钟真宜，张兴红，叶平，何春倩

废旧电路板元器件解锡技术研究

钟真宜，张兴红，叶平，何春倩

（广东环境保护工程职业学院,广东佛山528216）

废旧电路板上元器件与线路板的解锡脱离是电路板资源化的关键。分析了国内外手工、机械、加热和化学4种解锡技术的发展，对可行的加热解锡和机械拆卸组合的工艺技术进行研究分析，提出了废旧电路板元器件解锡技术的研究方向和重点。

废旧电路板；电子元器件；解锡；技术

废旧电路板的拆解和利用一直是废旧电器电子产品再生利用的难点。废旧电路板上IC芯片、电阻、电容等电子元器件因含有金银等高价值的贵金属以及有毒有害物质，其重复利用或再生利用更是成为业界关注和研究的焦点。而电子元器件与线路板的解锡脱离成为电路板资源化的关键，目前面临的最重要问题是如何经济环保地把电路板上的电子元器件脱离。

通过各种解焊技术将电子元器件从线路板上脱离，主要目的：一是分离后的线路板经破碎分选后实现铜、酚醛树脂等材料的回收利用，避免因含有元器件等造成后续处理工艺复杂，难以实现材料的高效利用；二是拆下的无损电子元器件可以重新再利用，如一些旧芯片用于产品维修或者对产品性能要求不高的产品上；三是不可重复使用的元器件进行识别分类后提取贵重金属；四是对含有有毒有害物质的元器件进行无害化处理。目前，拆卸下的无损电子元器件重新再利用，因其节约资源、减少污染，具有较好的社会、环境、经济效益，成为众多研究者关注的重点[1-2]。

1 电子元器件装配及锡焊技术

电路板主要由线路板、电子元器件和焊锡组成，即是在线路板上焊接上电子元器件就成为电路板。电路板上电子元器件按装配方式一般分为插装元器件和表面贴装元器件。研究发现，不管是哪种装配方式，要达到线路板与元器件的脱离，首先必须解焊。既要使焊锡脱落干净，又不能损坏元器件，这是目前元器件拆卸的难点之一[3]。

电路板上的电子元器件是以焊锡的形式与线路板连接的，目前运用最广的锡焊技术包括手工烙铁焊接、浸焊、波峰焊、再流焊等。波峰焊目前主要运用于通孔插装元器件的焊接，而再流焊主要应用于各类表面贴装元器件的焊接。随着表面贴装技术的发展，再流焊技术在电子产品装配中逐渐占主导地位。焊料在欧盟ROHs指令之前以锡铅为主，成分主要是锡铅共晶合金或与共晶成分接近，熔点为183℃，而之后以无铅锡料为主，熔点基本上在210℃以上。焊锡在废电路板中所占比重约为4%，具有宝贵的回收利用价值。锡焊的优点：（1）易于焊接，焊料熔点低，只需简单的加热工具和材料即可焊接；（2）易于拆焊，焊料通过加热达到熔点而被熔化，施加一定的外力后即可分离线路板和元器件[4]。

2 电路板电子元器件拆卸基本技术路线

电路板电子元器件的拆卸主要是实现元器件、焊锡和基板的分离，然后分类分别进行资源化利用。基本的技术路线如图1所示。电路板通过清洗、识别、分类等预处理后，采用手工、机械、加热、化学等解锡技术或者组合解锡技术使焊锡熔化或溶解，并施加外力，如振动、冲击、刮刀、扫刷等实现元器件与基板的分离。将元器件与焊锡分离主要有刮擦、热流体喷射、真空抽吸、表面张力分离等方法，同时实现对焊锡的回收处理。分离后的元器件按照价值、毒性等进行识别和分类，对无损高价值的元器件进行重复利用或再制造修复后使用；对低价值的元器件回收重金属或材料；对有毒有害的元器件进行无害化处理。分离后的基板经破碎分选后实现铜、酚醛树脂等材料的回收利用[5]。

图1 电路板电子元器件拆卸基本技术路线

3 电路板电子元器件解锡技术

解锡是电路板电子元器件拆卸的关键。国内外学者对废电路板电子元器件解锡拆卸技术进行了大量的研究，主要集中在手工解锡、机械解锡、加热解锡和化学解锡四方面。

3.1 手工解锡技术

手工解锡拆解电子元器件在一些家庭作坊运用得比较多，其主要目的就是回收高价值的电子元器件。一般用电烙铁直接拆卸元器件、手动吸锡器拆除元器件、电动吸锡枪拆除直插式元器件、热风枪拆除表面贴装器件等。这种方法拆解效率低，不符合安全生产的要求，难以实现大规模应用。

3.2 机械拆解技术

国内外对机械拆解技术的研究主要是研制开发更符合机械化发展要求的自动化或半自动化拆卸技术。如日本NEC公司开发了一套利用红外加热和两级去除的方式自动拆卸电子元器件的装置，德国的FAPS采用与电路自动装配方式相反的原则进行拆卸。国内海尔集团、合肥工业大学、机械科学研究总院、湖南万容科技有限公司、北京航空航天大学等都研究开发了先加热后机械（包括振动、冲击、刮刀、扫刷等）的拆卸电子元器件的技术或装置。这些装置在过程中都有加热这一环节，不属于纯机械的拆卸方式。西南科技大学制造学院的易荣华、陈晓勇等提出了全新的纯物理的螺旋拆卸装置，主要由振动入料机构、箱体、基板定位轴、带螺旋刀的螺旋轴以及基板与电子元件的出料口等机构组成。带螺旋刀的螺旋轴由螺旋叶片、螺旋刀具、轴组成，螺旋刀具固接在螺旋叶片的外径圆周处。螺旋刀具的主要作用是通过剪切、挤压以及锯的共同作用将电路板上的电子元器件拆卸下来，使电子元器件与基板脱离。螺旋叶片的主要作用是将拆卸下来的电子元器件定向输送到电子元件的专用出料口。机械拆解只能对废电路板进行逐块处理，但面对规格不一、安装方式不一的种类繁多的电路板，难以满足大规模的回收处理，自动拆卸技术并未广泛利用[6-7]。

3.3 加热解锡技术

加热解锡技术常用的方法有：空气加热、红外线加热、激光加热和液体加热等。空气加热时利用热空气与电路板之间的温度差引起的热量传递来熔化焊锡，设备简单；红外线加热时指红外射线被焊锡吸收后引起分子结构发生激烈的振荡而产生热能，当温度达到焊锡熔点时发生熔化，效率高，温度可控，但功率高，不利于均匀加热；激光加热是利用高能量的激光束对焊脚集中加热，热量向内部扩散使焊料熔化，能量聚集高，温度可控，但成本高；液体加热是将电路板浸入高温的焊锡、油或石蜡等液体中，焊锡与高温液体接触使焊锡熔化，热能利用高，加热均匀，但会产生有害气体，并易受加热介质污染难清洗。不同的加热方式，对元器件的拆除效果具有很大差异。合肥工业大学的宋守许、刘伟国等人利用TOPSIS法选取了拆卸效率、设备成本、环境危害、元件损坏率等8个指标对这4种加热方法的综合拆卸效果进行评价，得到优先排列顺序：液体加热>红外线加热>激光加热>空气加热[8]。目前国内对空气加热和液体加热研究得比较多。如西南科技大学的陈俊冬、张明星最近研究利用工业余热作为加热热源和脉冲喷吹动力源对电路板上的元器件进行解锡，实现低成本和高效率的拆卸，同时为工业余热的资源化利用提供了新思路[9]。清华大学的Zeng Xianlai等首次研究了离子溶液加热解锡技术，发现在45 r/min搅拌、250℃加热12 min后，电路板上约90%的电子元器件可拆除，且不会造成二次污染，这个重大发现为加热解锡技术开拓了新思路[10]。

3.4 化学解锡技术

化学解锡技术也是一种湿法冶金技术，利用金属在盐酸、硝酸、王水等强酸或强氧化性溶液中溶解的性质，使金属以离子态形式进入溶液，然后利用电化学的方法从溶液中回收金属。国外在化学解锡技术方面作了大量的研究。如STENNETT等采用硝酸和过氧化氢两种蚀刻剂来去除锡铅焊料，在超声搅拌作用下，4～8 min可以将元器件去除，且不损坏电路板和其他元器件。2009年，Gibson等采用含有Ti（Ⅳ）的酸液处理废弃电路板使锡或含锡和含铅的合金溶解为Sn（Ⅱ）和Pb（Ⅱ），通过电积的方法把锡离子和铅离子还原为金属锡和铅而回收[11]。

中国环科院的刘景洋等研究了以稀硝酸为浸提液溶解焊锡的方法。研究表明：在硝酸浓度为2 mol/L左右，该条件下210 min内电路板上的焊锡完全溶解，元器件能够全部拆除。同时，稀硝酸作为浸提液，可重复利用4次以上，各次循环对焊锡均具有较好的溶解效果[12]。化学解锡会产生大量废酸需要处理，因而限制了发展。

4 电路板电子元器件解锡工艺

对废电路板元器件解锡最可行的方法是先对电路板加热解锡，待焊锡全部熔化后施加一定外力实现元器件与基板的分离，基本工艺见图2。焊锡加热熔化方法和施加的外力有不同的结合方式，存在有“红外线加热+冲击力”、“液体加热+冲击力”、“液体加热+离心力”、“红外线加热+冲击力+红外线加热+剪切力”等多种工艺流程。

有学者针对电路板元器件不同的装配方式研究不同的解锡工艺。合肥工业大学绿色设计与绿色制造工程研究所提出用热风拆除贴片，焊锡加热加垂直冲击力拆除插装元器件的“热风+牵引力+焊锡加热+冲击力”的工艺[4]。清华大学向东、张永凯等研究对于电视机、空调等以插装元器件为主的电路板，先采用红外辐射加热直接对焊锡加热，然后采用风刀形成压缩热空气对引脚进行吹扫，从而实现焊锡的去除和收集，解锡率达到90%以上；而对于计算机、通信类的以表面贴装元器件为主的电路板,主要采用热风对流方式进行预加热、高温加热和保温三级加热工艺，再采用振动/冲击和水平扫刮拆解相结合的方式实现元器件、焊锡和基板的分离，解锡率达到98.5%以上[5]。

比较国内外电路板电子元器件解锡技术，国外采用自动拆卸方案为主，采用自动化较高的流水线来处理。而国内对电路板电子元器件解锡工艺有诸多的研究，特别是集中在各种加热的工艺流程和方法原理上，但离真正的产业化、规模化、自动化元器件拆卸有较大的距离。目前，国内电子废弃物拆解企业把电路板从废旧电器电子产品中拆解出来后整板就直接卖给下游企业，电路板元器件解锡拆卸成为拆解企业一大难题。

图2 电路板电子元器件解锡基本工艺

5 结论

对废电路板元器件解锡技术的研究处于初步探索阶段，仅止于理论层面，工程化和产业化应用较少，这就造成了大量的资源浪费，特别是电子元器件无法再利用。实际上，利用解锡技术拆卸电路板上的元器件，是延长了电子元器件的生命周期，降低新元器件制造的材料和成本，减少了废物量，真正实现了再制造，因此研发适合我国国情的废电路板解锡技术及设备有着非常重大的意义。

（1）立足于元器件能重用的角度研发解锡技术及设备，改变电路板整块破碎再材料回收利用的现状；

（2）针对元器件插装和贴装方式，重点对加热解锡技术和元器件无损拆解关键技术进行研究，深入分析拆解力、拆解能、解锡率、元器件重用率、环境危害等进行研究，优化拆解工艺；

（3）加快电子元器件识别和自动化拆卸技术的研究，研发适合我国企业的方法、技术和设备，加快产业化的进程；

（4）重点考虑电路板元器件解锡过程中出现的二次污染问题，最终实现经济环保地处理废电路板。

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Research on the anti-soldering technique for electronic components from waste printed circuit boards

ZHONG Zhenyi,ZHANG Xinghong,YE Ping,HE Chunqian
（Guangdong Vocational College of Environmental Protection Engineering,Foshan 528216,China）

Anti-soldering electronic components from waste printed circuit boards(PCBs)is the key step of recycling.This study summarized the evolution of manual,mechanical,heating and chemical anti-soldering technology at home and abroad.Besides,we analyzed the combined process of heating anti-soldering technology and mechanical disassembly.Finally,the research direction and future research emphasis of anti-soldering electronic components from PCBs were predicted.

waste printed circuit boards;Electronic components;anti-solder;Technique

X76

A

1674-0912（2015）06-0032-04

2015－03－24）

广东省科技厅高新技术产业化项目——工业攻关资助项目（2012B010500022）

钟真宜（1977-），女，硕士，高级工程师，主要从事固体废物处理处置与资源化教学与研究工作。