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[分享] 锡渣回收系统

锡渣回收系统

无铅化趋势在全球逐渐成形之际,全世界相关之PCBA Assembly制造商从早先的材料替换及设备汰换等模式逐渐朝更务实的方向进行,也就是所谓的[成本分析]及[环境保护政策]进行,正由于无铅的规模大致已有初步之基础,在全球化经济竞争体系下,光有无铅的电子产品是无法达到企业建立竞争力的条件, 毕竟如何保有市场的产品价值竞争优势及维护环境政策所需花费的金额是有部份的冲突的。   在这时代潮流及客观环境下,力主环境保护政策及降低无铅生产成本的锡渣回收渐成趋势。

热回收或冷回收
 锡渣回收一般而言,有分两种方式,一种是热锡渣回收,另一种则是冷锡渣回收,先进之方式属于前者,传统方式属于后者, 将在以下文章说明及分析。
 很多人在有铅制程时就已经对所谓的锡渣回收抱有相当大之兴趣,虽然以Sn/Pb(63/37)成份为主的有铅材料与SAC(305/405)为主的无铅材料在市场价格上差异颇大(SAC约为SnPb之2~3倍),还是有人从Sn/Pb制程上就已经开始导入相关回收计划,因为即使Sn/Pb的回收利益比无铅材料还低许多,其背后象征之ISO14001环保精神与厂房空间的节省才是最主要的因素;ISO14001政策中讲求RECYCLE(回收资源)、REDUCE(减少资源浪费)、REUSE(可重新利用),推行锡渣的回收不仅符合以上任一种环保要求,更可以节省废料与厂内堆放的空间及造成的环境污染。

热回收过程
 首先,我们分析一下热锡渣回收的原理,所谓热锡渣就是温度还在熔点温度约80%的锡渣废料,其回收流程如下:

 由以上三图可以知道,此过程非常容易,但是经历过程约10min,最后我们可以得到以下的回收锡块,此回收锡块我们将可以直接运用于锡槽中(如下图),余下的废渣约仅有2%左右的可回收锡及余下的大部份氧化锡或氧化铅(以Sn/PB材料而言),将无法再以物理方式回收。(化学方式回收由于污染因素,在工厂或回收单位必需有合格的执行执照或符合当地之相关法令才能进行)

 正因为热回收过程几乎不添加任何化学药剂或添加物,其物理性回收之可利用成份将与原先锡槽内容物之比例有99.9%之相似度,所以对使用者而言,此回收方式是使用最少的耗材及相关资源。
 以平均而言,热回收装置可以达到约50~75%之回收率,也就是说可以减少锡渣50~75%的耗损,对精算荷包的电子组装业而言,将会非常的吸引人。

冷回收过程
 冷回收过程顾名思义即是将置放至冷却的锡渣加以回收,这种精神是刚开始想导入锡渣回收系统的人80%的想法,其思考逻辑当然是希望可以将所有废锡渣经过集中后冷处理,出发点是非常直观的,我们将两者说明如下,在细述之前我们先比较热回收及冷回收程序上的差异(如下表 Table2-1)。

Table 2-1 两种锡渣回收之程序及其它差异

 从上表我们可以发现,冷锡渣回收之方式与外界工厂回收的方式类似,简而言之就是一个小型的锡棒(块)回收并制造机  ;因为传统的制造锡成品厂由于会排放废气及废水或其它污染物,所以被列为污染工业,如果没有取得符合当地相关法令的公司,将无法顺利生产。
 这就是为何冷回收锡渣技术早在我们开始制造锡材料时就已经存在,却迟迟无法进展及推广的原因,因为  :
 1. 需集中废渣 , 待到达一定回收数量再进行回收,容易浪费空间屯积废渣
 2. 由于硬化后之大体积废渣熔化不易,建议先敲碎再进行
 3. 冷锡渣回收需添液体,故容易在过程中产生过多之废气,污染环境 4. 耗时过久(从室温加热至锡的熔点温度)
 5. 损耗电量及噪音或环境污染远比热回收高
 6. 非一般场所可以进行.
 但是可以统一集中并一次性将锡渣同时完成回收是大部份想到使用冷回收的人常见的想法,不过,这是她的优点也是缺点  ;因为冷回收意味着我们必需重新熔化锡渣并将之处理搅拌分离,时间花费更长是必然的,电力及其它能源的耗损更是不在话下,更不用说挥发出的废气及对环境的污染了;不过对回收使用者而言当然希望能回收次数越少越好,但是对环评者或ISO14001的稽查人员当然希望能使用完全符合环保的热回收来避免污染环境。

回收效益
 基本上无论热回收或冷回收,回收比例差异,如果条件皆完美时,理论上差不多相同,但是回收效益以热回收较高,热回收不需添加任何还原剂或溶剂来增加回收比或辅助加热是真正无额外费用的,况且两者使用的电子当然以热回收低的多,因为热回收几乎不需额外高电压及电流来完成所有程序,光以本身的保温装置及刚从锡槽中捞出的锡渣热量及温度就已经足够完成80%的回收动作了;反观冷回收,不但需要将电能转换成热能来提供冷锡渣的熔化临界能,还必需先将大锡渣敲碎成小锡渣以增加回收率及节省时间, 这就是两者效益最大之差异。
 以下我们将就回收之比例跟大家做一简单之分析,来让大家了解何时选用锡渣回收系统 :
 首先我们必需知道Wave Soldering锡渣产生的速度, 我们引述一份国外数据与大家参考 :
 Wave Soldering has been around for a long time and although it has become more effective and more efficient as a process, one thing hasn’t changed much, in that most solder machines generate a high amount of dross. In fact, on average some 75% of the solder in the bath oxidizes over time to become dross which has traditionally been dumped into a bucket and disposed of as scrap.
 Metal dealers and solder suppliers have however a different perspective. They know that dross is almost entirely made up of pure solder and if they can get it back they can cheaply reprocess it and sell it back to users. As only 25% of what they sell ends up on the boards at any one time they can effectively sell the same solder four times over.
 We can not ignore that LEAD FREE is sweeping the world and with the high costs of the Lead Free solders and with LEAD FREE making on average 40% more dross everyone will have to look seriously at the  WORLD beating EVS Solder Recovery Systems.
 由上段中我们可以知道,在Sn/Pb合金中约75%锡用量的锡渣会产生,传统使用上只有25%锡会用于PCB 焊接,75%的锡会生成氧化的锡及包覆住的锡块,然后随着被倾倒及丢弃;而无铅材料会比传统的锡铅材料多约40%,不过,如果添加N2或抗氧化剂成份则不在此计算范围内,因此为求客观,以下我们所有的计算方式都将采传统的有铅比例。
 另外,我们需要知道回收率,一般热回收系统约有50~70%的回收再利用率,如此我们可以计算出当我们每月使用500kg锡量时,我们的回收比率及减少锡用量及金额如下:

假设Sn/Pb金属价格为 USD6.25/kg,SAC305无铅价格约为USD18/kg

 如果所有报废之锡渣还可以进行回收,因价格视各厂商的用量而定,不在此计。
 从以上计算结果可以得知,当使用回收系统后将可以减少购买锡材料约52.5%,如下图示:


品质差异
 最后,使用者所关注的品质问题将会在这一章节讨论,从回收的观点而言,应该定义为回收后的成份与原先被回收的最初成份相同是最佳的结果,也就是说回收后的品质成份应该跟锡槽中的成份几乎相同才算是回收品质的优良;我们分析以下结果的报告(注 : 因为冷回收有添加其它不明成份物质,将不在此讨论范围,当下只讨论热回收品质成份) :
1. 我们先观察一般锡槽中之金属成份(如下表 Table 4-1):

Table 4-1 一般锡槽常见金属成份比例表

2. 然后是使用热回收系统( 1 month) 的金属成份(如下表 Table 4-2):

Table 4-2 使用热回收系统( 1month) 的金属成份比例表

3. 最后是使用回收系统长达18个月的变化(如下表 Table 4-3):

Table 4-3 使用回收系统长达18个月之金属成份比例表

 从以上数据观察得知:锡槽内之金属成份会因为使用时间或焊接的产量变多而改变其特定金属成份如锡、银、铜、镍、金等PCB焊垫常用金属外,其余几乎没有甚么改变。
 不过,这种变化似乎不在大家的预料之外,因为使用热回收本身的原理及程序就是不添加任何的化学药剂或还原物,因此金属成份未遭改变本来就是预期的结果。

总结
 无铅时代的来临使得相关制程及材料乃至于费用都相对地提升,我们面临的不仅是一项制程竞赛,还包含维持企业永续经营的成本及效益竞争,热回收技术提供了一项in-house的自行回收功能,不但让传统冶金业的回收重熔技术变得更科技、更简便,同时对于悠关企业环保形象,更是在无形及有形上的裨益,对于地球资源过度的耗用提供一项全新的想法,希望以上的文章能对各位的工艺生产及资源回收有所帮助。

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