TWM607310U - 具有多元素超硬膜塗層的pcb刀具 - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，該刀具可以包括銑刀、鑽頭、…等各式刀具，且該刀具由柄部以及具有切削功能的刃部所構成，本創作的特徵是在刀具的刃部表面依次塗覆有二層薄膜：過渡層、多元素超硬鍍層。其中，過渡層的作用在於作為刃部表面與多元素超硬鍍層之間的介面層，以提高多元素超硬鍍層在刀具刃部的附著力；所述多元素超硬鍍層的作用在於增加PCB刀具刃部的表面硬度，藉此保護PCB刀具的刃部，降低磨耗，同時具有降低切削阻力與切削溫度的功效，從而提高其使用壽命與加工精度。

Description

具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具

本創作涉及一種切削印刷電路板 (Printed Circuit Board， 以下簡稱PCB)的刀具，尤其是在刀具的刃部表面具有牢固結合的多元素超硬膜塗層，藉由該多元素超硬膜塗層包含的特殊多元素合金化合物塗層，能夠提高刀具使用壽命與加工精度。

目前已知的PCB刀具是由供CNC數位控制機床夾持的柄部和具有切削功能的刃部所構成，而刀具刃部的材料組成通常為鎢鋼，較佳的刀具則在鎢鋼刃部表面塗覆氮化鈦(TiN)或氮化鋯(ZrN)等硬質薄膜，以降低磨耗。但因PCB是由堅硬的玻璃纖維所編織而成，近來更因為「無鹵素」的環保要求，以及因應第五代通訊(5G)高頻傳輸需求目的而添加陶瓷粉 (例如氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化矽…等) 進入電路板膠合樹脂中，從而使鎢鋼刀具刃部在切削加工時容易造成衝擊破壞而產生崩缺，而刀刃的崩缺鈍化更導致切削阻力增加，同時使切削溫度與刀刃附近溫度大增，溫度升高的結果將導致PCB板內的樹脂與刃部產生氧化性化學反應，使鍍膜塗層和崩缺的刃部劣化，如此產生惡性循環的雪崩效應，最後使得加工精度陡然下降、刀具壽命大幅縮短，甚至斷刀而損毀電路板。

為了克服習知PCB刀具的上述缺點，本創作提供一種具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，藉由該多元素超硬膜塗層不僅能增加鎢鋼材質之刀具刃部的表面硬度，且其硬度更高於習知刀具表面所採用的氮化鈦(TiN)或氮化鋯(ZrN)薄膜，故能更進一步降低鎢鋼刀具的磨耗與切削溫度，達到提升刀具壽命與加工精度的目的。

本創作提供的具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其技術手段包含有一柄部以及連接該柄部的一刃部，其中，刃部的表面塗覆一過渡層；該過渡層的表面則結合一多元素超硬鍍層；藉由該過渡層與該多元素超硬鍍層共同構成在該刃部表面的二層複合薄膜塗層。通過過渡層作為刀具刃部與多元素超硬鍍層之間的中間介質層，使得多元素超硬鍍層可以牢固地結合在刃部表面；並且藉由多元素超硬鍍層提升PCB刀具刃部的表面硬度，使得PCB刀具刃部進行切削時可以獲得保護、降低磨耗，具有降低切削阻力與切削溫度的功效，從而提高刀具的使用壽命與加工精度。

較佳地，本創作之過渡層可以為鋯(Zr)、鈦(Ti)或鉻(Cr)等金屬層，藉由鋯(Zr)、鈦(Ti)或鉻(Cr)等金屬層作為刀具刃部與多元素超硬鍍層之間的中間介質層可以使多元素超硬鍍層牢固地結合在鎢鋼材質的刀具刃部表面。

較佳地，本創作之多元素超硬鍍層為高熵合金(High-entropy alloy )之鉬鈮鉭釩鎢的碳氮化物(MoNbTaVWCN)。藉由該鉬鈮鉭釩鎢的碳氮化物的高熵合金材質結合於刀具刃部表面，可以使刃部獲得比一般習知的二元素硬化層如氮化鋯(ZrN)、氮化鈦(TiN)和氮化鉻(CrN)更高的硬度、強度與耐高溫特性。

較佳地，該過渡層的厚度可以在20~500奈米之範圍。

較佳地，該多元素超硬鍍層的厚度可以在50~2000奈米之範圍。

較佳地，該多元素超硬鍍層的化學組成原子百分比可以為鉬3~12%，鈮3~12%，鉭3~12%，釩3~12%，鎢3~12%，碳5~55%，氮5~55%。

本創作之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中之過渡層與多元素超硬鍍層所含之材料與元素可應用於諸如銑刀、鑽頭、…等任何形式的加工用刀具，相較於習知的PCB刀具，本創作的優點在於可以藉此具有極高的表面硬度，藉此能更進一步降低鎢鋼刀具的磨耗與切削溫度，達到提升刀具壽命與加工精度的目的，並且該多元素超硬膜塗層的結構簡單、實用性高，對於PCB之加工製造提供了優異的性能表現。

以下配合圖式及元件符號對本創作的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

圖1為顯示本創作具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具應用於PCB銑刀之實施例示意圖；圖2為顯示本創作多元素超硬膜塗層的PCB刀具應用於PCB鑽頭之實施例示意圖。圖1所示的PCB銑刀A與圖2所示的PCB鑽頭B均具有一柄部1以及連接該柄部1的刃部2。

圖3為顯示本創作具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具之刃部結構之局部剖面放大圖。在圖3所示的局部剖面放大圖中，顯示了在PCB刀具的刃部2的表面依次塗覆有：過渡層3與多元素超硬鍍層4；亦即，過渡層3形成在刃部2的表面，多元素超硬鍍層4形成結合在過渡層3的表面，藉由該過渡層3與多元素超硬鍍層4共同構成形成在刃部2表面的二層複合薄膜塗層；其中，多元素超硬鍍層4位於刀刃2的最外側表面，亦即作為直接與PCB工件切削接觸的表面。

具體而言，在圖1所示的實施例中，可以提供長度為38mm的PCB銑刀A，其具有直徑為3.175mm且材質為鎢鋼的柄部1以及直徑為1.2mm的刃部2。在刃部2表面形成所述二層複合薄膜塗層之前，將該PCB銑刀A預先以超音波設備在清潔液中去除表面油污，再烘乾附著於該PCB銑刀A的水分，然後在真空鍍膜設備中以電漿(plasma)清洗該PCB銑刀A的表面，並以陰極電弧沉積(cathodic arc deposition)方式對PCB銑刀A之刃部2進行表面塗覆。

首先以陰極電弧沉積技術對所述刃部2塗覆過渡層3，其中使用的靶材可為鋯(Zr)、鈦(Ti)或鉻(Cr)等金屬，並且在真空度為0.2Pa，溫度為攝氏450度的環境下加入氬氣進行真空鍍膜，以在刃部2表面形成鋯金屬層、鈦金屬層或鉻金屬層以作為過渡層3。該過渡層3的厚度可為20～500奈米，例如可以是厚度為300奈米的鉻(Cr)金屬塗層。藉由鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉻(Cr)等金屬的特性，當在鎢鋼材質之刃部2表面形成鋯金屬層、鈦金屬層或鉻金屬層時，可以提供多元素超硬鍍層4十分優異的結合特性，因此適於作為刃部2與多元素超硬鍍層4之間的過渡層。

在刃部2表面完成過渡層3的塗覆後，再以相同的所述陰極電弧沉積技術在過渡層3表面塗覆多元素超硬鍍層4，其中使用的靶材可為鉬鈮鉭釩鎢合金，並且在真空度為0.2Pa，溫度為攝氏450度的環境下加入氮氣和乙炔進行真空鍍膜，以在過渡層3表面形成超硬鍍層4。該超硬鍍層4的厚度可為50～2000奈米，例如可以是厚度為1100奈米且維克氏(Vicker’s， 10g荷重)硬度為Hv4500的鉬鈮鉭釩鎢的碳氮化物(MoNbTaVWCN) 多元素超硬鍍層。本創作藉由過渡層3作為多元素超硬鍍層4結合於刃部2表面的介質，可以達到最佳的塗覆牢固性。

本創作藉由該過渡層3與多元素超硬鍍層4構成形成在PCB銑刀A之刃部2表面的具有二層複合薄膜塗層，使得此實施例中的PCB銑刀A的切削壽命可以達到氮化鈦(TiN)塗層銑刀的1.6倍。

進一步而言，本創作的技術方案為：在PCB刀具的刃部表面依次塗覆二層薄膜複合塗層：即，過渡層3和多元素超硬鍍層4。其中，過渡層3的作用在於提高多元素超硬鍍層4在刃部2表面的塗層附著力；多元素超硬鍍層4的作用在於增加PCB刀具的刃部2的表面硬度；藉以可降低刀具的磨耗，促進刀具的切削加工效率，降低切削溫度。

所述過渡層3可以採用Zr(鋯)、Ti(鈦)或Cr(鉻)等金屬層作為刃部2本身之鎢鋼和多元素超硬鍍層4之間的中介層，具有緩和內應力與增加附著力的作用。再者，以此種高熵合金(High-entropy alloy )之鉬鈮鉭釩鎢的碳氮化物(MoNbTaVWCN)多種元素作為多元素超硬鍍層4，由於高熵合金本身就具有高硬度、高強度與熱穩定性的特性，並藉由摻入碳與氮原子以形成金屬碳化物和氮化物或造成晶格變形，可以進一步提高硬度，因此比一般習知的二元素硬化層如氮化鋯(ZrN)、氮化鈦(TiN)和氮化鉻(CrN)具有更高的硬度。在切削時能減少鎢鋼刀具的磨耗，進而使切削溫度降低，並達到提升刀具壽命與加工精度的目的。

以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖具以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。

A:PCB銑刀 B:PCB鑽頭 1:柄部 2:刃部 3:過渡層 4:多元素超硬鍍層

圖1為顯示本創作具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具應用於PCB銑刀之實施例示意圖； 圖2為顯示本創作具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具應用於PCB鑽頭之實施例示意圖；以及 圖3為顯示本創作具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具之刃部結構之局部剖面放大圖。

1:刃部

2:過渡層

3:多元素超硬鍍層

Claims (8)

1. 一種具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，包含有一柄部以及連接該柄部的一刃部，其特徵在於，還包括： 一過渡層，形成在該刃部的表面；以及 一多元素超硬鍍層，結合在該過渡層的表面； 其中，該過渡層與該多元素超硬鍍層共同構成在該刃部表面的二層複合薄膜塗層。
2. 如請求項1所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該過渡層為鋯(Zr)、鈦(Ti)或鉻(Cr)的金屬層。
3. 如請求項2所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該多元素超硬鍍層為高熵合金(High-entropy alloy )的鉬鈮鉭釩鎢的碳氮化物(MoNbTaVWCN)。
4. 如請求項1至3中任一項所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該過渡層的厚度為20~500奈米。
5. 如請求項4所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該過渡層的厚度為300奈米。
6. 如請求項1至3中任一項所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該多元素超硬鍍層的厚度為50~2000奈米。
7. 如請求項6所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該多元素超硬鍍層的厚度為1100奈米。
8. 如請求項3所述之具有多元素超硬膜塗層的PCB刀具，其中，該多元素超硬鍍層的化學組成原子百分比為鉬3~12%，鈮3~12%，鉭3~12%，釩3~12%，鎢3~12%，碳5~55%，氮5~55%。

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