CN102382712A - 一种金刚石钢丝锯专用水基切削液 - Google Patents

Abstract

一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：分散剂为0.01％；润湿剂为0.01％～3％；消泡剂为0.05％；缓蚀剂为0.01％；螯合剂为0.01％；杀菌剂为0.01％；渗透剂为0.01％；其余为水。发明的粘度很低，冷却性好，切屑悬浮和扩散性好，切屑颗粒中的硅颗粒能很好地浸湿，金刚石钢丝锯清洁干净，发泡性低，对金属离子不敏感，不可燃。本发明即使在高温下使用也很稳定，使用寿命更长，切割效率更高，另外，残留在硅切屑上的切削液很容易移除，硅粉回收变得更容易。

Description

一种金刚石钢丝锯专用水基切削液

技术领域：

本发明涉及一种与金刚石钢丝锯配套使用的水基切削液，并涉及用水基切削液切割脆性材料的使用方法。

背景技术：

在半导体行业，通常采用钢丝锯来切割又硬又脆的硅锭，从而获得所需的晶片。为了提高切割效率和切割质量，在切割时都必须使用切削液，在使用钢丝锯进行切割时需要使用含有研磨晶粒的切削液。现有的切削液由悬浮液体和研磨晶粒组成，所述研磨晶粒为碳化硅(SiC)，研磨晶粒在切削液中要分布均匀，从而保证在切割过程中研磨晶粒在钢丝锯上能均匀分散，使钢丝锯性能更好。确保研磨晶粒更好地分散和悬浮的关键因素是切削液的粘度。粘度越高分散的均匀性越难满足，但均匀后悬浮的稳定性能越好。切削液放在同钢丝锯附近的储液罐内，通过自吸泵将切削液抽出并通过喷嘴送到工件的切割处。

在硅锭的切割过程中将会产生切屑或切割碎片，特别是细粉末状的切屑，这种切屑，即硅粉与切割中产生的废碎硅片虽然价值很高，但是很难回收，因为切割产生的硅粉末与研磨晶粒(如SiC)在切削液中紧密混合在一起。因此，通常在切割1～2次后，就更换切削液，然后再对使用过的切削液进行过滤分离其中的硅粉，减少研磨晶粒(如SiC)的含量，实现对硅粉的回收。

金刚石切割钢丝的出现，使得金刚石钢丝切割技术在很多层面上比传统的钢丝锯技术更具优势，特别是在切屑硅粉回收方面。在金刚石钢丝锯技术中，研磨颗粒不是悬浮在切削液中，而是嵌在钢丝中。这就意味着可以使用粘度更低的切削液，从而使切割速度更快。这也意味着，钢丝锯/工件界面将产生更多热量，这就需要一种比传统切削液的冷却性能更好的切削液。

使用粘度低、不含研磨颗粒的切削液更有利于硅料的高效切割和切屑硅粉的回收，更能适应切屑硅粉的悬浮和分散。切屑硅粉的聚集会导致切削液供输系统中切削液喷嘴的堵塞，缩短切削液更换周期，因此要求切削液必须具有如下重要属性：

第一，切削液要有足够湿润性，能使切屑悬浮，从而能在钢丝锯和工件上快速移动，也能很容易从切屑上移除，使回收的切屑硅粉中没有残留的切削液。

第二，切削液不能发泡，以免对泵造成损坏或中断钢丝锯操作。

第三，切削液的抗燃性要强，不可能自燃。

发明内容：

本发明的发明目的是提供一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：

A、选择性分散剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性分散剂为易溶于水的聚合物分散剂，典型的是聚羧酸酯或聚羧酸，聚羧酸为如下物质的一种或它们的组合：聚磺酸物、聚硫化物、聚酯、聚醚、聚丙烯酰胺、聚多糖、均聚物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸、烯基磺酸、芳香烯基磺酸、丙烯酰胺磺酸、顺丁烯二酸；

B、选择性润湿剂，其重量百分含量为0.01％～3％；

所述选择性润湿剂为阴离子润湿剂、非离子润湿剂或两性离子润湿剂中的任一种；

所述阴离子润湿剂为基于羧酸盐的表面活性剂、基于磺酸盐的表面活性剂或基于硫酸酯盐的表面活性剂，其中，基于羧酸盐的表面活性剂为钠、钾或脂肪酸、丙烯酸氨基酸、丙烯酸多肽和聚乙二醇脂肪醇羧酸酯的铵盐；基于磺酸盐的表面活性剂为烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、α-石蜡磺酸盐、石蜡磺酸盐、仲n-烷烃磺酸盐、N-酰基-n-甲基牛磺酸、芳基烷基磺酸盐、烷基(二)联苯醚磺酸、磺基琥珀酸酯、烷基萘磺酸盐和羟乙基磺酸盐；基于硫酸酯盐的表面活性剂为硫酸醇、硫酸聚氧醇、硫酸甘油三酯油、脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐、基于硅的表面活性剂、聚氧脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐，以及磷或磷酸酯。

在阴离子表面活性剂中，疏水物是直线型或分支型的烃链、直线型或分支型的烷基芳基、直线型或分支型的烷基苯酚，烃链可能含有不饱和碳-碳键，可以部分或完全被氟化。

所述非离子润湿剂为直线型或分支型的伯醇或仲醇聚氧乙烯醚或烷氧基化合物，含有丙烯氧化物(PO)、丁烯氧化物(BO)或亚烃基氧化物，如嵌段共聚、无规共聚或封端，其中的烃链可能含有不饱和碳-碳键，可以部分或完全被氟化；氨烷氧基化合物；烷基酚聚氧乙烯醚；乙烯和丙烯氧化物或丁烯氧化物的嵌段共聚物；羧基酸酯长链，如，脂肪酸的甘油酯和聚甘油酯，山梨醇或聚氧乙烯山梨醇酯；烷基多苷；乙氧基炔二醇和硅氧烷表面活性剂。非离子表面活性剂中，末端羟基可以用氯、烷基醚、烯丙基醚、苄基醚、醋酸或乙缩醛代替，形成部分或完全的封端表面活性剂。

所述两性离子润湿剂为烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、卵磷脂或桂酰两性基乙酸钠，这些润湿剂对切削液造成的表面张力都小于45mN/m，在切削液中不会造成泡沫，或造成很少的不稳定的泡沫，同时，所述润湿剂能通过OECD301方法进行生物降解。

进一步，所述润湿剂为表面张力低的表面活性剂或高分支型的仲醇乙基氧化物(SAE)，品牌为TERGITOL^TM。

C、选择性消泡剂；其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性消泡剂为烷基聚硅氧烷或有机磷混合物；

进一步，所述烷基聚硅氧烷为二甲基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基乙基聚硅氧烷、二辛基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基丙基聚硅氧烷、二丁酯聚硅氧烷、双十二烷基聚硅氧烷；

进一步，所述有机磷混合物为n-三丁基磷酸，n-三丁氧基乙基磷酸或亚磷酸三苯酯或者他们的混合物，或者聚亚烷基氧化物。

进一步，所述聚亚烷基氧化物为乙烯氧化物，丙烯氧化物或丁烯氧化物。

这些消泡剂都易溶于水，在水中能扩散，且与切削液中的其他成分兼容，存储切削液时能减少泡沫或使泡沫变得最少的任何混合物。

D、选择性缓蚀剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性缓蚀剂为烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸酯、三唑烷、羟基羧酸或羟基羧酸盐，如葡萄糖酸、葡糖二酸；烷醇胺；亚硝酸盐；羧化物；硅酸盐；瞵酸酯和唑类化合物，如苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、硫醇基苯并噻唑和卤化唑。

这些缓蚀剂在流动条件下，易溶于水、在水中能扩散、并能很好地同基础液体混合在一起，同切削液中的其他成分兼容、在存储和使用过程中能抑制或消除切削液对金刚石钢丝锯设备表面造成的腐蚀。

进一步，选择性缓蚀剂中含有正磷酸盐、焦磷酸盐或聚磷酸盐。

E、选择性螯合剂；其重量百分含量为0.01％～2％；

所述螯合剂包括：乙二胺四乙酸(EDTA)以及它的盐和衍生物；羟乙基亚氨基二酸(HEIDA)以及它的盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)以及它的盐和衍生物；谷氨酸二乙酸(GLDA)以及它的盐和衍生物。

进一步，从生物降解性方面考虑，首选羟乙基亚氨基二酸(HEIDA)、甲基-甘氨酸-二乙酸(MGDA)或谷氨酸二乙酸(GLDA)。

这些螯合剂同切削液中的其他成分兼容、在处理工件时或者运输和存储切削液过程中，不会绑定或附着在切屑微粒或其他微粒上。

F、选择性杀菌剂；其重量百分含量为0.01％～1％；

所述选择性杀菌剂为三嗪、恶唑烷、巯氧吡啶钠或碘氨基甲酸酯。

这些杀菌剂与切削液中的其他成分兼容、能有效减少或抑制细菌、藻类细胞增长，由于切削液在使用之前就已成形，通常要在金刚石钢丝锯的存储罐中存储一段时间，切削液中细胞的增长会降低切削液的性能，并可导致出液喷嘴的堵塞。

G、选择性的渗透剂，其重量百分含量为0.01％～10％；

所述渗透剂的组份和重量百分比为：

增稠剂93％～95％

染料1％～5％

香精1％～3％

其中，增稠剂为黄原胶、中性树胶或者烷基纤维素。

进一步，所述烷基纤维素为羟甲基纤维素或羧甲基纤维素。

H、水；在本发明中水为基液，所有其它组份都溶于水。

本发明所述切削液的制备方法如下：

第一步，按本发明中各组份的重量百分比备料；

第二步，混合配制，在室温条件下将各组分可以按任何顺序添加到水中均匀搅拌即可。

发明的粘度很低，冷却性好，切屑悬浮和扩散性好，切屑颗粒能很好地浸湿，金刚石钢丝锯清洁干净，发泡性低，对金属离子不敏感，不可燃。本发明中的切削液在高温下也很稳定，使用寿命相对很长，例如，相对于现有切削液，相同的容量的切削液可切割的工件数提高5倍以上，同时残留在硅切屑上的切削液很容易移除，切屑硅粉回收容易。

发明的粘度很低，冷却性好，切屑悬浮和扩散性好，切屑颗粒中的硅颗粒能很好地浸湿，金刚石钢丝锯清洁干净，发泡性低，对金属离子不敏感，不可燃。本发明中的切削液在高温下也很稳定，使用寿命相对很长，例如，相对于现有切割一、两个工件的很多切割液来说，本发明中的切割液可以切割十个或更多工件。另外，残留在硅切屑上的切削液很容易移除，切屑回收变得更容易。

具体实施方式：

下面举例说明本发明的具体实施方式：

实施例1：一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：

A、选择性分散剂为聚羧酸酯，其重量百分含量为0.01％；

B、选择性润湿剂为阴离子润湿剂，所述阴离子润湿剂为丙烯酸氨基酸，其重量百分含量为0.01％～3％；

C、选择性消泡剂为二甲基聚硅氧烷，其重量百分含量为0.05％；

D、选择性缓蚀剂为烷醇胺，其重量百分含量为0.01％；

E、选择性螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，其重量百分含量为0.01％；

F、选择性杀菌剂为三嗪，其重量百分含量为0.01％；

G、选择性的渗透剂的组份和重量百分比为：

增稠剂93％，染料4％，香精3％，其中，增稠剂为黄原胶，

渗透剂的重量百分含量为0.01％；

其余为水；在本发明中水为基液，所有其它组份都溶于水。

实施例2：一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：

A、选择性分散剂为聚羧酸酯，其重量百分含量为2％；

B、选择性润湿剂为阴离子润湿剂，所述阴离子润湿剂为丙烯酸氨基酸，其重量百分含量为3％；

C、选择性消泡剂为二甲基聚硅氧烷，其重量百分含量为2％；

D、选择性缓蚀剂为烷醇胺，其重量百分含量为2％；

E、选择性螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，其重量百分含量为2％；

F、选择性杀菌剂为三嗪，其重量百分含量为2％；

G、选择性的渗透剂的组份和重量百分比为：

增稠剂95％，染料4％，香精1％，其中，增稠剂为黄原胶，渗透剂的重量百分含量为2％；

其余为水；在本发明中水为基液，所有其它组份都溶于水。

实施例3：一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：

A、选择性分散剂为聚羧酸酯，其重量百分含量为1.5％；

B、选择性润湿剂为阴离子润湿剂，所述阴离子润湿剂为丙烯酸氨基酸，其重量百分含量为1.1％；

C、选择性消泡剂为二甲基聚硅氧烷，其重量百分含量为0.8％；

D、选择性缓蚀剂为烷醇胺，其重量百分含量为0.8％；

E、选择性螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，其重量百分含量为1.1％；

F、选择性杀菌剂为三嗪，其重量百分含量为0.7％；

G、选择性的渗透剂的组份和重量百分比为：

增稠剂94％，染料5％，香精1％，其中，增稠剂为黄原胶，渗透剂的重量百分含量为1.0％；

其余为水；

在本发明中水为基液，所有其它组份都溶于水。

本发明的实施方式很多，无法逐一列举，但只要使用本发明配方所调配成的金刚石钢丝锯切割专用水基切削液均属本发明的保护范围。

本发明所述切削液的制备方法如下：

第一步，按本发明中各组份的重量百分比备料；

第二步，混合配制，在室温条件下将各组分可以按任何顺序添加到水中均匀搅拌即可。

Claims (9)

1.一种金刚石钢丝锯专用水基切削液，它的组份及重量百分比为：

A、选择性分散剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性分散剂为聚羧酸酯或聚羧酸，聚羧酸为聚磺酸物、聚硫化物、聚酯、聚醚、聚丙烯酰胺、聚多糖、均聚物、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸、烯基磺酸、芳香烯基磺酸、丙烯酰胺磺酸或顺丁烯二酸中的一种或它们的组合；

B、选择性润湿剂，其重量百分含量为0.01％～3％；

所述选择性润湿剂为阴离子润湿剂、非离子润湿剂或两性离子润湿剂中的任一种；

所述阴离子润湿剂为基于羧酸盐的表面活性剂、基于磺酸盐的表面活性剂或基于硫酸酯盐的表面活性剂，其中，基于羧酸盐的表面活性剂为钠、钾或脂肪酸、丙烯酸氨基酸、丙烯酸多肽和聚乙二醇脂肪醇羧酸酯的铵盐；基于磺酸盐的表面活性剂为烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、α-石蜡磺酸盐、石蜡磺酸盐、仲n-烷烃磺酸盐、N-酰基-n-甲基牛磺酸、芳基烷基磺酸盐、烷基(二)联苯醚磺酸、磺基琥珀酸酯、烷基萘磺酸盐和羟乙基磺酸盐；基于硫酸酯盐的表面活性剂为硫酸醇、硫酸聚氧醇、硫酸甘油三酯油、脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐、基于硅的表面活性剂、聚氧脂肪酸单乙醇酰胺硫酸盐，以及磷或磷酸酯；

所述非离子润湿剂为直线型或分支型的伯醇或仲醇聚氧乙烯醚或烷氧基化合物；

所述两性离子润湿剂为烷基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、卵磷脂或桂酰两性基乙酸钠；

C、选择性消泡剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性消泡剂为烷基聚硅氧烷或有机磷混合物；

D、选择性缓蚀剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述选择性缓蚀剂为烷醇胺、硼酸酯、胺二羧酸酯、三唑烷、羟基羧酸或羟基羧酸盐；

E、选择性螯合剂，其重量百分含量为0.01％～2％；

所述螯合剂为乙二胺四乙酸及其盐和衍生物；羟乙基亚氨基二酸及其盐和衍生物；甲基-甘氨酸-二乙酸及其盐和衍生物；谷氨酸二乙酸及其盐和衍生物；

F、选择性杀菌剂，其重量百分含量为0.01％～1％；

所述选择性杀菌剂为三嗪、恶唑烷、巯氧吡啶钠或碘氨基甲酸酯；

G、选择性的渗透剂，其重量百分含量为0.01％～10％；

所述渗透剂的组份和重量百分比为：

增稠剂93％～95％

染料1％～5％

香精1％～3％

其中，增稠剂为黄原胶、中性树胶或者烷基纤维素；

其余为水。

2.根据权利要求1所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述选择性消泡剂为烷基聚硅氧烷，所述烷基聚硅氧烷为二甲基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基乙基聚硅氧烷、二辛基聚硅氧烷、二乙基聚硅氧烷、甲基丙基聚硅氧烷、二丁酯聚硅氧烷、双十二烷基聚硅氧烷中的任一种。

3.根据权利要求1所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述选择性消泡剂为有机磷混合物，所述有机磷混合物为n-三丁基磷酸，n-三丁氧基乙基磷酸或亚磷酸三苯酯或者他们的混合物，或者聚亚烷基氧化物。

4.根据权利要求3所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述聚亚烷基氧化物为乙烯氧化物，丙烯氧化物或丁烯氧化物。

5.根据权利要求1所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述选择性缓蚀剂为羟基羧酸盐。

6.根据权利要求5所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：

所述羟基羧酸盐为葡萄糖酸、葡糖二酸、烷醇胺、亚硝酸盐、羧化物、硅酸盐、瞵酸酯和唑类化合物。

7.根据权利要求6所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述唑类化合物为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、硫醇基苯并噻唑或卤化唑。

8.根据权利要求1所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述螯合剂为羟乙基亚氨基二酸、甲基-甘氨酸-二乙酸或谷氨酸二乙酸。

9.根据权利要求1所述金刚石钢丝锯专用水基切削液，其特征是：所述渗透剂中的增稠剂烷基纤维素为羟甲基纤维素或羧甲基纤维素。