废旧电路板物理拆解方法及其试验验证

在废旧电路板的资源化途径中,物理拆解方法正日益受到重视.在对废旧电子电器产品的典型电路板的组装与结构特点进行分析的基础上,对废旧电路板拆解分离的加热解焊方法和施力方法进行定性比较和分析,分别针对典型电子产品电路板和典型电器产品电路板提出两种不同的物理拆解分离工艺,并依据这两种工艺研制两种不同的拆解原型装备.分别以废旧计算机主板和废旧电视机主板为拆解对象,在这两种拆解原型装备上进行拆解试验.结果表明,采用上述物理拆解分离工艺,在适当的拆解工艺控制参数下,对于废旧电子产品电路板,插装元器件、体积较大的贴片元器件和体积微小的片式元件的拆解分离率分别达到91.6%、100%和99.1%,对于废旧电器产品电路板,电路板上的插装元器件引脚焊点去除率达到94.9%,有效实现元器件的拆解和焊料的分离,这对研发具有实际应用价值的废旧电路板拆解工艺和装备具有重要指导意义.     

倒装芯片组装中微米级互连焊点的界面金属间化合物生长及动力学

利用焊点间距为100 μm,高度约为45 μm,成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu (wt％) (SAC305)的倒装硅芯片与BT树脂基板组装互连,分别在150、125和100℃条件下时效至650 h.研究时效过程中界面主要金属间化合物的生长,结合经验功率定律及阿伦斯公式计算基板侧Cu焊盘界面IMC生长的动力学参数,对IMC的生长动力学探讨.结果表明,在互连回流后,双侧焊盘界面主要IMC为(Cu,Ni)6Sn5.在时效前100 h,(Cu,Ni)6Sn5生长速率较快;而在随后的时效过程中,随时效时间的增加生长速率逐渐降低.界面主要金属间化合物(Cu,Ni)6Sn5生长动力学研究结果可知:150、125以及100℃条件下时间参数分别为2.61、2.35和2.18,界面(Cu,Ni)6Sn5的生长激活能为67.89 kJ/mol.     

基于贝叶斯网的制造工艺质量建模方法

针对多品种小批量制造模式下,工艺质量建模面临的模型维度高、数据稀疏的问题,提出了基于贝叶斯网的工艺质量建模方法.该方法以工艺机理知识为基础构建贝叶斯网结构,在构建时采用删除法保证结构的完备性与简洁性.设计实验获得均衡分布的实验数据,并通过实验数据的学习获得条件概率表.在应用中,模型利用生产线的数据更新条件概率表,来体现生产过程中不确定性因素的影响.以印刷线路板微小孔钻孔工艺为例进行了建模方法的应用与对比,结果验证了该方法对多品种小批量制造工艺的质量建模具有适用性,并且能够获得更高的模型精度.     

废旧电路板钎料吹扫去除试验研究

废旧电路板拆解不但是旧元器件重用的必要步骤,而且有利于废旧电路板上不同材料物质的分类收集.现有废旧电路板拆解工艺和拆解设备难以有效拆卸插装元器件,为了实现废旧电路板的自动化拆解,提出一种基于钎料吹扫去除的废旧电路板拆解工艺,并研制了相应的钎料吹扫去除试验设备,用于辅助拆解以插装电子元器件为主的电路板.为了提高钎料去除率和焊点脱钎率,以废旧电视机主板为例,在钎料吹扫去除试验设备上进行钎料去除的正交试验,并在试验条件下确定最优的预热功率、喷嘴缝宽、压缩热气体吹扫角度和电路板运行速度等工艺参数.试验结果表明,基于钎料吹扫去除的拆解工艺能有效拆解插装元器件,焊点脱钎率可达98.1%;试验结果还表明,在采用基于钎料吹扫去除的拆解工艺中,电路板运行速度是影响钎料去除效果的最重要因素,应该适当取值以优化拆解工艺.     

废弃电路板插装件的自适应磨削拆解方法

将废弃印制电路板(Printed circuit board,PCB)上的元器件拆解之后再分类,能有效提高后续材料分选和回收的效率。PCB上的插装式元器件由于引脚弯曲等原因,所需拆解力很大,常用的方法难以做到有效拆解。为解决这一困难,提出自适应磨削拆解方法,利用弹簧的自适应调节能力,在处理挠曲不平的PCB时提供较为平稳的法向磨削力。对自适应磨削系统的力学特性进行分析,结论显示在采用合理的磨削参数时,能够快速去除引脚并且不会过多地降低基板的刚度,证明了自适应磨削拆解方法的可行性。基于此自适应磨削系统的原理研制废弃PCB插装式元器件的引脚磨削拆解原型设备,并进行验证试验研究。试验结果表明此方法能够在轻微磨削基板的条件下高效地去除引脚,磨削后元器件的自动脱落率达到90%以上,并且未脱落的元器件与基板的连接强度大幅降低。     

废旧电路板元器件分离位移模型研究

在焊料加热熔化的前提下,电子元器件拆解取决于在拆解外力作用下元器件相对电路板基板产生的位移即元器件分离位移。首先建立水平拆解和垂直拆解两种方式下不同元器件的分离位移模型;然后重点针对3种典型类型元器件引脚下的焊料在垂直拆解时的断裂高度进行分析,基于牛顿静压力方程和拉普拉斯方程建立了焊料断裂高度的数学模型,并通过实验验证了模型的正确性。废旧电路板上元器件分离位移模型对于确定拆解工艺参数具有重要价值。     

有限元法在锥面型截止阀密封副分析中的应用研究

内漏是截止阀的一种典型失效形式,截止阀设计时有必要考虑各种受力条件并评估密封可靠性。截止阀的锥面型密封副初始状态是线面接触,首次关阀时在接触压力作用下材料发生变形,变成面面接触,然后阀体在过大的外部作用力下密封副接触压力会发生下降,甚至接触面分离从而导致内漏。本研究以空调截止阀为例,采用网格划分控制、自适应拉格朗日-欧拉网格以及引入少量阻尼等措施促使收敛,根据密封副的接触状态和接触压力分布判定密封状态,根据阀座塑性应变分布分析内漏原因,并针对性地进行强化设计,最终通过试验验证。     

细间距倒装芯片互连过程中焊点界面金属间化合物的形成与演化

利用凸点间距为100μm,高度约为45μm,焊料成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu(质量分数,%)(SAC305)的倒装芯片与树脂基板互连封装,研究芯片单侧凸点及芯片与BT基板焊点互连回流过程中界面金属间化合物(intermetalic compound,IMC)的形成和演化.结果表明,封装互连前,在芯片单侧镍焊盘界面上形成了长针状(Ni,Cu)₃Sn₄和薄层状Ni₃P,由于反应过程中焊料基体中Cu原子的大量消耗,没有形成典型的(Cu,Ni)₆Sn₅.封装互连过程中,由于大量Cu原子从铜界面扩散到镍界面,促使镍焊盘界面(Ni,Cu)₃Sn₄逐渐转化成(Cu,Ni)₆Sn₅,形貌由针状转变成短棒状,反应后(Cu,Ni)₆Sn₅成为主要IMC层;在铜焊盘界面上,形成了一层短棒状的(Cu,Ni)₆Sn₅,由于从镍焊盘界面扩散过来的Ni原子对Cu₃Sn生长的限制作用,反应后没有形成典型的Cu₃Sn.     

热时效过程中微米级SnAgCu焊点的界面金属间化合物形成及演变

研究微米级倒装组装焊点在150℃热时效过程中界面金属间化合物(intermetalic compound,IMC)的形成及演化.结果表明,在热时效300 h后,受铜焊盘界面扩散过来的Cu原子影响,镍焊盘界面(Ni,Cu)₃Sn₄全部转化成(Cu,Ni)₆Sn₅;在铜焊盘界面,热时效至100 h后,形成一层薄的Cu₃Sn,在随后的热时效过程中,由于Ni原子对Cu₃Sn生长的抑制作用,Cu₃Sn几乎没有生长.此外在时效100 h内,两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅生长速率增加较快,但随着时效时间的增加逐渐减慢.两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅顶端形貌随着时效时间的增加逐渐变平.     

基于应力转换的内螺纹高周疲劳强度分析方法

螺纹具有特征尺寸小、结构复杂的特点,其非线性接触的有限元分析具有很高的难度,因此机械零件强度仿真分析时螺纹通常被忽略,只根据经验对螺纹作保守设计。事实上承受循环重载的零件极容易从螺纹部位发生疲劳断裂,在设计阶段有必要进行疲劳强度校核。针对此问题,提出了一种基于应力转换的内螺纹高周疲劳强度分析方法。此方法把螺纹根部应力分解为近源应力和远源应力两部分,通过无螺纹简化模型仿真获得螺纹接触压力和摩擦力之后转换为近源应力和远源应力并叠加得到螺纹根部最大应力,最后考虑应力梯度、存活率和表面粗糙度等因素的影响系数,借助Haigh图计算各扣内螺纹的疲劳安全系数。把这种方法与带螺纹的细节模型有限元仿真和疲劳强度分析结果进行对比,所提方法的安全系数结果与细节模型的相应结果相差–7.6%;把这种方法应用于某型号缸体主轴承壁,其分析结果与疲劳试验结果相差–8.2%,证明了它的可行性。