JP5886331B2 - 裁断焼結セラミックシート及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、裁断焼結セラミックシート及びその製造方法に関し、より詳細には、焼結加工されたセラミックシートを複数層に積層し、積層された焼結セラミックシートをワイヤーソー（ｗｉｒｅ ｓａｗ）を用いて裁断することで得られる裁断焼結セラミックシート及びその製造方法に関する。

焼結加工されたセラミックシートは、携帯電話やタブレットパソコンなどに用いられる半導体部品やセンサを始めとする電子機器を製造するための材料、または無線充電装置のフェライト構造物のシート積層体などに幅広く利用されている。

この焼結セラミックシートは、射出法、スクリーン印刷法、またはブレード法などにより仮硬化状態に製造されたセラミックグリーンシートを、所望の形状に加工した後、加工されたセラミックグリーンシートを焼成することで、所望の形状を有する焼結セラミックシートを製造することができる。

しかし、この焼結セラミックシートの加工方法は、セラミックグリーンシートを所望の形状に加工した後、焼成する過程で発生する約１５〜２０％の収縮率によって加工誤差が生じる恐れがある。この過程におけるセラミックグリーンシートの収縮率を考慮して設計サイズを計算して裁断しているが、収縮率が焼成条件によって変わるため、実際に得られたセラミックシートのサイズ及び外形に差が生じて、設計寸法のとおりに焼結セラミックシートを成形することが困難である。また、寸法精度による信頼性が保障できないという問題点がある。

この問題点を解決するために、近年、セラミックグリーンシートの焼成工程の後に、焼結されたセラミックシートを一定のサイズに裁断するセラミックシート加工技術が試されている。特に、焼結されたセラミックシートに、レーザー加工やブレードを用いたダイシング加工を施すことによって、寸法精度を向上させる方法が利用されている。

しかし、ダイシング加工は、ブレードの回転刃の直径及び厚さのため、焼結セラミックシートに直接接触させて裁断する際に、複雑な形状に裁断することができないという問題点がある。また、レーザー加工は、複雑な形状に裁断することは可能であるが、焼結セラミックシートにレーザーを照射した部分で熱が発生するため、焼結セラミックシートの裁断部位の熱変形、即ち、セラミックシートの特性が変化するという問題がある。また、形状が複雑になるほど、セラミックシートを切断するための時間がかかるため、生産効率が低下するとともに、加工コストが高くなるという問題点がある。

韓国登録特許第１１９８９１９号公報

したがって、本発明は、従来の裁断焼結セラミックシートの製造方法における諸般短所及び問題点を解決するためになされたものであって、数百枚の裁断焼結セラミックシートを一度に加工することができる裁断焼結セラミックシートの製造方法を提供することをその目的とする。

また、ダイヤモンドが吸着されたワイヤーソーを用いて焼結セラミックシートを裁断することで、その切断面がなだらかな面を有する裁断焼結セラミックシートを提供することをその目的とする。

本発明の上記の目的は、セラミックグリーンシートを成形する段階と、前記セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシートを形成する段階と、前記焼結セラミックシートを複数層に積層して焼結セラミックシート積層体を形成する段階と、前記焼結セラミックシート積層体を裁断して裁断焼結セラミックシートを形成する段階と、を含む裁断焼結セラミックシートの製造方法を提供することにより達成される。

前記焼結セラミックシート積層体を形成する段階の前に、前記焼結セラミックシートの少なくとも一面に粘着剤が塗布された可撓性フィルムを付着することで、フィルム付きセラミックシートを形成する段階をさらに含むことができる。

前記焼結セラミックシート積層体は、前記フィルム付きセラミックシートが複数層に積層されたものであることができる。

前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、ダイヤモンドが含浸されたワイヤーソー（ｗｉｒｅ ｓａｗ）が設けられた裁断装置を用いて裁断することができる。

前記焼結セラミックシートを積層する段階の前に、前記焼結セラミックシートの表面加工のための表面研削段階をさらに含むことができる。

前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、一対のドラムの間を往復するワイヤにより前記焼結セラミックシート積層体が幅方向に裁断されることができる。

また、焼結セラミックシート積層体から裁断された裁断焼結セラミックシートであって、全体的に凹凸のない平坦面からなる側面を有することができる。

以上で説明したように、本発明による裁断焼結セラミックシートの製造方法は、裁断焼結セラミックシートの側面にバリ（ｂｕｒｒ）がなく、凹凸のない平坦面を有するように加工されるため、工程に適用する際にまたは製品を製造した後に、エッジ部分で特性変化が生じることなく、電極を容易に形成することができる。

また、本発明は、数百枚の焼結セラミックシートを積層して積層体を形成し、その積層体をワイヤーソーが設けられた裁断装置で一度に裁断することで、優れた側面加工性を有する焼結セラミックシートを生産する際の生産効率を極大化することができる。

また、寸法精度が向上されることができる。

本発明による裁断焼結セラミックシートの製造工程を示した工程順序図である。 本発明の裁断焼結セラミックシートの製造方法に適用される焼結セラミックシートの一実施形態を示した斜視図である。 本発明による焼結セラミックシートの裁断工程による裁断形状の実施形態を示した平面図である。 本発明による裁断焼結セラミックシートを製造する際に適用される裁断装置の斜視図である。 本発明による裁断焼結セラミックシートを製造する際に適用される裁断装置の他の実施形態を示した斜視図である。

本発明による裁断焼結セラミックシートの前記目的に対する技術的構成を含めた作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施形態が図示された図面を参照した以下の詳細な説明によって明確に理解されるであろう。

先ず、図１は本発明による裁断焼結セラミックシートの製造工程を示した工程順序図である。

図示されたように、本発明による裁断焼結セラミックシートの製造方法は、セラミックグリーンシート１００を形成する段階と、セラミックグリーンシート１００を焼成して焼結する段階と、焼結されたセラミックシート２００を複数層に積層する段階と、積層された焼結セラミックシート２００を裁断する段階と、を含むことができる。

前記セラミックグリーンシート１００を形成する段階で、セラミックグリーンシート１００は、通常、ＰＥＴ材質からなる支持フィルム１１０上に、セラミック粉末とバインダー及び可塑剤や分散剤などの各種添加剤とが混合されたスラリーをドクターブレード法またはダイコータ法により所定の厚さで成形される。その後、セラミックグリーンシートを適切なサイズに切断することで、成形セラミックグリーンシートが製造されることができる。

また、成形セラミックグリーンシート１００は、焼成炉で約１４００℃以上の焼成温度で焼結される段階を経て、比較的堅い材質の焼結セラミックシート２００に形成されることができる。焼成工程により製造された焼結セラミックシート２００には、高精度の製品及び優れた表面品質が得られるように、ダイヤモンド研削機などを用いた平面研削加工がさらに行われることができる。この際、焼結セラミックシートの表面加工の寸法公差が最小２μｍ以内に管理されることができる。

焼結セラミックシートは、蓄電池（フェライト）用セラミックシートに適用されることができる。また、フェライトの磁性特性を用いる全ての部品、積層型インダクタ、無線充電用磁性体シート、及びＮＦＣ用アンテナ一体型モジュールに用いられるフェライトシートなどに適用されることができる。

焼成加工された焼結セラミックシート２００が複数層に積層されて、焼結セラミックシート積層体３００が形成されることができる。この際、焼結セラミックシート積層体３００の積層数は、通常、数十〜数百枚以上に積層されることができる。また、焼結セラミックシート積層体３００は、ダイヤモンドが含浸されたワイヤーソー（ｗｉｒｅ ｓａｗ）により所定の形状に裁断されることができる。

前記積層された焼結セラミックシートを裁断する段階で、複数層に積層された焼結セラミックシート積層体３００は、ワイヤーソーを構成する一対のドラムの間を往復するワイヤにより、焼結セラミックシートの幅方向に裁断されることができる。この際、ワイヤの往復とともに一対のドラムが移動しながら焼結セラミックシート積層体３００が裁断されることができ、またはそれと反対に、焼結セラミックシート積層体３００が幅方向に移動しながらワイヤを貫通して裁断されることができる。

一方、セラミックグリーンシートを焼成する段階の後に、図２に図示されたように、焼結セラミックシート２００の少なくとも一面に粘着剤が塗布された可撓性フィルム２１０を付着することで、フィルム付きセラミックシート２５０を形成する段階をさらに含むことができる。

図２は本発明の裁断焼結セラミックシートの製造方法に適用される焼結セラミックシートの一実施形態を示す斜視図である。焼結セラミックシート２００の一面または両面に可撓性フィルム２１０を付着して積層する工程により、複数層に積層された焼結セラミックシート積層体３００を構成することができ、可撓性フィルムが付着された状態でワイヤーソーを用いてセラミックシートを一度に裁断することができる。この場合、裁断された焼結セラミックシートの断面は、上面及び下面に可撓性樹脂フィルムが付着されたフィルム付きセラミックシートで構成されることができる。

上記の工程により製造された裁断焼結セラミックシートは、所定の形状及び面積を有するように裁断された焼結セラミックシートであって、焼結セラミックシートまたは少なくとも一面に可撓性フィルムが付着されたフィルム付きセラミックシートが複数層に積層されて、ワイヤーソーのワイヤ駆動により裁断される焼結セラミックシートである。

また、前記積層された焼結セラミックシートを裁断する段階で、ワイヤーソーまたは焼結セラミックシート積層体３００の直線移動による焼結セラミックシートの幅方向への裁断の他にも、焼結セラミックシート積層体３００のリニア移動により、様々な形状の裁断焼結セラミックシートを製造することができる。

即ち、積層された焼結セラミックシートの一側でワイヤーソーを駆動させて、ワイヤーソーのドラムの間を往復するワイヤを中心として、積層された焼結セラミックシートがリニア移動しながら、図３に図示されたように、円形、多角形または所定形状の裁断焼結セラミックシートを、内部領域Ａと外部領域Ｂとに分離されるように裁断することができる。

ここで、図３は本発明の焼結セラミックシートの裁断工程による裁断形状の実施形態を示した平面図である。

上記のような順の工程により焼成、裁断された裁断焼結セラミックシートを所定の形状に加工するための裁断装置を、図面を参照して具体的に説明すると次のとおりである。

図４は本発明による裁断焼結セラミックシートを製造する際に適用される裁断装置の斜視図である。

先ず、積層された焼結セラミックシートを裁断するために、図３のワイヤーソーを用いた裁断装置５００が利用されることができる。裁断装置５００は、円筒状の上部ドラム５１０及び下部ドラム５２０と、上部ドラム５１０と下部ドラム５２０との間を高速で往復するワイヤ５３０と、で構成されることができる。

上部ドラム５１０及び下部ドラム５２０は、それぞれ回転軸（不図示）により固定されて回転駆動される。この際、下部ドラム５２０は、適切な荷重が加えられて上、下部に駆動するように設けられることができる。このような構成により、上部ドラム５１０と下部ドラム５２０との間を往復するワイヤ５３０の張力を調節することで、焼結セラミックシート積層体３００を裁断する際における裁断ダメージ（ｄａｍａｇｅ）を最小化することができる。

また、上部ドラム５１０は、焼結セラミックシート積層体３００の裁断位置に応じてワイヤ５３０の位置が移動されるように、左、右に移動されることができる。ワイヤ５３０には切削用ダイヤモンドチップが一定の間隔で含浸されているため、ワイヤの往復によるダイヤモンドの切削機能により、積層された焼結セラミックシートが裁断されることができる。

この際、焼結セラミックシート積層体３００の裁断は常温で行われ、ブレードなどを利用した裁断工程に比べワイヤ５３０と焼結セラミックシート２００との摩擦熱が小さく発生するため、別の切削油は用いなくてもよい。但し、焼結セラミックシートの焼成条件における硬化程度に応じて切削油を用いてもよい。

一方、裁断装置５００のワイヤ５３０の回転数は焼結セラミックシート積層体３００の積層数及び材質によって変わるが、高速であるほど有利であって、少なくとも８００ｒｐｍ以上の回転数で焼結セラミックシート積層体３００の裁断を行うことが好ましい。

また、裁断装置５００の直進移動速度は、ワイヤーが切れたり上部ドラム５１０と下部ドラム５２０との間の張力が変化しない状態で移動されるように、１０〜３０mm/ｍｉｎの速度で移動されることが好ましい。

一方、図５は本発明による裁断焼結セラミックシートを製造する際に適用される裁断装置の他の実施形態を示した斜視図である。

図示されたように、本実施形態の裁断装置６００は、円筒状の第１ドラム６１０と第２ドラム６２０との間に巻取された複数のワイヤ６３０が所定の回転数で往復するように設けられる。この際、複数のワイヤ６３０は、同一の高さで往復するように、同一の張力が維持されるようにすることが好ましく、一対のドラム６１０、６２０の間を同一の回転数で往復する。

また、本実施形態の裁断装置６００は、一対のドラム６１０、６２０の間を水平に往復する複数のワイヤ６３０により焼結セラミックシート積層体３００が裁断されるが、一対のドラム６１０、６２０が回転するとともに上、下に駆動して、複数のワイヤ６３０が焼結セラミックシート積層体３００の上面から接触して裁断がなされることができる。この際、焼結セラミックシート積層体３００は、ワイヤーソーで構成された裁断装置６００の上部及び下部に選択的に位置することができ、裁断装置６００が上部または下部に駆動して焼結セラミックシート積層体３００を一方向に裁断することにより、裁断焼結セラミックシートに製造されることができる。

このような方式で上、下に駆動する裁断装置６００により裁断される裁断焼結セラミックシートは、数百枚が積層された焼結セラミックシート積層体３００を複数のワイヤ６３０で一方向に裁断した後、裁断装置６００の方向を９０゜転換させてさらに裁断することにより、所定のサイズを有する裁断焼結セラミックシートを容易に製造することができ、その生産性が向上されることができる。

一方、この裁断装置５００、６００により裁断された裁断焼結セラミックシートの断面は、凹凸、即ち、バリのない平坦面からなることができる。平坦面とは、裁断装置５００、６００のワイヤーソーが移動しながら裁断された面が、凹凸を有する破断面やレーザー加工による熱的特性が反映された面ではない、なめらかな平坦面を意味する。

以上で説明した本発明の好ましい実施形態は例示の目的のために開示されたものであり、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものにおいて、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であり、このような置換、変形及び変更などは添付の特許請求の範囲に属するとするべきであろう。

１００ セラミックグリーンシート
１１０ 支持フィルム
２００ 焼結セラミックシート
３００ 焼結セラミックシート積層体
５００、６００ 裁断装置

Claims (8)

1. セラミックグリーンシートを成形する段階と、
   前記セラミックグリーンシートを焼成して焼結セラミックシートを形成する段階と、
   前記焼結セラミックシートを複数層に積層して焼結セラミックシート積層体を形成する段階と、
   前記焼結セラミックシート積層体を裁断して裁断焼結セラミックシートを形成する段階と、を含み、
   前記焼結セラミックシート積層体を裁断する際、該焼結セラミックシート積層体が幅方向に線形移送されてワイヤによって裁断される裁断焼結セラミックシートの製造方法。
2. 前記焼結セラミックシート積層体を形成する段階の前に、
   前記焼結セラミックシートの少なくとも一面に粘着剤が塗布された可撓性フィルムを付着することで、フィルム付きセラミックシートを形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
3. 前記焼結セラミックシート積層体は、前記フィルム付きセラミックシートが複数層に積層されたものである、請求項２に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
4. 前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、
   ダイヤモンドが含浸されたワイヤーソー（ｗｉｒｅ ｓａｗ）が設けられた裁断装置を用いて前記焼結セラミックシート積層体が裁断される、請求項１に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
5. 前記焼結セラミックシートを積層する段階の前に、
   前記焼結セラミックシートの表面加工のための表面研削段階をさらに含む、請求項１に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
6. 前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、
   前記ワイヤは、一対のドラムの間を往復する、請求項１に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
7. 前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、
   前記一対のドラムが前記焼結セラミックシート積層体の幅方向に移動する、請求項６に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。
8. 前記焼結セラミックシート積層体を裁断する段階で、
   前記一対のドラムのうち、上部ドラムと下部ドラムとの間を往復する前記ワイヤの張力が前記下部ドラムが上、下部に駆動することで調節され、前記焼結セラミックシート積層体が前記ワイヤを貫通するように裁断される、請求項６に記載の裁断焼結セラミックシートの製造方法。

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