CN110452762A - 多线化薄片化硅片切削液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多线化薄片化硅片切削液。其包括如下质量份原料：渗透剂0.1‑15份、润滑剂1‑30份、分散剂0.05‑5份、冷却剂1‑30份、消泡剂0.01‑3份和清洗剂1‑50份。本发明可以有利于薄片化切割，降低切割金刚线损耗，提高薄片化切片的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及硅片切削液技术领域，更具体地说，本发明涉及一种多线化薄片化硅片切削液及其制备方法。
背景技术
光伏硅片切割技术迅猛发展，电镀金刚线切割已经取代传统碳化硅刃料切割，新技术解决了碳化硅酱料的处理难题，减少了工艺，但是同时对切削液提出了更高的要求，切削液粘附在运动的金刚线，要求起到润滑、冷却和清洗等作用，同时需要带走切割产生的硅粉，使得切割可以进行，才能得到质量高的硅片，提高切割产品良率。
在现有技术申请号为201510844920.6的一种多线硅片切割水溶性切削液及其制备方法中记载2004年的多晶硅厚度是300μm，2020年将会减少一半至150μm。但是目前的技术中还未研究出可以用于薄片化切割的切削液。虽然现有技术(申请号201510844920.6)记载了通过双醇混合体系组成的渗透剂可以使得切割液具有良好的浸润性和排屑能力的优点，以及通过表面活性剂和润滑剂的配合具备润滑性和冷却性能，但是其原料为化学无机物和化学有机物，导致切削液COD高，造成环境污染，而且切割过程中起泡量大，切割金刚线损耗大，影响薄片化切片的良品率。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种多线化薄片化硅片切削液，其通过增加消泡剂和清洗剂的结合，可以降低切割过程中的起泡量，改善传统有机硅消泡剂容易析出，解决溶液易浑浊的问题，以及清洗剂具有提高切削液的渗透能力和良好清洗效果，可以减少污渍附着在硅片上，有利于薄片化切割，降低切割金刚线损耗，提高薄片化切片的良品率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：渗透剂0.1-15份、润滑剂1-30份、分散剂0.05-5份、冷却剂1-30份、消泡剂0.01-3份和清洗剂1-50份。
优选的是，所述渗透剂为仲辛醇聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、环氧乙烷缩合物中的一种或者几混合；
所述润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇酰胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T20、失水山梨醇脂肪酸酯SPAN-20中的一种或者几种混合；
所述冷却剂为聚乙二醇PEG200；
所述消泡剂为二乙基己醇，异辛醇，异戊醇，二异丁基甲醇，聚氧甘油醚，聚醚改性硅氧烷中的一种或几种混合；
所述清洗剂为丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚两种混合。
优选的是，所述丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚混合的质量比为1-20:20-60。
优选的是，所述丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚混合的质量比为1:20-49。
优选的是，包括如下质量份原料：仲辛醇聚氧乙烯醚0.1-15份、蓖麻油聚氧乙烯醚1-15份、烷基酚聚氧乙烯醚0.05-5份、聚乙二醇PEG200 1-30份、聚醚改性硅氧烷0.01-3份、丙二醇嵌段聚醚1-5份和脂肪醇聚氧乙烯醚20-45份。
本发明还有一个目的是提供一种多线化薄片化硅片切削液的制备方法，其包括步骤为：将如权利要求5所述的质量份原料在50-65℃环境中混合均匀得到。
优选的是，混合均匀具体为搅拌混合1-2小时。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明的使用具有优异润滑性的蓖麻油聚氧乙烯醚，可以降低切割过程中的摩擦生热，同时用量少，而且环保，蓖麻油在自然界会被微生物消解，植物油相比于矿物油，基本没有危害，减少环境污染。除了优异的润滑性，蓖麻油聚氧乙烯醚还具有良好的金刚线包裹性能，使其能更好地起到润滑作用，还可以对金刚线包裹以降低金刚线线损。
本发明的渗透剂用量少(只占质量份0.1-15份)，且为渗透性能非常好的JFC系列产品，渗透性能优异，切削液中的有效成分可以快速的渗透到切割缝中去，提高润滑效果，使得切割效率和质量都有提高。而现有技术的的双醇混合体系作为渗透剂用量大(占30-40％)，相同用量情况下，渗透效果比本发明的渗透剂差很多。
本发明以聚乙二醇PEG200作为冷却剂，其具有分子量小，无异味，冷却性能好的优点，可以降低产品的COD量和改善切削液切割使用环境。
本发明通过蓖麻油聚氧乙烯醚赋予其一定的润滑性能，同时蓖麻油为植物油，润滑性能好，无毒无害，对环境保护有利，润滑性能的提高可以降低硅片的线痕，提高硅片薄片化切割的良品率。聚乙二醇PEG200有良好散热性能，可以改善传统切削液的冷却性能。使用聚醚改性有机硅消泡剂，改善传统有机硅消泡剂容易析出，解决溶液易浑浊的问题，有利于薄片化切割，清洗剂中以脂肪醇聚氧乙烯醚为主要成分，提高切削液的渗透能力，再结合丙二醇嵌段聚醚可以起到良好的清洗效果，减少污渍附着在硅片上，带走切割产生的硅粉，进一步有利于薄片化切割，又可以使切割出来的硅片脏污较少，减轻了后续的清洗工序的负担。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：渗透剂0.1份、润滑剂1份、分散剂0.05份、冷却剂5份、消泡剂0.01份、丙二醇嵌段聚醚1份和脂肪醇聚氧乙烯醚20份。
其中，渗透剂为异辛醇聚氧乙烯醚；
润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
分散剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T20；
冷却剂为聚乙二醇PEG200；
消泡剂为二乙基己醇。
多线化薄片化硅片切削液通过如下的方法制备：将上述质量份的原料在65℃环境中，搅拌1小时，混合均匀得到均匀淡黄色粘稠液体为本发明的切削液。使用时，用纯水稀释400倍使用。
实施例2
一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：渗透剂15份、润滑剂30份、分散剂5份、冷却剂20份、消泡剂3份、丙二醇嵌段聚醚2份和脂肪醇聚氧乙烯醚35份。
其中，渗透剂为环氧乙烷缩合物；
润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
分散剂为失水山梨醇脂肪酸酯SPAN-20；
冷却剂为聚乙二醇PEG200；
消泡剂为异戊醇。
多线化薄片化硅片切削液通过如下的方法制备：将上述质量份的原料在65℃环境中，搅拌1小时，混合均匀得到均匀淡黄色粘稠液体为本发明的切削液。使用时，用纯水稀释400倍使用。
实施例3
一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：渗透剂10份、润滑剂10份、分散剂1份、冷却剂10份、消泡剂1份、丙二醇嵌段聚醚5份和脂肪醇聚氧乙烯醚40份。
其中，渗透剂为异辛醇聚氧乙烯醚；
润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
分散剂为失水山梨醇脂肪酸酯SPAN-20；
冷却剂为聚乙二醇PEG200；
消泡剂为聚氧甘油醚。
多线化薄片化硅片切削液通过如下的方法制备：将上述质量份的原料在65℃环境中，搅拌1小时，混合均匀得到均匀淡黄色粘稠液体为本发明的切削液。使用时，用纯水稀释400倍使用。
实施例4
一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：仲辛醇聚氧乙烯醚0.1份、蓖麻油聚氧乙烯醚1份、烷基酚聚氧乙烯醚0.05份、聚乙二醇PEG200 5份、聚醚改性硅氧烷0.01份、丙二醇嵌段聚醚1份和脂肪醇聚氧乙烯醚20份。
多线化薄片化硅片切削液通过如下的方法制备：将上述质量份的原料在65℃环境中，搅拌1小时，混合均匀得到均匀淡黄色粘稠液体为本发明的切削液。使用时，用纯水稀释300倍使用。
实施例5
一种多线化薄片化硅片切削液，包括如下质量份原料：仲辛醇聚氧乙烯醚15份、蓖麻油聚氧乙烯醚15份、烷基酚聚氧乙烯醚5份、聚乙二醇PEG20020份、聚醚改性硅氧烷3份、丙二醇嵌段聚醚5份和脂肪醇聚氧乙烯醚45份。
多线化薄片化硅片切削液通过如下的方法制备：将上述质量份的原料在50℃环境中，搅拌1小时，混合均匀得到均匀淡黄色粘稠液体为本发明的切削液。使用时，用纯水稀释400倍使用。
对比例1
采用如实施例4中的质量份的原料基本相同，唯一不同的是将蓖麻油聚氧乙烯醚替换为聚氧乙烯9醚。具体为：质量份原料为：仲辛醇聚氧乙烯醚0.1份、聚氧乙烯9醚1份、烷基酚聚氧乙烯醚0.05份、聚乙二醇PEG200 5份、聚醚改性硅氧烷0.01份、丙二醇嵌段聚醚1份和脂肪醇聚氧乙烯醚20份。
制备方法为：将上述质量份的原料在50℃环境中，搅拌2小时，混合均匀得到。使用时，用纯水稀释300倍使用。
对比例2：
采用如实施例4中的质量份的原料基本相同，唯一不同的是不包括消泡剂(聚醚改性硅氧烷)和清洗剂(丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚)。具体为：质量份原料包括：仲辛醇聚氧乙烯醚0.1份、蓖麻油聚氧乙烯醚1份、烷基酚聚氧乙烯醚0.05份、聚乙二醇PEG2005份。
制备方法为：将上述质量份的原料在50℃环境中，搅拌2小时，混合均匀得到。使用时，用纯水稀释300倍使用。
测试例：
取实施例1、4和5的切削液和对比例1和对比例2的切削液，用于同批次的单晶硅片切割，测试相关性能数据，具体参见表1。
电导率测试是采用电导率仪进行测量，电导率仪的型号为DDS-11A，测量在标准室温(25℃)下进行，测量每一实施例制备得到的切削液按比例稀释后的电导率为产品电导率。并且测量对应用于切割了每片面积为0.001486m，厚度为160um的单硅晶片的100片后的电导率作为使用后电导率，单位为us/cm。
表1
结论：通过表1可以看出，本发明使用蓖麻油聚氧乙烯醚作为金刚线切削液的润滑剂，蓖麻油聚氧乙烯醚不仅是润滑剂，还是非离子型表面活性剂，还有乳化的作用，起泡少。并且蓖麻油在自然界会被微生物消解，植物油相比于矿物油润滑剂，危害更小，降低使用后的切削液COD含量，减少环境污染。本发明使用聚醚改性有机硅消泡剂，改善传统有机硅消泡剂容易析出的问题，解决溶液易浑浊的问题，有利于薄片化切割，使用脂肪醇聚氧乙烯醚为主要成分，提高切削液的渗透能力，再结合丙二醇嵌段聚醚起到良好的清洗效果，减少污渍附着在硅片上，进一步有利于薄片化切割，又可以使切割出来的硅片脏污较少，减轻了后续的清洗工序的负担。而且本发明产品的1％稀释液的PH在6-8的合适范围，过酸或者过碱对机器或者硅片切割产品有害，表面张力在28-33的范围，太高或者太低都不利于硅片薄片化切割。表1中明显看出160μm厚的薄片和50μm截面直径的金刚细线工艺的合格率达到95-97％，满足硅切片工艺越来越薄片化细线化要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。
Claims (7)
1.多线化薄片化硅片切削液，其特征在于，包括如下质量份原料：渗透剂0.1-15份、润滑剂1-30份、分散剂0.05-5份、冷却剂1-30份、消泡剂0.01-3份和清洗剂1-50份。
2.如权利要求1所述的多线化薄片化硅片切削液的制备方法，其特征在于，所述渗透剂为仲辛醇聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚、环氧乙烷缩合物中的一种或者几种混合；
所述润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚；
所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇酰胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯T20、失水山梨醇脂肪酸酯SPAN-20中的一种或者几种混合；
所述冷却剂为聚乙二醇PEG200；
所述消泡剂为二乙基己醇，异辛醇，异戊醇，二异丁基甲醇，聚氧甘油醚，聚醚改性硅氧烷中的一种或几种混合；
所述清洗剂为丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚两种混合。
3.如权利要求2所述的多线化薄片化硅片切削液，其特征在于，所述丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚混合的质量比为1-20:20-60。
4.如权利要求3所述的多线化薄片化硅片切削液，其特征在于，所述丙二醇嵌段聚醚和脂肪醇聚氧乙烯醚混合的质量比为1:20-49。
5.如权利要求3所述的多线化薄片化硅片切削液，其特征在于，包括如下质量份原料：仲辛醇聚氧乙烯醚0.1-15份、蓖麻油聚氧乙烯醚1-15份、烷基酚聚氧乙烯醚0.05-5份、聚乙二醇PEG200 1-30份、聚醚改性硅氧烷0.01-3份、丙二醇嵌段聚醚1-5份和脂肪醇聚氧乙烯醚20-45份。
6.多线化薄片化硅片切削液的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：将如权利要求5所述的质量份原料在50-65℃环境中混合均匀得到。
7.如权利要求6所述的多线化薄片化硅片切削液的制备方法，其特征在于，混合均匀具体为搅拌混合1-2小时。
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