CN105666714B - 一种水性金刚线硅锭开方液及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于硅晶体切割技术领域，尤其涉及一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液及其应用。常温下，向去离子水中加入碱、储热材料并搅拌均匀，再加入极压剂、表面活性剂、酯类油性剂，搅拌均匀即得到用于金刚砂线切割硅锭的开方液，在具有优异的润滑、冷却、防腐、防锈、抗极压功能的基础上，可实现小直径金刚线对硅锭的开方切割，避免了硅锭在开方工艺中的损耗。

Description

一种水性金刚线硅锭开方液及其应用

技术领域

本发明属于硅晶体切割技术领域，尤其涉及一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液及其应用。

背景技术

目前硅锭的开方、切割硅片的工艺主要采用游离砂浆切割悬浮液和金刚石砂线切割，而金刚石砂线切割是一种更为新型的切割工艺，利用砂线外层镀有的金刚石与硅材料的摩擦来进行切割，切割液就不再需要悬浮碳化硅颗粒，也不再需要具备较高的粘度，不需要在溶液中混入碳化硅刃料，其切割速度是砂浆切割工艺中钢线的2～3倍，且其消耗的水电比砂浆切割技术减少了三分之二，切割后产生的硅粉可以全部回收使用，因此在单位产量的折旧、人工和能源成本将大大降低，可谓既节能又环保。

现有技术中，对于硅锭的开方以及后续的切割成片的工艺中所采用的金刚石砂线(又称“金刚线”)的直径是不同的，这是因为硅片产品比较薄，切割时金刚线所需的张力有限，一般在14～16N的范围内，因此选择80um～100um直径的金刚线即可；而对于硅锭开方而言，由于硅锭体积大、厚度高，因此对硅锭进行开方切割成硅方棒的工艺中，对于金刚线的张力要求是很高的，一般需要达到85～95N，因此所采用的金刚线直径需要达到420um，切割线直径太小会导致切割过程中承受不了张力而断裂，而硅材料的损耗与切割线的粗细有直接的联系，金刚线直径变大后必然会导致损耗的加大，不利于原材料的节省。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有技术对硅锭进行开方的工艺中，需要采用直径较大的金刚线作为切割线，导致硅材料的损耗大。为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案为，提供一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液及其应用，该开方液的组分包括极压剂、表面活性剂、酯类油性剂、碱、储热材料、去离子水，

具体而言，上述用于金刚砂线切割硅锭的开方液按重量份数计算，包括以下各组分：

同时，碱、储热材料在开方液中的含量范围分别为20～35g/L，18～30g/L，

其中，极压剂选用合成酯类极压剂，如硼酸酯类极压剂，硼酸酯类极压剂作为一种新型的水溶性极压添加剂，其抗极压能力远大于硫磷型和氯铅型添加剂，并且无味、无毒，具有良好的极压抗磨性和热稳定性，对金属无腐蚀，缓蚀高效；另外，由于硼酸酯油膜的强度高，摩擦系数低，在高温高压条件下具有良好的减摩抗磨润滑性能，和密封材料有良好的相容性，对人体无毒害作用，是一种理想的绿色环保型添加剂，有效提高了切割液的摩擦学性能，体现了较好耐极压性；

表面活性剂为非离子表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚，该表面活性剂促进了体系的稳定性，并且对硅片有极佳的润湿能力，使得在切割过程中切割液能够发挥最大铺展作用；

酯类油性剂为已二酸二异壬酯、三羟甲基丙烷油酸酯或季戊四醇油酸酯，这些酯类油性剂由于酯分子中的酯基具有极性，酯分子易吸附在摩擦表面上形成界油膜，因而具有优异的润滑性能，实现切割后的硅片表面线痕较轻或几乎没有，并且粘温特性良好、粘度指数较高；具有较低的凝点，低温性能良好；闪点高、蒸发度低、抗氧能力强，具有理想的使用寿命和使用安全性；

碱为氢氧化钾或氢氧化钠，用于切割过程中对硅锭实现腐蚀，降低切割的难度，使小直径的金刚线也能实现对硅锭的切割开方。但是碱腐蚀硅材料一般需要在加热条件下才能实现，虽然切割过程中有大量的热量从切缝处被释放出来，但是对于开方液体系，特别是以去离子水为基础的水性开方液具有十分良好的传热效果，切割所释放出的热量很快被体系所分散开来，很难实现温度的可观上升，再说本领域技术人员为了确保硅材料的质量，也不会将切割液温度控制得过高，这样的环境下即使有碱的存在，也很难实现对硅材料的腐蚀。而申请人认为：由于本发明在开方液中加入了储热材料，这样导致了切割所产生的热量一部分通过体系被转移，而另一部分可以立即被切缝周围的储热材料所吸收，这部分热量相当于是被暂时固定在了切割用的金刚线与切缝的附近，一旦周围温度有下降，热量将从这部分储热材料中重新被释放出来，这样可以导致切割过程中所放出的热量能够相对更持久地停留在切缝与金刚切割线附近，赋予这部分的开方液一定的相对高温，从而促进这部分碱对硅锭上的切缝表面及附近区域进行腐蚀而导致一定的疏松，减轻了切割的难度，因此在本发明开方液的基础上，可以采用直径相对较小的金刚切割线，也能顺利实现对硅锭的开方切割；

本发明中的储热材料为三水醋酸钠、磷酸氢二钠的十二水盐、六水氯化钙中的一种或几种的组合，这些材料分散于开方液中时，一旦所处环境的温度升高至一定程度，会脱除结晶水使盐溶解而吸热热量；而当环境温度下降时则发生可逆过程，重新吸收结晶水并放出热量，因此，开方液中加入了该组分，可以很大程度上减缓切割所产生热量的流失，充分利用这些热量实现了碱对硅材料切缝表面的腐蚀。

基于以上方案和机理，本发明提供了一种上述开方液的应用：在该开方液中，采用直径为100um以上的金刚线对硅锭进行切割开方。

本发明还提供了一种上述开方液的制备方法：常温(25℃)下，向去离子水中加入碱、储热材料并搅拌均匀，再加入极压剂、表面活性剂、酯类油性剂，搅拌均匀即得到用于金刚砂线切割硅锭的开方液。

本发明的有益效果在于：本发明的硅锭金刚线开方液，在具有优异的润滑、冷却、防腐、防锈、抗极压功能的基础上，可实现小直径金刚线对硅锭的开方切割，避免了硅锭在开方工艺中的损耗。

具体实施方式

实施例1

一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液，按重量份数计算包括以下各组分：

同时，氢氧化钠、三水醋酸钠在开方液中的含量范围分别为24g/L、28g/L。

制备方法如说明书所示；

采用本实施例中的开方液稀释300倍后，在常温下对硅锭进行开方切割，开方采用的金刚线直径为120um，顺利完成切割后，金刚线未出现断裂、松弛。

实施例2

一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液，按重量份数计算包括以下各组分：

同时，氢氧化钠、磷酸氢二钠的十二水盐在开方液中的含量范围分别为25g/L、30g/L。

制备方法如说明书所示；

采用本实施例中的开方液稀释300倍后，在常温下对硅锭进行开方切割，开方采用的金刚线直径为100um，顺利完成切割后，金刚线未出现断裂、松弛。

对比实施例1

其余各组分均与实施例1的配方中对应相同，仅仅省去了“氢氧化钠”，按重量份数计算为以下各组分：

同时，三水醋酸钠在开方液中的含量范围分别为28g/L。

采用本实施例中的开方液稀释300倍后，在常温下对硅锭进行开方切割，开方采用的金刚线直径为120um，开方切割工艺与实施例1一致，切割进程进行到30％时，金刚线断裂。

对比实施例2

其余各组分均与实施例1的配方中对应相同，仅仅省去了“三水醋酸钠”，按重量份数计算为以下各组分：

同时，氢氧化钠在开方液中的含量范围分别为24g/L。

采用本实施例中的开方液稀释300倍后，在常温下对硅锭进行开方切割，开方采用的金刚线直径为120um，开方切割工艺与实施例1一致，切割进程进行到45％时，金刚线断裂。

对比实施例3

对比实施例1中改用直径420um的金刚线进行切割开方，其余组分、工艺与对比实施例1相同，顺利完成切割后，金刚线未出现断裂、松弛，但硅材料的损耗增加。

对比实施例4

对比实施例2中改用直径420um的金刚线进行切割开方，其余组分、工艺与对比实施例2相同，顺利完成切割后，金刚线未出现断裂、松弛，但硅材料的损耗增加。

Claims (9)

1.一种用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其组分包括极压剂、表面活性剂、去离子水，其特征在于：所述开方液的组分还包括酯类油性剂、碱、储热材料。

2.如权利要求1所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述开方液按重量份数计算，包括以下各组分，

同时，碱、储热材料在开方液中的含量范围分别为20～35g/L，18～30g/L。

3.如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述的极压剂为硼酸酯类极压剂。

4.如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚。

5.如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述的酯类油性剂为已二酸二异壬酯、三羟甲基丙烷油酸酯或季戊四醇油酸酯。

6.如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述的碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

7.如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液，其特征在于：所述的储热材料为三水醋酸钠、磷酸氢二钠的十二水盐、六水氯化钙中的一种或几种的组合。

8.一种如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，常温下，向去离子水中加入碱、储热材料并搅拌均匀，再加入极压剂、表面活性剂、酯类油性剂，搅拌均匀即得到用于金刚砂线切割硅锭的开方液。

9.一种如权利要求1或2所述的用于金刚砂线切割硅锭的开方液的应用，其特征在于：在所述开方液中，采用直径为100um以上的金刚线对硅锭进行切割开方。