CN104342704A - 一种无氧化剂的碱性铝合金抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种无氧化剂的碱性铝合金抛光液，按照质量百分比，包括1~5%络合剂、0.5~3%缓蚀剂、0.5~1%表面润滑活性剂、3~20%研磨剂、余量为水以及将抛光液pH调节至8~10的pH调节剂，研磨剂为微米级三氧化二铝和纳米级三氧化二铝的混合物；在液态水中加入表面润滑活性剂和研磨剂，搅拌均匀，加入缓蚀剂和络合剂，搅拌均匀，采用pH调节剂将溶液pH值调节到8-10即得。该抛光液可以大大增强磨料的悬浮性和抛光液的流动性，降低了表面划痕损伤，配合高效络合剂和缓蚀剂，无氧化剂的条件下，获得了材料高速去除速率和平坦化表面质量；抛光效率高，使用寿命长，对抛光机没有严重腐蚀效应；制备方法简单、易于生产，方便操作。

Description

一种无氧化剂的碱性铝合金抛光液及其制备方法

技术领域

本发明属于金属抛光技术领域，涉及一种铝合金抛光液及其制备方法，具体涉及一种高效无氧化剂的碱性铝合金抛光液及其制备方法。

背景技术

化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，全文简称CMP）技术仍被认为是实现全局平坦化的唯一技术。当前研究者多采用酸性条件下进行铝合金抛光，研究表明：在pH范围2~6内，随pH值的增加，铝CMP去除速率降低了近3倍，这是由于在pH=6时铝的钝化膜硬度远远高于铝基体造成的。为了提高材料去除速率，众多研究者提高了抛光压力，将抛光压力控制在2~6psi的范围内，但是过高的抛光压力造成了严重的表面损伤。同时，抛光中被去除的铝氧化物容易造成铝表面二次划痕损伤，进一步增加了实现无表面损伤的铝CMP抛光的难度。

可以看出，当前市场上的铝合金精密抛光加工主要是在酸性浆料中进行加工的。为了降低抛光液对设备的腐蚀，部分研究者提出在碱性条件下进行铝合金抛光的方法，其中过氧化氢（即双氧水，H₂O₂）成为碱性抛光下理想的氧化剂。但是过氧化氢对材料去除的影响机理还存在诸多的疑惑。研究发现：在不同的抛光压力下，过氧化氢对材料去除速率的影响很小。而部分学者却报道：材料去除速率随过氧化氢的增加先增加而后减小。更为重要的是，过氧化氢在碱性抛光液中，不容易稳定存在，严重影响了抛光液的使用寿命和稳定性，增加了生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种表面无划伤、抛光效率高和稳定性良好的无氧化剂的碱性铝合金抛光液。

具体的，本发明提供如下技术方案：

本发明的无氧化剂的碱性铝合金抛光液，按照质量百分比计，包括下述组分：

络合剂                               1~5%

缓蚀剂                               0.5~3%

表面润滑活性剂               0.5~1%

研磨剂                               3~20%

余量为水以及将所述抛光液pH调节至8~10的pH调节剂。

其中，所述的研磨剂为微米级三氧化二铝和纳米级三氧化二铝的混合物。

优选的，所述的微米级三氧化二铝粒径为4~7μm，所述的纳米级三氧化二铝粒径为50~100nm。

进一步的，所述的微米级三氧化二铝与纳米级三氧化二铝的质量比为1:（0.1~0.6）。

优选的，所述的络合剂为有机胺、氨基酸、酒石酸盐中的至少一种。

优选的，所述的缓蚀剂为聚乙二醇、烷基多酐、乙二胺四乙酸、甘油、乌洛托品中的至少两种。

优选的，所述的表面润滑活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚、柠檬酸铵中的至少一种。

优选的，所述的pH调节剂为三乙醇胺和柠檬酸。

本发明的碱性铝合金抛光液中，络合剂加速材料去除；缓蚀剂的目的是获得平坦的表面质量；表面润滑活性剂可以增强磨料的分散性能，同时起到润滑作用，大大降低磨料在表面的划痕；研磨剂采用混合粒径的三氧化二铝颗粒来降低大颗粒磨料所造成的损伤同时又保证了较高的材料去除速率。

本发明的碱性铝合金抛光液中不含有氧化剂，而采用了微量的表面润滑活性剂和混合磨料，其崭新的抛光机理大大降低了铝合金抛光后的表面损伤，同时又保证了高速的材料去除速率，而且这种碱性抛光液对抛光机没有严重腐蚀效应，提高了抛光机的使用寿命；不含有碱性抛光液中常用的H₂O₂等氧化剂，大大提高了抛光液的稳定性，延长了其使用寿命。

本发明的目的之二在于提供了一种制备上述的无氧化剂的碱性铝合金抛光液的方法，具体的包括下述步骤：

（1）按照上述的质量百分比分别称取液态水、络合剂、缓蚀剂、表面润滑活性剂和研磨剂，在液态水中加入表面润滑活性剂和研磨剂，搅拌均匀；

（2）加入缓蚀剂和络合剂，搅拌均匀；

（3）加入pH调节剂，将溶液pH值调节到8~10，得所述的无氧化剂的碱性铝合金抛光液。

优选的，所述的pH调节剂为三乙醇胺和柠檬酸。

本发明的碱性铝合金抛光液通过合适的pH值调节，控制抛光液的表面润滑活性剂的量，可以大大增强磨料的悬浮性和抛光液的流动性，降低了表面划痕损伤，配合高效络合剂和缓蚀剂，在无氧化剂的条件下，获得了材料高速去除速率和平坦化表面质量；其抛光效率高，使用寿命长，而且对抛光机没有严重腐蚀效应。本发明的制备无氧化剂的碱性铝合金抛光液的方法简单、易于生产，方便操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中抛光垫截面微观形貌图；

图2是本发明实施例1中铝合金抛光后的三维表面形貌图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。

      本发明所用的原料可由市场自由购得，均为分析纯；

实施例1

在500g去离子水中，首先加入2g十二烷基聚氧乙烯醚，2g聚乙二醇，搅拌10分钟后，加入30g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为5微米，再加入5g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为50nm。搅拌均匀后，加入10g的乙二胺四乙酸和3g的乌洛托品，搅拌1小时候后，加入乙二胺四乙酸10g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至8，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为763nm/min，抛光后的形貌平整，没有划痕，也没有其他缺陷，如图2所示。

实施例2

在500g去离子水中，首先加入3g十二烷基聚氧乙烯醚，2g聚乙二醇，搅拌十分钟后，加入20g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为5微米，再加入6g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为100nm。搅拌均匀后，加入8g的乙二胺四乙酸和5g的乌洛托品，搅拌1小时候后，加入酒石酸钠15g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至9，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为635nm/min，抛光后的形貌平整，没有划痕，也没有其他缺陷。

实施例3

在500g去离子水中，首先加入3g十二烷基聚氧乙烯醚，2g聚乙二醇，搅拌十分钟后，加入70g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为4微米，再加入30g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为50nm。搅拌均匀后，加入10g的乙二胺四乙酸和5g的乌洛托品，搅拌1小时候后，加入酒石酸钠10g和乙二胺四乙酸10g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至10，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为615nm/min，抛光后的形貌平整，轻微少量划痕，没有其他缺陷。

实施例4

在500g去离子水中，首先加入2.5g十二烷基聚氧乙烯醚，2g聚乙二醇，搅拌十分钟后，加入10g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为3微米，再加入6g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为80nm。搅拌均匀后，加入2.5g的乌洛托品和2.5g的烷基多酐，搅拌1小时候后，加入酒石酸钠10g和乙二胺四乙酸10g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至9，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为589nm/min，抛光后的形貌平整，没有划痕，也没有其他缺陷。

实施例5

在500g去离子水中，首先加入3g十二烷基硫酸钠，1g聚乙二醇，搅拌十分钟后，加入30g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为3微米，再加入5g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为50nm。搅拌均匀后，加入3g的甘油和2.5g的聚乙二醇，搅拌1小时候后，加入酒石酸钠10g和乙二胺四乙酸10g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至9，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为633nm/min，抛光后的形貌平整，没有划痕，也没有其他缺陷。

实施例6

在500g去离子水中，首先加入3g十二烷基硫酸钠，1g柠檬酸铵，搅拌十分钟后，加入60g微米三氧化二铝磨料，磨料粒径为3.5微米，再加入10g纳米三氧化二铝磨料，磨料粒径为100nm。搅拌均匀后，加入1g的甘油、1.5g的聚乙二醇和2g的烷基多酐，搅拌1小时候后，加入酒石酸钾钠10g和乙二胺四乙酸10g。最后根据需要，采用三乙醇胺和柠檬酸，将溶液pH值调节至10，再搅拌30分钟后，即配置成碱性抛光液。所制抛光液样品在沈阳科晶UNIPOL-1200S自动压力研磨抛光机上抛光。压力为0.5Kpa，铝合金试验尺寸大小为200×100×0.5mm。下盘及上盘转速为80RPM，抛光液流速为150ml/min。抛光垫为复合磨砂革抛光垫，截面微观形貌如图1所示。该抛光液的抛光速率为521nm/min，抛光后的形貌平整，没有划痕，也没有其他缺陷。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种无氧化剂的碱性铝合金抛光液，其特征在于，按照质量百分比计，包括下述组分：

络合剂                   1~5%

缓蚀剂                   0.5~3%

表面润滑活性剂           0.5~1%

研磨剂                   3~20%

余量为水以及将所述抛光液pH调节至8~10的pH调节剂；

其中，所述的研磨剂为微米级三氧化二铝和纳米级三氧化二铝的混合物。

2.根据权利要求1所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的微米级三氧化二铝粒径为4~7μm，所述的纳米级三氧化二铝粒径为50~100nm。

3.根据权利要求2所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的微米级三氧化二铝与纳米级三氧化二铝的质量比为1:（0.1~0.6）。

4.根据权利要求1所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的络合剂为有机胺、氨基酸、酒石酸盐中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的缓蚀剂为聚乙二醇、烷基多酐、乙二胺四乙酸、甘油、乌洛托品中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的表面润滑活性剂为聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚、柠檬酸铵中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的碱性铝合金抛光液，其特征在于：所述的pH调节剂为三乙醇胺和柠檬酸。

8.一种制备权利要求1所述的无氧化剂的碱性铝合金抛光液的方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）按照权利要求1所述的质量百分比分别称取液态水、络合剂、缓蚀剂、表面润滑活性剂和研磨剂，在液态水中加入表面润滑活性剂和研磨剂，搅拌均匀；

（2）加入缓蚀剂和络合剂，搅拌均匀；

（3）加入pH调节剂，将溶液pH值调节到8~10，得所述的无氧化剂的碱性铝合金抛光液。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的pH调节剂为三乙醇胺和柠檬酸。