1. 제 42회 한국자원리싸이클링학회 학술발표대회
폐인쇄회로기판(PCBA)의 부품분리,
분쇄 및 선별공정에 관한 연구
박승수* 김성민 정인상 문 향
권석제 한성수 서아람 조아람 박재구(한양대학교),
박재범 한 국(에스씨지솔루션즈(주))
한양대학교 자원환경공학과
자원환경처리연구실

2. 목 차
연구의 배경 및 목적
연구방법
공정 1. 부품분리
공정 2. 분쇄/단체분리
공정 3. 물리적선별
결 론

3. 폐인쇄회로기판 재활용의 필요성
연구의 배경
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• 전자·전기제품 사용량의 증가, 교체주기의 감소로 인해 전자폐기물에 대한 발생량 증가.
• 전자폐기물 중 인쇄회로기판(PCBA)에는 Cu, Ni, Au, Ag, Pt 등 많은 유가금속이 함유.
• 인쇄회로기판의 재활용은 폐기물 처리의 대안이자, 자원고갈 및 금속가격 증가의 해결방안.
Fig. 1. (a) 전자폐기물 더미 (b) 전자폐기물 발생량 (c) 전자폐기물에 관한 뉴스 기사
(a)
(b)
(c)

4. 실장인쇄회로기판(PCBA; Printed Circuit Board Assembly)
연구의 배경
(실장)인쇄회로기판
(PCBA; Printed Circuit Board Assembly)
인쇄회로기판
(PCB; Printed Circuit Board)
PCBA = PCB + electronic components
전자 부품
(ECs; Electronic Components)
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5. 연구의 배경
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부품분리의 필요성
 습식제련의 필요성
Table 1. 노트북 인쇄회로기판(PCB)과 각종 전자부품에 함유된 금속의 양 (wt.%)
현재 PCBA 리싸이클링공정을 통해 회수되는 금속
부품에 소량 함유되어 회수되지 못하고 버려지는 금속
PCBA 동제련소에서 건식제련
Ta, Pd 등 미량의 유가금속이
처리과정에서 손실
• Cu, Ag, Au 등
소수의 유가금속만을 회수
• BFR 등의 유해성분소각으로
인한 유독가스 발생

6. 공정흐름도1)
연구 방법
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Shredder
Cut crusher
단체분리장치
Laptop
해체/선별
non-PCBAPCBA
부품분리기
PCBECs
정전선별기 Knelson 분급기
Cu concentrationtailings Cu concentration tailings
1) 특허출원: 10-2014-0052914, 『인쇄회로기판의 구리 선별방법』, 2014.04.30
+180 𝜇𝑚 -180 𝜇𝑚

7. 공정 1. 부품분리
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노트북 PCBA의 부품분리장치2)
PCBA
Feeding/
Crushing rod
Steel brush
IR heater
PCBA in
Heat PCBA
(via IR heater)
Crush large ECs
(via feeding/crushing rod)
Sweep off small ECs
(via steel brush)
Feed PCBA
(via feeding/crushing rod)
Discharge PCBA
(via feeding/crushing rod)
Repeat3times
2) 특허등록: 10-1367307, 한양대학교, 『인쇄회로기판의 부품분리장치』, 2014.02.19
Fig. 2. 노트북 PCBA 부품분리장치 개요도 Fig. 3. 노트북 PCBA 부품분리장치의 처리 흐름도

8. 공정 1. 부품분리
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휴대폰 PCBA의 부품분리장치3)
 소형 부품분리 장치
• PCBA의 종류에 무관하게 부품 분리 가능
• 평균 약 85%의 부품분리율 달성
Heat PCBA
(via IR heater)
Sweep off ECs
(via steel brush)
Feed PCBA
(via screw and hopper)
Discharge PCBA
(via screw and steel brush)
3) 특허출원: 10-2014-0047573, 한양대학교, 『인쇄회로기판의 부품분리장치』, 2014.04.21
Fig. 4. 휴대폰 PCBA 부품분리장치 개요도
Fig. 5. 휴대폰 PCBA 부품분리장치의 처리 흐름도

9. 공정 1. 부품분리
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부품분리율 평가
 최대 부품분리율: 94%
• 온도: 250℃
• 이송속도: 1RPM
(Capacity: 15 kg/hr)
 속도의 영향
• 이송속도가 느려짐에 따라 지수
함수적으로 분리효율 증가
 온도의 영향
• 225℃ - 250℃ 범위 내에서
최대치
cf.> Sn-Ag-Cu 합금의 융점: 217℃
9RPM
6RPM
3RPM
1RPM
0%
20%
40%
60%
80%
100%
200℃
225℃
250℃
275℃
DisassemblyRatio(%)
Maximum
disassembly ratio
Fig. 6. 다양한 조건에서의 부품분리율 비교

10. 공정 2. 분쇄/단체분리
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목 적
 노트북의 인쇄회로기판의 구조의 특이성
• 구리박판과 유리섬유가 판형으로 번갈아가며 쌓여있는 “Sandwich”모양
• 에폭시 수지로 단단하게 결합되어 있는 상태
 기존의 분쇄기를 사용할 경우 두 물질간의 단체분리가 쉽지 않음
 전단력을 주 분쇄메카니즘으로 하여 인쇄회로기판의 단체분리 효율 향상
Fig. 8. 기존 분쇄기를 이용한 인쇄회로기판
분쇄물의 화상
Fig. 7. 인쇄회로기판의 파쇄면 화상

11. 공정 2. 분쇄/단체분리
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분쇄/단체분리장치 구성
단체분리부
회수부
중분쇄부
Feed
금속 비금속
1차분쇄물
분진
중분쇄부
단체분리부
1차 싸이클론
(via steel brush)
2차 싸이클론
(via feeding/crushing rod)
금속입자
비금속
입자
분진
Fig. 9. 분쇄/단체분리장치의 구성 Fig. 10. 분쇄/단체분리장치의 처리 흐름도

12. 감압에 의해
cyclone으로 이동
공정 2. 분쇄/단체분리
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감압
가벼운 입자무거운
입자
상승/분쇄
투입
나선형으로 상승
외벽에서
전단/충격분쇄
중력에 의해
하부로 떨어짐
가벼운 입자
무거운 입자
입자 투입
순환
분쇄/단체분리장치 원리4)
Fig. 11. 단체분리부의 개요도 Fig. 12. 단체분리부의 처리 흐름도
4) 특허출원: 10-2013-0065080, 한양대학교, 『인쇄회로기판의 금속 단체분리장치』, 2013.06.07

13. 단체분리도 평가
 단면적비≒품위로 가정하여 각 입도별 품위분포 작성
 단체분리 입자의 기준을 변경해 가며 분쇄물의 단체분리도를 평가
공정 2. 분쇄/단체분리
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Degreeofliberation(%)
Particle size (㎛)
화상처리 화상해석
𝐿 𝐴(%) =
𝑊𝐴 𝑓𝑟𝑒𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑙𝑒
σ𝑖=1
𝑛
𝑊𝐴 𝑖
× 100
Fig. 13. 화상처리된 이미지 및 이들로부터 해석된 단체분리도 평가자료

14. 화상처리/해석 알고리듬5)
 물질별(Cu, FR-4) 레퍼런스 이미지를 촬영 후 각 물질의 색상성분 대표값을 추출
 연마 시편의 이미지 촬영 후 각 픽셀에 대해서 reference image의 색상성분 대표값과의
오차가 최소가 되는 물질의 색으로 맵핑
공정 2. 분쇄/단체분리
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5) 특허출원: 10-2013-0065081, 한양대학교, 『화상 해석 기법에 의한 단체분리도 평가 장치 및 방법』, 2013.06.07
Fig. 14. 화상처리 및 해석 알고리듬 순서도

15. MLA data와의 비교
 단체분리도 평가 결과의 비교
 디지털 화상현미경(DOM)과 MLA를 각각 이용한 분쇄물의 단체분리도 평가
• 대체로 비슷한 경향을 보이는 것을 확인함
• 입자 면적 측정에서의 기하학적 차이에 의해 약간의 오차 발생
i.e. DOM: 시편의 투영이미지 촬영, MLA: 시편의 단면이미지 촬영
공정 2. 분쇄/단체분리
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Fig. 15. DOM(좌)과 MLA(우)를 통해 촬영된 분쇄물 시편의 이미지
Fig. 16. 입도에 따른 단체분리도 평가 비교

16. 공정 3-1. 정전선별
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원 리
• 접지된 회전전극 (Grounded roll electrode),
코로나 전극 (Corona electrode)
유도 전극(Induction electrode) 으로 구성
• PET/Aluminum, Rare Metal,
Rutile/Zircon/Quarts, Cu/FR-4 선별에 적합.
(Knoll and Taylor, 1984)
Fig. 17. 코로나방전형 정전선별기의 개요도
Fig. 18. 코로나방전형 정전선별기의 사진

17. 공정 3-1. 정전선별
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정전선별
Fig. 19. 코로나방전형 정전선별기 내의 전기장(左), 입자의 궤적에 미치는 힘 모델(中) 입자 궤적 시뮬레이션 (右)
Table 2. 각 조건에서의 탈착지점 및 collecting point 계산
(𝟎, 𝟎) 𝜃 𝑛
𝐹𝑐
𝐹𝑔
𝐹𝑐
𝐹𝑔
𝐹𝑔
(𝒙 𝟎, 𝒚 𝟎)
(𝒙𝒊, 𝒚𝒊)
𝐹𝑒
𝐹𝑒
𝐹𝑟
𝐹𝑒
𝐹𝑒𝐹𝑟
𝐹𝑔
 시뮬레이션 순서
• 전기장 설계 ▷ 입자 탈착점 예측 ▷ 입자 이동궤도 출력
 PCB 분쇄물 정전선별 최적조건
• 입자 변수 : 입도, 밀도, 유전율
• 선별기 변수 : 전극의 세기, 회전전극 회전속도, 유도전극 위치, 회전전극 반경, 유도전극 반경
Conductor
Non-Conductor

18. 공정 3-1. Knelson 분급기
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원 리
r1
r2
r3
r4
r5
r6
h
𝑄1
𝑄2
𝑄3
𝑄4
𝑄5
• Chamber의 회전에 의해 입자에 가해지는 원
심력과 fluidizing water에 의해 입자에 가해
지는 항력이 동시에 작용
• 두 힘의 비(比)에 따라 정광과 광미가 결정됨
𝑋 =
𝐹𝑐
𝐹𝑑
Fig. 20. Knelson 분급기의 내부 모식도 Fig. 21. Knelson 분급기 내부 chamber
Fig. 22. 입자의 영향을 미치는 힘, 원심력(Fc), 항력(Fd)

19. 공정 3-1. Knelson 분급기
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Knelson 분급기
Chamber 1 Chamber 2 Chamber 3 Chamber 4 Chamber 5
d50_Cu 87.8565 ㎛ 52.1685 ㎛ 34.6574 ㎛ 24.8319 ㎛ 18.7800 ㎛
d50_Epoxy 395.3541 ㎛ 234.7584 ㎛ 155.9582 ㎛ 111.7435 ㎛ 84.5099 ㎛
Fig. 23. 각 chamber의 geometry Fig. 24. 입자에 따른 입도별 각
chamber내에서의 X값 변화
Fig. 25. 주어진 조건에서 정광으로 회
수되는 입자의 비율
Table 2. 각 chamber에서의 d50_Cu와 d50_Epoxy (실험조건: Q = 15ℓ/min, N = 1000 rpm)

20. 결 론
20/20
PCBA 를 대상으로 리싸이클링 공정 즉, 부품분리, 분쇄,
선별 등에 대한 실험 및 시뮬레이션을 실시하였다.
현재 공정 전체에서 각 금속의 회수율, 산출율을 포함
하는 Mass Balance 도출 및 최적조건을 찾기 위한 연구
가 진행되고 있다.
향후 분리된 전자 부품에 대한 리싸이클링 공정에 대한
연구를 진행할 예정이다.

21. Thank you!