CN111979033A

CN111979033A - 一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液

Info

Publication number: CN111979033A
Application number: CN202010892478.5A
Authority: CN
Inventors: 祁有丽
Original assignee: Zhongkefudi Technology Development Co ltd
Current assignee: Zhongkefudi Technology Development Co ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: CN111979033B

Abstract

本发明公开一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液，涉及半导体硬脆材料加工技术领域。本发明公开的用于蓝宝石切割的金刚线切割液是由以下重量百分比的组分组成：去离子水35～55％，水溶性润滑剂10～20％，润湿渗透剂15～20％，水溶性防锈剂5～10％，耦合剂3～6％，碱值保持剂10～15％，络合剂3～5％以及消泡剂0.5～1.5％。本发明提供的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，适用于金刚线多线切割工艺，使用时稀释倍率为20‑30倍，使用过程中具有良好的润滑性，冷却、分散性，清洗性，防锈性以及泡沫稳定性，切片良率达到99％，可以有效降低蓝宝石晶片表面的线痕，TTV值以及崩边情况。

Description

一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液

技术领域

本发明属于半导体硬脆材料加工的技术领域，尤其涉及一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液。

背景技术

蓝宝石由于其高熔点(2050℃)，高硬度(仅次于金刚石)，耐高温，耐摩擦，耐腐蚀，化学稳定性，透光性能好，电绝缘性等一系列优良的理化特性，在LED衬底，窗口片以及国防领域的应用越来越广泛。例如作为生长发光二极管的基材，目前国内的LED灯具所使用的的发光二极管基本上用蓝宝石晶片作为基材。随着人工智能领域在各个领域的不断渗透，蓝宝石作为窗口片的应用也越来越广泛。如手机摄像头，手机屏幕，手表镜面，各种收银装置以及需要透光好，防滑伤的视窗等等。在国防领域方面，蓝宝石晶体是红外军用装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、高能探测和高功率强激光的重要窗口材料。根据统计显示，2015年LED消耗了全球77.23％的蓝宝石产能，其次是手机玻璃、相机镜头、手表等。目前LED衬底材料是蓝宝石的第一大应用领域，未来以智能手机等为代表的消费电子应用是蓝宝石材料的市场潜力所在。

LED芯片作为蓝宝石的第一大应用领域，对蓝宝石行业发展有重要影响。LED材料的生长需要在衬底上制作氮化镓(GaN)基的外延片，这一生长过程主要是在金属有机化学气相沉积外延炉(MOCVD)中完成，常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，蓝宝石材料凭借外延晶格匹配良好、性价比高的优势占据衬底材料绝对主流地位。蓝宝石晶片的质量好坏对氮化镓外延片生长质量以及蓝光二极管性能和成品率有很大影响。高品质LED产品的首选是首先要保证衬底基片的质量。蓝宝石通过切片、倒角、研磨、表面平坦化以及表面处理技术将蓝宝石晶棒加工成所需精度的窗口片、基片等。切片是蓝宝石加工的初步阶段也是对后续晶片质量影响最关键的步骤之一。我国蓝宝石加工起步较晚，切片工艺主要是借鉴半导体硅片的工艺技术，但是两者有本质的区别。由于光伏行业以及超大集成电路行业要求硅片越来越薄，用于切硅的金刚线单位表面积的磨料数远远大于用于切割蓝宝石的金刚线单位面积的磨料数。因此虽然同属于金刚线多线切割范畴，但是两种不同材料的加工参数以及对晶片表面质量完全不同。文献专利中关于硅片切割的报道较多。主要涉及从原来的钢线砂浆切割到金刚线多线切割。但是关于蓝宝石晶片的金刚线切割液的研究论文、专利鲜有报道。

专利CN201810249891.2报道了一种用于切割硅晶片的金刚线切割液，所发明的切割液具有优异的润滑和冷却性；专利CN109370760A报道了一种高润滑高稀释倍率金刚线切割液及其制备，该发明中所提供的金刚线切割液是应光伏行业硅片越来越薄，加工成本越来越低的要求开发的一款高倍数稀释的金刚线冷却液，该类产品是目前硅晶片切割行业的主流产品，拥有优异的冷却性和泡沫抑制能力。专利CN201710345871报道了一种低泡水基金刚线切割液，主要利用低泡聚醚，聚醚改性硅氧烷配方体系，发明了一款低泡的金刚线切割液，以解决硅片切割时，大量的小尺寸硅粉容易团聚，导致大量泡沫聚集且来不及消失，从而导致体系润湿分散性降低，最终导致硅晶片表面出现崩裂，线痕等不良现象。但是，由于硅和蓝宝石的硬度不同，且硅片的要求厚度和蓝宝石片的厚度不同，所用的金刚线的表面磨料大小，数目，以及线的直径各不相同，用于硅片切割的金刚线切割液并不适用于蓝宝石晶片的切割。随着5G的普及以及OLED,microLED技术的发展，我国对蓝宝石晶片的应用越来越广泛，因此对蓝宝石晶片加工技术的要求越来越高。但是，从文献调研以及专利查询的结果来看，国内关于针对蓝宝石切割的金刚线切割液产品的研究鲜有报道，关于蓝宝石金刚线切割液组成对晶片TTV值、BOW值、WARP值的影响研究更是没有。

金刚线切割液是金刚线切割的重要组成部分，应该具有以下性能：(1)润滑性，切割液渗透到金刚线表面和蓝宝石表面，金刚线在高速切割过程中，配方中的润滑剂在相对运动的摩擦副表面起到降低摩擦，减小切割损伤、应力和微裂；(2)润湿分散作用，良好的润湿性有助于提高切割液的冷却效果，可以将高速切割产生的热量通过循环的切割液传递出去，避免造成晶片表面的变形。良好的润湿分散性可以使得切割过程中产生的大量蓝宝石粉末及时分散悬浮在切割液中，防止颗粒聚集导致断线，表面划伤以及泡沫等问题。(3)清洗作用，切割过程中，金刚线表面的磨料会脱落，还有大量的蓝宝石粉体形成，这些细小的颗粒由于表面能较高，容易团聚，从而导致反应晶片表面质量的TTV值、WARP值、BOW值较大，晶片质量达不到要求，切金刚线的磨损较大。清洗性良好的切割液可以随时带走聚集在晶片表面的蓝宝石粉末和脱落的金刚线磨料。(4)防锈作用，机床的主要材料是黑色金属，多线切割过程中大量的切割液不断冲刷机床容易产生腐蚀。切割液的防锈性可以有效防止因为腐蚀而引起的机床加工精度下降，机床寿命缩短。

现有技术中仍然采用切割硅晶片的切割液来加工蓝宝石晶片。实际上，用于切割蓝宝石晶片的金刚线单位面积磨料远远少于用于切硅的金刚线表面的磨料，且蓝宝石晶片的厚度远大于硅晶片的厚度。因此，对于蓝宝石切割来说，需要切割液具有更高的极压润滑性，较低的摩擦系数，以及较好的分散润湿性。本发明旨在提供一种专门用于蓝宝石晶片切割的金刚线切割液，能够满足目前的蓝宝石晶片多线切割的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液，具有优异的润滑、冷却、渗透、清洗以及防锈性能，且金刚线切割液安全环保，物理化学性质稳定，性价比高，替代进口产品，有效降低了企业的加工成本。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液，由以下重量百分比的组分组成：去离子水35～55％、水溶性润滑剂10～20％、润湿渗透剂15～20％、水溶性防锈剂5～10％、耦合剂3～6％、碱值保持剂10～15％、络合剂3～5％和消泡剂0.5～1.5％。

进一步的，所述水溶性润滑剂的分子结构中存在长碳链烷基，即月硅酸聚乙二醇酯、油酸聚乙二醇单酯、油酸聚乙二醇双酯、二聚酸酰胺、二聚酸钾、月硅酸胺盐、蓖麻油酸铵盐、四聚蓖麻油酸铵盐中的一种或几种。

进一步的，所述水溶性防锈剂为葵二酸、新癸酸、三元酸、N-酰胺氨基己酸中的一种或几种。

进一步的，所述润湿渗透剂为EO/PO嵌段聚氧乙烯醚、聚氧乙烯、渗透剂JFC中的一种或者几种。

进一步的，所述耦合剂为二乙二醇单丁醚、C16格尔伯特醇、异丙醇、C6-C8的烷基糖苷表面活性剂、异苯丙磺酸钠中的一种或几种。

进一步得，所述碱保持剂为单乙醇胺、单异丙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺中的一种或者几种。

进一步的，所述络合剂为三聚磷酸钠、焦磷酸钾、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基***)-N,N-四乙酸、甲基甘氨酸二乙酸三钠、EDTA二钠中的一种或者两种以上。

进一步的，所述消泡剂为有机硅改性聚醚酯类、高碳醇类、炔醇类消泡剂中的一种或几种。

本发明取得了以下有益效果：

1、本发明的蓝宝石加工用金刚线切割液，适用于金刚线多线切割工艺，使用时稀释倍率为20-30倍，使用过程中具有良好的润滑性，冷却性，分散性，清洗性，防锈性以及泡沫稳定性。

2、采用本发明的金刚线切割液来加工蓝宝石晶片，使切片良率达到99％，可以有效降低蓝宝石晶片表面的线痕、TTV值以及崩边情况。

3、本发明的蓝宝石加工用金刚线切割液，可以有效延长金刚线的寿命，提高晶片质量，晶片良率从原来的95.24％提高到99.01％，大大降低了企业在蓝宝石晶片加工方面的成本，且为氮化镓的外延生长提供了质量可靠的蓝宝石晶片。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液，由以下重量百分比的组分组成：

去离子水35～55％；

水溶性润滑剂10～20％，

润湿渗透剂15～20％，

水溶性防锈剂5～10％，

耦合剂3～6％，

碱值保持剂10～15％，

络合剂3～5％，

消泡剂0.5～1.5％。

其中，上述水溶性润滑剂的分子结构中存在长碳链烷基，即月硅酸聚乙二醇酯、油酸聚乙二醇单酯、油酸聚乙二醇双酯、二聚酸酰胺、二聚酸钾、月硅酸胺盐、蓖麻油酸铵盐、四聚蓖麻油酸铵盐中的一种或几种；

上述润湿渗透剂为EO/PO嵌段聚氧乙烯醚、聚氧乙烯、渗透剂JFC中的一种或者几种；

上述水溶性防锈剂为葵二酸、新癸酸、三元酸、N-酰胺氨基己酸中的一种或几种；

上述耦合剂为二乙二醇单丁醚、C16格尔伯特醇、异丙醇、C6-C8的烷基糖苷表面活性剂、异苯丙磺酸钠中的一种或几种；

上述碱保持剂为单乙醇胺、单异丙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺中的一种或者几种；

上述络合剂为三聚磷酸钠、焦磷酸钾、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基***)-N,N-四乙酸、甲基甘氨酸二乙酸三钠(MGDA)、EDTA二钠中的一种或者两种以上；

上述消泡剂为有机硅改性聚醚酯类、高碳醇类、炔醇类消泡剂中的一种者几种。

下面结合具体实施例对本发明的用于蓝宝石切割的金刚线切割液予以说明。

实施例1：

开启搪瓷调和釜脉冲搅拌，加入去离子水30公斤，然后依次加入络合剂甲基甘氨酸二乙酸三钠(MGDA)3公斤，碱保持剂三乙醇胺15公斤，二甘醇胺15公斤，水溶性防锈剂十二碳二元酸7公斤，待所加入的醇胺和防锈剂反应完全，体系为透明溶液。再依次加入水溶性润滑剂二聚酸钾20公斤，润湿渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚5公斤，耦合剂C16格尔伯特醇5公斤，聚醚改性硅氧烷消泡剂0.5公斤，搅拌至整个体系透明均匀，检测泡沫、润滑性、摩擦系数、表面张力、渗透性等关键指标，出釜塑料桶包装。实施例1检测数据如表-1。

实施例2

开启搪瓷调和釜脉冲搅拌，加入去离子水40公斤，然后依次加入络合剂EDTA二钠盐3公斤，碱保持剂三乙醇胺12公斤、二甘醇胺12公斤，水溶性防锈剂葵二酸10公斤，待所加入的醇胺和防锈剂反应完全，体系为透明溶液。再依次加入水溶性润滑剂油酸聚乙二醇400双酯15公斤，水溶性渗透剂JFC 4公斤，耦合剂二乙二醇单丁醚3公斤，聚醚改性硅氧烷消泡剂1公斤，搅拌至整个体系透明均匀，检测泡沫、润滑性、摩擦系数、表面张力、渗透性等关键指标，出釜塑料桶包装。实施例2检测数据如表-1所示。

实施例3

开启搪瓷调和釜脉冲搅拌，加入去离子水42公斤，然后依次加入络合剂三聚磷酸钠3公斤、二乙撑三胺五乙酸(DTPA)2公斤，碱保持剂三乙醇胺10公斤，单乙醇胺8公斤，水溶性防锈剂三元酸酸5公斤、正癸酸2公斤，待所加入的醇胺和防锈剂反应完全，体系为透明溶液。再依次加入水溶性润滑剂四聚蓖麻油酸铵盐5公斤、月桂酸聚乙二醇600酯13公斤，水溶性渗透剂EO/PO嵌段聚氧乙烯醚5公斤，耦合剂异苯丙磺酸钠4.5公斤，炔醇消泡剂0.5公斤，搅拌至整个体系透明均匀，检测泡沫、润滑性、摩擦系数、表面张力、渗透性等关键指标，出釜塑料桶包装。实施例3检测数据如表-1所示。

实施例4

开启搪瓷调和釜脉冲搅拌，加入去离子水43公斤，然后依次加入络合剂焦磷酸钾4公斤，乙二醇-双-(B-氨基***)-N,N-四乙酸3公斤,碱保持剂三乙醇胺10公斤，单异丙醇胺10公斤，水性防锈剂N-酰基氨基酸6公斤，待所加入的醇胺和防锈剂反应完全，体系为透明溶液。再依次加入水溶性润滑剂二聚酸酰胺15公斤，C6-C8的烷基糖苷表面活性剂3公斤，耦合剂二乙二醇单丁醚5公斤，聚醚改性硅氧烷消泡剂1公斤，搅拌至整个体系透明均匀，检测泡沫、润滑性、摩擦系数、表面张力、渗透性等关键指标，出釜塑料桶包装。实施例4的检测指标如表-1所示。

实施例5

开启搪瓷调和釜脉冲搅拌，加入去离子水50公斤，然后依次加入络合剂EDTA-2Na5公斤，碱保持剂三乙醇胺12公斤、单乙醇胺8公斤，水溶性防锈剂三元酸5公斤、新葵酸3公斤，待所加入的醇胺和防锈剂反应完全，体系为透明溶液。再依次加入水溶性润滑剂油酸聚乙二醇600单酯5公斤、二聚酸钾5公斤，水溶性渗透剂JFC 3公斤，耦合剂C16格尔伯特醇3公斤，聚醚改性硅氧烷消泡剂1公斤，搅拌至整个体系透明均匀，检测泡沫、润滑性、摩擦系数、表面张力、渗透性等关键指标，出釜塑料桶包装。实施例5的检测指标如表-1所示。

对本发明的蓝宝石金刚线切割液进行关键技术指标检测，实施例1-5与现用本土品牌对应产品对比数据的技术指标如表-1所示。

表-1实施例1-5与对比样各项性能指标

根据表-1中的试验结果，选择上述实施例1、实施例3和实施例5三个具有代表性的门针对蓝宝石金刚线的切割液，性能能够代表本发明涉及的所有配方的切割液。在某蓝宝石加工企业开展切片加工，并与该企业目前所用的进口产品进行对比，结果如表-2所示。

表2本发明金刚线切割液与对比切割液性能检测

从表-2的对比试验结果，可以看出，本发明提供的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，与现用的进口产品相比，存在以下优势：

(1)产品具有优异的润滑性能，有效延长了金刚线的使用寿命，原进口品牌的金刚线切割液切四英寸的蓝宝石晶片，一万米线可以切1111片，即切一片所需要的线的平均长度为9米，而本发明所设计的金刚线切割液一万米可以切到1233片，每片所需要的金刚线平均长度为8.11米。

(2)产品具有较长的使用寿命，所提供的实施例中的切割液循环使用次数可以达到6次，而现用的进口品牌使用5次就要换液体。切割液使用寿命的延长可以有效降低使用量，以及后续废水处理的成本。

(3)本发明所设计的蓝宝石金刚线切割液由于具有良好的润湿分散性，润滑性，与进口产品相比有效提高了晶片的合格率。

本发明可以结合蓝宝石现场的切割工艺以及参数要求，有针对性的搭建配方，赋予产品优异的润滑、冷却、渗透以及清洗性。本发明提供的蓝宝石切割液安全环保，物理化学性质稳定，性价比高，替代进口产品，有效降低了某些企业的加工厂成本。

本发明的配方绿色环保，不含对人体，土壤，水源以及大气具有危害作用的化学品。废切割液可以通过沉淀，过滤除去固体废渣，可以直接排放，符合环保法规要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：去离子水35～55％、水溶性润滑剂10～20％、润湿渗透剂15～20％、水溶性防锈剂5～10％、耦合剂3～6％、碱值保持剂10～15％、络合剂3～5％以及消泡剂0.5～1.5％。

2.根据权利要求1所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述水溶性润滑剂的分子结构中存在长碳链烷基，即月硅酸聚乙二醇酯、油酸聚乙二醇单酯、油酸聚乙二醇双酯、二聚酸酰胺、二聚酸钾、月硅酸胺盐、蓖麻油酸铵盐、四聚蓖麻油酸铵盐中的一种或几种。

3.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述水溶性防锈剂为葵二酸、新癸酸、三元酸、N-酰胺氨基己酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述润湿渗透剂为EO/PO嵌段聚氧乙烯醚、聚氧乙烯、渗透剂JFC中的一种或者几种。

5.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述耦合剂为二乙二醇单丁醚、C16格尔伯特醇、异丙醇、C6-C8的烷基糖苷表面活性剂、异苯丙磺酸钠中的一种或几种。

6.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述碱保持剂为单乙醇胺、单异丙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺中的一种或者几种。

7.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述络合剂为三聚磷酸钠、焦磷酸钾、二乙撑三胺五乙酸、N-羟乙基乙胺三乙酸、乙二醇-双-(B-氨基***)-N,N-四乙酸、甲基甘氨酸二乙酸三钠、EDTA二钠中的一种或者两种以上。

8.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石切割的金刚线切割液，其特征在于，所述消泡剂为有机硅改性聚醚酯类、高碳醇类、炔醇类消泡剂中的一种或者几种。