TW202042997A - 陶瓷成型體的切割方法 - Google Patents

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Abstract

[課題] 提供一種可適合地切割陶瓷成型體之方法。 [解決手段] 陶瓷成型體之切割方法係沿著預定之切割預定位置在厚度方向切割陶瓷成型體的方法，其係包括：載置步驟，係將陶瓷成型體水平地載置於彈性體之上；及斷裂步驟，係對在彈性體所載置之陶瓷成型體的切割預定位置，使斷裂板從上面側抵接，進而以是陶瓷成型體之厚度的1/3以上且9/10以下之既定壓入量壓入斷裂板，藉此，在切割預定位置在陶瓷成型體形成切縫，進而使龜裂從切縫的下端在陶瓷成型體之厚度方向伸展，藉此，在切割預定位置切割陶瓷成型體。

Description

陶瓷成型體的切割方法
本發明係有關於一種切割陶瓷成型體之方法。
陶瓷基板係除了被用作各種組件的基底基板以外，亦有時被用作在該基板本身裝入各種功能性構成元件之功能基板。作為得到這種陶瓷基板的手法，首先，製作大尺寸的母基板，然後，利用劃線處理與斷裂處理，切割母基板的手法係已周知(例如，參照專利文獻1)，該劃線處理係在該母基板之一方主面的切割預定位置預先形成劃線，而該斷裂處理係從另一方主面側對切割預定位置使斷裂板抵接，進而壓入(三點彎曲)該斷裂板，藉此，使龜裂從劃線伸展。在該情況，母基板係藉由將既定之陶瓷粉末與既定黏合劑、溶劑等混合後成型成板狀所製作的陶瓷成型體燒結，藉此所得之陶瓷燒結體。 [先行專利文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2014－83821號公報
[發明所欲解決之課題]
又，替代上述，有時使用如下的手法，以斷裂板切割燒結前之陶瓷成型體，再對藉切割所得之個片燒結。一般，雖然陶瓷成型體係比燒結體差，但是因為具有固定之硬度，所以在以往，藉該手法之陶瓷成型體的切割係準備刀尖銳利的斷裂板，並使該銳利之刀尖與在剛硬性的工作台(stage)上所配置之陶瓷成型體的切割預定位置抵接後，將斷裂板向下壓，使成型體斷裂，藉此進行。
為了得到品質良好的切割面，需要在成型體之厚度方向將斷裂板向下壓至最下端部，但是在此情況，斷裂板與工作台接觸，而具有刀尖損壞或工作台受損之問題。又，在為了可避免該損壞而在厚度方向之中途停止斷裂板之下降，為了切割比其更下方的部分而對成型體從左右施加拉力成扯開該部分的情況，具有無法得到良好之切割面的問題。
本發明係鑑於解決上述之課題所開發者，其目的在於提供一種可適合地切割陶瓷成型體之方法。 [解決課題之手段]
為了解決上述之課題，請求項1之發明係沿著預定之切割預定位置在厚度方向切割將既定之陶瓷粉末與有機材料混合後成型成板狀之陶瓷成型體的方法，其特徵為包括：載置步驟，係將該陶瓷成型體水平地載置於彈性體之上；及斷裂步驟，係對在該彈性體所載置之該陶瓷成型體的該切割預定位置，使斷裂板從上面側抵接，進而以是該陶瓷成型體之厚度的1/3以上且9/10以下之既定壓入量壓入該斷裂板，藉此，在該切割預定位置在該陶瓷成型體形成切縫，進而使龜裂從該切縫的下端在該陶瓷成型體之厚度方向伸展，藉此，在該切割預定位置切割該陶瓷成型體。
請求項2之發明係在請求項1所記載之陶瓷成型體的切割方法，其特徵為：該斷裂板的刀尖角是5°~25°。
請求項3之發明係在請求項1或2所記載之陶瓷成型體的切割方法，其特徵為：該彈性體是硬度60°~90°的橡膠。
請求項4之發明係在請求項1~3之任一項所記載之陶瓷成型體的切割方法，其特徵為：在該載置步驟，係該陶瓷成型體以被黏貼固定於既定固定構件後，使該固定構件與該彈性體接觸的形態被載置於該彈性體上。 [發明之效果]
若依據請求項1~4之發明，可沿著切割預定位置，以優異之截面品質切割陶瓷成型體。
圖1係在模式上表示沿著在預定既定方向所決定的切割預定位置P，與厚度方向垂直地切割是本實施形態的切割對象之板狀的陶瓷成型體1之狀況的圖。依據該形態之陶瓷成型體1的切割係可利用使用圖1所示之斷裂裝置100的斷裂處理來進行。又，圖2至圖5係分階段地表示使用斷裂裝置100所進行之陶瓷成型體1的斷裂處理之途中之狀況的圖。
陶瓷成型體1係將既定之陶瓷粉末與既定黏合劑、溶劑等之有機材料混合後成型成板狀者。一般，係藉切割所得之個片被燒結，藉此所得之燒結體(陶瓷片)被用於各種用途。
作為陶瓷粉末，係因應於最終所得之陶瓷片的用途，可適當地採用氧化鋁粉末、或鐵氧磁體粉末等之LTCC(低溫燒結陶瓷)粉末等可構成陶瓷成型體1之各式各樣者。
陶瓷成型體1係利用例如將複數片陶瓷印刷電路基板積層而一體化之所謂的刷電路基板處理等、刮刀(doctor blade)法、凝膠澆鑄(gel casting)法等各種周知的手法可得到。
陶瓷成型體1係例如具有約0.5mm~1.0mm的厚度、與約3mm~20mm的平面尺寸(例如若是矩形舉例表示邊長、若是圓形舉例表示直徑)。
此外，在圖1係為了簡化說明，只表示一個切割預定位置P，但是實際上係亦可沿著預定之複數個切割預定位置P切割陶瓷成型體1。
斷裂裝置100係主要包括：彈性體101，係對斷裂對象物以水平姿勢可進行下方支撐；是板狀構件之斷裂板102，係在鉛垂下方具有截面大致三角形的刀尖102e。
作為彈性體101，係使用以下所示者，在其上面101a載置是斷裂對象物之陶瓷成型體1的狀態，可對陶瓷成型體1以水平姿勢進行下方支撐，且，在該下方支撐之狀態亦仍然在鉛垂方向具有彈性。只要滿足上述之要件，彈性體之固持形態係無限定。例如，彈性體101係亦可是藉未圖示之工作台進行下方支撐而成的形態，或者亦可是藉未圖示之夾持手段夾持端部而成的形態。
又，關於彈性體101之材質，亦適當地採用滿足上述之要件者即可。例如，舉例表示硬度為60°~90°之胺甲酸乙酯橡膠、矽橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠等之橡膠等。
此外，在圖1係為了簡化圖示，在已載置陶瓷成型體1的狀態，彈性體101的上面101a成為水平，但是這不是必需的形態，亦可陶瓷成型體1因自重而沈入，而上面101a局部地屈曲或彎曲。
斷裂板102係板狀之金屬製(例如超硬合金製)構件，其被設置成截面大致等腰三角形的刀尖102e在刀通過方向延伸。在圖1，係以刀通過方向成為與圖面垂直之方向的方式表示斷裂板102。斷裂板102係在彈性體101之上方的預定位置，被未圖示之夾具固持(夾持)，該夾具一起被設置成藉未圖示之升降機構升降自如。
更詳細地說明之，作為斷裂板102，係適合使用刀尖102e之角度(刀尖角)θ是5°~25°者。此外，亦可刀尖102e的頭端形成具有1μm~10μm之截面曲率半徑的曲面。又，斷裂板102的尺寸(厚度、長度、高度等)、或具體的斷裂條件係因應於陶瓷成型體1之材質或厚度等決定即可。
在切割時，係首先，將陶瓷成型體1載置於彈性體101之上，並被定位成切割預定位置P與斷裂板102的刀尖102e位於同一鉛垂面(在圖1係與圖面垂直的面)內。
然後，在該形態在陶瓷成型體1被載置並進而被定位後，接著，如在圖1以箭號AR1所示，斷裂板102朝向切割預定位置P下降。更具體而言，朝向在與圖面垂直的方向延伸之切割預定位置P與陶瓷成型體1之表面的虛擬交叉線Pb的位置下降。斷裂板102係在交叉線Pb的位置與陶瓷成型體1之表面抵接後，亦更下降(被壓入)既定距離。
此外，在以後係如圖1所示，將位於雖被載置於彈性體101且斷裂板102未抵接之狀態的陶瓷成型體1之表面的高度位置(交叉線Pb的高度位置)當作原點，並將鉛垂下方當作正的方向，來表示斷裂板102之(刀尖102e的)位置(自原點之下降距離)。例如，如圖1所示的情況所示，斷裂板102與陶瓷成型體1未接觸之間係Z＜0。又，將為了切割而斷裂板102下降時之自Z＝0的下降距離稱為壓入量。
如在圖1以箭號AR1所示下降之斷裂板102係不久在交叉線Pb的位置(Z＝0)與陶瓷成型體1抵接。
圖2係表示該剛抵接後之狀況的圖。斷裂板102係在該抵接之後亦繼續如在圖2以箭號AR2所示下降時，斷裂板102欲將陶瓷成型體1向下壓之力作用於切割預定位置P處的結果，如圖2所示，在陶瓷成型體1係對切割預定位置P對稱地發生在鉛垂下方成為凸的變形(彎曲)，而彈性體101亦因應於該變形而發生壓縮變形。此外，將在圖2之斷裂板102的位置當作Z＝Z1。
圖3係斷裂板102之位置成為比Z＝Z1更下方之Z＝Z2時之斷裂板102之附近的放大圖。
在圖2所示之Z＝Z1的時間點，係因為斷裂板102欲將陶瓷成型體1向下壓之力藉彈性體101之變形被吸收，所以陶瓷成型體1係在其整體止於發生變形，但是斷裂板102進一步下降時，不久藉陶瓷成型體1之變形與彈性體101之變形係無法吸收從斷裂板102所作用之力，而無法支撐斷裂板102。結果，如圖3所示，斷裂板102之刀尖102e沿著切割預定位置P進入陶瓷成型體1，而形成狹縫(切縫)SL。此外，為了便於圖示，狹縫SL係誇張地表示，實際上係寬度遠比陶瓷成型體1之尺寸細。
一度依此方式形成狹縫SL時，如圖3所示，從斷裂板102係力F1朝向對切割預定位置P對稱之斜下方的2方向，作用於陶瓷成型體1。另一方面，從彈性體101係向比鉛垂上方更向斷裂板102側傾斜之方向的抗力F2對切割預定位置P對稱地作用於陶瓷成型體1。於是，在厚度方向之上方，係力F1之水平面內分力從切割預定位置P向外地作用，而在厚度方向之下方，係力F2之水平面內分力朝向切割預定位置P作用。結果，隔著比斷裂板102更下方之切割預定位置P在相反的方向發生扭力T。而且，藉該扭力T之作用，以狹縫SL之下端為起點，在厚度方向龜裂CR逐漸地伸展。而最後，龜裂CR係到達陶瓷成型體1之厚度方向的下端部。
圖4係龜裂CR到達陶瓷成型體1之厚度方向的下端部時之狀況的圖。將此時之斷裂板102的位置當作Z＝Z3。龜裂CR到達陶瓷成型體1之厚度方向的下端部，這意指就是陶瓷成型體1被切割了。即，發生如圖3所示之龜裂CR之伸展的結果，不將斷裂板102向下壓至陶瓷成型體1之厚度方向的下端部，亦陶瓷成型體1係被切割。在此情況，藉由以壓入量成為Z3的方式使斷裂板102下降，實現陶瓷成型體1之切割。
圖5係表示在切割結束後使斷裂板102退避至起始位置時之狀況的圖。彈性體101之壓縮係被解除，藉陶瓷成型體1之切割所形成的2個個片1a、1b成為水平的載置狀態。
具體之壓入量的設定係根據作為切割對象之陶瓷成型體1的材質、厚度、彈性體101之材質、硬度、斷裂板102的厚度、刀尖角θ等亦相異，例如若是由氧化鋁所形成之陶瓷成型體1的情況，只要設定成厚度之1/3以上，係可切割。又，因為不進行過度之壓入亦可切割，所以壓入量係只要設定成9/10以下，較佳係2/3以下就足夠。在將壓入量設定成更大之值的情況，即使設定上係應無問題，亦因為實際上係因斷裂板102與彈性體101接觸而彈性體101可能損壞，所以不佳。
如以往之手法所示，將陶瓷成型體1載置於替代彈性體101之剛硬性的工作台上，藉斷裂板102切割的情況，因為陶瓷成型體1之彎曲或工作台之變形不會發生，所以與上述的情況相異，只不過是鉛垂向上之力從工作台作用於陶瓷成型體1。因此，如圖3所示之扭力T係不會適合地產生，而如在本實施形態所發生之龜裂CR的伸展係不會發生。
此外，在斷裂處理時，陶瓷成型體1係作為防止切割後之個片之移動、飛散的目的，有時將一方主面黏貼於在未圖示之切割環所舖設之切割膠帶等的固定構件，但是在此情況，係亦可在使該固定構件與彈性體101接觸的形態，進行載置固定。這種固定構件係一般因為遠比彈性體101薄，且具有彈性或撓性，所以可當作與彈性體101成為一體者。
如以上之說明所示，若依據本實施形態，在水平地載置於彈性體之上之狀態使斷裂板與切割預定位置抵接，並更向下壓，藉此，可適合地切割陶瓷成型體。 [實施例]
評估了在使用斷裂裝置100欲切割陶瓷成型體1的情況之壓入量的大小對陶瓷成型體1之切割的可否的影響。
作為陶瓷成型體1，係作成使用200mm四角形且厚度0.8mm之燒結前的氧化鋁陶瓷成型體，並將其切割成10mm四角形。
作為彈性體，係使用厚度3mm的橡膠，作為斷裂板102，係使用厚度為0.4mm、長度為300mm、高度為22mm、刀尖角θ為15°之不銹鋼製者。斷裂板102之下降速度係採用100mm/s。
壓入量係分成0.04mm、0.08mm、0.12mm、0.16mm、0.20mm、0.30mm、0.40mm、0.50mm、0.60mm以及0.70mm之10種水準(條件No1~10)，並藉按照各種壓入量之斷裂處理，嘗試切割。
在表1，以一覽表示各種條件之壓入量、藉斷裂處理之切割的可否、以及斷裂處理後之成型體的狀況。
[表1]
No. 壓入量(mm) 切割的可否 處理後之成型體的狀況
1 0.04 × 無切縫
2 0.08 × 無切縫
3 0.12 × 有切縫
4 0.16 × 有切縫
5 0.20 × 有切縫
6 0.30 ○ 完全地切割
7 0.40 ○ 完全地切割
8 0.50 ○ 完全地切割
9 0.60 ○ 完全地切割
10 0.70 ○ 完全地切割
如表1所示，在壓入量是未滿0.1mm之No.1及No.2的條件，係未被切割，在氧化鋁陶瓷成型體，係確認在斷裂板102抵接後，未形成表示進入至內部之切縫。該結果係表示在壓入量小的情況，在斷裂板102與陶瓷成型體1抵接後之向下壓被彈性體101的彈性吸收。
又，在壓入量是超過0.1mm且未滿陶瓷成型體之厚度的1/3之No.3~No.5的條件，係雖然在陶瓷成型體係形成切縫，但是未達到陶瓷成型體之切割。該結果係表示在壓入量未滿陶瓷成型體1之厚度之1/3的情況，雖然斷裂板102係進入陶瓷成型體1，但是即使伴隨之而發生龜裂CR的伸展，亦未到達厚度方向的下端部。
另一方面，在壓入量是陶瓷成型體之厚度的1/3以上且比陶瓷成型體之厚度更小之No.6~No.10的條件，藉斷裂處理陶瓷成型體係被切割。又，切割面是平滑。該結果係表示藉由將壓入量設定成陶瓷成型體1之厚度之1/3，即使未將斷裂板102向下壓至厚度方向的下端部，亦可適合地切割陶瓷成型體1。
1:陶瓷成型體 100:斷裂裝置 101:彈性體 102:斷裂板 102e:刀尖 CR:龜裂 P:切割預定位置 SL:狹縫
[圖1] 係在模式上表示沿著在預定既定方向所決定的切割預定位置P，與厚度方向垂直地切割板狀之陶瓷成型體1之狀況的圖。 [圖2] 係分階段地表示使用斷裂裝置100所進行之陶瓷成型體1的斷裂處理之途中之狀況的圖。 [圖3] 係分階段地表示使用斷裂裝置100所進行之陶瓷成型體1的斷裂處理之途中之狀況的圖。 [圖4] 係分階段地表示使用斷裂裝置100所進行之陶瓷成型體1的斷裂處理之途中之狀況的圖。 [圖5] 係分階段地表示使用斷裂裝置100所進行之陶瓷成型體1的斷裂處理之途中之狀況的圖。
1:陶瓷成型體
100:斷裂裝置
101:彈性體
102:斷裂板
102e:刀尖
CR:龜裂
P:切割預定位置
SL:狹縫
AR3:箭號
F1:力
F2:力
T:扭力

Claims (5)

  1. 一種陶瓷成型體之切割方法，係沿著預定之切割預定位置在厚度方向切割將既定之陶瓷粉末與有機材料混合後成型成板狀之陶瓷成型體的方法，其係包括： 載置步驟，係將該陶瓷成型體水平地載置於彈性體之上；及 斷裂步驟，係對在該彈性體所載置之該陶瓷成型體的該切割預定位置，使斷裂板從上面側抵接，進而以是該陶瓷成型體之厚度的1/3以上且9/10以下之既定壓入量壓入該斷裂板，藉此，在該切割預定位置在該陶瓷成型體形成切縫，進而使龜裂從該切縫的下端在該陶瓷成型體之厚度方向伸展，藉此，在該切割預定位置切割該陶瓷成型體。
  2. 如請求項1之陶瓷成型體的切割方法，其中該斷裂板的刀尖角是5°~25°。
  3. 如請求項1或2之陶瓷成型體的切割方法，其中該彈性體是硬度60°~90°的橡膠。
  4. 如請求項1或2之陶瓷成型體的切割方法，其中在該載置步驟，係該陶瓷成型體以被黏貼固定於既定固定構件後，使該固定構件與該彈性體接觸的形態被載置於該彈性體。
  5. 如請求項3之陶瓷成型體的切割方法，其中在該載置步驟，係該陶瓷成型體以被黏貼固定於既定固定構件後，使該固定構件與該彈性體接觸的形態被載置於該彈性體。
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