JP5711150B2 - 被洗浄物の洗浄方法、および該洗浄方法に用いる洗浄装置 - Google Patents

被洗浄物の洗浄方法、および該洗浄方法に用いる洗浄装置 Download PDF

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Description

本発明は、フラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法、および当該洗浄方法を用いた電子部品の製造方法、並びに該洗浄方法に用いる洗浄装置に関する。
従来、フラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄剤組成物としては、グリコールエーテル系化合物とアミン系化合物とを含む組成物(特許文献1、2等参照)や、さらに界面活性剤を含有する組成物(特許文献3,4等参照)などが知られている。
また、フラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法ではないが、腕時計の部品等に付着した研磨剤を除去するための洗浄方法として、洗浄液の周囲の圧力を増加させる操作と減少させる操作とを交互に複数回行う洗浄方法(特許文献5参照)が、微細な袋穴等の隙間を有する部品の洗浄方法として、液槽内について減圧と常圧とを繰り返し行う圧力スイング洗浄法が(特許文献6等参照)開示されている。
特許文献5に記載の洗浄方法では、洗浄剤組成物として、例えばソルベントナフサ系洗浄液が用いられている。特許文献6に記載の洗浄方法では、洗浄剤組成物として界面活性剤の希釈液が用いられ、液槽内が所望の圧力に減圧された後、直ちに制御弁を切換えて液槽内が常圧にもどされる。
特開平9−87668号公報 特開2009−41094号公報 特開平4−57897号公報 特開平3−227400号公報 特開2001−170577号公報 特開平6−296940号公報
半導体装置等の電子部品の製造過程において、回路基板上に部品(例えば、半導体チップ、チップ型コンデンサ、他の回路基板など)が搭載されると、前記回路基板と前記部品との間に空間(隙間)が形成されることがある。前記部品の搭載のために使用されるハンダにはフラックスが含まれるが、ハンダ付け後に、前記フラックスが残渣として前記隙間に長期残留すると、マイグレーション等が発生し、電極間でのショート等の原因となる。
電子部品の微細化および高密度化に伴い、例えば、フリップチップ方式等のハンダバンプを用いた半導体チップの実装方法が多用されつつあり、実装についてさらに高い信頼性が要求されつつある。したがって、フラックス残渣の洗浄の、電子部品の製造における重要性はよりいっそう高まっている。
しかし、電子部品の微細化および高密度化に伴って、前記隙間はより一層狭くなっている。このような狭い隙間に入り込んだフラックス残渣は除去し難く、その結果、電子部品の生産性が落ちるという問題が生じている。したがって、狭い隙間に残存するフラックス残渣の除去性が良好な洗浄方法の開発が望まれている。
本発明は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性が高いだけでなく、水によるすすぎ性が良好であり、泡立ちが抑制された、フラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法、および当該洗浄方法を用いた電子部品の製造方法を提供する。
本発明のフラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法は、洗浄剤組成物を用いてフラックス残渣が付着した被洗浄物を洗浄する洗浄工程を含む。前記洗浄工程は、フラックス残渣が付着した被洗浄物を、圧力調整可能な洗浄槽内に収容された前記洗浄剤組成物に浸漬する浸漬工程(第1工程)と、前記洗浄槽内の圧力を、下記式(1)を満たす圧力P(kPa)に減圧する減圧工程(第2工程)と、前記減圧工程で減圧された前記洗浄槽内の圧力をP±0.4(kPa)に、且つ、前記洗浄槽内の前記洗浄剤組成物の温度を50〜70℃に、8〜16秒間連続して保持する減圧保持工程(第3工程)と、前記減圧保持工程を経た後、前記洗浄槽内の圧力を下記式(2)を満たす圧力P(kPa)にする昇圧工程(第4工程)とを含む。前記第2工程〜第4工程までを、10〜220秒間で行う。
0.1(kPa)≦P≦7(kPa) (1)
50(kPa)≦P≦120(kPa) (2)
前記洗浄剤組成物は、水(成分A)を2重量%以上10重量%以下、グリコールエーテル(成分B)を50重量%以上97.75重量%未満、及びアミン化合物(成分C)を0.05重量%以上5重量%以下含む。
前記成分Bは、下記一般式(1)で表される。
−O−(EO)−R (1)
前記一般式(1)において、Rは炭素数1〜6のアルキル基、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基、EOはオキシエチレン基であり、mはEOの平均付加モル数を示し、2≦m≦3を満たす。
前記成分Cは、下記一般式(2)で表される。
Figure 0005711150

前記一般式(2)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示し、EOはオキシエチレン基であり、p、qは各々EOの平均付加モル数を示し、1≦p+q≦4を満たす。
本発明のハンダバンプを含む電子部品の製造方法は、電子部品の基板上に、フラックスを含むハンダフラックスを使用してハンダバンプを形成する工程と、本発明の前記被洗浄物の洗浄方法により前記フラックス由来の前記フラックス残渣を洗浄する工程とを含む。
本発明の洗浄装置は、本発明の被洗浄物の洗浄方法に使用される洗浄装置であって、
前記洗浄槽内の前記洗浄剤組成物の前記水(成分A)の含有量を2重量%以上10重量%以下にするための水分制御機構を備える。
本発明では、特定の洗浄剤組成物が用いられる。また、減圧工程、減圧保持工程、および、昇圧工程をこの順で含む一連の工程を1サイクルとし、この1サイクルを特定時間内で行うので、圧力変化に起因して発生する物理力と、減圧保持工程中の洗浄剤組成物の沸騰に起因して発生する物理力とが、被洗浄物の狭い隙間に存在するフラックス残渣に対して作用する。その為、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性が高いだけでなく、水によるすすぎ性が良好であり、かつ、泡立ちが抑制された、フラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法、および当該洗浄方法を用いたハンダバンプを含む電子部品の製造方法を提供できる。
図1Aは、フラックス残渣に対する洗浄剤組成物の洗浄性の評価に用いたテストピースの概念平面図である。 図1Bは、図1Aに示したテストピースの概念側面図である。 図2は、洗浄剤組成物の泡立ち性試験に用いた圧力調整可能な洗浄槽の概略図である。 図3は、実施例で用いた洗浄装置の概念図である。
本発明において「フラックス」とは、主にハンダ付けに使用されるロジン又はロジン誘導体を含有するロジン系フラックスをいい、本発明において「ハンダ付け」はリフロー方式及びフロー方式のハンダ付けを含む。本発明において「ハンダフラックス」とは、ハンダとフラックスとの混合物をいい、「フラックス残渣」とは、フラックス又はハンダフラックスを用いてハンダ付けした後に基板等に残存したフラックス由来の残渣をいう。また、本発明において「ハンダ」は、鉛(Pb)含有ハンダ及びPbフリーハンダを含む。
本発明において「洗浄剤組成物の沸騰に起因して発生する物理力」とは、洗浄剤組成物に含まれる水が沸騰することにより生じる対流等による物理力をいい、「洗浄剤組成物の沸騰」とは、洗浄剤組成物に含まれる水の沸騰を意味する。よって、洗浄剤組成物中の水の含有量が多いほど、当該物理力は大きく、洗浄剤組成物中の水の含有量が少ないほど、当該物理力は小さい。
本発明のフラックス残渣が付着した被洗浄物の洗浄方法(以下、単に「洗浄方法」と略する場合もある。)では、特定のグリコールエーテルおよび特定のアミン化合物を各々特定量含み、且つ、水の含有量が2重量%以上10重量%以下の洗浄剤組成物を用い、減圧工程、減圧保持工程、および昇圧工程をこの順で含む一連の工程を所定時間内に行い、かつ、減圧の保持時間を短いながらも所定時間確保することにより、意外にも、狭い隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性が高く、泡立ちが抑制され、水によるすすぎ性が良好である。さらに、上記一連の工程を1サイクルとし、1サイクルを繰り返し行う場合は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性がより高くなる。したがって、本発明の洗浄方法を、ハンダバンプを含む電子部品の製造過程で用いれば、電子部品の生産性や信頼性を向上させることが期待できる。
[被洗浄物の洗浄方法]
本発明の洗浄方法では、例えば、洗浄工程と、リンス剤組成物を用いて被洗浄物をすすぐリンス工程と、乾燥工程とをこの順で行う。
[被洗浄物]
本発明の洗浄方法が好適に使用される被洗浄物としては、回路基板等と回路基板等にハンダ付けされた部品とを含む製造中間物であって、当該回路基板と部品との隙間にフラックス残渣を含むものが挙げられる。製造中間物は、半導体パッケージや半導体装置等の電子部品の製造工程における製造物中間であって、例えば、回路基板上にフラックスを使用したハンダ付けにより半導体チップ、チップ型コンデンサ、及び他の回路基板などが搭載された物を含む。
被洗浄物における隙間とは、例えば、回路基板とその回路基板にハンダ付けにより搭載された前記部品との間に形成される空間であって、その高さ(回路基板と部品との最短距離)が、例えば、5〜500μm、10〜250μm、又は20〜100μmの空間をいう。隙間の幅及び奥行きは、搭載される部品や回路基板上の電極(ランド)の大きさや間隔に依存するが、幅は、例えば、130〜20000μm又は130〜10000μmであり、奥行きは、130〜25000μm又は130〜10000μmである。
[洗浄工程]
洗浄工程は、フラックス残渣が付着した被洗浄物を、圧力調整可能な洗浄槽内に収容された後述する洗浄剤組成物に浸漬する浸漬工程(浸漬工程は「第1工程」ともいう。)と、洗浄槽内の圧力が所定の値になるまで減圧する減圧工程(減圧工程は「第2工程」ともいう。)と、減圧工程で減圧された洗浄槽内の圧力を所定の圧力範囲内に、且つ、洗浄槽内の洗浄剤組成物の温度を所定の温度範囲内に、所定時間連続して保持する減圧保持工程(減圧保持工程は「第3工程」ともいう。)と、前記減圧保持工程を経た後、洗浄槽内の圧力を所定の値になるまで昇圧する昇圧工程(この工程は「第4工程」ともいう。)とを含む。
洗浄工程は、昇圧後圧力保持工程(第4a工程)および/又は第5工程をさらに含んでいてもよい。第4a工程は、第4工程後に行われ、洗浄工程が第5工程を含む場合は第5工程の前に行われる。第4a工程では、洗浄槽内の圧力が、所定の圧力範囲内に、且つ、所定時間連続保持される。第5工程は、第4工程後に行われ、洗浄工程が第4a工程を含む場合、第4a工程の後に行われる。第5工程では、少なくとも前記第2工程〜第4工程をこの順に含む一連の工程が、さらに1〜50回繰り返される。
本発明の洗浄方法において、洗浄工程は、1つの洗浄槽を用いて行ってもよいし、2つ以上の洗浄槽を用いて行ってもよい。例えば、1つの洗浄槽を用いて本発明の洗浄方法を行う場合、第5工程において、第1工程は行わず、第2工程〜第4工程を1〜50回繰り返えせばよい。また、2つ以上の洗浄槽を用いて本発明の洗浄方法を行う場合、第5工程において、第1工程〜第4工程を1〜50回繰り返えしてもよいし、第5工程における繰り返し回数がX回である場合、第1工程〜第4工程をY(ただし、Y<X)回繰り返えし、第2工程〜第4工程を(X−Y)回繰り返えしてもよい。
本発明の洗浄方法の一例では、前記第2工程〜第4工程まで、すなわち、前記第2工程〜第4工程からなる一連の工程を、10〜220秒間で行うが、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を高め且つ洗浄時間を短縮化する観点から、15〜100秒間で行うと好ましく、15〜50秒間で行うとより好ましく、15〜40秒間で行うとさらに好ましい。
(第1工程)
洗浄工程では、まず、洗浄剤組成物が収容された洗浄槽内にフラックス残渣が付着した被洗浄物を投入して、洗浄剤組成物に被洗浄物を浸漬する。
洗浄槽への洗浄剤組成物の充填量は、被洗浄物が浸漬できる量であれば、特に制限はない。
洗浄槽としては、例えば、加熱手段、超音波振動子等を備えた耐圧容器等を用いることができる。洗浄槽内は、真空ポンプ等の吸引装置に接続された空気配管と連通しており、空気配管は吸引装置に接続されていない分岐管を含む。この分岐管に設けられた切り替え制御弁の開閉制御により、洗浄槽内を所望の圧力に減圧あるいは所望の圧力に昇圧させることができる。このような洗浄槽の一例は、例えば、特開平6−296940号公報に開示されている。
第1工程において、洗浄槽内に充填された洗浄剤組成物の温度は、洗浄性向上の観点から、減圧開始直前において、50〜70℃であると好ましく、55〜70℃であるより好ましく、60〜70℃であるとさらに好ましい。具体的には、10〜40℃に調整されたの洗浄剤組成物を、前記洗浄槽内に充填した後、加熱して、上記好ましい範囲内の温度にする。洗浄剤組成物の加熱は、必要に応じて洗浄槽に備えられた加熱手段を用いて行えばよい。洗浄剤組成物の温度は、洗浄槽内に設置された温度計により測定される。
(第2工程)
次に、洗浄槽内の圧力がP(kPa)になるまで減圧する。Pは、関係式0.1(kPa)≦P≦7(kPa)を満たす。
第2工程において、洗浄槽内は、被洗浄物の狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を高め且つ洗浄時間を短縮化する観点から、好ましくは0.1〜6(kPa)、より好ましくは0.1〜5(kPa)、さらに好ましくは0.1〜4(kPa)の範囲内の圧力に達するまで減圧されるとより好ましい。
第2工程では、減圧により狭い隙間に強制的に洗浄剤組成物を入れることができるので、狭い隙間に存在するフラックス残渣と洗浄剤組成物との接触を妨げる空気を前記隙間から追い出すことができ、かつ、洗浄剤組成物中に含まれる溶存ガスも脱気できる。故に、本発明の洗浄方法は、狭い隙間に入り込んだフラックス残渣の洗浄方法として適している。
第2工程において、洗浄槽内の圧力をP(kPa)にするのに要する減圧時間は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、洗浄槽内の圧力の減圧開始から1秒以上120秒以内であるとより好ましく、1秒以上60秒以内であるとより好ましく、1秒以上30秒以内であるとさらに好ましく、1秒以上15秒以内であるとよりいっそう好ましい。
第2工程において、洗浄槽内の圧力をP(kPa)にする減圧速度は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、15〜30(kPa/s)であると好ましく、17〜30(kPa/s)であるとより好ましく、18〜30(kPa/s)であるとさらに好ましい。
第2工程における、洗浄剤組成物の温度は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を向上させる観点、より具体的には、洗浄剤組成物の沸騰による高い物理力を得および洗浄剤組成物中の水の蒸発を抑制して、すなわち、洗浄槽内の水の減少を抑制して洗浄剤組成物の組成の変動による洗浄性の低下を抑制する観点から、第1工程と同様、50〜70℃であると好ましく、55〜70℃であるより好ましく、60〜70℃であるとさらに好ましい。洗浄剤組成物の加熱は、必要に応じて洗浄槽に備えられた加熱手段を用いて行えばよい。すなわち、第2工程では、第1工程で上記好ましい範囲内の温度に調整された洗浄剤組成物の当該温度を保持することが好ましい。第2工程における洗浄剤組成物の上記温度は、洗浄槽内に設置された温度計により、例えば1秒毎に測定される温度の平均値である。この平均値は、後述する第3工程における洗浄剤組成物の平均温度の算出式にて求めることができる。
(第3工程)
次に、減圧保持工程において、前記減圧工程で減圧された洗浄槽内の圧力を、P±0.4kPaに、且つ、洗浄槽内の洗浄剤組成物の温度を50〜70℃に、8〜16秒間連続保持する。
第3工程において、洗浄槽内の圧力は、洗浄剤組成物の安定した沸騰状態を保持する観点から、0.1〜7(kPa)であることを要するが、同様の観点から、第3工程における洗浄槽内の圧力の変動幅は、P±0.3(kPa)であると好ましく、P±0.2(kPa)であるとより好ましく、P±0.1(kPa)であるとさらに好ましい。すなわち、減圧保持工程中における洗浄槽内の圧力は実質的に一定であると好ましく、一定であるとより好ましい。なお、洗浄槽内の圧力はマノメーターにより測定される。
第3工程における洗浄剤組成物の温度は、洗浄剤組成物の安定した沸騰状態を保持する観点から、洗浄槽内の圧力がP±0.4(kPa)である場合50〜70℃であることを要するが、沸騰による物理力によって隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を高める観点から、洗浄槽内の圧力Pが0.1〜5(kPa)である場合は50〜70℃であると好ましく、洗浄槽内の圧力Pが5kPaを超え7kPa以下である場合は、60〜70℃であると好ましい。
第3工程中における洗浄剤組成物の温度は、50〜70℃の温度範囲内において可変可能であるが、その変動幅は、洗浄剤組成物の安定した沸騰状態を保持する観点から、第3工程中の洗浄剤組成物の温度の平均値を基準として±1.0℃以内であると好ましく、±0.5℃以内であるとより好ましく、±0.2℃以内であるとさらに好ましい。すなわち、本発明の洗浄方法では、第3工程中における洗浄剤組成物の温度は実質的に一定であると好ましく、一定であるとより好ましい。
第3工程中における洗浄剤組成物の温度Tiは、洗浄槽内に設置された温度計により、例えば1秒毎に測定される。第3工程中における洗浄剤組成物の温度の平均値Tx(時間平均保持温度)は、下記式によって求めることができる。
時間平均保持温度Tx=Σ(Ti*t)/Σt
[平均化する前の保持温度をTi、該温度で保持された時間をtとする。]
第3工程において、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、洗浄剤組成物の沸騰状態が8秒以上であることを要する。また、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化との両立の観点からは、減圧の保持の時間(第3工程の時間)は16秒以下であることを要する。故に、減圧の保持の時間は、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化との両立の観点から、8〜16秒であり、同様の理由から、8〜15秒が好ましく、9〜13秒がより好ましい。
減圧の保持の時間は、第2工程(減圧工程)において、洗浄槽内の圧力がPに達した時点から計算される。第2工程において、洗浄槽内の圧力が、例えば5(kPa)に達するまで減圧される場合、Pは5(kPa)であり、洗浄槽内の圧力が5(kPa)に達した時点から減圧の保持の時間が計測される。第3工程において、洗浄槽内の圧力が上昇又は降下しても、P±0.4(kPa)の範囲内の値であれば、洗浄槽内の圧力は減圧状態に保持されているとして、減圧の保持の時間を計算する。
第3工程は、洗浄剤組成物へ超音波振動を印加しながら行うと好ましい。第2工程を経ることによって、隙間に存在する空気を前記隙間から追い出すことで、フラックス残渣と洗浄剤組成物とを良好に接触させ、かつ、洗浄剤組成物中の溶存ガスの脱気を行った後に洗浄剤組成物へ超音波振動を印加すると、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性が向上し、故に、洗浄時間の短縮化が期待できるので好ましい。
第3工程で洗浄剤組成物へ付与される超音波の周波数および超音波のエネルギー密度は、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上および被洗浄物の損傷を抑制する観点から、20〜400kHz、0.1〜4.0W/cmであると好ましく、35〜200kHz、0.2〜2.0W/cmであるとより好ましい。
超音波振動の付与は、例えば、洗浄槽内に配置された超音波振動子により行える。
本発明の洗浄方法では、洗浄剤組成物への超音波振動の付与は、第3工程の最中のみに限定されない。洗浄剤組成物への超音波振動の付与は、第1工程〜第5工程のうちの少なくとも1つの工程の最中に行われていてもよい。洗浄剤組成物への超音波振動の付与は、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、第1工程〜第5工程の全工程において行われると好ましい。
(第4工程)
次に、洗浄槽内の圧力がP(kPa)になるまで昇圧する。Pは、関係式50≦P≦120(kPa)を満たす。
第4工程において、洗浄槽内の圧力は、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、50〜102kPaの範囲内の圧力であると好ましく、80〜102kPaの範囲内の圧力であるとより好ましく、常圧であるとさらに好ましい。尚、常圧とは、特別に減圧も加圧もしないときの圧力であり、通常、大気圧に等しく、ほぼ1気圧(101.3(kPa))である。
第4工程において、洗浄槽内の圧力をP(kPa)にするのに要する昇圧時間は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、洗浄槽内の圧力の昇圧開始から1秒以上60秒以内であると好ましく、1秒以上30秒以内であるとより好ましく、1秒以上10秒以内であるとさらに好ましい。
第4工程中における、洗浄剤組成物の温度は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を高める観点から、前述した第3工程中における洗浄剤組成物の温度と等しいと好ましく、具体的には、50〜70℃であると好ましく、より具体的には、前記第3工程における保持の温度と同じ温度であることがより好ましい。洗浄剤組成物の加熱は、必要に応じて洗浄槽に備えられた加熱手段を用いて行えばよい。第4工程における洗浄剤組成物の上記温度は、洗浄槽内に設置された温度計により、例えば1秒毎に測定される温度の平均値である。この平均値は、第3工程における洗浄剤組成物の平均温度の上記算出式にて求めることができる。
(第4a工程)
本発明の洗浄方法は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性を高める観点から、第4工程後、後述する第5工程の前に行われ、洗浄槽内の圧力Pを、50〜120(kPa)の範囲内の圧力であって、P±0.4(kPa)と等しいか又はP±0.4(kPa)よりも高い圧力に8〜16秒間保持する昇圧後圧力保持工程(この工程は「第4a工程」ともいう。)をさらに含んでいると好ましい。特に、第4工程で洗浄剤組成物に超音波振動が印加される場合、本発明の洗浄方法は、洗浄性を向上させる観点から、前記第4a工程を含んでいると好ましい。
例えば、第4工程における洗浄槽内の圧力P(kPa)が常圧よりも低い場合、洗浄槽を開放して、洗浄槽内の圧力と洗浄槽外の圧力とを平衡させ、洗浄槽内の圧力と洗浄槽外の圧力との平衡状態を所定時間保てばよい。
第4a工程における、洗浄槽内の洗浄剤組成物の温度は、第3工程における洗浄槽内の圧力がP±0.4(kPa)である場合、特に、繰り返し洗浄を行う際の効率性の観点から、50〜70℃であると好ましい。第4a工程における、洗浄槽内の洗浄剤組成物の温度は、50〜70℃の範囲内において変動してもよいが、第4工程における洗浄剤組成物の温度と同じ温度であるとより好ましい。第4a工程における洗浄剤組成物の上記温度は、洗浄槽内に設置された温度計により、例えば1秒毎に測定される温度の平均値である。この平均値は、第3工程における洗浄剤組成物の平均温度の上記算出式にて求めることができる。
第4a工程において、洗浄槽内の圧力Pを、P±0.4(kPa)か又は50〜120kPaの範囲内のP±0.4(kPa)よりも高い圧力に保つ時間は、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化との両立の観点から、8〜18秒であると好ましく、8〜16秒であるとより好ましく、9〜16秒であるとさらに好ましい。
本発明の洗浄方法が第4a工程を含む場合、前記第2工程〜前記第4a工程からなる一連の工程を1サイクルとすると、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、前記1サイクルを20〜230秒間で行うことが好ましく、25〜110秒間で行うと好ましく、25〜60秒間で行うとより好ましく、25〜50秒間で行うとさらに好ましい。
(第5工程)
本発明の洗浄方法は、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、前記第2工程〜第4工程をさらに1〜50回繰り返す工程(第5工程)を含むと好ましい。第5工程で繰り返し行われる第2〜第4工程は、第5工程の前に行われる前記第2〜第4工程と同じ条件で行えばよい。具体的には、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、繰り返し行われる第2工程では、洗浄槽内の圧力を0.1〜6(kPa)の範囲内の圧力に達するまで減圧することが好ましく、その減圧時間は減圧開始から1秒以上120秒以内であると好ましく、洗浄剤組成物の温度は50〜70℃であると好ましい。また、同様の観点から、繰り返し行われる第3工程では、洗浄槽内の圧力をP±0.4(kPa)の圧力に保持することが好ましく、洗浄槽内の圧力をP±0.1(kPa)の圧力に保持することがより好ましく、洗浄剤組成物の温度は、洗浄槽内の圧力がP±0.4(kPa)である場合50〜70℃であると好ましく、洗浄剤組成物の温度は一定であるとより好ましく、減圧の保持時間は8〜16秒であると好ましい。同様の観点から、繰り返し行われる第4工程では、昇圧により達する圧力は常圧であることが好ましく、洗浄剤組成物の温度は50〜70℃であると好ましい。
なお、前記第2〜第4工程を終える毎に洗浄槽をかえる場合には、被洗浄物を洗浄剤組成物に浸漬する工程(第1工程)がさらに必要であることから、「少なくとも前記第2〜第4工程をさらに1〜50回繰り返す工程」は「前記第1〜第4工程をさらに1〜50回繰り返す工程」と読み替える。また、本発明の洗浄方法が、前記第4a工程を含む場合は、第5工程において行われる各第4工程の後にも第4a工程を行うことが好ましい。第5工程が第4a工程を含む場合において、繰り返し行われる第2〜第4工程までを1サイクルとするとき、少なくとも一つの繰り返されるサイクル後に第4a工程を行うことが好ましく、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性の向上と洗浄時間の短縮化の両立の観点から、第5工程における全てのサイクル後に第4a工程を行うことがより好ましい。即ち、第5工程では、少なくとも前記第2工程〜第4a工程からなる1サイクルを1〜50回繰り返すと好ましく、前記第1工程〜第4a工程からなる1サイクルを1〜50回繰り返すと好ましく、又は、前記第2工程〜第4a工程からなる1サイクルを1〜50回繰り返すと好ましい。
繰り返し回数(第5工程における上記サイクル数)は、被洗浄物の隙間形状及びフラックス残渣の状態により異なるが、隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性及び生産性の向上の観点から、1〜40回であると好ましく、2〜35回であるとより好ましく、3〜30回であるとさらに好ましい。前記第2工程〜第4工程、前記第1工程〜第4a工程、又は、前記第2工程〜第4a工程を短い時間で繰り返し行うことにより、圧力変化に起因して発生する物理力と、減圧保持工程中の洗浄剤組成物の沸騰に起因して発生する物理力とが被洗浄物に繰り返し付加される。そのため、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する洗浄性がより高くなる。
(水の含有量の調整)
本発明の洗浄方法では、1つの被洗浄物の洗浄のための洗浄工程の途中で、洗浄槽内の洗浄剤組成物に水を添加してもよい。また、複数の被洗浄物の洗浄のために洗浄槽が連続使用される場合、各被洗浄物の洗浄のための洗浄工程の途中及び/又は前に、洗浄槽内の洗浄剤組成物に水を添加してもよい。本発明の洗浄方法では、洗浄剤組成物を沸騰させるので、特に、第5工程において、第2工程〜第4工程を繰り返し行ううちに、洗浄剤組成物中の水の含有量が低減する場合がある。よって、本発明で使用する洗浄剤組成物中の各成分の配合割合の変動を抑制して高い洗浄性を維持するために、第1工程〜第5工程のうちの何れかの工程の前及び/又は途中で、洗浄槽内の洗浄剤組成物に水を添加して、洗浄剤組成物の組成の変動を抑制すると好ましい。
第1工程〜第5工程のうちの何れかの工程の前及び/又は途中における、洗浄剤組成物中の水の濃度を、例えば、水分センサー等の水分計により測定し、測定値に基づき洗浄槽内の洗浄剤組成物に水を補給すればよい。正確に洗浄剤組成物中の水の濃度を測定するために、洗浄剤組成物が、撹拌機、循環ポンプ、超音波振動子等により撹拌された状態で水の濃度が測定されると好ましい。
水分センサーの検出器のタイプについて特に制限はなく、例えば、近赤外線分光タイプ、静電容量導電率タイプ、導電率タイプのいずれであってもよい。
洗浄槽内の洗浄剤組成物への水の補給は、例えば、洗浄槽に接続され、洗浄槽に設けられた水分センサーによる測定値に応じて開閉する電磁弁を備えたサブタンク内の洗浄剤組成物と、洗浄槽内の洗浄剤組成物とを循環することで行える。複数の被洗浄物の洗浄のために洗浄槽を連続使用する場合、水の補給は、例えば、被洗浄物をリンス槽へ移すために洗浄槽から引き上げ、液切りを行っている最中であって、別の被洗浄物を洗浄槽内へ投入する前に行うと好ましい。水分センサーは洗浄槽のみならずサブタンクにも設けられていると好ましい。
このような、洗浄剤組成物中の水の含有量の調整は、例えば、図3に示されるような、洗浄装置を用いて行うことができる。
前記洗浄装置は、図3に示されるように、内部に洗浄剤組成物を貯留可能とし、内部の圧力を調整可能とする圧力調整部(図示せず)と洗浄槽11の内部に貯留された洗浄剤組成物の水の濃度を測定可能とする水分計15とを含む洗浄槽11と、洗浄剤組成物を貯留可能とするサブタンク14と、洗浄槽11とサブタンク14とを連通可能とし、水分計15による測定値に応じて流路を開閉可能とするバルブ17(例えば、電磁弁)を備えた循環管路18と、水分計15による測定値に応じて洗浄槽11内の洗浄剤組成物とサブタンク14内の洗浄剤組成物とを循環管路18を介して循環させる送液部(ポンプ等、図示せず。)とを含む。
この洗浄装置では、水分計15による測定値が所定の範囲内の値でなくなると、バルブ17が開くとともに、送液部が動作し、洗浄槽11内の洗浄組成物の水の濃度が所定の範囲内の値になるまで、サブタンク14内の洗浄剤組成物と洗浄槽11内の洗浄組成物とを循環管路18を介して循環させることができる。前記所定の範囲は、フラックス残渣に対する高い洗浄性を確保する観点から、2重量%以上10重量%以下であることを要するが、同様の観点から、3〜8重量%であると好ましく、4〜7重量%がさらに好ましい。また、所定の範囲内の値は、洗浄槽11内の洗浄組成物の水の濃度の初期値であると好ましい。
図3に示した洗浄装置において、水分制御機構は、サブタンク14、水分計15、およびバルブ17を備えた循環管路18からなる。洗浄槽11のみならずサブタンク14も水分計16を備えていると好ましい。前記洗浄装置は、洗浄槽11内で洗浄工程を経た被洗浄物に対してプレリンスを行う第1すすぎ槽12と、仕上げリンスが行われる第2すすぎ槽13をさらに含んでいてもよい。
このように、被洗浄物の洗浄に使用された洗浄剤組成物に水を補給すれば、洗浄剤組成物を他の被洗浄物の洗浄にも使用できるため、経済的である。
(予備洗浄)
本発明の洗浄方法では、洗浄工程が、第1工程の前に、例えば、第1工程〜第5工程が行われる洗浄槽とは別の洗浄槽に収容された洗浄剤組成物中に被洗浄物を一定期間浸漬する工程をさらに含んでいてもよい。前記洗浄剤組成物は、第1工程〜第4工程で使用される後述する洗浄剤組成物と同じであってもよいし、後述する洗浄剤組成物以外の従来公知の、フラックス残渣が付着した被洗浄物を洗浄するための洗浄剤組成物であってもよい。洗浄剤組成物への浸漬時間は、例えば、1〜10分であると好ましい。
[リンス工程]
リンス工程は、被洗浄物に付着した洗浄剤組成物、残留したフラックス残渣、又は再付着したフラックス残渣等の汚れをすすぎ洗いする工程であり、本発明の洗浄方法が第4a工程および第5工程ともに含まない場合は、第4工程の後に、本発明の洗浄方法が第4a工程は含むが第5工程を含まない場合は、第4a工程の後に、本発明の洗浄方法が第5工程を含む場合は、第5工程の後に行われる。リンス工程は、1つのリンス槽を用いて行ってもよいし、2つ以上のリンス槽を用いて行ってもよい。
リンス工程は、例えば、洗浄剤組成物をリンス剤組成物に代えること以外は、前記洗浄工程における第1工程〜第4工程と各々同条件の工程を経ることにより行える。即ち、リンス工程の一例では、洗浄工程を経た被洗浄物をリンス槽に収容されたリンス剤組成物に浸漬した後、減圧工程、減圧保持工程、および昇圧工程をこの順で含む一連の工程を行う。当該一連の工程には、前記洗浄工程における第4a工程(昇圧後圧力保持工程)に対応する工程が含まれていてもよい。リンス工程の第4a工程でも、洗浄剤組成物をリンス剤組成物に代えること以外は洗浄工程の第4a工程と同条件で行う。また、リンス工程では、洗浄工程における第5工程で用いる洗浄剤組成物をリンス剤組成物に代えて、減圧工程、減圧保持工程、および昇圧工程を含む一連の工程を繰り返し行うと好ましく、減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程を含む一連の工程を繰り返し行うとより好ましい。各工程における、温度、圧力、時間、サイクル数、1サイクルにかかる時間、超音波振動の付与等の条件についても洗浄工程におけるそれと同じでよい。
リンス工程における第2〜第4工程の繰り返し回数または第2〜第4a工程の繰り返し回数は、前記汚れの程度に応じて適宜決定すればよいが、良好なすすぎ性と生産性の向上とを両立させる観点から、1〜50回であると好ましく、1〜40回であるとより好ましく、2〜35回がさらに好ましく、3〜30回がよりさらに好ましい。リンス槽を複数個用いる場合、各リンス槽で行われるリンス回数の合計が、前記回数となればよい。
前記リンス剤組成物には、通常は、水、好ましくはイオン交換水等を使用するが、汚れの程度によっては、後述する洗浄剤組成物と水、好ましくはイオン交換水とを混合して得られる、洗浄剤組成物の希釈液を使用すると好ましい。この希釈液をリンス剤組成物として用いる場合、前記リンス工程は、希釈液を用いたリンス工程と、水、好ましくはイオン交換水をリンス剤組成物として用いる仕上げリンス工程とを含むが、これらの区別のために、希釈液を用いたリンス工程をプレリンス工程と呼ぶこととする。プレリンス工程および仕上げリンス工程は、各々、例えば、洗浄工程で使用される洗浄槽と同様の洗浄槽をリンス槽として用いて行える。
プレリンス工程で用いられるリンス剤組成物中の洗浄剤組成物の水以外の有効分の含有量は、仕上げリンス工程の後に、汚れ及び/又は洗浄剤組成物が被洗浄物に残らなければ、特に制限はないが、0.0001〜10重量%であると好ましく、0.0001〜8重量%であるとより好ましく、0.0001〜5重量%であるとさらに好ましい。
プレリンス工程で用いられるリンス剤組成物中には、後述する洗浄剤組成物以外の、従来から公知のフラックス残渣が付着した被洗浄物を洗浄するための洗浄剤組成物が含まれていてもよい。リンス剤組成物中に、後述する洗浄剤組成物、又は、前記公知洗浄剤組成物が含まれるいずれの場合も、リンス剤組成物中の水の含有量は、残留したフラックス残渣、又は再付着したフラックス残渣等の汚れのすすぎ洗い性の向上の観点から、90〜99.9999重量%であると好ましく、92〜99.9999重量%であるとより好ましく、95〜99.9999重量%であるとさらに好ましい。
リンス剤組成物の温度は、すすぎ性を向上させる観点から、50〜70℃が好ましい。
リンス工程においても、すすぎ性向上の観点から、リンス剤組成物に超音波振動を付与すると好ましい。リンス工程の第3工程でリンス剤組成物へ超音波振動を印加すると、第2工程を経て隙間に存在する空気が隙間から追い出されているので前記汚れとリンス剤組成物とを良好に接触させることができ、且つ、溶存ガスの脱気が行なわれたリンス剤組成物に超音波振動を印加するので隙間に存在する汚れの除去性が向上する。故に、リンス工程の第3工程でリンス剤組成物へ超音波振動を印加すると、リンス時間の短縮化が期待できるので好ましい。超音波の周波数および超音波のエネルギー密度は、第3工程で洗浄剤組成物へ付与されるそれらと同じでよい。
[乾燥工程]
リンス工程の後に行われる乾燥工程では、例えば、リンス剤組成物から取り出された被洗浄物に温風を吹き付けることにより、表面に付着したリンス剤組成物を取り除いた後、真空乾燥容器内に搬送される。真空乾燥容器内の温度は、例えば、50〜100℃に設定され、真空乾燥容器内は、0.1〜5(kPa)に減圧される。真空乾燥容器による乾燥は、例えば、1〜30分間行えばよい。
尚、本発明の洗浄方法は、生産性の向上の観点から、洗浄工程、例えば、プレリンス工程と仕上げリンス工程とを含むリンス工程、乾燥工程がこの順に連続的に行われるように、1つ以上の圧力調整可能な洗浄槽と、2つ以上の圧力調整可能なリンス槽と、真空乾燥容器とを含む設備を用いて行ってもよい。このような設備の一例は、例えば、特開平6−296940号公報に開示されている。
[洗浄剤組成物]
次に、本発明の洗浄方法に使用される洗浄剤組成物について説明する。
本発明における洗浄剤組成物は、水(成分A)と、特定のグリコールエーテル(成分B)と、特定のアミン化合物(成分C)とを含む。
(成分A)
成分Aは、蒸留水、イオン交換水、又は超純水等の水からなる。
洗浄剤組成物中の水の含有量は、フラックス残渣に対する高い洗浄性を確保する観点から、2重量%以上10重量%以下であることを要するが、同様の観点から、3〜8重量%であると好ましく、4〜7重量%がさらに好ましい。本発明は、減圧、減圧状態の保持、および昇圧を行う洗浄方法、好ましくは、減圧、減圧状態の保持、および昇圧を繰り返し行う洗浄方法において使用される洗浄剤組成物中の水の含有量が、2重量%以上10量%以下という特定の範囲にあることを特徴の1つとする。本発明では、減圧および昇圧による圧力変化に起因して発生する物理力と、減圧保持工程中の洗浄剤組成物の沸騰に起因して発生する物理力により、従来除去が困難であった狭い隙間のフラックス残渣を劇的に除去できる。洗浄剤組成物中の水の含有量は、洗浄剤組成物の沸騰に起因して発生する物理力に注目して決められている。水の含有量が2重量%未満では沸騰による物理力が不足し、10重量%を超えると、フラックス残渣の溶解性に劣るために、いずれにせよ十分な洗浄性を得ることができない。
(成分B)
成分Bは、下記一般式(1)で表されるグリコールエーテルからなる。
−O−(EO)−R (1)
ただし、前記一般式(1)において、Rは炭素数1〜6のアルキル基、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基、EOはオキシエチレン基であり、mはEOの平均付加モル数を示し、2≦m≦3を満たす。
の炭素数は、フラックス残渣に対する高い洗浄性と高い安全性とを確保する観点から、2〜4が好ましく、3〜4がより好ましい。
前記一般式(1)で表される成分Bの具体例としては、フラックス残渣の洗浄剤組成物への溶解性の向上の観点から、EOの平均付加モル数mが2のモノアルキルタイプのグリコールエーテル、EOの平均付加モル数mが3のモノアルキルタイプのグリコールエーテル、EOの平均付加モル数mが2のジアルキルタイプのグリコールエーテル、EOの平均付加モル数mが3のジアルキルタイプのグリコールエーテル等が好ましい。これらのグリコールエーテルは、1種のみを用いてもよいし2種以上を併用してもよい。
EOの平均付加モル数mが2のモノアルキルタイプのグリコールエーテルとしては、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル等が挙げられる。
EOの平均付加モル数mが3のモノアルキルタイプのグリコールエーテルとしては、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
EOの平均付加モル数mが2のジアルキルタイプのグリコールエーテルとしては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルプロピルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルイソブチルエーテル等が挙げられる。
EOの平均付加モル数mが3のジアルキルタイプのグリコールエーテルとしては、トリエチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
これらのグリコールエーテルの中でも、安全性を高め、高い水溶性を呈し、およびフラックス残渣の溶解性を高めるという観点から、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルイソブチルエーテル、およびトリエチレングリコールジメチルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
洗浄剤組成物中の成分Bの含有量は、狭い隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、50重量%以上97.75重量%未満であることを要するが、同様の観点から、60以上97.75重量%未満であると好ましく、80〜97.25重量%であるとより好ましい。
(成分C)
成分Cは、下記一般式(2)で表されるアミン化合物からなる。
Figure 0005711150
前記一般式(2)において、Rは水素原子又は炭素数が1〜4のアルキル基を示し、EOはオキシエチレン基、p、qは各々EOの平均付加モル数を示し、1≦p+q≦4を満たす。
の炭素数は、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性およびすすぎ性の向上の観点から、1〜3が好ましい。p+qは、1≦p+q≦4を満たすものであり、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、1≦p+q≦3を満たすとより好ましい。
前記一般式(2)で表される成分Cの具体例としては、すすぎ性の向上および隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、メチルモノエタノールアミン、エチルモノエタノールアミン等のアルキロールアミン類が好ましい。
洗浄剤組成物中の成分Cの含有量は、すすぎ性の向上および隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、0.05重量%以上5重量%以下であることを要するが、0.5〜1.5重量%であると好ましい。
成分Bと成分Cとの重量比(成分B/成分C)は、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点からから20〜99であると好ましいが、94〜98がより好ましく、95〜97がさらに好ましい。
成分Bと成分Aの重量比(成分B/成分A)は、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から20〜99であると好ましいが、20〜50がより好ましく、30〜50がさらに好ましい。
成分Bの重量と、成分Aと成分Cの合計重量との重量比{成分B/[成分A+成分C]}は、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、10〜50であると好ましいが、15〜35がより好ましく、23〜33がさらに好ましい。
洗浄剤組成物は、下記界面活性剤(成分D)を含有していてもよい。
洗浄剤組成物中の成分Dの含有量は、泡立ち性の抑制の観点から、0.01重量%未満であることが好ましく、同様の観点から、0.005重量%以下が好ましく、実質的に含まないことがより好ましく、含まないことがより一層好ましい。
成分Dの具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンコポリマー等の非イオン性界面活性剤等が挙げられる。
[その他の任意成分]
洗浄剤組成物は、洗浄剤組成物を用いて被洗浄物を洗浄した場合に奏される、狭い隙間に存在するフラックス残渣に対する高い洗浄性、良好な水によるすすぎ性、および、低泡立ち性が損なわれない範囲で、成分C以外のアミン化合物として、モルホリン、エチルモルホリン等のモルホリン類;ピペラジン、トリエチルジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミン等を含んでいてもよい。
洗浄剤組成物は、さらなるその他の成分として、必要に応じて、通常洗浄剤組成物に用いられる、キレート剤、防腐剤、防錆剤、殺菌剤、抗菌剤、酸化防止剤、エステル、およびグリセリンやポリエチレングリコール等のアルコール類などからなる群から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい。
洗浄剤組成物中の前記その他の任意成分の合計含有量は、隙間に残存するフラックス残渣に対する洗浄性の向上の観点から、45重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることがより好ましく、0.1重量%以下がさらに好ましく、0.05重量%以下がさらにより好ましい。
[洗浄剤組成物の調製方法]
洗浄剤組成物の調製方法は、何ら制限されず、成分A、成分B、及び成分Cを混合し、必要に応じて、成分Dおよび/又はその他の任意成分をさらに混合することによって調製できる。
尚、各成分を混合するための容器としては、SUS製の容器、GS(グラスライニング)製の容器等を使用でき、溶液撹拌手段としては、プロペラ羽根、ピッチドパドル、マックスブレンド等の撹拌翼又はマグネティックスターラー等を使用できる。
攪拌中の混合液の温度は10〜40℃が好ましく、20〜30℃がより好ましい。前記撹拌翼の周速は、通常、1〜3m/秒が好ましい。また、全成分を容器中に仕込んだ後は、混合液を15分以上混合することが好ましく、20分間以上混合することがより好ましい。
[洗浄剤組成物のpH]
洗浄剤組成物のpHは、被洗浄物の種類や洗浄後の被洗浄物の要求品質等に応じて適宜決定すればよいが、被洗浄物の腐食を抑制する観点から、8〜11が好ましく、9〜11がより好ましい。
洗浄剤組成物のpHは、必要により、硝酸、硫酸等の無機酸、オキシカルボン酸、多価カルボン酸、アミノポリカルボン酸、アミノ酸等の有機酸、及びそれらの金属塩やアンモニウム塩、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アミン等の塩基性物質を適宜、所望量配合することで調整できる。
[電子部品の製造方法]
本発明の電子部品の製造方法は、ハンダバンプを含む電子部品の製造方法であって、電子部品の基板上にハンダフラックスを使用してハンダバンプを形成する工程と、本発明の洗浄方法によりハンダフラックス由来のフラックス残渣を洗浄する工程とを含む。すなわち、本発明の電子部品の製造方法は、ハンダフラックスを用いて基板上に部品をハンダ付けし、次いで、リフローして、前記基板上にハンダバンプを介して前記部品が搭載された製造中間物(被洗浄物)を得る工程と、前記基板と前記部品との隙間に存在するハンダフラックス由来のフラックス残渣を、本発明の洗浄方法により洗浄する工程とを含む。ハンダバンプは、例えば、ペースト状のハンダフラックスを基板上に印刷塗布してその後加熱(リフロー)してハンダバンプを形成する印刷法や、基板上に形成したレジスト層の開口部に電気ハンダメッキを行いその後加熱(リフロー)してハンダバンプを形成するメッキ法、基板上に形成したレジスト層の開口部にペースト状のハンダフラックスを充填してその後加熱(リフロー)してハンダバンプを形成する方法など、従来公知のフラックスを用いるハンダバンプの形成方法により形成できる。
ここで、電子部品の「基板」とは、回路基板、パッケージ基板(インタポーザ)などに加えて、ハンダバンプが形成されうる半導体チップなども含み、電子部品としては、前記基板を含む半導体装置等が挙げられる。「部品」としては、半導体チップ、チップ型コンデンサ、「基板」として使用される回路基板とは別の回路基板等が挙げられる。いずれの方法によるハンダバンプの形成においても、リフロー工程後に本発明の洗浄方法で基板等を洗浄することで、前記基板と前記部品との間の空間(隙間)のフラックス残渣を効率よく洗浄できる。本発明の洗浄方法を採用すれば、例えば、高さ(基板と部品との上下方向の最短距離)が5〜500μm、幅が130〜20000μm、奥行きが130〜25000μmの狭い隙間に入り込んだフラックス残渣も容易に除去できる。
表1、表3、表5、および表6に記載の組成となるように各成分を配合及び混合することにより、実施例1〜17及び比較例1〜23の洗浄剤組成物を得た。攪拌中の混合液の温度は25℃とし、混合液の攪拌には、マグネティックスターラー(80mm回転子)を用いた。マグネティックスターラーの回転数は200rpmとし、全成分を容器中に仕込んだ後の攪拌時間は30分とした。これらの洗浄剤組成物のpHは10〜11であった。各洗浄剤組成物のpHは、pHメーター(東亜電波工業社製、HM-30G)を用いて測定した、25℃における値である。
得られた洗浄剤組成物を使用して下記の試験(1)〜(6)を行った。得られた洗浄剤組成物を洗浄槽(容積:25L)に充填し60℃に加温した。
<フラックス残渣の調製>
クリームハンダ(タムラ化研製LIFSOLDER LF-204-11)を銅板に塗布した後、これらを窒素雰囲気下で熱処理(250℃)して、フラックス残渣を調製した。即ち、前記熱処理によりクリームハンダ中のフラックスを融かしてハンダ金属から浮かせ、ハンダ金属とフラックス残渣とを分けた。フラックス残渣は銅板上において茶褐色のまくのような汚れとして観察できる。
<テストピースの作成>
図1Aおよび図1Bに示されるように、市販のMPU(micro processing unit)のPKG基板1の一方の主面に1対のアルミ板2をその間隔W4が3mmとなるよう相互に平行に配置し、1対のアルミ板2上にカバーガラス5を配置した。カバーガラス5とPKG基板1との間の空間の高さW3は50μmである。1対のアルミ板2のPKG基板1への固定、および、カバーガラス5の1対のアルミ板2への固定は、エポキシ樹脂3aを用いて行い、PKG基板1、1対のアルミ板2、カバーガラス5で囲まれた隙間17を形成した。
前記<フラックス残渣の調製>で調製したフラックス残渣を銅板から取り、それを前記隙間17の一方端付近に0.05gのせた後、これらを150℃の高温槽内に入れた。すると、毛細管現象によりフラックス残渣が隙間17内に侵入した。次いで、前記隙間17の一方端をエポキシ樹脂3bにより封止してテストピースを得た。尚、毛細管現象により領域4内に充填されたフラックス残渣の長手方向の長さは5mmであり、領域4を囲む全面はフラックス残渣により覆われていた。図1Aにおいて、W1およびW2の長さはともに5mmであり、部材番号6は空気が溜まった空気溜まりを指している。PKG基板1、1対のアルミ板2、カバーガラス5、およびエポキシ樹脂3bで囲まれた空間(隙間17)の高さは50μm、幅は3mm、奥行きは10mmである。
(1)隙間洗浄性試験1
次に、テストピースを治具にセットした後、空気溜まり6が領域4よりも下になるように洗浄槽(容積:25L)内の洗浄剤組成物(60℃、5L)に浸漬した。次いで、洗浄槽内の圧力を、例えば19kPa/s(実施例1の場合)の速度で表1、表3、表5、および表6に示された圧力Pに達するまで減圧する減圧工程を経た後、その減圧された圧力を表1、表3、表5、および表6に示された時間保持し(「減圧保持時間」参照)、次いで、洗浄槽内の圧力を、例えば19kPa/s(実施例1の場合)の速度で表1、表3、表5、および表6に示された圧力Pに達するまで昇圧した。圧力Pが常圧(101.3(kPa))に等しい場合は、その後、洗浄槽内の圧力を表1、表3、表5、および表6に記載された時間(「昇圧後圧力保持時間」参照)常圧に保持した。圧力Pが常圧より低い場合は、その洗浄槽内の圧力を、表1、表3、表5、および表6に記載された時間(「昇圧後圧力保持時間」参照)保持した。減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程からなる一連の工程は、表1、表3、表5、および表6に記載の回数行った(「サイクル数」参照)。ただし、比較例1では、減圧も昇圧も行わなかった。また、実施例16〜17、比較例2、20〜23については、昇圧後圧力保持工程は行わなかった。比較例13については、減圧保持工程および昇圧後圧力保持工程は行わなかった。
減圧速度および昇圧速度は、それぞれ、各工程における初期圧力と次工程における初期圧力(所定圧力)との圧力差を、当該所定圧力にするために要した時間で除することにより求められる。例えば、実施例1では、常圧(101.3kPa)から4.0kPaへ5秒で減圧しているので、減圧速度は、19kPa/s(=(101.3−4.0)/5)となる。
減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程中の、洗浄槽内の圧力はマノメーター(柴田科学社製DM-10S)にて測定した。洗浄槽内の圧力は、各工程中連続して監視した。また、減圧保持工程、昇圧後圧力保持工程を行った実施例および比較例のいずれにおいても、減圧保持工程中の洗浄槽内の圧力は、P±0.4(kPa)の範囲内におさまっており、昇圧後圧力保持工程中の洗浄槽内の圧力は、P±0.4(kPa)の範囲内におさまっていた。
減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程中の、洗浄槽内の洗浄剤組成物の温度、および後述のリンス剤組成物の温度は、洗浄槽に付設している温度計にて測定した。減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程における洗浄剤組成物の温度は、各工程中1秒毎に計測して監視したが、いずれの実施例、および比較例においても、洗浄剤組成物の温度の平均値±0.1℃以内におさまっていた。例えば、表1中の実施例1の洗浄剤組成物の温度「60℃」は、減圧工程(第2工程)、減圧保持工程(第3工程)、昇圧工程(第4工程)、および昇圧後圧力保持工程(第4a工程)において、洗浄剤組成物の温度の平均値がいずれの工程においても60℃であることを意味する。尚、減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程中の、洗浄剤組成物の温度の制御は、洗浄槽に設置された温度制御装置により、1秒ごとに温度をモニタリングして指定の温度に制御した。
その後、プレリンス工程、仕上げリンス工程をこの順で1回ずつ行い、仕上げリンス工程の後に洗浄された被洗浄物を乾燥させた。洗浄工程、プレリンス工程、及び、仕上げリンス工程は、各々、別の槽内で行った。
プレリンス工程では、リンス剤組成物として、各実施例、比較例とも、用いられた洗浄剤組成物の5%希釈液を使用したこと以外は洗浄工程と同じ条件で減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程をこの順で行った。サイクル数についても対応する洗浄工程のそれと同じである。
仕上げリンス工程では、リンス剤組成物として水を使用したこと以外は対応する洗浄工程と同じ条件で減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程をこの順で行った。サイクル数についても対応する洗浄工程のそれと同じである。
プレリンス工程および仕上げリンス工程においても、比較例1では、減圧も昇圧も行わなかった。また、実施例16〜17、比較例2、20〜23については、昇圧後圧力保持工程は行わなかった。比較例13については、減圧保持工程および昇圧後圧力保持工程は行わなかった。
洗浄工程およびリンス工程を経たテストピースの乾燥は、テストピースに温風(25℃)を吹き付けることにより、表面に付着したリンス剤組成物を取り除いた後、80℃に設定された真空乾燥容器内にテストピースを5分間放置することによって行った。真空乾燥容器内の圧力は1.0(kPa)とした。
隙間洗浄性試験1において、実施例1〜13、16、17の洗浄剤組成物および比較例1〜13、20〜23の洗浄剤組成物にテストピースを浸漬させている間中、洗浄剤組成物には超音波振動(40kHz、1.0W/cm)を印加し続けた。
(2)隙間洗浄性試験2(a)
洗浄剤組成物に印加される超音波振動のエネルギー密度が0.5W/cmであること以外は、隙間洗浄性試験1と同様の試験をした。尚、隙間洗浄性試験2(a)は、実施例1〜13の洗浄剤組成物および比較例1〜13の洗浄剤組成物について行った。
(3)隙間洗浄性試験2(b)
洗浄工程におけるサイクル数が、隙間洗浄性試験2(a)におけるそれの2倍であること以外は、隙間洗浄性試験2(a)と同様の試験をした。尚、隙間洗浄性試験2(b)は、実施例1〜13の洗浄剤組成物および比較例1〜13の洗浄剤組成物について行った。
各隙間洗浄性試験前後のテストピースを各々平面視した時に見える領域4のうちのフラックス残渣が残存している領域の面積を、光学顕微鏡(倍率50倍)を用いて観察した。テストピースを各々平面視した時に見える領域4の面積に対する、当該領域4の面積のうちのフラックス残渣が除去された部分の面積の割合を洗浄率(百分率)として算出し、下記判定基準でフラックス残渣に対する洗浄剤組成物の洗浄性を評価した。
(4)隙間洗浄性試験3
実施例14〜15の洗浄剤組成物および比較例14〜19の洗浄剤組成物について、超音波振動は付与しなかったこと以外は隙間洗浄性試験1と同様にして試験を行った。ただし、比較例14では、減圧も昇圧も行わなかった。また、実施例14,15、比較例15〜19については、昇圧後圧力保持工程は行わなかった。
(5)隙間洗浄性試験4(実施例18:洗浄剤組成物中の水の濃度を調整した場合)
この試験には、図3に示されるように、洗浄工程が行われる洗浄槽11、プレリンスが行われる第1すすぎ槽12、仕上げリンス工程が行われる第2すすぎ槽13を含む洗浄装置を用いた。また、前記<テストピースの作成>と同じ方法で作成したテストピースを20個用意した。
前記テストピース20個のうちの1つを治具にセットした後、空気溜まり6(図1A参照)が領域4よりも下になるように、当該テストピースを洗浄槽11内の洗浄剤組成物(60℃)に浸漬した。洗浄剤組成物には、実施例1の洗浄剤組成物を用いた。
前記(1)隙間洗浄性試験1と同じ条件で、減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程をこの順に行った。すなわち、洗浄槽内を4kPaまで減圧し、その減圧状態を10秒間保持し、次いで、洗浄槽内の圧力が常圧(101.3kPa)になるまで昇圧した後、常圧状態を10秒間保持した。この減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、昇圧後圧力保持工程からなる一連の工程を10回繰り返し行った。洗浄工程開始前における洗浄槽内の洗浄剤組成物の量は20Lとした。減圧工程、減圧保持工程、および昇圧工程および昇圧後圧力保持工程からなる1サイクルは30秒で行った。洗浄時間は300秒である。
洗浄剤組成物にテストピースが浸漬されている間中、洗浄剤組成物に超音波振動(40kHz、1.0W/cm)を印加し続けた。
減圧工程、減圧保持工程、昇圧工程、および昇圧後圧力保持工程からなる一連の工程を10回繰り返し行った後、洗浄槽からテストピースを取り出した。当該テストピースに対して、前記(1)隙間洗浄性試験1と同じ条件で、プレリンス、仕上げリンスをこの順で1回ずつ行い、仕上げリンス工程を経た後、洗浄されたテストピースを乾燥させた。プレリンス工程および仕上げリンス工程は、各々300秒間行った。プレリンス工程では、リンス剤組成物として、実施例1の洗浄剤組成物の5%希釈液を使用し、仕上げリンス工程では、リンス剤組成物として水を使用した。
次に、前記テストピースとは別のテストピース(2枚目)を前記洗浄槽に投入する前に、洗浄槽11内の洗浄剤組成物とサブタンク14内の洗浄剤組成物とを循環させ、洗浄槽11内の洗浄剤組成物中の水の含有量を、初期値に等しい濃度(5.0重量%)に調整した。
洗浄槽11内の洗浄剤組成物の水の含有量およびサブタンク14内の洗浄剤組成物中の水の含有量は、伴に静電容量タイプの水分計(山本電機インスツルメント社製、EMC−113N)15,16を用いて測定した。プレリンス工程、仕上げリンス工程は、1つのテストピースのリンスの終了毎に、各々未使用のリンス剤組成物に入れ替えて行った。この洗浄性試験をテストピース20枚目まで同様にして行った。各テストピースに対する洗浄のサイクル数は10回であり、合計20枚のテストピースに対する総サイクル数は200回である。
一方、参考例として、前記洗浄性試験において、洗浄剤組成物中の水の含有量を調整しない点を除いて、実施例18と同じ方法で20枚のテストピースについて同様の洗浄性試験を行った。この洗浄性試験の結果は、表7に示している。
表7から分かるように、洗浄剤組成物中の水の含有量が2〜10重量%であれば、高い洗浄性が得られる。また、洗浄剤組成物を繰り返し使用する場合、使用に伴い蒸発した水分を補って、洗浄剤組成物中の水の含有量を2〜10重量%に維持すれば、高い洗浄性も維持できる。
(6)洗浄性の評価
<フラックス残渣の洗浄性の判定基準>
A:洗浄率が90%以上
B: 洗浄率が80%以上90%未満
C:洗浄率が70%以上80%未満
D:洗浄率が60%以上70%未満
E:洗浄率が50%以上60%未満
F:洗浄率が50%未満
(7)すすぎ性試験
すすぎ性試験では、前記テストピースにおける1対のガラス板間の隙間17に入った洗浄剤組成物を水でどの程度濯げるか、テストした。ただし、この試験に用いるテストピースについては、前記隙間17にフラックス残渣は充填していない。
前記隙間17が水溶性染料であるメチレンブルー(試薬;シグマアルドリッチ社製)により着色された洗浄剤組成物で満たされたテストピースを用意した。1対のガラス板のうちの長手方向両端部のうちのエポキシ樹脂3bから離れた端部側が下になるようにテストピースを治具にセットした後、その姿勢でテストピースをリンス剤組成物(水、60℃)に浸漬した。水すすぎ性試験では、洗浄剤組成物を水に置き換えて、隙間洗浄試験1又は3における洗浄工程(第1〜第5工程)と同じ条件で、すすぎを行った。
すすぎ性試験後のテストピースの隙間17を各々平面視した時に見える染料が残存している領域の面積を、光学顕微鏡(倍率50倍)を用いて観察した。テストピースの隙間17を平面視した時に見える平面の面積に対する、テストピースの隙間17を平面視した時に見える平面のうちの前記染料が除去された領域の面積の割合(百分率)をすすぎ性として算出し、洗浄剤組成物のすすぎ性を下記基準により評価した。
<洗浄剤組成物の水によるすすぎ性の判定基準>
A:すすぎ性が90%以上
B:すすぎ性が70%以上90%未満
C:すすぎ性が50%以上70%未満
D:すすぎ性が50%未満
(8)超音波真空パルス洗浄時の泡立ち性試験
(a)図2に示された容器7内に、洗浄剤組成物を2リットル入れ、容器7内を減圧(5kPa)した時の泡の高さ、(b)図2に示された容器7内に、洗浄剤組成物の濃度が10重量%となるように洗浄剤組成物を水で希釈して得た希釈液(プレリンス工程用のリンス剤組成物に相当)を2リットル入れ、容器7内を減圧(5kPa)した時の泡の高さを目視にて観察した。
尚、図2において、部材番号8は減圧開放バルブを、部材番号10は真空ポンプに接続される配管の開閉制御を行うバルブを、部材番号9は液ドレインバルブを指している。
<超音波真空パルス洗浄時の泡立ち性の判定基準>
A:泡高さが10cm未満
B:泡高さが10cm以上20cm未満
C:泡高さが20cm以上
表1〜表6に示されるように、洗浄剤組成物として水の含有量が2〜10重量%と少ない特定の組成のものを用いており、減圧工程において達する洗浄槽内の圧力が0.1〜7kPaの範囲にあるP(kPa)であり、減圧保持工程における、洗浄槽内の圧力がP±0.4(kPa)に、且つ、洗浄剤組成物の温度が50〜70℃に、8〜16秒間連続保持され、昇圧工程において達する洗浄槽内の圧力が50〜120kPaの範囲にあるP(kPa)であり、減圧工程から昇圧工程までを10〜220秒間で行っている、実施例1〜17は、比較例1〜23よりも、幅の狭い隙間17に残存するフラックス残渣に対する洗浄剤組成物に対する洗浄性が高く、且つ、水によるすすぎ性も良好である。また、実施例1〜17の洗浄剤組成物は、成分Bおよび成分C以外の界面活性剤の含有量が0.008重量%以下であり、成分Bおよび成分C以外の界面活性剤を実質的に含まないので、泡立ちが抑制されている。
Figure 0005711150
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なお、表1、表3、表5、および表6中の各成分の詳細は後述のとおりである。
[成分B]
シ゛エチレンク゛リコールモノフ゛チルエーテル(日本乳化剤社製)
トリエチレンク゛リコールモノフ゛チルエーテル(日本乳化剤社製)
シ゛エチレンク゛リコールモノヘキシルエーテル(日本乳化剤社製)
トリエチレンク゛リコールシ゛メチルエーテル(日本乳化剤社製)
[成分C]
シ゛エタノールアミン(和光純薬工業社製)
メチルシ゛エタノールアミン(和光純薬工業社製)
[成分D]
SecC12-14−O−(EO)H(非イオン性界面活性剤、日本触媒社製)
SecC12-14−O−(EO)Hは、SecC12−O−(EO)HとSecC14−O−(EO)Hとの混合物である。
[任意成分]
グリセリン(花王社製)
[その他]
ソルベントナフサ(和光純薬工業社製)
界面活性剤10%水溶液:BASF社 Lutensol XL-70(非イオン界面活性剤の10重量%水溶液)
本発明の洗浄剤組成物は、狭い隙間に残存するフラックス残渣の洗浄に好適に使用できる。

Claims (10)

  1. 洗浄剤組成物を用いてフラックス残渣が付着した被洗浄物を洗浄する洗浄工程を含み、
    前記洗浄工程は、
    フラックス残渣が付着した被洗浄物を、圧力調整可能な洗浄槽内に収容された前記洗浄剤組成物に浸漬する浸漬工程(第1工程)と、
    前記洗浄槽内の圧力を、下記式(1)を満たす圧力P1(kPa)に減圧して、前記洗浄剤組成物に含まれる水を沸騰させる減圧工程(第2工程)と、
    0.1(kPa)≦P1(kPa) (1)
    前記減圧工程で減圧された前記洗浄槽内の圧力をP1±0.4(kPa)に、且つ、前記洗浄槽内の前記洗浄剤組成物の温度を50〜70℃に、8〜16秒間連続して保持して、前記水の沸騰状態を保持する減圧保持工程(第3工程)と、
    前記減圧保持工程を経た後、前記洗浄槽内の圧力を下記式(2)を満たす圧力P2(kPa)にする昇圧工程(第4工程)とを含み、
    50(kPa)≦P2≦120(kPa) (2)
    前記第2工程〜第4工程までを、10〜220秒間で行い、
    前記洗浄剤組成物は、
    水(成分A)を2重量%以上10重量%以下、
    グリコールエーテル(成分B)を50重量%以上97.75重量%未満及び、
    アミン化合物(成分C)を0.05重量%以上5重量%以下含み、
    前記成分Bは、下記一般式(1)で表され、
    1−O−(EO)m−R2 (1)
    〔前記一般式(1)において、R1は炭素数1〜6のアルキル基、R2は水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基、EOはオキシエチレン基であり、mはEOの平均付加モル数を示し、2≦m≦3を満たす。〕
    前記成分Cは、下記一般式(2)で表される、
    Figure 0005711150
    〔前記一般式(2)において、R3は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示し、EOはオキシエチレン基であり、p、qは各々EOの平均付加モル数を示し、1≦p+q≦4を満たす。〕
    被洗浄物の洗浄方法。
  2. 少なくとも前記第2工程〜前記第4工程をさらに1〜50回繰り返す工程(第5工程)をさらに含み、
    前記第5工程で繰り返えされる前記第2工程〜前記第4工程までを各々10〜220秒間で行う、請求項1に記載の被洗浄物の洗浄方法。
  3. 前記第4工程の後に、前記洗浄槽内の圧力を、50〜120kPaの範囲内の圧力であって、P2±0.4(kPa)と等しいか又はP2±0.4(kPa)よりも高い圧力に8〜16秒間保持する昇圧後圧力保持工程(第4a工程)をさらに含む、請求項1または2に記載の、被洗浄物の洗浄方法。
  4. さらに、水を90〜99.9999重量%含むリンス剤組成物で前記被洗浄物をリンスするリンス工程を含む、請求項1〜3のいずれかの項に記載の、被洗浄物の洗浄方法。
  5. 前記リンス工程が、第5工程における、第2工程〜4工程で用いる前記洗浄剤組成物を前記リンス剤組成物に代えて行われる、請求項4に記載の被洗浄物の洗浄方法。
  6. 前記洗浄工程の前記第3工程を、前記洗浄剤組成物へ超音波振動を印加しながら行う、請求項1〜5のいずれかの項に記載の被洗浄物の洗浄方法。
  7. 前記リンス工程の第3工程を、前記リンス剤組成物へ超音波振動を印加しながら行う、請求項5に記載の被洗浄物の洗浄方法。
  8. 電子部品の基板上に、フラックスを含むハンダフラックスを使用してハンダバンプを形成する工程と、
    請求項1〜7のいずれかの項に記載の前記被洗浄物の洗浄方法により前記フラックス由来の前記フラックス残渣を洗浄する工程とを含む、ハンダバンプを含む電子部品の製造方法。
  9. 請求項1〜7のいずれかの項に記載の被洗浄物の洗浄方法に使用される洗浄装置であって、
    前記洗浄装置は、
    内部に洗浄剤組成物を貯留可能とし、内部の圧力を調整可能とする圧力調整部と、内部に貯留された洗浄剤組成物の水の濃度を測定可能とする水分計とを含む、洗浄槽と、
    洗浄剤組成物を貯留可能とするサブタンクと、
    前記洗浄槽と前記サブタンクとを連通可能とし、前記水分計による測定値に応じて流路を開閉可能とするバルブを備えた循環管路と、
    前記水分計による測定値に応じて前記洗浄槽内の洗浄剤組成物と前記サブタンク内の洗浄剤組成物とを前記循環管路を介して循環させる送液部とを含み、
    前記サブタンクと前記水分計と前記バルブを備えた前記循環管路は、前記水分計による前記洗浄組成物の水の濃度の測定値が所定の範囲内の値でなくなると、前記バルブが開くとともに、前記送液部が動作し、前記洗浄槽内の前記洗浄組成物の水の濃度が前記所定の範囲内の値になるまで、前記サブタンク内の前記洗浄剤組成物と前記洗浄槽内の前記洗浄組成物とを前記循環管路を介して循環させうる、水分制御機構を構成しており、
    前記所定の範囲が、2重量%以上10重量%以下である、洗浄装置。
  10. 前記水分制御機構は、前記サブタンクに設けられた水分計を更に含む、請求項9に記載の洗浄装置。
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