JP2020131652A - セラミックグリーンシートの切断刃並びに該切断刃を用いた切断・剥離方法及び切断・剥離装置 - Google Patents
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Description
積層型セラミック電子部品の製造に用いられるセラミックグリーンシートは、非常に薄いため、製造する際の取り扱いが困難であり、製造を容易にすること等を目的として、その一面がキャリアフィルムによって支えられた状態、即ち、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートとして提供されている。
ここで、セラミックグリーンシートの切断が不十分であると、キャリアフィルムから剥離できない状態(剥離不良)が起こる。
このように、切断刃の切れ味の悪化、及び、切断刃へのセラミックグリーンシートカスの付着の両者が相俟って、グリーンシートカスが切断刃に付着しやすくなり、セラミックグリーンシートの切断が不十分になって、キャリアフィルムからの剥離不良が発生するようになるために、頻繁な切断刃の交換が必要になるという問題がある。
しかしながら、いずれも、キャリアシート付きセラミックグリーンシートの切断おいて、切断刃の摩耗と相俟ってセラミックグリーンシートカスが切断刃に付着しやすくなり、セラミックグリーンシートの切断が不十分になることについてはなんら触れられていない。
即ち、上記特許文献2、3に記載の、水素原子含有量の少ない非晶質炭素膜を刃先の被覆に用いた場合、耐摩耗性を向上させることは可能であるが、カスの付着を防止するには不十分であることが判明した。
これに対し、刃先の被覆に、炭化水素を原料とするプラズマCVD法により形成された、水素原子を含む非晶質炭素膜を用いることにより、切断刃の摩耗及び切断刃へのカスの付着によって起こる切れ味劣化の問題を解決できることを見いだした。
また、刃先の被覆に用いる非晶質炭素膜として、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有する膜(上記特許文献6等参照)を用いることにより、より一層、切断刃の摩耗及び切断刃へのカスの付着によって起こる切れ味劣化の問題を解決できることを見いだした。
<1>少なくとも刃先に、厚さが0.03μm以上0.5μm以下の、プラズマCVD法により形成された水素原子を含有する非晶質炭素膜を有することを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
<2>前記非晶質炭素膜が、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有することを特徴とする<1>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
<3>前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする<1>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
<4>カットテーブル上に、表面にセラミックグリーンシートが所定の厚さに形成されたキャリアフィルムを配置し、該キャリアフィルムを前記カットテーブル上に吸引保持した後、切断刃を用いて前記セラミックグリーンシートを所定の形状に切断し、切断されたセラミックグリーンシートを吸着保持してキャリアフィルムから剥離する方法において、
前記切断刃の少なくとも刃先に、プラズマCVD法により、膜厚0.03μm以上0.5μm以下の非晶質炭素膜を形成したことを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。
<5>前記非晶質炭素膜の表面にフッ素系シランカップリング剤層を形成することを特徴とする<4>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。
<6>前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする<5>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。
<7>カットテーブル上に、表面にセラミックグリーンシートが所定の厚さに形成されたキャリアフィルムを配置する手段と、
前記カットテーブル上で、前記キャリアフィルムを吸引保持する手段と、
前記キャリアフィルム上のセラミックグリーンシートを所定形状に切断する手段と、
前記切断されたセラミックグリーンソートを吸引保持して前記キャリアフィルムから剥離する手段と
を少なくとも備えた切断・剥離装置において、
前記切断刃が、少なくとも刃先に、厚さが0.03μm以上0.5μm以下の、プラズマCVD法により形成された水素原子を含有する非晶質炭素膜を有することを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。
<8>前記非晶質炭素膜が、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有することを特徴とする<7>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。
<9>前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする<8>に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。
また、前記非晶質炭素膜が、さらにその表面にフッ素系シランカップリング剤層を有することが好ましい。
以下、本発明のキャリア付きセラミックグリーンシートの切断刃を構成する各部について説明する。
本発明において、切断刃に使用される基材は超硬部材からなるものであって、用いられる超硬部材としては、超鋼JISV20に相当するものが好ましく用いられ、具体的は、TF15(三菱マテリアル)、KD10(共立合金製作所)等が挙げられる。
非晶質炭素膜は、ダイヤモンド結合(sp3結合)とグラファイト結合(sp2結合)との双方を含む非晶質炭素からなるものである。
本発明の切断刃において、その少なくとも刃先にプラズマCVD法により形成される非晶質炭素膜は、実質的に炭素からなる非晶質膜のみならず、sp3結合及びsp2結合を有しつつ、成膜時に取り込まれた水素(H)を含む非晶質炭素膜(以下、「a−C:H膜」ということもある)であり、色調、光透過性、導電性若しくは反応性等の各種特性を調節するために添加された1種若しくは複数種の元素を含有するa−C:H膜も含まれる。前記各種特性を調節するための元素としては、珪素(Si)、酸素(O)、ホウ素(B)、窒素(N)、硫黄(S)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及びジルコニウム(Zr)等が例示される。
その理由はまだ充分に明らかではないが、非晶質炭素膜が水素原子を含有する場合、摩擦界面に炭化水素系の潤滑剤の役目を果たす層が形成され、グリーンシートカスの発生を抑制するため、及び水素原子を含有する非晶質炭素膜の場合、平滑性が高いため、グリーンシートカスの発生を抑制するため、と考えられる。
また、前記a−C:H膜の厚さは、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有する場合は薄くすることができ、好ましい厚さを0.1μm前後とすることができる。
本発明の切断刃におけるシランカップリング剤層に用いるシランカップリング剤は、特に限定されないが、一例として、フッ素系シランカップリング剤が挙げられる。フッ素系シランカップリング剤を用いることにより、セラミックグリーンシートカスがより付着しにくい切断刃を得ることができる。
フッ素系シランカップリング剤は、一般式RfnSiX4−n(ただし、Rfは撥液性を発現するフルオロアルキル基又はパーフルオロアルキル基であり、Xはヒドロキシ基又は加水分解によりヒドロキシ基を生じる基であり、nは1〜3の整数である)で表されるシランカップリング剤であって、 特に限定されるものではないが、例えば、フロロサーフ社のFG−5010Z130−0.2等が例示される。
本発明において、切断刃へのシランカップリング剤層の形成方法としては、特に限定されず、シランカップリング剤の溶液を塗布するか、或いはシランカップリング剤の溶液中に浸漬した後、乾燥する方法や、シランカップリング剤を噴霧する方法等が採用できる。
本発明の切断刃において、形成されるシランカップリング剤層の厚さは特に限定されず、1nm〜100nm程度が例示される。
a−C:H膜中の珪素の含有量は特に限定されるものではないが、前述の作用を高める点で、0.1〜50原子%とすることが好ましく、10〜40原子%とすることがより好ましい。
前記a−C:H膜は、さらに、表面に酸素を含んでいることが好ましい。
少なくとも表面に珪素を含むa−C:H膜からなる層、或いは、少なくとも表面に珪素及び酸素を含むa−C:H膜からなる層を形成することにより、シランカップリング剤膜との間で十分な接着強度が得られる(上記特許文献6参照)。
(a)テトラメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジメトキシジオメチルシラン若しくはテトラメチルシクロテトラシロキサンなどに、酸素を含むガスを同時に混合する方法、
(b)メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素系のガスに、分子中にSi−O結合を有するガス、例えば、ヘキサメチルジシロキサン、シロキサンなどのガスを同時に混合する方法、
(c)テトラメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジメトキシジオメチルシラン若しくはテトラメチルシクロテトラシロキサンなどシリコンを含有する炭化水素系のプラズマ原料ガスで、珪素を含むa−C:H膜(a−C:H:Si膜)を成膜した後、その表面に酸素又は酸素を含むガスで形成するプラズマを照射する方法、
又は
(d)前記(a)若しくは(b)の方法でa−C:H膜を成膜した後、その表面に酸素又は酸素を含むガスで形成するプラズマを照射する方法、
等が代表的な方法として挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。
例えば、前項に記載したセラミックグリーンシートの製造工程において、生産効率を向上させるため、キャリアフィルム上にスラリーを塗工、乾燥された後、得られたキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートを、その長手方向に沿って複数個に切断してから、別々の巻取りロールに巻き取ることにより、一度に2つ以上の製品を得ることが提案されているが、この際に用いる切断刃としても用いることができる。
なお、実施例1、2及び比較例では、いずれも、最終仕上げ砥石番800番で研磨処理された超鋼(TF15、三菱マテリアル)の丸刃(20mmφ)を用いた。
高圧DCパルスプラズマCVD装置(図示せず)内に設けられた試料台上に、上記の丸刃を配置し、次に、反応容器を密閉し、反応容器内の空気を7×10−4Paの真空度まで排気した。ついで、Arガスプラズマにて、Arガス流量15SCCM、ガス圧1.5Pa、印加電圧−4kVの条件で、15分間基材をクリーニングした。このクリーニング処理の後、反応容器内に、テトラメチルシランを流量15SCCMにて導入し、反応ガス圧1.5Pa、印加電圧−4Kvにて、密着層として下地のa−C:H膜を0.1μmの膜厚で成膜した。続いて、反応容器内にアセチレンを流量15SCCMにて導入し、反応ガス圧1.5Pa、印加電圧−4Kvにて、a−C:H膜を0.2μmの膜厚で成膜し、検証品1とした。
成膜条件は、高圧DCパルス電源にて、パルス周波数2kHz、パルス幅50μsである。
高圧DCパルスプラズマCVD装置(図示せず)内に設けられた試料台上に、上記の丸刃を配置し、次に、反応容器を密閉し、反応容器内の空気を7×10−4Paの真空度まで排気した。ついで、Arガスプラズマにて、Arガス流量15SCCM、ガス圧1.5Pa、印加電圧−4kVの条件で、15分間基材をクリーニングした。このクリーニング処理の後、反応容器内に、テトラメチルシランを流量15SCCMにて導入するとともに、テトラメチルシランとの流量混合比が4.5%になるように流量0.7SCCMの酸素ガスを導入し、反応容器内圧力1.5Pa、印加電圧−4Kv、成膜時間30分の条件で成膜を行った。その結果、膜厚約0.1μmのa−C:H:Si:O膜が得られた。
その後、フッ素系シランカップリング剤であるフロロサーフ社のFG−5010Z130−0.2の溶液(フッ素樹脂0.02〜0.2%、フッ素系溶剤99.8%〜99.98%)にディップ塗布し、2日間、室温にて乾燥させ、得られたものを検証品2とした。
比較例では上記特許文献2、3に記載の方法を採用し、上記の丸刃上に、原料にグラファイトを用い、水素を含まない雰囲気下で物理的蒸着法により、非晶質カーボン膜を0.5μmの膜厚で成膜し、得られたものを比較品とした。
(検証に用いたもの)
キャリアフィルムとしてPETフィルムを用い、これに、チタン酸バリウムとバインダーを主成分とするペーストAを塗布・乾燥させた、比較的剥離性が悪いキャリア付きセラミックグリーンシートAを用いた。
(検証方法)
カットテーブル上に搬送され、吸引保持されている前記キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートAの□20cm〜□40cmのセラミックグリーンシートの周囲に丸刃を転がし、キャリアフィルムを残して、セラミックグリーンシートのみを切断した。その後、キャリアフィルムから、平面のエア吸着盤を用いて、切断したセラミックグリーンシートを吸着・剥離した。
その際に、吸着・剥離できないことをもって剥離不良とカウントし、それを異常率として計算した。結果を表1に示す。
(検証に用いたもの)
キャリアフィルムとしてPETフィルムを用い、これに、チタン酸バリウムとバインダーを主成分とするペーストBを塗布・乾燥させた、比較的剥離性が良好なキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートBを用いた。
(検証方法)
カットテーブル上に搬送され、吸引保持されている前記キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートBの□20cm〜□40cmのセラミックグリーンシートの周囲に丸刃を転がし、キャリアフィルムを残して、セラミックグリーンシートのみを切断した。その後、キャリアフィルムから、平面のエア吸着盤を用いて、切断したセラミックグリーンシートを吸着・剥離した。
その際に、吸着・剥離できないことをもって剥離不良とカウントし、それを異常率として計算した。
また、その水準が変化したところを寿命とし、比較品を1としたときの寿命を計算した。
結果を表2に示す。
Claims (9)
- 少なくとも刃先に、厚さが0.03μm以上0.5μm以下の、プラズマCVD法により形成された水素原子を含有する非晶質炭素膜を有することを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
- 前記非晶質炭素膜が、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有することを特徴とする請求項1に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
- 前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする請求項2に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断刃。
- カットテーブル上に、表面にセラミックグリーンシートが所定の厚さに形成されたキャリアフィルムを配置し、該キャリアフィルムを前記カットテーブル上に吸引保持した後、切断刃を用いて前記セラミックグリーンシートを所定の形状に切断し、切断されたセラミックグリーンシートを吸着保持してキャリアフィルムから剥離する方法において、
前記切断刃の少なくとも刃先に、プラズマCVD法により、膜厚0.03μm以上0.5μm以下の非晶質炭素膜を形成したことを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。 - 前記非晶質炭素膜の表面にフッ素系シランカップリング剤層を形成することを特徴とする請求項4に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。
- 前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする請求項5に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離方法。
- カットテーブル上に、表面にセラミックグリーンシートが所定の厚さに形成されたキャリアフィルムを配置する手段と、
前記カットテーブル上で、前記キャリアフィルムを吸引保持する手段と、
前記キャリアフィルム上のセラミックグリーンシートを所定形状に切断する手段と、
前記切断されたセラミックグリーンシートを吸引保持して前記キャリアフィルムから剥離する手段と
を少なくとも備えた切断・剥離装置において、
前記切断刃が、少なくとも刃先に、厚さが0.03μm以上0.5μm以下の、プラズマCVD法により形成された水素原子を含有する非晶質炭素膜を有することを特徴とするキャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。 - 前記非晶質炭素膜が、その表面にフッ素系シランカップリング剤層を有することを特徴とする請求項7に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。
- 前記非晶質炭素膜が、少なくともその表面に珪素、或いは珪素及び酸素を含むことを特徴とする請求項8に記載の、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシートの切断・剥離装置。
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