LTCC生瓷切片機(jī)切刀組件的設(shè)計(jì)

王海珍，王 寧，楊 衛(wèi)，張志耀

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

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LTCC生瓷切片機(jī)切刀組件的設(shè)計(jì)

王海珍，王 寧，楊 衛(wèi)，張志耀

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

摘要：在LTCC切片工藝和原有切片機(jī)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了切片機(jī)新的關(guān)鍵技術(shù)，并重點(diǎn)分析了切片組件對(duì)生瓷片質(zhì)量的影響以及刀具材料特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后根據(jù)用戶的反饋意見驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的使用效果。

關(guān)鍵詞：低溫共燒陶瓷；切片機(jī)；切刀組件；生瓷片

低溫共燒陶瓷技術(shù)是一種新型材料技術(shù)，它采用厚膜材料，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成，是一種可以實(shí)現(xiàn)高集成度、高性能電路封裝的技術(shù)。LTCC多層基板具有布線層數(shù)高、布線導(dǎo)體方阻小、介電常數(shù)低、燒結(jié)溫度低，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，已成為了一種理想的多芯片組件（MCM）用基板。

LTCC工序包括流延、切片、打孔、填孔等，切片是LTCC多層基板制造中的重要工序，將流延之后的生瓷帶卷切成所需尺寸大小的生瓷片。生瓷片的質(zhì)量直接影響后道打孔、印刷等加工工序的正常、有效運(yùn)行。生瓷片的外形尺寸誤差過大，打孔時(shí)會(huì)影響生瓷片定位甚至機(jī)械手無法吸附導(dǎo)致不能正常打孔，造成生瓷片報(bào)廢；同時(shí)生瓷片的切口若殘留瓷渣、表面有損傷會(huì)影響印刷精度。因此，尺寸精確、切邊質(zhì)量是LTCC得以順利生產(chǎn)的必要前提。

1　生瓷切片機(jī)

切片機(jī)主要由放料裝置、送帶機(jī)構(gòu)、切刀組件、生瓷片收集裝置、電氣控制系統(tǒng)以及氣路控制器等組成，各部分相互獨(dú)立并協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)切片機(jī)的整個(gè)工作過程。圖1為切片機(jī)的整機(jī)示意圖，生瓷帶卷通過送料機(jī)構(gòu)輸送設(shè)定的距離后，通過切刀組件切成所需尺寸，最后由生瓷片收集機(jī)構(gòu)將其收集在料盒內(nèi)。其中自動(dòng)送帶和切片技術(shù)是切片機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。送帶的精度影響生瓷片的精度；切刀組件的性能決定了生瓷片的質(zhì)量。本文主要論述切刀組件的設(shè)計(jì)。

圖1　切片機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖

2　切刀組件設(shè)計(jì)

切刀組件是影響生瓷片的質(zhì)量和切片機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行不僅可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

切刀組件在使用過程中要求：刀片經(jīng)久耐磨且使用中無變形；機(jī)構(gòu)便于裝調(diào)、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素有：

（1）合適的刀具材料；

（2）結(jié)構(gòu)簡單、容易調(diào)試；

（3）盡可能減少緊固件的數(shù)量和安裝的次數(shù)。

2.1 刀具材料的選擇

適合的刀具材料是保證刀具穩(wěn)定、高效運(yùn)行的基本條件。生瓷帶是由陶瓷粉和多種添加劑制成，由于材料自身的特殊性，在切片過程中會(huì)產(chǎn)生或多或少的瓷渣，對(duì)刀具造成嚴(yán)重的磨損。所以，在選擇刀具的材料時(shí)首先必須考慮的是刀片的耐磨性。其次，刀片本身在切片過程中會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，影響其切片效果，需重復(fù)加工使用，最后，切刀在使用時(shí)，由于所切材質(zhì)比較軟，沖擊較小，所以在選材時(shí)應(yīng)考慮其具有一定的韌性、良好的可加工性和經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性。

常用的刀具材料有工具鋼（包括碳素合金鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金和其他超硬材料。

工具鋼中常作為刀具材料使用的是高速鋼，高速鋼可加工性好，熱處理變形較小，目前常用于制造各種復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具。高速鋼刀具可以加工從有色金屬到高溫合金的各種材料。

硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物粉末和金屬粘結(jié)劑經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金中的金屬碳化物熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好，因此，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，耐用度較高速鋼幾十倍；耐用度相同時(shí)，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼。

綜合考慮，刀片選用硬質(zhì)合金，經(jīng)過熱處理后，硬度可達(dá)到90～95 HRC。

圖2　上刀和下刀的關(guān)系圖

2.2 切刀組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

切刀組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從以下幾步進(jìn)行：

（1）刀片結(jié)構(gòu)?？紤]到刀片在磨損后繼續(xù)加工重復(fù)使用，所以在設(shè)計(jì)切刀組件時(shí)刀片的結(jié)構(gòu)比較厚，達(dá)到5 mm。

（2）刀片的安裝。一組刀具由上下兩個(gè)刀片組成，其中一個(gè)刀片固定，另一個(gè)刀片由上向下（或由下向上）運(yùn)動(dòng)固定的刀片發(fā)生貼合。由于所切材料比較軟，在刀片安裝時(shí)依據(jù)了剪刀的原理，上下兩個(gè)刀片成一定的角度安裝，經(jīng)導(dǎo)向后呈一定角度發(fā)生剪切（如圖2所示）。

（3）運(yùn)動(dòng)刀片的導(dǎo)向。傳統(tǒng)的導(dǎo)向是通過導(dǎo)軌或軸承等導(dǎo)向體實(shí)現(xiàn)的，但由于此類導(dǎo)向體本身存在間隙，在后續(xù)的調(diào)試時(shí)影響刀間距的控制。這個(gè)結(jié)構(gòu)中的切面導(dǎo)向選用了面與面之間的硬摩擦導(dǎo)向，即：先把刀片和與刀片硬度相當(dāng)?shù)膶?dǎo)向板涂膠后用螺釘固定在同一個(gè)刀架上，靜置3 h以上后再在磨床上進(jìn)行導(dǎo)向面的精加工達(dá)到所要求的光潔度和形位公差，從而實(shí)現(xiàn)它們的共面性；運(yùn)動(dòng)刀架兩側(cè)，安裝有兩個(gè)L型的導(dǎo)向塊，并在導(dǎo)向塊與運(yùn)動(dòng)刀架之間放置一對(duì)滾針軸承減小摩擦，通過調(diào)整左右兩個(gè)導(dǎo)向塊與運(yùn)動(dòng)刀架之間的間隙，限制運(yùn)動(dòng)刀架左右晃動(dòng)，從而保證其在運(yùn)動(dòng)時(shí)沿著氣缸活塞的方向上下運(yùn)動(dòng)如圖3、圖4所示。

圖3　刀片安裝示意圖

圖4　刀片導(dǎo)向示意圖

（4）運(yùn)動(dòng)刀具的驅(qū)動(dòng)。切刀的上下運(yùn)動(dòng)由氣缸來控制，氣缸推力的大小不僅影響切片過程的正常運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)影響生瓷片的質(zhì)量，選擇合適的氣缸對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)也非常重要。

（5）刀間距調(diào)整。刀片安裝并加工完成以后，就是為適應(yīng)不同厚度的生瓷片，調(diào)整上下兩個(gè)刀片切削平面之間距離如圖5所示。

圖5　上下刀距離調(diào)整圖

刀具的調(diào)整裝置左右各設(shè)兩個(gè)調(diào)整螺釘，根據(jù)生瓷片的厚度來前后調(diào)整刀具，操作非常簡單。上下兩個(gè)刀片分別固定在兩個(gè)刀柄上，由氣缸帶動(dòng)上刀上下運(yùn)行，兩刀的運(yùn)行導(dǎo)向平面通過加工精度保證，同時(shí)在其兩側(cè)置有平面滾針軸承進(jìn)行導(dǎo)向。切刀面和運(yùn)行導(dǎo)向平面的“共面”性，使調(diào)整過程中，上下兩個(gè)刀片之間的間隙不會(huì)為負(fù)，從而消除在刀間距調(diào)整過程中出現(xiàn)的一種“打刀”現(xiàn)象。

3　效果驗(yàn)證

圖6　切刀組件結(jié)構(gòu)示意圖

為驗(yàn)證此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果，我們分別用0.05 mm、0.1 mm厚的PET膜，和厚度在0.5 mm以下的帶膜生瓷片（背膜厚度小于0.1 mm）進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，切片數(shù)量可達(dá)到百萬次，切后生瓷片質(zhì)量良好，無明顯瓷渣。

4結(jié)論

設(shè)備經(jīng)過客戶6個(gè)月的使用，認(rèn)為：這種切刀組件結(jié)構(gòu)裝調(diào)簡單、使用效果良好；普通的操作工人通過簡單的培訓(xùn)即可調(diào)試出較好的使用狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，大大提升了切片機(jī)的性能。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 姬臻杰，王海珍，馮哲，等.LTCC工藝自動(dòng)切片技術(shù)［J］.電子工藝技術(shù)，2011，32（1）：22-52.

中圖分類號(hào)：TN305

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4507（2016）07-0018-03

收稿日期：2016-05-10

Design of the Cutter Assembly for LTCC Slicer

WANG Haizhen，WANG Ning，YANG Wei，Zhang Zhiyao

（The 2thResearch Insitute of CETC，Taiyuan 030024，China）

Abstract：On the basis of introducing LTCC process and slicer structure，this paper presents the key technologies of slicer.And this paper focuses on the impact on the Green ceramic quality of the cutter assembly and focuses on material properties and structural design of cutting tool.Finally，we verify the effect of the mechanism based on user feedback.

Keywords：LTCC（Low Temperature Co-Fired Ceramics）；Slicer；Cutter assembly；Green ceramic