JP6934395B2 - 分割装置及び分割方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を保持手段で保持して複数のチップに分割する分割装置及び分割方法に関する。
一般に、携帯電話等の携帯通信機器に用いられる半導体パッケージには、通信特性への悪影響を防止するために外部への不要電磁波の漏洩を抑制することが求められている。このため、半導体パッケージにて半導体チップを封止する樹脂層の外面に沿ってシールド層を形成する構造が知られている。一方、半導体パッケージにあっては、配線基板の表面が交差する分割予定ラインで格子状に区画され、区画された複数の領域に複数の半導体チップがマウントされている。また、樹脂層の形成面とは反対面となる配線基板の裏面において、複数の凸形状部となるバンプが電極として形成される(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−039104号公報
特許文献1に記載の半導体パッケージでは、バンプによって配線基板の裏面が凹凸に形成されるため、テーブル等の保持手段により半導体パッケージをバンプ側で保持することが困難になる。このため、高速回転する切削ブレード等により、半導体パッケージの樹脂層を切削加工したり、分割予定ラインに沿う位置で半導体パッケージを切断して分割したりすることも難しくなる、という問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、バンプ等の凸形状部を有する基板の凸形状部側を良好に保持して分割することができる分割装置及び分割方法を提供することを目的の1つとする。
本発明の一態様の分割装置は、基板裏面に複数の凸形状部が形成され基板表面側に複数の分割予定ラインが形成された基板を保持手段に保持し、加工工具によって分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割装置であって、保持手段は、分割予定ラインに対応する位置に形成された加工工具の逃げ溝と、逃げ溝によって区画されたチップに対応した複数の保持面とを有する保持部と、保持部を囲繞して立設して保持部に液体を貯水する貯水壁と、を備え、基板の凸形状部を保持面に当接させて保持部に載置し、液体を少なくとも凸形状部を覆い基板表面に到達するまで供給して冷凍吸着された基板に対し、凍結した液体の融点より低い温度の雰囲気中で加工工具を逃げ溝まで切り込み基板を分割予定ラインに沿って分割することを特徴とする。
この構成によれば、加工工具で加工するときに、保持手段に供給された液体によって基板を冷凍吸着するので、基板の裏面が凸形状部により凸凹していても、基板の裏面側での保持力を十分に得ることができる。これにより、基板の分割予定ラインに沿ってチップに分割する際の歩留まりを向上でき、基板に対して精度良く良好な加工を実施することができる。
本発明の分割装置は、基板は、配線基板表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域に半導体チップが配設され封止剤により封止され且つ配線基板裏面にバンプが形成された半導体パッケージ基板であり、半導体パッケージ基板のバンプを保持面に当接させて保持部に載置し、液体を少なくともバンプを覆い配線基板に到達するまで供給して冷凍吸着された配線基板に対し、凍結した液体の融点より低い温度の雰囲気中で加工工具を逃げ溝まで切り込み半導体パッケージ基板を分割予定ラインに沿って分割するとよい。
また、本発明の一態様の分割方法は、基板裏面に複数の凸形状部が形成され基板表面側に複数の分割予定ラインが形成された基板を保持手段に保持し、加工工具によって分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割方法であって、保持手段は、分割予定ラインに対応する位置に形成された加工工具の逃げ溝と、逃げ溝によって区画されたチップに対応した複数の保持面とを有する保持部と、保持部を囲繞して立設して保持部に液体を貯水する貯水壁と、を備え、基板の凸形状部を保持面に当接させて保持部に載置し、液体を少なくとも凸形状部を覆い基板表面に到達するまで供給して冷凍吸着する冷却吸着ステップと、冷却吸着ステップにて冷凍吸着された基板に対し、凍結した液体の融点より低い温度の雰囲気中で加工工具を逃げ溝まで切り込み基板を分割予定ラインに沿って分割する分割ステップとを実施することを特徴とする。
本発明によれば、バンプ等の凸形状部側を覆うように液体を供給してから冷凍吸着するので、基板の凸形状部側を良好に保持して分割することができる。
本実施の形態に係る分割装置の斜視図である。 半導体パッケージ基板の概略断面図である。 半導体パッケージ基板及び保持手段の概略斜視図である。 半導体パッケージ基板を保持手段が保持した状態の概略斜視図である。 冷却吸着ステップの一例を示す図である。 分割ステップの一例を示す図である。 分割ステップの一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る分割装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る分割装置は、図1に示す構成に限定されない。本発明は、保持手段で冷凍吸着された基板を分割可能な分割装置であれば、どのような分割装置にも適用可能である。また、以下の説明では、基板として半導体パッケージ基板を例示して説明するが、基板の種類は半導体パッケージ基板に限定されるものではない。
図1に示すように、分割装置1は、保持手段12に保持された基板としての半導体パッケージ基板Wと加工工具14とを相対的に移動させることによって半導体パッケージ基板Wを切削するように構成されている。ここで、半導体パッケージ基板Wは、複数の半導体パッケージ(チップ)WAを形成するための基板であり、本実施の形態では、長方形となる平面形状に形成されている。半導体パッケージ基板Wは、配線基板(インターポーザ基板)W1の表面(上面)Waにて格子状に交差する複数の分割予定ラインW2で区画されている。
図2は、半導体パッケージ基板の概略断面図である。図2に示すように、半導体パッケージ基板Wにおいて区画された各領域には半導体チップW3が配設され、各半導体チップW3は樹脂層(封止剤)W4で封止されている。配線基板W1の裏面(下面)Wbには電極として機能するバンプ(凸形状部)W5が複数形成されている。なお、特に限定されるものでないが、半導体パッケージ基板Wを分割予定ラインW2に沿って分割することで形成される半導体パッケージWAは、いわゆるEMI(Electro-Magnetic Interference)で遮断を要する全てのパッケージの半導体装置とすることが例示できる。この場合、半導体パッケージWAの外面にシールド層を設けて周囲への電磁ノイズの漏洩を抑制するように構成される。
図3は、半導体パッケージ基板及び保持手段の概略斜視図であり、図4は、半導体パッケージ基板を保持手段が保持した状態の概略斜視図である。図3及び図4に示すように、保持手段12は、矩形状をなすテーブル部材の上面側を凹ませて液体L(図4にて網点で図示、図3では不図示)を貯水する貯水空間20を形成するように構成されている。保持手段12は、貯水空間20を形成すべく凹ませた領域の底面により形成される保持部21と、保持部21を四方から囲繞する位置に立設される貯水壁22とを備え、保持部21の上方に液体Lを貯水する。貯水壁22の内周面は、上方へ向かうに従って保持部21から離れる方向に傾斜している。また、保持部21と貯水壁22との交差位置では、図5の断面視で円弧に沿う形状をなすように形成されている(図5参照)。
保持部21には、格子状に逃げ溝24が形成されている。逃げ溝24は、半導体パッケージ基板Wの分割予定ラインW2に対応する位置、言い換えると、保持部21で保持した半導体パッケージ基板Wの分割予定ラインW2と上面視で重なる位置に形成されている。保持部21において、逃げ溝24によって区画される複数の方形状の面が保持面21aとされている。各保持面21aは、半導体パッケージ基板Wから形成される半導体パッケージWAの位置及び大きさに対応しており、それぞれの半導体パッケージWAと保持面21aとの外周位置が上下方向に概略揃うようになる。
図1に戻り、切削装置1の基台11上には、保持手段12をX方向に切削送りする切削送り手段13が設けられている。切削送り手段13は、基台11上に配置されたX方向に平行な一対のガイドレール31と、一対のガイドレール31にスライド可能に設置されたモータ駆動のX軸テーブル32とを有している。X軸テーブル32の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ33が螺合されている。そして、ボールネジ33の一端部に連結された駆動モータ34が回転駆動されることで、保持手段12が一対のガイドレール31に沿って、切削ブレード71の切削方向となるX方向に切削送りされる。
X軸テーブル32の上部には、半導体パッケージ基板Wを保持する保持手段12がZ軸回りに回転可能に設けられている。また、基台11の上面には、保持手段12の移動経路を跨ぐように立設した門型の立壁部81が設けられている。
立壁部81には、加工工具14をY方向にインデックス送りするインデックス送り手段15と、加工工具14をZ方向に切込み送りする切込み送り手段16とが設けられている。インデックス送り手段15は、立壁部81の前面に配置されたY方向に平行な一対のガイドレール51と、一対のガイドレール51にスライド可能に設置された一対のY軸テーブル52とを有している。切込み送り手段16は、Y軸テーブル52上に配置されたZ方向に平行な一対のガイドレール61と、一対のガイドレール61にスライド可能に設置されたZ軸テーブル62とを有している。一対となるZ軸テーブル62それぞれの下部には、ウエーハWを切削する加工工具14が設けられている。
Y軸テーブル52及びZ軸テーブル62の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ53、63が螺合されている。Y軸テーブル52用のボールネジ53、Z軸テーブル62用のボールネジ63の一端部には、それぞれ駆動モータ54、64が連結されている。これら駆動モータ54、64により、それぞれのボールネジ53、63が回転駆動されることで、加工工具14がガイドレール51に沿ってY方向にインデックス送りされ、加工工具14がガイドレール61に沿ってZ方向に切込み送りされる。
加工工具14は、ハウジング70から突出したスピンドル72の先端に切削ブレード71を装着して構成される。ハウジング70には、切削ブレード71の回転軸となるスピンドル72が回転可能に支持されると共に、スピンドル72を回転させるモータ(不図示)が設置されている。また、ハウジング70の先端側には、切削ブレード71が半導体パッケージ基板Wに切込む領域を露出させるように、切削ブレード71を囲繞するブレードカバー73が設けられている。
ここで、2体の加工工具14のうち、一方の加工工具14の切削ブレード71は、先端がV字形状の切削ブレード71a(以下、Vブレードと称する。図6参照)とされ、他方の切削ブレード71は、先端が矩形状をなす通常の切削ブレード71b(以下、ストレートブレードと称する。図7参照)とされる。Vブレード71a及びストレートブレード71bは、ダイヤモンド砥粒等を結合剤で固めて、先端が上述の形状に成形されている。
続いて、本実施の形態における半導体パッケージ基板Wの分割方法について、図5ないし図7を参照して説明する。図5は、冷却吸着ステップの一例を示す図である。図6及び図7は、分割ステップの一例を示す図である。なお、図5ないし図7の断面図においては、半導体チップW3の図示を省略する。
図5に示すように、先ず冷却吸着ステップが実施される。冷却吸着ステップでは、半導体パッケージ基板WがバンプW5を下方に向けた状態とされて保持手段12の貯水空間20内に配置される。そして、バンプW5の下端が保持部21の保持面21aに当接するよう保持面21a上に半導体パッケージ基板Wが載置される。かかる載置後、貯水空間20内に液体Lが供給される。この液体Lの供給量は、液体Lが少なくともバンプW5を全体的に覆い、且つ、液体Lの液面が配線基板W1の表面Waに到達するまでに設定される。
貯水空間20内に液体Lが供給された状態で、保持手段12が液体Lの凝固点以下の雰囲気にさらされ、液体Lが凝固されて凍結体Cとされる。これにより、凍結体CにバンプW5が入り込んだ状態とされて凍結体Cにより半導体パッケージ基板Wが固定され、凍結体Cが保持部21及び貯水壁22と凍結によって固定される。つまり、半導体パッケージ基板Wが保持手段12に冷凍吸着されて固定される。
液体Lが供給されてから凝固されるまでの間、半導体パッケージ基板Wは押さえ部材90で上方から押さえ力が加えられる。この押さえ力は、図示しないエアシリンダ等の駆動機構を介して加えたり、押さえ部材90の自重を加えたりすることが例示できる。押さえ部材90は下面が平面に形成された剛体とされ、半導体パッケージ基板Wの上面側の樹脂層W4と面接触した状態が維持される。言い換えると、液体Lが凍結される間、保持部21と押さえ部材90とで半導体パッケージ基板Wが厚さ方向から挟まれた状態が保たれる。これにより、半導体パッケージ基板Wの上下両面における温度差や構造等の相違があっても、冷凍吸着中に半導体パッケージ基板Wに反りが生じることを防ぐことができる。
なお、液体Lを凝固点以下の雰囲気にさらす方法としては、例えば半導体パッケージ基板Wが載置された保持手段12に液体Lを供給してから、保持手段12を冷凍庫内に入れる方法が考えられる。この場合、保持手段12をX軸テーブル32から取り外して冷凍庫内に投入する他、分割装置1全体を冷凍庫や凝固点以下の温度に設定された室内に設置するようにしてもよい。
冷却吸着ステップが実施された後、いわゆるステップカットによって半導体パッケージ基板Wが分割される分割ステップが実施される。図6に示すように、分割ステップでは、先ず、保持手段12に冷凍吸着された半導体パッケージ基板Wの外側で分割予定ラインW2に対し、二点鎖線で示すようにVブレード71aが位置合わせされ、配線基板W1の厚み方向途中までの深さまで下降される。
その後、高速回転するVブレード71aに対して半導体パッケージ基板Wが切削送りされ、分割予定ラインW2に沿って半導体パッケージ基板Wがハーフカットされる。かかるハーフカットによって樹脂層W4の上面側にV溝W6が形成され、ハーフカットが繰り返されることで、半導体パッケージ基板Wの上面に分割予定ラインW2に沿って複数のV溝W6が形成される。
このようにV溝W6を形成した後、図7に示すように、保持手段12に冷凍吸着された半導体パッケージ基板Wの外側で分割予定ラインW2に対し、二点鎖線で示すようにストレートブレード71bが位置合わせされ、その下端が逃げ溝24の深さ方向途中まで下降される。その後、高速回転するストレートブレード71bに対して半導体パッケージ基板Wが切削送りされ、V溝W6(分割予定ラインW2)に沿って半導体パッケージ基板Wがフルカットされる。
このとき、ストレートブレード71bの下端が逃げ溝24まで切り込む、言い換えると、ストレートブレード71bの下端が逃げ溝24の内周面と非接触に保たれつつ逃げ溝24内の凍結体Cを切削して半導体パッケージ基板Wを切断する。かかるフルカットによって分割予定ラインW2に沿って半導体パッケージ基板Wが完全切断され、フルカットが繰り返されることで、半導体パッケージ基板Wが個々の半導体パッケージWAに分割される。
なお、上記の分割ステップは、凍結した液体Lつまり凍結体Cの融点より低い温度の雰囲気中で実施される。例えば、空調設備を用いたり分割装置1全体を冷凍庫内に設置したりすることで低温での実施が実現される。また、分割ステップにおける加工では、切削部分に切削水を供給しながら実施するが、雰囲気が氷点下以下に維持されるため、切削水には不凍液を混入して切削水の凍結を防止する必要がある。
以上のように、本実施の形態によれば、保持手段12にて供給された液体Lを凍結して半導体パッケージ基板Wを冷凍吸着するので、複数のバンプW5で配線基板W1の裏面Wbが凸凹していても、保持面21a上で半導体パッケージ基板Wを保持する力を十分に発揮することができる。これにより、例えば、半導体パッケージWAにて裏面全体にバンプW5が形成されると、従来の負圧による吸引保持では吸引できる部分が狭くて保持が困難となるが、本実施の形態では、バンプW5の形成領域が広くなっても、半導体パッケージWAの裏面全体で保持力を十分に得られるようになる。
また、バンプを有する基板を吸着する従来方法としては、基板の裏面にテープを貼着し、かかるテープの粘着層にバンプをめり込ませるようにしてテープを平滑に保ち、テープを介して基板を吸引保持する方法がある。この場合、テープを貼着及び剥離する作業負担だけでなく、バンプに付着した粘着層の粘着材洗浄する作業負担が強いられるが、本実施の形態のように冷凍吸着することで、かかる作業負担をなくすことができる。
また、本実施の形態では、分割ステップでのV溝W6の形成時に、保持部21と配線基板W1との間には凍結体Cが充填されるように介在し、更には逃げ溝24の内部も凍結体Cで充填されるようになる。従って、V溝W6を形成すべくVブレード71aから押し下げるような力が半導体パッケージ基板Wに作用しても、かかる力に抗する支持力を凍結体Cを介して安定して発揮でき、半導体パッケージ基板Wが変形したり割れ等の損傷が生じたりすることを防ぐことができる。これにより、V溝W6によって半導体パッケージWAの側面を傾斜面として容易に形成でき、かかる傾斜面に対してスクリーン印刷法やスプレー塗布法、インクジェット法、スパッタ法等によって上方からシールド層を形成し易くすることができる。この結果、半導体パッケージWAにシールド機能を持たせる必要がある場合に、板金シールドを不要にでき、板金シールド自体の厚さに起因する機器全体の厚さの増大化、大型化を回避することができる。
なお、本発明においては、加工対象の基板として、例えば、他のパッケージ基板、半導体デバイスウェーハ、光デバイスウェーハ、半導体基板、無機材料基板、圧電基板等の各種基板が用いられてもよい。半導体デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のシリコンウェーハや化合物半導体ウェーハが用いられてもよい。光デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のサファイアウェーハやシリコンカーバイドウェーハが用いられてもよい。また、パッケージ基板としてはCSP(Chip Size Package)基板、QFN(Quad Flat Non-leaded package)等の矩形状のパッケージ基板、半導体基板としてはシリコンやガリウム砒素等、無機材料基板としてはサファイア、セラミックス、ガラス等が用いられてもよい。
また、本実施の形態では、加工手段14として半導体パッケージ基板W等の基板を切り込む切削ブレード71を用いた場合を例示して説明したが、この構成に限定されない。本発明での加工手段14は、分割予定ラインW2に沿って基板を分割可能であれば、レーザー加工ヘッド等を用いた構成としてもよい。
また、基板に形成される凸形状部は、バンプに限定されるものでなく、電極として機能しない突起物等に代替することが例示できる。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
また、本実施の形態では、本発明の保持手段を分割装置に適用した構成について説明したが、基板を保持して各種の加工を実施する他の装置に適用することも可能である。
以上説明したように、本発明は、基板の凸形状部側を良好に保持して分割できるという効果を有し、特に、配線基板裏面にバンプが形成された半導体パッケージ基板を加工する装置に有用である。
1 分割装置
12 保持手段
14 加工工具
21 保持部
21a 保持面
22 貯水壁
24 逃げ溝
L 液体
W 半導体パッケージ基板(基板)
WA 半導体パッケージ(チップ)
Wa 表面
Wb 裏面
W1 配線基板
W2 分割予定ライン
W3 半導体チップ
W4 樹脂層(封止剤)
W5 バンプ(凸形状部)

Claims (3)

  1. 基板裏面に複数の凸形状部が形成され基板表面側に複数の分割予定ラインが形成された基板を保持手段に保持し、加工工具によって該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割装置であって、
    該保持手段は、該分割予定ラインに対応する位置に形成された該加工工具の逃げ溝と、該逃げ溝によって区画された該チップに対応した複数の保持面とを有する保持部と、該保持部を囲繞して立設して該保持部に液体を貯水する貯水壁と、を備え、
    該基板の該凸形状部を該保持面に当接させて該保持部に載置し、液体を少なくとも該凸形状部を覆い該基板表面に到達するまで供給して冷凍吸着された該基板に対し、凍結した該液体の融点より低い温度の雰囲気中で該加工工具を該逃げ溝まで切り込み該基板を該分割予定ラインに沿って分割する分割装置。
  2. 該基板は、配線基板表面の交差する分割予定ラインによって区画された領域に半導体チップが配設され封止剤により封止され且つ該配線基板裏面にバンプが形成された半導体パッケージ基板であり、
    該半導体パッケージ基板の該バンプを該保持面に当接させて該保持部に載置し、液体を少なくとも該バンプを覆い該配線基板に到達するまで供給して冷凍吸着された該配線基板に対し、凍結した該液体の融点より低い温度の雰囲気中で該加工工具を該逃げ溝まで切り込み該半導体パッケージ基板を該分割予定ラインに沿って分割する請求項1記載の分割装置。
  3. 基板裏面に複数の凸形状部が形成され基板表面側に複数の分割予定ラインが形成された基板を保持手段に保持し、加工工具によって該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割方法であって、
    該保持手段は、該分割予定ラインに対応する位置に形成された該加工工具の逃げ溝と、該逃げ溝によって区画された該チップに対応した複数の保持面とを有する保持部と、該保持部を囲繞して立設して該保持部に液体を貯水する貯水壁と、を備え、
    該基板の該凸形状部を該保持面に当接させて該保持部に載置し、液体を少なくとも該凸形状部を覆い該基板表面に到達するまで供給して冷凍吸着する冷却吸着ステップと、
    該冷却吸着ステップにて冷凍吸着された該基板に対し、凍結した該液体の融点より低い温度の雰囲気中で加工工具を該逃げ溝まで切り込み該基板を該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップとを実施することを特徴とする分割方法。
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