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[국내논문] 오존파괴물질 대체 비수계세정제 개발 및 현장 적용 연구
A Study on Development of Alternative Non-aqueous Cleaning Agents to Ozone Depletion Substances and its Field Application 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.17 no.4 = no.55, 2011년, pp.306 - 313  

박용배 (수원대학교 화학공학과) ,  배재흠 (수원대학교 화학공학과) ,  이민재 (수원대학교 화학공학과) ,  이종기 (에이케이켐텍) ,  이호열 (에이케이켐텍) ,  배수정 (에이케이켐텍) ,  이동기 (한국화학융합시험연구원)

초록
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인쇄회로기판(PCB)과 같은 전자부품을 제조시에 솔더링을 하기 위하여 플럭스나 솔더페이스트를 사용하며 솔더링 후에 부품에 잔류한 플럭스나 솔더페이스트를 제거하여야하는데 이것은 이들 물질이 잔류하였을 경우 부식이나 누전을 초래하여 부품의 성능을 떨어뜨리거나 고장을 일으킬 수 있다. 솔더링 후에 플럭스와 솔더플럭스 잔류물을 제거하기 위하여 오존파괴물질 세정제인 1,1,1-trichloroethane이나 HCFC-141b가 아직까지 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 이들 오존파괴성질을 가진 세정제를 대체하기 위하여 인화점이 존재하지 않는 비수계세정제를 개발하였고 산업현장 적용도 시도해 보았다. 인화점이 존재하지 않는 세정제를 개발하기 위해 탄화수소계 용제를 주 용제로 하고 글리콜에테르계, 에스테르계 및 불소계 용제를 첨가하여 비수계세정제를 배합하였고 이들의 물성 및 세정성을 평가하였다. 그리고 이들 배합세정제 중에 세정력이 뛰어난 세정제를 현장에 적용하여 보았다. 또한 배합된 비수계세정제의 사용후에 재활용 가능성을 평가하기 위하여 감압증류장치를 가동하여 사용 후의 세정제를 재활용시에 요구되는 운전 조건과 재활용율을 구하여 보았다. 배합세정제의 물성 측정 결과 모두 표면장력이 18.0~20.4 dyne/cm으로 비교적 낮았고 습윤지수도 비교적 높아 오염물에 대한 습윤력과 침투력이 우수할 것으로 기대되었고 불소계용제를 첨가하여 배합한 세정제는 인화성이 없음이 확인되어 사용하고 보관하기에 안전하리라 사료된다. 플럭스 및 솔더페이스트 세정 연구 실험 결과 대체목표세정제인 1,1,1-TCE와 HCFC-141b보다 세정력이 우수함을 확인할 수 있었다. 그리고 배합세정제 중에 우수한 세정제를 선정하여 HCFC-141b를 사용하는 산업현장의 PCB 세정에 적용한 결과 HCFC-141b보다 우수한 세정을 나타내어 산업현장에 적용 가능성을 보여 주었다. 또한 이들 제품을 감압증류장치를 이용하여 재활용 가능성을 평가 결과 운전조건 $100{\sim}110^{\circ}C$, 20~30 mbar에서 91.9~97.5%를 재활용할 수 있음을 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Flux or solder is used in soldering process for manufacturing electronic parts such as printed circuit boards (PCB). After soldering process, residual flux and solder paste on the parts should be removed since their residuals could cause performance degradation or failure of parts due to their corro...

Keyword

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문제 정의

  • 본 연구에서는 전자부품 제조 공정에서 주요 오염물인 플럭스 및 솔더페이스트 제거용으로 많이 사용되는 오존파괴물질인 CFC/HCFC계 세정제를 대체하기 위하여 인화점이 높거나 존재하지 않는 비수계세정제를 개발하였고 개발된 제품을 산업현장에 적용하여 보았다.
  • 전자회로기판(printed circuit board) 제조 공정에서 주요 오염물이 되는 플럭스 및 솔더페이스트 세정용 탄화수소계 세정제를 개발하기 위하여 파라핀계 탄화수소(C6~C8), propylene glycol monomethyl ether (G1), ethylene glycol monoethyl ether(G2), diethylene glycol dimethyl ether (G3) 등 글리콜에테르계, 에스테르계(E), 불소계 화합물(F)들을 Table 1과 같은 배합비로 비수계세정제 13종(A계열 배합세정제 A-1~A-8, B계열 배합세정제 B-1~B-5)을 제조하였다. 여기서, 파리핀계 탄화수소는 비극성 유기오염물질의 용해력이 크며 에텔과 에스텔계 화합물들은 수소결합력(hydrogen bonding force)이 커서 비극성 오염물질에 대한 세정력이 클 것으로 기대되어 선정하였으며, 불소계화합물들은 배합세정제의 인화점을 높이기 위하여 사용하였다. 이들 배합세정제 중에서 A계열 배합세정제는 인화점을 고려하지 않은 배합세정제이고, B계열 배합세정제는 인화점을 높이거나 없애기 위하여 불소계 화합물을 첨가하여 제조한 배합세정제이다.
  • 오염된 세정제의 정제방법으로는 멤브레인 등의 여과장치를 이용한 여과와 감압증류, 상압증류 등의 다양한 정제방법이 존재한다. 본 연구에서는 이들 정제방법 중에 비수계세정제에서 보편적으로 사용하고 있는 감압증류를 사용하여 재활용 가능성을 평가하였다. 앞의 실험을 통해 제조된 제품 Neozol-F6와 Neozol-HC50을 이용하여 증류농축장치(Syncore Reactor; BUCHI, Switzerland)를 이용하여 각 운전조건 별로 재생수율을 측정하였다.
  • 앞의 실험을 통해 제조된 제품 Neozol-F6와 Neozol-HC50을 이용하여 증류농축장치(Syncore Reactor; BUCHI, Switzerland)를 이용하여 각 운전조건 별로 재생수율을 측정하였다. 각 세정제들의 온도 및 압력을 변화시켜가며 가장 빠른 시간에 가장 높은 재생수율을 나타내는 조건이 어느 것인지 찾고자 하였다.
  • 본 연구에서는 탄화수소계 용제를 주축으로 하여 glycol ether계, 에스테르계, 불소계 용제를 첨가하여 세정성은 유지하면서 인화점이 없는 비수계세정제를 개발하였다. 플럭스 세정에는 B-3, 그리고 솔더페이스트 세정에는 B-4, B-5가 오존파괴물질세정제인 1,1,1-TCE와 HCFC-141b보다 실험실 세정평가에서나 현장 적용 평가에서 더욱 우수한 세정성을 보여 주었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업세정의 목적은? 산업세정은 제품의 품질 및 가치 향상, 제품의 성능 및 기능 향상, 순도가 높고 위생적인 제품의 제조 목적으로 거의 모든 산업분야에서 세정공정이 적용되고 있다. 세정공정은 우리나라 주요 기간산업인 전기, 전자, 자동차 산업에서 주요 공정으로 이용되고 있으며 특히, 우리나라가 세계시장을 선도하는 반도체와 디스플레이 산업은 세정공정이 전 공정의 30% 이상을 차지하고 있어 매우 중요한 공정으로 평가되고 있다.
산업세정기술 중 건식세정기술의 특징은? 산업세정기술은 물이나 유기 용제를 주성분으로 하는 세정제를 사용하는 습식세정기술과 CO2, 레이저, Plasma, UV 등을 활용하여 세정제를 사용하지 않고 세정하는 건식세정기술로 구분할 수 있다. 건식세정기술은 세정제를 사용하지 않아 대기 및 수질 오염, 그리고 폐기물을 발생하지 않아 환경친화적인 공정으로 평가 받고 있지만 습식세정을 대체하기에는 아직도 더욱 더 많은 연구와 개발이 필요하고 현재까지 개발되어 있는 기술로는 범용으로 사용하기에는 장치비가 고가이고 운전비도 높아 일부 제한된 특수 산업세정 영역에서만 이용되고 있으며 현재 대부분의 산업체에서는 습식세정을 보편적으로 사용하고 있다. 습식세정기술에서는 수계/준수계세정제, 알콜, 에스테르, 탄화수소, HFC, HFE, 실리콘 등의 세정제가 국내외적으로 연구 개발되어 보급 사용되고 있다.
산업세정기술은 어떻게 구분되는가? 산업세정기술은 물이나 유기 용제를 주성분으로 하는 세정제를 사용하는 습식세정기술과 CO2, 레이저, Plasma, UV 등을 활용하여 세정제를 사용하지 않고 세정하는 건식세정기술로 구분할 수 있다. 건식세정기술은 세정제를 사용하지 않아 대기 및 수질 오염, 그리고 폐기물을 발생하지 않아 환경친화적인 공정으로 평가 받고 있지만 습식세정을 대체하기에는 아직도 더욱 더 많은 연구와 개발이 필요하고 현재까지 개발되어 있는 기술로는 범용으로 사용하기에는 장치비가 고가이고 운전비도 높아 일부 제한된 특수 산업세정 영역에서만 이용되고 있으며 현재 대부분의 산업체에서는 습식세정을 보편적으로 사용하고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Jung, Y. W., "Evaluation of Cleaning Ability of Formulated CFCAlternative Hydrocarbon-based Cleaning Agents and Their Application to Industrial Fields," M. S. Dissertation, The University of Suwon, Suwon, 2007. 

  2. Bae, J. H., "Alternative Cleaning Agents and Alternative Cleaning Technologies for Replacing CFC," Prospectives of Industrial Chemistry, 8(2), 25-40 (2005). 

  3. Jung, Y. W., Lee, H. Y., Lee, M. J., Song, A. R., and Bae, J. H., "Formulation of Alternative Non-aqueous Cleaning Agents to Chloro-fluororcarbon Compounds for Cleaning Flux, Solder and Greace," Clean Technol., 12(4), 250-258 (2006). 

  4. Jung Y. W., Lee, H. Y., and Bae, J. H., "Influencing Factors on Cleaning Ability in the Formulated Hydrocarbon-based Cleaning Agents," Clean Technol., 13(2), 143-150 (2007). 

  5. Brandrup J., Immergut E. H., and Grulke E. A., "Polymer Handbook," 4th ed. Wiley Interscience, New York, 1999, pp. 671-716. 

  6. Park J. N., and Bae J. H., "Physical Properties and Cleaning Ability of Fluoride-Type Cleaning Agents Alternative to Ozone Destruction Substances," Clean Technol., 11(3), 129-139 (2005). 

  7. Park S. W., "Development of Environmental-friendly Aqueous Cleaning agents-Characterization of their Physical properties and Evaluation of their Cleaning Performance," M. S. Dissertation, The University of Suwon, Suwon, 2002. 

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