DE4124246A1 - Reinigungsmittel fuer elektronische und elektrische baugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Halogenkohlenwasserstoff-freie, mit Wasser mischbare Reinigungsmittel für elektronische und elektrische Baugruppen sowie die Verwendung des Reinigungsmittels zur Fluxentfernung von Leiterplatten nach dem Löten.

Fluxmitel, auch Flußmittel genannt, auf Basis von Kolophonium sind grundsätzlich aus zwei unterschiedlichen chemischen Produktgruppen zusammengesetzt, nämlich aus relativ unpolaren Verbindungen, soge­ nannten Aktivatoren. Gemäß den chemischen Gesetzmäßigkeiten lösen sich die chemischen Verbindungen am besten in gleich gearteten Lö­ sungsmitteln, also in unpolaren oder polaren Reinigern. Besondere Probleme ergeben sich im Stand der Technik, wenn die als Aktivato­ ren verwendeten Carbonsäuren in Konzentrationen von bis zu 35% im Kolophonium enthalten sind und teilweise in Fluorkohlenwasserstof­ fen oder Chlorkohlenwasserstoffen überhaupt nicht, in Alkoholen nur schwer löslich sind. Dies führt oftmals zur Auflösung des Kolophoni­ ums und Freilegung von weißen Rückständen der Aktivatoren, die, von der Isolationswirkung des Kolophoniums befreit, unter Einfluß der Luftfeuchtigkeit leitfähig und korrosiv werden können.

Für die Reinigung von elektronischen und elektrischen Baugruppen, insbesondere für die Entfernung von kolophoniumhaltigen Flußmitteln von Leiterplatten nach dem Löten, werden bis in jüngste Zeit über­ wiegend Fluorkohlenwasserstoffe eingesetzt. Im Hinblick auf das Problem der Zerstörung der Ozonschichten durch Fluorchlorkoh­ lenwasserstoffe hat man sich in jüngster Zeit um die Entwicklung alternativer Reinigungsmittel bemüht.

Die DE-A 23 16 720 beschreibt ein Reinigungsmittel zum Entfernen von kolophoniumhaltigen Rückständen auf elektrischen Geräten, das Kolophoniumreste und gegebenenfalls Aktivatoren weitgehend rück­ standsfrei beseitigen soll und andererseits die bei elektrischen Schaltungen verwendeten Isolierstoffe und Metalle nicht störend angreift. Die Waschmittellösung enthält insbesondere einen polaren, höherwertigen Alkohol, insbesondere Butylglykol oder N-Butanol, weiterhin einen polaren niederwertigen Alkohol, insbesondere Me­ thanol oder Isopropanol, neben einem unpolaren Kohlenwasserstoff, insbesondere Trichlortrifluorethan oder Hexan, gegebenenfalls in Anwesenheit eines nichtionogenen Netzmittels. Zum einen wird durch die Verwendung des unpolaren Kohlenwasserstoffs ein nicht mit Was­ ser mischbares Reinigungsmittel erhalten. Zum anderen gilt es, den eingesetzten Fluorchlorkohlenwasserstoff wegen der ozonzerstöreri­ schen Wirkung zu vermeiden. Darüber hinaus haben derartige Reini­ ger, wenn sie keine Fluorchlorkohlenwasserstoffe enthalten, außerordentlich niedrige Flammpunkte, die bei der Anwendung dieser Mittel entsprechende explosionsgeschützte Anlagen erforderlich ma­ chen.

Aus EP-A-0 120 319 ist ein Reinigungsmittel bekannt, das neben halogenierten Kohlenwasserstoffen auch nichthalogenierte Kohlen­ wasserstoffe, einen fluorierten Alkohol und gegebenenfalls weitere polare organische Lösungsmittel enthält. Aufgrund des Gehalts an halogenierten Kohlenwasserstoffen genügt dieses Reinigungsmittel nicht mehr den heutigen technischen Anforderungen.

Aus EP-A-0 416 763 ist die Reinigung von elektronischen Leiter­ platten durch Einwirkung von Terpenen oder anderen nichthalogenierten Lösungsmitteln bekannt. Diese Reinigungsmittel haben jedoch einen außerordentlich niedrigen Flammpunkt, so daß bei der Anwendung entsprechende Explosionsschutzmaßnahmen vorgenommen werden müssen.

Die EP-A-0 419 089 beschreibt eine Reinigungsmittel-Zusammenset­ zung, die Dimethylcyclooctadien enthält.

Aus Römpps Chemie-Lexikon, 9. Auflage, Band 2 (1990), S. 923, Stichwort Diacetonalkohol, ist die Verwendung von Diacetonalkohol zur Lösung von Kolophonium und vielen Natur- und Kunstharzen be­ kannt.

Aus Chemical Abstracts, Vol. 114 (1991), Seite 139, Referat 114:84 373 g zu JP-A-90/2 20 998 sind wasserfreie Lösungsmittelgemische bekannt, die aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen und Ketonen be­ stehen. Unter anderem wird Diacetonalkohol neben den genannten Flurochlorkohlenwasserstoffen zur Fluxmittelentfernung eingesetzt.

Demgegenüber bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Halogenkohlenwasserstoff-freies, mit Wasser mischbares Reini­ gungsmittel für elektronische und elektrische Baugruppen bereitzu­ stellen, das in der Lage ist, die in den Flußmitteln, insbesondere solchen auf Kolophoniumbasis enthaltenen polaren und unpolaren Stoffe ohne Verwendung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen oder Chlorkohlenwasserstoffen sicher zu entfernen. Das Mittel sollte darüber hinaus einen Flammpunkt oberhalb von 60°C aufweisen, der ferner, je nach Einsatzgebiet, durch Zusatz von Wasser noch weiter erhöht werden kann. Weitere Anforderung aus der Technik ist die universelle Verwendbarkeit in Tauch/Flut-Anlagen, Ultraschallbädern und Spritzanlagen.

Auch ist erforderlich, daß das Mittel nach der Reinigung mit Wasser rückstandsfrei abspülbar sein sollte.

Es wurde gefunden, daß Halogenkohlenwasserstoff-freie, mit Wasser mischbare Reinigungsmittel auf der Basis von Diacetonalkohol sämt­ liche der vorgenannten Kriterien erfüllen können. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausführungsform Halogenkohlenwasserstoff-freie, mit Wasser mischbare Reinigungs­ mittel für elektronische und elektrische Baugruppen, enthaltend Diacetonalkohol. Erfindungsgemäß enthalten die Reinigungsmittel 30 bis 90 Gew.-% Diacetonalkohol, bezogen auf das Reinigungsmittel. Es wurde ferner gefunden, daß neben der an sich bekannten guten Lös­ lichkeit für Kolophonium auch die sogenannten "weißen Rückstände", die aus den Aktivatoren stammen, mit Hilfe von Diacetonalkohol praktisch vollständig entfernt werden konnten.

Es wurde weiterhin gefunden, daß im Sinne der vorliegenden Erfin­ dung Diacetonalkohol nicht ausschließlich in wasserfreiem Medium eingesetzt werden muß; vielmehr kann Diacetonalkohol auch in Form einer wäßrigen Lösung eingesetzt werden. Bevorzugt enthalten der­ artige Lösungen wenigstens 30 Gew.-% Diacetonalkohol, bezogen auf das Reinigungsmittel. Besonders bevorzugt ist ein Gehalt an Di­ acetonalkohol, bezogen auf das Reinigungsmittel, von 30 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-%.

Reinigungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung können weiterhin andere Additive enthalten. Beispielsweise können Tenside zugesetzt werden, um die Oberflächenspannung zu erniedrigen. Für diesen Zweck einsetzbare Tenside sind beispielsweise im Stand der Technik be­ kannte nichtionische und anionische Tenside. Als nichtionische Tenside seien hier beispielhaft genannt: Anlagerungsprodukte von Ethxlenoxid und/oder Propylenoxid an Fettalkohole, Fettamine, Fettsäuren oder Alkylphenole; als anionische Tenside: Alkylbenzol­ sulfonate, Alkansulfate, Alkansulfonate, Fettalkoholethersulfate oder α-Sulfofettsäureester. Der Gehalt dieser für den genannten Zweck zu verwendenden Tenside beträgt bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Reinigungsmittel, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%.

Im Stand der Technik bekannt und als solche auch im Rahmen der vor­ liegenden Erfindung einsetzbar sind Korrosionsschutzmittel zur Hemmung der Korrosion auf der metallischen Oberfläche des zu rei­ nigenden Gegenstandes. Beispielsweise können Kupfer-Korrosionsin­ hibitoren wie Benzotriazol und/oder Tolyltriazol eingesetzt werden. Ein geeigneter Konzentrationsbereich für diese Korrosionsinhibi­ tor-Additive umfaßt 0,01 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-%.

Zur beschleunigten Ablösung von sauren Bestandteilen des Flußmit­ telharzes und insbesondere der verwendeten Aktivatoren, enthalten bevorzugte Reinigungsmittel der vorliegenden Erfindung in einer weiteren Ausführungsform wasserlösliche organische Stickstoffbasen, insbesondere Triethanolamin. Besonders bevorzugt ist eine Menge von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 2 bis 5 Gew.-%, der Stickstoffbasen, bezogen auf das Reinigungsmittel.

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Reinigungsmittel wasser­ lösliche, organische Lösungsmittel mit einer oder mehreren polaren Gruppen enthalten, insbesondere solche mit einer Alkohol-Gruppe und einem Siedepunkt von weniger als 300°C, d. h. geradkettige Alkohole wie Butanol, Hexylalkohol, Decanol usw. und deren verzweigte Iso­ mere, solche mit einer alicyclischen Alkoholgruppe, beispielhaft verkörpert durch Cyclohexanol, solche mit mehreren Alkoholgruppen, insbesondere Glykole, beispielsweise verkörpert durch Hexylen­ glykol, solche mit einer Ethergruppe, Glykolether, beispielsweise verkörpert durch Ethylenglykolmonobutylether, Ethylenglykoldibutyl­ ether usw., sowie solche mit einer Estergruppe, wie Glykolsäure­ ester oder Glykolester, beispielsweise Ethylglykolacetat. Darüber hinaus können auch Lactone oder Lactame, insbesondere N-2-Methyl­ pyrrolidon, in den erfindungsgemäßen Reinigungsmitteln enthalten sein. Ein wesentliches Kriterium der Auswahl dieser sogenannten Reinigungsverstärker ist der Flammpunkt der erhaltenen Reinigungs­ mittel, der durch den Zusatz dieser Reinigungsverstärker möglichst nicht auf Werte unterhalb 60°C erniedrigt werden sollte. Diese wasserlöslichen Lösungsmittel-Reinigungsverstärker sind in den er­ findungsgemäßen Reinigungsmitteln bevorzugt in einer Menge bis zu 30 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Reinigungsmittel, enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Reinigungsmittel bis zu 5 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% Alkalimetallphosphate als Buildersubstanzen, bezogen auf die Rei­ nigungsmittel, enthalten. Unter dem Begriff "Alkalimetallphosphate" sind im Sinne der Erfindung Alkalimetall-orthophosphate, -pyro­ phosphate und -triphosphate (auch "Tripolyphosphate" genannt) zu verstehen. Von diesen werden jedoch erfindungsgemäß die Triphos­ phate bevorzugt, insbesondere das Kaliumtriphosphat oder Natrium­ triphosphat.

Die vorstehenden Gewichtsprozent-Angaben zu den einzelnen Kompo­ nenten sind stets so zu verstehen, daß sie sich jeweils auf 100 Gew-.% ergänzen.

In der Praxis der Reinigung von Platten mit den gedruckten Schal­ tungen unter Einsatz des Reinigungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Leiterplatten in das Reinigungsmittel einge­ taucht, das zwischen Raumtemperatur und ca. 100°C, insbesondere zwischen 30°C und 70° gehalten wird; gewünschtenfalls können gleichzeitig zusätzlich Ultrabeschallung, Rühren, Vibration, Luft­ durchblasen, Flüssigkeitsumwälzung durchgeführt werden; oder die Reinigung kann mittels Spritzen, Tauchen, Bürsten, Fluten sowie Kombinationen davon vorgenommen werden.

Nach dem Reinigen wie im Vorstehenden können die Leiterplatten ent­ weder (aus dem Reinigerbad) herausgenommen und einfach getrocknet werden, oder sie können nochmals mit dem gleichen Reiniger(-Bad) oder herkömmlichen halogenhaltigen Lösungsmitteln wie Fluorchlor­ kohlenwasserstoffen oder chlorhaltigen Reinigern oder Reinigern des Alkohol-Typs gereinigt werden. Hierbei sind die einzusetzenden Mengen an halogenhaltigen Reinigern deutlich geringer als bei Ver­ wendung der halogenhaltigen Reiniger im ersten Reinigungsschritt.

Vorzugsweise wird im Anschluß an die Reinigung mit Wasser gespült. Der Einsatz von Wasser ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn entweder eine beträchtliche Menge wasserlöslicher Substanzen auf den Leiterplatten zurückbleiben oder wenn feine staubartige Rück­ stände dort in größeren Mengen vorhanden sind. Das hierbei zum Nachspülen verwendete Wasser ist nicht mit halogenierten Kohlen­ wasserstoffen verunreinigt, wie dies bei einschlägigen Reinigungs­ mitteln des Standes der Technik der Fall ist, sondern enthält aus­ schließlich biologisch abbaubare Substanzen.

Weiterhin können die Platten mit den gedruckten Schaltungen, nach­ dem sie der obigen Behandlung unterzogen wurden, getrocknet werden, beispielsweise bei erhöhter Temperatur in einem Trockenschrank oder einer entsprechenden Vorrichtung, durch einen Warmluftstrom oder aber durch Abwaschen mit einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie Ethanol und/oder Isopropanol, das mit Wasser ein Azeotrop bildet.

Dementsprechend umfaßt die vorliegende Erfindung ferner ein Ver­ fahren zur Reinigung von elektronischen und elektrischen Baugruppen unter Verwendung von Halogenkohlenwasserstoff-freien, mit Wasser mischbaren Reinigungsmitteln, wie vorstehend definiert. Insbeson­ dere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fluxmittelentfernung nach dem Löten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand praktischer Beispiele er­ erläutert.

Beispiel 1

Auf eine Leiterplatte wurde ein Flußmittel auf Kolophoniumbasis aufgebracht und bei 150 bis 200°C eingetrocknet. Die Leiterbahnen wurden daraufhin mit einem handelsüblichen Lot von Hand gelötet.

Die so behandelte Platte wurde in einer wäßrigen Lösung, die 60 Gew.-% Diacetonalkohol, 12 Gew.-% N-2-Methylpyrrolidon, 2 Gew.-% eines nichtionogenen Tensids (C13-Alkyl-polyethylenglykolether mit 5 Ethylenoxideinheiten) und 1 Gew.-% eines anionaktiven Tensids (C_13-17-Alkylsulfonsäure-Na-salz) enthielt, bei 55°C im Verlauf von 2 min mit Ultraschall behandelt. Daraufhin wurde die Leiter­ platte mit Wasser abgespült und in einem Trockenschrank getrocknet.

Die Oberfläche war nach dieser Behandlung mikroskopisch rein und auch auf den Leiterbahnen waren keinerlei Belegungen - weiße Rück­ stände - festzustellen.

Beispiel 2

Eine weitere Leiterplatte wurde wie in Beispiel 1 beschrieben vor­ behandelt und in einer Spritzanlage bei 55°C und 4 bar Spritzdruck 3 min lang mit einer wäßrigen Lösung von 60 Gew.-% Diacetonalkohol, 12 Gew.-% N-2-Methylpyrrolidon, 2 Gew.-% Triethanolamin, 2 Gew.-% eines nichtionogenen Tensids (C₁₃-Alkyl-polyethylenglykolether mit 5 Ethylenoxideinheiten) und 1 Gew.-% eines anionaktiven Tensids (C_13-17-Alkylsulfonsäure-Na-salz) gereinigt.

Nach Wasserspülung und Trocknung zeigten die Oberflächen unter dem Mikroskop keinerlei Rückstände von Kolophonium und auch die Leiterbahnen waren metallisch blank, ohne jede Belegung.

Beispiel 3

Eine mit Lotpaste versehene und mit SMD-Bausteinen bestückte Lei­ terplatte wurde nach dem Reflow-Löten bei 45°C 3 min mit Ultra­ schall behandelt in einem Lösungsmittelgemisch, welches
86 Gew.-% Diacetonalkohol,
9 Gew.-% N-2-Methylpyrrolidon,
2 Gew.-% Triethanoamin,
2 Gew.-% C13-Alkyl-polyethylenglykolether mit 5 Ethylenoxid­ einheiten,
1 Gew.-% C_13-17-Alkylsulfonsäure-Na-salz enthielt.

Anschließend wurde die Leiterplatte mit Wasser gespült und im Trockenschrank getrocknet. Die Oberfläche der Leiterplatte war nach dieser Behandlung vollkommen sauber und wies auch im Bereich der Kontaktfüße sowie in den engen Zwischenräumen unter dem SMD-Bau­ stein keine Rückstände der Lotpaste auf.

Claims (17)

1. Halogenkohlenwasserstoff-freie, mit Wasser mischbare Reini­ gungsmittel für elektronische und elektrische Baugruppen, enthal­ tend Diacetonalkohol.

2. Reinigungsmittel nach Anspruch 1, enthaltend 30 bis 90 Gew.-% Diacetonalkohol, bezogen auf das Reinigungsmittel.

3. Reinigungsmittel nach Ansprüchen 1 und 2, enthaltend Diaceton­ alkohol in einer wäßrigen Lösung.

4. Reinigungsmittel nach Anspruch 3, enthaltend 30 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-% Diacetonalkohol, bezogen auf das Reinigungsmittel.

5. Reinigungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend anionische und/oder nichtionische Tenside.

6. Reinigungsmittel nach Anspruch 5, enthaltend anionische und/oder nichtionische Tenside in einer Menge von bis zu 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Reinigungsmittel.

7. Reinigungsmittel nach Ansprüchen 1 bis 6, enthaltend wasser­ lösliche organische Stickstoffbasen, insbesondere Triethanolamin.

8. Reinigungsmittel nach Anspruch 7, enthaltend Stickstoffbasen in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 2 bis 5 Gew.-%, be­ zogen auf das Reinigungsmittel.

9. Reinigungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, enthaltend wasserlösliche Lösungsmittel, ausgewählt aus Alko­ holen, Glykolen, Glykolethern, Glykolestern, Glykolsäureestern, Lactonen und Lactamen, insbesondere N-2-Methyl-pyrrolidon.

10. Reinigungsmittel nach Anspruch 9, enthaltend wasserlösliche Lösungsmittel in einer Menge von bis zu 30 Gew.-%, insbesondere 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Reinigungsmittel.

11. Reinigungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, enthaltend anorganische Builderstoffe aus der Gruppe der Al­ kalimetallphosphate.

12. Reinigungsmittel nach Anspruch 11, enthaltend anorganische Builderstoffe in einer Menge von höchstens 5 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Reinigungsmittel.

13. Reinigungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, enthaltend Korrosionsschutzmittel.

14. Reinigungsmittel nach Anspruch 13, enthaltend 0,01 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 1 Gew.-% Korrosionsschutzinhibitoren.

15. Verfahren zur Reinigung von elektronischen und elektrischen Baugruppen unter Verwendung von Halogenkohlenwasserstoff-freien, mit Wasser mischbaren Reinigungsmitteln, wie in den Ansprüchen 1 bis 14 definiert.

16. Verfahren nach Anspruch 15 zur Fluxmittelentfernung nach dem Löten.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 durch Ultraschallbehandlung, Rühren, Vibration, Luft-Durchblasen, Flüssigkeits-Umwälzung, Spritzen, Tauchen, Bürsten, Fluten oder Kombinationen davon.