一种游离磨料电磨削多线切割用切削液的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种游离磨料电磨削多线切割用切削液，属于半导体切割加工领域，主要组成有聚乙二醇、乙二醇、防锈剂、pH值调节剂、能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的电解质，其组成质量份数为：聚乙二醇（分子量200～400）80～90份，乙二醇5～10份，防锈剂1～2份，pH值调节剂1～5份，电解质0.1～1份。其中，乙二醇作为本切削液的关键成分，能提高切削液中电解质的溶解量，提高电导率和离子含量。本发明的切削液无毒无异味、不挥发、不易燃、化学性能稳定、无腐蚀性，主要用于硅片等半导体材料的多线切割，具有携载能力强、分散性好、散热性好、润滑性好、易清洗等特点。
【专利说明】[0001] 一种游离磨料电磨削多线切割用切削液
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种切削液，尤其涉及一种半导体的游离磨料电磨削多线切割用切削 液。
[0003]
【背景技术】
[0004] 随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，太阳能电池的研究和开发越来越受到 世界各国的重视。目前，晶硅电池占据了光伏电池90%以上的市场，而硅片的制造成本占晶 硅电池片成本的30%以上。硅片的切割制造技术也不断革新，多线切割自上世纪90年代开 始发展起来，已成为当前硅片加工的主流技术。
[0005] 多线切割过程中，切削液的作用非常重要，尤其是在游离磨料多线切割中其作用 更显突出。一方面它起到润滑冷却作用，能减小SiC颗粒对硅片的机械摩擦，使硅片表面与 SiC间的摩擦转化为润滑膜分子间的内摩擦，使摩擦副运动平稳，提高切削速度，同时摩擦 生热小，减小了切割损伤、应力和微裂。另一方面，它起到分散切割颗粒作用，吸附在SiC颗 粒表面上产生位垒，使颗粒分散开来，达到分散、悬浮的特性，提高SiC的分散稳定能力， 防止颗粒团聚粘结，避免在硅片表面形成短粗的浅划伤。
[0006] 为了提高切削液的性能、降低切割成本，打破国外对我们的技术封锁，国内高校和 企业不断探索性能优异的切削液。河北工业大学发明了一种用于硅晶片和其他化合物半导 体材料晶块的碱性半导体硅材料水基切削液，该切削液具有化学劈裂作用，能与硅发生化 学反应，使单一的机械作用变为均匀稳定的化学机械作用，减少了硅片表面损伤，提高切片 效率和成品率。辽宁奥克化学股份有限公司发明了一种用于硬脆材料加工的水溶性切削 液，具有无污染、金属杂质含量低、切割出片率高、成品合格率高等优点。
[0007] 2010年南京航空航天大学汪炜等人发明了硅片的磨削/电解复合多线切割加工 方法，该方法能降低宏观切削力，减少硅片表面损伤层，实现大尺寸超薄硅片的加工。在游 离磨料电磨削多线切割过程中若使用传统的切削液，切削液电导率低、离子含量少，切割过 程中电化学作用不明显。本发明所涉及的切削液电导率较高、离子含量多，尤其适用于这种 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法，同时也适用于传统的多线切割加工方法。
[0008]
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是：现有的游离磨料电磨削多线切割采用的切削液是 传统的聚乙二醇（PEG)。聚乙二醇的电导率比较低，溶液中离子含量少，微区钝化(或腐蚀） 效果不明显，切割效率提高有限。所以，为了强化切割过程中微区钝化(或腐蚀）的效果，进 一步提高切割效率，把电磨削多线切割的优异效果实现最优化，必须改进其切削液，提高切 削液的电导率和溶液中的离子含量，增强电化学效果。本发明采用如下技术方案： 一种游离磨料电磨削多线切割用切削液，包括有按质量份数计的如下组分：聚乙二醇 80?90份、乙二醇5?10份、防锈剂1?2份、电解质0. 1?1份。其中，乙二醇是本切 削液中的关键成分。因为电解质在乙二醇中的溶解性大大优于聚乙二醇，将一定量的电解 质溶于乙二醇，再将乙二醇与聚乙二醇等混合，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优选是在200?400之间。
[0011] 所述的电解质优选是能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的电解质；更优是钠盐和钾 盐的一种或几种混合物，因为半导体后续制作过程中会使用含钠离子和钾离子的溶液来清 洗和腐蚀，使用钠盐和钾盐不会引入新的离子污染，且钠盐和钾盐反应后的产物易于清洗， 更优选是NaCl、KC1、NaN0 3等。
[0012] 优选地，所述的切削液中还包括有pH值调节剂1?5份。更优选，pH值调节剂是 有机碱；再优选地，是指三乙醇胺或者二甲基乙醇胺。
[0013] 所述的切削液的电导率彡500 μ s/cm，优选为50?80 μ s/cm，因为电导率过高时 在切割过程中当切割线网和断线检测棒距离过短时较易引起机器的误报警。
[0014] 所述的切削液的在室温（25°C)时pH范围5?7。
[0015] 所述的切削液的制备方法是：将各原料搅拌均匀，即得。
[0016] 有益效果 (1)本发明的切削液电导率和溶液中的离子含量较普通切削液高，增强了电化学的微 区钝化(或腐蚀）效果，进一步降低宏观切削力，降低材料去除难度，硅片机械损伤层更薄， 表面完整性好，减少了后续减薄量，利于后续制绒。
[0017] (2)本发明的切削液增强了电化学反应，软化切割区域的待加工材料，降低切削 力，减少能耗以及切割所需的切削液和磨粒成本，降低切割过程中的断丝机率，实现了高效 清洁生产。
[0018] (3)本发明的切削液生产成本与传统切削液基本相同，同样也适用于传统的多线 切割工艺，应用范围广。
[0019]
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种游离磨料电磨削多线切割用切削液，包括有按质量份数计的聚 乙二醇80?90份、乙二醇5?10份、防锈剂1?2份、电解质0. 1?1份。
[0021] 本发明的技术方案原理如下：传统硅片切割用切削液主要是聚乙二醇（PEG)，聚 乙二醇的电导率较低5μ s/cm)，溶液中离子含量极少，电化学效果微弱，微区钝化(或腐 蚀)强度有限，切割效率的提高不明显。本发明通过向切削液中添加微溶于聚乙二醇或溶于 乙二醇的电解质，在切削液的pH值和粘度符合太阳能硅片切割切削液要求的前提下，提高 切削液的电导率和溶液中的离子含量，改善微区钝化(或腐蚀）效果，进一步提高切割效率， 将磨削/电解的效果最大化。因为电解质在乙二醇中的溶解性大大优于聚乙二醇，添加乙 二醇可以有效地改善电解质在切削液中的溶解性，改善切割加工性能。中性电解质以及在 必要的时候加入pH值调节剂，可以较好地保持切削液的pH值在合适的范围内，避免了在切 割过程中硅片发生较明显的化学腐蚀以及切削液对设备的腐蚀。
[0022] 配制完成的切削液在室温（25°C )时其各项指标如下：粘度值要求为45?51mPa. s，电导率彡500 μ s/cm，pH值范围5?7,水含量彡0· 5%，密度范围1. 120?1. 130g/cm3。
[0023] 本发明的切削液无毒无异味、不挥发、不易燃、化学性能稳定、无腐蚀性，主要用于 硅片等半导体材料的多线切割，具有携载能力强、分散性好、散热性好、润滑性好、易清洗等 特点。
[0024] 实施例1 配制游离磨料电磨削多线切割用切削液，其中的具体物质及含量如下：PEG (分子量 200) 900g、乙二醇50g、防锈剂10g、pH值调节剂(三乙醇胺）10g、NaCl粉末5g。搅拌3小 时得配制完成的切削液，测得其pH=6,粘度值为46 mPa. s (25°C)，电导率为55μ8/αιι。
[0025] 实施例2 配制游离磨料电磨削多线切割用切削液，其中的具体物质及含量如下：PEG (分子量 300) 850g、乙二醇100g、防锈剂15g、pH值调节剂(二甲基乙醇胺）10g、KCl粉末10g。搅拌 3小时得配制完成的切削液，测得其pH=6,粘度值为47 mPa. s (25°C)，电导率为60μ s/cm。
[0026] 实施例3 配制游离磨料电磨削多线切割用切削液，其中的具体物质及含量如下：PEG (分子量 400) 800g、乙二醇150g、防锈剂15g、pH值调节剂(三乙醇胺）12g、NaN03粉末15g。搅拌3 小时得配制完成的切削液，测得其pH=6,粘度值为50 mPa. s (25°C)，电导率为65μ s/cm。
[0027] 实施例4 配制游离磨料电磨削多线切割用切削液，其中的具体物质及含量如下：PEG (分子量 200) 900g、乙二醇50g、防锈剂12g、pH值调节剂(三乙醇胺）10g、CaCl2粉末5g。搅拌3小 时得配制完成的切削液，测得其pH=6,粘度值为45 mPa. s (25°C)，电导率为56μ8/αιι。
[0028] 对照例1 对照例1与实施例1的区别在于，未加入乙二醇，所加的NaCl未全部溶解，使用时过滤 掉未溶的NaCl粉末。
[0029] 性能试验 采用专利CN201010141727. 3中公开的游离磨料电磨削多线切割方法对硅片进行线切 割加工。评价游离磨料电磨削多线切割中切削液性能的主要指标包括：切割过程中的电 流大小、加工时间、硅片表面质量。因为进给速度太快较易引起硅片表面线痕甚至断线，为 减小风险，A组试验采用传统切削液所用进给速度（0. 284mm/min)，B组试验台速略有提高 (0. 304mm/min)。两组试验中其余工艺参数均相同，具体如下。
[0030] 切割线直径：110ym;SiC磨粒型号：2000# ;硅棒尺寸：8寸；最大进给速度： 0· 284mm/min ;平均线速度：520m/min ;电压：40V ;切割线张力：15N (左)，17N (右）；砂浆流 量：85L/min ;切割后的硅片的厚度应控制在180 μ m左右。
[0031] 两组试验结果如下。
[0032] 表1 :A组试验结果
【权利要求】
1. 一种游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于，包括有按质量份数计的如下 组分：聚乙二醇80?90份、乙二醇5?10份、防锈剂1?2份、电解质0. 1?1份。
2. 根据权利要求1所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：所述的聚 乙二醇的分子量是在200?400之间。
3. 根据权利要求1所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：所述的电 解质是能微溶于聚乙二醇或溶于乙二醇的一种电解质。
4. 根据权利要求3所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：所述的电 解质是钠盐、钾盐的一种或几种。
5. 根据权利要求1所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：还包括有 pH值调节剂1?5份。
6. 根据权利要求5所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：所述的pH 值调节剂为有机碱。
7. 根据权利要求6所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：所述的有 机碱是三乙醇胺或者二甲基乙醇胺。
8. 根据权利要求1所述的游离磨料电磨削多线切割用切削液，其特征在于：在室温时， 所述的切削液的pH值范围为5?7 ;所述的切削液的电导率< 500 μ s/cm ;所述的切削液的 粘度值要求为45?51mPa. s。
【文档编号】C10M169/04GK104087368SQ201410120486
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】汪炜, 鲍官培, 章恺, 刘正埙, 黄因慧 申请人:南京航空航天大学