本發(fā)明屬于硅晶體金剛線切割液技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于切割硅晶片的金剛線切割液。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路的科技日新月異，全球電子芯片產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，單晶硅和多晶硅的使用量也不斷增加。另外，隨著加大對可再生能源的利用，太陽能光伏行業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，太陽能行業(yè)需要大量的硅材料，尤其是多晶硅。硅晶片直徑的增大，厚度和線寬的降低，以及對硅晶片幾何尺寸和其表面機械孫少小、晶格完整性的更高的要求等，從而對硅晶片切割加工質(zhì)量提出了更高的要求。硅晶片的切割質(zhì)量將影響到后續(xù)的研磨、拋光和刻蝕等工序的加工效率甚至影響到半導(dǎo)體器件的最終質(zhì)量。
金剛線切割技術(shù)可替代了傳統(tǒng)的游離多線切割方法，它是利用電鍍或樹脂粘結(jié)的方法將金剛石磨料附著在鋼線的表面，將金剛線直接作用于硅棒或硅錠表面產(chǎn)生磨削，金剛線切割具有切割速度快，切割精度高，材料損耗低等特點，降低了硅片的加工成本，應(yīng)用前景大大增強。
金剛線切割液是金剛線切割技術(shù)重要組成部分，金剛線切割液應(yīng)具有以下作用：(1)潤滑作用，切割液可滲入線網(wǎng)與硅片、線網(wǎng)與碎屑之間，形成一層潤滑膜，減小了切割損傷、應(yīng)力和微裂；(2)滲透作用，滲透性好可提高切割的冷卻效果，并在線網(wǎng)與硅片界面上形成潤滑膜，降低摩擦阻力，減小切割阻力；(3)分散作用，切割液可使顆粒分散來，防止顆粒聚粘，避免了劃傷；(4)冷卻作用，切割產(chǎn)生高熱量，一部分被切割液帶走，余下的熱量大部分被晶體硅吸收，溫度過高必然使硅晶片變形，因此要求切割液具備良好的冷卻性能；(5)清洗作用，切割過程產(chǎn)生大量碎屑和硅粉，容易形成粘附，降低切割精度，造成切割線磨損，因此要求切割液可以包裹碎屑，使其溶液脫落清洗；(6)防銹作用，切削機床是鋼鐵材料，切割過程中切割液不斷沖刷機床，易產(chǎn)生腐蝕，減小機床精度、縮短機床的壽命，因而，切削液應(yīng)具備防銹性能。
目前，國產(chǎn)的金剛線切割液達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)要求且成本高；切割后的硅晶片表面總厚度偏差(TTV)達(dá)不到要求且硅晶片表面有變形的現(xiàn)象，切割時有脆性崩裂和劃痕；切割液在使用一段時間后，潤滑性和冷卻性能大大下降，溶液腐敗變質(zhì)，嚴(yán)重限制了后期使用，切割液使用壽命短。我國大量中高端金剛線切割液依賴國外進(jìn)口。
因此，研發(fā)一種能滿足目前切割工藝，具有突出的潤滑和冷卻性能，安全環(huán)保、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且價格低廉的金剛線切割液，有利于加快推進(jìn)金剛線切割技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于切割硅晶片的金剛線切割液，其通過改變配方中的組分及配比，使金剛線切割液具有突出的潤滑和冷卻性能，安全環(huán)保、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且價格低廉。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于切割硅晶片的金剛線切割液，其特征在于：所述金剛線切割液中各組分所占的重量百分比為：極壓劑1-13％，緩蝕劑1-5％，潤滑劑0.3-2％，有機堿0.2-6％，乳化劑0.2-0.6％，消泡劑0.1-0.5％，耦合劑0.1-1.5％，余量為去離子水。
進(jìn)一步地，所述的極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
其中R1、R6為甲基、乙基和芐基中的一種，R2、R3為羥基、磷酸基、氨基、氯原子和氫原子中的一種，n的取值為2-15；R4、R5為甲基、乙基、丙基、異丙基、對甲基苯基、氯原子和氫原子中的一種，m的取值為5-20。
進(jìn)一步地，所述的緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
其中R7、R10為羥甲基、羧甲基、羧乙基、甲基和乙基中的一種，R8為羧基、羧甲基和羧乙基中的一種，R9為羥基、甲基和氫原子中的一種，n1的取值為1-5。
進(jìn)一步地，所述的潤滑劑包括磺化蓖麻油、聚氧乙烯烷基酚醚、聚烷氧基丙二醇、磷酸二甲酯和聚烷基乙二醇醚中的至少一種。
進(jìn)一步地，所述的有機堿包括三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺、異丙醇胺、1,3-丙二胺和四甲基乙二胺中的至少一種。
進(jìn)一步地，所述的乳化劑包括辛基苯酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇單油酸酯、十二烷基磺酸鈉、石油磺酸鈉和硬脂酸鈉中的至少一種。
進(jìn)一步地，所述的消泡劑包括甘油三羥基聚醚、聚氧丙烯季戊四醇醚、二甲基硅油和聚醚改性硅油中的至少一種。
進(jìn)一步地，所述的耦合劑為丁基卡必醇。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)本發(fā)明提供的金剛線切割液，配方中，緩蝕劑主要是起緩蝕防銹作用，由于金剛線切割設(shè)備是由金屬部件構(gòu)成，這樣切割液不會造成對設(shè)備的腐蝕，保護(hù)了切割設(shè)備；有機堿主要用于調(diào)節(jié)酸堿度，切割液實際為堿性；乳化劑則是由于切割液是將物質(zhì)溶解在水中，其中有部分有機物，加入乳化劑可使得溶解更加充分，溶液更加穩(wěn)定；耦合劑可以使溶液性質(zhì)穩(wěn)定；且其中每個組分的綜合作用，能夠使得金剛線切割液具有突出的潤滑滲透性和防銹性，尤其是極壓劑、潤滑劑和乳化劑協(xié)同作用，進(jìn)而使磨粒子細(xì)小、分散均勻，金剛線切割液的物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫不易分解；切割液抗腐蝕性能強，不易變質(zhì)，使用及貯存時間長，價格低廉，有效降低了生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)。
(2)通過該配方制備的金剛線切割液，切割液使用時散熱性能好、冷卻性能佳；且切割后的硅晶片精度和質(zhì)量高，表面平整、光潔；此外，本極壓劑為有機聚合物，含有多種官能團，極壓性能優(yōu)越于傳統(tǒng)極壓劑，可有效提升產(chǎn)品性能，減少切削阻力，提高切削效率，同時還可提高產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性，緩蝕劑則是優(yōu)選的性能優(yōu)異的物質(zhì)，抗腐蝕能力強，物質(zhì)自身性能穩(wěn)定，高溫不易分解，適用于金剛線切割液的緩蝕作用。
具體實施方式
本發(fā)明用于切割硅晶片的金剛線切割液，該金剛線切割液中各組分所占的重量百分比為：極壓劑1-13％，緩蝕劑1-5％，潤滑劑0.3-2％，有機堿0.2-6％，乳化劑0.2-0.6％，消泡劑0.1-0.5％，耦合劑0.1-1.5％，余量為去離子水。
具體地，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
其中R1、R6為甲基、乙基和芐基中的一種，R2、R3為羥基、磷酸基、氨基、氯原子和氫原子中的一種，n的取值為2-15；R4、R5為甲基、乙基、丙基、異丙基、對甲基苯基、氯原子和氫原子中的一種，m的取值為5-20。
緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
其中R7、R10為羥甲基、羧甲基、羧乙基、甲基和乙基中的一種，R8為羧基、羧甲基和羧乙基中的一種，R9為羥基、甲基和氫原子中的一種，n1的取值為1-5。
潤滑劑包括磺化蓖麻油、聚氧乙烯烷基酚醚、聚烷氧基丙二醇、磷酸二甲酯和聚烷基乙二醇醚中的至少一種。
有機堿包括三乙醇胺、二乙醇胺、單乙醇胺、異丙醇胺、1,3-丙二胺和四甲基乙二胺中的至少一種。
乳化劑包括辛基苯酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇單油酸酯、十二烷基磺酸鈉、石油磺酸鈉和硬脂酸鈉中的至少一種。
消泡劑包括甘油三羥基聚醚、聚氧丙烯季戊四醇醚、二甲基硅油和聚醚改性硅油中的至少一種。
耦合劑為丁基卡必醇。
實施例1
本實施例用于切割硅晶片的金剛線切割液，該金剛線切割液按其重量份百分比為：極壓劑1％、緩蝕劑5％、潤滑劑2％、有機堿6％、乳化劑0.6％、消泡劑0.5％、耦合劑1.5％和去離子水83.4％。
本實施例中，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R1為甲基，R2為氯原子，R3為氫原子，R4為甲基，R5為氫原子，R6為芐基，n＝7，m＝12；緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R7為甲基，R8為羧基，R9為羥基，R10為乙基，n1＝2；潤滑劑為聚氧乙烯烷基酚醚；有機堿為三乙醇胺；乳化劑為山梨糖醇單油酸酯；消泡劑為二甲基硅油；耦合劑為丁基卡必醇。
實施例2
本實施例用于切割硅晶片的金剛線切割液與實施例1相比，改變各組分的重量百分比，各組分不變。
本實施例金剛線切割液按其重量份百分比為：極壓劑13％、緩蝕劑1％、潤滑劑0.3％、有機堿0.2％、乳化劑0.2％、消泡劑0.1％、耦合劑0.1％和去離子水85.1％。
本實施例中，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R1為甲基，R2為氯原子，R3為氫原子，R4為甲基，R5為氫原子，R6為芐基，n＝7，m＝12；緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R7為甲基，R8為羧基，R9為羥基，R10為乙基，n1＝2；潤滑劑為聚氧乙烯烷基酚醚；有機堿為三乙醇胺；乳化劑為山梨糖醇單油酸酯；消泡劑為二甲基硅油；耦合劑為丁基卡必醇。
實施例3
本實施例用于切割硅晶片的金剛線切割液與實施例1相比，改變各組分的重量百分比，各組分不變。
本實施例金剛線切割液按其重量份百分比為：極壓劑7％、緩蝕劑3％、潤滑劑1.5％、有機堿3.1％、乳化劑0.4％、消泡劑0.3％、耦合劑0.8％和去離子水83.9％。
本實施例中，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R1為甲基，R2為氯原子，R3為氫原子，R4為甲基，R5為氫原子，R6為芐基，n＝7，m＝12；緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R7為甲基，R8為羧基，R9為羥基，R10為乙基，n1＝2；潤滑劑為聚氧乙烯烷基酚醚；有機堿為三乙醇胺；乳化劑為山梨糖醇單油酸酯；消泡劑為二甲基硅油；耦合劑為丁基卡必醇。
實施例4
本實施例用于切割硅晶片的金剛線切割液與實施例3相比，改變極壓劑、緩蝕劑和潤滑劑，其他組分不變，且各組分的重量配比也不變。
本實施例金剛線切割液按其重量份百分比為：極壓劑7％、緩蝕劑3％、潤滑劑1.5％、有機堿3.1％、乳化劑0.4％、消泡劑0.3％、耦合劑0.8％和去離子水83.9％。
本實施例中，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R1為甲基，R2為氫原子，R3為磷酸基，R4為氯原子，R5為氫原子，R6為芐基，n＝9，m＝10；緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R7為甲基，R8為羧基，R9為羥基，R10為乙基，n1＝3；潤滑劑為磺化蓖麻油；有機堿為三乙醇胺；乳化劑為山梨糖醇單油酸酯；消泡劑為二甲基硅油；耦合劑為丁基卡必醇。
實施例5
本實施例用于切割硅晶片的金剛線切割液與實施例4相比，改變極壓劑、潤滑劑、有機堿和乳化劑，其他組分不變，且各組分的重量配比也不變。
本實施例金剛線切割液按其重量份百分比為：極壓劑7％、緩蝕劑3％、潤滑劑1.5％、有機堿3.1％、乳化劑0.4％、消泡劑0.3％、耦合劑0.8％和去離子水83.9％。
本實施例中，極壓劑為有機聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R1為甲基，R2為氯原子，R3為氫原子，R4為乙基，R5為氫原子，R6為芐基，n＝3，m＝17；緩蝕劑為有機羧酸，分子結(jié)構(gòu)式為：
分子結(jié)構(gòu)式中R7為甲基，R8為羧基，R9為羥基，R10為乙基，n1＝3；潤滑劑為聚烷基乙二醇醚；有機堿為單乙醇胺和異丙醇胺，其中，單乙醇胺為2.1％，異丙醇胺為1％；乳化劑為辛基苯酚聚氧乙烯醚；消泡劑為二甲基硅油；耦合劑為丁基卡必醇。
以上實施例制得的金剛線切割液經(jīng)檢測的各項指標(biāo)如下表1所示。
表1各實施例制得的金剛線切割液的各項指標(biāo)
為了突出本發(fā)明所制備的金剛線切割液的優(yōu)點，將各實施例與市售金剛線切割液進(jìn)行測試對比，性能測試結(jié)果如下表2所示。
結(jié)論：本發(fā)明所制備的金剛線切割液主要用于單晶硅和多晶硅等非金屬脆硬材料的金剛砂線切割；具有突出的潤滑滲透性和防銹性，由上表可以看出，金剛線切割液放置沉淀，實施例1—5上清液體積比市售的上清液體積小，因而本發(fā)明比市售的分散性能好，切割時散熱性能好、冷卻性能佳；切割后的硅晶片精度和質(zhì)量高，表面平整、光潔；切割液的物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫不易分解；抗腐蝕性能強，不易變質(zhì)，使用及貯存時間長，價格低廉，有效降低了生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。