CN1049862A - 二价酸酯和烃溶剂的清洗组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于从印刷电路板上清洗 助焊剂残余物的清洗组合物，该清洗组合物含有二价 酸酯溶剂和一种烃溶剂，并且选择地含有一种混溶组 分，以及还选择地含有水。

Description

本发明涉及一种从基片的表面，特别是从印刷电路板的表面除去助焊剂的清洗组合物和清洗方法。

在将元件焊接到印刷电路板上的焊接操作之前，通常必须使用助焊剂，以确保焊剂焊牢。除了要焊剂焊接的导电表面部分之外，印刷电路板可以用焊接掩膜将基片表面全部盖住加以保护。可以用手工、波峰、回流方法进行焊剂焊接。在用波焊时，基片用机械方法输送过来，并与助焊剂接触，然后与熔融焊剂波接触。在基片上除了存在焊接掩膜的地方外，焊剂粘附到全部导电表面。在回流焊中，含有助焊剂和呈粉状焊接金属的焊膏只是涂在要进行焊剂焊接的地方。将元件就位，并将整个印刷电路板加热以使焊剂熔化。焊接后，在组件上遗留的助焊剂，由于腐蚀、吸水和其他作用，可使电路过早失灵，所以必须除去遗留的助焊剂。

在Hayes等人的U.S.P.4，640，719中公开了萜烯化合物清洗印刷电路板的应用。该专利公开了用萜烯化合物清洗残留助焊剂，特别是松香助焊剂和绝缘带残余物。这些萜烯化合物例如包括α-和β-异构体的蒎烯、γ-萜品烯、δ-3-蒈烯、苎烯和有苎烯的二聚戊烯，最好是二聚戊烯。二聚戊烯是苎烯旋光异构体的外消旋混合物。该专利也指出，这些萜烯化合物几乎完全不溶于水，并且不能直接用水洗去。因此，在优选的方案中，萜烯化合物与一种或 多种能够乳化萜烯和水的乳化表面活性剂混合，以便除去它们。

本发明涉及一种包括（a）一种二价酸酯和（b）一种烃类溶剂的清洗组合物以及这种组合物在除去基片（例如印刷电路板）表面残余物的应用。在本发明的另一个方案中清洗组合物含有相容的组分，例如表面活性剂。在本发明的第三个方案中，清洗组合物含有与水相容的表面活性剂。

本发明的清洗组合物可用于任意基片表面，特别是用于如焊接操作后存在过量残余助焊剂的表面。优选的基片表面是印刷电路板表面，该表面可以或不可以在不需要涂焊剂的区域用焊接掩板永久涂层保护。在本发明中所用的印刷电路板是广义的印刷电路板，并包括印刷线路板（PWBs）。

在本发明中，二价酸酯溶剂和烃溶剂混合使用，并且认为这种混合物全部代替了目前使用的，特别适于清洗印刷电路板的清洗剂的氯氟烃（CFC）溶剂的应用。该清洗组合物可任意地另外含有一种相容的组分，如表面活性剂。另一种任选的且特别优选的方法是与一种添加的相容的表面活性剂一起使用。三氯三氟乙烷和甲醇的共沸物（例如E.I  du  Pont  de  Nemours  and  Company销售的商标为Freon  TMS）比已知的清洗印刷电路板上的助焊剂的方法要好，但是，人们认为，使用全卤化的氯氟烃材料对环境不利，因为它使同温层中的臭氧减少。因此，人们认为，对其他不含全卤化物CFC的清洗组合物的任何改进都是很有意义的。根据本发明，可把残余的离子污染物减少到很低的水平（尽管该水平比用全卤化的CFC甲醇共沸物清洗时稍高）。但是这些结果表明，和使用的其他的包括与乳化剂一起使用的萜烯化合物的清洗剂相比是有显著的改进。

根据本发明，使用二价酸酯或二价酸酯溶剂的混合物。使用常规定义的二价酸酯，典型的包括能够进行酯基反应（例如水解和皂化）的二羧酸（二元酸）的二烷基酯。通常在低pH和高pH时它们能够水解成它们相应的醇和二元酸或酸盐。优选的二价酸酯溶剂有：二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯和它们的混合物。由醇类衍生的具有长链烷基的其他酯类，例如乙基、丙基、异丙基、丁基和戊基的酯和它们的包括甲基酯的混合物都可使用。这些酯的酸部分也可以由其他低分子量和高分子量的二元酸得到，例如由乙二酸、丙二酸、庚二酸、辛二酸和壬二酸及它们的包括优选的二元酸的混合物得到。这些和其他酯类只要它们至少部分溶于烃溶剂并且不是可燃液体（泰格闭杯法闪点等于或高于100°F），并且在25℃水中至少有2.0%（重）的溶解度都可以使用。其他的相容的组分也可以添加，以改进二价酸酯和烃溶剂的互溶性。

在本发明中，一种或多种烃组分与二价酸酯溶剂混合使用。用于本发明中的烃组分类型对清洗效果不是关键的，并且可以从很宽范围的脂族和芳族溶剂中选择。优选的烃化合物或其掺合物不应是可燃液体（泰格闭杯闪点为100°F或更高），并且应具有的溶度参数范围以三维汉森（Hansen）溶度参数系统为基准，用每立方厘米卡的平方根作单位为：非极性烃化合物是6.5-10.5，极性的是0-2.5，氢键合的是0-2.5。比较好的是上述的闪点为140°F或更高的烃化合物或其混合物。这些烃组分的例子是高闪点的由石油得到的溶剂，例如溶剂的（mineral  spirts）、溶剂汽油（naphthas）和很容易从各种来源买到的芳烃。具体的例子有Exxon的“Isopar”、Shell的“Soltrol”和Ashland的“Hi-Sol”溶剂。在本发明中所用的术语“烃溶剂”显然不包括萜烯。

除子二价酸酯和烃溶剂之外，可以使用至少一种相容的组分以改善掺合物的整体互溶性，即二价酸酯和烃溶剂的互溶性。优选的相容的组分是非离子表面活性剂，其不仅可用来改善二价酸酯和烃组分的互溶性，而且在后面的水洗步骤中起促使乳化烃组分的作用。这类相溶的表面活性剂的例子有非离子脂肪醇乙氧基化物，其中的醇是在链（可以是直链或支链）上有10-20个碳原子的伯醇或仲醇，而乙氧基的平均数为2-7。

代替相溶的表面活性剂的相溶的溶剂也可以单独使用，或与表面活性剂一起使用，以进一步改善清洗剂掺合物的互溶性，特别是在低温贮存和处理时所要求的互溶性。这类相溶的溶剂的例子有长链脂族醇和酯、乙二醇、乙二醇醚和乙二醇酯。例如2-乙基己醇、二丙二醇单甲基醚和二丙二醇单甲醚乙酸酯。所选择的相溶组分决不应导致成品清洗剂有较低的闪点。相溶表面活性剂和相溶溶剂可以混合使用。

在本发明中，已经发现水在清洗组合物中能起到增加清洗效果的作用，即由离子污染物的减少测得的结果。水的浓度不是关键的，但通常其用量不应大于组合物重量的2%。水的浓度的一个实例是0.1-0.5%（重）。

并不认为二价酸酯与溶剂的浓度或比例是关键的，这两种组分的百分数可以在很宽的范围内变化，例如仅以这两种组分的重量百分数计，是5-25%的二价酸酯和75-95%的烃溶剂。另外，如果使用酯的混合物，认为每种酯的相应量不是关键的，买来的酯的混合物可以直接使用。

相溶组分的量不是关键的，只要它能起到增加二价酸酯-烃溶剂混合物的溶度的作用便可以。一般地，相溶表面活性剂的用量不大于二价酸酯和烃溶剂混合物的15%（重）。如果需要，一般地，相溶的溶剂可使用例如直到全部掺合物重量的10%。

此外，如果使用酯的混合物，认为各种酯的用量不是关键的，市场上买到的酯混合物可以直接使用。

本发明的重要的准则是，由于使用二价酸酯和烃溶剂的混合物进行清洗，使得离子污染物减少。优选的清洗基片是印刷电路板，更具体地说是焊接操作后有松香助焊剂污染的印刷电路板。因为在制造或在其后使用这样的印刷电路板时会产生疵点，所以对电路板表面洁净度的要求就变得很重要。例如，由于活化的松香助焊剂产生的污染物可能会引起印刷电路板的腐蚀。

在清洗操作中，二价酸酯和烃溶剂混合物的接触方法并不是关键的。优选的清洗组合物的使用方法是喷雾法，但是其他的常规接触操作也可以使用，包括浸渍方法。提高清洗组合物的温度是可行的，例如可以直到90℃，但室温材料可以直接使用。

使用液体之后，最好将基片用水（例如去离子水）清洗。可以加热清洗水以提高清洗效果。

为了说明本发明，提供下列实施例。

实施例1

使用溶剂接触而后用水清洗的两步清洗方法从印刷电路板（PWBs）上除去离子污染残余物，来比较三种烃溶剂组合物的清洗性能。

溶剂1是一种含萜烯烃，主要是二聚戊烯与乳化表面活性剂的组合物。该组合物是由Petroferm公司购买的商标为“Bioact”EC-7的产 品。这种组合物含有少量水，也就是少于1%（重量）的水。

溶剂2和溶剂3是根据本发明的内容而且仅在烃组成上不同的组合物，其含有如下组分：

组分  近似重量%

高闪点烃溶剂  75

二价酸酯  15

Du  Pont  Merpol  SE表面活性剂  10

〔Merpol  SE表面活性剂含有约4%（重）的水〕

溶剂2的烃部分是具有350°F到379°F沸点范围的石油馏份，并且是由85%（重）环烷烃、14%（重）异链烷烃和1%（重）正链烷烃，而芳烃含量小于0.05%（重）组成的混合物。其闪点为127°F，且具有很小的无害气味和低毒性。

溶剂3的烃部分也是石油馏份产品，只是其沸点范围在400°F至441°F之间，闪点为159°F。它是69%（重）环烷烃、29%（重）异链烷烃、2%（重）正链烷烃且芳烃含量小于0.01%（重）的混合物。它也具有小的无害气味和低毒性。

该二价酸酯是己二酸、戊二酸、琥珀酸的混合二甲基酯，其在烃中的极限溶解度小于10%（重），而配方中的表面活性剂组分增强其溶混性。所说的二价酸酯和表面活性剂组分的闪点分别为212°F和199°F。

在本实施例中使用的PWBs是具有704孔的单面型板。每一个PWB测得约有28.0平方时。电路图形由铜构成，该铜用熔化的锡/铅合金覆盖。

所有PWBs都用63/37（重量）共晶锡/铅焊料波在Electrovert  Econopak  Ⅱ波焊机上，焊机维持在250℃下进行焊接，焊机的皮带速度为每分钟6呎，在焊接之前调整500℃预热器从而给出约85℃的PWB顶部温度。在预热和焊接操作之前用刷子涂的助焊剂是一种常用松酯、中等活性助焊剂（Alpha  611F）。

用每一种溶剂清洗用上述方法焊接的一组五个印刷电线路。这些印刷线路板在4分钟内50psi下用所说溶剂逐一喷洗。过量液体溶剂用压缩空气吹扫掉，然后这些印刷线路板用水在4级工业清洗器中清洗。在水温保持55℃下共清洗5分钟。

残留的离子污染物根据军用规格方法MIL-P-28809在“Omega  Meter”600上测得。在15分钟试验中使用掉2500ml的75%（重）异丙醇和25%（重）水。各个读数由每次清洗PWB得到。每一种溶剂的平均结果和计算的标准偏差及离散表示如下：

平均残留离子污染  标准偏差  离散

微克NaCl当量/

平方吋

1.溶剂1  13.6  0.63  0.40

2.溶剂2  5.4  0.43  0.19

3.溶剂3  7.6  1.20  1.40

这些结果证明由于溶剂2和3与溶剂1相比在清洗后的基质上有较低的离子残留物，因而溶剂2和3较大地改善了清洗性能，所说溶剂1含有萜烯烃和乳化表面活性剂。

实施例2

为了与实施例1中描述的组合物比较，制备另一种组合物。溶剂4是一种根据本发明理论的组合物，其含有：

组分  近似重量%

高闪点烃溶剂  92.5

二价酸酯  7.5

该烃组分是实施例1中溶剂2组合物所用的石油馏份产品，其馏程为350°F到379°F，闪点为127°F。

所有PWBs都根据实施例1所述方法进行焊接、清洗和离子污染试验。离子污染试验结果表示如下：

平均残留离子污染  标准偏差  离散

微克NaCl当量/

平方吋

4.溶剂4  6.3  1.3  1.8

这些结果证明当使用不乳化的表面活性剂时可以得到强的清洗效果。

实施例3

制备一些其他组合物，并进行试验，测定组合物中的水量对清洗性能的影响。

溶剂4有本发明的组成，不同之处仅在于表面活性剂组分，其组成如下：

组分  近似重量%

高闪点烃溶剂  75

二价酸酯  15

无水表面活性剂  10

在溶剂4中的表面活性剂部分与在溶剂2和溶剂3所用的Du  Pont  Merpol  SE表面活性剂相似，只是不加水到组合物中。

制备一些其它的组合物，这些组合物除加入水外其组分和比例与溶剂4相似。

制剂  近似重量%水

溶剂5  0.1

溶剂6  0.5

溶剂7  1.0

溶剂4，5，6，和7的烃部分是沸程为400°F到441°F、闪点为159°F的石油馏份产品。它是69%（重）环烷烃、29%（重）异链烷烃和2%（重）正链烷烃而芳烃含量小于0.01%（重）的混合物。它也具有小的无害气味和低毒性。

该二价酸酯是己二酸、戊二酸、琥珀酸的混合二甲基酯，其在所说烃中的极限溶解度小于10%（重），而配方中的表面活性剂组分增强其溶混性。所说二价酸酯和表面活性剂组分的闪点为212°F。

表面活性剂部分是具有平均5摩尔环氧乙烷的脂肪醇乙氧基化物。该醇是一种支链中具有12个碳原子的仲醇。加到溶剂5、6和7中的水的离子要脱除到18兆欧-cm电阻。

在本实施例中所用的pwBs是具有4个加工孔的双面型板。测得每一个PWB约有18平方吋。其基片是具有铜电路图形的环氧玻璃钢板，所说电路图形用熔化的锡-铅合金覆盖。

所有的PWBs都用实施例1所述方法进行焊接、清洗和试验，只是所用助焊剂是常用松脂、已充分活化的助焊剂（Kester  1585-Mil）。离子污染试验结果表示如下：

平均残留离子污染  标准偏差  离散

微克NaCl当量/

平方吋

1.溶剂4  8.0  1.51  2.29

2.溶剂5  4.1  0.71  0.51

3.溶剂6  3.6  0.68  0.46

4.溶剂7  3.6  0.33  0.11

这些结果证明当把水加到清洗溶剂中时可取得改善的清洗性能。

Claims (17)

1、一种配制的用于清洗印刷电路板的清洗组合物，该组合物主要由(a)一种二价酸酯和(b)一种烃溶剂组成，其中烃溶剂的定义除去萜烯。

2、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于二价酸酯溶剂是二甲基酸酯。

3、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于所说的二甲基酯溶剂是二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯或它们的混合物。

4、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于使用二甲基酯溶剂的混合物。

5、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于烃溶剂是高闪点脂族烃。

6、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于，所说的清洗组合物含有（c）可混溶的组分，该组分可增加二价酸酯-烃溶剂混合物的溶解度。

7、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于所说的相溶的组分是另一种溶剂。

8、根据权利要求1所述的清洗组合物，其特征在于所说的相溶的组分是一种表面活性剂。

9、根据权利要求6所述的清洗组合物，其中含有（d）水。

10、一种从基片表面减少残余物的方法，包括用配制的清洗印刷电路板的清洗组合物与所说表面接触，所说清洗组合物主要包括（a）一种二价酸酯溶剂和（b）一种烃溶剂，其中烃溶剂的定义除去萜烯。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所说的基片包括印刷电路板。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于所说的印刷电路板含有助焊剂残余物。

13、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所说的二价酸酯溶剂是二甲基酯。

14、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所说的二甲基酯溶剂是二甲基己二酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基琥珀酸酯或它们的混合物。

15、根据权利要求10所述的方法，其特征在于使用二甲基酯溶剂的混合物。

16、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所说的清洗组合物含有（c）一种混溶的组分，该组分可增加二价酸酯-溶剂混合物的溶解度。

17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于所说的清洗组合物含有（d）水。