一種游離磨料電磨削多線切割用切削液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種游離磨料電磨削多線切割用切削液，屬于半導體切割加工領域，主要組成有聚乙二醇、乙二醇、防銹劑、pH值調節(jié)劑、能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的電解質，其組成質量份數為：聚乙二醇（分子量200～400）80～90份，乙二醇5～10份，防銹劑1～2份，pH值調節(jié)劑1～5份，電解質0.1～1份。其中，乙二醇作為本切削液的關鍵成分，能提高切削液中電解質的溶解量，提高電導率和離子含量。本發(fā)明的切削液無毒無異味、不揮發(fā)、不易燃、化學性能穩(wěn)定、無腐蝕性，主要用于硅片等半導體材料的多線切割，具有攜載能力強、分散性好、散熱性好、潤滑性好、易清洗等特點。
【專利說明】[0001] 一種游離磨料電磨削多線切割用切削液

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種切削液，尤其涉及一種半導體的游離磨料電磨削多線切割用切削 液。
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【背景技術】
[0004] 隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴峻，太陽能電池的研究和開發(fā)越來越受到 世界各國的重視。目前，晶硅電池占據了光伏電池90%以上的市場，而硅片的制造成本占晶 硅電池片成本的30%以上。硅片的切割制造技術也不斷革新，多線切割自上世紀90年代開 始發(fā)展起來，已成為當前硅片加工的主流技術。
[0005] 多線切割過程中，切削液的作用非常重要，尤其是在游離磨料多線切割中其作用 更顯突出。一方面它起到潤滑冷卻作用，能減小SiC顆粒對硅片的機械摩擦，使硅片表面與 SiC間的摩擦轉化為潤滑膜分子間的內摩擦，使摩擦副運動平穩(wěn)，提高切削速度，同時摩擦 生熱小，減小了切割損傷、應力和微裂。另一方面，它起到分散切割顆粒作用，吸附在SiC顆 粒表面上產生位壘，使顆粒分散開來，達到分散、懸浮的特性，提高SiC的分散穩(wěn)定能力， 防止顆粒團聚粘結，避免在硅片表面形成短粗的淺劃傷。
[0006] 為了提高切削液的性能、降低切割成本，打破國外對我們的技術封鎖，國內高校和 企業(yè)不斷探索性能優(yōu)異的切削液。河北工業(yè)大學發(fā)明了一種用于硅晶片和其他化合物半導 體材料晶塊的堿性半導體硅材料水基切削液，該切削液具有化學劈裂作用，能與硅發(fā)生化 學反應，使單一的機械作用變?yōu)榫鶆蚍€(wěn)定的化學機械作用，減少了硅片表面損傷，提高切片 效率和成品率。遼寧奧克化學股份有限公司發(fā)明了一種用于硬脆材料加工的水溶性切削 液，具有無污染、金屬雜質含量低、切割出片率高、成品合格率高等優(yōu)點。
[0007] 2010年南京航空航天大學汪煒等人發(fā)明了硅片的磨削/電解復合多線切割加工 方法，該方法能降低宏觀切削力，減少硅片表面損傷層，實現大尺寸超薄硅片的加工。在游 離磨料電磨削多線切割過程中若使用傳統(tǒng)的切削液，切削液電導率低、離子含量少，切割過 程中電化學作用不明顯。本發(fā)明所涉及的切削液電導率較高、離子含量多，尤其適用于這種 硅片的磨削/電解復合多線切割加工方法，同時也適用于傳統(tǒng)的多線切割加工方法。
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【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：現有的游離磨料電磨削多線切割采用的切削液是 傳統(tǒng)的聚乙二醇（PEG)。聚乙二醇的電導率比較低，溶液中離子含量少，微區(qū)鈍化(或腐蝕） 效果不明顯，切割效率提高有限。所以，為了強化切割過程中微區(qū)鈍化(或腐蝕）的效果，進 一步提高切割效率，把電磨削多線切割的優(yōu)異效果實現最優(yōu)化，必須改進其切削液，提高切 削液的電導率和溶液中的離子含量，增強電化學效果。本發(fā)明采用如下技術方案： 一種游離磨料電磨削多線切割用切削液，包括有按質量份數計的如下組分：聚乙二醇 80?90份、乙二醇5?10份、防銹劑1?2份、電解質0. 1?1份。其中，乙二醇是本切 削液中的關鍵成分。因為電解質在乙二醇中的溶解性大大優(yōu)于聚乙二醇，將一定量的電解 質溶于乙二醇，再將乙二醇與聚乙二醇等混合，配比出粘度、pH值等符合要求的切削液。
[0010] 所述的聚乙二醇的分子量優(yōu)選是在200?400之間。
[0011] 所述的電解質優(yōu)選是能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的電解質；更優(yōu)是鈉鹽和鉀 鹽的一種或幾種混合物，因為半導體后續(xù)制作過程中會使用含鈉離子和鉀離子的溶液來清 洗和腐蝕，使用鈉鹽和鉀鹽不會引入新的離子污染，且鈉鹽和鉀鹽反應后的產物易于清洗， 更優(yōu)選是NaCl、KC1、NaN0 3等。
[0012] 優(yōu)選地，所述的切削液中還包括有pH值調節(jié)劑1?5份。更優(yōu)選，pH值調節(jié)劑是 有機堿；再優(yōu)選地，是指三乙醇胺或者二甲基乙醇胺。
[0013] 所述的切削液的電導率彡500 μ s/cm，優(yōu)選為50?80 μ s/cm，因為電導率過高時 在切割過程中當切割線網和斷線檢測棒距離過短時較易引起機器的誤報警。
[0014] 所述的切削液的在室溫（25°C)時pH范圍5?7。
[0015] 所述的切削液的制備方法是：將各原料攪拌均勻，即得。
[0016] 有益效果 (1)本發(fā)明的切削液電導率和溶液中的離子含量較普通切削液高，增強了電化學的微 區(qū)鈍化(或腐蝕）效果，進一步降低宏觀切削力，降低材料去除難度，硅片機械損傷層更薄， 表面完整性好，減少了后續(xù)減薄量，利于后續(xù)制絨。
[0017] (2)本發(fā)明的切削液增強了電化學反應，軟化切割區(qū)域的待加工材料，降低切削 力，減少能耗以及切割所需的切削液和磨粒成本，降低切割過程中的斷絲機率，實現了高效 清潔生產。
[0018] (3)本發(fā)明的切削液生產成本與傳統(tǒng)切削液基本相同，同樣也適用于傳統(tǒng)的多線 切割工藝，應用范圍廣。
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【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供了一種游離磨料電磨削多線切割用切削液，包括有按質量份數計的聚 乙二醇80?90份、乙二醇5?10份、防銹劑1?2份、電解質0. 1?1份。
[0021] 本發(fā)明的技術方案原理如下：傳統(tǒng)硅片切割用切削液主要是聚乙二醇（PEG)，聚 乙二醇的電導率較低5μ s/cm)，溶液中離子含量極少，電化學效果微弱，微區(qū)鈍化(或腐 蝕)強度有限，切割效率的提高不明顯。本發(fā)明通過向切削液中添加微溶于聚乙二醇或溶于 乙二醇的電解質，在切削液的pH值和粘度符合太陽能硅片切割切削液要求的前提下，提高 切削液的電導率和溶液中的離子含量，改善微區(qū)鈍化(或腐蝕）效果，進一步提高切割效率， 將磨削/電解的效果最大化。因為電解質在乙二醇中的溶解性大大優(yōu)于聚乙二醇，添加乙 二醇可以有效地改善電解質在切削液中的溶解性，改善切割加工性能。中性電解質以及在 必要的時候加入pH值調節(jié)劑，可以較好地保持切削液的pH值在合適的范圍內，避免了在切 割過程中硅片發(fā)生較明顯的化學腐蝕以及切削液對設備的腐蝕。
[0022] 配制完成的切削液在室溫（25°C )時其各項指標如下：粘度值要求為45?51mPa. s，電導率彡500 μ s/cm，pH值范圍5?7,水含量彡0· 5%，密度范圍1. 120?1. 130g/cm3。
[0023] 本發(fā)明的切削液無毒無異味、不揮發(fā)、不易燃、化學性能穩(wěn)定、無腐蝕性，主要用于 硅片等半導體材料的多線切割，具有攜載能力強、分散性好、散熱性好、潤滑性好、易清洗等 特點。
[0024] 實施例1 配制游離磨料電磨削多線切割用切削液，其中的具體物質及含量如下：PEG (分子量 200) 900g、乙二醇50g、防銹劑10g、pH值調節(jié)劑(三乙醇胺）10g、NaCl粉末5g。攪拌3小 時得配制完成的切削液，測得其pH=6,粘度值為46 mPa. s (25°C)，電導率為55μ8/αιι。
[0025] 實施例2 配制游離磨料電磨削多線切割用切削液，其中的具體物質及含量如下：PEG (分子量 300) 850g、乙二醇100g、防銹劑15g、pH值調節(jié)劑(二甲基乙醇胺）10g、KCl粉末10g。攪拌 3小時得配制完成的切削液，測得其pH=6,粘度值為47 mPa. s (25°C)，電導率為60μ s/cm。
[0026] 實施例3 配制游離磨料電磨削多線切割用切削液，其中的具體物質及含量如下：PEG (分子量 400) 800g、乙二醇150g、防銹劑15g、pH值調節(jié)劑(三乙醇胺）12g、NaN03粉末15g。攪拌3 小時得配制完成的切削液，測得其pH=6,粘度值為50 mPa. s (25°C)，電導率為65μ s/cm。
[0027] 實施例4 配制游離磨料電磨削多線切割用切削液，其中的具體物質及含量如下：PEG (分子量 200) 900g、乙二醇50g、防銹劑12g、pH值調節(jié)劑(三乙醇胺）10g、CaCl2粉末5g。攪拌3小 時得配制完成的切削液，測得其pH=6,粘度值為45 mPa. s (25°C)，電導率為56μ8/αιι。
[0028] 對照例1 對照例1與實施例1的區(qū)別在于，未加入乙二醇，所加的NaCl未全部溶解，使用時過濾 掉未溶的NaCl粉末。
[0029] 性能試驗 采用專利CN201010141727. 3中公開的游離磨料電磨削多線切割方法對硅片進行線切 割加工。評價游離磨料電磨削多線切割中切削液性能的主要指標包括：切割過程中的電 流大小、加工時間、硅片表面質量。因為進給速度太快較易引起硅片表面線痕甚至斷線，為 減小風險，A組試驗采用傳統(tǒng)切削液所用進給速度（0. 284mm/min)，B組試驗臺速略有提高 (0. 304mm/min)。兩組試驗中其余工藝參數均相同，具體如下。
[0030] 切割線直徑：110ym;SiC磨粒型號：2000# ;硅棒尺寸：8寸；最大進給速度： 0· 284mm/min ;平均線速度：520m/min ;電壓：40V ;切割線張力：15N (左)，17N (右）；砂漿流 量：85L/min ;切割后的硅片的厚度應控制在180 μ m左右。
[0031] 兩組試驗結果如下。
[0032] 表1 :A組試驗結果
【權利要求】
1. 一種游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于，包括有按質量份數計的如下 組分：聚乙二醇80?90份、乙二醇5?10份、防銹劑1?2份、電解質0. 1?1份。
2. 根據權利要求1所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：所述的聚 乙二醇的分子量是在200?400之間。
3. 根據權利要求1所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：所述的電 解質是能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的一種電解質。
4. 根據權利要求3所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：所述的電 解質是鈉鹽、鉀鹽的一種或幾種。
5. 根據權利要求1所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：還包括有 pH值調節(jié)劑1?5份。
6. 根據權利要求5所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：所述的pH 值調節(jié)劑為有機堿。
7. 根據權利要求6所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：所述的有 機堿是三乙醇胺或者二甲基乙醇胺。
8. 根據權利要求1所述的游離磨料電磨削多線切割用切削液，其特征在于：在室溫時， 所述的切削液的pH值范圍為5?7 ;所述的切削液的電導率< 500 μ s/cm ;所述的切削液的 粘度值要求為45?51mPa. s。
【文檔編號】C10M169/04GK104087368SQ201410120486
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】汪煒, 鮑官培, 章愷, 劉正塤, 黃因慧 申請人:南京航空航天大學