CARACTERIZAÇÃO DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO
POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA,
VISANDO A RECICLAGEM
RAMUNNO, F. A. L.1; MORAES, V. T 2; ESPINOSA, D. C. R. 3; TENÓRIO, J. A. S 3
1 Colégio Bandeirantes
2 Instituto Mauá de Tecnologia, Centro Universitário, Departamento de Engenharia Mecânica 3 Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Química
E-mail para contato: viviane.moraes@maua.br
RESUMO – Os resíduos de equipamentos eletroeletrônicos são compostos de diversos materiais, dentre eles os metais, que por sua vez podem ter alto valor agregado como o ouro, prata e platina. Metais como o cobre podem viabilizar economicamente os processos de reciclagem uma vez que se identifique a sua predominância nestes resíduos e em seus componentes. Como foco deste estudo fez-se a caracterização de placas de circuito impresso, presentes em todos os equipamentos eletroeletrônicos. O objetivo é avaliar a composição e identificar como o cobre se distribui nas PCIs.Para tanto a metodologia utilizada foi a caracterização por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão de energia, onde também foi adotado o método de mapeamento. Como resultado deste trabalho pode-se concluir que as PCIs de celulares obsoletos não são lead free, apresentam multicamadas de cobre, ao total 7,e identifica-se a predominância de cobre tanto na matriz quanto nos componentes das PCIs.
1. INTRODUÇÃO
As PCI são componentes essenciais dos equipamentos eletroeletrônicos (EEE), sendo encontradas em todos os produtos eletrônicos (setor automotivo, linha branca, linha marrom, telecomunicações, informática, automação e entretenimento) (ABRACI, 2006), além de sistemas bélicos e aeroespaciais. Assim, as PCI estão relacionadas a produção e comercialização de cerca de US$ 1 trilhão em produtos eletrônicos por ano (LADOU, 2006).
Nos últimos anos, a produção mundial de PCI aumentou 8,7%, valor que é inferior ao do aumento da produção no sudeste asiático (10,8%) e na China (14,4%) (LI et al., 2007). Em 2011, a produção estimada de PCI foi de aproximadamente US$ 58,9 bilhões, sendo a China (40,0%), o Japão (17,2%) e Taiwan (14,0%) os maiores produtores. O Brasil é um produtor pouco expressivo, produzindo, em conjunto com o restante das Américas Central e do Sul, menos de 0,25% da demanda mundial (WECC, 2012).
A PCI é um componente básico, utilizado por toda indústria eletrônica, sendo constituída por uma placa na qual são impressas ou depositadas trilhas de cobre. Enquanto a placa se comporta como um isolante elétrico, as trilhas têm a função de conectar eletricamente os componentes e as funções que representam (MELO; RIOS; GUTIERREZ, 2001).
Devido à miniaturização dos componentes e ao aumento da quantidade de conexões, a tecnologia associada às PCI desenvolveu-se: as primeiras placas possuíam trilhas de cobre em apenas um dos lados; em seguida, surgiram as placas dupla face com trilhas nos dois lados; posteriormente, as placas multicamadas, que podem apresentar até 40 camadas e envolver mais de 30 etapas para produção (MELO; RIOS; GUTIERREZ, 2001).
1.1. Materiais e métodos
As placas de circuito impresso estudadas foram provenientes de um lote com aproximadamente 30 kg de aparelhos de telefonia móvel, parcialmente desmantelados, isto é, sem baterias ou carcaças plásticas.
Desses aparelhos, foram utilizadas somente as PCIs na etapa de análise por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia por dispersão de energia (MEV-EDS), visando a reciclagem de metais.
A PCI apresentada na Figura 1 é um exemplo das placas utilizadas nas etapas de caracterização.
Figura 1 – Imagem de uma placa de circuito impresso extraída de um aparelho de telefonia móvel e utilizada no presente trabalho. Seções analisadas por MEV-EDS da placa de circuito impresso com linhas vermelhas verticais: (a) estrutura da PCI; (b) componente SMD acoplado
à PCI; (c) circuito integrado acoplado à PCI. A disposição das seções na amostra embutida segue a ordem: seção (a) localizada à esquerda; (b) localizada ao centro e (c) localizada à
direita.
Foi realizada a análise por MEV-EDS de seções da placa apresentada Figura 1, bem como os componentes extraídos da própria placa a fim de verificar a distribuição e localização dos metais de interesse, entre eles cobre, zinco, ferro, níquel e alumínio.
As amostras e componentes cortados foram primeiramente embutidos em resina epóxi e, em seguida, lixadas e polidas.
As análises por MEV-EDS foram realizadas no Laboratório de Reciclagem, Tratamento de Resíduos e Metalurgia da Universidade de São Paulo (LAREX-USP), com um microscópio eletrônico de varredura de bancada Phenom, modelo ProX, e também no Laboratório de Microscopia Eletrônica e de Força Atômica do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Universidade de São Paulo (LabMicro-PMT-USP), com um microscópico eletrônico de varredura Phillips, modelo XL-30. Em função da utilização do segundo microscópio, as amostras foram recobertas com ouro, a fim de torná-las condutoras e melhorar as imagens e resultados obtidos pelo equipamento.
1.2. Resultados e discussão
Foram obtidas imagens por microscopia eletrônica de varredura e realizadas análises químicas qualitativas por EDS para três amostras embutidas e para as placas metálicas de proteção. Os resultados obtidos são apresentados Figura 2.
(a) estrutura da PCI (b) componente SMD acoplado à PCI
(c) circuito integrado acoplado à PCI Figura 2 – Imagem por elétrons retroespalhados (BSE) da estrutura da PCI (amostra 1a);
Pode-se observar que a matriz da placa se repete na Figura 2 (a); (b) e (c). As imagens obtidas indicam que placa contém até 7 camadas de cobre intercaladas por fibra de vidro. Para identificação dos elementos presentes através da análise por EDS, escolheu-se a amostra (c), por ter mais componentes.
Na
Figura 3, é possível verificar que a fibra de vidro está presente em duas direções e apresentado o mapeamento, por EDS, dos elementos Cu, Sn, Pb, Al, Ca e Si.
Figura 3 – Imagem por elétrons retroespalhados (BSE) da estrutura da PCI (amostra c); e mapeamento dos elementos por EDS.
Conforme distribuição dos metais presente na Figura 3, a placa de circuito impresso estudada é composta por camadas de cobre intercaladas pela fibra de vidro, composta por silício e cálcio. Observa-se também a presença de alumínio na resina em contato com a fibra. Esta mesma distribuição foi encontrada por Silvas (SILVAS, 2014) para PCI provenientes de impressoras obsoletas. Como não foram utilizadas placas lead free, a solda eletrônica utilizada apresenta em sua composição chumbo e estanho.
Observa-se predominância de cobre em todo a extensão das PCIs tanto na matrix quanto em seus componentes.
Desta forma indica-se estudos de reciclagem de cobre a partir de PCIs. Inicialmente é recomendado a cominuição das PCIs a fim de liberar os materiais que as compõem e assim expor o cobre que está entre as camadas de fibra de vidro e resina.
Segundo (MORAES, 2011) pode-se realizar cominuição em moinho de martelos, seguida de separação magnética; com recuperação de metais por rota hidrometalúrgica. Nesta etapa ocorre a lixiviação de cobre de forma seletiva através de uma lixiviação com ácido sulfúrico 1M; 75°C por 4h para a remoção de ferro, zinco, níquel e estanho; onde o resíduo da primeira lixiviação é submetido a segunda lixiviação com ácido sulfúrico 1M, 75°C, em meio oxidante por 4h para a extração seletiva de cobre. A solução resultante desta lixiviação é o sulfato de cobre, que pode ser utilizado na própria indústria de fabricação de placas de circuito impresso como componente do banho de eletrodeposição.
CONCLUSÃO
Com os resultados deste trabalho pode-se concluir que as PCIs estudadas não são lead free e apresentam chumbo em sua composição de forma isolada na solda dos componentes; as placas são multicamadas ou multilayer, pois apresentaram 7 camadas de cobre intercalada com a matriz. A matriz é composta de fibra de vidro e resina.
Como elemento metálico em predominância nas PCIs de celulares obsoletos destaca-se o cobre, que por sua vez apresenta valor agregado, podendo viabilizar os processos de reciclagem subsequentes.
REFERÊNCIAS
ABRACI. Mercado Nacional de Circuitos Impressos, 2006. Disponível em: <http://www.abraci.org.br/arquivos/ICI.pdf>. Acesso em: 10 fev. 2015.
LADOU, J. Printed circuit board industry. International Journal of Hygiene and
Environmental Health, v. 209, n. 3, p. 211–219, maio 2006.
LI, J.; LU, H.; GUO, J.; XU, Z.; ZHOU, Y. Recycle technology for recovering resources and products from waste printed circuit boards. Environmental Science & Technology, v. 41, n. 6, p. 1995–2000, 15 mar. 2007.
WECC. WECC Global PCB Production Report For 2011. [s.l: s.n.].
MELO, P. R. DE S.; RIOS, E. C. D.; GUTIERREZ, R. M. V. Placas de circuito impresso: mercado atual e perspectivas. BNDES Setorial, v. 14, p. 113–136, 2001.
SILVAS, F. P. C. Utilização de hidrometalurgia e biohidrometalurgia para
Paulo, 2014.
MORAES, V. T. Recuperação de Metais a partir do Processamento de Placas de
Circuito Impressos de Celulares Obsoletos. [s.l.] Escola Politécnica da Universidade de São
