CN102041137B

CN102041137B - 多(单)晶硅切割液

Info

Publication number: CN102041137B
Application number: CN 200910197011
Authority: CN
Inventors: 王炜
Original assignee: Shanghai Emperor of Cleaning TECH Co Ltd
Current assignee: Shanghai Emperor of Cleaning TECH Co Ltd
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-10-12
Also published as: CN102041137A

Abstract

本发明公开了一种钼酸盐添加剂，其为钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按1∶5～1∶20的质量比组成的混合物。本发明还公开了一种多晶硅或单晶硅切割液，其包含下述质量百分比组分：聚乙二醇100-100030-90％，非离子表面活性剂0.5-5％，螯合剂1-10％，有机醇0.5-5％，本发明钼酸盐添加剂1-5％和去离子水0-67％。本发明的切割液克服了现有的多(单)晶硅切割液制造工艺复杂、成本高、对环境不友好等缺陷，技术性能优异，重复性好，质量稳定。其能减少非正常停机时间；有效解决切削和磨料粉末再沉积的问题；集渗透、润滑、冷却、清洗以及防锈性能于一体，无毒无害，成本低廉，总回收率高。

Description

多(单)晶硅切割液

技术领域

本发明涉及一种钼酸盐添加剂，本发明还涉及一种含有该钼酸盐添加剂的切割液，尤其涉及一种含有该钼酸盐添加剂的多晶硅或单晶硅切割液。

背景技术

随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅和单晶硅的需求增长迅猛。中国是世界上第三大太阳能电池生产国，随着光伏产业的迅猛发展，处于光伏产业上游的硅片生产环节显得越来越重要。为了能降低成本，提高生产效率，高性能的硅片成为了硅片市场的“新宠”。在整个硅片生产流程中，拉晶、截断、切方三个环节对硅料都有一定的损耗，而在切割中对硅片造成的消耗最大。因此使用高效的硅片切割液可以提高切割效率，并且能够尽可能地降低切割消耗。性能优良的切割液可以使强烈而不均匀的机械作用转变成为均匀稳定的化学机械作用，从而有效地降低机械应力，也能有效地散发热量而降低热应力。

美国Krueger Mark K和Byers Jerry P(US5,391,310，Sulfurized aqueousmachining fluid composition)等人发明了一种硫化水性切削液组合物，能有效降低摩擦力，减少切削操作时所产生的力，延长了工具寿命，提高生产力，但仍然存在一定的缺点：环境性能不佳，含有硫元素会使加工操作过程中产生气味。日本Kaburagi Shingo(JP11,302,681，Aqueous composition，aqueouscutting fluid based thereon，their production，and cutting method using thiscutting)等人研发了一种涉及单晶硅、多晶硅以及化合物半导体等半导体材料的水基切割液，由于本身粘度低，所以水分混入引起粘度的减小作用以及切削混入引起的粘度增加现象得到缓和，能对被加工件进行水洗，同时生物降解性优良，但是缺点是工艺较复杂，成本较高。诸淳康等人(CN1884456A，水基防锈透明切削液及其制备方法)研究发明了一种水基防锈透明切割液，防锈、冷却、润滑、清洗功能均能符合国家标准，同时液体为透明的，便于加工中对工件的观察；添加了医用乙醇使得切削液的保质期大为延长最长可达到2年。但是缺点仍然存在：切割液原料中的亚硝酸钠，排放后会对环境造成严重污染。国内外现有的较好切割液48小时的砂浆悬浮率仅为70％以上，有效组分回收利用率达70％以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的多晶硅或单晶硅切割液制造工艺复杂、成本高、对环境不友好等缺陷，提供了钼酸盐添加剂以及含有该钼酸盐的多晶硅或单晶硅切割液。本发明的钼酸盐添加剂具有良好的防锈和抑菌性能，由此得到的含有该添加剂的多晶硅或单晶硅切割液技术性能优异，生产工艺简便，对环境友好，质量稳定、储存时间长，重复性好、可长时间循环使用，能够保证多线切割设备的连续运行，减少非正常停机时间。

本发明人经过广泛的研究和反复的试验发现，钼酸盐不但具有良好的防锈性能，还具有抑制菌类生长的性能。因此，本发明人将钼酸盐和油酸二乙醇酰胺硼酸酯联合使用，能够得到成本适中且具有良好的防锈性能和抑菌性能的钼酸盐添加剂，从而得到了一款含有该添加剂的多晶硅或单晶硅切割液。

因此，本发明通过下述技术方案解决上述技术问题：

本发明提供了一种钼酸盐添加剂，其为钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照1∶5～1∶20的质量比组成的混合物，其中钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯的质量比较佳的为1∶5～1∶10。钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯都具有良好的防锈性能和抑菌效果。在上述钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯的质量比范围内能够得到成本合适且具有良好防锈性能和抑菌效果的钼酸盐添加剂。

本发明的钼酸盐添加剂的制备方法为将钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按上述比例简单混合即得。

本发明还提供了一种多晶硅或单晶硅切割液，其包含下述质量百分比的组分：

聚乙二醇100-1000 30-90％

非离子表面活性剂 0.5-5％

螯合剂 1-10％

有机醇 0.5-5％

本发明钼酸盐添加剂 1-5％

和去离子水 0-67％

其中，所述的聚乙二醇100-1000指数均分子量100-1000的聚乙二醇。

其中，所述的钼酸盐添加剂是本发明特别优选的一种添加剂，其可以降低切割液与硅片的摩擦系数，具有优良的减摩抗磨性能。添加到切割液中能在金属表面形成钝化膜，起到良好的防锈性能。同时可以抑制切割液本身微生物和菌藻类滋生繁衍，起到一定的抗菌和抑菌效果，延长多晶硅或单晶硅切割液的保存时间。所述的钼酸盐添加剂可以混合物的形式添加到所述的切割液中，也可分别将钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照钼酸盐添加剂中所述的质量比分别添加到所述的切割液中。所述的钼酸盐添加剂的含量较佳地为质量百分比1-4％。

其中，所述的聚乙二醇100-1000作为分散剂，具有适当的粘度，并可以吸附于固体颗粒表面而产生足够高的位垒和电垒，不仅防止切割颗粒在新表面的吸附，也能促使固体颗粒团开裂散开，从而保证切割液的悬浮性能。同时也可以在晶块受刀具机械力作用出现裂纹时，渗入到微细裂缝中，定向排列于微细裂纹表面而形成化学能的劈裂作用，该分散剂还能继续沿裂缝向深处扩展，从而有利于切割效率的提高。所述的聚乙二醇100-1000的含量较佳的为质量百分比70-90％。所述的聚乙二醇的数均分子量较佳的为200-1000。

其中，所述的非离子表面活性剂具有润滑作用，能极大地降低切割液的表面张力，同时能够将切屑和磨料粉末托起，使非离子表面活性剂分子取而代之吸附于硅片表面，并能阻止切屑和切粒粉末再沉积，从而有利于后工序硅片清洗。所述的非离子表面活性剂可采用本领域常规使用的各类非离子表面活性剂，较佳地为烷基糖苷(APG)、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(OP-10)和脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)中的一种或多种。所述的非离子表面活性剂的含量较佳的为质量百分比2-4％。

其中，所述的螯合剂能使本发明的多晶硅或单晶硅切割液具有优良的去除金属离子的性能，尤其可以去除钢丝磨削过程中产生的铁离子。所述的螯合剂可采用本领域中常规使用的各类螯合剂，只要其具有良好地螯合金属离子的性能即可。所述的螯合剂较佳地为氨基羧酸类和/或羟基羧酸类螯合剂。所述的氨基羧酸类螯合剂较佳地为乙二胺四乙酸钠盐；所述的乙二胺四乙酸钠盐较佳地为乙二胺四乙酸二钠和/或乙二胺四乙酸四钠。所述的羟基羧酸类螯合剂较佳的为柠檬酸钠和/或葡萄酸钠。所述的螯合剂的含量较佳的为质量百分比5-7％。

其中，所述的有机醇为烷烃分子中的氢被羟基取代后的化合物，可以与硅发生化学反应，均匀地作用于硅片的被加工表面，可降低硅片切割损伤层厚度，减小后面工序加工量，有利于降低生产成本。同时，对金属也有钝化作用，避免线切割设备接触浆料部位和钢丝的慢性腐蚀，减少断线率。所述的有机醇可采用本领域常规使用的各类醇，只要其具有醇的结构和共性，能与硅发生上述化学反应即可，例如甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、辛醇等等。本发明中考虑到切割液的成本，特别使用价格低廉的有机醇，较佳地为乙二醇和/或异丙醇。所述的有机醇的含量较佳的为质量百分比2-4％。

其中，所述的去离子水作为主要溶剂，去离子水的含量较佳的为0-15％。

在本发明一较佳的实施例中，所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：

聚乙二醇200-600 70-90％

非离子表面活性剂 2-4％

螯合剂 5-7％

有机醇 2-4％

钼酸钠 0.11-0.36％

油酸二乙醇酰胺硼酸酯 0.83-3.64％

以及去离子水 0-15％

本发明的多晶硅或单晶硅切割液中还可以添加本领域切割液中常规添加的其他添加剂，只要其不明显影响本发明切割液的性能即可，包括各种水性和油性、环保型和非环保型的添加剂。

本发明中，上述优选条件可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的多晶硅或单晶硅切割液的制备方法为将所述组分按所述的质量百分比简单混合后即得。较佳地为在搅拌下，将有机醇、非离子表面活性剂和钼酸盐添加剂加入到聚乙二醇100-1000中，待溶液澄清后加入螯合剂，搅拌均匀即得。对于常温下为固态或粘流态的聚乙二醇，需要将其熔融后，在熔融状态下加入其它组分，或用去离子水溶解后在溶液状态下加入其它组分。

本发明的原料和试剂均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1.本发明的多晶硅或单晶硅切割液的技术性能优异，切割效果好，重复性好，质量稳定，保证了多线切割设备的连续运行，减少非正常停机时间。

2.有效地解决了切削和磨料粉末再沉积的问题，48小时的砂浆的悬浮率达81％以上，比现有技术高了约10％。避免了硅片表面的化学键合吸附现象，以便于硅片的清洗和后续加工。

3.集渗透、润滑、冷却、清洗以及防锈性能于一体，不含有毒成分，无毒无害，成本低廉，总回收率高。

4.本发明的切割液储存时间为36个月，且可长时间循环使用。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。

下述实施例中除另有说明的以外，所述的百分比皆为质量百分比，组分比例皆为质量比。所述的分子量皆为数均分子量。

实施例1

1、钼酸盐添加剂的配方为钼酸钠∶油酸二乙醇酰胺硼酸酯＝1∶5。

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇200(PEG200) 900g(90％)

非离子表面活性剂-烷基糖苷(APG) 20g(2％)

螯合剂-乙二胺四乙酸二钠 50g(5％)

有机醇-异丙醇 20g(2％)

钼酸盐添加剂 10g(1％)

(钼酸钠0.17％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

向处于连续搅拌下的聚乙二醇200中依次缓慢加入上述配方中的烷基糖苷、异丙醇、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48小时砂浆的悬浮率为84.2％，切割液有效组分回收利用率为93.5％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

实施例2

1、钼酸盐添加剂的配方为钼酸钠∶油酸二乙醇酰胺硼酸酯＝1∶10。

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇200(PEG200) 700g(70％)

非离子表面活性剂-烷基糖苷(APG) 30g(3％)

螯合剂-乙二胺四乙酸二钠 55g(5.5％)

有机醇-异丙醇 25g(2.5％)

钼酸盐添加剂 40g(4％)

(钼酸钠0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯3.64％)

去离子水 150g(15％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

用去离子水溶解聚乙二醇200，在连续搅拌的情况下，向聚乙二醇200中依次缓慢加入上述配方中的烷基糖苷、异丙醇、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48小时砂浆的悬浮率为83.5％，切割液有效组分回收利用率为93.1％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

实施例3

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇600(PEG600) 850g(85％)

非离子表面活性剂-烷基糖苷(APG) 35g(3.5％)

螯合剂-乙二胺四乙酸二钠 65g(6.5％)

有机醇-异丙醇 40g(4％)

钼酸盐添加剂 10g(1％)

(钼酸钠0.17％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

将聚乙二醇600在水浴中加热至40℃左右，保持在该温度下连续搅拌，并依次缓慢加入上述配方中的烷基糖苷、异丙醇、烷基糖苷、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入乙二胺四乙酸二钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48小时砂浆的悬浮率为84％，切割液有效组分回收利用率为93.7％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

实施例4

1、钼酸盐添加剂的配方为钼酸钠∶油酸二乙醇酰胺硼酸酯＝1∶8。

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇1000(PEG1000) 300g(30％)

非离子表面活性剂-辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(OP-10) 5g(0.5％)

螯合剂-乙二胺四乙酸四钠 10g(1％)

有机醇-乙二醇 5g(0.5％)

钼酸盐添加剂 10g(1％)

(钼酸钠0.11％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.89％)

去离子水 670g(67％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

将去离子水加入聚乙二醇1000中，并在水浴中加热至50℃左右，保持在该温度下连续搅拌，并依次缓慢加入上述配方中的OP-10、乙二醇、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入乙二胺四乙酸四钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48小时砂浆的悬浮率为80.7％，切割液有效组分回收利用率为89.2％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

实施例5

1、钼酸盐添加剂的配方为钼酸钠∶油酸二乙醇酰胺硼酸酯＝1∶15。

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇100(PEG100) 500g(50％)

非离子表面活性剂-脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 50g(5％)

螯合剂-柠檬酸钠 100g(10％)

有机醇-辛醇 50g(5％)

钼酸盐添加剂 50g(5％)

去离子水 250g(25％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

用去离子水溶解聚乙二醇100，在连续搅拌下，向聚乙二醇100中依次缓慢加入上述配方中的JFC、辛醇、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入柠檬酸钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48小时砂浆的悬浮率为81.9％，切割液有效组分回收利用率为90.5％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

实施例6

1、钼酸盐添加剂的配方为钼酸钠∶油酸二乙醇酰胺硼酸酯＝1∶20。

2、多(单)晶硅切割液配方(1000g)：

聚乙二醇100(PEG100) 500g(50％)

非离子表面活性剂-脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 50g(5％)

螯合剂-葡萄酸钠 100g(10％)

有机醇-乙二醇 50g(5％)

钼酸盐添加剂 50g(5％)

去离子水 250g(25％)

3、多(单)晶硅切割液的制备：

用去离子水溶解聚乙二醇100，在连续搅拌下，向聚乙二醇100中依次缓慢加入上述配方中的JFC、乙二醇、钼酸盐添加剂，待溶液澄清后再缓慢加入葡萄酸钠，搅拌至均匀即得。

将本产品与磨料(碳化硅砂)以1∶0.92比例进行混合使用，产品48 小时砂浆的悬浮率为81.0％，切割液有效组分回收利用率为89.9％。产品具有良好的重复性，可长时间循环使用，存储时间达36个月。

Claims

1.一种多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：其包含下述质量百分比的组分：

所述的钼酸盐添加剂为钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照1∶5～1∶20的质量比组成的混合物。

2.如权利要求1所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的钼酸钠和油酸二乙醇酰胺硼酸酯的质量比为1∶5～1∶10。

3.如权利要求1或2所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的钼酸盐添加剂的含量为质量百分比1-4％。

4.如权利要求1或2所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的非离子表面活性剂为烷基糖苷、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。

5.如权利要求1或2所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的螯合剂为氨基羧酸类螯合剂和/或羟基羧酸类螯合剂。

6.如权利要求5所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的氨基羧酸类螯合剂为乙二胺四乙酸钠盐；所述的羟基羧酸类螯合剂为柠檬酸钠和/或葡萄酸钠。

7.如权利要求6所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的乙二胺四乙酸钠盐为乙二胺四乙酸二钠和/或乙二胺四乙酸四钠。

8.如权利要求1或2所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的有机醇为乙二醇和/或异丙醇。

9.如权利要求1或2所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

10.如权利要求3所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

11.如权利要求4所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

12.如权利要求5所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

13.如权利要求6所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

14.如权利要求7所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。

15.如权利要求8所述的多晶硅或单晶硅切割液，其特征在于：所述的多晶硅或单晶硅切割液由下述质量百分比的组分组成：聚乙二醇200-60070-90％，非离子表面活性剂2-4％，螯合剂5-7％，有机醇2-4％，钼酸钠0.11-0.36％，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83-3.64％以及去离子水0-15％。