一种金刚石悬浮液及其制备方法

技术领域

本发明涉及线切割液技术领域，尤其涉及一种金刚石悬浮液及其制备方法。

背景技术

多线切割是一种常见的通过数控切割机床切割材料的方式。以碳化硅材料为例，通过多线切割可使硬度高且密度高的碳化硅被切割为满足物理参数要求的材料。

目前多线切割所使用的切割液均为油性基底，多见于油基底的金刚石悬浮液作为切割液。例如植物油为基底的金刚石悬浮液、或者矿物油为基底的金刚石悬浮液。这是因为油性基底可在切割过程中同时起到粘结和润滑的作用。具体表现为：一方面，油性基底的粘结作用可使切割液中的金刚石微粉相对均匀地附着于金属线上，确保线锯切割力均匀，有防止断线的作用。另一方面，油性基底的润滑作用可使金刚石微粉在切割面移动通顺以保证切割面平整。然而在切割过程中，切割产生了碳化硅微粉，以及在高速剪切力的作用下切割液的悬浮体系容易受到破坏，这又进一步导致附着于金属线上的一部分金刚石微粉沉降。如此使得线切割过程中容易形成油性沉淀，进而导致线切割液的使用寿命下降。因此，当前亟需一种高使用寿命的金刚石悬浮液。

发明内容

本发明提供了一种金刚石悬浮液及其制备方法，用以解决当前金刚石悬浮液容易生成油性沉淀所导致的使用寿命低的问题。

第一方面、本申请实施例提供一种金刚石悬浮液，包括悬浮体系和分散于所述悬浮体系中的金刚石颗粒；其中，所述金刚石颗粒的粒径为3-12μm，

所述悬浮体系包括分子式为C

一种可能的实施方式，所述金刚石悬浮液的酸碱度为5.8-6.2。

一种可能的实施方式，以所述悬浮体系为基准计，所述醇的质量百分比为70％-90％，所述烷烃的质量百分比为5％-20％。

一种可能的实施方式，所述悬浮体系包括悬浮剂、分散剂、表面活性剂；其中，

以所述悬浮体系为基准计，所述悬浮剂的质量百分比为5％-8％，所述分散剂的质量百分比为1％-3％，所述表面活性剂的质量百分比为0.5％-2％。

一种可能的实施方式，所述分散剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇和聚异丁烯中的至少一种。

一种可能的实施方式，所述表面活性剂包括α萘酚聚氧乙烯醚和/或聚丙烯酸钠。

一种可能的实施方式，所述悬浮剂包括蒙脱石(Na,Ca)

一种可能的实施方式，所述悬浮体系包括PH调节剂；其中，以所述悬浮体系为基准计，所述PH调节剂的质量百分比为0.3％-0.8％。

一种可能的实施方式，所述PH调节剂包括酸性调节剂和/或碱性调节剂；其中，

所述酸性调节剂包括硝酸溶液、盐酸溶液和草酸溶液中的至少一种；

所述碱性调节剂包括乙二胺溶液、四甲基氢氧化铵溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的至少一种。

第二方面、本申请实施例提供一种制备第一方面及任一种可能的实施方式所述金刚石悬浮液的方法，包括：

基于预设比例混合悬浮体系的组分，得到所述悬浮体系；其中，所述悬浮体系的组分包括分子式为C

向所述悬浮体系加入金刚石颗粒，并超声，得到所述金刚石悬浮液；其中，所述金刚石颗粒的粒径为3-12μm。

一种可能的实施方式，所述向所述悬浮体系加入金刚石颗粒，并超声之后，还包括：

确定含所述金刚石颗粒的所述悬浮体系的酸碱度是否位于5.8-6.2；若否，则通过PH调节剂调节，以使加入PH调节剂后的含所述金刚石颗粒的所述悬浮体系的酸碱度为5.8-6.2。

一种可能的实施方式，所述向所述悬浮体系加入金刚石颗粒之前，还包括：

确定所述悬浮体系的酸碱度是否位于5.8-6.2；若否，则通过PH调节剂调节，以使加入PH调节剂的所述悬浮体系的酸碱度为5.8-6.2。

一种可能的实施方式，所述PH调节剂包括酸性调节剂和/或碱性调节剂；其中，

所述酸性调节剂包括硝酸溶液、盐酸溶液和草酸溶液中的至少一种；

所述碱性调节剂包括乙二胺溶液、四甲基氢氧化铵溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的至少一种。

本发明实施例中所提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

首先，本申请实施例所提供的金刚石悬浮液中，通过一种或多种醇和与醇密度差异明显的烷烃形成悬浮体系，避免当前油性基底不稳定容易在切割过程中与材料粉末(例如碳化硅粉末)等形成油性沉淀所导致的金刚石悬浮液使用寿命不足的问题，另外由于降低衬底形成沉淀的概率，利于保证切割力持续稳定，从而缩短切割时间。

并且，因醇易溶于水，所以基于本申请实施例所提供的金刚石悬浮液制得的晶圆更易于清洗，且清洗废液的处理难度也得到有效降低。

其次，该金刚石悬浮液中，悬浮体系中的悬浮剂、分散剂、表面活性剂可提升金刚石颗粒在悬浮体系的分散效果，促使金刚石颗粒相对均匀地分散于悬浮体系的同时，附着于金属线上，从而保障了该金刚石悬浮液用于多线切割时的切割效果。

尤其是，分散剂为聚乙烯醇，和/或，表面活性剂为α-萘酚聚氧乙烯醚，因二者具备较长分子链，所以可通过乳化作用进一步提升金刚石颗粒在悬浮体系中分散的均匀性。

复次，本申请实施例提供的金刚石悬浮液的酸碱度为5.8-6.2之间时，因弱酸性的PH值(5.8-6.2)可在切割过程对切割面形成适宜程度的腐蚀，从而在材料表面(碳化硅表面)形成较薄的软化层，从而能够与机械切割配合，提升切割效率。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种金刚石颗粒的SEM图；

图2为本申请实施例提供的一种制备金刚石悬浮液的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种制备金刚石悬浮液的方法的示意图。

具体实施方式

针对当前作为线切割液的金刚石悬浮液在多线切割过程中，容易生成油性沉淀所导致的金刚石悬浮液使用寿命不足的问题，本申请实施例提供一种高使用寿命的金刚石悬浮液：通过悬浮体系中醇C

以下针对本申请实施例所提供的一种金刚石悬浮液及其制备方法进行详细说明。需要说明的是，以下描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，均属于本发明保护的范围。

本发明提供一种金刚石悬浮液，该金刚石悬浮液包括悬浮体系和分散于悬浮体系中的金刚石颗粒。

该金刚石颗粒为单晶颗粒，金刚石颗粒的粒径为3-12μm，因而呈现为粉末状。金刚石颗粒的浓度可以为100-300g/L。此处金刚石颗粒的浓度指金刚石的质量与前述悬浮体系的体积之间的比值。

该悬浮体系包括分子式为C

优选地，x为2、3或4，即为乙二醇C

烷烃C

上述金刚石颗粒为不规则多面体。也即，在其表面上有棱角突出，请参考图1。

在一些实施例中，该金刚石颗粒为高温下强酸刻蚀得到的菱角相对均匀分布的颗粒。

其中，高温温度可以为120℃左右，例如为115-125℃。强酸可以为浓硫酸。

进一步地，该金刚石悬浮液的酸碱度为5.8-6.2。该弱酸性的金刚石悬浮液中的氢离子H

进一步地，以悬浮体系为基准计，醇C

该“以悬浮体系为基准计”表示，以基于悬浮体系的总质量的质量百分比计。也即，以悬浮体系的基于悬浮体系的总质量的质量百分比计，醇C

在一些实施例中，以悬浮体系为基准计，醇的质量百分比、烷烃的质量百分比之和为1。

进一步地，前述金刚悬浮液中的悬浮体系还可包括悬浮剂、分散剂和表面活性剂。

其中，以悬浮体系为基准计，悬浮剂的质量百分比为5％-8％，以提升金刚石颗粒在悬浮体系中的悬浮效果；

分散剂的质量百分比为1％-3％，以在分散剂的作用下为金刚石颗粒表面增加一层带电薄膜，从而起到分散金刚石颗粒的效果；

表面活性剂的质量百分比为0.5％-2％，以通过包覆于金刚石颗粒的表面后形成的电荷相斥得到几乎不含沉淀、高固含量且低粘度的金刚石悬浮液。

在一些实施例中，以悬浮体系为基准计，醇的质量百分比、烷烃的质量百分比、悬浮剂的质量百分比、分散剂的质量百分比、表面活性剂的质量百分比之和为1。

上述分散剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇和聚异丁烯中的至少一种。

上述表面活性剂包括α萘酚聚氧乙烯醚和/或聚丙烯酸钠。

优选地，为使金刚石颗粒能更为均匀地分散于悬浮体系中，分散剂至少包括聚乙烯醇。和/或；表面活性剂至少包括α萘酚聚氧乙烯醚。这是由于经过超声处理的聚乙烯醇和α萘酚聚氧乙烯醚各自均能在液相中形成胶体，以将非极性或弱极性的有机物(或微颗粒)分散到体系中，从而起到乳化的作用。

上述悬浮剂包括蒙脱石(Na,Ca)

该蒙脱石可通过膨润土引入。并且为了去除其中的杂质，得到纯度更高的蒙脱石，在一些实施例中，可直接将酸洗和/或加热预处理后的膨润土作为蒙脱石加入。

进一步地，上述悬浮体系还可包括用于调节金刚石悬浮液酸碱度的PH调节剂。

其中，以悬浮体系为基准计，所述PH调节剂的质量百分比为0.3％-0.8％。

该PH调节剂包括酸性调节剂和/或碱性调节剂。

其中，酸性调节剂包括硝酸溶液、盐酸溶液和草酸溶液中的至少一种。所碱性调节剂包括乙二胺溶液、四甲基氢氧化铵溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的至少一种。

在一些实施例中，以悬浮体系为基准计，醇的质量百分比、烷烃的质量百分比、悬浮剂的质量百分比、分散剂的质量百分比、表面活性剂的质量百分比、及PH调节剂的质量百分比之和为1。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种制备前述金刚石悬浮液的方法，该方法至少包括以下实施步骤，请参考图2。

步骤201：基于预设比例混合悬浮体系的组分，得到悬浮体系。

其中，悬浮体系的组分包括分子式为C

也即，悬浮体系中包括一种或多种上述醇，及一种或多种上述烷烃。

在一些实施例中，以悬浮体系为基准计，醇C

进一步地，悬浮体系的组分还可包括悬浮剂、分散剂、表面活性剂。

其中，以悬浮体系为基准计，悬浮剂的质量百分比为5％-8％，分散剂的质量百分比为1％-3％，表面活性剂的质量百分比为0.5％-2％。

分散剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇和聚异丁烯中的至少一种。

表面活性剂包括α萘酚聚氧乙烯醚和/或聚丙烯酸钠。

悬浮剂包括蒙脱石(Na,Ca)

上述混合的方式包括但不限于搅拌和/或震荡。

步骤202：向前述悬浮体系中加入金刚石颗粒，并超声，得到金刚石悬浮液。

其中，金刚石颗粒的粒径为3-12μm。

金刚石颗粒的加入量根据预设的金刚石颗粒的浓度(100-300g/L)确定，该金刚石颗粒的浓度指金刚石的质量与前述悬浮体系的体积之间的比值。

此外，该金刚石颗粒可以为高温下强酸刻蚀得到的菱角相对均匀分布的颗粒。其中，高温温度可以为120℃左右，例如为115-125℃。强酸可以为浓硫酸。

具体地，为了避免一次性将所有金刚石颗粒加入时，颗粒来不及在悬浮体系中分散导致团聚的问题，可将金刚石颗粒缓慢加入并搅拌。例如可分为多次加入悬浮体系。

然后，将加入金刚石颗粒的悬浮体系置于超声设备中进行超声，超声时间例如可以为2小时，以使悬浮体系乳化的同时，金刚石颗粒更为均匀地分散于悬浮体系中。

进一步地，为了避免金刚石悬浮液的酸碱度过高或过低，影响切割效率，可使金刚石悬浮液的酸碱度位于5.8-6.2，从而使切割过程中，晶体材料切割界面形成较薄软化层，配合机械切割更进一步提升切割效率。

具体地，可在向悬浮体系加入金刚石颗粒，并超声之后，且在得到金刚石悬浮液之前，确定该经过超声的悬浮体系，即含金刚石颗粒的悬浮体系的酸碱度是否位于5.8-6.2。

若否，则先使用相应的PH调节剂调节含金刚石颗粒的悬浮体系的酸碱度，以使加入PH调节剂后的含金刚石颗粒的悬浮体系的酸碱度为5.8-6.2。则得到金刚石悬浮液。

若是，则不再加入PH调节剂，可直接得到金刚石悬浮液。

或者；

在步骤102之前，也即，在向悬浮体系加入金刚石颗粒之前，确定悬浮体系的酸碱度是否位于5.8-6.2。

若否，则通过PH调节剂调节，以使加入PH调节剂的悬浮体系的酸碱度为5.8-6.2。此后可执行步骤102。

若是，则不再加入PH调节剂，可直接执行步骤102。

需要说明的是，当使用酸性调节剂调节酸碱度时，优选为酸性调节剂，例如草酸溶液，这是由于酸性调节剂可提供氢离子在悬浮体系中，以在材料(例如，碳化硅)表面形成软化层。

基于步骤201-202中所述的制备金刚石悬浮液的方法，以悬浮体系由醇C

首先，将按照预设质量比称取的醇、烷烃、悬浮剂、分散剂、表面活性剂和PH调节剂混合并搅拌均匀，得到悬浮体系。

然后，向其中加入金刚石颗粒，搅拌后超声，得到金刚石悬浮液。

以下通过实施例和对比例进行详细说明。

实施例1

S1、以悬浮体系的总质量的质量百分比计，称量乙二醇80％、正十一烷10％、膨润土6％、聚乙烯醇2.5％、α萘酚聚氧乙烯醚1％、5％草酸溶液0.5％混合。

S2、先将多元醇加入到反应釜中，搅拌5-10min，然后在继续搅拌的同时通过漏斗以0.2L/min的速率缓慢添加正烷烃，添加完成后持续搅拌30min，随后逐渐添加膨润土、聚乙烯醇、α萘酚聚氧乙烯醚。之后，搅拌1h，得到密度约为0.8-0.9g/cm的悬浮体系100L，质量约为80-90Kg。

S3、用漏斗，按照金刚石颗粒的质量与悬浮体系的体积之间比值为150g/L，向悬浮体系中缓慢添加金刚石颗粒(在1-1.5h内添加完金刚石颗粒)。之后，搅拌2h后转移至超声波槽中，用功率15-20KW超声波震动分散，以使悬浮体系会分散均匀和发生乳化。

S4、对超声分散后的悬浮液进行PH调节，得到PH为6.2的金刚石悬浮液。

实施例2

S1、以悬浮体系的总质量的质量百分比计，分别称量丙二醇50％、丙三醇20％、正十一烷和正十二烷总含量16％，膨润土8％，聚乙烯醇3％，α萘酚聚氧乙烯醚2％，5％草酸溶液1％。混合。

S2、先将混合多元醇(丙二醇和丙三醇)加入到反应釜中，搅拌5-10min。然后在继续搅拌的同时通过漏斗以0.2L/min的速率缓慢添加正烷烃，添加完成后持续搅拌30min，随后逐渐添加膨润土、聚乙烯醇、α萘酚聚氧乙烯醚，完成后，搅拌0.5h，得到密度约为0.8-0.9g/cm的悬浮体系100L，质量约为80-90Kg。

S3、用漏斗，按照金刚石颗粒的质量与悬浮体系的体积之间比值为250g/L，向悬浮体系中缓慢添加金刚石微粉(在1-1.5h内添加完金刚石颗粒)。之后，再搅拌1h，转移至超声波槽中，用功率15-20KW超声波震动分散2h，以使悬浮体系会分散均匀和发生乳化。

S4、对超声分散后的悬浮液进行PH调节，得到PH为6.2的金刚石悬浮液。

对比例1

S1、将油基、分散剂、悬浮剂、表面活性剂混合后搅拌2小时，得到100L悬浮体系。

其中，以悬浮体系的总质量的质量百分比计，油基植物油的含量为95.5％，分散剂聚异丁烯胺和聚醚胺的总含量为1％，悬浮剂膨润土的含量为3％，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚的总含量为0.5％。

S2、加入金刚石颗粒，超声2小时，得到金刚石悬浮液。

进一步地，基于实施例1-2和对比例1中的金刚石悬浮液，对6英寸的碳化硅进行切割，切割参数以及切割晶圆效果参见表1。

表1

注：表中切割寿命的确定是金刚石悬浮液的密度与最初配制的金刚石悬浮液的密度之差大于或等于0.2g/cm

可见，较之对比例1，实施例1中金刚石悬浮液的使用寿命从2run提高到6run；切割效率从130h/run提升至100h/run。并且，切割后产品面型BOW/Warp值得到了明显改善，BOW从30μm降低至20μm，Warp值从40μm降低到25μm以下。

较之对比例1，实施例2中金刚石悬浮液的使用寿命从2run提高到8run，切割效率从130h/run提升至84h/run。并且，切割后产品面型BOW/Warp值得到了改善，BOW从30μm降低至20μm，Warp值从40μm降低到25μm以下。

进一步地，利用实施例1-2中金刚石悬浮液切割6英寸的碳化硅，并且对不同切割周期(run)后的金刚石悬浮液的PH进行测试，具体测试参数请参考表2。

表2

表中“-”指PH大于7，且金刚石悬浮液不再用于切割。

可见，金刚石悬浮液的PH值并没有随着RUN增加而出现明显的波动，这保证了金刚石悬浮液切割能力的稳定性。金刚石悬浮液A/B切割到最后一run时会发生PH值突变(大于7)，分析后认为已经达到其切割寿命，需要更换新切割液。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。