DE1958875B2

DE1958875B2 - Toloul enthaltende waschfluessigkeit zur reinigung der ober flaeche gedruckter schaltungen

Info

Publication number: DE1958875B2
Application number: DE19691958875
Authority: DE
Inventors: Herbert 8750 Aschaffenburg Kunzig
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1969-11-24
Publication date: 1972-01-20
Also published as: AT299649B; NL7016875A; FR2072328A5; DE2125447A1; DE2125447B2; DE2125447C3; DE1958875C3; DE1958875A1

Description

Die lilmdung bezieht sich auf cine Toluol enthaltende Waschflüssigkeit zur Reinigung von Oberflächen gedruckter Schaltungen, die mit einer nach dem Föten Iiirückgebliehenen F'lußinittelschichl auf Harz- bzw. Kolophoniumbasis überzogen sind.

Gedruckte Schaltungen bestehen aus Isolierstoffplatten, die Leiterzüge zum Aufbau elektronischer Schaltungen tragen. Außerdem sind sie noch mit elektronischen Bauelementen bestückt. Die Verbindung /wischen den Leiterzügen und den Anschlüssen der Bauelemente wird in den weitaus häufigsten Fällen durch Löten geschaffen.

Beim Löten ist der Einsatz von Flußmitteln erforderlich. Flußmittel werden durch die Erwärmung beim Löten in ihrem chemischen Aufbau verändert. Primär sind davon die beigemischten Aktivaloren betroffen, die Spaltprodukte, insbesondere Säuren, bilden. Diese reagieren mil den anwesenden Metallen, Metalloxyden bzw. Meiailhydroxyden, so daß sich von Oberflächenfilmen freie Metalle mit dem Lot verbinden können. Die Trägersiibstanz des Flußmittels begünstigt dabei die Benetzung durch Herabsetzung der Oberflächenspannung des flüssigen Lotes.

Bei diesem Prozeß entstehen demzufolge Spaltprodukte und Metallsalze, die nach dem Löten in der 1 rägersubstanz des Flußmittels eingeschmolzen und in dieser Phase nicht sichtbar sind.

Der Zweck der Reinigung von gedruckten Schaltungen ist, die nach dem Löten verbleibenden Riickstände des Flußmittels zu entfernen.

Da die Spaltprodukte chemisch instabil sind und starke Alterungserscheinung^n als Funktion von Lagertemperatur und Zeit aufweisen, gestaltet sich die Reinigung nach bisher üblichen Verfahre", schvvierig und ist teilweise sogar unmöglich.

Fs ist bekannt, bei in Wasser unlöslichen Flußmitteln, insbesondere Flußmittel auf Kolophoniumbasis. Lösungsmittel oder deren Gemische einzusetzen, um die Flußmittelrückstände abzulösen.

Derartige Lösungsmittel sind z. B. Trichloräthvlen. Perchloräthylen, 1,1.1 -Trichlor-äthan. 1.1.2-Trichlor-1.2.2-1 rifluo'r-äthan. Toluol, Alkohole. Äthyl-. Metini-, Isopropvl-. Butyl- usw.

Ferner ist aus den USA.-Patentschriften 2 99S)SIf) und 3 340 199 bekannt, zum Reinigen von gedruckten Schaltungen Gemische aus Isopropylalkohol und Toluol, aus I.U-Trichlor-l^J-trifluor-äthan und Methylalkohol sowie aus 1.l.2-Trichlor-1.2.2-trifli.iorätluin und Isoprop)!alkohol zu verwenden.

Diese Lösungsmittel haben den Nachteil, daß die Spaltprodukte der Aktivatoren und die Metallsalze aus der Lösung ausgefüllt werden und daß auf den gedruckten Schaltungen nach dem Zutritt son leuchter I uft weiße Niederschläge einstehen. Diese Nieder-

4" schlage sind sehr schwer zu entfernen, Unter ZuI uhr hoher kinetischer Lncrgie in Ultraschallfeldern oder und im lleißdampf über Kochsümpfen versucht man. teilweise in mehreren Reinigungsstufen, die weißen Niederschläge auf ein Minimum zu reduzieren. Nach teile dieser Rcmigungsmethode sind unter anderem die geringe Beständigkeit von Kunststoffen und Isolalionsmatcrialicn gegen hochchloriertc Kohlenwasserstoffe und die Gefahr, mittels Ultraschall elektronische Bauelemente zu zerstören, '-erner können

Γι" die Metallsalze auf der Oberfläche von gedruckten Schalungen durch die Luftfeuchtigkeit dissoziieren, wodurch die Möglichkeit einer langsam verlaufenden Korrosion gegeben ist. Dies beeinträchtigt erheblich die Zuverlässigkeit von elektronischen Anlagen. Durch

j.') diese Fakten sind die bekannten Keinigimgsinethodcn irir beschrankt einsalzfähig.

Der I Hindu ng hegt die Aufgabe zugrunde. Wa>chtlüssigkeilen zum Reinigen von Oberflächen von gedruckten Schaltungen anzugeben, bei dem die in der abzuwaschenden Schicht enthaltenen Spaltprodukt und Metallsalze keine unerwünschten Folgeerscheinungen hervorrufen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Waschflüssigkeit aus Toluol und Essiges säure-n-butylestcr besieht.

Ausgangspunkt für diese Lösung war die Beobachtung, daß die beim Löten entstandenen Spaltprodukte und Salze ebenso wie die Aktivatoren in der KoIo-

Shonjiinischicht eingeschmolzen und au Herd em offenar auch darin gelöst sind. Dementsprechend bestehen «Iso Wechselwirkungen /wischen dem Kolophonium tinerseits und den Spallproduklen, Salzen sowie den Akiivaioren andererseits. Daraus kann auf das Vorhandensein entsprechender kolloidaler Teilchen in der nach dem Löten zurückgebliebenen, erstarrten Schicht geschlossen werden.

Weiter ist es bekannt, daß die Gegenwart von Ionen die Beständigkeit insbesondere lyophober Kolloide stark beeinträchtigt.

Obwohl in der beim Löten zurückgebliebenen Schicht auch Salze und Spaltprodukte eingeschmolzen sind, ist in diesem Fall noch keine Beeinträchtigung der Beständigkeit der Kolloide gegeben, da Salze und Spaltprodukte nicht in Wasser löslich. Eine Dissoziation und damit auch eine entsprechende ionenbildung kann jedoch leicht beim Reinigen der Oberfläche einer gedruckten Schaltung mittels Abwaschen auftreten lind dann /u den eingangs angegebenen Schwierigkeiten führen. D ese Schwierigkeiten treten aber bei Verwendung einer Waschflüssigkeit nicht auf. die einerseits die Grundsubstanz der Schicht löst, andererseits aber gegenüber den Kolloider, lyophobes Verhalten zeigt. Eine derartige lyophobe Waschflüssigkeit besitzt eine nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Mn einer solchen lyophoben Waschflüssigkeit ist es möglich, eine nach dem Löten zurückgebliebene Kolophoniumschicht derart abzuwaschen, daß mit den Spaltprodukten und Metallsalzen gebildete Kolloide erhalten bleiben · nd daß die kolloidale Lösung verdünnt wird. Unerwünschte, durch das Ausfallen von Spaltprodukten und ' leiallsalz~n bedingte Folgeerscheinungen werden dadmch vor'eilhaftcrweisc vermieden.

Der Reinigungsvorgang der Oberfläche wird zweckmäßig durch ein Besprühen mit der lyophoben Waschflüssigkeit unterstützt. Die dabei zugeführte kinetische Energie bewirkt keine Ciefiihrdnng der elektronischen Buuelemcntc.

Da technisch aus wirtschaftlichen Gründen eine Verdünnung «unendlich« der kolloidalen Lösung nici.t möglich ist. verbleibt auf den gedruckten Schaltungen ein wenige Moleküllagcn dicker, nicht sichtbarer Rest-IiIm. der aber seine kolloidale Struktur beibehalten hat. Eine Dissoziation dieses Rcstlilmcs durch zut^retende luftfeuchtigkeit ist nicht beobachtet worden, so daß störende Einflüsse nicht zu erwarten sind.

/ur Durchführung des vorstehend beschriebenen Reinigungsverfahrens sind verschiedene Waschflüssigkeiten geeignet. Eine Anzahl \on diesen sowie beim Aufbau bzw. bei der Zusammenstellung einer Waschflüssigkeit zu beachtende Gesichtspunkte sollen im folgenden näher beschrieben wurden.

Beim Aufhau einer Waschflüssigkeit wird von einem Hasis-Lösiingsmiüel-Gcmisch ausgegangen, in der die zu entfernende Schicht, im allgemeinen ein Flußmittel /um Inten aus Kolophoniumbasis, löslich ist und die gegenüber in der Schicht enthaltene Kolloide lyophobes Verhalten aufweint. Ais besonders geeignet hat sich dazu ein Gemisch aus zwei Komponenten A. B erwiesen, wobei für die Komponente Λ reines Toluol und für Komponente B Essigsäure-n-butylester bevorzugt wird, da sich in diesem Fall praktisch keine Oxydation des Lötmaterials gezeigt hat. Für die Komponente B sind aber auch Essigsäiire-Äthylester bzw. Essigsäure-Methylester geeignet. Die bei der Auswahl der Stoffe für die Komponente B zu beachtenden Probleme werden nachstehend am Beispiel des Essigsäuie-Äthylester erläutert.

Essigsäure-Äthylester besitzt eine größere Löslichkeil für Wasser. Bei Verwendung dieses Stoffes ist daher mit einem bestimmten Wasseranteil in der ersten organischen Substanz, die aus den Komponenten A, B besteht, zu rechnen. Der Wasseranteil wiederum bedingt eine Dissoziation. Man erhält dadurch eine Waschflüssigkeit, die ein saures Verhalten zeigt.—

ίο Da bekanntlich lyophobe kolloidale Lösungen durch Elektrolyse zum Ausflocken gebracht werden können und in den im Kolophonium gelösten Kolloiden Salze enthalten sind, entstehen somit Störungen, deren Grad von der lonenkonzentration des Elektrolyten und dementsprechend von dem im Basis-Lösungsmittel-Gemisch gelösten Wasser abhängt. Für eine Waschflüssigkeit nach der Erfindung wird daher Essigsäuren-butylester bevorzugt, der ebenso wie Toluol eine zu vernachlässigende Wasserlöslichkeit besitz:. Ein Ver-IList des lyophoben Verhaltens des Basis-Losungsiiiittel-Gemisches ist in diesem Fall ausgeschlossen.

Die Wahl der Anteile der Komponenten A. B ist nicht besonders kritisch. Die Grenzfälle annähernd 1 Oü'V₀ A bzw. B sind jedoch auszuschließen. Zweckmäßigerweise werden jedoch etwa gleich große Anteile der Komponenten A. B gewählt. Als Versuchsbeispiele wurden Üasis-Lösunesmiliel-Gemische. bestehend aus 40 Volumprozent. 50 Volumprozent und 60 Volumprozent der Komponente A suwie entsprechend 60 Volumprozent. 50 Volumprozent und 40 Volumprozent der Komponente B, gewählt. Bei der Wahl von 40 Volumprozent A und 60 Volumprozent B sowie 60 Volumprozent A und 40 Volumprozent B ergeben sich beim Wasche,1 bereits zufriedenstellende Ergebnisse.

Mit einer nur aus dem Basis-Lösungsmittel-Gemisch bestehenden Waschflüssigkeit läßt sich zwar das vorstehend beschriebene Reinigungsverfahren bereits ausführen: in der praktischen An Endung treten aller-

■1° dings zwei Probleme auf:

1. ßci nicht wasserlöslichen, jedoch besonders gLit geeigneten Komponenten A. B treten bei Wasscrabscheidungen Phasengrenzen auf. und im Wasser scheiden sich SuIze sowie Spaltprodukte ab. Damit entsteht wiederum — wenn am.Ii in geringerem Umfange die Gefahr einer Verunreinigung der /11 waschenden Oberflächen.

2. Von den Komponenten A. B der gut geeigneten Toluol- Essigsäure- n-butvlcster- Lösung werden Kunststoffe leicht angegriffen.

Diese Probleme werden dadurch gelöst, daß eine zusätzliche organische Substanz vorgesehen i'. die mit dem Basis-l.ösungsniittcl-Gcmiseh beliebig misch-

.')') bar ist Lind die eine größere Affinität als das Basis-Eösiingsiiiittel-Gemiseh gegenüber Walser aufweist. Der V(>|iimeiianieil der zusätzlichen organischen Substanz ist derart gewählt, daß das lyophobe Verhalten gegenüber in der abzuwaschenden Schicht enthaltenen Kolloiden erhalten bleibt. Für die zusätzliche organische Substanz wird vor allem Isopropylalkohol bevorzugt. Es sind jedoch auch andere Alkohole, wie z. B. Äthyl-, Methyl- oder Butylalkohol, geeignet.

Durch die Einführung der zusätzlichen organischen Substanz wird das Auftreten einer Phasengrenze Wasser/organische Lösung und damit das Abscheiden von Salzen und Spaltprodukten im Wasser verhindert.

Unrulier l)iiuuis wird mich eine BeciniriiehiigmiB von kunststoffen weitgehend unterbunden. Letzteres ist iladiia-h bedingt, daß Alkohole die Quellfähigkeit von kunststoffen durch Ahsättigung der Poren auf praktisch unbedeutende Werte herabsetzen. Fine aus dem Basis-LöNiingsmittel-Ciemisch und der zusätzlichen organischen Substanz bestehende Waschflüssigkeit hat dadurch ein nahezu inertes Verhalten insbesondere gegenüber Kunststoffen und Isolatiünsmaterialien. Dies ergibt einerseits die Möglichkeit, bereits mit Bauelementen bestückte gedruckte Schaltungen reinigen zu können, und andererseits werden durch dieses Verhalten weitere Verwendungsmöglichkeiten, vor allem bei industriellen Reinigimgsproblemen, erschlossen. Beispielsweise lassen sich durch eine derartige Waschflüssigkeit kunststoffteile nach dem Spritzen reinigen, wobei die Trennmittel abgewaschen werden, mit denen die Formen vor dem Spritzen behandelt wurden.

Ein Gemisch mit der nachstehend angegebenen ^usammcnset/ung hat sich als Waschflüssigkeit in der Praxis bereits seit längerer Zeil bewährt:

30 Volumprozent Toluol,

32.6 Volumprozent Essigsäure-n-butylester,

37.4 Volumprozent Isopropylalkohol

Die angegebene Zusammensetzung braucht jedoch nur annähernd eingehalten zu weiden. Abweichungen hind zulässig, sofern das lyophobe Verhalten der Waschflüssigkeit gewahrt ist.

Die vorstehend angegebenen Waschflüssigkeiten lassen sich durch Hinzufügen einer weiteren organischen Substanz vorteilhaft weiterbilden, die mit dem Basis-Lösungsmittel-Gemisch und der zusätzlichen organischen Substanz beliebig mischbar ist und die gegenüber dem nicht kolloidal gebundenen Anteil der Schicht ein großes Lösungsvermögen aufweist. Dabei •ι Λ der Volumenanteil der weiteren organischen Substanz dcra-t gewählt, daß das lyophobe Verhalten ,gegenüber in der Schicht enthaltenen Kolloiden erhalten bleibt. Als weitere organische Substanz wird 1.1.2-Trichlor-l .2.2-trifliior-ätlian bevorzugt. Dabei ergibt sich außerdem als für industrielle Anwendungen besonderer Vorteil, daß dieses Gemisch nicht mehr entzündbar ist.

Die iiachsteheiki angegebene, aus miiulesicns vier komponenten bestehende Waschflüssigkeit hat sich bei der industriellen Verwendung als besonders giinsiig erwiesen:

A Volumprozent Toluol,

B Volumprozent lissigsiiure-n-butylester.
C Volumprozent Isopropylalkohol,
D Volumprozent 1,1,2-Trichlor-l,2,2-tπIluor-äihau, bei der

^1Q A i- B gleich oder größer als 15"/,, der Summe aller Komponenten A, B, C. D ist.

Zweckmäßigerweise liegt der variable Anteil der komponente D bei etwa 60 Volumprozent und der Anteil des Gemisches A ι B j- C bei etwa 40 Volumprozent.

Die aus den komponenten A, B, C. D bestehende Waschflüssigkeit gestattet eine beliebige Verdünnung der kolloidalen Lösung »Flußmittel-Spaltprodukte der

ao Aktivatoren — Metallsalze«.

Auch diese Waschflüssigkeit hat ein inertes Verhallen und greift die meisten kun-.-.toffe sowie Isolationsmaterialien während der Wasehze.'t nicht an. Die angegebenen organischen Lösungsmittel lassen sich ferner durch chemisch verwandte Lösungsmittel, insbesondere die vorstehend angegebenen, ersetzen. Dabei können auch die einzelnen Lösungsmittel durch LösungsmittelgemisL:he ersetzt werden. Wesentlich für die möglichen Abwandlungen der Waschflüssigkeiten ist jedoch die Beachtung der vorstehend beschriebenen Gesichtspunkte über das lyophobe Verhalten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die bisherigen Waschverfahren mit selektiv auszuwählenden Waschflüssigkeiten nicht mehr benötigt werden Darüber hinaus können sogar elektronische Bauelemente und Kontaktleisten aus Polycarbonat usw. bedenkenlos gewaschen werden, was bei den bekannten Verfahren nicht möglich ist. Nach der Erfindung werden somit bisher nicht be-

4» stehende Reinigungsmöglichkeiten erschlossen. Die lyophobe Reinigungsmethode wurde zwar für gedruckte Schaltungen entwickelt, sie ist aber nicht nur auf diese beschränkt. Sie kann allgemein eingesetzt werden. Bisher übliche Reinigungsanlagen können weitgehend mit Waschfliissigkeiten nach der Γ-rflndun,'! betrieben werden.

Claims

i 958 875 Patentansprüche:

1. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit zur Reinigimg von Oberflächen gedruckter Schaltungen, die mit einer nach dem Löten zurückgebliebenen FIuIiniittelschicht auf Harz- bzw. Kolophoniumbusis überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit aus Toluol und Essigsäiire-n-biitylester besteht.

2. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit zusätzlich noch Isopropylalkohol enthält.

3. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit weiter noch 1,1,2-TrichIor-l.2, 2-trilluor-äthan enthält.

4. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: ein Gemisch aus mindestens vier Komponenten mit

A Volumprozent Toluol,
B Volumprozent Essigsüure-n-butylester.
C Volumprozent isopropylalkohH.
D Volumprozent 1.1.2-Trieh!or-1.2.2-trifluoräthan.

in dem A B gleich oder größer als 15 Volumprozent ..ler Summe aller Komponenten Λ. Γ3. C. Π ist.

5. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus den KoniponentenA. B und C annähernd folgende Zusammensetzung aufweist:

30 Volumprozent Toluol.

32.6 Volumprozent Fssigsäure-n-biitvlester.

37.4 Volumprozent Isopropv!alkohol.

6. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Fssigsäure-n-butvlcster ganz oder teilweise lissigsäure-Äthylester und oder Fssigsäiire-Mcthvlester eingesetzt werden.

7. Toluol enthaltende Waschflüssigkeit nach Anspruch (\ dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle '.on Isopropylalkohol ganz oder teilweise AI In I- und oder MeMnI- und oder Bulylalkoho! eingcsci/i weiden