CN102352278A

CN102352278A - 金刚石线专用切割液

Info

Publication number: CN102352278A
Application number: CN2011102320335A
Authority: CN
Inventors: 于景
Original assignee: Energy Technology Co Ltd Jiangxi Jinkui
Current assignee: Energy Technology Co Ltd Jiangxi Jinkui
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了金刚石线专用切割液，它由19～59%wt的聚乙二醇、40.5～80.5%wt的纯水，0.05～0.2%wt的防锈剂，0.05～0.2%wt的乳化剂和0.3～0.5%wt的消泡剂组成。本发明所述切割液密度与黏度均小于传统切割液，不仅具有良好的流动性，而且具有良好的易清洗性，切割后依照正常硅晶片清洗工艺进行清洗，无异常现象产生；用于金刚石线切割的硅晶片厚度、TTV、WARP均满足要求，电池片制绒后亦无异常；本发明切割制备成本低，切割液成本不超过传统切割液的60%，有利于取代进口切割液。

Description

金刚石线专用切割液

技术领域

本发明涉及硅晶片切割液，尤其涉及专用于金刚石线切割的硅晶片切割液。

背景技术

硅晶片是半导体、太阳能、液晶显示灯行业的基础材料，分为单晶硅片和多晶硅片，其原材料为单体单晶硅或多晶硅锭，再加工成硅棒，使用线切割机加工成需求厚度规格的硅片。在传统游离磨料线切割方式加工硅片的过程中，切割液通过悬浮、润滑、分散、冷却等特性将碳化硅等切割磨料均匀的附着在高速运动的钢丝线上，并通过快速运动来带动磨料对硅棒进行切割。

随着太阳能产业的发展，出现了一种新的多线切割方式——金刚石线切割，使用固定在钢线上的金刚石颗粒进行切割的技术。此种金刚石线切割技术对太阳能硅片切割液产生了更高的要求：1、满足金刚石线高速切割要求，其切割速度是传统技术的2.5倍；2、更好的分散硅粉的能力；3、TTV和厚度的匀一性要求更高；4、低廉的价格。

针对国内外现有的传统切割液，因其都是与传统游离磨料切割工艺配套，其所具备的性能或是无法满足金刚石线切割要求，或是为金刚石线切割技术所不需要的性能，且制备成本较高。而从国外进口的满足金刚石线切割要求的切割液，购买成本高，阻碍了金刚石线切割技术运用的产业化步伐。

传统切割液在切割过程中主要存在以下问题：

（1）成本高，目前市场价格约为1.6万元/吨；

（2）经过切削后的砂浆中含有以下固体：切削硅棒时产生的硅粉，破碎的碳化硅颗粒、较大的碳化硅颗粒、钢丝经过磨削后产生的铁微粉及部分氧化铁都对环境产生很大污染，须进行回收处理后才能排放，而碳化硅的回收成本比较高；难以达到对环境零污染的要求；

（3）在切割过程中，约有40%的硅粉的浪费，这些切割过程中损失的硅粉分布在切削后的砂浆中，由于砂浆粘度比较高、单次切割使用量大，现有废液回收技术难以进行有效的分离，并且分离的成本也非常高；

（4）由于传统切削液在使用时加入了用来切割硅片的碳化硅，为使碳化硅分布均匀，便于切割和提高切割质量，传统切割液粘度应高、流动性较低，因而不利于高速切割，传统游离式砂浆切割速度慢，切割效率不高，

（5）由于线切割切削液适用性不强，使金刚石线切割硅晶片受到了限制，目前金刚石线切割大都仅仅应于硅晶棒开方加工。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型的能满足金刚石线切割技术要求，保证切割硅片性能，并能大大降低生产成本的金刚石线专用切割液。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述金刚石线专用切割液由19～59%wt的聚乙二醇、40.5～80.5%wt的纯水、0.05～0.2%wt的防锈剂、0.05～0.2%wt的乳化剂和0.3～0.5%wt的消泡剂组成。

本发明按比例将上述原料加入低速搅拌缸中均匀搅拌混合而成。

所述防锈剂为苯并三氮唑（C₆H₅N₃）、苯甲酸铵、三乙醇铵一种或两种以上；所述乳化剂为辛基酚聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯醚一种或两种；所述的消泡剂为聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚丙基硅氧烷、聚丁基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上。

所述聚乙二醇的分子量为100-600，它可由一种分子量的聚乙二醇组成，也可由两种不同分子量的聚乙二醇混合组成；所述聚乙二醇作为非离子型聚合物的聚乙二醇，可以与水进行任意比例互溶，是硅片切割液的主体，在硅片加工过程中起了非常重要的作用。

所述纯水是指以符合生活饮用水卫生标准的水为原水，通过电渗析器法、离子交换器法、反渗透法、蒸馏法及其他适当的加工方法，制得的密封于容器内，且不含任何添加物，无色透明，可直接饮用的水。

本发明中各组分的作用分别为：

聚乙二醇作为粘度适当的分散剂，可以吸附于固体颗粒表面而产生足够高的位垒和电垒，不仅阻碍颗粒互相接近、聚结，也能促使固体颗粒团开裂散开，可保证线切割液的悬浮性能。同时，该分散剂在固体颗粒团受机械力作用出现微裂缝时，能渗入到微细裂缝中去定向排列于固体颗粒表面而形成化学能的劈裂作用，分散剂继续沿裂缝向深处扩展而有利于切割效率的提高；纯水可溶解聚乙二醇，并降低切割液制备成本；防锈剂是起保护切割体系的作用；乳化剂分散不同液体间的界面张力，阻止分散的小液滴、微粒互相凝结；消泡剂可消除切割液制备、硅片加工过程中的泡沫，提高切割液的渗透能力。

本发明所述专用切割液主要性能指标：

项目	指标	项目	指标
				外观（ 25℃）	透明液体	粘度(25℃）， mm²·s	10～20
色度（Hazen），	≤40	密度（20℃），g/cm³	1.01～1.08
				折光率（20℃）	1.454～1.4640	电导率(25℃），μS/cm	≤10
含水量％	≤0.5

本发明所述专用金刚石切割液可提高切割硅晶片产品质量：

（1）由于在硅晶片应用上对太阳能硅片表面的平整度、洁净度、导电性等性能指标有着极其严格的要求，故太阳能硅片的切割过程中，使用电镀金刚石颗粒作为介质，形成机理是使金刚石微粉颗粒持续快速摩擦硅棒表面，利用金刚石颗粒的坚硬特性和锋利菱角将硅棒逐步截断，这一过程伴随着较大的摩擦热释放，同时由于金刚石颗粒与硅棒之间的摩擦而产生的破碎金刚石颗粒和硅颗粒也将混入切割体系中。

（2）由于本发明所述切割液具有良好的流动性，可将切割热及破碎颗粒及时带出切割体系，使被切割开的硅晶片受切割体系温度升高的影响而不发生翘曲和其表面被细碎颗粒过度研磨而不影响其光洁度，在金刚石线的高速运动中以均匀平稳的切割力场作用于硅棒表面，同时及时带走切割热和破碎颗粒，保证硅晶片的表面质量。

本发明应用于金刚石线切割硅晶片所产生的技术效果：

（1）本发明所述切割液密度与黏度均小于传统切割液，具有良好的流动性，可提高硅晶片切割效率、降低硅晶片切割消耗成本，满足金刚石线切割技术要求。

（2）本发明具有良好的易清洗性，切割后依照正常硅晶片清洗工艺进行清洗，无异常现象产生；

（3）本发明用于金刚石线切割的硅晶片厚度、TTV、WARP均满足要求，电池片

制绒后亦无异常；

（4）本发明切割液制备成本低，切割液成本不超过传统切割液的60%，有利于取代进口切割液。

具体实施方式

实施例1：配置1000g金刚石线专用切削液：

取聚乙二醇200(PEG)570g，纯水425g，苯并三氮唑1g，辛基酚聚氧乙烯(10)醚1g，聚甲基硅氧烷3g。

在连续低速（30-60转/分钟）搅拌下的聚乙二醇200中缓慢依次加入纯水、苯并三氮唑、辛基酚聚氧乙烯(10)醚、聚甲基硅氧烷，均匀搅拌2小时后得1000g金刚石线专用切割液。

本实施例1制得的切割液经检测各项指标为：

密度：1.065 g/mm3，电导率（25℃，μS/cm）：8.3，

黏度：17.5 mm²·s，折光率（20℃）：1.458。

实施例2：配置1000g金刚石线专用切削液：

取聚乙二醇400(PEG)400g，纯水595g，苯并三氮唑和苯甲酸胺0.5g（各占50%），壬基酚聚氧乙烯醚0.5g，聚甲基硅氧烷和聚乙基硅氧烷4.0g（各占50%）。

在连续低速（30-60转/分钟）搅拌下的聚乙二醇400中缓慢依次加入纯水、苯并三氮唑和苯甲酸胺，壬基酚聚氧乙烯醚，聚甲基硅氧烷和聚乙基硅氧烷，均匀搅拌2小时后得1000g金刚石线专用切割液。

本实施例2制得的切割液经检测各项指标为：

密度：1.045 g/mm3，电导率（25℃，μS/cm）： 9.2，

黏度：19.5 mm²·s，折光率（20℃）： 1.462。

实施例3：配置1000g金刚石线专用切削液：

取聚乙二醇600(PEG)200g，纯水791g，苯并三氮唑、苯甲酸铵和三乙醇铵共2g（各占三分之一），辛基酚聚氧乙烯(10)醚和壬基酚聚氧乙烯醚共2g（各占二分之一），聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷共5g（各占三分之一）。

先在40-60℃温度下融化膏状的聚乙二醇600，并在保温状态下搅拌，在连续低速（30-60转/分钟）搅拌过程中缓慢依次加入纯水、苯并三氮唑、苯甲酸铵和三乙醇铵，辛基酚聚氧乙烯(10)醚和壬基酚聚氧乙烯醚，聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷，均匀搅拌2小时后得1000g金刚石线专用切割液。

本实施例3制得的切割液经检测各项指标为：

密度：1.016 g/mm3，电导率（25℃，μS/cm）：7.8，

黏度：14.2 mm²·s，折光率（20℃）： 1.455。

Claims

1.金刚石线专用切割液，其特征在于：它由19～59%wt的聚乙二醇、40.5～80.5%wt的纯水，0.05～0.2%wt的防锈剂，0.05～0.2%wt的乳化剂和0.3～0.5%wt的消泡剂组成。

2.根据权利要求1或2所述的金刚石线专用切割液，其特征在于：所述防锈剂为苯并三氮唑、苯甲酸铵、三乙醇铵中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的金刚石线专用切割液，其特征在于：所述乳化剂为辛基酚聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的金刚石线专用切割液，其特征在于：所述消泡剂为聚甲基硅氧烷、聚乙基硅氧烷、聚丙基硅氧烷、聚丁基硅氧烷、聚甲基乙基硅氧烷和/或聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的金刚石线专用切割液，其特征在于：所述聚乙二醇分子量为100-600，它可由一种分子量的聚乙二醇组成或由两种不同分子量的聚乙二醇组成。