TWI656108B - 多孔陶板、其製備方法及其應用 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多孔陶板、其製備方法、及前述多孔陶板的應用。該製備方法包括以下步驟：步驟(a)：齊備複數陶瓷原料，該等陶瓷原料分別包括表層陶瓷原料和底層陶瓷原料，其中該表層陶瓷原料所包含的金屬氧化物之平均粒徑小於或等於20微米；步驟(b)：將該等陶瓷原料各自進行成形步驟後，分別得到由該等陶瓷原料成形的複數生胚；步驟(c)：將該等生胚疊設形成一疊層，該疊層包含該表層陶瓷原料成形的生胚以及該底層陶瓷原料成形的生胚；將該疊層進行成形步驟，得到一成形後的疊層；以及，步驟(d)：燒結該成形後的疊層，以獲得一多孔陶板，其中，該多孔陶板包括相互疊設之一表層陶瓷層和底層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。

Description

多孔陶板、其製備方法及其應用
本發明係有關一種多孔陶板，尤其是應用於固定晶圓或工作件的真空吸盤或非接觸式應用設備的多孔陶板、該多孔陶板的製備方法以及該多孔陶板的應用。
在製造半導體的領域中，為了使晶圓於清洗、切割、研磨等加工處理的自動化移載過程中維持穩固、降低晶圓損壞並提升產線流暢度，目前以真空吸盤吸附晶圓為最常使用的承載吸附工具，而如何使吸盤的吸著面具有高平坦性，進而提升晶圓製程的良率成為相當重要的議題。關於真空吸盤的製備方法，日本特許公告第2779968號發明專利揭露一種真空吸盤的製備方法，其先以陶瓷原料與有機黏結劑等形成生坯燒製成卡盤主體，再研磨該卡盤主體表面使其平滑化，接著在卡盤主體表面以電漿化學氣相沉積法形成一不具有氣孔的陶瓷薄膜；該製備方法雖可獲得吸著面平坦度高的真空吸盤，然而該製備方法的製備程序繁瑣且生產成本高，不利於商業應用。
另外，日本特開第2002-373873號發明專利申請案揭露一種陶瓷基材疊層的製備方法，其由陶瓷原料等成份以機械加工方式先形成各陶瓷基材所需的形狀，隨後各自燒製成陶瓷基材，接著對該等陶瓷基材進行表面處理及開槽處理後，再以無機黏合劑黏合該等陶瓷基材以獲得該陶瓷基材疊層；然而該製備方法的製備程序繁瑣、耗能，且若黏合劑失效則會導致陶瓷基材間的剝離。
再者，韓國專利公告第101149350號發明專利揭露一種具有不同孔徑大小的多孔陶瓷雙層的製備方法，其先由陶瓷原料粉末和有機黏合劑混合後進行支持層的壓製成形步驟，接著加熱燒結出具有較粗孔徑的支持層；在燒結而成的支持層之其中一表面塗佈混合有另一陶瓷原料粉末和有機黏合劑的漿料，接著進行加熱燒結使該漿料形成具有較小孔徑的吸附層，以獲得具有不同孔徑大小的雙層多孔陶瓷層；然而該製備方法的製備程序繁瑣、耗能，且因在燒結好的支持層上塗佈吸附層漿料，因此吸附層漿料會填入燒結好的支持層的孔洞中，導致吸附層和支持層存在氣阻差異，故該雙層多孔陶瓷層在應用於包含氣浮平台、氣浮滑軌與氣浮軸承等非接觸式輸送系統時，其氣阻性還是不能滿足需求。
有鑑於上述製備方法的技術缺陷，本發明之目的在於提供一種多孔陶板的製備方法，其製備程序簡單，能提升生產效益。
本發明之另一目的在於提供一種多孔陶板的製備方法，其能節約能源，降低生產成本。
為達成前述目的，本發明提供一種多孔陶板的製備方法，其包含以下步驟：步驟(a)：齊備複數陶瓷原料，該等陶瓷原料分別包括表層陶瓷原料和底層陶瓷原料，其中該表層陶瓷原料所包含的金屬氧化物之平均粒徑小於或等於20微米；步驟(b)：將該等陶瓷原料各自進行成形步驟後，分別得到由該等陶瓷原料成形的複數生胚；步驟(c)：將該等生胚疊設形成一疊層，該疊層包含該表層陶瓷原料成形的生胚以及該底層陶瓷原料成形的生胚；將該疊層進行成形步驟，得到一成形後的疊層；以及，步驟(d)：燒結該成形後的疊層，以獲得一多孔陶板，其中，該多孔陶板包括相互疊設之一表層陶瓷層和底層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。
本發明先將該表層陶瓷原料和該底層陶瓷原料各自進行成形後再疊合，接著才進行一次燒結步驟。藉此除了可簡化製備程序及節約能源之外，由所述製備方法所獲得的多孔陶板，各層之間不需要額外使用外加黏合劑黏合，避免黏合劑失效而使多孔陶板包含的各層之間脫離的狀況；此外，所述製備方法獲得的多孔陶板具有整體孔隙分布均勻的特性，進而使所述多孔陶板具有均勻透氣性佳的優點。藉由限定表層陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑範圍，使得該多孔陶板的表層陶瓷層具有細小的平均孔徑，即便用於吸附固定很薄的工作件(例如晶圓)時，仍可使工作件保持平坦不變形以利對工作件精準量測或加工；並且，該多孔陶板後續與真空或給氣系統相連時，藉由與系統連結的該底層陶瓷層具有較大的平均孔徑而讓氣阻減小，進而能減少耗能並使該多孔陶板同時達到具有剛性及可透氣之效果。若應用於非接觸式輸送系統時，能提供均勻、穩定的氣墊層，保持物件表面之平坦度，能應用於搬運高精度或大面積的物件。
較佳的，步驟(a)中使用的表層陶瓷原料所包含的金屬氧化物之平均粒徑小於或等於10微米；更佳的，步驟(a)中使用的表層陶瓷原料所包含的金屬氧化物之平均粒徑介於0.01微米至8微米範圍之間。
於其中一實施態樣中，複數陶瓷原料可表示為兩種陶瓷原料，於此態樣中，複數陶瓷原料為表層陶瓷原料和底層陶瓷原料；於另一實施態樣中，複數陶瓷原料亦可表示為三種陶瓷原料，於此態樣中，複數陶瓷原料為表層陶瓷原料、第一中間層陶瓷原料和底層陶瓷原料；於又一實施態樣中，複數陶瓷原料還可表示為四種陶瓷原料，於此態樣中，複數陶瓷原料為表層陶瓷原料、第一中間層陶瓷原料、第二中間層陶瓷原料和底層陶瓷原料。本發明可適用之陶瓷原料舉例說明於此，但不限於上述三種實施態樣。
因此，當該等陶瓷原料為超過二種陶瓷原料時，該多孔陶板更包括由該中間層陶瓷原料所形成之至少一中間層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該中間層陶瓷層的平均孔徑，且該中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。舉例而言，當該等陶瓷原料為三種陶瓷原料時，該第一中間層陶瓷原料可形成第一中間層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該第一中間層陶瓷層的平均孔徑，且該第一中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑；當該等陶瓷原料為四種陶瓷原料時，該第一中間層陶瓷材料與該第二中間層陶瓷材料可形成第一中間層陶瓷層以及該第二中間層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該第一中間層陶瓷層的平均孔徑，該第一中間層陶瓷層的平均孔徑小於該第二中間層的平均孔徑，該第二中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。藉由該中間層陶瓷原料最後所形成的中間層陶瓷層之平均孔徑尺寸介於該表層陶瓷層和該底層陶瓷層的平均孔徑之間，從該底層陶瓷層至表層陶瓷層的通氣可更順暢。
為了使該多孔陶板中的各層陶瓷層的平均孔徑不同，較佳的，步驟(a)中該等陶瓷原料各自包含的金屬氧化物之平均粒徑不同；舉例而言，當該等陶瓷原料為兩種陶瓷原料時，該表層陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑小於該底層陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑；當該等陶瓷原料為三種陶瓷原料時，該表層陶瓷原料、該第一中間層陶瓷原料和該底層陶瓷原料各自所含的金屬氧化物之平均粒徑，從小至大依序為該表層陶瓷原料所含的金屬氧化物、該第一中間層陶瓷原料所含的金屬氧化物至該底層陶瓷原料所含的金屬氧化物；當該等陶瓷原料為四種陶瓷原料時，該表層陶瓷原料、該第一中間層陶瓷原料、該第二中間層陶瓷原料和該底層陶瓷原料各自所含的金屬氧化物之平均粒徑，從小至大依序為該表層陶瓷原料所含的金屬氧化物、該第一中間層陶瓷原料所含的金屬氧化物、該第二中間層陶瓷原料所含的金屬氧化物至該底層陶瓷原料所含的金屬氧化物。接著於步驟(c)中，將該等生胚依各自包含的陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑尺寸排序疊設形成該疊層。
在一些具體實施例中，該步驟(a)中的該等陶瓷原料可更包括容易被燒失或分解而產生孔洞的造孔填充劑，例如：碳酸鈣(CaCO 3)、碳酸鎂(MgCO 3)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)，PMMA)、或聚苯乙烯(Polystyrene，PS)等，但不限於此。舉例而言，步驟(a)中僅該底層陶瓷原料添加前述造孔填充劑，或是步驟(a)中該中間層陶瓷原料和該底層原料皆添加前述造孔填充劑，以增大底層陶瓷層和/或中間層陶瓷層的平均孔徑及孔隙率。
在一些具體實施例中，該步驟(a)中的複數陶瓷原料可皆包括增稠劑，例如：澱粉(Starch)、甲基纖維素(Methyl Cellulose)等，但不限於此。藉由在該等陶瓷原料中添加增稠劑，可使陶瓷原料中的各成分混合均勻，因此可提升所述多孔陶板的孔隙均勻性；此外，增稠劑通常為可被燒失之材料，亦可提升所述陶板之孔隙率與通氣性。
依據本發明，步驟(b)和步驟(c)中的成形步驟可使用注射成型、加壓成型、擠出成型、或壓延成型，但不限於此。較佳的，步驟(b)中該表層陶瓷原料和該底層陶瓷原料各自使用壓延成型法進行成形步驟；較佳的，步驟(c)中該疊層也使用壓延成型法進行成形步驟。使用水平輥筒輥輾該等陶瓷原料或疊層，不僅程序簡單，且不需要多次增厚即能達到各層體所需的厚度。
較佳的，步驟(b)中使用的壓延成型法，其壓延力為每平方公分大於10毫克，壓延溫度介於0°C至100°C，壓延環境濕度介於相對濕度0到100之間。
較佳的，步驟(c)中使用的壓延成型法，其壓延力為每平方公分大於1000毫克，壓延溫度介於15°C至40°C，壓延環境濕度介於相對濕度40到100之間。
在一些具體實施例中，該步驟(a)中的複數陶瓷原料所含的金屬氧化物包括鐵(Fe)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、銅(Cu)、鋁(Al)等金屬的氧化物，但不限於此。舉例而言，鐵氧化物包括氧化亞鐵(FeO)、三氧化二鐵(Fe 2O 3)等，但不限於此；錳氧化物包括一氧化锰(MnO)、四氧化三锰(Mn 3O 4)、三氧化二锰(Mn 2O 3)、二氧化锰(MnO 2)等，但不限於此；鉻氧化物包括一氧化鉻(CrO)、三氧化二鉻(Cr 2O 3)、三氧化鉻(CrO 3)等，但不限於此；鈷氧化物包括一氧化鈷(CoO)、三氧化二鈷(Co 2O 3)、四氧化三鈷(Co 3O 4)等，但不限於此；銅氧化物包括氧化亞銅(Cu 2O)、氧化銅(CuO)等，但不限於此。依據陶瓷原料所含的金屬氧化物之性質，可調整多孔陶板整體的導電率或機械強度等性質。舉例而言，為了調整導電率，陶瓷原料可包括鐵氧化物、銅氧化物、錳氧化物等金屬氧化物，但不限於此；較佳的，該等陶瓷原料所含的鐵氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的20重量%以上；更佳的，該等陶瓷原料所含的鐵氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的30重量%至80重量%。較佳的，該等陶瓷原料所含的銅氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%以上；更佳的，該等陶瓷原料所含的銅氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%至50重量%。為了調整機械強度，陶瓷原料可包括錳氧化物、鈷氧化物、鎂氧化物等金屬氧化物，但不限於此；較佳的，該等陶瓷原料所含的錳氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%以上；更佳的，該等陶瓷原料所含的錳氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%至80重量%。較佳的，該等陶瓷原料所含的鈷氧化物含鈷氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%以上；更佳的，該等陶瓷原料所含的鈷氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的0.01重量%至50重量%。
在一些具體實施例中，該步驟(a)中的複數陶瓷原料可不包含碳化矽或其他高硬度粒子(例如單晶鑽)，以避免最後形成的多孔陶板之硬度過高而容易刮傷晶圓或工作件。
在不影響本發明之多孔陶板的製作方法的效果之情況下，還可以視不同使用需求，將在該等陶瓷原料中添加其他輔助添加劑，例如黏結劑、熱膨脹控制劑、導電控制劑、靜電防止劑、機械強度控制劑、或摩擦係數調整劑等，但不限於此。
燒結係該等生胚在高溫環境下進行反應，將陶瓷原料中的結合劑加熱至其玻璃轉化溫度之上以將陶瓷原料結合形成均勻固相；因此，結合劑種類不同，也影響燒結溫度的選擇。而燒結過程的環境溫度會影響多孔陶板中的氣孔尺寸、氣孔分佈、結構形狀和材料組成，進而影響多孔陶板的性能。當燒結溫度過高，陶板所產生的熱應力太大，可能會造成燒結後的陶板翹曲、陶板產生裂紋甚至破裂。較佳的，該步驟(d)中的燒結溫度為500°C至1250°C，更佳的，該步驟(d)中的燒結溫度為520°C至950°C。上述範圍之燒結溫度，能減低能源之消耗，同時能使燒結後所得的多孔陶板之良率更提升。
此外，本發明另提供一種如前述多孔陶板的製備方法所製備而得的多孔陶板。
本發明之另一目的在於提供一種多孔陶板，該多孔陶板包括相互疊設的表層陶瓷層和底層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。所述多孔陶板具有整體孔隙分布均勻的特性，進而使所述多孔陶板具有透氣性佳的優點，可以解決習用多孔陶板氣阻高導致耗能的問題。
在一些具體實施例中，該多孔陶板更包括至少一中間層陶瓷層，該中間層陶瓷層位於該表層陶瓷層和該底層陶瓷層之間；該表層陶瓷層的平均孔徑小於該中間層陶瓷層的平均孔徑，該中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。
在一些具體實施例中，該多孔陶板的表層陶瓷層的孔隙率介於15%至60%，該多孔陶板的底層陶瓷層的孔隙率介於30%至90%。較佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的孔隙率介於20%至50%，該多孔陶板的底層陶瓷層的孔隙率介於35%至65%。
在一些具體實施例中，該多孔陶板的整體孔隙率係介於30%至85%。較佳的，該多孔陶板的整體孔隙率係介於30%至70%。
在一些具體實施例中，該多孔陶板的表層陶瓷層的平均孔徑介於0.05微米(μm)至10 μm，該多孔陶板的底層陶瓷層的平均孔徑介於5 μm至3000 μm。較佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的平均孔徑介於0.3 μm至5 μm，該多孔陶板的底層陶瓷層的平均孔徑介於20 μm至1500 μm。更佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的平均孔徑介於0.3 μm至2 μm，該多孔陶板的底層陶瓷層的平均孔徑介於30 μm至1000 μm。
該多孔陶板的總厚度大於200 μm可提供較佳的支撐力，因此，在一些具體實施例中，該多孔陶板的總厚度介於200 μm至20000 μm。較佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的厚度介於20 μm至10000 μm；更佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的厚度介於30 μm至5000 μm；再更佳的，該多孔陶板的表層陶瓷層的厚度介於50 μm至2000 μm。
為了提升導電率，較佳的，該多孔陶板所含的鐵氧化物之總含量佔該多孔陶板之總重的10重量%以上。更佳的，該多孔陶板所含的鐵氧化物之總含量佔該多孔陶板之總重的30重量%以上。
在不影響本發明之多孔陶板的效果之情況下，該多孔陶板還可以進行表面處理，例如：氟樹脂加工、陽極氧化處理、無電解金屬、或電鍍處理等，但不限於此。
在一些具體實施例中，該多孔陶板的形狀可為圓形、方形、多邊形、半圓筒形或圓筒形等，但不限於此。
在一些具體實施例中，該多孔陶板更包括貫穿表層和底層的複數氣體通道，各氣體通道的寬度為0.1 μm至3000 μm。
本發明之另一目的在於提供一種真空吸盤，其包括一如前述多孔陶板以及一底板，該底板具有與所述多孔陶板相連接的一表面。
在一些具體實施例中，與所述多孔陶板相連接的該底板表面上包括複數真空槽。
本發明之另一目的在於提供一種非接觸式應用設備，其包括一如前述的多孔陶板以及一本體，該本體朝向該多孔陶板的一表面上包括至少一通氣槽。舉例而言，該非接觸式應用設備可為非接觸式輸送系統或精密檢測平台，但不限於此。
當所述非接觸式應用設備所包含的通氣槽與真空產生系統連接時，所述通氣槽即為真空槽，可提供吸力；當所述非接觸式應用設備所包含的通氣槽與給氣系統連接時，所述通氣槽即為給氣槽，可提供推力；另外，還可藉由間隔設置真空槽與給氣槽同時提供達到平衡的吸力及推力，因此提供了穩定的氣墊層，使工作件可維持平穩，且不易從本體上取下。
所述非接觸式輸送系統因具備零摩擦力、零耗損、不須使用潤滑油、以及高速、平穩等優點，降低了運送過程的碰撞或刮傷等問題，且因無接觸而降低磨擦所產生靜電的機會，提昇製程良率，適合運送高精度或大面積的物件，例如大尺寸液晶顯示器等，但不限於此。所述非接觸式輸送系統包括氣浮平台、氣浮滑軌、或氣浮軸承等，但不限於此。
所述精密檢測平台因具有穩定而均勻的氣墊層而可提供穩定的漂浮高度，維持工作件不晃動，且調控平面精準度至數微米以下，克服因工作件本身重量所引起的彎曲問題，提供更為精準的定位與更小的操作誤差，可應用於大型檢測平台之設計。
在下文中，本領域技術人員可從以下實施例很輕易地理解本發明所能達到的優點及效果。因此，應當理解本文提出的敘述僅僅用於說明優選的實施方式而不是用於侷限本發明的範圍，在不悖離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種修飾、變更以便實施或應用本發明之內容。
在以下實施例1至實施例5完成多孔陶板的製作後，使用阿基米德法量測多孔陶板的孔隙率，另使用型號為日立 FlexSEM 1000的掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)觀察該多孔陶板的型貌。
實施例 1 之多孔陶板的製備方法
首先，齊備表層陶瓷原料和底層陶瓷原料：該表層陶瓷原料包含作為增稠劑的甲基纖維素，以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物之金屬氧化物，且鐵氧化物佔表層陶瓷原料之總重的30重量%，錳氧化物佔表層陶瓷原料之總重的40重量%；表層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於0.3 μm至1.5 μm，平均粒徑係為0.5 μm；該底層陶瓷原料包含作為增稠劑的甲基纖維素，以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物之金屬氧化物，且鐵氧化物佔底層陶瓷原料總重的30重量%，錳氧化物佔底層陶瓷原料之總重的40重量%；底層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於3 μm至15 μm，平均粒徑係為8 μm，其係大於表層陶瓷原料中金屬氧化物的平均粒徑。
接著，將所述表層陶瓷原料和所述底層陶瓷原料各自以壓延成型法輥輾成形，得到一表層陶瓷原料成形的方形生胚以及一底層陶瓷原料成形的方形生胚。
再將所述由表層陶瓷原料成形的生胚放置於所述由底層陶瓷原料成形的生胚之上方，兩生胚相疊形成一疊層後，將該疊層以壓延成型法輥輾成形，得到一成形後的疊層，可依據所需要之形狀於燒結前或燒結後再進行裁切與加工。
所述成形後的疊層以950°C的溫度燒結7小時，獲得了一包括表層陶瓷層110和底層陶瓷層120的雙層多孔陶板10，其斷面結構如圖1所示。
實施例1之雙層多孔陶板10的總厚度為5000 μm，其中，表層陶瓷層110的厚度為500 μm。此外，以雙層多孔陶板10之總重為基準，雙層多孔陶板10所包含的鐵氧化物之總含量佔30重量%，錳氧化物之總含量佔40重量%。
請參考圖1，表層陶瓷層110中包含複數金屬氧化物顆粒111以及複數孔112，以及底層陶瓷層120中包含複數金屬氧化物顆粒121以及複數孔122。
請參考圖2、圖3，經掃描式電子顯微鏡觀察得知，表層陶瓷層110的平均孔徑為0.5 μm，底層陶瓷層120的平均孔徑為5 μm。
經量測得知，表層陶瓷層110的孔隙率約為36%，底層陶瓷層120的孔隙率約為45%，而雙層多孔陶板10的整體孔隙率約為44%。
實施例 2 之多孔陶板的製備方法
實施例2之製備方法與實施例1之製備方法的步驟相似，其差異在於：底層陶瓷原料加入做為造孔填充劑的PMMA球，其佔底層陶瓷原料之總重的7重量%。因所述底層陶瓷原料加入造孔填充劑，故使雙層多孔陶板的底層陶瓷層在燒結後除了原先因陶瓷原料堆疊並燒結後所形成的孔隙外，還有造孔劑燒失所形成的較大孔洞，不僅使底層陶瓷層的平均孔徑增大，還大幅增加底層陶瓷層的孔隙度、減少氣阻。實施例2的雙層多孔陶板，其表層陶瓷層的平均孔徑為0.5 μm，以及其孔隙率約為36%；請參考圖4，底層陶瓷層的平均孔徑為8 μm，以及其孔隙率約為55%，而雙層多孔陶板的整體孔隙率約為53%。
實施例 3 之多孔陶板的製備方法
實施例3之製備方法與實施例1之製備方法的步驟相似，其差異在於：實施例1和實施例3各自選擇的表層陶瓷原料和底層陶瓷原料或含量不同。該表層陶瓷原料包含作為增稠劑的甲基纖維素，以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物之金屬氧化物，且鐵氧化物佔表層陶瓷原料總重的30重量%，錳氧化物佔表層陶瓷原料之總重的40重量%；表層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於3 μm至15 μm，平均粒徑係為8 μm。該底層陶瓷原料與該表層陶瓷原料相似，差異僅在於該底層陶瓷材料加入做為造孔填充劑的PMMA球，其佔底層陶瓷原料之總重的7重量%。因所述底層陶瓷原料加入造孔填充劑，故使雙層多孔陶板的底層陶瓷層在燒結後，除了原先因陶瓷原料堆疊並燒結後所形成的孔隙外，還有造孔劑燒失所形成的較大孔洞，不僅使底層陶瓷層的平均孔徑增大，還大幅增加底層陶瓷層的孔隙度、減少氣阻。請參考圖5，實施例3的雙層多孔陶板，其表層陶瓷層的平均孔徑為5 μm，以及其孔隙率約為45%；底層陶瓷層的平均孔徑為8 μm，以及其孔隙率約為55%，而雙層多孔陶板的整體孔隙率約為52%。
實施例 4 之多孔陶板的製備方法
首先，齊備表層陶瓷原料、中間層陶瓷原料和底層陶瓷原料：該表層陶瓷原料包含作為黏結劑的二氧化矽及氧化鋁、作為增稠劑的甲基纖維素以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鎂氧化物、鋁氧化物之金屬氧化物，其中，鐵氧化物佔表層陶瓷原料之總重的20重量%，鉻氧化物佔表層陶瓷原料之總重的15重量%；表層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於0.3 μm至1.5 μm，平均粒徑係為0.5 μm。該中間層陶瓷原料包含作為黏結劑的二氧化矽及氧化鋁、作為增稠劑的甲基纖維素以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鎂氧化物、鋁氧化物之金屬氧化物，其中，鐵氧化物佔中間層陶瓷原料總重的20重量%，鉻氧化物佔表層陶瓷原料之總重的15重量%；中間層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於3 μm至15 μm，平均粒徑係為8 μm。該底層陶瓷原料包含作為黏結劑的二氧化矽、作為增稠劑的甲基纖維素以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鎂氧化物、鋁氧化物之金屬氧化物，其中，鐵氧化物佔表層陶瓷原料總重的20重量%；底層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於20 μm至100 μm，平均粒徑係為60 μm。
接著，將所述表層陶瓷原料、所述中間層陶瓷原料和所述底層陶瓷原料各自以壓延成型法輥輾成形，得到一表層陶瓷原料成形的生胚，一中間層陶瓷原料成形的生胚，以及一底層陶瓷原料成形的生胚。
將所述由中間層陶瓷原料成形的生胚放置於所述由底層陶瓷原料成形的生胚之上方；隨後，再將所述由表層陶瓷原料成形的生胚放置於所述由中間層陶瓷原料成形的生胚之上方，由三生胚相疊形成一疊層後，將該疊層以壓延成型法輥輾成形，得到一成形後的疊層。
所述成形後的疊層以950°C的溫度燒結7小時，獲得了一包括表層陶瓷層110、中間層陶瓷層130和底層陶瓷層120的三層多孔陶板10′，其斷面結構如圖6所示。
三層多孔陶板10′的總厚度為5000 μm，其中，表層陶瓷層的厚度為500 μm，以及中間層陶瓷層的厚度為500 μm。此外，以三層多孔陶板10′之總重為基準，三層多孔陶板10′包含的鐵氧化物含量佔20重量%。
請參考圖6，表層陶瓷層110中包含複數金屬氧化物顆粒111以及複數孔112，中間層陶瓷層130中包含複數金屬氧化物顆粒131以及複數孔132，以及底層陶瓷層120中包含複數金屬氧化物顆粒121以及複數孔122。
經如同前述相同方法觀察得知，表層陶瓷層110的孔隙率約為36%，中間層陶瓷層130的孔隙率約為45%，底層陶瓷層120的孔隙率為55%，而三層多孔陶板10′的整體孔隙率為約53%。
經如同前述相同方法量測得知，表層陶瓷層110的平均孔徑為0.5 μm，中間層陶瓷層130的平均孔徑為5 μm，請參考圖7，底層陶瓷層120的平均孔徑為40 μm。
實施例 5 之多孔陶板的製備方法
實施例5之製備方法與實施例4之製備方法的步驟相似，其差異在於：實施例4和實施例5個別選擇的表層陶瓷原料、中間層陶瓷原料和底層陶瓷原料或含量不同。實施例5之表層陶瓷原料與實施例1之表層陶瓷原料相同；實施例5之中間層陶瓷原料包含作為增稠劑的甲基纖維素，以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物之金屬氧化物，且鐵氧化物佔中間層陶瓷原料總重的30重量%，錳氧化物佔中間層陶瓷原料之總重的40重量%；中間層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於3 μm至15 μm，平均粒徑係為8 μm，其係大於表層陶瓷原料中金屬氧化物的平均粒徑；實施例5之底層陶瓷原料包含作為增稠劑的甲基纖維素、作為造孔填充劑的PMMA球、以及鐵氧化物、錳氧化物、鉻氧化物之金屬氧化物，且鐵氧化物佔底層陶瓷原料總重的30重量%，錳氧化物佔底層陶瓷原料之總重的40重量%；底層陶瓷原料中金屬氧化物之粒徑係介於3 μm至15 μm，平均粒徑係為8 μm，其係大於表層陶瓷原料中金屬氧化物的平均粒徑；另外，實施例5所含的PMMA球的含量大於該底層陶瓷原料之總重的7重量%，且其粒徑較實施例2採用的PMMA球的粒徑更大。請參考圖8，實施例5的三層多孔陶板，其表層陶瓷層的平均孔徑為0.5 μm，中間層陶瓷層的平均孔徑為5 μm，底層陶瓷層的平均孔徑為40 μm，其表層陶瓷層的孔隙率約為36%，中間層陶瓷層的孔隙率約為45%，而底層陶瓷層的孔隙率約為55%，且三層多孔陶板的整體孔隙率約為52%。
實施例 6 之真空吸盤
請參考圖9，實施例6係一真空吸盤，其包括實施例1的多孔陶板10以及一底板20，所述底板20具有與多孔陶板10相連接的一表面201。所述底板20的表面201上包括複數真空槽22以及一真空管路21，該等真空槽22與真空管路21相連通。請參考圖10，所述真空吸盤還可包括固定構件40，用以固定多孔陶板10的位置。
請參考圖9、圖10，可利用一真空產生系統(圖未示)與實施例6之真空吸盤的底板20之真空管路21相連。由真空產生系統提供的負壓吸力，分散至底板20的複數真空槽22，且穿過多孔陶板10所包含的複數孔，形成了複數均勻的吸力，不僅可吸附、固定一工作件30，所述工作件30能維持平穩，避免損壞工作件30。
實施例7之精密檢測平台
請參考圖11，實施例7係一精密檢測平台，其包括實施例1的多孔陶板10以及一本體50，所述本體50具有朝向多孔陶板10的一表面501。所述表面501上包括複數真空槽22以及複數給氣槽24；該等真空槽22與一真空管路21相連通，該等給氣槽24與一給氣管路23相連通。利用一真空產生系統(圖未示)與真空管路21相連，同時藉由一給氣系統(圖未示)與給氣管路23相連。由真空產生系統提供的負壓吸力，分散至本體50的複數真空槽22，且穿過多孔陶板10所包含的複數孔，形成了複數均勻的吸力；而由給氣系統提供的推力，分散至本體50的該等給氣槽24，且穿過多孔陶板10所包含的複數孔，形成了複數均勻的推力。藉由間隔設置真空槽與給氣槽同時形成的吸力及推力，提供了穩定的氣墊層。
實施例8之非接觸式輸送系統
請參考圖12，實施例8係一非接觸式輸送系統，其包括實施例1的多孔陶板10以及一本體50′，所述本體50′具有朝向多孔陶板10的一表面501′′。所述表面501′′上包括給氣槽24，該給氣槽24與一給氣管路23相連通。藉由一給氣系統(圖未示)提供氣體產生的推力，且穿過多孔陶板10所包含的複數孔，形成了複數均勻的推力，提供了穩定的氣墊層並提供運送作用。
實驗結果討論
與習知製備方法相比，本發明的製備方法因步驟簡單、容易操作，而使製程易於掌控，進而提升製備多孔陶板的生產良率；且因僅進行一次燒結，不僅可簡化製備程序還能節約能源；此外，因進行一次性的燒結，使得實施例1至實施例5之多孔陶板整體的孔隙分布均勻，具有良好透氣性，進而提升多孔陶板的品質。
藉由本發明的多孔陶板的表層陶瓷層具有較小的平均孔徑，即便用於固定很薄的工作件(例如晶圓)時，仍可使工作件保持平坦不變形，有利於對工作件精準量測或加工；並且，該多孔陶板後續與真空系統相連時，藉由該底層陶瓷層具有較大的平均孔徑而讓氣阻減小，可減少耗能並提供足夠的支撐力。此外，因表層陶瓷層具有較小的平均孔徑，當其作為吸附平台時，因漏氣量低，故能應用在局部吸附，即被吸附的工作件不需完全覆蓋在吸附平台上。並且，因本發明的多孔陶板在表層陶瓷層之下層複合有具較大孔徑的中間層陶瓷層及/或底層陶瓷層，故可提供較大支撐力及較大吸附力，兼顧減小氣阻與維持整體陶板之剛性，達到較大吸附力、減少能耗，避免多孔陶板因整體皆為細小孔徑而使氣阻過大，表面吸附力減低的問題。
儘管前述說明已闡述本發明的諸多特徵、優點及本發明的構成與特徵細節，然而這僅屬於示例性的說明。全部在本發明之申請專利範圍的一般涵義所表示範圍內，依據本發明原則所作的細節變化尤其是指形狀、尺寸和元件設置的改變，均仍屬於本發明的範圍內。
10、10′‧‧‧多孔陶板
110‧‧‧表層陶瓷層
111‧‧‧金屬氧化物顆粒
112‧‧‧孔
120‧‧‧底層陶瓷層
121‧‧‧金屬氧化物顆粒
122‧‧‧孔
130‧‧‧中間層陶瓷層
131‧‧‧金屬氧化物顆粒
132‧‧‧孔
20‧‧‧底板
201‧‧‧表面
21‧‧‧真空管路
22‧‧‧真空槽
23‧‧‧給氣管路
24‧‧‧給氣槽
30‧‧‧工作件
40‧‧‧固定構件
50、50′‧‧‧本體
501、501′′‧‧‧表面
圖1為本發明之實施例1的斷面示意圖。 圖2為本發明之實施例1的表層陶瓷層的SEM照片。 圖3為本發明之實施例1的底層陶瓷層的SEM照片。 圖4為本發明之實施例2的底層陶瓷層的SEM照片。 圖5為本發明之實施例3的SEM照片。 圖6為本發明之實施例4的斷面示意圖。 圖7為本發明之實施例4的底層陶瓷層的SEM照片。 圖8為本發明之實施例5的SEM照片。 圖9為本發明之實施例6的側面示意圖。 圖10為本發明實施例6吸附工作件的示意圖。 圖11為為本發明之實施例7的側面示意圖。 圖12為為本發明之實施例8的側面示意圖。
無。

Claims (13)

  1. 一種多孔陶板的製備方法，其包含以下步驟：步驟(a)：齊備複數陶瓷原料，該等陶瓷原料分別包括表層陶瓷原料和底層陶瓷原料，其中該表層陶瓷原料所包含的金屬氧化物之平均粒徑小於或等於20微米；該等陶瓷原料所含的鐵氧化物含量佔該等陶瓷原料總重的20重量%以上；步驟(b)：將該等陶瓷原料各自進行成形步驟後，分別得到由該等陶瓷原料成形的複數生胚；步驟(c)：將該等生胚疊設形成一疊層，該疊層包含該表層陶瓷原料成形的生胚以及該底層陶瓷原料成形的生胚；將該疊層進行成形步驟，得到一成形後的疊層；以及步驟(d)：燒結該成形後的疊層，以獲得一多孔陶板，其中，該多孔陶板包括相互疊設之一表層陶瓷層和一底層陶瓷層；該表層陶瓷層的平均孔徑介於0.3微米至10微米，該底層陶瓷層的平均孔徑介於20微米至3000微米；該多孔陶板的整體孔隙率係介於30%至85%。
  2. 如請求項1所述之製備方法，其中，該表層陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑小於該底層陶瓷原料所含的金屬氧化物之平均粒徑。
  3. 如請求項1所述之製備方法，其中，該底層陶瓷原料添加造孔填充劑。
  4. 如請求項1所述之製備方法，其中，步驟(b)中該等陶瓷原料各自使用壓延成型法以進行成形步驟。
  5. 如請求項4所述之製備方法，其中，步驟(c)中該疊層使用壓延成型法以進行成形步驟。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之製備方法，其中，該步驟(a)中的複數陶瓷原料更包括至少一中間層陶瓷原料；以及該步驟(d)中，該多孔陶板更包括至少一中間層陶瓷層，該表層陶瓷層的平均孔徑小於該中間層陶瓷層的平均孔徑，該中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之製備方法，其中，該步驟(d)中的燒結溫度為500℃至1250℃。
  8. 一種多孔陶板，其包括相互疊設的表層陶瓷層和底層陶瓷層；其中，該表層陶瓷層的平均孔徑介於0.3微米至10微米，該底層陶瓷層的平均孔徑介於20微米至3000微米；該多孔陶板的整體孔隙率係介於30%至85%；該多孔陶板所含的鐵氧化物含量佔該多孔陶板之總重的20重量%以上。
  9. 如請求項8所述之多孔陶板，其中該多孔陶板更包括至少一中間層陶瓷層，該中間層陶瓷層位於該表層陶瓷層和該底層陶瓷層之間；該表層陶瓷層的平均孔徑小於該中間層陶瓷層的平均孔徑，該中間層陶瓷層的平均孔徑小於該底層陶瓷層的平均孔徑。
  10. 如請求項8所述之多孔陶板，其中，該表層陶瓷層的孔隙率介於15%至60%，該底層陶瓷層的孔隙率介於30%至90%。
  11. 如請求項8至10中任一項所述之多孔陶板，其中，該多孔陶板的總厚度介於200微米至20000微米，該表層陶瓷層的厚度介於20微米至10000微米。
  12. 一種真空吸盤，其包括如請求項8至11中任一項所述的一多孔陶板以及一底板，該底板具有與該多孔陶板相連接的一表面。
  13. 一種非接觸式應用設備，其包括如請求項8至11中任一項所述的一多孔陶板以及一本體，該本體朝向該多孔陶板的表面包括至少一通氣槽。
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