KR101467270B1

KR101467270B1 - 계면활성제 미포함 플럭스 제거용 수계 세정제 조성물

Info

Publication number: KR101467270B1
Application number: KR20130134574A
Authority: KR
Inventors: 배수정; 이호열; 김종희
Original assignee: 에이케이켐텍 주식회사
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-12-01

Abstract

본 발명은 전기전자부품 생산 공정 중 발생하는 잔류 플럭스를 제거하는 수계 세정제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에테르계 화합물, 알카놀 아민계 화합물, 헤테로고리형 화합물, 분산제 및 물이 포함된 세정제 조성물을 특징으로 한다.

Description

계면활성제 미포함 플럭스 제거용 수계 세정제 조성물 {Surfactant-free flux removal aqueous cleaning agent composition}

본 발명은 전기전자부품 생산 공정 중 발생하는 잔류 플럭스를 제거하는 세정제 조성물에 관한 것으로, 계면활성제를 포함하지 않음을 특징으로 하며, 더욱 상세하게는 에테르계 화합물, 알카놀아민계 화합물, 헤테로고리형 화합물, 분산제 및 물을 포함하는 세정제 조성물에 관한 것이다.

전기전자 부품 제조공정 중 사용되는 땜납에는 플럭스(flux)를 포함하고 있으며, 땜납 후에는 시편 상의 잔류 플럭스를 제거하게 된다. 이 때 사용되는 세정제들은 일반적으로 용해력이 우수하고 휘발성이 뛰어난 유기용매들로써, CFC-113, 1,1,1,-TCE, HCFC-141b, MC, TCE, PCE 등을 주로 사용하여 왔다. 그러나 이들 물질은 대부분 염소(Cl)를 포함하고 있고, 인체에 발암성이 의심되거나 환경유해 물질들이므로 오존층 파괴물질로 규정되어 사용이 전폐되는 상황이다. 또한 이들의 대체물질로서 개발된 염소가 포함되지 않은 HFE, HFC 등의 물질들은 지구온난화지수가 높아 이 또한 국제적으로 배출규제를 시작하고 있다. 따라서 이들 물질을 대체할 수 있는 다양한 친환경 세정제 개발이 요구되고 있다.

이러한 유해물질의 대체 세정제로써는 크게 분류하여 비수계 세정제, 준수계 세정제 그리고 수계 세정제가 있다.

비수계 세정제의 특징은 물을 포함하지 않아 휘발성이 우수하여 피세정물의 건조성이 좋으며, 기존의 세정시스템을 활용할 수도 있으나, 상기 언급된 유해물질계열 혹은 할로겐을 포함하지 않은 비수계 세정제는 세정성능이 이들 대비 우수하지 않고, 휘발성 유기화합물(VOC)로 규정되어 있다는 단점이 있다. 그리고 알코올계와 같은 일부 비수계 세정제는 인화점이 낮아 화재의 위험성을 가지고 있으며, 화재에 대비하기 위한 방폭설비 등의 설비구축이 추가로 따르게 되는 불편함도 있다.

준수계 세정제는 비수계 세정제 대비하여 휘발성이 낮으므로 건조성이 나빠 헹굼공정이 길어지게 된다. 헹굼공정에서는 물을 사용하기 때문에 물과의 혼합성이 좋지 못할 경우 헹굼성이 떨어지며 이는 세정불량으 로 이어지게 된다.

수계 세정제는 비수계 세정제와는 달리 오존층파괴물질을 포함하지 않아 친환경 세정제로 인식되고 있다. 일반적인 수계 세정제는 세정성능을 향상시키기 위하여 습윤성과 유화력 증가를 목적으로 한 계면활성제를 포함하고 있다. 그러나 계면활성제가 포함되면 세정 후 헹굼액의 화학적산소요구량(COD)이 증가하게 되며, 헹굼공정이 짧은 경우에는 세정 이후의 피세정물에 오염물이 잔류하여 세정불량이 발생하게 된다. 또한 계면활성제는 세정과정 중 오염물과 에멀젼을 형성하게 되어 세정제 내 활성 계면활성제의 농도를 저하시키고, 이에 따라 세정성능이 감소되고 세정제의 수명기간이 단축되는 문제점이 있다. 또한 알칼리성 수계 세정제 중 무기물을 포함하고 있는 경우에는 세정력은 우수하나 금속이온 성분들이 종종 전기전자부품의 재질에 영향을 미치는 경우가 발생하기도 한다.

본 발명은 계면활성제를 포함하지 않는 수계 세정제로써 세정제 사용에 따른 세정제 조성물의 함유량 변화에 편차가 크지 않도록 하고, 세정제 내 오염물의 용해 한계농도를 일정 수준으로 유지하여 세정제 교체 주기를 증가시키도록 하며, 전기전자부품 제조공정 중 발생하는 잔류 플럭스의 제거에 뛰어난 세정 성능을 나타내고 헹굼성이 우수한 친환경 수계 세정제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은

(a) 에테르계 화합물 10 ~ 90 중량%;

(b) 하기 화학식 2로 표시되는 알카놀아민계 화합물 1 ~ 50 중량%;

(c) 헤테로고리형 화합물 1 ~ 30 중량%;

(d) 분산제 0.1 ~ 5 중량%; 및

(e) 물 1 ~ 50 중량%

를 포함하는 플럭스 제거용 수계 세정제 조성물을 특징으로 한다.

본　발명은　전기전자부품 제조공정 중 발생하는 잔류 플럭스의 제거성능과 세정 및 헹굼성이 우수하며, 희석하여 사용 가능하므로 세정제의 사용량을 줄일 수 있어 환경오염 부담을 감소시키며, 세정제 사용에 따른 세정제 조성물의 함유량 변화에 편차가 크지 않아 세정제 내 오염물의 용해 한계농도를 일정 수준으로 유지하여 세정제 교체 주기를 증가시킬 수 있다.

도 1은 실시예 3의 세정제 조성물을 사용하여 시편을 세정하기 전과 후의 상태를 나타낸 전자현미경 사진이다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 (a)에테르계 화합물, (b)알카놀아민계 화합물, (c)헤테로고리형 화합물, (d)분산제 및 (e)물을 포함하는 플럭스 제거용 수계 세정제 조성물을 제공한다.

본 발명의 플럭스 제거용 세정제의 조성물에 포함되는 (a)에테르계 화합물은 전체 조성물의 총 중량을 기준으로 10 ~ 90중량%, 바람직하게는 40 ~ 80중량%가 포함되며, 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이들 에테르계 화합물의 예는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜모노이소부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노이소부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 등이 있다.

본 발명의 세정제 조성물에 포함되는 (b)알카놀아민계 화합물은 플럭스에 대한 용해력을 증가시키는 역할을 한다. 이들의 예로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 에틸모노에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 모노프로필모노에탄올아민, 모노프로필디에탄올아민, 모노부틸에탄올아민, 모노부틸디에탄올아민, 디부틸에탄올아민 등이 있으며, 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 에테르계 화합물은 세정제 조성물 중 1 ~ 60중량%, 더욱 바람직하게는 10 ~ 50중량%가 포함된다.

본 발명의 세정제 조성물 중 (c)헤테로고리형 화합물은 전체 조성물 중 1 ~ 30중량%, 바람직하게는 5 ~ 20중량% 범위가 포함된다. 헤테로고리형 화합물은 우수한 용해성과 습윤성을 보이며 특히 리플로우 공정 이후의 변형 플럭스에 대해 탁월한 용해력을 나타낸다. 헤테로고리형 화합물은 고리 내에 N 또는 O을 포함하는 탄소수 4 ~ 10의 화합물을 말하며, 이들의 예로는 피롤리딘, 피롤리딘메탄올, 피롤리딘에탄올, 1(2-히드록시에틸)피롤리딘, 1-(2-아미노에틸)피롤리딘, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈, 1-에틸-2-피롤리돈, 1-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈, 1-비닐-2-피롤리돈, 피페리딘, 피페리딘에탄올, 1-메틸-2-피롤리딘에탄올, 피페라진, 1-메틸피페라진, 1-에틸피페라진, 1-이소프로필피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 1,4-비스(2-히드록시에틸)피페라진, 1,2-디메틸피페라진, 부틸피페라진, 모폴린, N-메틸모폴린, N-에틸모폴린, N-포밀모폴린, 히드록시에틸모폴린, N-아세틸모폴린, N-부틸모폴린, N-메틸모폴린옥사이드, 테트라히드로퓨란, 퍼푸릴알코올, 테트라히드로퍼푸릴알코올 등이 있으며 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 세정제 조성물 중 (d)분산제는 총 조성물 중 0.1 ~ 5중량%, 바람직하게는 0.5 ~ 3중량%가 포함된다. 분산제는 세정제 내에 용해된 오염원을 분산시켜 피세정물에 재부착됨을 방지하는 역할을 한다. 분산제로는 분자량 2,000 ~ 100,000 범위의 화합물이 적합하며, 이들의 예로는 아크릴산 고분자, 아크릴레이트 고분자, 말레인산 고분자, 아크릴/말레인산 공중합체, 아크릴/스티렌 공중합체, 술폰화 폴리스티렌, 술폰화 폴리스티렌/무수말레인산 공중합체 등이 있다.

본 발명의 세정제 조성물에 사용되는 (e)물은 전체 조성물 중 1 ~ 50중량%, 바람직하게는 1 ~ 30중량%가 포함되며, 총 조성물이 100%가 되도록 잔량 포함된다. 상기 물은 탈이온수 혹은 증류수를 사용하며 물의 전기전도도 값은 0.1 μS·cm^-1 이상이 바람직하다.

상기 본 발명의 세정제 조성물은 전기전자부품 생산 공정, 특히 리플로우 이후 발생하는 잔류 플럭스의 세정에 적용하며, 원액 또는 희석하여 사용할 수 있고 세정방법으로는 단순침적, 스프레이세정, 초음파세정 등을 적용할 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 4

세정방법:

피세정물인 PCB(printed circuit board)에 솔더 페이스트를 사용하여 패턴을 인쇄한 뒤, 230℃로 가열된 소성로에서 2분간 솔더링을 진행하여 오염원이 도포된 시편을 준비하였다. 이 시편을 표 1에 나타낸 세정제 조성물에 70℃에서 2분간 단순침적하는 방식으로 세정을 진행 한 후, 시편을 70℃의 순수로 2회 헹구어 내어 70℃의 오븐에서 3분간 건조하였다. 광학현미경을 이용하여 세정공정을 마친 시편의 오염원 잔류 여부를 관찰함으로써 세정성능을 평가하였다.

세정제 조성물 제조:

하기 표 1에 기재한 조성비에 따라 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 4의 세정제 조성물을 제조하였으며, 세정성능 평가결과도 함께 기재하였다.

성분 (중량%)	BDG	PGME	MEA	PE	NMP	분산제	물	합계	사용 농도	세정 성능
실시예1	70	-	10	3	5	0.5	잔량	100	100%	◎
실시예2	50	20	10	-	10	0.5	잔량	100	100%	◎
실시예3	-	70	10	8	-	0.5	잔량	100	100%	◎
실시예4	20	50	5	5	3	0.5	잔량	100	100%	◎
실시예5	40	30	15	-	5	0.5	잔량	100	30%	◎
실시예6	50	20	5	5	10	0.5	잔량	100	30%	◎
비교예1	50	20	5	-	5	-	잔량	100	100%	△
비교예2	50	20	-	-	-	0.5	잔량	100	100%	×
비교예3	50	20	15	-	-	0.5	잔량	100	30%	○
비교예4	50	20	5	3	5	7	잔량	100	100%	△

주) BDG: 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, PGME: 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, MEA: 모노에탄올아민, PE: 피페리딘에탄올, NMP: N-메틸피롤리돈, 분산제: 아크릴산 고분자

세정성능 평가결과의 표기 방법은 표 2에 나타내었다.

세정성능	◎	세정 후 피세정물 시편에 오염원의 잔류가 없이 매우 양호
	○	세정 후 피세정물 시편에 오염원이 약간 잔류되어 있으나 양호
	△	세정 후 피세정물 시편에 오염원이 잔류하여 나쁨
	×	세정 후 피세정물 시편에 오염원이 제거되지 않아 매우 나쁨

상기 표 1에서 보듯이 본 발명의 세정제 조성물인 실시예 1 ~ 6은 원액 사용조건에서나 희석사용 조건에서 모두 세정성능이 우수함을 나타내었다.

그러나, 비교예 1의 세정제 조성물은 오염원이 산발적으로 잔류되어 있어 세정이 완벽하게 이루어지지 않았으며, 분산제가 포함되어 있지 않아 오염원이 시편에 재부착되었기 때문으로 판단된다. 비교예 2는 세정제 조성물 중 에테르계 화합물만 포함되어 있어 오염원의 용해력이 낮아 세정성능이 떨어짐을 확인하였다. 비교예 3의 경우는 세정제 조성물을 물에 희석하여 평가한 결과로써, 헤테로고리형 화합물의 부재로 인하여 실시예 대비 상대적으로 세정성능이 낮게 나타났다. 비교예 4의 조성물에서는 분산제의 함량을 과다하게 증가시킨 경우로, 오염원의 제거는 대체로 양호하였으나 헹굼성이 좋지 않아 건조 후 시편에 얼룩이 잔류함을 알 수 있었다.

도 1은 실시예 3의 세정제 조성물을 사용하여 시편을 세정하기 전과 후의 상태를 나타낸 전자현미경 사진이다. 세정 전 시편의 솔더볼 주위에 플럭스가 관찰되나, 세정 후에는 모든 오염원이 제거되어 깨끗한 솔더볼만 보인다.

Claims

(a)에테르계 화합물 10 ~ 90중량%;
(b)알카놀아민계 화합물 1 ~ 50중량%;
(c)헤테로고리형 화합물 1 ~ 30중량%;
(d)분산제 0.1 ~ 5중량%;
(e)물 1 ~ 50중량%
을 포함하는 플럭스 제거용 수계 세정제 조성물.
청구항 1항에 있어서, (a)에테르계 화합물은 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노이소부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노이소부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 세정제 조성물.
청구항 1항에 있어서, (b)알카놀아민계 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 에틸모노에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 모노프로필모노에탄올아민, 모노프로필디에탄올아민, 모노부틸에탄올아민, 모노부틸디에탄올아민, 디부틸에탄올아민으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 세정제 조성물.
청구항 1항에 있어서, (C)헤테로고리형 화합물은 피롤리딘, 피롤리딘메탄올, 피롤리딘에탄올, 1(2-히드록시에틸)피롤리딘, 1-(2-아미노에틸)피롤리딘, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈, 1-에틸-2-피롤리돈, 1-(2-히드록시에틸)-2-피롤리돈, 1-비닐-2-피롤리돈, 피페리딘, 피페리딘에탄올, 1-메틸-2-피롤리딘에탄올, 피페라진, 1-메틸피페라진, 1-에틸피페라진, 1-이소프로필피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 1,4-비스(2-히드록시에틸)피페라진, 1,2-디메틸피페라진, 부틸피페라진, 모폴린, N-메틸모폴린, N-에틸모폴린, N-포밀모폴린, 히드록시에틸모폴린, N-아세틸모폴린, N-부틸모폴린, N-메틸모폴린옥사이드, 테트라히드로퓨란, 퍼푸릴알코올, 테트라히드로퍼푸릴알코올으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 세정제 조성물.
청구항 1항에 있어서, (d)분산제는 분자량 2,000 ~ 100,000 범위의 아크릴산 고분자, 아크릴레이트 고분자, 말레인산 고분자, 아크릴/말레인산 공중합체, 아크릴/스티렌 공중합체, 술폰화 폴리스티렌, 술폰화 폴리스티렌/무수말레인산 공중합체인 것을 특징으로 하는 세정제 조성물.