TWI463006B

TWI463006B - A processing composition for cutting hard and brittle materials and a method of cutting hard and brittle materials

Info

Publication number: TWI463006B
Application number: TW101110110A
Authority: TW
Inventors: Hou Te Lu; Yi Hsuan She
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-12-01
Also published as: CN103320201A; TW201339295A; JP2013224413A; CN103320201B; CN104119999A; JP5751521B2

Description

用於切削硬脆材料之加工組成物及切削硬脆材料的方法

本發明是有關一種用於切削硬脆材料之加工組成物，特別是提供一種包含雜環化合物之加工組成物及其用於切削硬脆材料的方法。

線鋸切割技術為目前較為廣泛被應用於切割矽晶棒的方法之一，用於切削的加工組成物之性質是影響切削品質之重要因素。用於切削的加工組成物依其特性大致可分為油溶性、水溶性、氣態與半固體。良好的加工組成物應具備降低磨擦係數、減小切削阻力、滲透效果佳、對研磨粒子分散性佳、良好冷卻能力及方便清洗等優異性能，且為因應環保需求的上升，良好的加工組成物也需要符合無毒、易溶於水、揮發性小及高生物可降解性等要求。

例如中華民國專利公告I281495號揭示一種用於切削的加工組成物，其包含極性非離子型溶劑、有機電解質(或聚電解質)及水，可增進研磨粒子在該加工組成物中的分散性。然而有機電解質卻容易使得切削用的鋼線受到腐蝕而耗損。

除了上述有機電解質的問題外，本案發明人更發現在切割矽晶棒的過程中，由於線鋸切割處會產生局部高熱，導致該加工組成物中之水分的散失，進而減低該加工組成物的冷卻能力及切割後的矽晶片品質，因此需要頻繁地補充水分，造成製程上的不便。本案發明人有鑒於此問題，發展出一種具有良好保溼性且不含有機電解質的加工組成物，有助於業界克服上述問題，提升加工組成物的應用性。

因此，為改善一般用於切削硬脆材料之加工組成物不易保溼的問題，本發明之目的即在提供一種包含雜環化合物之加工組成物。

於是，本發明加工組成物包含至少一雜環化合物、至少一多元醇及水，其中，該雜環化合物是由下式(I)所示：

於式(I)中，A 表示或；Z 表示或，其中R ⁴¹ 、R ⁴² 、R ⁵¹ 、R ⁵² 、R ⁶¹ 及R ⁶² 各自選自於氫或C₁ ~C₇ 烷基；X ¹ 表示或-O-，其中R ¹¹ 與R ¹² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；X ² 表示或-O-，其中R ²¹ 與R ²² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；R ³¹ 與R ³² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；其中，該A 表示時，該X ¹ 與X ² 之至少一者表示-O-；該A 表示時，該X ¹ 表示，且該X ² 表示。

本發明之另一目的即在提供一種切削硬脆材料的方法，是使該硬脆材料與一如上所述之加工組成物接觸，並藉由一切削裝置將該硬脆材料切削成多數具有一切削面之硬脆片。

本發明加工組成物之功效在於：透過其包含的雜環化合物，可提升其耐熱性及穩定性，增進滲透效果及對研磨粒子的分散性，並具備能有效保溼與降黏的能力。本發明加工組成物在後續使用過程時，也不需頻繁地添加水分以增進切削液之流動性，特別是在切削末期固含量極高時效果最為顯著。

本發明用於切削硬脆材料之加工組成物包含至少一雜環化合物、至少一多元醇及水，其中，該雜環化合物是由下式(I)所示：

較佳地，該Z 表示。

較佳地，該R ¹¹ 、R ¹² 、R ²¹ 、R ²² 、R ³¹ 、R ³² 、R ⁴¹ 、R ⁴² 、R ⁵¹ 、R ⁵² 、R ⁶¹ 及R ⁶² 表示氫。

較佳地，該雜環化合物是選自於[以下稱環丁碸

[以下稱γ-丁內酯(γ-butyrolactone,

[以下稱碳酸丙烯酯(propylenecarbonate)]、或其組合。

較佳地，以該加工組成物的總重量為100 wt%，該雜環化合物之含量範圍為0.1~50 wt%。更佳地，該雜環化合物之含量範圍為0.1~10 wt%，該加工組成物的流變特性可符合普遍切削環境以及參數設定。

當未添加該雜環化合物時，該加工組成物將會因水分失去速度快而導致切削液黏度劇烈改變，特別是在固含量高時更為顯著；當該雜環化合物的含量大於50 wt%時，將導致製作成本提高，且該加工組成物黏度過低易導致潤滑及懸浮性不足，而難以符合一般切削條件。

該多元醇可使該加工組成物之流變特性符合普遍切削環境以及參數設定。較佳地，該多元醇是選自於乙二醇、二乙二醇(diethanol glycol,DEG)、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、癸二醇、丙三醇、二丙三醇、己三醇、癸三醇、季戊四醇或其組合。

較佳地，以該加工組成物之總重量為100 wt%，其中，該多元醇的含量範圍為1~90 wt%。

選擇性地，本發明加工組成物還包含一界面活性劑。該界面活性劑具有濕潤、乳化及分散的效果，進而提昇該加工組成物應用於線鋸切割技術的切削效益。

較佳地，該界面活性劑是選自於非離子型界面活性劑、陰離子型界面活性劑或其組合。

該非離子型界面活性劑是選自於聚乙二醇(polyethylene glycol，簡稱PEG)類化合物、聚丙二醇(polypropylene glycol，簡稱PPG)類化合物、聚氧乙烯-聚氧丙烯類共聚合物、聚氧乙烯醚類化合物或其組合。較佳地，該聚氧乙烯醚類化合物是選自於烷基酚聚氧乙烯醚(alkylphenol ethoxylate，簡稱APE)化合物、直鏈狀脂肪醇聚氧乙烯醚(polyethoxylated aliphatic linear alcohol，簡稱AE)化合物或其組合。該陰離子型界面活性劑包含烷基磷酸鹽類化合物、烷基磺酸鹽(alkyl sulfonate)類化合物、烷基芳基磺酸鹽(alkyl aryl sulfonate)類化合物或其組合。

在本發明之具體例中，該非離子型界面活性劑是聚氧乙烯/聚氧丙烯甘油醚(polyoxyethylene polyoxypropylene glyceryl ether)及二乙二醇單甲基醚(diethylene glycol monomethyl ether,MDG)，該陰離子型界面活性劑是壬基酚聚氧乙烯醚磷酸鹽。

較佳地，以該加工組成物之總重量為100 wt%計算，該界面活性劑的含量範圍為0.01~10 wt%；更佳地，該界面活性劑的含量範圍為0.01~5 wt%。

選擇性地，本發明加工組成物還包含一添加劑，例如用於調整該加工組成物之酸鹼度的pH值調整劑或防鏽潤滑劑等等。較佳地，該pH值調整劑是選自於有機酸、醇胺類或其組合，其包含但不限於檸檬酸、單乙醇胺(monoethanolamine)、三乙醇胺或其組合。較佳地，本發明加工組成物的pH值範圍為5~9。該防鏽潤滑劑包含但不限於聚乙二醇(PEG，如PEG 600)。

較佳地，以該加工組成物之總重量為100 wt%計算，該添加劑的含量範圍為0.01~10 wt%。

本發明切削硬脆材料的方法是使該硬脆材料與一如上所述之加工組成物接觸，並藉由一切削裝置將該硬脆材料切削成多數具有一切削面之硬脆片。較佳地，該切削硬脆材料的方法是將該硬脆材料浸入一如上所述之加工組成物中，並藉由一切片機將該硬脆材料切削成多數具有一切削面之硬脆片。

本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

＜實施例1＞

取1 wt%的環丁碸、89 wt%的二乙二醇、9 wt%的水、0.01 wt%的PEG 600(購自於穩好高分子)、0.01 wt%的FS-88(壬基酚聚氧乙烯醚磷酸鹽，陰離子型界面活性劑，購自於穩好高分子)、0.5 wt%的ENHOL GC-5026(聚氧乙烯/聚氧丙烯甘油醚，非離子型界面活性劑，購自於穩好高分子)、0.458 wt%的二乙二醇單甲基醚(非離子型界面活性劑)、0.01 wt%的檸檬酸及0.012 wt%的單乙醇胺於室溫下攪拌混合，即獲得一加工組成物。

＜實施例2＞

除了將環丁碸改變為γ-丁內酯外，實施例2加工組成物的製法與實施例1相同。

＜實施例3＞

除了將環丁碸改變為碳酸丙烯酯外，實施例3加工組成物的製法與實施例1相同。

＜比較例＞

除了將1 wt%的環丁碸及9 wt%的水改變為10 wt%的水外，比較例加工組成物的製法與實施例1相同。

＜熱重分析(thermogravimetric analysis,TGA)＞

分別將實施例1~3及比較例製得之加工組成物置於一熱重分析儀(購自於TA儀器，型號為Q500)，將溫度以10℃/min的速率從25℃升高至300℃，測量其最低沸點，結果如表1所示。

＜測量重量變化率＞

分別將實施例1~3及比較例製得之加工組成物稱重(W ₁ )，於25℃開放環境下靜置24小時，分別再次稱量其重量(W ₂ )，並根據下式計算重量變化率，結果如表1所示。

重量變化率=×100%

由表1的結果可知，實施例1~3製得之加工組成物具有較比較例製得之加工組成物高的最低沸點，顯示包含該雜環化合物的加工組成物之揮發性較不包含該雜環化合物者低。此外，實施例1~3製得之加工組成物在經過24小時後，其重量損失明顯較比較例製得之加工組成物少，顯示其包含的雜環化合物能有效減少該加工組成物中水分的散失。

此外，本發明加工組成物亦具有良好的滲透效果及對研磨粒子的分散能力。

綜上所述，本發明用於切削硬脆材料之加工組成物由於包含該雜環化合物，具備能有效提升該加工組成物之保溼性的能力。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例與具體例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種用於切削硬脆材料之加工組成物，包含：至少一雜環化合物；至少一多元醇；及水，其中，該雜環化合物是由下式(I)所示：於式(I)中，A 表示或；Z 表示或，其中R ⁴¹ 、R ⁴² 、R ⁵¹ 、R ⁵² 、R ⁶¹ 及R ⁶² 各自選自於氫或C₁ ~C₇ 烷基；X ¹ 表示或-O-，其中R ¹¹ 與R ¹² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；X ² 表示-O-，其中R ²¹ 與R ²² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；R ³¹ 與R ³² 分別相同或不同地表示氫或C₁ ~C₇ 烷基；其中，該A 表示時，該X ¹ 與X ² 之至少一者表示-O-；該A 表示時，該X ¹ 表示，且該X ² 表示。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，該Z 表示。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，該R ¹¹ 、R ¹² 、R ²¹ 、R ²² 、R ³¹ 、R ³² 、R ⁴¹ 、R ⁴² 、R ⁵¹ 、R ⁵² 、R ⁶¹ 及R ⁶² 表示氫。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，該雜環化合物是選自於或其組合。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，以該加工組成物的總重量為100 wt%，該雜環化合物之含量範圍為0.1~50 wt%。
根據申請專利範圍第2項所述之加工組成物，其中，以該加工組成物的總重量為100 wt%，該雜環化合物之含量範圍為0.1~10 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，該多元醇是選自於乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、癸二醇、丙三醇、二丙三醇、己三醇、癸三醇、季戊四醇或其組合。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，其中，以該加工組成物的總重量為100 wt%，該多元醇的含量範圍為1~90 wt%。
根據申請專利範圍第1項所述之加工組成物，還包含一非離子型界面活性劑。
一種切削硬脆材料的方法，是使該硬脆材料與一如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之加工組成物接觸，並藉由一切削裝置將該硬脆材料切削成多數具有一切削面之硬脆片。