電子元器件回收利用和管理平臺

王柱穎 李天松 肖建鋒 盧永運

摘要：針對我國電子類高校對電子元器件的使用管理以及回收利用狀況，大量的電子元器件被亂丟。對電子元器件的資源化利用以及隨意丟棄的危害性沒有足夠的認知。此外，基于學生經常會用到集成電路、電阻、電容等電子元器件。綜合評述了電子元器件回收最新液體加熱解錫技術進展和回收利用的價值。提出了對各大高校舊電路板資源化和無害化回收利用。并為了滿足學生日常所需，建立了電子元器件的智能管理平臺。

關鍵詞：電子元器件;回收利用;智能管理

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）35-0256-02

1 平臺建設目標

由于社會對電子類創新人才的需求日益增加，要求學生的動手實踐能力不斷地加強，高校的實踐教學的實驗越來越多。然而實驗室所用日常耗材電子元器件多且雜，體積較小[2]，價格較低等因素的影響，往往導致學校不夠重視，造成嚴重的浪費損壞，回收利用率低下。以及課程設計、畢業設計完成之后的電路板，大部分的元器件都是好的，這樣的電子元器件完全可以回收利用，以達到資源的最大化利用，學生就不會隨意丟棄。這些隨意丟棄和浪費不僅浪費資源，還會造成金屬污染給環境保護造成較大的壓力。此外，將滿足了在校大學生對于在學習、課程設計、畢業設計電子元件的需求。同時學生可以通過公網訪問我們的器件庫，直接在網上訂購，隨后我們便送貨上門。改善學生網上購買周期長的不便捷。我們也提供線上一對一答疑，可快速解決學生在專業技術上的疑惑。圖1給出了平臺的方向及目標。

2 舊電路扳回收利用

電子元器件廣泛應用于電子設備中，由于現在電子設備的更新換代速度快，大量的電子元器件造成了極大的浪費，所以對舊電路板回收有非常大的意義以及可觀的利潤。

電路板上的電子元器件性能不一致，種類繁多，組成的材料也差異大。通常有變壓器、二極管、集成電路模塊、電阻器、電容器，MOS管等電子元器件。所以在處理舊電路板時，要先將舊電路板的電子元器件拆卸下來單獨處理，電子元器件通過焊錫與電路板連接在一起。所以回收電子元器件首先要將元器件和PCB板分離。然后回收有價值的電子元器件，對有價值的元件制定有針對性的回收方案，以及將有效的控制有害、有毒物質的無害化處理，這將最大限度地降低回收成本，獲取可觀的利潤。所以筆者認為最優的回收流程如圖2所示。

2.1器件解錫方式

2.1.1手工解錫

手工解錫是比較傳統的解錫方式。學生平時基本都是通過電烙鐵直接拆卸元器件，或借助熱風槍將主控器的貼片元器件拆除。但由于只能將部分比較有價值的元器件拆除，而且極易導致拆卸下來的元器件不能二次利用。此外，這種方式效率極低，而且有害、有毒的電子元器件拆卸過程中稍有不慎將會引起環境污染，甚至對人體健康造成很大的威脅。這不符合利潤最大化。

2.1.2化學解錫

化學解錫利用金屬能在濃鹽酸、硫酸、王水等強酸或強氧化性溶液中溶解的性質，使金屬以離子態形式溶解在溶液，再使用電化學的方法從浸提液中回收金屬，最后通過金屬提煉得到較純的金屬，從而實現金屬的回收利用。

中國環境科學研究所劉景洋等[1]研究了廢電路板在不同濃度硝酸溶液中焊錫完全溶解的時間，以及Sn，Pb，Zn，Fe和Cu的溶解規律及循環利用浸提液的可行性。研究結果表明：廢印制電路板最佳剝離硝酸濃度為2 mol/L左右，該條件下210min內廢印制電路板上的焊錫完全溶解，元器件能夠全部拆除;稀硝酸作為浸提液，可重復利用4次以上，各次循環對焊錫均具有較好的溶解效果。但是在循環利用過程中，Cu的反應速率不斷增加，易造成Cu的流失。而且在這過程中，將會產生大量的廢酸，處理廢酸也需要大量的工序，處理不當將會造成環境的污染。這不符合電子元器件回收的初衷。

2.1.3加熱解錫

加熱解錫以不損壞的前提下，將元器件從電路板上拆除。拆卸電路板上元器件所用的加熱方法有熱風加熱、紅外線加熱、液體加熱和激光加熱。宋守許等[4]利用TOPSIS法比較幾種加熱的方法，得出結論液體加熱是最有的方法。其中清華大學的Zeng Xian lai等[5]研究了一種環保的拆解方法，透過水溶性離子液體加熱，系統地研究了PCB板拆裝過程中影響焊接接頭開孔的因素、加熱機理和優化參數。發現在45 r/min攪拌、250℃加熱12 min后，電路板上約90%的電子元器件可拆除。這種新工藝為分離電子元件和回收錫焊料提供了大規模工業操作的可能性，并為PCB板的回收提供了一種更高效、更環保的工藝。這不僅極大的降低成本，而且對環境無二次污染。

2.2舊PCB板的結構和組成

舊PCB板的種類繁多，使用FR-4（玻纖布基）、CEM-1/3（玻纖和紙的復合基板）、FR-1（紙基覆銅板）、金屬基覆銅板（主要是鋁基，少數是鐵基）是目前最常見的材料類型。按結構分，又分為單面板、雙面板、多面板以及軟印刷板等。由于電路板上有大量的金屬，隨意丟棄將會造成資源的浪費以及環境污染。因此，通過與負責回收的公司合作，將實現資源化利用。

2.3元件檢測

元器件檢測電路由單片機電路、液晶屏顯示電路、矩陣按鍵電路組成。由于回收的有價值的芯片有可能會有損壞，所以要對芯片進行檢測，然后對壞的元件進行專門的維修。

芯片測量的原理框圖如圖3所示。

3 智能管理平臺

該智能管理平臺由六部分組成，分別是數據服務器、遠端PC機、管理員PC機、信息打印、主控系統和庫存計數[6]。平臺系統框圖如圖4所示。

數據服務器主要用來與記錄庫存的電子器件數量以及與主控系統通信，讀取電子元器件的庫存，如果元器件的庫存不足服務器將向管理員PC機傳遞預警信息。此外遠端PC機可以通過公網可以查詢電子器件庫的庫存信息，可以直接訂單，服務器并對訂單信息進行打印。管理員PC機可與遠端PC機相互通信，實現線上技術交流、資源共享。

主控系統主要是記錄電子元器件出庫和進庫，計算電子元器件的庫存，并將庫存信息發送給數據服務器。

電子器件進庫之前建立條形碼標簽，標簽包含器件的名稱、數量、標簽的序列號。器件入庫時，掃描條形碼標簽將信息錄進入庫信息庫中。器件出庫時，將出庫條形碼標簽掃描進出庫信息庫中。這就實現了電子器件的自動增減。

條形碼掃描的原理是掃描器利用光電器件將光信號轉化為電信號，由于電信號的信號非常微弱，因此要將電信號進行放大，在通過整形電路將模擬的電信號轉化為數字信號，以便給單片機采集信號。

4 結束語

我國加大對電子人才的培養。校園里的創客和電子愛好者也不斷地增加。對電子元器件的需求日益增加。建立電子元器件智能管理滿足了學生課程設計、畢業設計的電子元器件日常需求。以及使學生購買元器件更加的便捷。然而元器件的數量日益增加，導致元器件隨意丟棄，造成資源的浪費以及幻境對污染。需將元器件的資源化利用和無毒無害化處理。且在回收中，要摒棄“先污染后治理”的想法。采用了無二次污染的，更加高效的方法回收元器件。同時在檢測元器件好壞過程中，調動了同學的積極性，增強了對電子元器件的節約意識。

參考文獻：

[1]劉景洋，段寧，楊海玉，等.硝酸浸提拆解廢印制電路板元器件技術[J].環境科學研究，2010（10）：1291.

[2]Stobbe I，Griese H，Petter H，et al.Quality assured disassemblyof electronic components for reuse[C]//Conference Record ofthe 2002 IEEE International Symposium on Electrnic&the En-vironment.San Francisco，2002：299.

[3]易榮華，陳曉勇，沈玲瓏，等.自動拆卸廢棄電路板上電器元件裝置研究[J].農業裝備與車輛工程，2017（9）：46.

[4]宋守許，劉偉國，劉光復，等.基于TOPSIS法的電路板拆卸元器件加熱方法評價[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2009，32（7）：950.

[5]Xianlai Zeng，Jinhui Li，Henghua Xie，et al.A novel dismantlingprocess of waste printed circuit boards using water-solubleionic liquid[J]. Chemosphere，2013（93）：1288-1294.

[6]楊振雷，毛福新，張洪彬.電子元器件管理系統設[J].電子世界，2018（1）：1003-0522.

【通聯編輯：梁書】

收稿日期：2019-10-16

基金項目：本文系國家大學生創業訓練“基于互聯網的通信服務平臺”（項目編號：201710595056）項目成果

作者簡介：王柱穎，男，桂林電子科技大學本科生在讀學生。