NO169603B - Loesningsmiddelblanding for fjerning av flussmiddelresiduer - Google Patents

Abstract

Stabile metylkloroform-baserte blandinger inneholdende 3-5 volum% 2-butanol og 1-2 volum% 3-metyl-l-butyn-3-ol er. blitt vist å være særdeles gode lsningsmidler for fjerning av fluksrester fra kretskort. Disse blandinger har ikke noe flanunepunkt og oppviser meget god fordeling av komponentene i fluksfjerningsapparatets damp- og væskeseksjoner. Det beskrives også en fremgangsmåte til rensing av kretskort under anvendelse av ovennevnte blanding.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en forbedret løsnings-middelblanding for fjerning av residuer fra kretskort.

Elektronikkindustrien krever kretskort som er praktisk talt fri for ioniske og organiske flussmiddelrester da disse bidrar til svikt hos kretskortene under deres anvendelse. Stringente metoder blir derfor anvendt for å rense kortene

både for ioniske og organiske rester. Tallrike løsningsmidler og blandinger av løsningsmidler er blitt prøver og forkastet. Det kommersielle løsningsmiddel som finner mest utstrakt anvendelse, er 1,1,2-trifluor-1,2,2-trikloretan (Fluorcarbon 113) i blanding med 10,67 volum% metanol og 0,33 volum% nitrometan. Dette løsningsmiddel renser effektivt kolofonium-flussmiddel-loddehjelpemidlene fra kretskortet.

Renseeffektiviteten blir i industrien målt ved standard-metoder, hvorav én er gitt av det militære i USA og er en spesifikasjon for "Printed Wiring Assemblies" MIL-P-28809. Denne test består i at det rensede kort påsprøytes eller nedsenkes i en nylig fremstilt vandig isopropylalkohol-oppløs-ning i et spesifisert tidsrom, hvoretter oppløsningens resi-stivitet måles i ohm-cm. Effektiviteten av en blanding for fjerning av flussmiddel er en funksjon av rensetiden, fluss-midlets sammensetning og typen av renseoperasjonen. Når alle disse er like, gjelder at de mer effektive blandinger vil gi en høyere verdi for spesifikk motstand når de utprøves i henhold til ovennevnte test eller lignende standard-test.

Ovennevnte fluorkarbon-blanding er ved industriell erfa-ring og ved hjelp av ovennevnte test vist å være et effektivt løsningsmiddel for fjerning av flussmiddel. Klorerte hydrokarboner alene eller i kombinasjon med alkanoler under flammepunkt-nivået gir i alminnelighet dårligere resultater, spesielt med hensyn til fjerning av ioniske komponenter i fluss-midlet. Av sikkerhetsmessige grunner er det viktig at i blandinger som anvendes av industrien ikke har noe flammepunkt.

Det er også kjent at klorerte hydrokarboner, spesielt 1,1,1-trikloretan (metylkloroform), vil fjerne de ikke-ioniske komponenter i kolofonium-flussmiddel-loddehjelpemidler bedre enn den ovenfor nevnte fluorkarbon-blanding.

Patenter som beskriver flussmiddelfjernende materialer er US-patenter 2 932 297 og 4 023 984, som angir metylkloroform med henholdsvis n-propyl-alkohol og isopropylalkohol; US-patent 3 733 218 beskriver flussmiddelfjernende blandinger av perkloretylen og trikloretylen, hver med forskjellige alkoholer som danner azeotroper. US-patent 3 671 44 6 beskriver en azeotropisk blanding av et fluorkarbon og n-butylalkohol som nyttig ved rensing av kretskort.

Det finnes tallrike patenter som beskriver anvendelse av forskjellige alkoholer som stabiliseringsmidler for metylkloroform. Blant disse er US-patenter 3 049 571, 3 192 273, 3 326 988, 3 360 575, 3 499 047, 3 565 811, 3 746 648, 3 974 230, 4 018 837, 4 115 461 og 4 324 928. Alkoholer som er inkludert i disse patenter er 2-butanol, 2-metylbutan-2-ol, 2-metylpropan-2-ol, butynol- og 3-metyl-l-butyn-3-ol i kombinasjon med forskjellige andre kjente stabiliseringsmidler, eksempelvis nitrometan og/eller nitroetan, butylenoksyd, dioksan og lignende for metylkloroform.

Det ville derfor ivære fordelaktig å ha et klorert løs-ningsmiddel-materiale som effektivt vil fjerne både ioniske og ikke-ioniske flussmi, ddiel-rester og som ikke har noe flammepunkt. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et slikt materiale, hvilket omfatter en stabilisert metylkloroform i kombinasjon med en blånding av metylbutynol og 2-butanol.

Løsningsmiddelblandinger basert på stabilisert metyl-

i

kloroform i kombinasjon med fra 3 til 5 volum% 2-butanol og fra 1 til 3 volum% 3-metyl-l-butyn-3-ol er blitt vist å være meget gode løsningsmidler for fjerning av flussmiddel fra kretskort. Disse blandinger har ikke noe flammepunkt og bibe-holder meget god fordeling av de oppløseliggjørende komponenter i damp- og væskeséksjonene i det flussmiddel-fjernende apparat.

Den foreliggende oppfinnelse angår en flussmiddel-fjernende løsningsmiddel-blanding basert på metylkloroform og som

i

ikke har noe flammepunkt målt ved Cleveland Open Cup-metoden, bestående av: (a) 93-96 volum% metylkloroform inneholdende på volumbasis (1) 0,69-0,80 % butylenoksyd, (2) 0,35-0,45 % nitrometan og (3) 3,0-3,4 % dietyleneter som stabiliseringsmidler, basert på metylkloroform, og (b) 4-7 volum% av en blanding av 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol, hvor alkoholene foreligger i mengder på henholdsvis 3-5 % og 1-2 %, basert på det samlede volum av den flussmiddel-fjernende blanding.

Den foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte til å rense elektroniske kretskort ved kontakt med væsken og/eller dampen av en løsningsmiddel-blanding, hvor en eller flere av de ioniske eller organiske flussmiddel-rester som er forbundet med fremstillingen av kretskort, er til stede, karakterisert ved at man som løsningsmiddel-blanding anvender den ovenfor beskrevne blanding.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen, men er ikke ment å skulle begrense oppfinnelsens ramme.

Eksempel 1 og 2

En rekke forsøk ble utført under anvendelse av flere preparater av en stabilisert metylkloroform inneholdende forskjellige konsentrasjoner av 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol, og resultatene ble sammenlignet under de samme eksperimen-telle betingelser under anvendelse av en l,l,2-trifluor-l,2,2-trikloretan-blanding og andre løsningsmiddel-sammensetninger som finner utstrakt anvendelse i industrien for fjerning av flussmiddel-rester fra kretskort.

Testmetoder

1. Test for bestemmelse av ioniske rester:

Tester ble utført i en oventil åpen satsvis avfettingsenhet og en produksjonsdimensjonert og -plassert avfettingsenhet. Den satsvise avfettingsenhet hadde den vanlige seksjo-nering: et koke-bunnkammer, en vannseparator og et kondensat-oppsamlingskammer (varmt bad). Denne spesielle avfettingsenhet hadde også et sprøyterør som sprøytet rent løsningsmid-del tilført fra kondensat-oppsamlingskammeret.

Produksjons-avfettingsenheten hadde også de vanlige seksjoner: kokekum, vannseparator, varmt bad og destilla-sjonsenhet. Transport-hastigheten var i cm pr. minutt. Tre høytrykkssprøytinger ble også anvendt mens kortene passerte gjennom rensesonen. Disse var som følger: en for-rensnings-sprøyting, en høytrykks-sprøyting og en destillat-sprøyting.

Forsøkskretskortene ble behandlet med et kommersielt tilgjengelig flussmiddel og deretter frekvensloddet med konven-sjonelt utstyr. Etter loddingen ble kortene renset i et avfettingsapparat. Dette rensetrinn innbefatter en løsnings-middel -kontakt i avfettingsapparatet. Løsningsmidler vil bli omtalt nedenunder. Ved rensingen av kortene i den oventil åpne satsvise avfettingsenhet ble den følgende tid-sekvens fulgt: to minutter i det kokende bunnområde, to minutter sprøyting med rent løshingsmiddel-kondensat og ett minutt dampsone-eksponering. Ved anvendelse av produksjons-avfettingsenheten ble hastigheten holdt mellom 94 og 107 cm pr. minutt.

De således rensede kretskort ble dimensjonsmålt med hensyn til overflateareal, og den ioniske restforurensning ble målt ved anvendelse av et Omega Meter II<R> (et vanlig måleutstyr som anvendes ved detektering og kvantifisering av ioniske residuer). Den oppløsning som ble anvendt i dette instrument, var en blanding av 75 volum% 2-propanol/avionisert vann. Det volum av den oppløsning som ble anvendt til vasking av ioniske rester, ble notert for hver type av testede kretskort og anvendt for beregning av den endelige forurensning angitt som mg NaCl/dm<2> kretskort. 2. Test for bestemmelse av resistens mot korrosjon av aluminium: Denne test besto i at spon av aluminium (Al 2024) ble plassert i en kolbe inneholdende den flytende løsningsmiddel-blanding. En kondensator ble forbundet med kolben og løs-ningsmidlet oppvarmet til koking og kokt under tilbakeløp i et tidsrom på 7 dager, hvorunder sponene ble underkastet observa-sjoner. Hvis ingen korrosjon av aluminiumet var observert etter de 7 dager, ble blandingen ansett å ha bestått prøven.

3. Flammepunktbestemmelse:

Hvis blandingen hadde et flammepunkt, bestemt under anvendelse av ASTM-92 kjent som "Cleveland Open Cup flash point method", ble den ansett som utilfredsstillende. Intet obser-verbart flammepunkt indikerer at løsningsmidlet var tilfreds-stillende eller var akseptabelt. Resultatene av disse tester er gitt i tabell I, hvor "utilfredsstillende" og "tilfreds-stillende" er betegnet med henholdsvis F og P. Ionisk rest er gitt i mg NaCl/dm<2>.

Sammenliqninqsekseitipel A

Ovenstående testmetode ble utført under anvendelse av en kommersielt tilgjengelig inhibert metylkloroform bestående av:

95,7 % metylkloroform (MC)

0,7 % 1,2-butylenoksyd (BO)

0,4 % nitrometan (NM)

3,2 % dietylen-eter (DEE)

Sammenlicmin<q>seksempel B

En kommersielt tilgjengelig blanding for flussmiddelfjer-ning ble også testet som beskrevet ovenfor. Blandingen besto av:

89 % fluorkarbon 113

10,67 % metanol

0,3 3 % nitrometan

Sammenliqninqseksempel C

Ovenstående tester ble også utført under anvendelse av en kommersielt tilgjengelig inhibert metylkloroform (93 %) med 7,0 % 1-propanol, som også er et kommersielt tilgjengelig produkt som anvendes ved flussmiddel-fjernende operasjoner.

Sammenliqninqseksempel D

Ovenstående tester ble også utført på en blanding av den i sammenligningseksempel A angitte stabiliserte metylkloroform som også inneholdt 3 % sekundær butanol og 3 % n-butanol.

Prosentangivelsene i eksempler A-C ovenfor såvel som i de etterfølgende eksempler er alle på volumbasis med mindre annet et angitt.

Tabell I viser testresultatene for blandingene i sammen-ligningseksempler A-E og blandinger ifølge oppfinnelsen i eksempler 1 og 2.

4. En annen test ble utført for å bestemme fordelingen av bestanddelene i damp- og væskefåsene i forskjellige blandinger ifølge oppfinnelsen og blandinger som anvendes som flussmiddelfjernere i industrien: En prøve av hver blanding ble fraksjonsdestillert under anvendelse av en 20 cm Vigreux-kolonne og en 29 cm vannkjølt rørkondensator. 400 ml av hver prøve ble plassert i en 500 ml kolbe. Prøven ble deretter fraksjonert ved destillasjon. Kolbe-og kolonnetopp-temperaturene ble notert sammen med fraksjonsvolumene. Hver fraksjon ble så analysert ved gass-kromatografi, hvorved mengden av de forskjellige bestanddeler ble bestemt. Verdiene er vist i tabellform i de følgende eksempler.

Sammenli<q>nin<q>seksempel F<*> - Metylkloroform-blanding

Sammenliqninqseksempel G - Fluorkarbon-blanding Sammenliqninqseksempel H* - Metylkloroform-blanding

Sammenliqninqseksempel I<*> - Metylkloroform-blanding

*Denne sammenligningsblanding er en stabilisert metylkloroform (1,1,1-trikloretan).

Eksempel 3 - Metylkloroform-blanding

Eksempel 4 - Metylkloroform-blanding

Sammenlicminqseksempel J

I US-patent 4 524 Oll, beskrives en stabilisert metylkloroform med 3 % metylbutynol og 3 % 2-butanol.

De foreliggende løsningsmiddel-blandinger er bedre flussmiddel-f j erningsblandinger.

En fordampningstest ble utført for å bestemme residuum som er ikke-flyktig (NVM) i hver av en rekke blandinger innenfor området i kravet og sammenlignet med blandingen ifølge US-patent 4 524 Oll som den samme test ble utført på. En slik test anvendes ved spesifisering av egenskapene for de kommersielle flussmiddelfjernende blandinger som selgés til elektronikkindustrien.

De følgende tester ble utført for å bestemme ikke-flyktig materiale (NVM) som er tilbake som rest etter at hver av blandingene var inndampet til tørrhet.

I et 400 ml begerglass ble det innveiet 200 g av løsnings-middel-blandingen. Dette ble plassert på en kokeplate og løs-ningsmidlet fordampet, idet temperatur-reguleringen ble holdt på en konstant verdi. Dette ga en temperatur på ca. 100°C, som var tilstrekkelig høy til at metylkloroform-blandingen ble inndampet. Inndampingen ble fortsatt inntil ca. 25 ml var tilbake. Innholdet ble overført til en alumiriiumskål som var blitt veiet på en analy-sevekt. Inndampingen ble fortsatt med kokeplaten innstilt på en lavere temperatur, slik at inndampings-hastigheten ble nedsatt. Etter inndamping til tørrhet ble veieskålen fjernet fra kokeplaten og hensatt til kjøling. Etter kjøling til romtemperatur ble skålen gjentatt veiet på ny inntil en konstant vekt var oppnådd for etter hverandre følgende veiinger. Mengden av NVM ble så beregnet basert på vekten av den opprinnelige prøve.

Hver av blandingene ble fremstilt av den samme stabiliserte metylkloroform som ble anvendt i sammenligningseksempel A ovenfor.

Til den stabiliserte metylkloroform ovenfor ble det tilsatt varierende mengder av 2-butanol (sek-butyl-alkohol, SBA) og 3-metyl-l-butyn-3-ol (MBY). En prøve (B) ble fremstilt med et innhold på 3 % av hver av MBY og SBA. Dette var sammenligningseksemplet ifølge Tasset et al. En blindprøve (A) ble også utført i hvilken metylkloroformen hverken inneholdt SBA eller MBY.

Testene viser at både blandingen ifølge US-patent 4 524 Oll som inneholdt 1 % metanol og 3 % av hver av metylbutynol og 2-butanol, og sammenligningseksemplet med den samme blanding uten metanolen inneholdt 2-3 ganger så meget NVM-rest som blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det skal bemerkes at mens mange alkoholer er blitt anvendt som stabiliseringsmidler for metylkloroform og i kombinasjon med de spesielle stabiliseringsmidler som anvendes i den foreliggende blanding, så er kombinasjonene ikke blitt anvendt i de spesielle mengder og/eller forhold som vil utgjøre et overlegent flussmiddel-f jernende løsningsmiddel som vist ved eksempler ifølge foreliggende oppfinnelse.

Blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse er like gode som eller bedre enn de kjente flussmiddel-fjernende blandinger med hensyn til fjerning av flussmiddel-rester. De er ennvidere bedre når det gjelder fordelingen av bestanddelene i både dampfase og væskefase. Dette er viktig siden renseoperasjonen utføres både i væske- og dampfase ved at kretskortet vekselvis behandles i de to faser. Det er viktig at ikke bare inhibitorene er til stede i begge faser, men at de alkoholer som medfører oppløselighet for flussmiddel-bestanddelene, også er til stede både i væskefase og dampfase under bruken. Disse blandinger har ikke noe flammepunkt og er praktisk talt ikke-korrosive under bruksbetingelsene.

Claims (4)

1. Metylkloroform-basert flussmiddel-fjernende løsningsmiddel-blanding som ikke har noe flammepunkt målt ved Cleveland Open Cup-metoden og som omfatter metylkloroform, butylenoksyd, nitrometan, 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol, karakterisert ved at blandingen inneholder (a) 93-96 volum% metylkloroform inneholdende på volumbasis (1) 0,69-0,80 % butylenoksyd, (2) 0,3 5-0,45 % nitrometan og (3) 3,0-3,4 % dietyleneter som stabiliseringsmidler, basert på metylkloroformen, og (b) 4-7 volum% av en blanding av 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol, hvor alkoholene er til stede i mengder på henholdsvis 3-5 % og 1-2 %, basert på det samlede volum av den flussmiddel-fjernende blanding.

2. Blanding ifølge krav 1, karakterisert ved at 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol er til stede i mengder på henholdsvis 4 % og 2 %, basert på det samlede volum av den flussmiddel-fjernende blanding.

3. Blanding ifølge krav lr karakterisert ved at 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol er til stede i mengder på henholdsvis 5 % og 1 %, basert på det samlede volum av den flussmiddel-fjernende blanding.

4. Fremgangsmåte til rensing av elektroniske kretskort ved kontakt med væsken og/eller dampen av en løsningsmiddel-blanding, hvor ett eller flere av de ioniske eller organiske flussmiddel-rester som er forbundet med fremstilling av kretskort, er til stede, karakterisert ived at det som løsningsmiddel-blanding anvendes en blanding som inneholder (a) 93-96 volum% metylkloroform inneholdende på volumbasis (1) 0,69-0,80 % butylenoksyd, (2) 0,35-0,45 % nitrometan og (3) 3,0-3,4 % dietyleneter som stabiliseringsmidler, basert på metylkloroformen, og (b) 4-7 volum% av en blanding av 2-butanol og 3-metyl-l-butyn-3-ol, hvor alkoholene er til stede i mengder på henholdsvis 3-5 % og 1-2 %, basert på det samlede volum av den flussmiddelrfjernende blanding.