LCD TV 해체 시 발생하는 PCB의 효율적 재활용을 위한 구조 분석 및 등급별 분류 Efficient Recycling of Printed Circuit Boards from Disassembly/Separation Process of waste LCD TVs: Composition Analysis and Value-wise Classification원문보기
재활용을 위한 LCDTV 분해 시 영상 신호 송신, 전원 공급, 화상 구현 등을 위한 다양한 종류의 PCB가 발생한다. PCB에는 금이나 구리와 같은 유가금속이 다량 함유 되어 있으나 사용용도, PCB 패키징 방법에 따라 함유 되어 있는 유가금속의 종류와 함유량에 차이가 있다. 본 연구에서는 PCB 종류에 따른 구조 분석을 통하여 PCB에 함유 된 금과 구리의 함유량에 따라 PCB를 등급별로 분류 하고자 하였으며 금 회수 효율이 높은 PCB, 금 회수 효율이 낮은 PCB, 금이 함유되어 있지 않은 PCB 세 종류로 분류를 하였다. 또한 실제 LCD TV를 분해하여 발생된 PCB에 대한 함유량 분석을 통하여 PCB 내 금과 구리 함유량을 분석하였다.
재활용을 위한 LCD TV 분해 시 영상 신호 송신, 전원 공급, 화상 구현 등을 위한 다양한 종류의 PCB가 발생한다. PCB에는 금이나 구리와 같은 유가금속이 다량 함유 되어 있으나 사용용도, PCB 패키징 방법에 따라 함유 되어 있는 유가금속의 종류와 함유량에 차이가 있다. 본 연구에서는 PCB 종류에 따른 구조 분석을 통하여 PCB에 함유 된 금과 구리의 함유량에 따라 PCB를 등급별로 분류 하고자 하였으며 금 회수 효율이 높은 PCB, 금 회수 효율이 낮은 PCB, 금이 함유되어 있지 않은 PCB 세 종류로 분류를 하였다. 또한 실제 LCD TV를 분해하여 발생된 PCB에 대한 함유량 분석을 통하여 PCB 내 금과 구리 함유량을 분석하였다.
Various waste PCBs arose during disassembly of LCD TVs and monitors in which they originally functioned for transmission of imaging signal, power supply, and imaging control. In those functional PCBs, gold and copper are contained at far more acceptable level, exceeding mining grade ores. Those valu...
Various waste PCBs arose during disassembly of LCD TVs and monitors in which they originally functioned for transmission of imaging signal, power supply, and imaging control. In those functional PCBs, gold and copper are contained at far more acceptable level, exceeding mining grade ores. Those valuable metals and their contents widely vary with functionality and end use of PCBs. Therefore, compositional analysis of individual waste PCBs from disassembled LCD TVs and monitors were performed in the present study to classify them into three categories: high gold yield and low gold yield PCBs and those without gold contents. Besides, additional chemical analysis was made to reveal gold and copper contents in the waste PCBs arising from actual disassembly/separation of end-of-life LCD TVs and monitors.
Various waste PCBs arose during disassembly of LCD TVs and monitors in which they originally functioned for transmission of imaging signal, power supply, and imaging control. In those functional PCBs, gold and copper are contained at far more acceptable level, exceeding mining grade ores. Those valuable metals and their contents widely vary with functionality and end use of PCBs. Therefore, compositional analysis of individual waste PCBs from disassembled LCD TVs and monitors were performed in the present study to classify them into three categories: high gold yield and low gold yield PCBs and those without gold contents. Besides, additional chemical analysis was made to reveal gold and copper contents in the waste PCBs arising from actual disassembly/separation of end-of-life LCD TVs and monitors.
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문제 정의
그러나 상기한 바와 같이 기능에 따라 PCB의 표면처리, 실장된 소자, 실장방식이 달라 각 PCB 마다 함유된 유가 자원 종류 및 함유량이 다르나 현재는 모든 PCB를 한꺼번에 처리하는 방법만이 연구 되고 있어 선택적인 금속 회수에 대한 효율성이 떨어지게 된다. 본 연구에서는 기능별 PCB에 따른 표면처리, 실장된 소자, 실장방식에 따른 구조를 분석하여 각 PCB 별 금과 구리에 대한 함유량을 조사하여 금이 다량 함유된 PCB, 금이 소량 함유된 PCB, 금이 함유되지 않고 구리만 함유된 PCB 세 등급으로 분류하여 PCB에서 유가금속인 금을 회수 시 회수율 및 효율성을 높이고자 하였다. 또한 PCB 내 금과 구리에 대한 ICP 성분 분석을 통하여 실제 PCB별 함유 된 금과 구리의 함량을 분석하였다.
본 연구에서는 실제 폐 LCD TV로부터 얻어진 PCB의 성분을 분석하여 재활용 시 가치를 알 수 있는 기준을 마련하고자 하였으며, 금과 구리의 함유량을 기준으로 세 개의 가치 등급으로 PCB를 분류하였다. 결과적으로 ENEPIG 공정을 통해 표면에 금을 함유하고 있는 PCB가 재활용 시 가장 가치가 높은 것으로 분석되었다(1등급 PCB).
실제 폐PCB 내에 존재하는 금과 구리의 함유량을 분석하여 폐PCB의 가치를 분류하고자 연구를 진행하였다. S사 32인치 LCD TV(제품명: LN32R71BD[R])를 분해 후, Fig.
제안 방법
결과적으로 ENEPIG 공정을 통해 표면에 금을 함유하고 있는 PCB가 재활용 시 가장 가치가 높은 것으로 분석되었다(1등급 PCB). 2등급은 영상신호를 받아 처리하는 PCB로써 금을 함유하고는 있으나 재활용 시 금의 회수 효율이 낮은 것들을 선정하였으며, PCB로부터 금을 회수할 수 없으나 다량의 구리를 포함하고 있는 PCB를 3등급으로 분류하였다. 이러한 가치등급 분류는 구조 분석을 통해 설계된 분류기준과 일치하는 결과이다.
본 연구에서는 기능별 PCB에 따른 표면처리, 실장된 소자, 실장방식에 따른 구조를 분석하여 각 PCB 별 금과 구리에 대한 함유량을 조사하여 금이 다량 함유된 PCB, 금이 소량 함유된 PCB, 금이 함유되지 않고 구리만 함유된 PCB 세 등급으로 분류하여 PCB에서 유가금속인 금을 회수 시 회수율 및 효율성을 높이고자 하였다. 또한 PCB 내 금과 구리에 대한 ICP 성분 분석을 통하여 실제 PCB별 함유 된 금과 구리의 함량을 분석하였다.
그 후, 450°C ~ 500°C의 버너를 이용하여 PCB 기판의 폴리머 성분을 소각시켰다. 소각 후 잔류물과 금 또는 구리를 함유한 부품들은 왕수 또는 질산을 이용하여 침출하였고, 얻어진 침출액은 ICP 분석을 통한 금 및 구리의 함유량 분석에 이용되었다. 그 결과를 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
8. Several PCBs collected from waste LCD TV (model No. LN32R71BD[R]).
실제 폐PCB 내에 존재하는 금과 구리의 함유량을 분석하여 폐PCB의 가치를 분류하고자 연구를 진행하였다. S사 32인치 LCD TV(제품명: LN32R71BD[R])를 분해 후, Fig. 8과 같이 PCB를 수집하였고 열풍기를 이용하여 납땜되어 있는 소자 분리 및 철 케이스, 방열판 등을 수작업으로 제거하였다. 그 후, 450°C ~ 500°C의 버너를 이용하여 PCB 기판의 폴리머 성분을 소각시켰다.
성능/효과
PCB 구조 및 실장된 소자에 따른 폐PCB의 가치를 분석 및 PCB 내 금과 구리 함유량 분석 실험 결과를 토대로 ENEPIG 공정을 통해 표면에 금을 함유하고 있을 뿐만 아니라 금으로 와이어 본딩한 칩들이 많은 PCB가 경제적 가치가 높은 1등급 PCB로 분류될 수 있다. 이러한 폐PCB는 재활용 시 금의 회수를 통해 고부가가치 귀금속 소재화가 가능하여 다른 폐PCB와 비교해 비싼 가격에 거래가 가능하다.
본 연구에서는 실제 폐 LCD TV로부터 얻어진 PCB의 성분을 분석하여 재활용 시 가치를 알 수 있는 기준을 마련하고자 하였으며, 금과 구리의 함유량을 기준으로 세 개의 가치 등급으로 PCB를 분류하였다. 결과적으로 ENEPIG 공정을 통해 표면에 금을 함유하고 있는 PCB가 재활용 시 가장 가치가 높은 것으로 분석되었다(1등급 PCB). 2등급은 영상신호를 받아 처리하는 PCB로써 금을 함유하고는 있으나 재활용 시 금의 회수 효율이 낮은 것들을 선정하였으며, PCB로부터 금을 회수할 수 없으나 다량의 구리를 포함하고 있는 PCB를 3등급으로 분류하였다.
분석결과 전체 구동을 제어하는 3번 PCB, driver IC가 실장 된 FPCB 및 이 FPCB와 연결된 4번 PCB에서 금 함유량이 각각 13.128 mg, 6.544 mg이고 금의 농도가 각각 240 ppm, 160 ppm으로 1등급 PCB로 분류하였다. 영상신호를 받아서 처리하는 2번 PCB의 경우, 금 함유량은 10.
후속연구
이러한 가치등급 분류는 구조 분석을 통해 설계된 분류기준과 일치하는 결과이다. 본 연구결과는 폐LCD TV를 재활용하는 업체에 PCB를 가치별로 분류할 수 있는 기준이 될 수 있을 것으로 사료된다.
향후 다양한 LCD TV 제조 회사및 모델에 따른 유가금속 함유량 데이터베이스 마련을 통해, 폐LCD TV 재활용을 위한 해체·분리 시 폐PCB를 등급별로 분류하여 재활용 효율을 높일 수 있는 작업이 이뤄져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PCB에 실장되는 소자의 종류는 무엇이 있는가?
표면처리 공정으로는 유기용제나 수용성의 pre-flux를 코팅하는 organic solderability preservatives(OSP) 공정, 구리 위에 Ni/Au (ENIG 공정) 또는 Ni/Pd/Au (ENEPIG 공정)를 도금하여 배선층의 최상부 금속층이 금인 공정, 주석이나 은을 도금한 공정 등이 사용되고 있다1). 실장되는 소자는 코일, 저항, 전해 콘덴서, 에폭시로 몰딩된 칩, MLCC 등 여러 종류가 있으며, 실장 방식은 PCB에 노출된 금속배선층에 바로 실장을 하는 표면실장 방식과 PCB를 통과하여 뒤편에서 납땝을 하는 스루홀(through-hole) 방식으로 나뉜다.
현재 PCB 재활용 방식은 무엇이 있는가?
현재 PCB 재활용하는 방식으로는 200℃에서 가열하여 폴리머를 제거한 후, 남은 메탈을 전해 정련을 이용하여 회수하는 열분해 방법2)과 PCB에 있는 금속을 산이나 염기 용액을 이용하여 침출 한 후 전해정련하여 회수하는 습식제련방법3), 물리적으로 PCB를 파쇄한 후 금속과 플라스틱을 선별하여 금속을 회수하는 방법4)등이 있다. 그러나 상기한 바와 같이 기능에 따라 PCB의 표면처리, 실장된 소자, 실장방식이 달라 각 PCB 마다 함유된 유가 자원 종류 및 함유량이 다르나 현재는 모든 PCB를 한꺼번에 처리하는 방법만이 연구 되고 있어 선택적인 금속 회수에 대한 효율성이 떨어지게 된다.
액정디스플레이에 사용되는 PCB는 어떻게 나뉘는가?
LCD TV 및 모니터에는 구동에 필요한 여러 개의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)이 사용된다. 액정디스플레이에 사용되는 PCB로는 크게 구동 전원을 공급하는 PCB, 영상신호를 받아서 처리하는 PCB, 방송신호를 영상처리 PCB에서 처리 가능한 신호로 바꾸어 주는 PCB, 액정을 이용하여 액정디스플레이 패널을 구동 또는 제어하기 위한 디스플레이 구동 칩(Display Diver IC: DDI)이 실장된 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: PCB)으로 나뉘며 최근 경량화 및 원가 절감 등의 이유로 영상신호를 받아서 처리하는 PCB와 전체 구동을 제어하는 PCB가 합쳐진 형태로 사용되기도 한다.
참고문헌 (11)
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