Сборка на печатной плате
Настоящее изобретение относится к сборке на печатной плате. Технический результат - создание сборки на печатной плате и способа сборки такой сборки на печатной плате, облегчающих разделение и сбор различных электронных компонентов, смонтированных в сборке на печатной плате, в конце ее срока эксплуатации,и дополнительно облегчающих повторное использование электронных компонентов и/или утилизацию веществ, из которых состоят отходы от электронного оборудования. Достигается тем, что сборка на печатной плате содержит: подложку; электронные компоненты, которые разделены на категории, причем каждый компонент прикреплен к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления, в зависимости от того, к какой категории относится упомянутый компонент. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к сборке на печатной плате и к способу сборки такой сборки на печатной плате, а также к способу разборки такой сборки на печатной плате.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Ввиду быстрого увеличения количества отходов от электронного оборудования (электронного мусора) во всем мире утилизация отходов от сборок на печатной плате (PCBA) является очень важной с точки зрения защиты окружающей среды, утилизации материалов и т.д.
Сборка на печатной плате обычно содержит множество электронных компонентов разных типов, таких как, например, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, интегральные схемы (ИС) и т.д., установленных на подложке. Различные компоненты установлены на подложке либо посредством способа поверхностного монтажа (SMT), либо посредством способа монтажа через сквозные отверстия (THT).
Различные компоненты имеют различные сроки службы, а также различные составы. Некоторые из компонентов могут быть использованы повторно или могут содержать интересующие материалы для повторного использования, которые при обычном способе утилизации не сохраняются вследствие смешивания с несовместимыми материалами, тогда как другие должны подвергаться утилизации, а третьи представляют собой существенную экологическую опасность, которую нужно устранять.
В современных общепринятых способах утилизации сборок на печатной плате сборку на печатной плате расплавляют (возможно, вместе с другими веществами) для отделения ценных металлов, а это подразумевает, что все вещества смешиваются друг с другом. Однако это приводит к тому, что вещества, из которых состоят электронные компоненты, смешиваются, что делает невозможным повторное использование компонентов или полную утилизацию разных веществ в компонентах.
Следовательно, существует потребность в создании сборки на печатной плате и способа сборки такой сборки на печатной плате, облегчающих разделение и сбор таких различных электронных компонентов, смонтированных в сборке на печатной плате, в конце ее срока эксплуатации и дополнительно облегчающих повторное использование электронных компонентов и/или утилизацию веществ, из которых состоят отходы от электронного оборудования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении, сформулированном в прилагаемой формуле изобретения, предложена сборка на печатной плате, способ сборки такой сборки на печатной плате и способ разборки одной или более таких сборок на печатной плате, в соответствии с которыми удовлетворяют, по меньшей мере, часть потребностей, изложенных выше.
Согласно одному из объектов настоящего изобретения, сборка на печатной плате содержит подложку и два или более электронных компонентов, причем эти два или более электронных компонентов разделены на категории, и каждый электронный компонент прикреплен к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, в зависимости от того, к какой категории принадлежит упомянутый компонент.
В альтернативном варианте эти два или более электронных компонентов разделены на две или более категорий, и каждый электронный компонент прикреплен к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, отличные от температуры теплового расцепления и/или от адгезионных свойств, по меньшей мере, одного средства крепления, используемого для закрепления другого электронного компонента (других электронных компонентов) на подложке.
Предложенная в настоящем изобретении сборка на печатной плате, сформулированная в независимом пункте формулы изобретения, удовлетворяет, по меньшей мере, части изложенных выше требований, за счет того, что разные компоненты, прикрепленные к подложке, отнесены к разным категориям в зависимости, например, от веществ, содержащихся в разных компонентах, или от ожидаемого срока службы компонентов разных типов. Компоненты каждой категории прикреплены к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданный диапазон температур теплового расцепления и/или заданную адгезионную прочность, которые отличаются от диапазона температур теплового расцепления и/или адгезионной прочности другого средства крепления, используемого для закрепления на подложке компонентов других категорий.
Соответственно, при необходимости разборки такой сборки на печатной плате в конце его срока эксплуатации или по иной причине, это может быть выполнено следующим образом: a) сборку на печатной плате нагревают до разных заданных диапазонов температур теплового расцепления, которые имеют разные средства крепления, начиная с того средства крепления, которое имеет самую низкую температуру теплового расцепления, и удаляют компоненты разных категорий с подложки в различные моменты времени, или в альтернативном варианте b) сборку на печатной плате нагревают до некоторых температур и к сборке на печатной плате прикладывают внешние силы некоторой величины для удаления компонентов различных категорий с подложки и собирают их по отдельности, или в альтернативном варианте посредством комбинации описанных выше операций a) и b).
Кроме того, отсутствует необходимость в дальнейшей сортировке собранных компонентов, пока не будут производиться дальнейшие процедуры повторного использования или утилизации компонентов разных категорий. Тот факт, что компоненты являются отсортированными по разным категориям, значительно увеличивает ценность собранных компонентов, поскольку возрастают возможности повторного использования компонентов или ценных веществ. Для некоторых категорий компонентов все же может потребоваться дальнейшая сортировка для обеспечения возможности повторного использования выбранных компонентов или утилизации ценных веществ, но вся дальнейшая переработка компонентов или веществ облегчена за счет первоначальной предварительной сортировки, возможность которой обеспечена настоящим изобретением.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате электронные компоненты на подложке отнесены к некоторой категории на основании их состава для облегчения утилизации веществ, содержащихся в компоненте, и/или повторного использования компонента.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате расположенные на подложке электронные компоненты наиболее часто используемых типов закреплены на подложке при помощи средств крепления, имеющих самую низкую температуру теплового расцепления или самую слабую адгезионную прочность при некоторой температуре по сравнению с температурой теплового расцепления или с адгезионной прочностью остальных используемых средств крепления. Электронными компонентами наиболее часто используемого типа могут являться, например, резисторы, конденсаторы и т.д.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате электронные компоненты, имеющие аналогичные составы, отнесены к одной и той же категории, и/или электронные компоненты, содержащие аналогичные экологически опасные вещества, отнесены к одной и той же категории. Во избежание наличия слишком большого количества разных категорий и, следовательно, слишком большого количества типов средств крепления, используемых во время сборки для сборки на печатной плате, а также слишком большого количества разных диапазонов температур и/или внешних сил для отсоединения компонентов во время разборки сборки на печатной плате, компоненты, имеющие аналогичные свойства, предпочтительно отнесены к одной и той же категории.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате категории, содержащие электронные компоненты, являющиеся более чувствительными к высоким температурам или имеющие более высокую вероятность повторного использования, например ИС (интегральные схемы), предпочтительно прикреплены при помощи средств крепления, имеющих сравнительно низкую температуру теплового расцепления или сравнительно слабую адгезионную прочность при некоторой температуре. Таким образом, такие компоненты могут быть отсоединены от сборки на печатной плате при сравнительно низкой температуре и защищены от процедур отделения других компонентов, которые проводятся при сравнительно высокой температуре. Следовательно, это является целесообразным, поскольку может быть гарантирована надежность или функциональность таких компонентов.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате на подложке напечатана или закреплена информационная метка для указания категоризации электронных компонентов и/или характеристик средств крепления, соответствующих каждой категории. Использование такой информационной метки облегчает отделение компонентов от подложки и/или гарантирует, что компоненты будут утилизированы или повторно использованы наилучшим образом.
В альтернативном варианте информационная метка может отображать соответствующие значения температуры теплового расцепления разных средств крепления. Этой информационной меткой также может являться электронная метка, такая как, например, RFID (радиочастотный идентификатор), которую считывают электронным способом. Эта метка является предпочтительной во время процедур утилизации/повторного использования, а также в том случае, когда требуется переделка или ремонт сборки на печатной плате.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате средство крепления выбрано из группы, состоящей из припоев, электропроводящих или не проводящих электричество клеев или любых иных средств крепления, которые электрически и/или механически соединяют компоненты с подложкой, или из любых комбинаций упомянутых средств крепления. В альтернативном варианте средство крепления, используемое для одной сборки на печатной плате, может содержать припои нескольких типов с разными значениями температуры теплового расцепления и/или множество клеев с разными температурами размягчения. Эти средства крепления являются целесообразными, поскольку они доступны с разными заданными значениями температуры теплового расцепления или они имеют разные адгезионные свойства при разных температурах, а это, например, означает, что они имеют разную адгезионную прочность при некоторой температуре и ранее они уже использовались для сборки сборок на печатной плате, а это означает, что требуются лишь незначительные изменения технологических процессов, используемых в настоящее время.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате сборка на печатной плате содержит электронные компоненты двух разных категорий, и электронные компоненты каждой категории установлены на одной стороне подложки. Таким образом, используются средства крепления только лишь двух типов, и, следовательно, добавлено только одно дополнительное средство крепления по сравнению с обычным способом сборки печатной платы, в котором используют средства крепления только одного типа. В альтернативном варианте, если компоненты присутствуют в двух или в большем количестве сборок на печатной плате (PCBA) в одиночном устройстве, то можно придерживаться аналогичной стратегии. В подробном изложении, например, если эти компоненты могут быть отнесены к двум или более категорий, и компоненты каждой категории могут быть закреплены на подложке одной PCBA, то одна PCBA может содержать компоненты, относящиеся только к одной конкретной категории. Или одна из сборок на печатной плате (PCBA) может содержать компоненты, относящиеся к одной конкретной категории, тогда как другая сборка на печатной плате (сборки на печатной плате) содержит компоненты, относящиеся либо к другим категориям, либо частично к той же самой категории и частично к другим категориям.
Кроме того, изобретение относится к способу сборки для сборки на печатной плате. Способ содержит этапы, на которых: различные электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке сборки на печатной плате, разделяют на категории; и закрепляют каждый электронный компонент на подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, в зависимости от того, к какой категории относится упомянутый компонент.
В одном из вариантов осуществления изобретения этот способ содержит этапы, на которых: различные электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке, разделяют на две или на более категорий; закрепляют электронные компоненты различных категорий на подложке при помощи средств крепления, имеющих разные температуры теплового расцепления, и/или при помощи средств крепления, имеющих разную адгезионную прочность, начиная с категории, имеющей самую высокую температуру теплового расцепления и/или наибольшую адгезионную прочность при заданной температуре, после чего следует категория, имеющая вторую по величине наиболее высокую температуру теплового расцепления и/или вторую по величине адгезионную прочность при заданной температуре; после чего производят сборку любых остальных электронных компонентов до тех пор, пока все электронные компоненты не будут закреплены на подложке с использованием средств крепления, имеющих пошагово меньшие значения температуры теплового расцепления и/или пошагово меньшую адгезионную прочность. Этот способ позволяет производить сборку сборки на печатной плате для обеспечения возможности сравнительно легкой сортировки разных компонентов, подлежащих отсоединению от такой сборки на печатной плате в конце его срока эксплуатации, облегчая, тем самым, возможность повторного использования ценных компонентов, а также утилизации ценных веществ.
В одном из вариантов осуществления способа электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке при помощи способа поверхностного монтажа (также именуемые SMT-компонентами), относят к одной и той же категории и электрически соединяют с подложкой при помощи одного и того же электропроводящего клея или припоя.
Компоненты, подлежащие монтажу на подложке при помощи способа поверхностного монтажа (также именуемые SMT-компонентами), обычно сначала механически закрепляют на подложке при помощи не проводящего электричество клея или клейкого вещества для установки их в надлежащее положение на подложке, а затем их электрически соединяют с подложкой при помощи электропроводящего клея или припоя.
В одном из вариантов осуществления способа компоненты, подлежащие закреплению на подложке при помощи способа поверхностного монтажа, относят к одной и той же категории и электрически соединяют с подложкой при помощи одного и того же электропроводящего клея или припоя.
В еще одном варианте осуществления способа электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке при помощи способа поверхностного монтажа, дополнительно подразделяют на две или более подкатегорий. Электронные компоненты из каждой подкатегории механически закрепляют на подложке при помощи не проводящего электричество клея или клейкого вещества, отличающегося от используемого, для механического закрепления на подложке электронных компонентов других подкатегорий до их электрического соединения с подложкой. А при второй операции электронные компоненты электрически соединяют при помощи одного и того же электропроводящего клея или припоя. Этот вариант осуществления изобретения гарантирует то, что компоненты остаются в намеченном месте до тех пор, пока не будет нанесен электропроводящий клей или припой. Упомянутые разные не проводящие электричество клеи или клейкие вещества предпочтительно выбраны так, что они, по меньшей мере, частично теряют свою адгезионную прочность только при температуре выше температуры теплового расцепления электропроводящего средства крепления.
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу разборки сборки на печатной плате согласно описанным выше вариантам осуществления изобретения.
Способ содержит следующие этапы, на которых: a) нагревают одну или более сборок на печатной плате до первого заданного диапазона температур, который является достаточным для отсоединения электронных компонентов первой категории от подложки сборки на печатной плате (от подложек сборок на печатной плате), тогда как электронные компоненты других категорий остаются закрепленными на подложке (на подложках); b) снимают внешнюю силу с электронных компонентов первой категории расположенных на подложке (на подложках), или прикладывают внешнюю силу к электронным компонентам первой категории, расположенным на подложке (на подложках), для удаления этих электронных компонентов с подложки (от подложек), и после этого собирают эти электронные компоненты; c) нагревают сборки на печатной плате до второго заданного диапазона температур, являющегося более высоким, чем первый заданный диапазон температур и достаточным для того, чтобы вызвать отсоединение электронных компонентов второй категории от подложки (от подложек), при этом электронные компоненты остальных категорий остаются закрепленными на подложке (на подложках), и/или прикладывают пошагово увеличивающуюся внешнюю силу к электронным компонентам второй категории; d) удаляют электронные компоненты второй категории компонентов с подложки (подложек) и собирают эти электронные компоненты.
При наличии каких-либо электронных компонентов, оставшихся на подложке, способ дополнительно содержит этап, на котором: продолжают нагрев сборок на печатной плате до третьего диапазона температур, являющегося более высоким, чем первый и второй диапазоны температур, и/или к электронным компонентам третьей категории на подложке (на подложках) прикладывают дополнительно пошагово увеличивающуюся внешнюю силу и собирают эти электронные компоненты. Первый заданный диапазон температур соответствует температуре теплового расцепления средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления из всех используемых средств крепления, имеющих разные температуры теплового расцепления.
Способ позволяет удалять и собирать компоненты разных категорий по отдельности, что значительно облегчает сортировку компонентов разных категорий и, кроме того, облегчает эффективное повторное использование компонентов или утилизацию веществ, содержащихся в разных компонентах.
В одном из вариантов осуществления способа этот способ содержит дополнительный этап, который выполняют перед этапом a) и который содержит этап обнаружения присутствующей на информационной метке, напечатанной на подложке (на подложках) или прикрепленной к ней (к ним), информации о категоризации электронных компонентов и/или о характеристиках средств крепления, соответствующих каждой категории. Эта операция, облегчающая разборку сборки на печатной плате, является важной и полезной.
В одном из вариантов осуществления способа внешние силы прикладывают, например, посредством потока воздуха или посредством щеток, действующих на сборки на печатной плате, для гарантированного отсоединения компонентов разных категорий от подложки. Наличие внешних сил гарантирует то, что все компоненты каждой категории будут отсоединены и собраны правильно.
Термин "температура теплового расцепления", используемый в этом документе, относится к точке теплового расцепления (то есть, к температуре теплового расцепления) для припоя, к температуре размягчения клея, или к температуре, которая может вызвать потерю средством крепления своей прочности крепления до некоторого уровня, что обеспечивает возможность отсоединения прикрепленных компонентов от подложки. Например, в случае разных клеев каждый клей по отдельности должен иметь так называемую температуру размягчения, при которой разные клеи теряют свою адгезионную прочность в одинаковой степени, и эту температуру размягчения именуют температурой отсоединения.
Разные описанные выше варианты осуществления изобретения могут быть объединены разными способами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь будет приведено более подробное описание этих и других объектов изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показаны некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, являющиеся предпочтительными в настоящее время.
На Фиг. 1 показана сборка на печатной плате согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 2 проиллюстрированы основные этапы способа сборки для сборки 10 на печатной плате.
на Фиг. 3 проиллюстрированы этапы способа сборки для сборки 10 на печатной плате согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на Фиг. 4 проиллюстрированы этапы способа разборки сборки 10 на печатной плате согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на Фиг. 5 и Фиг. 6 показана другая сборка на печатной плате согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сборка на печатной плате согласно настоящему изобретению содержит подложку и несколько электронных компонентов, прикрепленных к подложке. Подложка представляет собой несущую плату для различных прикрепленных к ней электронных компонентов. Подложка выполнена, например, из полимера на основе эпоксидных смол, из керамики или из картона, которые снабжены рисунком из слоя металла (обычно меди). Сборки на печатной плате могут содержать множество электронных компонентов различных типов, таких как, например, резисторы, транзисторы и диоды, закрепленные на подложке.
Обычно эти компоненты установлены на подложке 100 либо с использованием “способа поверхностного монтажа” (SMT), а это означает, что компоненты прикреплены к поверхности подложки при помощи средств крепления, либо с использованием “способа монтажа через сквозные отверстия” (THT), а это означает, что выводы, продолжающиеся из компонентов, установлены в отверстиях на подложке и прикреплены к подложке при помощи средств крепления. Заявленное изобретение является пригодным для использования для сборок на печатной плате как на основе способа SMT, так и на основе способа THT, а также для всех других возможных способов установки компонентов на подложке.
Компоненты разных типов содержат разные вещества. Некоторые из этих компонентов имеют высокую ценность, что делает их очень интересными для повторного использования, тогда как повторное использование других компонентов является невозможным или экономически неинтересным из-за затрат, связанных с процедурой повторного использования, и/или из-за надежности повторно используемых компонентов.
Когда повторное использование невозможно, необходимо обеспечить оптимальную утилизацию разных веществ, из которых состоят компоненты. Как и в обычно используемых способах утилизации сборок на печатной плате, не все вещества являются совместимыми с одним и тем же способом переработки, предпочтительно компоненты сначала отделяют от подложки, исходя из их основных составляющих. Кроме того, некоторые компоненты содержат вещества, являющиеся опасными для окружающей среды, и, следовательно, их переработка должна осуществляться отдельно особым образом.
Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение возможности повторного использования и утилизации в максимально возможной степени разных компонентов и/или веществ, составляющих вещество собранных отходов от электронных устройств.
Она достигнута путем категоризации (Q1) электронных компонентов сборки на печатной плате разных типов. Эта категоризация может быть осуществлена на основании, например, ценности повторного использования компонентов, состава, типа/функциональных возможностей, упаковки, размера, токсичности и т.д. Категоризация может быть осуществлена различными способами в зависимости от будущего назначения или от операций, выполняемых применительно к компонентам разных категорий.
Компоненты из компонентов разных категорий прикрепляют (Q2) к подложке при помощи средств крепления разных типов, например, припоя либо электропроводящего или не проводящего электричество клея, имеющего разные заданные температуры теплового расцепления или разные адгезионные свойства, или при помощи иных средств крепления с заданной температурой теплового расцепления или разными адгезионными свойствами, или, в альтернативном варианте, при помощи комбинаций вышеупомянутых средств крепления разных типов, которые могут быть объединены для обеспечения возможности дальнейшего улучшения сортировки разных компонентов.
Если средства крепления имеют разные температуры теплового расцепления, то это означает, что путем нагрева совокупности сборок на печатной плате до температуры теплового расцепления средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления из всех средств крепления, имеющих температуру теплового расцепления или диапазон температур, компоненты первой категории, закрепленные при помощи вышеупомянутого средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления, будут отсоединены от подложки, тогда как компоненты всех остальных категорий остаются на подложке. Компоненты первой категории собирают и удаляют для возможных дополнительных операций разделения и переработки перед дальнейшим нагревом оставшихся отходов до второй по величине самой низкой температуры теплового расцепления средства крепления. Когда оставшиеся отходы от электронных устройств нагреты до температуры теплового расцепления средства крепления, используемого для компонентов второй категории, компоненты второй категории могут быть собраны и удалены для дальнейшей переработки.
Это пошаговое увеличение температуры нагрева продолжают до тех пор, пока все категории компонентов не будут отсоединены от подложки и в качестве последней части процедуры разделения остаются только те подложки, возможно с оставшимися компонентами одной категории, совместимыми с утилизацией подложек, и возможно с другими отходами. Это означает, что все компоненты разных категорий были отсоединены от подложки и в той же самой процедуре отсортированы в соответствии с заданными категориями, что является важным для обеспечения возможности сбережения разных компонентов/веществ наилучшим образом.
В альтернативном варианте могут использоваться средства крепления с разными адгезионными свойствами. В этом случае сборку на печатной плате нагревают до некоторой температуры, при которой компоненты первой категории могут быть отсоединены при помощи относительно небольшой внешней силы. Когда эта температура достигнута, сборку на печатной плате подвергают воздействию внешних сил, действующих на разные компоненты. Сила первоначально является малой для отсоединения компонентов той категории, которые прикреплены при помощи средства крепления, имеющего наименьшую адгезионную прочность. Затем силу пошагово увеличивают для отсоединения и сбора компонентов разных категорий по отдельности.
В альтернативном варианте сборку на печатной плате нагревают до некоторой температуры, при которой компоненты первой категории могут быть отсоединены при помощи относительно небольшой внешней силы. Когда эта температура достигнута, то сборку на печатной плате подвергают воздействию некоторой (малой) внешней силы, действующей на разные компоненты сборки, для отсоединения компонентов первой категории. После того, как компоненты первой категории были отсоединены, сборку на печатной плате нагревают далее до более высокой температуры, при которой компоненты второй категории могут быть отсоединены при помощи относительно малой внешней силы. Когда эта температура достигнута, сборку на печатной плате подвергают воздействию некоторой (малой) внешней силы, действующей на разные компоненты, в силу чего компоненты второй категории могут быть отсоединены после того, как они подвергнуты воздействию внешней силы при этой температуре. Затем температуру пошагово увеличивают для отсоединения и сбора компонентов разных категорий по отдельности. В альтернативном варианте могут быть отрегулированы как температура, так и внешняя сила.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате некоторые из компонентов различных категорий прикреплены при помощи средства крепления, имеющего разные значения температуры теплового расцепления, тогда как компоненты других категорий прикреплены при помощи средств крепления, имеющих разные адгезионные свойства. Например, компоненты первой категории прикреплены при помощи первого припоя, компоненты второй категории прикреплены при помощи первого клея, компоненты третьей категории прикреплены при помощи второго клея и т.д. Путем совместного использования разных средств крепления компоненты выбранных категорий могут быть отсоединены и собраны по отдельности.
Для дальнейшего усовершенствования сборки на печатной плате и способа утилизации часто используемые компоненты и/или компоненты, имеющие большой размер, разделены на категории и прикреплены к подложке при помощи средств крепления с низкими температурами теплового расцепления для уменьшения потребления энергии, задействованной при нагревании большего количества отходов, чем то, которое необходимо, до более высоких температур.
В одном из вариантов осуществления сборки на печатной плате компоненты тех категорий, которые являются более чувствительными к высоким температурам или имеют более высокую вероятность повторного использования, прикреплены при помощи средства крепления с низкой температурой теплового расцепления для повышения надежности компонентов, закрепленных на подложке, или для улучшения функциональности повторно используемых компонентов.
Для дальнейшего усовершенствования сборки на печатной плате и способа утилизации сборки на печатной плате на подложке напечатана информационная метка для указания того, как разные компоненты разделены на категории, и какие средства крепления использованы для каждой из категорий.
Перед инициированием процесса утилизации сборки на печатной плате сортируют для того, чтобы идентифицировать и одновременно обрабатывать сборки на печатной плате, разделенные на категории, одинаковым образом.
Для дальнейшего усовершенствования способа утилизации нагретые сборки на печатной плате могут быть подвергнуты воздействию внешних сил для гарантированного фактического отсоединения всех компонентов в каждой категории от подложки после того, как средство крепления расплавилось.
Даже несмотря на то, что разные средства крепления имеют разные заданные температуры теплового расцепления, целесообразно выбирать средства крепления с температурами отсоединения, отличающимися друг от друга, по меньшей мере, на несколько градусов, предпочтительно на 10-20 градусов, для гарантии того, что компоненты разных категорий не будут непреднамеренно отсоединены и смешаны во время процесса утилизации.
Основываясь на описанной выше идее изобретения, ниже приведены некоторые конкретные варианты осуществления изобретения для облегчения понимания настоящего изобретения.
На Фиг. 1 показана сборка 10 на печатной плате согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, и сборка 10 на печатной плате содержит подложку 100 и несколько электронных компонентов, прикрепленных к подложке 100. Подложка 100 представляет собой несущую плату для различных компонентов, прикрепленных к ней. Сборка 10 на печатной плате может содержать электронные компоненты множества разных типов, такие как, например, резисторы R1-R5, транзистор T1, трансформатор TR1, конденсатор C1-C2, катушку индуктивности, интегральную схему (ИС) IC1, переключатель SW1 и диоды D1, закрепленные на подложке 100. В подробном изложении, в одном из вариантов осуществления изобретения резисторами R1-R3 являются резисторы, установленные по способу THT (например, проволочные резисторы, угольнопленочные резисторы), а резисторами R4-R5 являются керамические резисторы, установленные по способу SMT, транзистор T1 представляет собой биполярный плоскостной транзистор или полевой транзистор, трансформатор TR1 представляет собой трансформатор с медными обмотками, конденсатор C1 представляет собой конденсатор, установленный по способу THT (например, керамический конденсатор, электролитический конденсатор), а конденсатор C2 представляет собой конденсатор, установленный по способу SMT (например, керамический конденсатор, электролитический конденсатор или танталовый конденсатор), переключатель SW1 представляет собой транзисторный электронный переключатель, диод D1 представляет собой полупроводниковый диод. L1 представляет собой место для печати или прикрепления соответствующей информации о категоризации электронных компонентов и/или о способах крепления и/или о температурах теплового расцепления/адгезионных свойствах используемого средства крепления.
На Фиг. 2 проиллюстрированы этапы, выполняемые в способе сборки для сборки 10 на печатной плате. Перед закреплением компонентов на подложке 100 на этапе S1 их разделяют на различные категории или подкатегории. Например, их сначала разделяют на категории в соответствии с тем, относятся ли они к типу компонентов, установленных по способу SMT, или же к типу компонентов, установленных по способу THT. Таким образом, резисторы R4-R5 и конденсатор C2 относят к первой категории как компоненты, установленные по способу SMT, а остальные вышеупомянутые компоненты могут быть отнесены ко второй категории как компоненты, установленные по способу THT. В альтернативном варианте эти компоненты из первой и второй категорий могут быть дополнительно разделены на разные подкатегории. Например, резисторы R4-R5 могут быть дополнительно отнесены к первой подкатегории, а конденсатор C2 может быть дополнительно отнесен ко второй подкатегории, и может быть дополнительно произведено разделение на подкатегории на основании того, являются ли компоненты опасными с точки зрения экологии. Другие компоненты из второй категории могут быть отнесены к третьей подкатегории с учетом их остаточной ценности для утилизации для гарантии того, что вещество из этих компонентов может использоваться для изготовления других товаров. Трансформатор TR1 и ИС IC1 могут быть дополнительно отнесены к четвертой подкатегории вследствие их сравнительно высокой остаточной ценности для повторного использования.
Таким образом, в качестве примера, на основании вышеупомянутой категоризации при сборке сборки 10 на печатной плате могут быть выполнены следующие дополнительные этапы. Сначала выполняют этап S2, на котором резисторы R4-R5 из первой подкатегории и конденсатор C2 из второй подкатегории закрепляют на подложке 100 при помощи клея, например клея 2035Z-SERIES, выпускаемого фирмой "Permacol", который имеет температуру размягчения, приблизительно 100°C. Во время этого этапа S2 эти компоненты, устанавливаемые по способу SMT, размещают в надлежащих местах и механически прикрепляют к подложке. Затем выполняют этап S3, на котором на подложке закрепляют резисторы R4-R5 из первой подкатегории при помощи первого припоя, например припоя, который, в основном, состоит из 65Sn/25Ag/10Sb, имеющего температуру плавления, приблизительно 233°C. На этапе S4 на подложке закрепляют конденсатор C2 из второй подкатегории при помощи второго припоя, например, припоя, который, в основном, состоит из 93,5Sn/3Sb/2Bi/1,5Cu, имеющего температуру плавления, приблизительно 218°C. На этапе S5 на подложке закрепляют остальные компоненты из третьей подкатегории при помощи третьего припоя, например, припоя, который, в основном, состоит из 91Sn/9Zn, имеющего температуру плавления, приблизительно, 199°C. На этапе S6 на подложке закрепляют трансформатор TR1 и ИС IC1 из четвертой подкатегории при помощи четвертого припоя, например припоя, который, в основном, состоит из 48Sn/52In, имеющего температуру плавления, приблизительно 118°C. Во время этапов S2-S5 эти компоненты электрически закрепляют на подложке.
В альтернативном варианте может быть выполнен дополнительный этап S7, содержащий печать или закрепление информационной метки на подложке для указания категоризации электронных компонентов и характеристик разных средств крепления, соответствующих каждой категории. Характеристиками разных средств крепления могут являться, например, наименование и/или основной состав каждого клея и/или припоя, температуры их теплового расцепления и т.д.
Возможно, но не обязательно, в других вариантах осуществления изобретения этап S2 может содержать закрепление резисторов R4-R5 из первой подкатегории на подложке 100 при помощи первого клея, например, клея 2035Z-SERIES, выпускаемого фирмой "Permacol", который имеет температуру размягчения, приблизительно 100°C, и закрепление конденсатора C2 из второй подкатегории на подложке 100 при помощи второго клея, например, клея Epibond® 7275, выпускаемого фирмой "Alpha Metals UK", Великобритания, который имеет температуру размягчения, приблизительно 80°C. Таким образом, этапы S3 и S4 электрического закрепления компонентов, устанавливаемых по способу SMT, также могут быть выполнены с использованием припоя одинакового типа, чтобы использовать меньшее количество типов припоя.
Когда заканчивается срок эксплуатации сборки 10 на печатной плате, описанной в вышеупомянутом конкретном варианте осуществления изобретения, и производится ее утилизация целиком, для ее разборки могут быть выполнены этапы, показанные на Фиг. 4, для сбора различных компонентов для их повторного использования или утилизации, или для дальнейшей переработки экологически опасных компонентов.
Сначала выполняют этап T1, на котором обнаруживают информационную метку, напечатанную на подложке, для получения информации о категоризации электронных компонентов и о характеристиках средств крепления, соответствующих каждой категории. Этап T2 выполняют путем нагрева сборки на печатной плате до первого заданного диапазона температур, например до 118°C-125°C, который является достаточным для отсоединения трансформатора TR1 и ИС IC1 из четвертой категории от подложки, при этом электронные компоненты других категорий остаются закрепленными на подложке. Затем выполняют этап T3, на котором трансформатор TR1 и ИС IC1 отсоединяют от подложки и после этого собирают в контейнере. В альтернативном варианте на этапе T3 к трансформатору TR1 и к ИС IC1 может быть приложена внешняя сила, что помогает отсоединить их от подложки. На этапе T4 сборку на печатной плате нагревают до второго заданного диапазона температур, например до 199°C-205°C, который является более высоким, чем первый заданный диапазон температур, и достаточным для отсоединения конденсатора C2 из третьей категории от подложки, при этом электронные компоненты остальных категорий остаются закрепленными на подложке. На этапе T5 конденсатор C2 из второй категории отсоединяют от подложки и собирают, например, во втором контейнере. На этапе T6 сборку на печатной плате нагревают до третьего диапазона температур, который является более высоким, чем первый и второй диапазоны температур, например до 218°C-225°C. На этапе T7 резисторы R4-R5 из второй категории отсоединяют от подложки и собирают, например, в третьем контейнере. На этапе T8 сборку на печатной плате нагревают до четвертого диапазона температур, например до 233°C-240°C. На этапе T9 оставшиеся компоненты из первой категории отсоединяют от подложки и собирают, например, в четвертом контейнере. Таким образом все компоненты шаг за шагом отделяют от подложки и собирают в надлежащем порядке для дальнейшей переработки.
Следует понимать, что вышеупомянутая категоризация компонентов приведена просто в качестве примера; существует множество различных критериев для разделения этих компонентов на разные категории или подкатегории, но общий принцип состоит в том, что категоризация служит для облегчения сортировки компонентов в целях утилизации или повторного использования компонентов после того, как они были отсоединены от подложки. Например, в соответствии с веществами или с составами компонентов, электронный переключатель SW1, полупроводниковый диод D1, биполярный плоскостной транзистор T1, полевой транзистор T1, интегральная схема IC1 могут быть отнесены к одной категории вследствие того, что их вещества содержат полупроводниковые материалы (Si, Ge, GaAs и т.д.); а остальные могут быть отнесены к другой категории вследствие того, что их составы не содержат полупроводниковые материалы. В другом варианте осуществления изобретения компоненты разделены на две категории на основании их размеров, как показано на Фиг. 4 и Фиг. 5, на которых изображена другая сборка 20 на печатной плате, то есть, все малые компоненты, такие как диод D21, транзистор T21, резисторы R21 и R22, установленные по способу SMT, конденсаторы C21 и C22, установленные по способу SMT, и ИС IC21, закреплены на стороне B подложки 200, тогда как остальные компоненты, такие как трансформатор TR11, конденсаторы C11 и C12, установленные по способу THT, транзисторы R11-R14, установленные по способу THT, и транзисторные электронные переключатели SW11 и SW12, закреплены на стороне А (на стороне, противоположной стороне B) подложки 200.
Выше было приведено описание разных вариантов осуществления настоящего изобретения. Само собой разумеется, что эти варианты осуществления изобретения могут быть объединены или видоизменены, не выходя за пределы объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
1. Сборка (10) на печатной плате, в которой упомянутая сборка на печатной плате содержит: подложку (100), электронные компоненты, причем каждый электронный компонент прикреплен к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, в зависимости от того, к какой категории принадлежит упомянутый компонент, причем электронные компоненты разделены на категории и каждый электронный компонент из одной категории прикреплен к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, отличные от температуры теплового расцепления и/или от адгезионных свойств по меньшей мере одного средства крепления, используемого для закрепления электронных компонентов других категорий на подложке, причем электронные компоненты на подложке разделены на категории на основании их состава и/или свойств для облегчения утилизации веществ, содержащихся в компоненте, и/или повторного использования функции компонента, или причем расположенные на подложке электронные компоненты наиболее часто используемого типа закреплены на подложке при помощи средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления или самую слабую адгезионную прочность по сравнению с температурой теплового расцепления или с адгезионной прочностью других используемых средств крепления, или причем электронные компоненты, имеющие аналогичный состав, отнесены к одной и той же категории, тогда как электронные компоненты, имеющие разные составы, отнесены к разным категориям, или причем те электронные компоненты, которые содержат аналогичные экологически опасные вещества, отнесены к одной и той же категории, тогда как те электронные компоненты, которые содержат разные экологически опасные вещества, отнесены к разным категориям, или причем категории, содержащие электронные компоненты, являющиеся более чувствительными к высоким температурам или имеющие более высокую вероятность повторного использования, прикреплены при помощи средств крепления, имеющих сравнительно низкую температуру теплового расцепления или сравнительно слабую адгезионную прочность.
2. Сборка на печатной плате по п. 1, в которой на подложке напечатана или закреплена информационная метка (L1) для указания категоризации электронных компонентов и/или характеристик средств крепления, соответствующих каждой категории.
3. Сборка на печатной плате по любому из предыдущих пунктов, в которой средство крепления выбрано из группы, состоящей из припоев, электропроводящих или не проводящих электричество клеев или любых иных средств крепления, которые электрически и/или механически соединяют компоненты с подложкой, или из любых комбинаций упомянутых средств крепления.
4. Сборка на печатной плате по п. 1 или 2, в которой сборка на печатной плате содержит электронные компоненты двух разных категорий и каждая категория расположена на одной стороне подложки.
5. Сборка на печатной плате по п. 3, в которой сборка на печатной плате содержит электронные компоненты двух разных категорий и каждая категория расположена на одной стороне подложки.
6. Способ сборки для сборки на печатной плате, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых: разделяют (Q1) разные электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке сборки на печатной плате, на категории, закрепляют (Q2) каждый электронный компонент на подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, в зависимости от того, к какой категории относится упомянутый компонент, причем каждый электронный компонент из одной категории прикрепляют к подложке при помощи средства крепления, имеющего заданную температуру теплового расцепления и/или заданные адгезионные свойства, отличные от температуры теплового расцепления и/или от адгезионных свойств по меньшей мере одного средства крепления, используемого для закрепления на подложке электронных компонентов других категорий, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых: начинают с категории, которую закрепляют (S3) при помощи средства крепления, имеющего самую высокую температуру теплового расцепления и/или наибольшую адгезионную прочность при заданной температуре, после чего следует категория, которую закрепляют (S4) при помощи средства крепления, имеющего вторую по величине наиболее высокую температуру теплового расцепления и/или вторую по величине адгезионную прочность при заданной температуре, и продолжают сборку любых остальных электронных компонентов до тех пор, пока все электронные компоненты не будут закреплены на подложке с использованием средств крепления, имеющих пошагово уменьшающиеся значения температуры теплового расцепления и/или пошагово уменьшающуюся адгезионную прочность, при этом этап разделения (Q1) на категории содержит операцию разделения расположенных на подложке электронных компонентов на категории на основании их состава и/или свойств для облегчения утилизации веществ, содержащихся в компоненте, и/или повторного использования функции компонента, или при этом расположенные на подложке электронные компоненты наиболее часто используемого типа закрепляют на подложке при помощи средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления или самую слабую адгезионную прочность по сравнению с температурой теплового расцепления или адгезионной прочностью других используемых средств крепления, или при этом этап разделения (Q1) на категории содержит следующий этап, на котором: относят к одной и той же категории электронные компоненты, имеющие аналогичный состав, тогда как электронные компоненты, имеющие разные составы, относят к разным категориям, или при этом этап разделения (Q1) на категории содержит этап, на котором: относят к одной и той же категории те электронные компоненты, которые содержат аналогичные экологически опасные вещества, тогда как те электронные компоненты, которые содержат разные экологически опасные вещества, относят к разным категориям, или при этом категории, содержащие электронные компоненты, являющиеся более чувствительными к высоким температурам или имеющие более высокую вероятность повторного использования, прикрепляют при помощи средств крепления, имеющих сравнительно низкую температуру теплового расцепления или сравнительно слабую адгезионную прочность.
7. Способ по п. 6, в котором электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке при помощи способа поверхностного монтажа, относят к одной и той же категории и электрически соединяют с подложкой при помощи одного и того же электропроводящего клея или припоя.
8. Способ по п. 7, в котором электронные компоненты, подлежащие закреплению на подложке при помощи способа поверхностного монтажа, дополнительно подразделяют на по меньшей мере две подкатегории и электронные компоненты из каждой подкатегории механически закрепляют на подложке при помощи не проводящего электричество клея (S2) или клейкого вещества, отличающегося от используемого для механического закрепления на подложке электронных компонентов других подкатегорий, до их электрического соединения с подложкой.
9. Способ разборки одной или более сборок (10) на печатной плате по любому из пп. 1-5, содержащий этапы, на которых:
a) нагревают (Т2) одну или более сборок (10) на печатной плате до первого заданного диапазона температур, который является достаточным для отсоединения электронных компонентов первой категории от подложки сборки на печатной плате или подложек сборок на печатной плате, тогда как электронные компоненты других категорий остаются закрепленными на подложке или подложках,
b) снимают (Т3) внешнюю силу с электронных компонентов первой категории, расположенных на подложке или подложках, или прикладывают внешнюю силу к электронным компонентам первой категории, расположенным на подложке или подложках, для удаления таких электронных компонентов с подложки или подложек и после этого собирают такие электронные компоненты,
c) нагревают (Т4) одну или более сборок на печатной плате до второго заданного диапазона температур, являющегося более высоким, чем первый заданный диапазон температур, и достаточным для того, чтобы отсоединить электронные компоненты второй категории от подложки или подложек, при этом электронные компоненты остальных категорий остаются закрепленными на подложке или подложках, и/или прикладывают пошагово увеличивающуюся внешнюю силу к электронным компонентам второй категории,
d) удаляют (Т5) электронные компоненты второй категории с подложки или подложек и собирают такие электронные компоненты.
10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий этап, на котором:
продолжают нагрев одной или более сборок на печатной плате до третьего диапазона температур (Т6), являющегося более высоким, чем первый и второй диапазоны температур, и/или прикладывают дополнительно пошагово увеличивающуюся внешнюю силу к электронным компонентам третьей категории на подложке или подложках и собирают (Т7) такие электронные компоненты.
11. Способ по п. 10, содержащий дополнительный этап, который выполняют перед этапом а) и который содержит обнаружение (Т1) информации на информационной метке, напечатанной на подложке или подложках, о категоризации электронных компонентов и/или о характеристиках средств крепления, соответствующих каждой категории.
12. Способ по п. 10, в котором первый заданный диапазон температур соответствует температуре теплового расцепления средства крепления, имеющего самую низкую температуру теплового расцепления из всех используемых средств крепления, имеющих разные температуры теплового расцепления.
