들은 대부분의 경우 인쇄회로기판(PCBs or PWBs, Printed Circuit[Wiring] Boards)을 포함하고 있다.

인쇄회로기판은 일반적으로 40%의 금속과 30%의 불용성 화합물 그리고 30%의 플라스틱으로 구성되어 있으며, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh) 등과 같은 귀금속을 함유하고 있다. 그리고 공해의 주범이라고 할 수 있는 납(Pb)이 기판과 전자부품의 결합재 역할을 하는 땜납(solder, Pb-Sn)에 함유되어 있다.

현재 널리 사용되고 있는 납 함유 땜납을 사용하여 제작한 회로기판을 폐기 하여 매립할 경우 땜납 중 납 성분이 지하수로 흘러 들어가서 토양과 하천을 오염시키게 될 뿐 아니라 여러 가지 생명체에 막대한 악영향을 끼치게 된다.

과거에 사용된 방식들은 주로 고로 용련을 사용하는 건식법이 이용되어 왔다.

건식야금법은 형태가 다양한 종류의 인쇄회로기판을 구별 없이 처리할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 반면, 대기오염과 귀금속의 손실 그리고 상당량의 슬래그 발생 및 일반금속의 회수율이 낮다는 단점이 있다.

습식법은 플라스틱의 연소와 분진발생에 의해 공해를 유발하는 건식법보다 환경보호 측면에서 장점을 가지고 있다.

그러나, 인쇄회로기판의 경우 산에 의한 금속의 직접적으로 침출할 때 일부 유기화합물들이 동시에 용해되어 용액을 오염시켜 분리정제 공정을 어렵게 하는 경우도 생길 수 있다.

위의 경우와 같이 야금학적으로 인쇄회로기판을 리사이클링할 경우 유가금속의 손실과 환경오염이라는 문제점이 발생하게 된다. 또한 재료로 사용할 경우 경제적 가치성이 그다지 크지 않다. 그리하여 많은 국가에서 인쇄회로기판을 리사이클링하기 위해서 야금학적 방법과 함께 다른 방법을 병행한 연구가 진행되고 있으며 이들 방법은 충격을 이용한 부품과 땜납의 분리, 진동을 이용한 유가금속의 회수, 비젼과 진동판을 이용한 방법 등을 들 수 있다.

환경적인 문제의 해결과 기판의 구성물질을 가능한 손상시키지 않게 하기 위한 것이 인쇄회로기판을 리사이클링하는데 중요한 관점이다. 왜냐하면 단순히 재료 로 사용하기보다는 사용되어진 부품을 다시 사용함으로써 부가가치를 높일 수 있기 때문이다.

따라서 부품의 재사용을 위해서는 인쇄회로기판 아래 부분에 있는 땜납(solder)을 제거하는 일이 매우 중요하며 땜납을 먼저 제거함으로써 기판의 전자부품을 기존의 방법들보다 훨씬 용이하게 제거 할 수 있으며 이때 얻어지는 효과는 기판의 구성물질의 사용율을 증가시킬 수 있고 매립할 때 발생하는 환경적 유해요소를 감소시킬 수 있다.

본 발명과 대비되는 기술로서 선원, 또는 공지의 기술을 이하의 도면과 함께 간략하게 소개한다.

도 1 은 종래 선기술의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법을 도시하는 모식적인 설명도, 도 2 는 다른 하나의 땜납제거방법을 도시하는 모식적인 설명도, 도 3 은 또 다른 땜납제거방법이 채용되는 시스템을 개략적으로 도시하는 모식적인 설명도, 도 4 는 제안되어온 인쇄회로기판으로부터 땜납제거방법의 기본적인 원리에 대한 평가도표이다.

(1) 파쇄를 이용한 야금학적 방법;

파쇄를 이용한 방식은 주로 땜납을 회수하기보다는 금(Au), 은(Ag) 등의 귀금속 및 유가금속을 회수하는 목적으로 많이 사용된다. 반도체 IC칩이나 기판을 파쇄하여 야금학적 방법인 건식법과 습식법을 이용하여 물질을 성분별로 분류하는 방법이다.

지금까지 전자 스크랩의 리사이클링에는 주로 고로 용련을 사용하는 건식법 이 이용되어 왔다. 이 공정은 다양한 종류의 전자부품들이 부착되어 있는 인쇄회로기판들로부터 귀금속 및 구리를 회수하는데 목표를 두고 있다. 건식야금법은 형태가 다양한 종류의 스크랩을 구별 없이 처리할 수 있다는 장점이 있으나 대기오염, 귀금속의 손실, 상당량의 슬래그 발생 및 일반금속의 회수율이 낮다는 단점이 있다.

습식법은 플라스틱의 연소와 분진발생에 의한 공해를 유발하는 건식법보다 환경보호 측면에서 장점을 가지고 있다. 따라서 앞으로 환경규제가 점점 더 엄격하여짐에 따라 습식법은 전자 스크랩으로부터 유가금속의 회수뿐만 아니라 유해원소의 제거에 의한 무해화 처리에 유력한 방법이 될 것이다. 전자 스크랩을 습식법으로 처리하기 위하여 물리적인 전처리 공정이 선행되는데 이 공정이 효율적으로 확립되어 있으면 뒤이은 유가금속의 추출 및 분리정제 공정이 훨씬 용이하여 진다. 특히 인쇄회로기판의 경우 산에 의한 금속의 직접 침출시 일부 유기화합물들이 동시에 용해되어 용액을 오염시켜 분리정제 공정을 어렵게 하는 경우가 종종 발생한다. 따라서 습식법으로 전자 스크랩을 처리하는 경우 먼저 물리적인 선별법으로 스크랩을 효과적으로 분리하는 것이 매우 중요하다. 스크랩의 전처리 공정은 파쇄, 분쇄에 의한 스크랩 부피의 감소와 물리적 선별 공정 등으로 이루어져 있는데 비철금속의 회수에 주로 이용되는 물리적 선별법은 비중선별법 또는 Eddy current(와상전류) 분리법 등이다.

이 중에서 Eddy current 분리법은 스크랩의 분쇄시 발생하는 작은 입자에 적용할 수 없다는 단점이 있다. 위의 방법은 아직도 기판자체의 리사이클링으로 사용 되어지고 있다. 전체적인 방법은 될 수 없으나 후처리 과정에 없어서는 안 될 공정이다.

(2) 경사진동판을 이용한 방법

이 방법은 한국자원연구소에서 1996년에 발표된 것으로, 경사진동판을 사용하는 형상분리법으로 폐 인쇄회로기판으로부터 구리 및 땜납의 주성분인 주석과 납을 분리, 회수하고자 하였다.

이 방법은 전체적으로 리사이클링을 한다기 보다는 전자부품을 사람이나 기계를 통하여 분리한 다음 기판의 성분을 분리하는 것으로 야금학적 방법에 가깝다. 충격형 분쇄기에 의한 인쇄회로기판의 분쇄시 해머의 속도가 분쇄물의 특성과 형상분리시 금속입자의 분리에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 형상분리시 경사진동판의 경사각과 진동강도 등과 같은 조업변수가 금속성분의 분리에 미치는 영향도 검토하고 결정하였다.

도면부재없이 개략적인 구성을 도시하는 도 1을 참고한 실험과정과 결과를 살펴보면 다음과 같다.

기판에 붙어있는 모든 전자부품을 제거한 뒤 절단기 및 커팅밀을 사용하여 기판을 3mm이하로 조쇄하였다. 이 조쇄한 인쇄회로기판으로부터 금속성분들을 단체분리하기 위하여 충격형 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다.

이 때 스크린의 구멍크기는 1.0mm, 해머의 회전속도는 26.5~61.3m/s (3,800~ 9,000rpm)이었다. 분쇄산물로부터 금속성분의 분리는 acetylene tetrabromide(Sp. Gr.: 2,955~2,975)를 사용하는 중액분리법으로 수행하였다. 분리된 금속성분에 함 유되어 있는 순수 금속을 화학 분석하여 금속의 단체분리도를 측정하였다.

그 결과로 금속성분의 단체분리도는 해머속도가 증가함에 따라 증가함을 볼 수 있었으며, 61.3m/s에서 거의 99%가 단체분리 되었다. 금속입자의 KI값은 40∼50m/s의 해머속도에서 최소값을 나타내었으며 이것은 금속입자의 구형화를 위한 최적 분쇄조건임을 의미한다.

또, 인쇄회로기판 분쇄물로부터 금속입자의 형상분리를 위한 경사진동판의 최적작업조건은 Kv (진동강도, cw2sina/g) = 1.40, =10이었다. 이와 같이 형상분리를 이용하여 인쇄회로기판 분쇄물로부터 품위가 90%이상인 금속산물을 90%이상 회수하는 것이 가능하였다. 경사진동판을 사용하여 더 많은 유가 금속과 품위가 높은 성분을 얻을 수 있었다.

(3) 자외선과 가진기(Vibrator)를 이용한 방법

독일의 Erlangen 대학에서 연구하고 있는 인쇄회로기판의 자동화 분해설비는 자외선을 이용하여 땜납을 녹이고 큰 진동을 주어서 구성요소를 분리하는 시스템이다. 이 장치의 가장 큰 특징은 비젼과 가진기를 사용하여 원하는 부품을 선택적으로 분리하는 데 있다.

역시 도면부재번호 없이 도면상에 표기한 구성부재를 가지는 도 2를 참고하여 분해과정을 살펴보면 다음과 같다.

처음에 기판을 모아서 컨베이어 벨트에 의해 이송될 때 사람에 의해 특수한 부품을 가진 기판과 규격에 맞지 않은 기판을 분리하고, 나머지 일정한 규격을 가진 기판은 분해기구에 보낸다. 보내진 기판은 사람에 의해 위험 재료의 요소와 사 용 가능한 부품을 분리하여 모으고 분리시스템으로 보내어진다.

보내어진 기판은 비젼을 사용하여 반자동적인 즉, 사람이 컴퓨터와 CCD 카메라를 이용하여 원하는 부품을 선택하여 분리하여진다. 이 장치도 한번의 과정이 아닌 인쇄회로기판의 크기 등을 고려하여 분해장치를 달리하는 시스템을 가지고 있다.

이러한 특징은 종류가 다양한 기판을 분류할 수 있는 시스템을 가지고 있는 것이다. 그런 다음 기판과 일부분의 부품은 야금학적인 방법으로 금속과 비금속, 그리고 유가금속 등을 분리하여 재사용되어지는 것이다.

(4) 적외선과 충격을 이용한 방법

일본의 NEC사에서 사용하는 방법으로 폐 인쇄회로기판에 적외선으로 열을 가하여 구리와 유리섬유, 수지 등이 풍부한 가루로 만들어 분리, 회수하는 방식이다.

특히 이 시스템의 주요 기술은 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 에코리부므(Eco-remover)로서, 적외선을 조사하여 SMD(Surface Mounted Devices), THD(Through Hold Devices)와 같은 전자부품을 제거하는 단계이다. 또 다른 하나는 에코세퍼레이션(Eco-separation)으로 전자부품을 제거한 후 남아있는 기판을 분쇄하여 구성물질별로 분리하는 것이다. 이것의 주요 분해기술은 분쇄(Coarse and fine pulverization), 중력선별법(Gravity separation), 정전선별법(Electrostatic separation) 등이 있다.

위의 도 3 은 시스템과 그 내부구조를 간단히 설명한 그림으로서 도면부재번호없이 부재명을 도면 상에 부기하여 설명하면 다음과 같다.

처음 기판이 시스템에 적용될 때 기판을 잡아주기 위하여 구멍을 뚫어서 기판을 고정시켜 첫 번째 열원이 있는 곳으로 진행된다. 여기에서 적외선을 이용한 열원을 통하여 땜납의 용융점 이상의 열원(약 230C)을 기판에 적용한다. 그런 다음 기판에 THD와 SMD가 떨어질 수 있는 충격을 가하여 대부분의 부품과 땜납을 제거한다. 이때 사용되어지는 장비는 임팩트프로펠러(Impacting propeller)와 PWB 역전아암(reversing arms)를 사용한다.

또 다시 열원을 가하고 두 번째 제거단계에서 전단프로펠러(Shearing propeller)를 사용하여 잔여부품 및 땜납을 제거한다. 여기서 사용되어지는 부품을 살펴보면 대부분 칩을 사용한다.

하지만 콘덴서 등은 세라믹으로 되어있어서 전단프로프렐러에서 칼날의 손상을 줌으로 제거하지 않으면 안 된다. 이러한 공정을 통하여 대부분의 전자부품과 96wt% 정도의 땜납을 제거할 수 있다. (도 4 의 표참조)

본 발명에서는 기존에 사용되어진 방법들을 분석하여 인쇄회로기판에서 땜납을 우선적으로 분리해내는 새로운 방법을 개발하여 리사이클링도를 높여 경제적 가치를 부여하는 동시에 환경적 기여도를 높이고자 한다.

상기하는 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치는;

폐기된 인쇄회로기판으로부터 땜납을 제거,회수하기 위한 장치로서;

열원에 대하여 상대적으로 이송되는 인쇄회로기판의 용융된 땜납을 흡입장치 에 의하여 제거 및 회수하는 것을 기본적인 특징으로 한다.

또한, 폐기된 인쇄회로기판으로부터 땜납을 제거,회수하기 위하여, 열원에 대하여 상대적으로 이송되는 인쇄회로기판의 용융된 땜납을 흡입장치에 의하여 제거 및 회수하기 위하여; 복사열원을 방출하여 가열하는 열선을 배설하여 가지고 상기 열선의 온도설정과 항온유지를 위한 온도센서, 온도컨트롤러를 가지는 열원부, 기판에 대하여 흡입하는 흡입관로를 상기 열원부의 후단에 배설한 흡입장치, 상기 기판을 열선부와 흡입관로 상에서 이송하는 직선이송기구와 구동원인 모터 등을 가지는 이송장치를 포함하는 것은 주요한 구체적인 구성상의 특징이다.

이송장치는 대응하는 직선 스크류바아와 가이드바아에 연결시켜 모터로서 제어구동시키고, 스크류바아를 가로지르는 이송바아는 기판을 파지하여 이송시키는 진공셕션 등의 파지수단, 파지그립퍼 등을 그 하방에 가지는 것도 부가적인 특징이 된다.

흡입장치는 개략 "T" 자형상으로 구성하여 가지는 관로형상체이며,일방으로 공기를 입력하는 입력관로, 나머지 두 개의 통로 중 하나는 흡입관로, 나머지는 송풍관로를 형성하여 베르누이원리에 의한 흡입을 수행하도록 구성되어 있다.

더욱, 이송장치는 일방향으로 이송단부점에서 기판을 터닝(반전)시켜 반대편 기판면에 열원을 가하여 땜납을 제거하기 위한 터닝장치로서, 터닝핸드그립 , 힌지축회전아암, 터닝급송장치를 더 가질 수 있게 함으로서 산업체에서의 적용성을 제고한다.

이하의 부수된 도 5 이하와 본 발명의 기술과 관련한 도면과 함께 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 5 A 는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치를 도시하는 개략적인 구성도, 도 5 B 는 도 5A 의 구성을 실험실에서 구성한 예시적인 사진, 도 6 은 본 발명에 사용되는 열선장치의 구성블럭도, 도 7 은 땜납제거회수장치의 흡입장치의 원리설명도, 도 8 은 실제적인 흡입장치부를 도시하는 사시도, 도 9 는 땜납제거회수장치의 예시적인 구성장치의 흡입부의 구성도, 도 10 은 땜납제거회수장치의 실시실험예에 사용된 3 가지 종류의 인쇄회로기판의 사진, 도 11 은 실시실험예에 사용된 3 가지 종류의 인쇄회로기판의 제원표, 도 12 는 땜납제거회수장치의 실험예에서의 섭씨 210 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표, 도 13 은 도 12 의 그래프도, 도 14 는 실험예에서의 섭씨 220 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표, 도 15 은 도 14 의 그래프도, 도 16 은 땜납제거회수장치의 실험예에서의 섭씨 230 도에서의 땜납제거율을 도시하는 도표, 도 17 은 도 16 의 그래프도이다.

본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치에서는 도 5 A 와 같은 기본적인 장치를 제안하고 있다. 본 발명의 구성은 개략적인 기본적인 구성을 개시하며 도 5 B 의 실험실에서의 구성예와 같이 확장된 다양한 응용실시예로서 구현될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치는 기보적으로 흡입(suction)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

흡입(suction)을 이용한 제거방법은 진공청소기와 같이 표면에 있는 물체를 흡입하는 기술로서, 기판 아래의 땜납을 녹여 흡입구(suction slot)를 통하여 흡입 하는 것을 말한다.

본 장치는 장치의 기대인 프레임(1) 상에 설치되는 열원, 흡입장치, 이송장치그리고 온도컨트롤로 등으로 크게 네 가지 부분으로 나눌 수 있으며 열원부(10)는 복사열선을 형성할 수 있는 다양한 구성의 것이 사용될 수 있다.

본 장치의 실험예에서는 땜납의 용융점 (Sn63-Pb37의 경우 183C)12) 이상으로 가열할 수 있게 하였다. 여기서 온도를 일정하게 유지시켜 주는 장치가 도 6 의 블록다이아그램처럼, 니크롬와이어 등의 열선(11)과 이 열선으로부터 발열되는 열에 의한 온도를 감지하는 온도센서(12), 설정된 온도를 유지하며 제어하기 위한 온도컨트롤러(13)가 지속적으로 피드백되면서 항온을 설정하게 된다.

즉, 온도컨트롤러(13)는 간단하게 주전원(14)을 받아들여 열선(11)에 연결된 전선에 전류를 흘려보내는 것으로 온도계기판과 온도센서의 온도를 같게 하기 위해서 릴레이를 이용한 것이다. 다시 말해서 설정온도보다 열선이 더 높은 온도로 가열되면 릴레이에 의해서 전원이 차단되고 다시 설정온도보다 낮으면 전원이 공급되는 ON/OFF기능을 가지고 있는 장치이다.

흡입장치(20)는 도 7 의 모식도에서와 같이, 3개의 유통로를 개략 "T" 자형상으로 구성하여 가지는 관로의 형상의 것이 바람직하고, 한쪽 방향으로 공기를 입력하는 입력관로(23), 나머지 두 개의 통로 중 하나는 흡입관로(21), 나머지는 송풍관로(22)이 됨으로서 일반적인 벤츄리관의 원리를 이용한다. 흡입관로(21)가 기판(P)을 향하도록 세팅됨은 물론이고 이러한 흡입장치(20)의 실제 구성모습이 도 9 의 사진으로 도시되어 있다.

가장 용이한 실험장치로서 시중에 일반화된 사용되는 에어건(air gun)을 사용하여 도8 과 같이 구성하여 실험을 하였지만 실제 양산 장치에서는 관로를 구성한 관로구성체일 수 있다.

마지막으로, 기판(P)을 열선 상으로 이송하는 이송장치(30)는 대응하는 직선 스크류바아(31)와 가이드바아(31)에 연결시켜 모터(32)로서 제어구동시키고, 스크류바아(31)와 가이드바아(,31')에 끼워진 가이드부싱(37)등에 끼워져 가로질러 설치됨으로서 가이드이송되는 이송바아(35)는 기판(P)을 파지하여 이송시키는 진공셕션 등의 파지수단(36), 파지그립퍼(도시하지 아니함) 등을 그 하방에 가지게 한다.

직선스크류바아(31)는 한쪽 면에만 설치를 하였고, 양쪽면에 연마봉과 볼베어링을 연결한 가이드바아(31')를 구성한다. 물론 이러한 이송장치는 리니어가이드 등의 다양한 직선가이드구동기구일 수 있을 것이다.

모터(32)는 AC서버모터와 드라이버 그리고 마운팅로드(모터제어장치) 등을 사용한 통상적인 컨베어시스템구동방식의 것이 사용된다.

또한 상기 이송장치(30)는 일 방향으로 이송단부점에서 기판(P)을 터닝(반전)시켜 반대편 기판면에 열원을 가하여 땜납을 제거하기 위한 터닝장치를 터닝핸드그립 또는 힌지축회전아암, 터닝급송장치 (이상, 도시하지 아니함)을 실제적인 산업체에서의 적용 시에 가지도록 구성할 수있음은 물론이다. 이는 양면기판이나 멀티레이어기판, 복층기판 등에 적용할 수 있기 때문이다.

상기하는 구성으로서 구현되는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회 수장치의 구체적인 실험예를 설명한다.

[실험예]

상기하는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치의 실험방법은 열선과 기판의 거리, 온도의 변화와 기판의 움직이는 속도의 3가지 변수를 가지고 있다.

본 실험에 사용한 기판은 도 10 의 사진과 같이,

트라이던트(상품명) 비디오카드, 클라우드(상품명) 비디오카드, 인본드(상품명) 비디오카드의 3종류를 사용하였다. 이들 기판의 특징은 모두 한 쪽 면에만 전자부품들이 위치한 THD 중심의 기판이다.

본 실험에서는 흡입장치(20)를 사용하고 기판의 앞,뒤면을 변경할 수 있는 장치를 사용하지 않기 때문에 한 면에만 전자부품이 있는 기판을 사용하였다. 또 다른 이유로는 흡입관으로 전자부품들이 유입되면 안되기 때문에 양면에 구성되어 있는 기판을 사용할 수 없기 때문이다.

기판을 이루고 있는 전자부품과 특성(스크류와 연결나사를 제외)을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 트라이던트 그래픽카드(96.7X35.6X.7)를 살펴보면, SMD로는 208핀 QFD(Quad Flat Device) 칩과 40핀 램소켓 4개와 램 2개, 28핀 IC소켓과 THD인 IC 1개 그리고 트랜지스터, 저항, 콘덴서 등으로 구성되어 있다.

윈본드 그래픽카드 (88.25 X 104.4 X 1.7)는 SMD인 100핀 QFD 칩을 제외하곤 모두 THD로 구성되어 있다. THD를 살펴보면, 20핀 IC 2개, 18핀 IC소켓 2개, 28핀 IC소켓 1개 외 트랜지스터, 저항 콘덴서 등으로 이루어져 있다. 마지막으로 Cloud그래픽카드(108 X 200.3 X 1.7)는 SMD인 98핀 QFD 1개와 28핀, 40핀, 16핀의 소켓과 14핀, 16핀, 18핀, 20핀, 24핀, 28핀, 32핀의 IC를 포함하고 트랜지스트, 다이오드, 콘덴서, 저항 등으로 이루어져 있다.

도 11 의 도표는 사용된 기판들의 총중량을 나타낸 것이다.

[실험조건]

열원과 흡입장치를 이용한 실험방법은 흡입장치로 납땜을 제거할 수 있는 최적의 조건을 찾기 위한 것이다. 우선 기판에 있는 부품들을 제거하여 각 기판에 포함되어있는 땜납의 양을 측정하였다. (도11 도표) 이것은 실험 후 기판에 있는 땜납의 양이 어느 정도 분리되었는지를 측정하기 위해서 이다.

이 실험은 4가지(200C, 210C, 220C, 230C)의 조건에 기판이 열선 위를 움직이는 속도와 기판과 열선 사이의 거리를 변화시켜 진행하였다.

속도조절은 LG 서보 모터와 드라이브 그리고 마운팅 로더를 사용하였다. 흡입장치는 위에서 언급한 것과 같이 두 개의 흡입건과 그것을 이어주는 팁을 사용하였고, 컴프레샤의 입력압력이 8 - 9kg/cm2일 때 실험을 수행하였다.

[실험결과]

본 실험 열원을 4가지 경우로 두고 기판이 움직이는 속도와 열원과 기판사이의 간격을 달리하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 하지만 200C에서의 땜납 회수율은 거의 없으므로 도표의 테이블에는 기록하지 않았다.

고정변수를 열원의 온도(210C, 220C, 230C)로 정하고 속도와 열원과 기판 사 이의 간격을 달리하여 실험을 하였다. 제거된 땜납의 양은 흡입장치를 통하여 수집되지만 흡입관 내벽에 땜납이 묻어있게 되므로 땜납의 양은 실험전과 실험후의 기판의 무게를 측정하여 분리된 땜납의 양을 추정하였다. 220C에서는 땜납이 5g 포함된 Cloud사의 그래픽카드가 사용되었으며, 210C와 230C에서는 땜납이 3g포함된 트라이던트사와 윈본드사의 기판이 각각 사용되었다.

도 12 와 도 13 은 210 도 섭씨에서의 결과이며, 도 14 와 도 15 는 220 도 섭씨에서, 그리고 도 16 과 도 17 은 230 도 섭씨에서의 실험결과이다.

도면의 그래프도에서 수직축은 제거된 땜납의 중량을 표시하며 수평축은 속도, 그래프선은 각각 열선과 기판(P) 사이의 간극을 다르게 한 것을 표시한다.

210 도 섭씨 와 220 도 섭씨의 온도에서 거리 10mm 와 이동속도 11.58mm/s에서 땜납의 회수율이 50%로 가장 우수하였다. 그러나, 210 도 섭씨 일 때는 220 도 섭씨 일 때 보다 거리나 속도의 변화에 민감하여 최적의 조건으로는 220 도 섭씨 일 때로 선정할 수 있었다. 거리가 20mm 일 때는 대부분의 경우 땜납이 전혀 회수되지 않았다.

230 도 섭씨에서는 이동속도가 11.58mm/s와 14.13 mm/s에서 50%가 회수되어 회수율은 우수하였으나 기판이 타는 현상이 발생하기 때문에 적절하지 못한 온도로 간주되었다.

본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치에 의한 실험적인 결론은 다음과 같다.

1) 200 도 섭씨에서의 땜납 회수율은 저조하였고, 230 도 섭씨 이상의 온도 에서는 기판이 소작하는 현상으로 인하여 땜납 회수에 장애를 가지며, 220 도 섭씨에서 땜납 회수율이 가장 높게 나타났다.

2) 속도는 11.58mm/s에서 가장 많은 땜납 회수율을 가져왔지만 9.03mm/s과 14.13mm/s에서도 그렇게 큰 차이를 보이지는 않았다.

최적의 이송속도는 땜납의 용융에 필요한 시간과 열선과 흡입구사이의 이동하는 시간동안 발생하는 땜납의 응고와 관련된 함수로 추정된다. 이송속도가 너무 빠르면 땜납이 녹지 않아 제거율이 떨어지고 너무 느리면 재응고가 일어나 제거율이 떨어질 것이다.

3) 거리는 흡입구와 기판의 간격이 적을수록 땜납의 회수율이 좋았다.

4) 220 도 섭씨의 온도에서 10mm의 간격(흡입구와 기판의 간격은 5mm)을 두고 11.58mm/s의 속도로 지나갈 때 가장 많은 땜납이 회수되었다.

결국, 땜납 용융점 이상의 온도와 11.58mm/s와 같이 등속도를 유지시키는 것이 바람직한 것으로서 밝혀졌다. 그리고 흡입구와 기판의 거리가 가까울수록 회수율이 좋게 나왔다. 이것은 땜납과 기판사이의 젖음력(Wettable force)보다 흡입부에서 나오는 흡입력이 커야 하는데 거리가 멀어질수록 그 힘은 더 작아지기 때문이다. 다시 말하면 흡입력이 클수록 용융 땜납의 젖음력을 저하시킬 수 있기 때문이다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치는;

납 성분이 포함되어 있는 땜납을 제거한다는 환경적인 공헌도와 전자부품의 재사용에 대한 경제적 측면에 기여할 수 있고, 이러한 제거,수거작업을 자동화할 수 있는 기본적인 기술구성을 개시하는 유용성을 가진다.

Claims (5)

1. 폐기된 인쇄회로기판으로부터 땜납을 제거,회수하기 위한 장치로써;

   열원에 대하여 상대적으로 이송되는 인쇄회로기판의 용융된 땜납을 흡입장치에 의하여 제거 및 회수하기 위하여;

   복사열원을 방출하여 가열하는 열선(11)을 배설하여 가지고 상기 열선(11)의 온도설정과 항온유지를 위한 온도센서(12), 온도컨트롤러(13)를 가지는 열원부(10),

   기판(P)에 대하여 흡입하는 흡입관로(21)를 상기 열원부(10)의 후단에 배설한 흡입장치(20),

   상기 기판(P)을 열선부(10)와 흡입관로(21) 상에서 이송하는 직선이송기구와 구동원인 모터 등을 가지는 이송장치(30);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 이송장치(30)는 대응하는 직선 스크류바아(31)와 가이드바아(31‘)에 연결시켜 모터(32)로서 제어구동시키고, 스크류바아를 가로질러 가이드구동되는 이송바아(35)는 기판(P)을 파지하여 이송시키는 진공셕션 등의 파지수단(36), 파이그립퍼 등을 그 하방에 가지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 흡입장치는 개략 “T" 자 형상으로 구성하여 가지는 관로형상체이며, 일방으로 공기를 입력하는 입력관로(23), 나머지 두 개의 통로 중 하나는 흡입관로(21), 나머지는 송풍관로(22)를 형성하여 베르누이원리에 의한 흡입을 수행하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 이송장치(30)는 일방향으로 이송 단부점에서 기판(P)을 터닝(반전)시켜 반대편 기판 면에 열원을 가하여 땜납을 제거하기 위한 터닝장치로서, 터닝핸드그립 , 힌지축회전아암, 터닝급송장치를 더 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판으로부터 땜납제거회수장치.

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