CN102369268A - 脆性材料用加工液以及硬质材料用加工液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供脆性材料以及硬质材料用含水加工液，是混合(A)水、(B)具有含氧基的、数均分子量为6,000～3,000,000的水溶性高分子化合物及(C)在1质量％水溶液中的浊点为10～70℃的非离子表面活性剂而成的脆性材料以及硬质材料用加工液，在游离磨粒方式中能够向加工间隙充分地供给料浆，磨粒分散稳定性优异，同时，切屑的清洗·分散性优良，另一方面，使用固定磨粒钢丝锯的方式中，不仅固定磨粒难以剥离，而且切屑的清洗·分散性优异。

Description

脆性材料用加工液以及硬质材料用加工液
技术领域
本发明涉及脆性材料用加工液以及硬质材料用加工液，进一步详细地说，涉及用利用了游离磨粒的钢丝锯或者固定磨粒钢丝锯切断脆性材料以及硬质材料时适宜使用的脆性材料用以及硬质材料用含水加工液。
背景技术
半导体产品的制造中，以高精度加工作为脆性材料的硅锭是很重要的，从其加工精度以及生产率的观点考虑，其槽的形成(溝入れ)和切断中一般利用钢丝锯进行加工。
另一方面，在陶瓷、石英、蓝宝石等的难削材料-硬质材料的槽的形成和切断中，利用如使用了钻石磨粒或立方晶氮化硼(cBN)磨粒等的超硬磨粒的钢丝锯进行加工。
钢丝锯加工方法有向被加工物和金属丝的滑动部供给游离磨粒的同时进行槽的形成和切断、内表面研磨加工等的方式、采用磨粒直接固定在金属丝的表面的固定磨粒钢丝锯的方式。
在前者的游离磨粒方式的钢丝锯加工中，使用加工液中分散有游离磨粒的料浆，脆性材料或者硬质材料被由钢琴线构成的钢丝锯切断。因此，除了润滑性能或冷却性能之外，对该加工液还要求游离磨粒的分散性能或加工后的清洗的容易性等。尤其，近年半导体产品等倾向于大型化、高集成度化，与此相伴，要求加工液性能进一步提高。
另一方面，后者的使用固定磨粒钢丝锯的方式中，作为钢丝锯使用通过电沉积在钢琴线等的芯线上固定有磨粒的电沉积钢丝锯、或者以高分子材料作为胶粘剂粘合剂固定了磨粒的树脂结合剂钢丝锯等。这样的使用固定磨粒钢丝锯的方式，尤其为了防止固定磨粒的剥离，要求摩擦系数低的物质作为加工液。
又，两个方式的钢丝锯加工中，都要求切屑的清洗·分散性优良、切粉不易堵塞喷嘴或加工间隙等、能够进行稳定的加工处理的加工液。
作为迄今为止在这些用途中使用的加工液，主要一直使用加工油(作为基础油使用矿物油或合成油的油系的加工液)。然而，加工油存在环境问题或安全性问题，因此近年期望水系的加工液、尤其期望水含有率高的加工液。
关于含有水的加工液，例如专利文献1公开了含有1～20重量％的水分的非水溶性分散介质组合物，专利文献2公开了含有特定的胺化合物的水溶性金属加工油剂组合物。这些虽然是含有水的加工液，但作为主成分使用矿物油等的基础油，并不是能完全解决上述的环境问题或安全性的问题的加工液。又，专利文献3公开了含有膨润土的水分散液以及特定的添加剂的切削液，专利文献4公开了使硅酸胶体粒子分散在含有亲水性多元醇系化合物、亲油性多元醇系化合物和水的分散介质中而成的水性组合物。这些虽然没有含有矿物油等的基础油，但水含量并不高。尤其在专利文献4的实施例中，水多时可见到性能降低。现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-100590号公报
专利文献2：日本专利特开2002-285186号公报
专利文献3：日本专利特开平8-60176号公报
专利文献4：日本专利特开平11-302681号公报
发明内容
发明要解决的课题
虽然目前已知如上所述的含有水的加工液，但使用以往的加工液提高水含量时，游离磨粒方式中，磨粒变容易沉降，变得难以均一地向加工间隙供给磨粒。又，虽然期待通过提高加工液的粘度使磨粒变得难以沉降，但此时粘度过大的话难以向加工间隙供给充分量的加工液。又，用以往的加工液提高水含有率时，摩擦系数变高，以使用固定磨粒钢丝锯的方式，固定磨粒容易剥离。
因此，期望具有作为加工液的高性能的同时解决环境问题或安全性的问题。
本发明鉴于上述情况而做的，游离磨粒方式的情况时，目的在于提供一种能够充分地向加工间隙供给料浆、磨粒分散稳定性优异，同时切屑的清洗·分散性优异的含水加工液；使用固定磨粒钢丝锯的方式的情况下，目的在于提供一种固定磨粒难以剥离、而且切屑的清洗·分散性优异的含水加工液。
解决课题的手段
本发明人反复专心研究的结果，发现通过配合特定的添加剂而成的加工液就可以解决上述课题。本发明基于相关知识而完成。
即，本发明提供如下内容。
1.一种硬脆性材料用加工液，其中，混合下述成分(A)～(C)而成，
(A)水；
(B)具有含氧基的、数均分子量为6,000～3,000,000的水溶性高分子化合物；
(C)在1质量％水溶液中的浊点为10～70℃的非离子表面活性剂。
2.如上述1记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)中的含氧基是选自羧基、羟基、氧乙烯基以及氧丙烯基的任意一个基团。
3.如上述1或2记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)是羧酸系高分子化合物以及/或者亚烷基二醇系高分子化合物。
4.如上述3记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)是羧酸系高分子化合物以及亚烷基二醇系高分子化合物的组合。
5.如上述1～4中的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(C)是含有氧丙烯基、数均分子量为70～5,000的非离子表面活性剂。
6.如上述1～5的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，以加工液总量为基准，所述成分(A)的混合量是50～99质量％，所述成分(B)的混合量是0.01～30质量％，所述成分(C)的混合量是0.1～20质量％。
7.如上述1～6中的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，pH是2～10。
8.如上述7记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述加工液含有酸成分和碱成分，并且通过调整所述酸成分和碱成分的混合比来调整pH后得到的。
发明的效果
根据本发明，在用钢丝锯进行加工的游离磨粒方式的情况时，可以提供一种能够充分地向加工间隙供给料浆、磨粒分散稳定性优异的同时切屑的清洗(分散)优异的含水加工液，使用固定磨粒钢丝锯的方式的情况时，能够提供一种固定磨粒难以剥离、而且切屑的清洗(分散)优异的含水加工液。
具体实施方式
本发明的硬质材料以及脆性材料(以下有时称“硬脆性材料”)用加工液是混合(A)水、(B)特定的水溶性高分子化合物、和(C)特定的非离子表面活性剂而成的加工液。
作为本发明的硬脆性材料用加工液的成分(A)可以无特别限制地使用，理想的是使用蒸馏水，尤其理想的是去离子水。以加工液总量为基准，水的混合量通常为50～99质量％，理想的是60～95质量％。通过在50质量％以上，起火性下降，因此安全性提高，同时从环境方面来说比较理想。对于上限，没有特别理由，出于与其他成分的混合量的关系，通常为99质量％以下。
本发明的硬脆性材料用加工液的成分(B)水溶性高分子化合物是含有含氧基的、数均分子量为6,000～3,000,000的水溶性高分子化合物。本发明中，通过混合成分(B)调整加工液的粘度，通过该粘度调整，游离磨粒方式中使料浆中的磨粒的分散稳定性或切屑的清洗性提高，使用固定磨粒钢丝锯的方式中加工液容易附着到金属丝，浸透到加工间隙，切断速度加快，而且可以抑制磨粒的剥离。数均分子量不足6,000时，难以得到这种粘度调整效果，超过3,000,000时，游离磨粒方式中粘度变得过大，难以充分地向加工间隙中供给料浆。从该观点考虑，数均分子量理想的是10,000～1,500,000。
作为所述含氧基，举出有例如羧基、羟基以及氧乙烯基以及氧丙烯基。在这里，该羧基或羟基也包括通过脱质子化或中和变成阴离子的基团。
再者，水溶性高分子化合物是指能够溶解于水的高分子化合物，通常指对水的溶解度(20℃)为0.1g/水100g以上的高分子化合物。又，本说明书中料浆是指含有加工液以及磨粒的混合物。
出于不仅是粘度调整效果，而且作为分散剂或切屑的清洗性提高剂也优异的观点，所述成分(B)尤以羧酸系高分子化合物或亚烷基二醇系高分子化合物理想。
所述羧酸系高分子化合物是将具有聚合性基团的不饱和羧酸聚合而得到的高分子化合物。作为不饱和羧酸，举例有例如丙烯酸、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、丁烯酸以及衣康酸等。作为羧酸系高分子化合物的具体例，举例有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丁烯酸、聚衣康酸、聚顺丁烯二酸、聚反丁烯二酸、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸-衣康酸共聚物、丙烯酸-顺丁烯二酸共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酸-磺酸系单体共聚物、丙烯酸-乙烯基吡咯烷酮共聚物等。又，羧酸系高分子化合物可以是这些聚合物的盐，举例有如聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等。
所述亚烷基二醇系高分子化合物是亚烷基二醇的聚合物，举例有例如聚亚烷基二醇或其衍生物等。作为亚烷基二醇系高分子化合物的具体例子举例有聚乙二醇、聚丙二醇、氧化乙烯以及氧化丙烯的嵌段共聚物及这些聚合物的衍生物(例如酯衍生物、醚衍生物等)。其中，理想的是具有氧乙烯基的聚合物。
在本发明，成分(B)的水溶性高分子化合物可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。尤其，在游离磨粒方式中，由于磨粒分散稳定性或沉降磨粒流动性大大提高，因此理想的是组合羧酸系高分子化合物以及亚烷基二醇系高分子化合物使用。
在本发明的硬脆性材料用加工液中，成分(B)的水溶性高分子化合物的混合量，以加工液总量为基准，通常为0.01～30质量％，理想的是0.1～20质量％。通过在0.01质量％以上，可以得到充分的粘度调整效果，通过在30质量％以下，粘度不会变得过大，游离磨粒方式中可以向加工间隙充分地供给料浆，在使用固定磨粒钢丝锯的方式中可以向加工间隙充分地供给加工液。
本发明的硬脆性材料用加工液的成分(C)非离子表面活性剂在1质量％的水溶液中的浊点为10～70℃，理想的是25～60℃。在本发明中，通过混合成分(C)，在游离磨粒方式中磨粒的分散稳定性或切屑的清洗性提高，在使用固定磨粒钢丝锯的方式中，切屑的清洗性提高，同时加工液的摩擦系数变小，可以抑制固定磨粒的剥离。浊点不足10℃时，溶解性差，超过70℃时起泡性变高。
所述成分(C)理想的有含有氧丙烯基的非离子表面活性剂(以下，有时略称为含有PO的非离子表面活性剂)。作为含有PO的非离子表面活性剂，举例有例如聚丙二醇、丙二醇或聚丙二醇的酯衍生物、丙二醇或聚丙二醇的醚衍生物以及氧化丙烯和氧化乙烯的嵌段共聚物(EO-PO嵌段共聚物)，从分散性或低起泡性的观点考虑，尤其理想的是EO-PO嵌段共聚物。
含有PO的非离子表面活性剂理想的是数均分子量为70～5,000的化合物，更理想的是100～4,000的化合物。含有PO的非离子表面活性剂理想的是氧丙烯基占全部分子的40～90质量％，更理想的是占50～80质量％。
在本发明中，成分(C)非离子表面活性剂可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。以加工液总量为基准，成分(C)非离子表面活性剂的混合量通常为0.1～20质量％，理想的是0.5～10质量％。通过在0.1～20质量％，游离磨粒方式时得到充分的磨粒分散效果或切屑的清洗·分散效果，使用固定磨粒钢丝锯的方式时得到加工液的摩擦系数变小、固定磨粒的剥离受到抑制，同时切屑的清洗·分散性提高等的效果。
本发明的硬脆性材料用加工液中，可以在不违反本发明的目的的范围混合防锈剂、消泡剂、抗氧化剂、金属减活剂以及杀菌剂·防腐剂等的公知的添加剂。作为防锈剂举例有烷基苯磺酸盐、二壬基萘磺酸盐、链烯基琥珀酸酯、多元醇酯等。作为消泡剂举例有硅油、氟硅油以及氟烷基醚等。作为抗氧化剂举例有苯酚系抗氧化剂或胺系抗氧化剂。作为金属减活剂举例有咪唑啉、嘧啶衍生物、噻二唑、苯并三唑以及噻二唑等。作为杀菌剂·防腐剂，除了对氧基苯甲酸酯类(苯甲酸酯类)之外，还有苯甲酸、水杨酸、山梨酸、脱氢醋酸、对甲苯磺酸以及它们的盐、苯氧乙醇等。
这些添加剂的混合量可以根据目的适当选定，以加工液总量为基准，这些添加剂的合计通常是0.01～5质量左右。
本发明的硬脆性材料用加工液理想的是pH为2～10，更理想的是pH为4～8。pH在2以上，防锈性良好，通过在10以下，可以避免硅等的腐蚀。通过调整添加到硬脆性材料用加工液的酸成分和碱成分的混合比，可以调整pH。所述各种添加剂中包括相当于酸成分或碱成分的物质，作为酸成分举例有例如聚丙烯酸、异壬烷酸，作为碱成分举例有N-甲基二乙醇胺、环己基二乙醇胺。
本发明的硬脆性材料用加工液的制造方法无特别限定。例如，举例有如下方式，制备处于水含量少的浓缩状态的硬脆性材料用加工液，使用前加入水调整浓度。从搬运、销售等的容易度、使用时的浓度调节的容易度的观点，这样的方式比较理想。作为处于这样的浓缩状态的硬脆性材料用加工液，举例有如这样的加工液，相对于成分(B)1质量份，含有0.001～50质量份(理想的是0.01～30质量份，更理想的是0.1～15质量份)的成分(C)，以该加工液总量为基准，成分(B)和成分(C)的合计含量x(质量％)为5≤x＜100(理想的是80≤x≤99)的加工液。
含有本发明的硬脆性材料用加工液的料浆的粘度通常在25℃时为40～200mPa·s，更理想的是50～180mPa·s。通过使料浆的粘度在上述范围，可以充分地向加工间隙供给均一性高的料浆，得到优良的加工性。
如上含有本发明的硬脆性材料用加工液的料浆是具有比较低的粘度的物质，此外，通常水含有率变高。一般，这样的情况，在游离磨粒方式下，磨粒容易变得沉降，但本发明的硬脆性材料用加工液是与上述成分(B)和成分(C)并用的物质，由此得到优异的磨粒分散稳定性。
本发明的硬脆性材料用加工液适宜在用钢丝锯或多个钢丝锯等对脆性材料或者硬质材料进行钢丝锯加工时候使用。作为脆性材料举例有硅、水晶以及碳等，作为硬质材料举例有陶瓷、石英、蓝宝石等。钢丝锯加工的游离磨粒方式中，混合本发明的硬脆性材料用加工液以及游离磨粒，配制脆性材料加工液组合物(料浆)。作为游离磨粒可以无特别限制地使用，例如举例有SiC(碳化硅)磨粒、氧化铝磨粒、cBN磨粒、钻石磨粒等。游离磨粒的混合量可以根据目的适当决定，通常以质量比计，硬脆性材料用加工液：游离磨粒为95∶5～10∶90，理想的是90∶10～30∶70。
实施例
接着，通过实施例更详细地说明本发明，但是本发明不被这些实施例所限定。
实施例1～4以及比较例1～6
配制了第1表所示组成的加工液。再者，表中的值表示质量份。
Figure BPA00001445902300081
水溶性高分子化合物1：聚亚烷基二醇衍生物〔日油(株)制、商品名称ユニル一ブ75DE-3800〕(数均分子量18,200、重均分子量18,500)
水溶性高分子化合物2：聚丙烯酸〔日本触媒(株)制、商品名称アクアリツクAS58〕(数均分子量106,000、重均分子量798,000)
水溶性高分子化合物3：聚丙烯酸钠〔日本触媒(株)制、商品名称アクアクアリツクDL365〕(数均分子量2,500、重均分子量5,400)
非离子表面活性剂1：在1质量％水溶液中的浊点为30℃的EO-PO嵌段共聚物，全部分子中的氧丙烯基的比例79质量％〔三洋化成工业(株)制、商品名称ニユ一ポ一ルPE62〕(数均分子量2,500)
非离子表面活性剂2：在1质量％水溶液中的浊点为56℃的EO-PO嵌段共聚物，全部分子的氧丙烯基的比例59质量％〔三洋化成工业(株)制、商品名称ニユ一ポ一ルPE74〕(数均分子量3,400)
再者，数均分子量以及重均分子量是通过GPC(凝胶渗透色谱)法得到的值。(分子量标准样品：聚丙烯酸钠)
第1表中的节省资源性(水的含量)的评价基准
A：水分80质量％以上
B：水分40质量％以上、不足80质量％
C：水分不足40质量％
[磨粒分散稳定性试验]
对得到的加工液，以以下所示的方法进行磨粒分散稳定性试验。
以1∶1的质量比混合磨粒((株)フジミインコ一ポレ一テツド制GC#1500)和加工液，配制了料浆。将刚配制好的料浆100ml放入量筒(内径：28mm、容量120ml)，静置于30℃下。5小时后，通过以下的计算式求出液分离层(磨粒和加工液分离的层)。
液分离层的比率(％)＝液分离层的体积(ml)/全部的体积(ml)×100
结果在第2表显示。
[沉降磨粒的流动性试验]
通过和磨粒分散稳定性试验一样的方法配制料浆，将100ml料浆放入到量筒(内径：28mm、容量120ml)中静置。24小时后反转量筒，于1小时后测定堆积的磨粒流动的量(ml)。结果示于第2表中。
[料浆的粘度]
以1∶1的质量比混合磨粒((株)フジミインコ一ポレ一テツド制GC#1500)和加工液，配制了料浆。用B型旋转粘度计〔东机产业(株)制TVB-10〕测定刚配制好的料浆在25℃下的粘度。结果示于第2表中。
[往复动摩擦试验]
试验条件
试验机：(株)オリエンテツク制“F-2100”
球：3/16英寸SUJ 2
试验板：多晶硅
滑动速度：20mm/s
滑动距离：2cm
负荷：1.96N
在上述试验条件下进行往复动摩擦试验，测定了摩擦系数。结果示于第2表中。
[表2]
第2表很清楚显示，实施例的加工液的磨粒分散稳定性良好，料浆粘度低，因此用游离磨粒方式进行钢丝锯加工时加工精度和加工效率高，操作性也优异。又，停止搅拌料浆后，沉降的磨粒的再分散性也优异。
又，实施例的加工液往复动摩擦试验的摩擦系数低至0.10～0.12，因此在使用固定磨粒钢丝锯的方式中，可以抑制固定磨粒的剥离，并且切断阻力也可以减少。
产业上的可利用性
本发明的硬脆性材料用含水加工液具有如下特征：在游离磨粒方式的钢丝锯加工中能够向加工间隙充分地供给料浆，磨粒分散稳定性优异，同时，切屑的清洗(分散)性优良，又，使用固定磨粒方式的钢丝锯的方式中，不仅固定磨粒难以剥离，而且切屑的清洗·分散性优异，而且可以解决环境问题或安全性的问题。

Claims (8)

1.一种硬脆性材料用加工液，其中，混合下述成分(A)～(C)而成，
(A)水；
(B)具有含氧基的、数均分子量为6,000～3,000,000的水溶性高分子化合物；
(C)在1质量％水溶液中的浊点为10～70℃的非离子表面活性剂。
2.如权利要求1记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)中的含氧基是选自羧基、羟基、氧乙烯基以及氧丙烯基的任意一个基团。
3.如权利要求1或2记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)是羧酸系高分子化合物以及/或者亚烷基二醇系高分子化合物。
4.如权利要求3记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(B)是羧酸系高分子化合物以及亚烷基二醇系高分子化合物的组合。
5.如权利要求1～4中的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述成分(C)是含有氧丙烯基、数均分子量为70～5,000的非离子表面活性剂。
6.如权利要求1～5中的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，以加工液总量为基准，所述成分(A)的混合量是50～99质量％，所述成分(B)的混合量是0.01～30质量％，所述成分(C)的混合量是0.1～20质量％。
7.如权利要求1～6中的任意一项记载的硬脆性材料用加工液，其中，pH是2～10。
8.如权利要求7记载的硬脆性材料用加工液，其中，所述加工液含有酸成分和碱成分，并且是通过调整所述酸成分和碱成分的混合比来调整pH后得到的。
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