JP4755987B2 - フッ素化炭化水素と第二ブタノールとを基剤とする電子基板デフラクシング組成物 - Google Patents

フッ素化炭化水素と第二ブタノールとを基剤とする電子基板デフラクシング組成物 Download PDF

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Description

本発明は、フッ素化炭化水素の分野に関する。より特定的には、電子基板のデフラクシング、特に“ノークリーン”はんだフラックスを含有している電子基板のデフラクシングに使用するためのフッ素化炭化水素と第二ブタノールとを含有している新規な組成物に関する。
電子基板の製造中には、はんだ品質を改善するために使用した物質（はんだフラックスと呼ぶ）の残渣を洗浄することから成る処理が、印刷回路に付着するはんだフラックスを除去するために必要である。この除去処理を業界ではデフラクシングと呼ぶ。フッ素化炭化水素、より特定的には１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン（ＨＣＦＣ １４１ｂという名称で知られている）がこの分野で広く使用されている。ＨＣＦＣ １４１ｂとメタノールとを基剤とする共沸配合物（業界ではＦＯＲＡＮＥ（登録商標）１４１ｂ ＭＧＸという名称で知られている）がデフラクシング機械中の高熱度条件下で使用するために特に適当である。
しかしながら、ＨＣＦＣ １４１ｂはオゾン層に対する作用がゼロでないので（オゾン分解ポテンシャルＯＤＰ＝０．１１）、その除去目標が強化されつつあり厳しい規制の対象となっている。オゾン層に有害な物質に関するヨーロッパ条例（ｎｏ．２０３７／２０００）は、航空産業及び航空宇宙産業を例外として２００２年１月１日後の溶媒用途におけるＨＣＦＣ １４１ｂのようなＨＣＦＣ類（ヒドロクロロフルオロカーボン）の使用を禁止した。欧州地域で航空産業及び航空宇宙産業の分野ではこの禁止令が２００９年に発効する。
デフラクシング用途でＨＣＦＣ １４１ｂの後を継ぐ代替溶液として、特に、ＨＦＣ（ヒドロフルオロカーボン）及び／またはＨＦＥ（ヒドロフルオロエーテル）の使用が提案された。ＨＦＣ類及びＨＦＥ類はオゾン層に全く作用しない（現行の規制に関してはＯＤＰがゼロまたは無視できる値）。
最もよく知られておりまた最も普通に使用されているＨＦＣとしては、例えば、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（３６５ ｍｆｃ）、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（４３１０ ｍｅｅ）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（１３４ ａ）、ペンタフルオロエタン（１２５）、１，１，１−トリフルオロエタン（１４３ ａ）、ジフルオロメタン（３２）、１，１−ジフルオロエタン（１５２ ａ）、１−フルオロエタン（１６１）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（２２７ ｅａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（２４５ ｆａ）、オクタフルオロプロパン（２１８）、（ペルフルオロブチル）エチレン（Ｃ４Ｈ９ＣＨ＝ＣＨ２）、１，１，２，２，３，４，５−ヘプタフルオロシクロペンタン（Ｃ５Ｈ３Ｆ７）、ペルフルオロヘキシルエチレン（Ｃ６Ｆ１３ＣＨＣＨ２）、トリデカフルオロヘキサン（Ｃ６Ｆ１３Ｈ）、及び、ペルフルオロ（メチルモルホリン）（ＰＦ ５０５２）、及び、不燃性のようないくつかの特性改善に寄与し得るそれらの混合物が挙げられる。
最もよく知られておりまた最も普通に使用されているＨＦＥとしては、例えば、メチルヘプタフルオロプロピルエーテル（Ｃ３Ｆ７ＯＣＨ３）、メチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、エチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５）及びペルフルオロピラン（Ｃ５Ｆ１０Ｏ）及びそれらの混合物が挙げられる。
ＨＦＣ類及びＨＦＥ類は、ＨＣＦＣ １４１ｂと同等の物理化学的特性、即ち、良好な熱安定性、化学的安定性、低毒性、低沸点、低表面張力を示す。しかしながらこれらは、いくつかのデフラクシング用途で効果がないこと、特に通常は清浄化される予定のないはんだフラックスを含有している電子基板のデフラクシングには効果がないことが判明した。これらのフラックスは除去することが極めて難しく、業界で“ノークリーン”フラックスと呼ばれている。はんだ付けが難しい表面に使用されるノンウォッシュはんだクリームがこれらのフラックスの出処である。これらのクリームは、有機及び無機の化合物の複合混合物を基剤とする。これらの化合物としては、スズ、銀、鉛などを基剤とする小さい粒度の金属粉末、ロジンのような結合剤、溶媒、界面活性樹脂、チキソトロピー剤またはハロゲン化活性化剤が挙げられる。
意外にも、フッ素化炭化水素と第二ブタノールとを含む組成物を使用すると“ノークリーン”はんだフラックスを容易に除去できることが知見された。これらの作用はジメチルスルホキシド（以後の記載ではＤＭＳＯで表す）の存在によって強化され得る。
従って、本発明の目的は、フッ素化基剤と第二ブタノールと場合によってはＤＭＳＯとを含む組成物である。これらの新規な組成物は、“ノークリーン”はんだフラックスを含有している電子基板のデフラクシングに特に適している。これらの新規な組成物はまた他のはんだフラックスを除去するために適当である。
“本発明の組成物に使用できるフッ素化基剤”という表現は、２５℃で３０ｍＮ／ｍ未満の表面張力（ＩＳＯ ３０４標準に従って測定）を有しておりまたオゾン層への作用が無視できる（ＯＤＰが０または無視できる値）１種または複数のフッ素化化合物の混合物を意味する。（１種または複数の）フッ素化化合物はヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類及び／またはヒドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）類から選択できる。
本発明の組成物は１−４０重量％のフッ素化基剤と５０−９９重量％の第二ブタノールと０−３０重量％のＤＭＳＯとを含み、成分の重量パーセンテージの総和が１００に等しい。好ましくは組成物が１５−２５重量％のフッ素化基剤と５０−７０重量％の第二ブタノールと１５−２５重量％のＤＭＳＯとを含む。
ＨＦＣの非限定例としては、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（３６５ ｍｆｃ）、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（４３１０ ｍｅｅ）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（１３４ ａ）、ペンタフルオロエタン（１２５）、１，１，１−トリフルオロエタン（１４３ ａ）、ジフルオロメタン（３２）、１，１−ジフルオロエタン（１５２ ａ）、１−フルオロエタン（１６１）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（２２７ ｅａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（２４５ ｆａ）、オクタフルオロプロパン（２１８）、（ペルフルオロブチル）エチレン（Ｃ４Ｈ９ＣＨ＝ＣＨ２）、１，１，２，２，３，４，５−ヘプタフルオロシクロペンタン（Ｃ５Ｈ３Ｆ７）、ペルフルオロヘキシルエチレン（Ｃ６Ｆ１３ＣＨＣＨ２）、トリデカフルオロヘキサン（Ｃ６Ｆ１３Ｈ）、及び、ペルフルオロ（メチルモルホリン）（ＰＦ ５０５２）が挙げられる。
ＨＦＥの非限定例としては、メチルヘプタフルオロプロピルエーテル（Ｃ３Ｆ７ＯＣＨ３）、メチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、エチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５）及びペルフルオロピラン（Ｃ５Ｆ１０Ｏ）が挙げられる。
これらの化合物のほとんどが市販されている。
本発明の組成物に使用できるフッ素化基剤としては、例えば、ＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅまたはＨＦＣ ３６５ ｍｆｃ／ＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅ、ＨＦＣ ３６５ ｍｆｃ／ＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅ／ＨＦＣ ２２７ ｅａ及びＨＦＣ ２２７ ｅａ／ＨＦＥのような二成分または三成分混合物が挙げられる。
好ましくはＨＦＣ ３６５ ｍｆｃとＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅとの混合物がフッ素化基剤として使用される。これらの混合物は、１−９９％のＨＦＣ ３６５ ｍｆｃと１−９６％のＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅとを含むのが有利である。好ましい混合物は、４％のＨＦＣ ３６５ ｍｆｃと９６％のＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅとから構成されている。これらの混合物は場合によってはＨＦＣ ２２７ ｅａを含有できる。
フッ素化基剤はまた、沸点４７．８℃のトランス−１，２−ジクロロエチレンを含有できる。
本発明の組成物は諸成分の単なる混合によって容易に調製できる。
本発明の組成物は、この用途で広く使用されているＨＣＦＣ １４１ｂとメタノールとを基剤とする共沸組成物ＦＯＲＡＮＥ（登録商標）１４１ｂ ＭＧＸに少なくとも等価のレベルのデフラクシング性能を示す。これらはＨＦＣまたはＨＦＥの誘導体の単独使用に比べて比較的経済的であるという利点を有している。本発明の組成物は不燃性であり、引火点がなく、毒性が低レベルで、オゾン層に対する破壊作用が全く無い。
デフラクシングの公知の態様を説明する機械及び動作スキームを単一図面に示し、以下に説明する。
機械は２個のタンク、即ち洗浄タンク（２）及びすすぎタンク（８）と、カバー（１３）とを有している。タンク（２）及び（８）は好ましくは、溶媒蒸気を正しく捕捉するように縦長で細幅である。これらのタンクに超音波システムを配備することもできる。
最初に加熱抵抗（１）を使用して、本発明のデフラクシング組成物を収容している洗浄タンク（２）を、組成物中に存在するフッ素化基剤の見掛け沸点まで加熱する。最大見掛け沸点が７０℃なので、洗浄される素子を保護することが可能である。ＤＭＳＯの沸点（１８９℃）及び第二ブタノールの沸点（９９．５℃）はフッ素化基剤の沸点（一般に５５℃未満）よりも明らかに高いので、これらの溶媒の混合物は洗浄浴（２）の液相に残留し、顕著な蒸発を生じない。
すすぎタンク（８）にはフッ素化基剤だけを充填する。
タンク（２）の沸騰に由来するフッ素化基剤の蒸気（３）は冷却コイル４を経由してチャネル（５）に回収されることによってすすぎタンク（８）に再循環される。温度プローブ（９）及び（１０）は液相及び蒸気相の温度をコントロールすることを可能にする。モレキュラーシーブ（例えば３Ａ型）を含むセパレータ（７）の役割は、周囲蒸気の凝縮によって生じた水を溶媒から分離することである。汚れのパーセンテージが洗浄タンクに比べて最大１０％であるタンク（８）からオーバーフローシステム経由で比較的清浄な再循環フッ素化基剤が洗浄タンク（２）に供給される。ポンプ（１１）は溶媒を濾過し、特に固体粒子を捕捉し得る。洗浄浴が約３０％の汚れを含むようになったとき、ＨＣＦＣ １４１ｂの使用と同様にして洗浄浴を交換するとよい。
この機械の使用では、最初に洗浄すべき電子基板を洗浄タンク（２）に浸漬させる。処理される表面上に“ノークリーン”はんだフラックスに被覆された領域が見出される。
次に、洗浄した素子をすすぎ浴（８）に浸漬させる。素子の表面で生じる飛沫同伴効果によって、フッ素化基剤だけから成るすすぎ浴（８）が次第にはんだフラックスで汚染されるであろう。かなりの飛沫同伴が生じる場合には第二のすすぎ浴を使用してもよい。機械の低温領域（６）で乾燥する前に蒸気相がフッ素化基剤を含む領域（３）でもういちどすすぎを行ってもよい。
従って本発明の別の主題は、第一の洗浄段階と第二のすすぎ段階とを含む電子基板のデフラクシング方法である。この方法の特徴は、洗浄段階を洗浄タンク（２）で本発明の組成物によって行い、すすぎ段階をすすぎタンク（８）でフッ素化基剤だけによって行うことであり、後者のフッ素化基剤は洗浄タンク（２）に存在するものとは異なっていてもよい。
本発明方法の好ましい変形方法によれば、すすぎタンクに存在するフッ素化基剤が洗浄タンクに存在するフッ素化基剤に等しい。この手順の実施方法では、はんだフラックス非含有及び微量溶媒非含有の清潔な乾燥素子を得ることが可能である。洗浄が難しい場合には、少なくとも７０％という高含量の第二ブタノールを場合によってはＤＭＳＯと共に含む洗浄組成物を使用するのが好ましい。本発明の範囲から逸脱することなく、（１つまたは複数の）すすぎ浴が洗浄浴に存在するフッ素化基剤以外のフッ素化基剤を含んでもよい。
本発明の組成物はまた、処理される表面が金属、プラスチックまたはガラスのいずれであるかに拘わりなく殆んどのこのような表面に対し不活性である。従って、ＨＣＦＣ １４１ｂの用途と同じ用途に使用できる。特に、固体表面の洗浄剤もしくは脱脂剤として、または、固体物体の表面の脱水用乾燥剤として、繊維製品のドライクリーニング用、冷蔵プラントの洗浄用、ポリウレタンフォームの発泡剤として、または、エアロゾル噴射剤、熱伝達流体、または、シリコーン堆積剤として使用できる。
以下の実施例は本発明の単なる代表例であり、本発明がこれらに限定されると解釈してはならない。実施例に使用した組成物の含量を示すパーセンテージは重量パーセンテージである。
デフラクシング効率を評価するために、表面積８ｃｍ２のステンレススチール小板を使用する。小板の各々を、ＦＯＲＡＮＥ（登録商標）１４１ｂ脱脂銘柄（１４１ｂ ＤＧＸ）で予め脱脂し、次いで計量する。
ＨＥＲＡＥＵＳ社のＦ３８０ Ａｇ３．５−９０．ＯＬ２５種の約２ｇのはんだクリームを小板の各々に付着させる。
小板の各々をガラス結晶化装置に入れ、２５０℃のホットプレートで約１−２分加熱する。加熱中に、はんだクリームに含まれていた金属が小球を形成し、小板上を滑り落ち、このようにして小板に残留するフラックスから分離される。はんだフラックスを含有している小板を周囲温度で約１６時間乾燥し、次いで計量する。
次に、６０ｍｌの被験組成物を収容しているビーカーに小板の各々を入れ２０−２５℃の周囲温度で３０分間浸漬させる。
次いで、小板をビーカーから取り出し、ＨＦＣ ３６５ ｍｆｃとＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅとの混合物から成るＦＯＲＡＮＥ（登録商標）３６５ ＨＸ型の溶媒ですすぎ、計量する。その差からはんだフラックスの除去量をもとめる。
２０％のフッ素化基剤（１９．２％のＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅと０．８％のＨＦＣ ３６５ ｍｆｃ）と６０％の第二ブタノールと２０％のＤＭＳＯとから成る組成物によってフラックスの９３％が除去される。
実施例１に記載の手順と同じ手順を使用する。２５％のＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅと７５％の第二ブタノールとを基剤とする組成物ははんだフラックスの８６％を除去することが可能である。
この実施例には単一図面に示した洗浄機を使用する。
洗浄タンク（２）に実施例１の組成物を充填する。洗浄浴を温度６９℃に加熱する。
すすぎタンク（８）にＦＯＲＡＮＥ ３６５ ＨＸ溶媒を満たす。すすぎタンク（８）の温度は４４℃である。
この機械試験には以下の処理条件を使用した：洗浄されるプレートの浸漬時間はタンク（２）で４分、すすぎ時間はタンク（８）で超音波を伴って２分。乾燥は低温ゾーン（６）で３分間行う。
これらの条件下ではんだフラックスの除去率はＦＯＲＡＮＥ（登録商標）１４１ｂ ＭＧＸによって普通に得られる除去率よりも高い値であった。また、洗浄された材料の可視腐蝕は全く観察されなかった。
デフラキシングのための機械及び動作スキームを示す。

Claims (9)

  1. １５−２５重量％の、１種または複数のフッ素化化合物を含むフッ素化基剤と５０−７０重量％の第二ブタノールと１５−２５重量％のジメチルスルホキシドとを含み、１種または複数のフッ素化化合物がヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）及び／またはヒドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）から選択される洗浄組成物。
  2. フッ素化基剤が、２５℃で３０ｍＮ／ｍ未満の表面張力及びゼロのオゾン分解ポテンシャル（ＯＤＰ）を有している１種または複数のフッ素化化合物を含む請求項１に記載の組成物。
  3. フッ素化基剤が更に、トランス−１，２−ジクロロエチレンを含有している請求項１または２に記載の組成物。
  4. １種または複数のＨＦＣが、１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン（ＨＦＣ ３６５ ｍｆｃ）、１，１，１，２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン（ＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅ）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ １３４ ａ）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ １２５）、１，１，１−トリフルオロエタン（ＨＦＣ １４３ ａ）、ジフルオロメタン（ＨＦＣ ３２）、１，１−ジフルオロエタン（ＨＦＣ １５２ ａ）、１−フルオロエタン（ＨＦＣ １６１）、１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（ＨＦＣ ２２７ ｅａ）、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ ２４５ ｆａ）、オクタフルオロプロパン（ＨＦＣ ２１８）、（ペルフルオロブチル）エチレン（Ｃ４Ｆ９ＣＨ＝ＣＨ２）、１，１，２，２，３，４，５−ヘプタフルオロシクロペンタン（Ｃ５Ｈ３Ｆ７）、ペルフルオロヘキシルエチレン（Ｃ６Ｆ１３ＣＨＣＨ２）、トリデカフルオロヘキサン（Ｃ６Ｆ１３Ｈ）、及び、ペルフルオロ（メチルモルホリン）（ＰＦ ５０５２）から選択される請求項１から３のいずれか一項に記載の組成物。
  5. フッ素化基剤がＨＦＣ ３６５ ｍｆｃとＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅとの混合物を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の組成物。
  6. フッ素化基剤がＨＦＣ ３６５ ｍｆｃ、ＨＦＣ ４３１０ ｍｅｅおよびＨＦＣ ２２７ ｅａの混合物を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の組成物。
  7. １種または複数のＨＦＥが、メチルヘプタフルオロプロピルエーテル（Ｃ３Ｆ７ＯＣＨ３）、メチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、エチルノナフルオロブチルエーテル（Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５）及びペルフルオロピラン（Ｃ５Ｆ１０Ｏ）から選択される請求項１から３のいずれか一項に記載の組成物。
  8. 電子基板のはんだフラックスの残渣を洗浄することから成る除去処理をするための請求項１から７のいずれか一項に記載の組成物の使用。
  9. 第一の洗浄段階と第二のすすぎ段階とを含み、洗浄段階は洗浄タンク（２）で請求項１から７のいずれかに記載の組成物を使用して行い、すすぎ段階はすすぎタンク（８）でフッ素化基剤だけによって行い、このフッ素化基剤が洗浄タンク（２）に存在するフッ素化基剤とは異なるものでもよいことを特徴とする電子基板のはんだフラックスの残渣を洗浄することから成る除去処理方法。
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