선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 폐 인쇄회로기판 파·분쇄산물 중 구리의 단체분리를 향상시키기 위한 전처리 과정으로써 열처리 공정을 수행하였다.
- 본 연구의 열처리 목적은 기판 내 유기물의 배출을 최소화하며 동시에 구리의 단체분리도를 높이는 데에 있다. 325°C 이상으로 열처리 할 경우 유해 가스 발생 증가 및 구리의 산화가 진행될 것으로 예상하여 325°C를 열처리의 상한 온도로 설정하였다15,16).
- 폐 인쇄회로기판 파·분쇄 공정의 전처리를 목적으로 열처리 실험을 진행하였다.
제안 방법
- 200°C에서 325°C까지 25°C 간격으로 인쇄회로기판을 열처리한 후 그 단면을 광학현미경으로 관찰하였다.
- 20개의 시료를 전기로에 투입하였고 열처리 조건은 공기와 질소분위기(1 L/min)에서 각각 5°C/min의 승온 속도로 200, 225, 250, 275, 300, 325°C로 하였다.
- 5°C/min의 승온율로 상온에서 600°C까지 온도를 상승시켰으며, 공기와 질소분위기에서의 열중량 변화를 비교하였다.
- Fig. 3과 같이 시편 중앙부에 하중을 가하여 파괴되는 순간의 하중 값으로부터 계산식 (1)을 통해 굽힘 강도 σ(MPa)를 구하였다.
- 굽힘강도가 급감하는 온도 조건에서 기판을 열처리 한 후 이를 대상으로 파쇄실험을 실시하였다. 파쇄 실험에는 Shredder와 Cut crusher를 이용하였으며 파쇄산물을 4,000 μm 부터 250 μm 이하까지 10개의 구간으로 체분리하여 입도분포를 평가하였다.
- 열처리 전후 인쇄회로기판의 기계적 강도변화, 열처리한 기판 파쇄물의 입도분포 및 입자의 형상으로부터 열처리에 따른 기판의 물리적 특성변화를 확인하였다. 기계적 강도는 강도측정기(Tinius Olsen H25KS)를 사용하여 측정하였다. 강도 측정 시편은 50 mm×15 mm 크기로 준비하였다.
- 기판을 각 조건에 따라 열처리 한 후 굽힘 강도를 측정하였다. 조건 별 10개 시료의 강도를 측정하여 평균값과 표준편차값을 구한 결과는 Fig.
- 디지털 현미경을 통해 355~500 μm, 710~1,000 μm, 1,400~2,000 μm, 2,800~4,000 μm 구간의 인쇄회로기판 파쇄물을 디지털 촬영 후 구리의 단체분리도를 평가하였으며 이를 Fig. 13에 나타냈다.
- 이를 위해 열처리가 폐 인쇄회로기판의 물리적 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 또한 열처리 조건에 따른 인쇄회로기판 파쇄산물의 특성 분석 및 화상해석을 통한 구리성분의 단체분리도 평가를 실시하였다.
- 물질에 따른 선택적 분쇄를 정량적으로 확인하고자, 열처리 조건에 따른 파쇄산물의 입도구간별 밀도를 측정하였다(Fig. 12). 열처리 하지 않은 시료의 최대 밀도 값은 500~710 μm구간에서 3.
- 인쇄회로기판 파쇄물을 체분리하여 2,800~4,000 μm, 1,400~2,000 μm, 710~1,000 μm, 355~500 μm 구간의 입자를 샘플링 후 콜드마운팅 법으로 연마편을 제작하였다. 연마시편의 단면을 촬영후 각 입자 내 구리의 함유량을 분석하였으며 식 (3)을 통하여 열처리 조건에 따른 구리의 단체분리도를 평가하였다12,13).
- 2는 본 연구의 공정도이다. 열적특성변화 및 열처리 조건을 설정하기 위해 TGA(thermo-gravimetric analysis, TGA N-1000, Scinco)를 통해 인쇄회로기판의 열거동 분석을 실시하였다. 5°C/min의 승온율로 상온에서 600°C까지 온도를 상승시켰으며, 공기와 질소분위기에서의 열중량 변화를 비교하였다.
- 열처리 실험을 위하여 인쇄회로기판을 5 cm 크기의 정방형으로 절단하였다. 20개의 시료를 전기로에 투입하였고 열처리 조건은 공기와 질소분위기(1 L/min)에서 각각 5°C/min의 승온 속도로 200, 225, 250, 275, 300, 325°C로 하였다.
- 열처리 전후 인쇄회로기판의 기계적 강도변화, 열처리한 기판 파쇄물의 입도분포 및 입자의 형상으로부터 열처리에 따른 기판의 물리적 특성변화를 확인하였다. 기계적 강도는 강도측정기(Tinius Olsen H25KS)를 사용하여 측정하였다.
- 20개의 시료를 전기로에 투입하였고 열처리 조건은 공기와 질소분위기(1 L/min)에서 각각 5°C/min의 승온 속도로 200, 225, 250, 275, 300, 325°C로 하였다. 열처리 조건별 기판의 두께 변화를 광학현미경(Leica DVM2500, Leica VZ80)으로 측정하여 기판의 팽창성을 확인하였다.
- 열처리 하지 않은 시료와 325°C로 공기 및 질소분위기에서 열처리한 시료의 파쇄 산물 중 2,800~4,000μm구간의 시료를 시편으로 제작하여 전자현미경을 통해 구리 입자의 단체분리 여부를 확인하였다.
- 이러한 부피팽창은 열처리에 의해 에폭시수지가 분해되어 수지성분과 함께 고정되어있던 유리섬유가 풀어짐으로써 발생한 것으로 판단된다. 이렇게 층분리된 시료는 내부에 구조적 결함이 발생하여 기계적 강도가 감소될 것으로 예상되어 열처리 조건에 따른 기판의 굽힘 강도를 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 폐 인쇄회로기판 파·분쇄산물 중 구리의 단체분리를 향상시키기 위한 전처리 과정으로써 열처리 공정을 수행하였다. 이를 위해 열처리가 폐 인쇄회로기판의 물리적 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 또한 열처리 조건에 따른 인쇄회로기판 파쇄산물의 특성 분석 및 화상해석을 통한 구리성분의 단체분리도 평가를 실시하였다.
- 인쇄회로기판 파쇄물을 체분리하여 2,800~4,000 μm, 1,400~2,000 μm, 710~1,000 μm, 355~500 μm 구간의 입자를 샘플링 후 콜드마운팅 법으로 연마편을 제작하였다.
- 입도에 따른 밀도분포와 구리의 단체분리도 측정을 통해 파쇄산물의 단체분리 특성변화를 확인하였다. 파쇄산물 입도에 따른 밀도를 측정하기 위해 Gas pycnometer(Accupyc1340, Micromeritics)를 사용하였다.
- 질소분위기, 공기분위기에서 각각 300, 325°C로 열처리한 인쇄회로기판 시료 20개와 열처리를 하지 않은 시료 20개를 Shredder, Cut crusher를 사용하여 2단계로 파쇄하였다.
- 파쇄 실험에는 Shredder와 Cut crusher를 이용하였으며 파쇄산물을 4,000 μm 부터 250 μm 이하까지 10개의 구간으로 체분리하여 입도분포를 평가하였다.
- 파쇄산물 입도에 따른 밀도를 측정하기 위해 Gas pycnometer(Accupyc1340, Micromeritics)를 사용하였다. 파쇄산물 중 구리의 단체분리도는 화상해석을 통하여 측정하였다. 구리의 단체분리도(DL; Degree of liberation)는 전체 구리 함량에 대한 단독입자로 존재하는 구리 함량의 비율로 정의되며, 식 (3)과 같이 표현할 수 있다.
- 파쇄산물을 4,000 μm부터 250 μm 이하까지 총 10개의 구간으로 체분리하여 입도분포를 구하고, 이를 GGS 모델에 적용하였다(Fig. 10).
대상 데이터
- 전자부품이 분리된 폐 컴퓨터의 메인보드를 시료로 사용하였다. 인쇄회로기판은 Fig.
이론/모형
- 파쇄 실험에는 Shredder와 Cut crusher를 이용하였으며 파쇄산물을 4,000 μm 부터 250 μm 이하까지 10개의 구간으로 체분리하여 입도분포를 평가하였다. 입도 분포는 GGS 모델(Gates-Gaudin-Schuhmann)에 적용하여 도시 하였으며, 이를 식으로 나타내면 아래와 같다.
- 입도에 따른 밀도분포와 구리의 단체분리도 측정을 통해 파쇄산물의 단체분리 특성변화를 확인하였다. 파쇄산물 입도에 따른 밀도를 측정하기 위해 Gas pycnometer(Accupyc1340, Micromeritics)를 사용하였다. 파쇄산물 중 구리의 단체분리도는 화상해석을 통하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) 인쇄회로기판 열처리 시 200~275°C까지는 기판이 팽창되지 않았으며, 300°C부터 층분리가 발생하기 시작하여 325°C에서는 28% 팽창되었다.
- 2) Shredder와 Cut crusher로 파쇄 시, 열처리 하지 않은 파쇄산물은 적층구조가 유지되는 반면, 열처리한 파쇄산물은 물질간의 층분리가 확인되었으며 구리가 독립입자로 산출되었다.
- 3) 열처리 온도가 올라갈수록 입도 구간에 따른 밀도의 편차가 커지고 높은 입도 구간에 구리 입자가 집중되었다. 이로부터 선택적 분쇄에 의해 금속물질과 비금속물질이 각각 다른 입도구간에 집중됨을 확인하였다.
- 325°C로 열처리한 시료의 경우 단체분리도의 향상이 현저하게 나타났는데, 열처리 분위기에 관계없이 100% 구리입자가 비금속물질로부터 분리되어 free particle로 존재함을 정량적으로 확인하였다.
- 1) 인쇄회로기판 열처리 시 200~275°C까지는 기판이 팽창되지 않았으며, 300°C부터 층분리가 발생하기 시작하여 325°C에서는 28% 팽창되었다. 굽힘 강도는 Tm(최대질량변화 발생 온도) 이상에서 급감하는 것을 확인할 수 있었다.
- 이는 금속물질과 비금속물질이 선택적 분쇄에 의해 서로 다른 입도 구간에서 각각 산출되었음을 의미한다17). 따라서 열처리 조건에 따른 밀도편차 값이 증가할수록, 구리입자가 비금속물질들로부터 단체분리되었음을 간접적으로 확인할 수 있었다.
- 또한 250 μm 이하 구간의 열처리 하지 않은 시료와 325°C에서 공기분위기, 질소분위기에서 열처리된 시료의 밀도는 각각 2.39 g/cm3, 1.23 g/cm3, 1.15 g/cm3로 나타났다.
- 600°C 이상에서는 유기물질이 완전히 분해되어 질량 변화가 나타나지 않았다. 반응 종료 후 시료의 질량은 초기 투입량 대비 약 70% 내외로 나타났다.
- 열처리 분위기 별 강도가 급감하는 온도는 앞서 DTG 분석 결과로부터 구한 Tm(최대질량변화 발생온도)과 유사성을 보였다. 공기분위기에서는 Tm,air인 302°C 부근(300°C)에서, 질소분위기에서는 Tm,N2인 314°C 부근(325°C)에서 강도가 급감하였다.
- 열처리를 거치지 않은 기판의 구리의 단체분리도는 2,800~4,000 μm구간에서 0%이었으며, 355~500 μm구간에서도 80%에 못 미치는 것을 확인하였다.
- 9는 질소분위기에서 325°C로 열처리한 시료의 파쇄산물이다. 열처리를 하지 않은 기판의 파쇄 산물은 2차 파쇄 이후에도 물질간의 적층구조를 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 반면 질소분위기에서 325°C로 열처리된 기판의 경우, 1차 파쇄되었을 시 이미 구리 및 유리섬유 등 구성물 일부가 분리되었으며, 2차 파쇄 시에는 구리 입자가 단체분리된 형태로 산출되는 것이 관찰되었다.
- 7과 같다. 열처리를 하지 않은 기판의 평균 굽힘 강도는 338.36 MPa이었으며 열처리 온도가 증가함에 따라 굽힘 강도의 평균값이 감소하였다. 공기분위기에서 열처리한 시료의 평균 굽힘 강도는 300°C와 325°C의 온도조건에서 각각 70.
- 3) 열처리 온도가 올라갈수록 입도 구간에 따른 밀도의 편차가 커지고 높은 입도 구간에 구리 입자가 집중되었다. 이로부터 선택적 분쇄에 의해 금속물질과 비금속물질이 각각 다른 입도구간에 집중됨을 확인하였다. 화상해석을 통해 구리의 단체분리도를 평가한 결과, 열처리를 함으로써 1,400~2,000 μm 구간에서 구리의 단체분리도가 9.
- 이를 통해 인쇄회로기판을 열처리함으로써 파쇄산물의 큰 입도구간에는 구리 입자가 집중되며, 250 μm 이하 구간에 비금속이 밀집되는 것을 정량적으로 확인하였다.
- 이상의 결과로부터 325°C 이하의 저온 열처리 공정은 인쇄회로기판 내 구리의 단체분리 입도를 크게 증가시키는 것으로 확인되었다. 열처리 공정이 포함된 구리회수 공정을 도입함으로써 금속물질의 미립자 생성 억제에 의한 선별 효율 향상 뿐 아니라 분쇄에너지 절감의 효과도 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
- 325°C로 열처리한 시료의 경우 단체분리도의 향상이 현저하게 나타났는데, 열처리 분위기에 관계없이 100% 구리입자가 비금속물질로부터 분리되어 free particle로 존재함을 정량적으로 확인하였다. 이상의 결과로부터 열처리함으로써 층분리가 발생하며, 이는 구리의 단체분리도 향상으로 이어짐을 확인할 수 있었다.
- 26 MPa로 급감하였다. 전반적으로 열처리 온도가 증가할수록 강도의 표준편차가 감소하며 일정 값에 수렴하였다.
- 질량감소가 최대로 발생하는 온도(Tm)는 공기분위기에서는 302°C(Tm,air), 질소분위기에서는 314°C(Tm,N2)로 확인되었다.
- 질소분위기에서 열처리한 시료는 300°C까지 평균 굽힘 강도가 완만하게 감소하는 경향을 나타냈으며, 325°C 조건에서 25.26 MPa로 급감하였다.
- 이로부터 선택적 분쇄에 의해 금속물질과 비금속물질이 각각 다른 입도구간에 집중됨을 확인하였다. 화상해석을 통해 구리의 단체분리도를 평가한 결과, 열처리를 함으로써 1,400~2,000 μm 구간에서 구리의 단체분리도가 9.28%에서 100%로 향상되었다.
후속연구
- 이상의 결과로부터 325°C 이하의 저온 열처리 공정은 인쇄회로기판 내 구리의 단체분리 입도를 크게 증가시키는 것으로 확인되었다. 열처리 공정이 포함된 구리회수 공정을 도입함으로써 금속물질의 미립자 생성 억제에 의한 선별 효율 향상 뿐 아니라 분쇄에너지 절감의 효과도 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.