用于切削硬脆材料的加工组成物及切削组成物

技术领域

本发明涉及一种用于切削硬脆材料的加工组成物及切削组成物，特别是 涉及一种包含六方氮化硼的加工组成物及切削组成物。

背景技术

线锯切割技术为目前较为广泛被应用于硅晶棒切割的方法，主要可分为 游离磨粒方式及固定磨粒方式。该固定磨粒方式是将研磨粒子(如钻石磨粒或 碳化硅磨粒)固定于钢丝上形成切割工具，再搭配加工组成物进行硅晶棒的切 割处理，而该游离磨粒方式则是以线锯为切割工具，再搭配含有研磨粒子及 上述加工组成物的切削组成物进行硅晶棒的切割处理。不论是采用游离磨粒 方式或固定磨粒方式，皆会造成硅晶片表面损伤、附着沉积物且表面粗糙等 不良的问题，继而影响后续使用的效能、使用期限与可靠度等。因此，经切 割后的硅晶片品质的改善除有赖切割装置提升外，加工组成物或切削组成物 的性能更是影响切削品质的重点。

目前加工组成物或切削组成物的性能要求多是朝向减少硅晶片表面损 伤、降低表面粗糙度以及提高附着沉淀物的移除率等方向研究，来提高生产 效益及切削品质。然而，除了上述需等待解决的问题之外，本案发明人于线 锯切割过程中发现硅晶棒经切割后，若彼此靠拢排列的硅晶片搁置太久而干 燥后，所述硅晶片彼此间不易剥离，且剥离后表面容易产生破坏、损伤、裂 痕等表面品质不良的问题，甚至在剥离时易发生破裂情况，导致产能及良率 降低。对于本领域技术人员而言，使用上极为不便，且若后段制程处于产能 满载时，更不利于前段制程的生产；此时，本领域技术人员需购置数个含有 加工组成物或切削组成物的储存槽，将该彼此靠拢排列的硅晶片浸泡于该储 存槽中，以防止所述硅晶片干燥后导致不易剥离的问题。此做法不但增加本 领域技术人员的成本，更需多一道处理步骤，反而降低了本领域技术人员的 使用效益。

再者，本案发明人因应目前薄型化的发展与绿能需求大幅上升，对硅晶 片的厚度要求会越来越薄，而会有易脆的特性，若所述硅晶片彼此间不易剥 离的问题无法解决，则将造成产能及良率的损失，使得制作成本提高。所以 本案发明人有鉴于此问题，发展出一种具有使硅晶片彼此易剥离且不易沾粘 的效果的加工组成物或切削组成物，以符合业界的需求。

发明内容

本发明的第一目的是在提供一种用于切削硬脆材料的加工组成物，适用 于线锯切割技术中，能使切削硬脆材料后所形成的硬脆片彼此间易剥离。

于是，本发明用于切削硬脆材料的加工组成物包含六方氮化硼、溶剂组 分及表面活性剂，其中，以该溶剂组分的总量为100重量份计，该六方氮化 硼的含量范围为0.01重量份～10重量份，但不等于0.01重量份。

本发明的第二目的是在提供一种用于切削硬脆材料的切削组成物，适用 于线锯切割技术中，能使切削硬脆材料后所形成的硬脆片彼此间易剥离。

于是，本发明用于切削硬脆材料的切削组成物包含如上所述的加工组成 物及多数个研磨粒子。

本发明的第三目的是在提供一种高良率且可降低硬脆材料切割制程成本 的切削硬脆材料的方法。

本发明切削硬脆材料的方法是使硬脆材料与如上所述的加工组成物接 触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多数具有切削面的硬脆片。该加工 组成物会使得所述硬脆片彼此易剥离且不易沾粘，及耐高温。

本发明的第四目的是在提供一种高良率且可降低硬脆材料切割制程成本 的切削硬脆材料的方法。

本发明切削硬脆材料的方法是使硬脆材料与如上所述的切削组成物接 触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多数具有切削面的硬脆片。该切削 组成物会使得所述硬脆片彼此易剥离且不易沾粘，及耐高温。

本发明的有益效果在于：透过六方氮化硼、溶剂组分及表面活性剂的使 用，不但具有耐高温、优良润滑性、抛光效果、增加切削效益等，且切削成 多数具有切削面的硬脆片后，该加工组成物会使得所述硬脆片彼此易剥离且 不易沾粘；同时使得所述硬脆片不会因彼此剥离时产生的摩擦，造成所述硬 脆片表面的损坏；或者，使得所述硬脆片不会因切削时产生的吸附力，造成 所述硬脆片剥离时易破裂，而有效地提高良率。

具体实施方式

本发明用于切削硬脆材料的加工组成物包含六方氮化硼、溶剂组分及表 面活性剂，其中，以该溶剂组分的总量为100重量份计，该六方氮化硼的含 量范围为0.01重量份～10重量份，但不等于0.01重量份。

当该六方氮化硼的含量高于10重量份时，将致使该六方氮化硼的分散不 佳而易沉淀；当该六方氮化硼的含量不大于0.01重量份时，则会造成该切削 成多数具有切削面的硬脆片彼此间不易剥离。优选地，以该溶剂组分的总量 为100重量份计，该六方氮化硼的含量范围为0.02重量份～0.102重量份。

该溶剂组分具有润滑效果，可减少切割工具与硬脆材料间的摩擦。优选 地，该溶剂组分是选自于多元醇类、水，或它们的组合。优选地，该多元醇 类是选自于C₁～C₁₀的烷基多元醇、C₁～C₁₀的烷基多元醇的聚合物，或它们 的组合；更优选地，该多元醇类是选自于具有2至6个羟基(OH)的C₁～C₁₀的烷基多元醇、其聚合物，或这些的组合。该C₁～C₁₀的烷基多元醇包含但不 限于乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、 戊二醇、己二醇、癸二醇、丙三醇、二丙三醇、己三醇、癸三醇、季戊四醇 等。该C₁～C₁₀的烷基多元醇的聚合物包含但不限于聚乙二醇、聚丙二醇等。

该溶剂组分中水的添加，可使得该加工组成物及切削组成物于切削时， 降低切割工具与硬脆材料间产生的温度，达到冷却效果，避免因热膨胀与磨 耗造成的精度变化，达到较佳的切削效益。此外，本发明加工组成物或切削 组成物中的各成份与水具有很好的相容性；以水做为溶媒，更可降低成本。 优选地，该溶剂组分为多元醇类与水的组合，以该多元醇类的总量为100重 量份计，该水的含量范围为5重量份～1,000重量份。本发明的具体实施方 案中，该溶剂组分是水、二乙二醇、丙二醇及聚乙二醇(中日合成公司制造， 型号PEG-200～600)。

该表面活性剂具有湿润、乳化及分散的效果，进而提升该加工组成物应 用于线锯切割技术的切削效益，并能使该六方氮化硼均匀地分散在该加工组 成物中。优选地，该表面活性剂是选自于非离子型表面活性剂、阴离子型表 面活性剂，或它们的组合。

优选地，该非离子型表面活性剂是选自于聚乙二醇(polyethylene glycols， 简称PEG)类化合物、聚丙二醇(polypropylene glycols，简称PPG)类化合物、 聚氧乙烯-聚氧丙烯类共聚合物、聚氧乙烯醚类化合物，或它们的组合。优选 地，该聚氧乙烯醚类化合物是选自于烷基酚聚氧乙烯醚(alkylphenol  ethoxylates，简称APE)化合物、直链状脂肪醇聚氧乙烯醚(polyethoxylated  aliphatic linear alcohol，简称AE)化合物、聚氧乙烯醚(polyethoxylated glycols) 化合物，或它们的组合。优选地，该聚乙二醇类化合物中的氧化乙烯(ethylene  oxide)重复单元数目为1～20。优选地，该聚丙二醇类化合物中的氧化丙烯 (propylene oxide)重复单元数目为1～15。优选地，该聚氧乙烯-聚氧丙烯类共 聚合物中的氧化乙烯重复单元数目为1～20、氧化丙烯重复单元数目为1～ 15，或它们的组合。

优选地，该阴离子表面活性剂是选自于烷基磷酸酯盐类化合物、烷基硫 酸酯盐类(alkyl sulfate)化合物、烷基芳基硫酸酯盐类(alkyl aryl sulfate)化合物、 烷基聚氧乙烯醚硫酸酯盐类(alkyl polyoxyethylene ether sulfate)化合物、烷基 聚醚硫酸酯盐类(alkyl polyether sulfate)化合物、烷基磺酸酯盐类(alkyl  sulfonates)化合物、烷基芳基磺酸酯盐类(alkyl aryl sulfonate)化合物，或它们 的组合。更优选地，该阴离子表面活性剂是选自于C₁～C₂₀的烷基磷酸酯盐类 化合物、C₁～C₂₀的烷基硫酸酯盐类化合物、C₁～C₂₀的烷基芳基硫酸酯盐类 化合物、C₁～C₂₀的烷基聚氧乙烯醚硫酸酯盐类化合物、C₁～C₂₀的烷基聚醚 硫酸酯盐类化合物、C₁～C₂₀的烷基磺酸酯盐类化合物、C₁～C₂₀的烷基芳基 磺酸酯盐类化合物，或它们的组合。

本发明的具体实施方案中，该阴离子型表面活性剂是烷基磷酸酯盐化合 物(日华公司制造，型号SW-923)、烷基磺酸酯盐化合物(型号SAS-60)，及烷 基芳基磺酸酯盐化合物(中日公司制造，型号SINOPOL 263)。

优选地，以该溶剂组分的总量为100重量份计，该表面活性剂的含量范 围为0.01重量份～10重量份；更优选地，该表面活性剂的含量范围为0.2重 量份～2重量份。

本发明用于切削硬脆材料的切削组成物包含如上所述的加工组成物及多 数个研磨粒子。

优选地，所述研磨粒子是选自于碳化硅、立方氮化硼、氧化铝、氧化锆、 二氧化硅、二氧化铯、钻石，或它们的组合。

优选地，以该加工组成物的总量为100重量份计，所述研磨粒子的总量 范围为50重量份～200重量份；更优选地，所述研磨粒子的总量范围为50 重量份～150重量份。

虽然发明人目前无法确定该加工组成物及切削组成物可使所述硬脆片易 剥离的原因，但发明人推测可能是因该加工组成物及切削组成物中的六方氮 化硼为六方晶系晶格且具有主滑移面(0001)，当该六方氮化硼介于所述硬脆片 间，能降低剥离时所需剪切应力，使得所述硬脆片彼此间能轻易剥离且不易 沾粘。

本发明的加工组成物及切削组成物除了使得所述硬脆片彼此间能轻易剥 离且不易沾粘外，也可使得切割工具与硬脆材料间产生润滑效果，降低切割 工具与硬脆材料间的摩擦并减小切削阻力，以降低生产成本及提高良率。且 本发明的加工组成物及切削组成物无毒、无害、易溶于水、挥发性小、生物 降解性高等。再者，使用本发明的加工组成物及切削组成物，能使该切割后 形成的硬脆片不需立即进行剥离，即使静置一段时间，或甚至所述硬脆片已 干燥，所述硬脆片彼此间也能轻易剥离。且即使后段制程处于产能满载时， 本领域技术人员也不需购置储存槽，更无需多一道将所述硬脆片浸泡于该储 存槽中的步骤；对于本领域技术人员而言，本发明的加工组成物及切削组成 物于使用上极为方便，而提高了本领域技术人员的效益。

在不影响本发明功效的范围，本发明的加工组成物及切削组成物进一步 地还可包含添加剂。该添加剂包含但不限于防锈剂(如三乙醇胺)、螯合剂(如 苯二甲酸盐)、润滑剂(如辛酸)等。优选地，以该溶剂组分的总量为100重量 份计，该添加剂的含量范围为0.01重量份～10重量份；更优选地，该添加剂 的含量范围为0.2重量份～2重量份。

本发明的加工组成物及切削组成物的制备方式并无特别的限制，可采用 一般的混合方法，如将六方氮化硼、多元醇类及表面活性剂混合搅拌均匀， 即可形成加工组成物，接着，再将该加工组成物加入研磨粒子，并持续搅拌 至均匀，即可形成切削组成物。

本发明切削硬脆材料的方法是使硬脆材料与如上所述的加工组成物接 触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多数具有切削面的硬脆片。该加工 组成物会使得所述硬脆片彼此相间能轻易剥离且不易沾黏。

该切削装置为本技术领域者所公知，因此不再赘述。

优选地，该硬脆材料是选自于单晶硅、多晶硅、蓝宝石、陶瓷、玻璃， 或它们的组合。

本发明切削硬脆材料的方法是使硬脆材料与如上所述的切削组成物接 触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多数具有切削面的硬脆片。该切削 组成物会使得所述硬脆片彼此间能轻易剥离且不易沾粘。

本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为 例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。

＜实施例＞加工组成物的制备

[实施例1]

称取0.02重量份的六方氮化硼、2.033重量份的二乙二醇、77.64重量份 的丙二醇、5.082重量份的聚乙二醇(型号PEG-600)、1.016重量份的SINOPOL 263、0.102重量份的SW-923、0.102重量份的SAS-60、0.203重量份的三乙 醇胺、0.02重量份的苯二甲酸盐、0.183重量份的辛酸及15.25重量份的水于 室温下搅拌混合，即获得加工组成物。

[实施例2～5及比较例1～2]

实施例2～5及比较例1～2是以与实施例1相同的步骤来制备该加工组 成物，不同的地方在于：改变六方氮化硼、溶剂组分、表面活性剂及添加剂 的种类及含量，如表1所示。将所述加工组成物进行各检测项目评价，所得 结果如表1所示。

检测项目

1.剥离性测试

为了能详细说明该剥离性检测的方式，以下是以实施例1的加工组成物 作为实施方式的说明。实施例2、3及5及比较例1～2的加工组成物是以与 实施例1相同的步骤来进行检测，而实施例4的加工组成物中不添加碳化硅 (SiC)。将实施例1的加工组成物与GC#1000的碳化硅以等重量的比例混合， 形成切削组成物。搅拌均匀后，先将一片6英寸太阳能硅晶片浸入该切削组 成物中，再继续放入另一片6英寸太阳能硅晶片于该切削组成物中，将两片 多晶片重叠，并于该切削组成物中放置5分钟，然后取出，置于室温下干燥 24小时。接着，利用双手将所述硅晶片剥离，观察其剥离状况。其评估方式 为：

O：可以轻易剥离；

Δ：需要花点力气剥离；

X：无法剥离。

2.分散性测试

将实施例1～3及5及比较例1～2的加工组成物分别与GC#1000的碳化 硅(SiC)以等重量的比例混合，形成六组切削组成物，而实施例4的加工组成 物不添加GC#1000的碳化硅(SiC)。分别取10克上述的组成物置于15mL具 有刻度的试管中，放置4小时后会逐渐有分层及沉降现象，观察分层的溶液 状态来验证分散好坏，并利用试管的体积量化分散情形。该分层的溶液会形 成透明层及混浊层，当透明层体积越小，表示该组成物分散性佳。其评估方 式为：

O：试管内透明层占1mL内；

Δ：试管内透明层占1～2mL内；及

X：试管内透明层占>2mL。

表1

由表1的实施例1～5的测试结果可知，当该加工组成物应用于切削硬脆 材料中，能让所述硅晶片彼此间易剥离，且该六方氮化硼的含量不需太多(≦ 0.102重量份)，即可使该加工组成物达到具有较佳使所述硅晶片彼此间易剥 离且不易沾粘的效果；且在该剥离性测试中，将所述硅晶片干燥24小时，仍 具有较佳的剥离且不易沾粘的效果，表示所述硅晶片不需立即剥离，对于业 界于制程上流程的调整，有极佳的实用性。反观比较例1在无添加六方氮化 硼(0重量份)，或比较例2添加少量六方氮化硼(0.01重量份)时，该加工组成 物的剥离效果皆不佳。

综上所述，通过含有六方氮化硼、多元醇类及表面活性剂的加工组成物， 且该六方氮化硼的含量调控在0.01重量份～10重量份，但不等于0.01重量 份，使得该硬脆材料切削成多数具有切削面的硬脆片后，该加工组成物会使 得所述硬脆片彼此间能轻易剥离且不易沾粘，所以确实能达成本发明的目的。