CN103881798A - 水溶性硅切削液及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性硅切削液及其应用，包括如下重量百分比的组分：脂肪醇聚氧乙烯醚5％～35％，螯合剂0.5％～5％，增溶剂1％～6％，醚醇类活性剂0.5％～5％，杀菌剂0.003％-0.1％，水余量。本发明具有极佳的抗极压润滑性能，较大的密度和极佳的流平性能、分散性，不仅能使SiC在切削液中分散均匀，同时有效的解决了切削和切粒粉末再沉积的问题；切削过程中保持黏度稳定，具有良好的润湿性能提高工作时的效率。

Description

水溶性硅切削液及其应用

技术领域

本发明涉及一种水溶性硅切削液。

背景技术

线切割工艺技术(简称线切割技术)能够将大直径单晶硅棒加工出非常薄的硅片，在半导体工业的硅片加工生产工艺中越来越受到重视。

为了在线切割过程中为获得良好的表面结构，提高切割效率，常引入切割液，来改善不均匀的机械作用并且有效的散发热量，从而降低应力。为此常使用含有SiC或金刚石颗粒的切割液进行研磨，同时也可作为润滑液和冷却液。

切割液按成份分类主要包括油性切割液和水性切割液两大类。

第一类线切割液产品主要是以矿物油为主要成份的油性切割液，其中含有矿物油、防腐蚀剂、抗极压剂等物质，切割液本身易燃，对环境污染较大，同时清洗晶片时需要含氯的烷烃溶剂，对人体有致癌作用，除在Ge、GaAs上有少量使用外，在硅片切割上已基本不使用。

第二类水性切割液产品可以溶于水或被水分散，清洗晶片采用水即可，不用有机溶剂，对环境及人体无损害。水性切割液又分为含水量较大的水基切割液及基本不含水的水溶性切割液。

1996－2003年，日本信越半导体株式会社先后在中国公开专利（CN1127777、CN1258311、CN1441040A）,该公司发明了一种以亲水性多元醇化合物、亲油性多元醇化合物、硅酸胶体粒子、水、分散剂等成分组成的以特定合成工艺制备水基切削液，产品有效降低了切割大直径薄晶片的挠曲度，并指出对于硬脆性材料可进行高精度切割。

2003年日本第一工业制药株式会社在中国公开一种用于硬脆性材料硅等的非易燃性水基切削液（CN1405287A），其主要成分由重均分子量在1000～200000聚羧酸系高分子化合物及其盐组成，还含有润滑剂、黏度调节剂、非金属防蚀剂、消泡剂等组份。

2002年日本的J．Hashiomoto与T．Hagihara等联合公开的专利切削液组合物（US，622881），指出了以聚醚化合物为主要成分及少量表面活性剂、硅藻土，此切削液具有优良的分散性及卓越的再分散特性，其晶片易于清洗，废水处理更加简单。

2004年日本的T．Nabeshima、K．Sugiyama、H．Shinike专利公开了不燃性水基切削液及其组分（US，638399、US，660283、US，667375），提供了一种对研磨剂具有优良分散能力、不易引燃、具有防锈能力、易于清洗的切削液，其主要成分由聚羧酸共聚物及其盐组成，还包括水溶性润滑剂、黏度调节剂、防腐蚀剂等。

2005及2006年，刘玉岭等人公开的专利中（CN1618936A、CN1858169）重点介绍了以聚乙二醇、胺碱、渗透剂、醇醚活性剂及去离子水为主要成份的水基切削液，并指出此切削液可以有效降低切割损伤、易于清洗。

而上述专利公开的技术，切削剂多为含有对环境和人有害的亚硝酸钠、苯骈三氮唑、苯甲酸钠等，且这些盐类均含有钠离子，切削高温处，钠易向材料深处渗透，难于清洗，导致硅片在清洗后出现花斑；另外，固体填料为主要成份的水溶性切削液，对设备腐蚀较严重，固体填料环境污染严重，同时需要添加防锈等多种不利于晶片应用的添加剂。因此研究一种无污染、金属杂质含量低、易于清洗的用于硬脆性材料的（多）线片、方及块切割的切削液是本领域急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水溶性硅切削液及其应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的水溶性硅切削液，包括如下重量百分比的组分：

优选的，所述水溶性硅切削液，包括如下重量百分比的组分：

优选的，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚的分子量为1000～3000。脂肪醇聚氧乙烯醚具有良好的去污、渗透和分散性能，还能对清洗剂中污垢产生的泡沫有抑制作用，使清洗剂具有很好的水洗性能，漂洗后能使硅晶片表面获得干净、无斑迹的清洗效果。

所述的螯合剂选自有机酸，优选柠檬酸、酒石酸或乙二酸等，其中最好为柠檬酸，它的主要作用是能够去除一部分有机污染物，并且具有络合作用，能够去除颗粒和金属离子污染；

所述的增溶剂选自丙三醇、丙二醇、丁醇、异丙醇或松油醇等，最好为丙三醇；丙三醇可加快其各组分在水中的溶解，以分散悬浮剂颗粒，保持颗粒的悬浮而不形成硬饼，具有优良的润滑及传热性能，可以有效移走摩擦产生的热量，增加了线的工作寿命，提高了切割片的品质。

所述的醚醇类活性剂为非离子型壬基酚聚氧乙烯醚。一方面可以提高表面活性剂的乳化性能，另一方面可以提高切削液的稳定性，长时间放置不会分层变混浊等。

所述的杀菌剂，具体为异噻唑啉酮及相应的衍生物、Germall115、柠檬酸铜或Bronopol等，其中最好为柠檬酸铜。由于它加入量少，具有广谱高效、低毒，对环境安全，对人体无过敏等特点，可抑杀细菌、真菌、酵母菌等多种菌种。

本发明为一种无色透明或半透明液体，该切割液具有极佳的抗极压润滑性能，较大的密度和流平性能、可使SiC或金刚石颗粒等添加物分散均匀，可作为切削液，应用在单晶硅、多晶硅、锗、砷化嫁、石英、氮化铟镓或宝石的加工领域，应用方法与常规的切削液相同。

本发明具有极佳的抗极压润滑性能，减少磨料的损耗及机器的磨损；较大的密度和极佳的流平性能、分散性，不仅能使SiC在切削液中分散均匀，同时有效的解决了切削和切粒粉末再沉积的问题；切削过程中保持黏度稳定，具有良好的润湿性能提高工作时的效率，加快切削速度，能够有效抵御微生物的侵袭，保证在使用过程中不腐败变质，不发臭，从而使产品具有较长的使用寿命；原料对人体无毒无刺激，无过敏等症状的发生，自然界的生物降解性好，可长期滞留在水和土壤中。

本发明锯切试验选用单晶硅棒直径为40mm，锯切方向沿(111)晶面，切片厚度为1mm。硅棒进给速度为0.65mm/min。锯切过程中分别选用蒸馏水、实施例1～6作为切削液。在光学昆微镜下观察切割的硅片表面，采用2205型表面粗糙度测量仪测量切割硅片的表面粗糙度；采用SCH-I型测厚仪分别测量了硅片的翘曲度。

以下实施例中脂肪醇聚氧乙烯醚，可采用淄博海杰化工有限公司牌号为AEO-系列的不同平均分子量的产品；柠檬酸铜及其它试剂均由上海睿亮化工科技有限公司提供。

具体实施方式：

实施例1

配方（重量百分比）：

脂肪醇聚氧乙烯醚25％（平均分子量为3000），柠檬酸5％,丙三醇6％，壬基酚聚氧乙烯醚5％，柠檬酸铜0.1％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即得线切削液。

实施例2

配方（重量百分比）：

脂肪醇聚氧乙烯醚25％（平均分子量为1000），柠檬酸5％,丙三醇6％，壬基酚聚氧乙烯醚5％，柠檬酸铜0.1％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即水溶性硅切削。

实施例3

配方（重量百分比）：

脂肪醇聚氧乙烯醚15％（平均分子量为3000），柠檬酸5％,丙三醇6％，壬基酚聚氧乙烯醚5％，柠檬酸铜0.1％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即得水溶性硅切削。

实施例4

配方（重量百分比）：

脂肪醇聚氧乙烯醚5％，柠檬酸5％,丙三醇2％，壬基酚聚氧乙烯醚3％，柠檬酸铜0.05％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即得水溶性硅切削。

实施例5

配方（重量百分比）：

聚乙二醇25％，柠檬酸2％,丙三醇6％，壬基酚聚氧乙烯醚3％，柠檬酸铜0.1％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即得水溶性硅切削。

实施例6

配方（重量百分比）：

聚丙二醇25％，柠檬酸5％,丙三醇6％，壬基酚聚氧乙烯醚3％，柠檬酸铜0.05％，去离子水余量。

将上述组分混合后，搅拌分散即得水溶性硅切削。

采用文献（武汉理工大学学报，2008，30.86-88.）的方法，进行的锯切试验，结果如下表所示：

表1锯切硅片试验结果

从表1可以看出，实施例1对锯切硅片时降低粗糙度和翘曲度最有利，实施例2次之，蒸馏水排到最后。分析其主要的原因可能是由于蒸馏水的润滑性在其中最差；使用实施例3～例6时，锯丝表面的粘附使得切屑和脱落的金刚石磨粒一起作用滑擦表面，增大了表面粗糙度和翘曲度。而实施例1能够渗入锯切摩擦和变形区，又具有良好的导热和散热性能，故硅片的粗糙度和翘曲度较小，因此获得的硅片质量最好。

Claims (6)

1.水溶性硅切削液，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的水溶性硅切削液，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：

3.根据权利要求1或2所述的水溶性硅切削液，其特征在于，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚的分子量为1000～3000。

4.根据权利要求1或2所述的水溶性硅切削液，其特征在于，所述的螯合剂选柠檬酸、酒石酸或乙二酸；

所述的增溶剂选自丙三醇、丙二醇、丁醇、异丙醇或松油醇；

所述的醚醇类活性剂为非离子型壬基酚聚氧乙烯醚；

所述的杀菌剂为异噻唑啉酮及相应的衍生物、Germall115、柠檬酸铜或Bronopol。

5.根据权利要求4所述的水溶性硅切削液，其特征在于，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚的分子量为1000～3000。

6.根据权利要求1～5任一项所述的水溶性硅切削液的应用，其特征在于，应用在单晶硅、多晶硅、锗、砷化嫁、石英、氮化铟镓或宝石的加工领域。