專利名稱：水性切削液和漿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水性切削液和漿，其有助于工件的切削，包括用于半導體，太陽能 電池和其他工業(yè)領域的硅、石英、水晶、化合物半導體、磁體等的錠材。更具體地講，本發(fā)明 涉及一種包含水性切削液和磨料的水性切削漿，其具有磨料的分散穩(wěn)定性、粘度穩(wěn)定性和 比現(xiàn)有技術更高的加工精度的優(yōu)點。
背景技術：
一種已知的切削堅硬且碎性材料的錠材的方法是使用線鋸或切斷輪。在使用線鋸 的切削方法中，切削液通常在切削操作過程中加入，起到潤滑切削工具和工件，去除摩擦熱 并清潔碎屑的目的。切削液包括包含礦物油和添加劑的油基切削液，包含聚乙二醇或聚丙 二醇作為主要成分的二醇基切削液，和表面活性劑水溶液形式的水性切削液。然而，這些切 削液都有缺點。油基切削液在切削點冷卻效果差。如果工件或工具被油基切削液污染，有 機溶劑清潔液就是必需的，這從環(huán)境角度來說是不希望的。二醇基切削液和水性切削液在 切削操作過程中的粘度穩(wěn)定性和磨料的分散穩(wěn)定性方面差。為了克服這些問題，JP2000-327838A公開了一種基于多元醇或其衍生物的切削 液，并添加斑脫土、纖維素和云母以利于磨料的分散性。JP2006-278773A公開了一種水 性切削液，包含二醇和/或水溶性醚以及zeta電位至少是OmV的顆粒，典型的是氧化鋁。 JP2007-031502A公開了一種水性切削液，包含二醇，二醇醚和水。在工業(yè)上，半導體硅片是從硅錠切削得到的，其直徑已經(jīng)從200mm增加到300mm， 甚至是450mm。硅片在太陽能電池或類似領域使用時，變得越來越薄。這就需要水性切削液 能夠適應在直徑和厚度上的這種變化。這就迫切需要一種具有比現(xiàn)有技術更高的加工精度 的水性切削液。引用列表專利文獻1 JP2000-327838A (US2003100455)專利文獻2 JP2006-278773A專利文獻3 JP2007-031502A (EP1752521, CN1903968)

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的就是提供一種水性切削液和漿，其具有磨料的分散穩(wěn)定性，粘 度穩(wěn)定性和比現(xiàn)有技術更高的加工精度的優(yōu)點。發(fā)明人已獲知，突出的問題通過添加0. 01-20重量％的炔二醇和/或其亞烷基氧 化物加成物到水性切削液中得到解決。一方面，本發(fā)明提供一種水性切削液，包含(A)O. 01 20重量％的炔二醇和/或 基亞烷基氧化物加成物。在一個優(yōu)選的實施方案中，切削液可以還包含(B)I 20重量％的水，(C)60 98. 98重量％的親水性多元醇和/或其衍生物在內，和更優(yōu)選(D)O. 01 20重量％的聚合物分散劑。所述親水性多元醇或其衍生物(C)優(yōu)選在20°C具有至少5重量％的水中溶解 度，和最高達到0. OlmmHg的蒸汽壓。聚合物分散劑(D)典型的是包括苯乙烯-馬來酸酐共 聚物的鹽的聚合物。組分(A)優(yōu)選選自具有如下結構式⑴ (3)的炔二醇。 其中R1和R2是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基。 其中R3和R4是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基，A是-(C2H4O) wl- (C3H6O) xl_ (C2H4O) yl_ (C3H6O) zl_H，B 是-(C2H4O) w2- (C3H6O) x2_ (C2H4O) y2_ (C3H6O) z2_H，wl, w2, xl，x2，yl, y2, zl和z2是彼此獨立的O或0. 5 25之間的正數(shù)， wl+w2+yl+y2 為 0. 5 50，xl+x2+zl+z2 為 0. 5 50，并且 wl+w2+xl+x2+yl+y2+zl+z2 為 1 100。 其中R5和R6是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基，D是-(C2H40/C3H60) mH，E 是-(C2H40/C3H60) nH，m和η是彼此獨立的O或0. 5-50的正數(shù)，并且m+n為1-100。另一方面，本發(fā)明提供了一種水性切削漿，其包含100重量份的前面所述的水性 切削液和50 200重量份的磨料。發(fā)明的有益效果包含0. 01-20重量％的炔二醇和/或其亞烷基氧化物加成物的水性切削液具有磨 料的分散穩(wěn)定性，漿形態(tài)時的粘度穩(wěn)定性，和比現(xiàn)有技術更高的加工精度的優(yōu)點。
具體實施例方式本發(fā)明的水性切削液定義為包含0. 01 20重量％的炔二醇和/或其亞烷基氧化 物加成物。特別是，炔二醇具有結構式(1)。 其中R1和R2是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基。特別是，炔二醇的亞烷基氧化物加成物是具有結構式(2)的炔二醇的環(huán)氧乙烷/ 環(huán)氧丙烷嵌段加成物或具有結構式(3)的炔二醇與環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷無規(guī)加成物。 其中R3和R4是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基。A是-(C2H4O) wl- (C3H6O) xl_ (C2H4O) yl_ (C3H6O) zl_H，B 是-(C2H4O) w2- (C3H6O) x2_ (C2H4O) y2_ (C3H6O) z2_H，wl, w2, xl，x2，yl, y2, zl和z2是彼此獨立的O或0. 5 25之間的正數(shù)， wl+w2+yl+y2 為 0. 5 50，xl+x2+zl+z2 為 0. 5 50，并且 wl+w2+xl+x2+yl+y2+zl+z2 為 1 100。 其中R5和R6是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基，D是-(C2H40/C3H60) mH，E 是-(C2H40/C3H60) nH，m和η是彼此獨立的O或0. 5 50的正數(shù)，并且m+n為1 100。具有結構式(1)的炔二醇的例子包括，但不局限于，2，5，8，11-四甲基-6-十二炔-5，8-二醇，5，8-二甲基-6-十二炔-5，8-二醇，2，4，7，9-四甲基-5h二炔 _4，7_ 二醇，8-十六炔-7，10- 二醇，7-十四炔-6，9- 二醇，2，3，6，7-四甲基-4-辛炔-3，6-二醇，3，6-二甲基-4-辛炔-3，6-二醇和2，5_ 二甲基-3-己炔-2，5_ 二醇。具有結構式(2)和(3)的炔二醇的亞烷基氧化 物加成物包括前面所列的炔二醇的亞烷基氧化物衍生物。炔二醇或其亞烷基氧化物加成物基于水性切削液的含量是0. 01 20重量％，優(yōu) 選0. 1 10重量％，更優(yōu)選0. 1-5重量％。低于0.01重量％導致加工精度的降低，同樣高 于20重量％會導致不溶物生成。在一個優(yōu)選的實施方案中，切削液進一步包含(B) 1 20重量％的水和(C)60 98. 98重量％的親水性多元醇和/或其衍生物。更優(yōu)選的實施方案中，切削液進一步包括 (B) 10 20重量％的水和(C)80 95重量％的親水性多元醇和/或其衍生物。水含量低 于會導致諸如加工精度變低的問題，同樣水的添加量多于20wt%會導致水性切削液產生諸如粘度穩(wěn)定性降低的問題。親水性多元醇和/或其衍生物低于60wt%會導致磨料分 散性降低，同樣多于98. 98襯％會導致加工精度降低。親水性多元醇和其衍生物(C)的例子包括乙二醇，二甘醇，三甘醇，二丙二醇，三 丙二醇和聚乙二醇。所述聚乙二醇優(yōu)選平均分子量200 1000。例如，使用聚乙二醇200 和400。優(yōu)選的是，親水性多元醇或其衍生物(C)在20°C具有至少5重量％的水中溶解度， 和最高達到0. OlmmHg的蒸汽壓。如果在20°C的水中溶解度低于5重量％，會出現(xiàn)必須使用 有機溶劑清潔晶片的問題。蒸汽壓高于0. OlmmHg會增加切削操作過程中起火的風險。更優(yōu)選的實施方案中，切削液進一步包含(D)O. 01 20重量％，更優(yōu)選0. 1 10 重量％的聚合物分散劑。聚合物分散劑的含量低于0. 01wt%會導致加工精度的降低，同樣 多于20wt%會導致切削液的粘度升高。聚合物分散劑⑶優(yōu)選包括苯乙烯-馬來酸酐共聚 物的鹽的聚合物。具體例子包括苯乙烯-馬來酸酐共聚物烷基酯的銨，鉀和鈉鹽，優(yōu)選苯乙 烯_馬來酸酐共聚物烷基酯的銨鹽。本發(fā)明的另一實施方案是一種水性切削漿，包含100重量份的包含組分(A) (D) 的水性切削液和50 200重量份的磨料。適合的磨料包括碳化硅，氧化鋁和金剛石。碳化 硅和金剛石更適合。包含少于50pbw的磨料的漿在更長時間切削硅錠的時候可能會效率 低。磨料多于200pbw會妨礙分散。另外，諸如水溶的聚合物，云母，憎水的硅土和羧酸的添加劑可以加入到水性切削 液和漿中，只要它們的性能不被削弱。這種水性切削漿使用時具有突出的優(yōu)點，用于線鋸將堅硬且碎性材料的諸如硅， 石英，水晶和化合物半導體的錠材切削成可用于微電子和光電裝置制造的形態(tài)。在現(xiàn)有技 術中，這種漿可以與現(xiàn)有技術相同的方式使用。一般而言，多線鋸有2個導向輪，輪上有以一定間隔刻的凹槽。金屬線纏繞在導向 輪的凹槽上，并且以一定張力保持平行。當切削樣品工作開始時，漿被加到金屬線，并且金屬線以雙向或單向高速運行。攜 帶樣品的工作臺從高處的位置降落到金屬線上，隨后樣品被同時切削成許多具有相同形狀 的產品?？蛇x擇的是，隨著向上的方式代替向下的方式，攜帶樣品的工作臺可以向上運動。在所述多線鋸切削的過程中，將包含磨料的漿提供到金屬線上的一系列步驟和使 用粘有漿的金屬線切削樣品是很重要的操作。實施例如下給出了實施例和比較實施例，但不限于此。所有的份和％都是以重量計。實施例1一種流體，標記為M-I，通過混合13%的去離子水，18%的PEG200和68%的二甘 醇，并添加1 %的炔二醇A (2，5，8，11-四甲基-6-十二炔-5，8- 二醇的環(huán)氧乙烷加成物，其 中環(huán)氧乙烷添加4摩爾)而制得。該液和碳化硅(SiC)磨料(Shinano電子精煉有限公司， GC#1000，平均粒徑11微米)混合，并攪拌至得到一種用于切削硅錠的水性漿為止。水性切削漿的磨料分散穩(wěn)定性的測定是通過測量剛制備完成的和保持靜置24小 時后的平均粒徑進行的。結果如表3所示。漿的粘度穩(wěn)定性和加工精度的測定通過按照如 下條件切削硅錠而得到。結果同樣列于表3。
切削條件切削工具多線鋸金屬線直徑0. 14mm磨料碳化硅(Shinano電子精煉有限公司，GP#1000，平均粒徑11 μ m)硅錠多晶硅，尺寸125mm2，長度90_切削間隔0.40mm切削速度0·3mm/min金屬線往復速度660m/min評價磨料的分散穩(wěn)定件使用Cilas公司的激光散射衍射粒度分布分析儀Cilas 1064，水性切削漿的平均 粒徑是在漿剛制備完成后和經(jīng)過24小時靜置后進行測定。計算粒徑的增量。粒徑增量=(24小時后的平均粒徑)/(剛制備時的平均粒徑)水件切削漿的粘度穩(wěn)定件使用Brookfield粘度計，測定硅錠切削操作前后的水性切削漿的粘度。計算粘度 增加的百分比。切削后的加工精度切削后，檢查切削得到的晶片表面的鋸痕。〇沒有鋸痕X 鋸痕明顯還要測量晶片的總厚度變化(TTV)和翹曲度或三維波度。將硅錠切削成晶片后， 從每個錠的兩端和中間收集的三個晶片共9個晶片進行抽樣。每個晶片的厚度測定4個角 及其中間，共8個點?？偣驳玫胶穸葴y量的72個數(shù)據(jù)，從中計算標準偏差。實施例2 11和比較實施例1 7如實施例1所述，一種水性切削液(M-2到M-18)通過混合和攪拌如表1禾Π 2所 述的組分量而制得。如實施例1所述，該液和碳化硅磨料(Shinano電子精煉有限公司， GC#1000，平均粒徑Ι μπι)混合，并攪拌至得到一種水性漿為止。通過測定剛制備的和24小時存放后的平均粒徑評價制得的水性切削漿的磨料的 分散穩(wěn)定性。結果如表3和4所示。所述漿同樣通過如實施例1的相同條件切削硅錠來評 價其粘度穩(wěn)定性和加工精度。結果同樣如表3和4所示。表 1 表 2 炔二醇A :2，5，8，11-四甲基-6-十二炔_5，8- 二醇的環(huán)氧乙烷加成物，其中環(huán)氧 乙烷添加4摩爾炔二醇B :2，4，7，9-四甲基-5-十二炔 _4，7_ 二醇Noigen TDS-30 購于 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku 公司，RO(CH2CH2)nOH, R = C13, η =3Noigen TDS-80 購于 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku 公司，RO(CH2CH2)nOH, R = C13, η =8SMA 1000 購于Kawahara Yuka公司，苯乙烯-馬來酸酐共聚物烷基酯的銨鹽，重 均分子量5500
SMA 1440-20 購于Kawahara Yuka公司，苯乙烯-馬來酸酐共聚物烷基酯的銨鹽， 重均分子量7000PEG200 購于Sanyo化學工業(yè)公司，聚乙二醇，重均分子量200PEG400 購于Sanyo化學工業(yè)公司，聚乙二醇，重均分子量400表 3 表 權利要求
水性切削液，其包含(A)0.01～20重量％的炔二醇和/或其亞烷基氧化物加成物。
2.如權利要求1所述的切削液，還包含⑶1 20重量％的水和(C)60 98. 98重量％ 的親水性多元醇和/或其衍生物。
3.如權利要求2所述的切削液，還包含(D)O.01 20重量％的聚合物分散劑。
4.如權利要求3所述的切削液，所述聚合物分散劑(D)是包括苯乙烯_馬來酸酐共聚 物的鹽的聚合物。
5.如權利要求2所述的切削液，所述親水性多元醇或其衍生物(C)在20°C具有至少5 重量％的水中溶解度，和最高達到0. OlmmHg的蒸汽壓。
6.如權利要求1所述的切削液，所述成分(A)選自具有如下結構式(1) (3)的炔二 其中R1和R2是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基， 其中R3和R4是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基， A 是-(C2H4O) wl-(C3H6O) xl-(C2H4O) yl- (C3H6O) zl_H， B 是-(C2H4O) w2- (C3H6O) x2- (C2H4O) y2- (C3H6O) z2_H，wl,w2, xl, x2, yl, y2，zl和z2是彼此獨立的O或0· 5 25之間的正數(shù)，wl+w2+yl+y2 為 0. 5 50，xl+x2+zl+z2 為 0. 5 50，并且 wl+w2+xl+x2+yl+y2+zl+z2 為 1 100， 此處R5和R6是彼此獨立的1 5個碳原子的烷基，D是-(C2H4(VC3H6O)mH，E是-(C2H4O/ C3H6O)nH, m和η是彼此獨立的O或0. 5 50的正數(shù)，并且m+n為1 100。
7.水性切削漿，其包含100重量份的權利要求1所述的水性切削液和50 200重量份 的磨料。
全文摘要
本發(fā)明涉及水性切削液和漿，水性切削液包含0.01～20wt％的炔二醇或其亞烷基氧化物加成物，然后結合磨料形成一種水性切削漿，該水性切削漿具有磨料的分散穩(wěn)定性、粘度穩(wěn)定性和更高的加工精度的優(yōu)點。
文檔編號C10M173/02GK101906346SQ20101024259
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2009年6月2日
發(fā)明者木村崇志, 林貴幸, 水崎透, 谷井一郎 申請人:日信化學工業(yè)株式會社