專利名稱：一種鉬酸鹽添加劑及含其的多晶硅或單晶硅切割液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉬酸鹽添加劑，本發(fā)明還涉及一種含有該鉬酸鹽添加劑的切割 液，尤其涉及一種含有該鉬酸鹽添加劑的多晶硅或單晶硅切割液。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和太陽能產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，全球?qū)Χ嗑Ч韬蛦尉Ч璧男枨笤鲩L迅 猛。中國是世界上第三大太陽能電池生產(chǎn)國，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，處于光伏產(chǎn)業(yè)上游 的硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)顯得越來越重要。為了能降低成本，提高生產(chǎn)效率，高性能的硅片成為了硅 片市場的“新寵”。在整個硅片生產(chǎn)流程中，拉晶、截斷、切方三個環(huán)節(jié)對硅料都有一定的損 耗，而在切割中對硅片造成的消耗最大。因此使用高效的硅片切割液可以提高切割效率，并 且能夠盡可能地降低切割消耗。性能優(yōu)良的切割液可以使強(qiáng)烈而不均勻的機(jī)械作用轉(zhuǎn)變成 為均勻穩(wěn)定的化學(xué)機(jī)械作用，從而有效地降低機(jī)械應(yīng)力，也能有效地散發(fā)熱量而降低熱應(yīng) 力。美國 Krueger Mark K 禾口 Byers Jerry P (US5, 391，310，Sulfurized aqueous machining fluid composition)等人發(fā)明了一種硫化水性切削液組合物，能有效降低摩 擦力，減少切削操作時所產(chǎn)生的力，延長了工具壽命，提高生產(chǎn)力，但仍然存在一定的缺 點(diǎn)環(huán)境性能不佳，含有硫元素會使加工操作過程中產(chǎn)生氣味。日本Kaburagi Shingo (JP 11,302,681, Aqueous composition, aqueous cutting fluid based thereon, their production, and cutting method using this cutting)等人石if發(fā)了一禾中涉及單晶娃、多 晶硅以及化合物半導(dǎo)體等半導(dǎo)體材料的水基切割液，由于本身粘度低，所以水分混入引起 粘度的減小作用以及切削混入引起的粘度增加現(xiàn)象得到緩和，能對被加工件進(jìn)行水洗，同 時生物降解性優(yōu)良，但是缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，成本較高。諸淳康等人(CN1884456A，水基防 銹透明切削液及其制備方法)研究發(fā)明了一種水基防銹透明切割液，防銹、冷卻、潤滑、清 洗功能均能符合國家標(biāo)準(zhǔn)，同時液體為透明的，便于加工中對工件的觀察；添加了醫(yī)用乙醇 使得切削液的保質(zhì)期大為延長最長可達(dá)到2年。但是缺點(diǎn)仍然存在切割液原料中的亞硝 酸鈉，排放后會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。國內(nèi)外現(xiàn)有的較好切割液48小時的砂漿懸浮率僅為 70%以上，有效組分回收利用率達(dá)70%以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的多晶硅或單晶硅切割液制造工藝 復(fù)雜、成本高、對環(huán)境不友好等缺陷，提供了鉬酸鹽添加劑以及含有該鉬酸鹽的多晶硅或單 晶硅切割液。本發(fā)明的鉬酸鹽添加劑具有良好的防銹和抑菌性能，由此得到的含有該添加 劑的多晶硅或單晶硅切割液技術(shù)性能優(yōu)異，生產(chǎn)工藝簡便，對環(huán)境友好，質(zhì)量穩(wěn)定、儲存時 間長，重復(fù)性好、可長時間循環(huán)使用，能夠保證多線切割設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，減少非正常停機(jī) 時間。本發(fā)明人經(jīng)過廣泛的研究和反復(fù)的試驗發(fā)現(xiàn)，鉬酸鹽不但具有良好的防銹性能，3還具有抑制菌類生長的性能。因此，本發(fā)明人將鉬酸鹽和油酸二乙醇酰胺硼酸酯聯(lián)合使用， 能夠得到成本適中且具有良好的防銹性能和抑菌性能的鉬酸鹽添加劑，從而得到了一款含 有該添加劑的多晶硅或單晶硅切割液。因此，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題本發(fā)明提供了 一種鉬酸鹽添加劑，其為鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照 1 5 1 20的質(zhì)量比組成的混合物，其中鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯的質(zhì)量比較 佳的為1 5 1 10。鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯都具有良好的防銹性能和抑菌效 果。在上述鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯的質(zhì)量比范圍內(nèi)能夠得到成本合適且具有良好 防銹性能和抑菌效果的鉬酸鹽添加劑。本發(fā)明的鉬酸鹽添加劑的制備方法為將鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按上述 比例簡單混合即得。本發(fā)明還提供了一種多晶硅或單晶硅切割液，其包含下述質(zhì)量百分比的組分聚乙二醇100-100030-90%非離子表面活性劑0.5-5%螯合劑1-10%有機(jī)醇0.5-5%本發(fā)明鉬酸鹽添加劑1-5%和去離子水0-67%其中，所述的聚乙二醇100-1000指數(shù)均分子量100-1000的聚乙二醇。其中，所述的鉬酸鹽添加劑是本發(fā)明特別優(yōu)選的一種添加劑，其可以降低切割液 與硅片的摩擦系數(shù)，具有優(yōu)良的減摩抗磨性能。添加到切割液中能在金屬表面形成鈍化膜， 起到良好的防銹性能。同時可以抑制切割液本身微生物和菌藻類滋生繁衍，起到一定的抗 菌和抑菌效果，延長多晶硅或單晶硅切割液的保存時間。所述的鉬酸鹽添加劑可以混合物 的形式添加到所述的切割液中，也可分別將鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照鉬酸鹽添 加劑中所述的質(zhì)量比分別添加到所述的切割液中。所述的鉬酸鹽添加劑的含量較佳地為質(zhì) 量百分比1-4%。其中，所述的聚乙二醇100-1000作為分散劑，具有適當(dāng)?shù)恼扯龋⒖梢晕接诠?體顆粒表面而產(chǎn)生足夠高的位壘和電壘，不僅防止切割顆粒在新表面的吸附，也能促使固 體顆粒團(tuán)開裂散開，從而保證切割液的懸浮性能。同時也可以在晶塊受刀具機(jī)械力作用出 現(xiàn)裂紋時，滲入到微細(xì)裂縫中，定向排列于微細(xì)裂紋表面而形成化學(xué)能的劈裂作用，該分散 劑還能繼續(xù)沿裂縫向深處擴(kuò)展，從而有利于切割效率的提高。所述的聚乙二醇100-1000的 含量較佳的為質(zhì)量百分比70-90%。所述的聚乙二醇的數(shù)均分子量較佳的為200-1000。其中，所述的非離子表面活性劑具有潤滑作用，能極大地降低切割液的表面張力， 同時能夠?qū)⑶行己湍チ戏勰┩衅?，使非離子表面活性劑分子取而代之吸附于硅片表面，并 能阻止切屑和切粒粉末再沉積，從而有利于后工序硅片清洗。所述的非離子表面活性劑可 采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各類非離子表面活性劑，較佳地為烷基糖苷(APG)、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(0P-10)和脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)中的一種或多種。所述的非離子表面活性 劑的含量較佳的為質(zhì)量百分比2-4%。其中，所述的螯合劑能使本發(fā)明的多晶硅或單晶硅切割液具有優(yōu)良的去除金屬離 子的性能，尤其可以去除鋼絲磨削過程中產(chǎn)生的鐵離子。所述的螯合劑可采用本領(lǐng)域中常 規(guī)使用的各類螯合劑，只要其具有良好地螯合金屬離子的性能即可。所述的螯合劑較佳地 為氨基羧酸類和/或羥基羧酸類螯合劑。所述的氨基羧酸類螯合劑較佳地為乙二胺四乙酸 鈉鹽；所述的乙二胺四乙酸鈉鹽較佳地為乙二胺四乙酸二鈉和/或乙二胺四乙酸四鈉。所 述的羥基羧酸類螯合劑較佳的為檸檬酸鈉和/或葡萄酸鈉。所述的螯合劑的含量較佳的為 質(zhì)量百分比5-7%。其中，所述的有機(jī)醇為烷烴分子中的氫被羥基取代后的化合物，可以與硅發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，均勻地作用于硅片的被加工表面，可降低硅片切割損傷層厚度，減小后面工序加工 量，有利于降低生產(chǎn)成本。同時，對金屬也有鈍化作用，避免線切割設(shè)備接觸漿料部位和鋼 絲的慢性腐蝕，減少斷線率。所述的有機(jī)醇可采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各類醇，只要其具有醇 的結(jié)構(gòu)和共性，能與硅發(fā)生上述化學(xué)反應(yīng)即可，例如甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、辛醇等等。 本發(fā)明中考慮到切割液的成本，特別使用價格低廉的有機(jī)醇，較佳地為乙二醇和/或異丙 醇。所述的有機(jī)醇的含量較佳的為質(zhì)量百分比2-4%。其中，所述的去離子水作為主要溶劑，去離子水的含量較佳的為0_15%。在本發(fā)明一較佳的實施例中，所述的多晶硅或單晶硅切割液由下述質(zhì)量百分比的 組分組成聚乙二醇200-600非離子表面活性劑 螯合劑 有機(jī)醇 鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酉!70-90% 2-4% 5-7% 2-4%0.11-0.36% 0.83-3.64%以及去離子水0-15%本發(fā)明的多晶硅或單晶硅切割液中還可以添加本領(lǐng)域切割液中常規(guī)添加的其他 添加劑，只要其不明顯影響本發(fā)明切割液的性能即可，包括各種水性和油性、環(huán)保型和非環(huán) 保型的添加劑。本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。本發(fā)明的多晶硅或單晶硅切割液的制備方法為將所述組分按所述的質(zhì)量百分比 簡單混合后即得。較佳地為在攪拌下，將有機(jī)醇、非離子表面活性劑和鉬酸鹽添加劑加入到 聚乙二醇100-1000中，待溶液澄清后加入螯合劑，攪拌均勻即得。對于常溫下為固態(tài)或粘 流態(tài)的聚乙二醇，需要將其熔融后，在熔融狀態(tài)下加入其它組分，或用去離子水溶解后在溶 液狀態(tài)下加入其它組分。
本發(fā)明的原料和試劑均市售可得。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于1.本發(fā)明的多晶硅或單晶硅切割液的技術(shù)性能優(yōu)異，切割效果好，重復(fù)性好，質(zhì)量 穩(wěn)定，保證了多線切割設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，減少非正常停機(jī)時間。2.有效地解決了切削和磨料粉末再沉積的問題，48小時的砂漿的懸浮率達(dá)81 % 以上，比現(xiàn)有技術(shù)高了約10%。避免了硅片表面的化學(xué)鍵合吸附現(xiàn)象，以便于硅片的清洗和 后續(xù)加工。3.集滲透、潤滑、冷卻、清洗以及防銹性能于一體，不含有毒成分，無毒無害，成本 低廉，總回收率高。4.本發(fā)明的切割液儲存時間為36個月，且可長時間循環(huán)使用。
具體實施例方式下面用實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受其限制。下述實施例中除另有說明的以外，所述的百分比皆為質(zhì)量百分比，組分比例皆為 質(zhì)量比。所述的分子量皆為數(shù)均分子量。實施例11、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 5。2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 200 (PEG200)900g (90%)非離子表面活性劑一院基糖苷(APG) 20g (2%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉50g (5%)有機(jī)醇一異丙醇20g (2%)鉬酸鹽添加劑IOg (1%)(鉬酸鈉0.17%，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83%)3、多(單)晶硅切割液的制備向處于連續(xù)攪拌下的聚乙二醇200中依次緩慢加入上述配方中的烷基糖苷、異丙 醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩慢加入乙二胺四乙酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為84. 2%，切割液有效組分回收利用率為93. 5%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長 時間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。實施例21、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 10。2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 200 (PEG200)700g (70%)非離子表面活性劑一院基糖苷(APG) 30g (3%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉55g (5.5%)有機(jī)醇一異丙醇25g (2.5%)鉬酸鹽添加劑40g (4%)(鉬酸鈉0.36%，油酸二乙醇酰胺硼酸酯3.64%)去離子水150g (15%)3、多(單)晶硅切割液的制備用去離子水溶解聚乙二醇200，在連續(xù)攪拌的情況下，向聚乙二醇200中依次緩慢 加入上述配方中的烷基糖苷、異丙醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩慢加入乙二胺四乙 酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為83. 5%，切割液有效組分回收利用率為93. 1%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長 時間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。實施例31、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 5。2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg)聚乙二醇 600 (PEG600)850g (85%)非離子表面活性劑一燒基糖苷(APG) 35g (3.5%) 螯合劑一乙二胺四乙酸二鈉 有機(jī)醇一異丙醇 鉬酸鹽添加劑(鉬酸鈉0.17Q/O，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.83%)3、多(單)晶硅切割液的制備將聚乙二醇600在水浴中加熱至40°C左右，保持在該溫度下連續(xù)攪拌，并依次緩 慢加入上述配方中的烷基糖苷、異丙醇、烷基糖苷、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩慢加 入乙二胺四乙酸二鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為84%，切割液有效組分回收利用率為93. 7%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長時 間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。實施例41、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 8。2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg)65g (6.5%) 40g (4%) IOg (1%)
聚乙二醇 1000 (PEG1000)300g (30%)非離子表面活性劑一辛基苯基聚氧乙烯(10)醚(OP-IO) 5g (0.5%)螯合劑一乙二胺四乙酸四鈉 有機(jī)醇一乙二醇 鉬酸鹽添加劑(鉬酸鈉0.11%，油酸二乙醇酰胺硼酸酯0.89%)IOg (1%) 5g (0.5%) IOg (1%)670g (67%)去離子水3、多(單)晶硅切割液的制備將去離子水加入聚乙二醇1000中，并在水浴中加熱至50°C左右，保持在該溫度下 連續(xù)攪拌，并依次緩慢加入上述配方中的0P-10、乙二醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩 慢加入乙二胺四乙酸四鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為80. 7%，切割液有效組分回收利用率為89. 2%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長 時間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。實施例51、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 15。
2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg) 聚乙二醇 100 (PEG100)非離子表面活性劑一脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 螯合劑一梓檬酸鈉 有機(jī)醇一辛醇 鉬酸鹽添加劑 去離子水3、多(單)晶硅切割液的制備用去離子水溶解聚乙二醇100，在連續(xù)攪拌下，向聚乙二500g (50%)50g (5%) IOOg (10%) 50g (5%) 50g (5%) 250g (25%):100中依次緩慢加入上
述配方中的JFC、辛醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩慢加入檸檬酸鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為81. 9%，切割液有效組分回收利用率為90. 5%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長 時間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。實施例6
1、鉬酸鹽添加劑的配方為鉬酸鈉油酸二乙醇酰胺硼酸酯=1 20。2、多(單)晶硅切割液配方(IOOOg)
3、多(單)晶硅切割液的制備用去離子水溶解聚乙二醇100，在連續(xù)攪拌下，向聚乙二醇100中依次緩慢加入上 述配方中的JFC、乙二醇、鉬酸鹽添加劑，待溶液澄清后再緩慢加入葡萄酸鈉，攪拌至均勻即得。將本產(chǎn)品與磨料(碳化硅砂)以1 0. 92比例進(jìn)行混合使用，產(chǎn)品48小時砂漿 的懸浮率為81.0%，切割液有效組分回收利用率為89.9%。產(chǎn)品具有良好的重復(fù)性，可長 時間循環(huán)使用，存儲時間達(dá)36個月。聚乙二醇 100 (PEG100)500g (50%)非離子表面活性劑一脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 50g (5%)螯合劑一葡萄酸鈉 有機(jī)醇一乙二醇 鉬酸鹽添加劑 去離子水IOOg (10%) 50g (5%) 50g (5%) 250g (25%)
權(quán)利要求
1.一種鉬酸鹽添加劑，其特征在于其為鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按照 1 5 1 20的質(zhì)量比組成的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的鉬酸鹽添加劑，其特征在于所述的鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺 硼酸酯的質(zhì)量比為1 5 1 10。
3.一種多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于其包含下述質(zhì)量百分比的組分聚乙二醇 100-100030-90%非離子表面活性劑0.5-5%螯合劑1-10%有機(jī)醇0.5-5%如權(quán)利要求1或2所述的鉬酸鹽添加劑1-5%和去離子水0-67%。
4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的鉬酸鹽添加劑的 含量為質(zhì)量百分比1_4%。
5.如權(quán)利要求3所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的非離子表面活性 劑為烷基糖苷、辛基苯基聚氧乙烯(10)醚和脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求3所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的螯合劑為氨基羧 酸類螯合劑和/或羥基羧酸類螯合劑。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的氨基羧酸類螯合 劑為乙二胺四乙酸鈉鹽；所述的羥基羧酸類螯合劑為檸檬酸鈉和/或葡萄酸鈉。
8.如權(quán)利要求7所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的乙二胺四乙酸鈉 鹽為乙二胺四乙酸二鈉和/或乙二胺四乙酸四鈉。
9.如權(quán)利要求3所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的有機(jī)醇為乙二醇 和/或異丙醇。
10.如權(quán)利要求3-9中任一項所述的多晶硅或單晶硅切割液，其特征在于所述的多晶 硅或單晶硅切割液由下述質(zhì)量百分比的組分組成聚乙二醇200-60070-90%，非離子表面 活性劑2-4%，螯合劑5-7%，有機(jī)醇2-4%，鉬酸鈉0. 11-0. 36%，油酸二乙醇酰胺硼酸酯 0. 83-3. 64%以及去離子水0-15%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉬酸鹽添加劑，其為鉬酸鈉和油酸二乙醇酰胺硼酸酯按1∶5～1∶20的質(zhì)量比組成的混合物。本發(fā)明還公開了一種多晶硅或單晶硅切割液，其包含下述質(zhì)量百分比組分聚乙二醇100-1000 30-90％，非離子表面活性劑0.5-5％，螯合劑1-10％，有機(jī)醇0.5-5％，本發(fā)明鉬酸鹽添加劑1-5％和去離子水0-67％。本發(fā)明的切割液克服了現(xiàn)有的多(單)晶硅切割液制造工藝復(fù)雜、成本高、對環(huán)境不友好等缺陷，技術(shù)性能優(yōu)異，重復(fù)性好，質(zhì)量穩(wěn)定。其能減少非正常停機(jī)時間；有效解決切削和磨料粉末再沉積的問題；集滲透、潤滑、冷卻、清洗以及防銹性能于一體，無毒無害，成本低廉，總回收率高。
文檔編號C10N30/12GK102041137SQ20091019701
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者王煒 申請人:上海洗霸科技有限公司