JPH1110376A - 割断加工方法 - Google Patents

割断加工方法

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JPH1110376A
JPH1110376A JP9168479A JP16847997A JPH1110376A JP H1110376 A JPH1110376 A JP H1110376A JP 9168479 A JP9168479 A JP 9168479A JP 16847997 A JP16847997 A JP 16847997A JP H1110376 A JPH1110376 A JP H1110376A
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Japan
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JP9168479A
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English (en)
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Hideki Morita
英毅 森田
Toshihiro Okiyama
俊裕 沖山
Hideyuki Shirahama
秀幸 白浜
Katsuyuki Mitsutake
克之 光武
Eishin Oonita
英信 大仁田
Tomohiro Suenaga
知宏 末永
Koichi Kinoshita
耕一 木下
Shunichi Maekawa
俊一 前川
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SOUEI TSUSHO KK
Japan Science and Technology Agency
Nagasaki Prefectural Government
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SOUEI TSUSHO KK
Research Development Corp of Japan
Nagasaki Prefectural Government
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Publication date
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料の加工終点で切残しが発生したときに、
その切残し部を高い加工精度で確実に割断することが可
能な割断加工方法を提供する。 【解決手段】 材料の加工始点に形成した亀裂を、熱源
の印加により発生する熱応力によって成長させつつ、そ
の熱源を割断予定線に沿って移動することにより材料を
分離する割断加工法において、材料Wの加工終点bで切
残しが発生したときに、その切残し部Aの後方側で、か
つ、材料Wの端面付近に熱源Hを印加し局部的に熱を加
えて応力を発生させることにより、切残し部Aにおいて
亀裂を進展させて材料を切り離す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス、セラミッ
クスあるいは半導体ウエハ等の脆性材料にレーザビーム
等の熱源を印加することにより発生する熱応力を利用し
て、その材料を割断する割断加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】材料を分離加工する技術として、スクラ
イバあるいはレーザ溶断等が挙げられるが、これらの加
工では、切断時においてカレット(屑)、溶融解痕及び
マイクロクラック等が発生するという問題がある。
【0003】そこで、このような問題点を解消するた
め、最近では、レーザビーム等の熱源の印加により発生
する熱応力を利用して脆性材料を割断する割断加工方法
が提案されている。
【0004】この加工方法は、脆性材料に予め亀裂を作
成しておき、その亀裂先端に局所的に熱源を印加して熱
応力を発生させるとともに、熱源の移動により亀裂を成
長させて材料を分離する技術で、この方法によれば、亀
裂を成長させるといった性質上、切りしろや、パーティ
クルが発生しないことから、上記した従来の加工法の問
題点を解決することができるといった特徴がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、脆性材料の
割断加工方法は、上記したように、加工材料に予め発生
させた亀裂先端の前方にレーザビーム等の熱源を印加し
て、その熱源中心と周辺との間に発生する温度勾配によ
り生じる集中応力で亀裂を成長させてゆく加工法である
ので、加工終点に材料の切残しが必ず発生する。すなわ
ち、熱源を亀裂先端の前方に印加しているので、亀裂の
成長が加工終点に近づいたときに、熱源が加工終点を通
過して材料から外れてしまい、この時点で亀裂の進展が
停止して材料の切残しが発生する。
【0006】このような加工終点の切残しを解消する方
法として、従来、熱源が加工終点を通過して材料から外
れた後に、その熱源を逆向きに所定距離だけ移動させ、
この位置から再度加工終点に向けて移動する方法(2度
切り)、あるいは、亀裂の進展が加工終点に近づいた時
点で、熱源の移動速度を小さくする方法などが採られて
いるが、いずれの方法においても、切り離しの確実性が
なく、また材料を切り離せたとしても、亀裂の進展に曲
がりが生じて加工精度が非常に悪くなるという問題があ
る。
【0007】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、材料の加工終点で切残しが発生したときに、そ
の切残し部を高い加工精度で確実に割断することが可能
な割断加工方法の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、材料の加工始点に形成した亀裂を、熱源
の印加により発生する熱応力によって成長させつつ、そ
の熱源を割断予定線に沿って移動することにより材料を
分離する割断加工法において、図1に例示するように、
材料Wの加工終点bで切残しが発生したときに、その切
残し部Aの後方側で、かつ、材料Wの端面付近に熱源H
を印加して局部的に熱を加えて応力を発生させる点に特
徴がある。
【0009】そして、このように材料Wの端面近傍に熱
源Hを印加すると、その局部的な加熱により、加工材料
Wに図1に示す矢印のような応力が発生して、熱源位置
を中心とする微小な撓み(反り)が生じ、この微小撓み
の発生により、材料Wの加工始点a付近が支点となっ
て、切残し部Aの端部pつまり停止した亀裂CR の先端
に応力が集中的に作用し、この部分pの応力拡大係数が
材料の破壊じん性値を超える。これにより切残し部Aで
亀裂が進展する結果、材料Wを切り離すことができる。
【0010】ここで、以上のように、切残し部Aの後方
側で材料Wの端面近傍に熱源Hを印加した場合、その印
加位置が材料の加工終点bに近いほど、切残し部Aで成
長する亀裂が材料幅の広い側に向かって進展し、これと
は逆に熱源Hの印加位置が加工終点に対して遠くなるほ
ど、亀裂が材料幅の狭い側に向かって進展するという傾
向がある。そこで、本発明においては、そのような点を
考慮して、材料Wの端面近傍に印加する熱源Hの加工終
点bに対する位置を適宜に調整することで、切残し部A
で成長する亀裂の進展方向が曲がらないようにする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。まず、本発明の割断加工方法の
実施に使用する装置は、図2に示すように、ガラス材等
の加工材料Wを載置する加工テーブル(2軸移動)1
と、この加工テーブル1上に置かれた材料Wに、熱源と
してのレーザビームHを照射するレーザ発振器2などを
主として構成されており、その加工テーブル1の移動に
よりレーザビームHの材料Wへの照射位置を割断予定線
L上に沿って移動させることができる。また、加工テー
ブル1の移動によって、レーザビームHの材料Wへの照
射位置を後述する動作で変更・調整することができる。
【0012】次に、以上の装置を使用して、本発明の割
断加工方法を実施する際の加工手順を、以下、図1及び
図2を参照しつつ説明する。まず、加工材料Wの加工始
点aに初期亀裂を作成する。その初期亀裂の作成には、
硬質工具を使用して材料端部に切欠きを形成する方法、
あるいは加工材料の表面に高出力のレーザビームを集光
して孔を加工しこの孔から亀裂を作成する方法等の公知
の方法を採用する。
【0013】次いで、初期亀裂CR の先端前方にレーザ
ビームHを照射するとともに、そのビーム照射位置を加
工テーブル1の移動により割断予定線Lに沿って移動し
て、亀裂CR を加工始点aから加工終点bに向けて成長
させてゆき、そのレーザビームHの照射位置が加工終点
bを通過した時点で、割断予定線L上へのレーザビーム
照射を終了する。
【0014】この時点で、先にも述べたように、加工材
料Wの加工終点bには切残しが発生しており、これを解
消するため、この実施の形態では、図1に示すように、
切残し部Aの後方側で、加工材料Wの端面(材料幅の狭
い側の端面)付近に、レーザビーム(熱源)Hを照射し
て切残し部Aの割断加工を行う。
【0015】すなわち、図1に示す位置に熱源Hを印加
して局部的に熱を加えることで、加工材料Wの材料幅の
狭い側に応力を発生させ、その応力により切残し部Aの
端部pから亀裂を進展させることによって、加工材料W
を完全に切り離す。
【0016】ここで、以上のように切残し部Aの後方側
で材料Wの端面近傍にレーザビームHを照射して局部的
に熱を加えた場合、その熱により発生する応力のバラン
スによって、切残し部Aで進展する亀裂の方向が変化す
る。つまり、レーザビームHの照射位置が加工材料Wの
加工終点bに近いと、切残し部Aで成長する亀裂が材料
幅の広い側に向かって進展し、これとは逆に熱源Hの印
加位置が加工終点に対して遠くなると、亀裂が材料幅の
狭い側に向かって進展するという傾向がある。
【0017】そこで、この実施の形態では、加工材料W
の端面付近に照射するレーザビームHの加工終点bに対
する位置を調整して、材料Wにかかる応力のバランスを
適当に変化させつつ亀裂の成長方向をコントロールする
ことにより、亀裂を割断予定線L(図2参照)に沿って
直線状に成長させるといった制御方法を採用し、これに
より、材料の切り離しの確実性に加えて、切残し部Aの
加工精度の向上も同時に達成する。
【0018】なお、以上の実施の形態においては、熱源
としてレーザビームを用いた例を示したが、本発明はこ
れに限られることなく、例えば電子ビーム、電熱ヒータ
または火炎等の他の熱源を用いても本発明は実施可能で
ある。
【0019】
【実施例】本発明の割断加工方法を実施した例を以下に
述べる。 a.加工材料:ガラス材(200mm×250mm×厚さ0.
7mm) b.熱源 :レーザビーム(熱量20W,ビーム形状;
楕円(10mm×3mm ) c.加工位置:加工材料端4mm d.切残処理:図1において熱源Hの加工終点bに対する
距離dを、10mm,15mm,20mm,30mm,40mm,
50mm,100mmとして切残し部Aの加工を行った。
【0020】以上の条件で割断加工を行った各試料につ
いて、切残し部の表面精度を測定したところ、図3のグ
ラフに示すような結果が得られた。この結果から、上記
した加工条件の場合、加工終点bからの熱源Hの位置を
100mm程度とすれば、切り離しの際の確率が100
%で、しかも高い加工精度が得らることが確認できた。
一方、100mm以下とした場合、切り落としが不安定
になるか、あるいは図3のグラフのプラス方向に大きく
曲がりが発生することが判明した。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の割断加工
方法によれば、材料の加工終点付近において切残しが発
生したときに、その切残し部の後方側で材料の端面付近
に熱源を印加して局部的に熱を加え、これによって発生
する応力によって亀裂を進展させて切残し部を割断する
ので、材料の切り離しの確実性が従来に比して大幅に向
上する。ちなみに、従来の方法(2度切り等)では切り
離しの際の確率が高々10%程度であったのに対し、本
発明方法では95%以上にまで向上させることができ
る。
【0022】なお、本発明の割断加工方法において、上
記した切残し部の割断加工を実行する際に、加工終点に
対する熱源の印加位置を調整して亀裂の成長方向を制御
するという手法を付加すれば、材料の切り離しの確実性
に加えて、切残し部の加工精度の向上も同時に達成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の割断加工方法の説明図
【図2】本発明の割断加工方法の実施に使用する装置の
概略構成図
【図3】切残し部の加工精度を示すグラフ
【符号の説明】
1 加工テーブル 2 レーザ発振器 H レーザビーム(熱源) W 加工材料 L 割断予定線 a 加工始点 b 加工終点 CR 亀裂 A 切残し部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖山 俊裕 兵庫県姫路市御国野町御着1174−22 (72)発明者 白浜 秀幸 長崎県長崎市梁川町612−42 (72)発明者 光武 克之 長崎県諫早市日の出町29−1 (72)発明者 大仁田 英信 長崎県大村市三城町955−1 (72)発明者 末永 知宏 長崎県大村市協和町764 旭ハイツ22号 (72)発明者 木下 耕一 長崎県大村市植松1丁目189−1 ファー ストコート205号 (72)発明者 前川 俊一 兵庫県伊丹市春日丘1−15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 材料の加工始点に形成した亀裂を、熱源
    の印加により発生する熱応力によって成長させつつ、そ
    の熱源を割断予定線に沿って移動することにより材料を
    分離する割断加工法において、 材料の加工終点で切残しが発生したときに、その切残し
    部の後方側で、かつ、材料の端面付近に、熱源を印加し
    局部的に熱を加えて応力を発生させることにより、上記
    切残し部で亀裂を進展させて材料を切り離すことを特徴
    とする割断加工方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の加工方法において、切
    残し部の加工を実行するときに、材料の端面付近に印加
    する熱源の加工終点に対する位置を調整することによっ
    て、当該切残し部での亀裂の成長方向を制御することを
    特徴とする割断加工方法。
JP9168479A 1997-06-25 1997-06-25 割断加工方法 Pending JPH1110376A (ja)

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