电子材料环保型水基清洗剂的研制
技术报告
随着科学技术的进步,微电子行业取得了迅速的发展,集成电路是信息产业群的核心和基础。
建立在集成电路技术进步基础上的全球信息化、网络化和知识经济浪潮，使集成电路产业的战略地位越来越重要，对国民经济、国防建设和人民生活的影响也越来越大。
因此，发展我国集成电路产业是推动国民经济信息化的重要保证，是信息产业发展的重中之重。
集成电路市场的巨大发展必然驱动作为集成电路生产过程中必不可少的易耗材料市场的蓬勃发展，作为微电子产品加工过程中重要消耗材料之一的清洗剂，有着巨大的市场。
对ULSI衬底、电子玻璃及LCD屏等表面上的金属离子、有机、无机杂质和固体粒子清洗，传统电子清洗行业广泛使用破坏臭氧层物质，如三氟三氯乙烷（CFC-113）和1,1,1-三氯乙烷等，随着《中国清洗行业ODS整体淘汰计划》的实施，这类清洗剂被淘汰。
清洗行业开始使用ODS替代清洗剂，但这类清洗剂主要是使用有机溶剂，如碳氢清洗剂等，这类物质存在不安全等问题。
电子材料环保型水基清洗剂是以水为溶剂，以表面活性剂为主要成份，再加上一些助剂配制而成的，由于水基清洗剂具有以水代油、节省能源、不危害操作者健康、减少污染、保护环境、使用安全和清洗成本低等一系列优越性，近几年来在清洗业迅速发展，但在电子材料清洗行业还没研制出高效环保的专用水基清洗剂。
本研究主要围绕
电子材料环保型水基清洗剂为目标，展开了对电子材料环保型水基清洗剂的配方和清洗能力的研究。
1、电子材料环保型水基清洗剂配方的确定
1.1 清洗剂复配的基本要求
根据电子材料清洗工艺的特殊要求，清洗剂应具备温和、绿色环保、对清洗工件无腐蚀、不会产生二次污染、清洗效果好等特点。
1.2 清洗剂复配的技术原理
电子材料环保型水基清洗剂主要成份是表面活性剂，为了达到理想的效果，经课题组人员查阅国内外有关资料，反复分析研究，确定采用《离子-非离子型表面活性剂、非离子化合物的复配方案》进行研究。
阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的相互作用强于阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂，由于非离子表面活性剂（如聚氧乙烯链中的氧原子）通过氢键与Ｈ2Ｏ及Ｈ3Ｏ+ 结合，从而使这种表面活性剂分子带有一些正电性。
因此阴离子表面活性剂与此类非离子表面活性剂的相互作用中还有类似于异电性表面活性剂之间的电性作用。
再加上表面活性剂疏水链间的相互作用，而易形成胶团，使混合溶液的cmc及表面张力大大降低。
可以获得比单一表面活性剂更优良的洗涤性质、润湿性质以及其它性质。
1.3 主洗剂的选择
电子材料环保型水基清洗剂是以去离子水为溶剂，以表面活性剂为主要成份，由于阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂具有良好的
乳化能力和洗净作用，比较适用于水基清洗使用。
课题组人员通过测定多种表面活性剂(SAA)在水溶液中的脱脂率和浊点，从阴离子表面活性剂(a-SAA)、和非离子表面活性剂(n-SAA)中筛选出脱脂效果较好并且浊点较高、温和、绿色环保、钠离子含量低的几种表面活性剂：（1）、SAS-仲烷基磺酸钠、（SAS是一种优良的阴离子表面活性剂，渗透力可与JFC和快T相当，更在强碱、高温、氧化剂存在下，仍具有优越的渗透、乳化、脱脂、净洗能力。
是耐高温、强碱的前处理剂的理想原料）。
（2）、FMEE-脂肪酸甲酯乙氧基化物、（FMEE是一类新型的非离子表面活性剂，表面张力、CMC、浊点等与醇醚相当，但有一些性能优于醇醚，如水溶速度快，易于漂洗，尤其适合工业清洗，对油脂增溶能力强，特别适合于硬表面清洗，对化妆品污垢的去污能力优异；可用于个人洗涤用品的复配，对皮肤的刺激性小、毒性低，其刺激性与APG或氨基酸类表面活性剂相当或更低，生物降解性好，对环境无污染）。
（3）、APG-烷基多苷、（APG是性能全面的新一代表面活性剂，也是国际上近年来致力于开发的新型表面活性剂，产品具有表面张力低、泡沫丰富、细腻而稳定，去污力和配伍性好等特点，而且具有无毒、无刺激、生物降解迅速、完全以及具有杀菌和提高酶活力等独特性能。
可用于个人护理用品：香波、洗面奶、浴液等，民用洗涤剂：餐洗、液洗、肥皂等，工业洗涤剂及助剂、等各类产品）。
把所选的表面活性剂进行复配，选择协同效应最好的组合。
通过测定表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)确定各表面活性剂的最佳用量。
用正交试验确定出清洗剂的组成，研制了三种以上表面活性剂和多种添加剂为主要成分的电子材料环保型水基清洗剂，经试验筛选出以3.0wt%的表面活性剂A与6.0wt%的表面活性剂B，再添加3.0wt%的助洗剂配制成的主洗剂溶液，协同效果好，清洗率可达99.8%。
见表1：
1.4 助洗剂的选择
单纯使用表面活性剂可以获得相当令人满意的洗涤效果，如若添加一些其他物质可提高其清洗能力，不但能获得更好的洗涤效果，而且也经济，这种添加物称之为洗涤助剂。
洗涤助剂应具备与高价阳离子能起螯合作用，软化洗涤硬水，对固体污垢有抗凝聚作用或分散作用，能起碱性缓冲作用，防止污垢再沉积。
经研究发现，1.0wt%的助洗剂C与2.0wt%的助洗剂D加入到上述主洗溶液中，使清洗率提高到了99.8%以上。
见表2：
*主洗剂为3.0wt%的表面活性剂A、6.0wt%的表面活性剂B、3.0wt%的助洗剂1.5 防腐、防锈剂的选择
根据电子材料环保型水基清洗剂的配方要求，以及清洗工艺的技术要求，筛选出符合要求的原料和用量为：油酸三乙醇胺0.1% 、苯并三氮唑0.1% 。
1.6 清洗剂配方确定
通过以上试验确定电子材料环保型水基清洗剂的配方为：以3.0wt%的表面活性剂A与6.0wt%的表面活性剂B，再添加3.0wt%的助剂以及油酸三乙醇胺0.1% 、苯并三氮唑0.1%防腐、防锈剂，主要溶剂为去离子水。
1.7 配制过程
将所选用的表面活性剂（A、B）、防腐、防锈剂和其它助剂按所选定的量与适量的去离子水混合，在40℃温度下搅拌60分钟静置30分钟，即成电子材料环保型水基清洗剂。
在生产时，可配制成浓缩液，
使用时将其稀释成上述选定的浓度即可。
2. 清洗剂性能试验
2.1 温度对清洗效率的影响
用电子材料环保型水基清洗剂经试验用的小超声波清洗机（ULTRASOHIC CLEANER）清洗5min，测试不同温度对清洗效率的影响。
结果见表3：
结果表明50℃以上清洗效率没变化，故一般情况下选择50-55℃温下清洗为最佳条件。
2.2 时间对清洗效率的影响
在50℃下用电子材料环保型水基清洗剂清洗电子线路板，测试不同时间对清洗效率的影响。
结果见表4：
结果表明5min以上清洗效率没变化，故一般情况下用超声波清洗机清洗5min就可达到清洗目的。
2.3 防腐、防锈性能的试验
取电子材料环保型水基清洗剂样品400g置于4个200mml烧杯中，分别放入用丙酮擦洗过的45# 钢片、一级铸铁、铝合金、H62黄铜片，静置24h后取出，观察外表变化。
评级标准：0级为表面无锈，无明显变化；
1级为表面无锈，轻微变色或失光；
2级为表面轻锈或不均匀变色；
3级为表面大面积锈蚀。
试验结果见表5：
表5 电子材料环保型水基清洗剂防腐、防锈性能的试验
3. 电子材料环保型水基清洗剂的综合性能测试
经江西省分析测试中心和上海有机化学研究所对电子材料环保型水基清洗剂的检测，其综合性能如下：
PH值：7.10
Na+含量（ppm）：40
渗透力：61.4
密度（20℃）：1.008
清洗率：99.7%
漂洗性（30℃±2℃）：无可见残留物
高低温稳定性（60℃±2℃～-18℃±3℃）：均匀、不分层、无析出物
水有溶物：0.05%
腐蚀性（40℃±2℃）：45#钢片 4 h 0级
硬铝LY片 2 h 0级
黄铜H62 2 h 0级
4.电子材料环保型水基清洗剂与国内外先进的产品比较
通过以上数据对比，本项目达到了国内外同类产品的领先水平。
特别是钠离子含量很低，PH值为中性，有效地解决了LCD清洗中的电极腐蚀问题，而且能够有效地清洗ULSI衬底、电子玻璃及LCD屏等固体表面上的金属离子、有机、无机杂质和固体粒子，与同类产品相比具有清洗时间短、渗透力强、浓缩度高、使用方便、安全、无毒、对人体无害、对环境无污染、对大气臭氧层无破坏作用等优点。
5. 结论
本项目通过采用《离子-非离子型表面活性剂、非离子化合物的复配方案》的技术创新，选择了新型脱脂效果较好、并且浊点较高、温和、绿色环保、钠离子含量低的FMEE、APG表面活性剂。
研制出了电子材料环保型水基清洗剂，配制工艺简单，原材料易得，配方中不含磷酸盐和亚硝酸盐，生物降解性能好，并且具有清洗效率高、清洗时间短、渗透力强、浓缩度高、使用方便、安全、无毒、对环境无污染，对大气臭氧层无破坏作用，由于金属离子含量低，PH值为中性，有效地解决了LCD清洗中的电极腐蚀问题等优点，与同类产品比较，更为突出的是：本清洗剂为中性产品，经过清洗后的废液不需要另行再处理，可以直接排放，既符合国家的产业政策（节能减排），又可为企业节约成本。
经江西省分析测试中心对电子材料环保型水基清洗剂的检测，各项技术指标都超过了JB/T4323.1-1999水基清洗剂的行业标准，并且达到了国内外同类产品的领先水平。
江西瑞思博化工有限公司
电子材料环保型水基清洗剂研制课题组
二0一0年四月。