电子玻璃的纳米SiO₂磨料抛光液

本品纳米SiO₂磨料抛光液，是用于电子玻璃材料，黏度低、抛光后吸附性弱，清洗简单，去除速率高，下面专家来科普本品纳米抛光液的专业配方知识。

制备方法  将各组分逐级混合，搅拌均匀即可。

原料配伍  本品各组分质量份配比范围为：磨料二氧化硅水溶胶1000、复合碱10～50、渗透剂35～70、表面活性剂35～60、去离子水200~400。

所述磨料为40～100nm粒径的硅溶胶水溶液，磨料粒径分散度为±10.0nm，含量为20%～50%。

所述复合碱由KOH与胺碱组成，KOH:胺碱=1:(1～10)。

所述胺碱是不含金属离子且溶解于水的多羟基多胺类有机碱，如二羟乙基乙二胺、三乙醇胺、四羟乙基乙二胺、六羟乙基乙二胺。

所述渗透剂是聚氧乙烯仲烷基醇醚(JFC)与O类，如HJFC、O-20[(C1₂-18H₂5~37-C6H₄-0-CH₂CH₂O)70-H]。

所述表面活性剂是非离子表面活性剂Oπ系列、O系列、Os系列，如O_π-7[(C1₀H₂1-O-CH₂CH₂O)7-H]、Oπ-10[(C1₀H21-C6H4-O-CH₂CH₂O)10-H]、O-20[(C₁2-18H₂5-37-C6H4-O-CH₂CH₂O)70-H]、Os-15的一种或几种。

所述抛光液pH值为10.5～13.5。

本品打破了国外以大粒径、抛光后难清洗的CeO2，为磨料的电子玻璃抛光液的主导方式，提出了以易清洗、低粒径分散度的纳米二氧化硅溶胶为磨料，以避免划伤和沾污，利用氢氧化钾与多羟基多胺有机碱形成的复合碱共同调节抛光液pH值范围至10.5～13.5，且复合碱中有效成分的水解产物能够与电子玻璃主要成分SiO2，发生化学反应，进一步加强抛光液的化学作用，抛光液中的渗透剂与FA/0表面活性剂强化抛光液的表面质量传递作用。在加工过程中，该抛光液实现磨料机械研磨作用与将玻璃快速转化为可溶性盐类，主要利用复合碱及其产物在高pH值下与电子玻璃主要成分SiO₂发生连锁化学反应，将其转化为易溶性硅酸盐与具有大分子量的胺盐形式，使产物较容易脱离抛光介质表面，并在一定程度上增强了产物的溶解度，从而提高了抛光速率。综合而言总体上增强了抛光液的化学作用。所研制抛光液中添加的有效渗透剂兼有润滑剂作用，渗透力较强，有良好的起泡力和消泡力，能极大地降低抛光液的表面张力，使本抛光液具有良好的渗透性，使抛光液很容易渗透到介质与抛光垫之间，具有减小磨料与抛光表面之间的摩擦作用，有效地降低机械划伤，提高电子玻璃表面的完美度。良好的渗透性促使抛光液及时均匀的作用于介质与抛光垫之间，保证其化学作用的连贯性与一致性，并发挥其冷却作用，防止电子玻璃表面热应力的积累与梯度分布的不均性。所研制抛光液中添加的有效表面活性剂是非离子活性剂，具有增强抛光液的润滑铺展作用，能够使活性剂分子优先吸附在电子玻璃表面，并能阻止抛光产物的再沉积，表面活性剂的物理吸附-解吸效应使介质表面抛光后易清洗，有利于电子玻璃的清洗。在此基础上，公开一种化学作用强、易清洗、有良好的渗透与表面润滑作用，具有较高抛光速率，能明显降低电子玻璃表面粗糙度并有效提高表面平整度的新型电子玻璃化学机械抛光液的配制技术。结合具体加工工艺，有效解决了目前电子玻璃化学机械抛光中存在的表面划伤、颗粒吸附难以清洗等问题，达到了高去除速率、高完美、高平整、高光洁的CMP工艺水平。

胺碱是一种胺及有机胺醇，例如四羟乙基乙二胺。四羟乙基乙二胺，溶于水和醇，微溶于醚；极具吸湿性、强碱性。具有低毒、无雾、易清洗、效力高等特性。

四羟乙基乙二胺的作用是：①一部分四羟乙基乙二胺用以调整pH值，具有较宽的pH值调节范围。②缓冲性极强，能有效稳定pH值，稳定抛光速率，能有效避免pH值突变引起抛光液成分凝聚与沉淀，局部去除速率均匀，能得到较高的平行度。③一部分四羟乙基乙二胺可与SiO₂水合层表面反应，并放热加速反应。该反应产物分子很大，在压力、磨料和抛光布的摩擦作用下，很容易地脱离介质表面，加速机械去除，提高去除速率。
另一部分四羟乙基乙二胺与金属离子反应，生成络合物。可以有效减少金属离子在电子玻璃表面的沾污。

渗透剂兼有润滑剂作用，渗透力较强，有良好的起泡力和消泡力，能极大地降低抛光液的表面张力，使本抛光液具有良好的渗透性，使抛光液很容易渗透到介质与抛光垫之间，具有减小磨料与抛光表面之间的摩擦作用，有效地降低机械划伤，提高SiO2玻璃表面的完美度。良好的渗透性促使抛光液及时均匀的作用于介质与抛光垫之间，保证其化学作用的连贯性与一致性，并发挥其冷却作用，防止SiO2玻璃表面热应力的积累与梯度分布的不均性

所用的表面活性剂是高活性的非离子活性剂，具有增强抛光液的胸滑铺展作用，能够使活性剂分子优先吸附在SiO2破璃表面，并能阻止抛光产物的再沉积，表面活性剂的物理吸附-解吸效应使玻璃表面物光后易清洗，有利于SiO2玻璃的清洗；另一方面，抛光过程中，随着玻璃表面凸处的逐渐去除，液面局部不断变形，产生吸附量和表面压的不均匀，吸附分子将自动的从液膜密度大处附带抛光液流向密度小处，从而对液膜的变形和损伤进行修复，在一定程度上，也促使玻璃表面凸处去除速率加快、凹处去除速率延缓，进面整体上改善抛光速率与玻璃平整度。去离子水按实际抛光要求稀释硅溶胶水溶液，以满足实际生产需要。

产品应用  本品主要应用于电子玻璃的纳米SiO2磨料抛光。

产品特性  改变了电子玻璃普遍采用CeO2磨料抛光液抛光的单一模式，实现了高pH值、高浓度、高活性，低粒径分散度(粒径差不超过±10.0nm)纳米SiO2水溶胶抛光液对电子玻璃的高抛光效率。

由于抛光液的磨料为40~100nm粒径Si02水溶胶，避免了采用具有较大粒径的CeO2磨料抛光液抛光电子玻璃产生的高划伤、表面粗糙度较大的间题。

SiO2水溶胶抛光液是水溶性的，黏度低，并且配合抛光液中高活性的非离子活性剂成分，抛光后玻璃表面吸附相对较弱，极易清洗。SiO2水溶胶抛光液的浓度高、低粒径分散度，高pH值下实现了高去除速率。避免了塌边，成本价格较低，有利于取代进口电子玻璃抛光液，高抛光效率，有效缩短加工周期，提高生产效率。低污染，利于环保。

本文转载自《抛光剂——配方与生产》编著    李东光

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