JPH10128567A - レーザ割断方法 - Google Patents
レーザ割断方法Info
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- JPH10128567A JPH10128567A JP8288096A JP28809696A JPH10128567A JP H10128567 A JPH10128567 A JP H10128567A JP 8288096 A JP8288096 A JP 8288096A JP 28809696 A JP28809696 A JP 28809696A JP H10128567 A JPH10128567 A JP H10128567A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 割断する帯板幅や帯板の材質が変わるとその
度毎に加工条件を実験的に求める必要があり、段取り時
間が長く掛かり、また加熱位置が最良点とは限らず割断
作業そのものも時間が掛かっていた。 【解決手段】 縁亀裂先端から点熱源の中心位置までの
距離Ｄと割断予定線から帯板上下縁までの距離Ｗとし
て、Ｄ／Ｗ＝０．４の位置を縁亀裂先端と点熱源照射点
で挟むようにして加熱することである。
度毎に加工条件を実験的に求める必要があり、段取り時
間が長く掛かり、また加熱位置が最良点とは限らず割断
作業そのものも時間が掛かっていた。 【解決手段】 縁亀裂先端から点熱源の中心位置までの
距離Ｄと割断予定線から帯板上下縁までの距離Ｗとし
て、Ｄ／Ｗ＝０．４の位置を縁亀裂先端と点熱源照射点
で挟むようにして加熱することである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱源による熱応力を
利用した脆性材料の割断方法に関する。
利用した脆性材料の割断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱源を利用して脆性材料を割断する方法
は特許平３−１３０４０号公報に開示されている。この
方法は図９、図１０に示すように脆性材料１の割断加工
線３の延長線上の端面に硬質工具等にて切り欠き２を加
工する。割断加工線３の切り欠き２の近くで熱源４によ
り局部的に加熱を続けると仮想等温線５の接線方向に応
力が作用するので切り欠き２の先端から熱源４の方向に
亀裂６が発生する。すなわち、熱源４はイ点にあるが亀
裂６は切り欠き２からＰ点まで進行する。次に熱源４は
ロ点にあるが、亀裂６はＰ点からＰ１へ進展する。同様
にして熱源４をハ点に移動することによりＰ１からＰ２
へと順次に亀裂６は連続して進展する。終端も同じ要領
であるが割断加工線３の延長線上にて材料の厚さの方向
から加熱することによって亀裂６は連接するから割断加
工が達成される。ここでＰ、Ｐ１、Ｐ２・・・は割断加
工経路であり、その時のイ、ロ、ハ・・・は熱源の移動
の軌跡である。
は特許平３−１３０４０号公報に開示されている。この
方法は図９、図１０に示すように脆性材料１の割断加工
線３の延長線上の端面に硬質工具等にて切り欠き２を加
工する。割断加工線３の切り欠き２の近くで熱源４によ
り局部的に加熱を続けると仮想等温線５の接線方向に応
力が作用するので切り欠き２の先端から熱源４の方向に
亀裂６が発生する。すなわち、熱源４はイ点にあるが亀
裂６は切り欠き２からＰ点まで進行する。次に熱源４は
ロ点にあるが、亀裂６はＰ点からＰ１へ進展する。同様
にして熱源４をハ点に移動することによりＰ１からＰ２
へと順次に亀裂６は連続して進展する。終端も同じ要領
であるが割断加工線３の延長線上にて材料の厚さの方向
から加熱することによって亀裂６は連接するから割断加
工が達成される。ここでＰ、Ｐ１、Ｐ２・・・は割断加
工経路であり、その時のイ、ロ、ハ・・・は熱源の移動
の軌跡である。
【０００３】図１１は図１０のＸ−Ｙ断面における温度
及び熱応力の分布状況を示す図である。即ち、熱源４に
より局部加熱をすることによって応力分布線で示すごと
く、熱源中心部には圧縮応力と熱源周辺部には引っ張り
応力が作用する。このようにして熱源４が移動すること
によって亀裂６は連続して進展する。
及び熱応力の分布状況を示す図である。即ち、熱源４に
より局部加熱をすることによって応力分布線で示すごと
く、熱源中心部には圧縮応力と熱源周辺部には引っ張り
応力が作用する。このようにして熱源４が移動すること
によって亀裂６は連続して進展する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記割断方法
はある幅の帯板において亀裂先端から加熱点までの距離
及び加熱時間を変えて、亀裂面に効率的に応力が作用す
ると思われる加熱位置を試行錯誤的に見つけて加工して
いた。すなわち帯板幅や帯板の材質が変わるとその度毎
に加工条件を実験的に求める必要があり、段取り時間が
長く掛かり、また加熱位置が最良点とは限らず割断作業
そのものも時間が掛かっていた。これはレーザ加工装置
の自動化を阻害する要因にもなっていた。
はある幅の帯板において亀裂先端から加熱点までの距離
及び加熱時間を変えて、亀裂面に効率的に応力が作用す
ると思われる加熱位置を試行錯誤的に見つけて加工して
いた。すなわち帯板幅や帯板の材質が変わるとその度毎
に加工条件を実験的に求める必要があり、段取り時間が
長く掛かり、また加熱位置が最良点とは限らず割断作業
そのものも時間が掛かっていた。これはレーザ加工装置
の自動化を阻害する要因にもなっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、縁亀裂を持つ帯板の亀裂先端近傍をパル
スレーザ点熱源でもって加熱し、亀裂を拡大し、帯板の
割断を行なうレーザ割断方法であって、そのレーザ照射
位置が割断予定線から帯板上下縁までの距離をＷ、帯板
の材料の熱膨張係数をａ、パルスレーザの加熱時間を
ｔ、としたときにレーザ点熱源の中心位置の縁亀裂先端
からの距離をＤとして４ａｔ／Ｗ2 の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法を提供す
る。
決するために、縁亀裂を持つ帯板の亀裂先端近傍をパル
スレーザ点熱源でもって加熱し、亀裂を拡大し、帯板の
割断を行なうレーザ割断方法であって、そのレーザ照射
位置が割断予定線から帯板上下縁までの距離をＷ、帯板
の材料の熱膨張係数をａ、パルスレーザの加熱時間を
ｔ、としたときにレーザ点熱源の中心位置の縁亀裂先端
からの距離をＤとして４ａｔ／Ｗ2 の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法を提供す
る。
【０００６】また、パルスレーザのレーザを照射しない
時間が帯板の縁亀裂先端近傍の充分な冷却が可能となる
５ｍ秒以上であることを特徴とする請求項１記載のレー
ザ割断方法を提供する。また、請求項１記載のレーザ割
断方法によってＧａＡｓ半導体基板を劈開により割断す
るＧａＡｓ半導体基板の割断方法を提供する。また、請
求項１記載のレーザ割断方法によってＩｎＰ半導体基板
を劈開により割断するＩｎＰ半導体基板の割断方法を提
供する。
時間が帯板の縁亀裂先端近傍の充分な冷却が可能となる
５ｍ秒以上であることを特徴とする請求項１記載のレー
ザ割断方法を提供する。また、請求項１記載のレーザ割
断方法によってＧａＡｓ半導体基板を劈開により割断す
るＧａＡｓ半導体基板の割断方法を提供する。また、請
求項１記載のレーザ割断方法によってＩｎＰ半導体基板
を劈開により割断するＩｎＰ半導体基板の割断方法を提
供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の割断方法は、縁亀裂を持
つ帯板の亀裂先端近傍をパルスレーザ点熱源でもって加
熱し、亀裂を拡大し、帯板の割断を行なうレーザ割断方
法で、そのレーザ照射位置は割断予定線から帯板上下縁
までの距離をＷ、帯板の材料の熱膨張係数をａ、パルス
レーザの加熱時間をｔ、としたときにレーザ点熱源の中
心位置の縁亀裂先端からの距離をＤとして４ａｔ／Ｗ2
の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法である。
つ帯板の亀裂先端近傍をパルスレーザ点熱源でもって加
熱し、亀裂を拡大し、帯板の割断を行なうレーザ割断方
法で、そのレーザ照射位置は割断予定線から帯板上下縁
までの距離をＷ、帯板の材料の熱膨張係数をａ、パルス
レーザの加熱時間をｔ、としたときにレーザ点熱源の中
心位置の縁亀裂先端からの距離をＤとして４ａｔ／Ｗ2
の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法である。
【０００８】その方法を説明するために図１のような持
続点熱源による半無限帯板の切断を説明する。持続点熱
源により薄い無限弾性板を加熱したときの軸対称温度場
は
続点熱源による半無限帯板の切断を説明する。持続点熱
源により薄い無限弾性板を加熱したときの軸対称温度場
は
【数１】 とその結果生じる熱応力場で表される。
【数２】 ここでｒは点熱源からの距離、ｔは加熱時間、Ｑは単位
時間、単位厚さ当たりの熱量、λは熱伝導率、Ｅは縦弾
性係数、κは熱拡散率、αは線膨張係数である。板厚が
十分薄い時板厚方向の温度は均一と見なされ、熱応力場
は平面応力状態になる。帯板の上面、下面及び端面は断
熱と仮定する。帯板の温度場を得るためには、式１を図
２に示すように周期的に重ね合わせればよい。断熱側壁
は対称性により点線で表される。
時間、単位厚さ当たりの熱量、λは熱伝導率、Ｅは縦弾
性係数、κは熱拡散率、αは線膨張係数である。板厚が
十分薄い時板厚方向の温度は均一と見なされ、熱応力場
は平面応力状態になる。帯板の上面、下面及び端面は断
熱と仮定する。帯板の温度場を得るためには、式１を図
２に示すように周期的に重ね合わせればよい。断熱側壁
は対称性により点線で表される。
【０００９】図２のような無限周期熱源による熱弾性場
は点熱源による熱弾性場を単純に重ね合わせることで得
られる。直交座標で書けば
は点熱源による熱弾性場を単純に重ね合わせることで得
られる。直交座標で書けば
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】 で表される。ここで、Ｅ１は
【数８】 の積分指数関数である。この解析は加熱初期の熱弾性現
象であり、加熱時間ｔは非常に短い時間のため板表面か
らの放熱は無視している。Ｅ１（Ｕ）は収束が早くｎ＝
±∞までの総和は有限値Ｎまでの総和で近似できる。式
５、式６にあるその他の項は次の総和公式を用いた
象であり、加熱時間ｔは非常に短い時間のため板表面か
らの放熱は無視している。Ｅ１（Ｕ）は収束が早くｎ＝
±∞までの総和は有限値Ｎまでの総和で近似できる。式
５、式６にあるその他の項は次の総和公式を用いた
【数９】 無限配列された点熱源による亀裂開口量はかなり小さ
く、亀裂が開口しても温度場は変化しないと仮定する。
く、亀裂が開口しても温度場は変化しないと仮定する。
【００１０】無限配列した熱源による熱応力場は自由表
面の条件を満足していない。境界の応力を開放するた
め、図３に示す等温弾性場を重ね合わせる必要がある。
応力拡大係数は等温場の境界上の応力が０になる応力を
重ね合わせて計算される。等温問題の解析には、体積力
法を使用した。体積力法はＨ．Ｎｉｓｉｔａｎｉにより
提案された応力解析に用いる境界要素型数値計算法であ
る。体積力法はクラック解析に最適な数値計算法であり
高精度な解が容易に得られる。体積力法では通常の境界
要素法と同様、境界は多くの境界要素に分割される。体
積力法の要素分割を図４に示す。この時、軸対称性を利
用して上半領域のみ解析した。帯板の上縁に沿って１５
Ｗまでの境界条件を満足させて半無限帯板を近似した。
面の条件を満足していない。境界の応力を開放するた
め、図３に示す等温弾性場を重ね合わせる必要がある。
応力拡大係数は等温場の境界上の応力が０になる応力を
重ね合わせて計算される。等温問題の解析には、体積力
法を使用した。体積力法はＨ．Ｎｉｓｉｔａｎｉにより
提案された応力解析に用いる境界要素型数値計算法であ
る。体積力法はクラック解析に最適な数値計算法であり
高精度な解が容易に得られる。体積力法では通常の境界
要素法と同様、境界は多くの境界要素に分割される。体
積力法の要素分割を図４に示す。この時、軸対称性を利
用して上半領域のみ解析した。帯板の上縁に沿って１５
Ｗまでの境界条件を満足させて半無限帯板を近似した。
【００１１】図５に単独点熱源をｘ／Ｗ＝１．０、ｙ／
Ｗ＝０に加えたときの半無限帯板及び無限板の同一領域
の温度分布の違いを示す。加熱初期（４κｔ／Ｗ２＝
１．０）では温度分布は２つのケースでほとんど同じで
ある。等高線は加熱点を中心に同心円状になる。加熱時
間が増加すると、図５（ｂ）、（ｃ）２つの違いが大き
くなる。無限板では加熱時間に関係なく温度分布の対称
性は保たれるが、半無限帯板では対称性は保たれない。
また、端面付近（ｘ／Ｗ＝０）で温度が上昇している。
Ｗ＝０に加えたときの半無限帯板及び無限板の同一領域
の温度分布の違いを示す。加熱初期（４κｔ／Ｗ２＝
１．０）では温度分布は２つのケースでほとんど同じで
ある。等高線は加熱点を中心に同心円状になる。加熱時
間が増加すると、図５（ｂ）、（ｃ）２つの違いが大き
くなる。無限板では加熱時間に関係なく温度分布の対称
性は保たれるが、半無限帯板では対称性は保たれない。
また、端面付近（ｘ／Ｗ＝０）で温度が上昇している。
【００１２】点熱源による熱応力場に重ね合わされる境
界上の応力分布を図６に示す。ここで帯板の応力（実
線）と無限板の応力（点線）を同一位置で比較する。加
熱初期（４κｔ／Ｗ2 ＝１．０）では応力の違いは小さ
いが、加熱時間の増加に伴い違いが大きくなる。上縁の
応力は引っ張りで、ｘ軸上の応力は加熱点で特異性を持
つ圧縮であることがわかる。図６から帯板における縁亀
裂先端の熱応力拡大係数の経時変化が予測できる。さら
に、応力拡大係数が材料の破壊靭性値を越えると亀裂は
熱源までの距離が小さくなるまで熱源方向に進展する。
界上の応力分布を図６に示す。ここで帯板の応力（実
線）と無限板の応力（点線）を同一位置で比較する。加
熱初期（４κｔ／Ｗ2 ＝１．０）では応力の違いは小さ
いが、加熱時間の増加に伴い違いが大きくなる。上縁の
応力は引っ張りで、ｘ軸上の応力は加熱点で特異性を持
つ圧縮であることがわかる。図６から帯板における縁亀
裂先端の熱応力拡大係数の経時変化が予測できる。さら
に、応力拡大係数が材料の破壊靭性値を越えると亀裂は
熱源までの距離が小さくなるまで熱源方向に進展する。
【００１３】図７に縁亀裂先端の熱応力拡大係数の経時
変化を示す。無次元加熱時間４κｔ／Ｗ2 が０．５以上
の時、最も効率的な加熱位置は約Ｄ／Ｗ＝０．４であ
る。この結果は亀裂長が０．５＜ｃ／Ｗ＜１０．０の広
い範囲で変化しても適用できる。また、応力拡大係数と
無次元加熱時間との関係の亀裂長への依存性はｃ／Ｗ＞
５．０で減少する。
変化を示す。無次元加熱時間４κｔ／Ｗ2 が０．５以上
の時、最も効率的な加熱位置は約Ｄ／Ｗ＝０．４であ
る。この結果は亀裂長が０．５＜ｃ／Ｗ＜１０．０の広
い範囲で変化しても適用できる。また、応力拡大係数と
無次元加熱時間との関係の亀裂長への依存性はｃ／Ｗ＞
５．０で減少する。
【００１４】以上のように点熱源の熱応力による縁亀裂
を持つ半無限帯板の応力拡大係数の計算法を示し、色々
な幾何学的条件、加熱時間における計算を行なった。最
も効果的な加熱位置は亀裂長によらず、割断予定線から
帯板上下縁までの距離Ｗの０．４倍の位置である。よっ
てＤ／Ｗ＝０．４になる点を挟むようにして照射点をず
らしていけば効率のよい割断が可能になるし、レーザ加
工装置の自動化も容易になる。また、パルス間隔が短い
と前パルスによる熱が残留し帯板の温度勾配が小さくな
り、次のパルスによる熱応力が小さくなるので完全放熱
のできる５ｍ秒の時間を放熱時間として設定するのがよ
い。
を持つ半無限帯板の応力拡大係数の計算法を示し、色々
な幾何学的条件、加熱時間における計算を行なった。最
も効果的な加熱位置は亀裂長によらず、割断予定線から
帯板上下縁までの距離Ｗの０．４倍の位置である。よっ
てＤ／Ｗ＝０．４になる点を挟むようにして照射点をず
らしていけば効率のよい割断が可能になるし、レーザ加
工装置の自動化も容易になる。また、パルス間隔が短い
と前パルスによる熱が残留し帯板の温度勾配が小さくな
り、次のパルスによる熱応力が小さくなるので完全放熱
のできる５ｍ秒の時間を放熱時間として設定するのがよ
い。
【００１５】
【実施例】上記解析結果を立証するために熱源にＮｄ：
ＹＡＧレーザを用いてシリコンの帯板の割断実験を行な
った。
ＹＡＧレーザを用いてシリコンの帯板の割断実験を行な
った。
【表１】 に使用した材料の熱−機械物性値を示す。板厚は０．３
６ｍｍ、板幅は１０．０ｍｍ、レーザのスポットの直径
は０．４ｍｍである。加熱時間は０．３秒に固定し、レ
ーザ出力を３０Ｗまで徐々に上げながら亀裂の進展に必
要な最低出力を測定した。割断実験の結果を図８に示
す。亀裂進展させるためのレーザ出力Ｑを加熱位置Ｄ／
Ｗに対してエラーバー付きでプロットした。太線は実験
データの平均値を示す。熱応力割断において最も効率的
な加熱位置は亀裂長がｃ／Ｗ＝１．０、ｃ／Ｗ＝５．０
のどちらの場合でもＤ／Ｗ〜０．４であることがわか
る。これは図７に示す４κｔ／Ｗ２＝４．０における計
算結果と一致した。その他化合物半導体のＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰでも同様な結果を得た。
６ｍｍ、板幅は１０．０ｍｍ、レーザのスポットの直径
は０．４ｍｍである。加熱時間は０．３秒に固定し、レ
ーザ出力を３０Ｗまで徐々に上げながら亀裂の進展に必
要な最低出力を測定した。割断実験の結果を図８に示
す。亀裂進展させるためのレーザ出力Ｑを加熱位置Ｄ／
Ｗに対してエラーバー付きでプロットした。太線は実験
データの平均値を示す。熱応力割断において最も効率的
な加熱位置は亀裂長がｃ／Ｗ＝１．０、ｃ／Ｗ＝５．０
のどちらの場合でもＤ／Ｗ〜０．４であることがわか
る。これは図７に示す４κｔ／Ｗ２＝４．０における計
算結果と一致した。その他化合物半導体のＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰでも同様な結果を得た。
【００１６】
【発明の効果】本発明の割断方法は帯板幅や帯板の材質
が変ってもその度毎に加工条件を実験的に求める必要が
なく、段取り時間も短くてよく、また加熱位置が最良点
なので割断作業そのものも時間が掛からない。それ故レ
ーザ加工装置の自動化も可能になる。
が変ってもその度毎に加工条件を実験的に求める必要が
なく、段取り時間も短くてよく、また加熱位置が最良点
なので割断作業そのものも時間が掛からない。それ故レ
ーザ加工装置の自動化も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 点熱源による半無限帯板の割断を示す図
【図２】 帯板の温度場解析方法を表す図
【図３】 等温弾性場を重ね合わせた図
【図４】 体積力法の要素分割を表す図
【図５】 単独点熱源をｘ／Ｗ＝１．０、ｙ／Ｗ＝０に
加えたときの半無限帯板および無限板の同一領域の温度
分布の違いを示す図
加えたときの半無限帯板および無限板の同一領域の温度
分布の違いを示す図
【図６】 点熱源による熱応力場に重ね合わされる境界
上の応力分布を示す図
上の応力分布を示す図
【図７】 縁亀裂先端の熱応力拡大係数の経時変化を示
す図
す図
【図８】 シリコンの割断実験の結果を表す図
【図９】 従来の割断法の正面図
【図１０】 従来の割断法の亀裂進行方向の拡大図
【図１１】 従来の割断法における表面の温度分布及び
熱応力分布の図
熱応力分布の図
ｃ 亀裂の長さ Ｄ 縁亀裂先端より点熱源の中心位置までの距離 Ｗ 割断予定線から帯板上下縁までの距離
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年６月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、縁亀裂を持つ帯板の亀裂先端近傍をパル
スレーザ点熱源でもって加熱し、亀裂を拡大し、帯板の
割断を行なうレーザ割断方法であって、そのレーザ照射
位置が割断予定線から帯板上下縁までの距離をＷ、帯板
の材料の熱拡散率をκ、パルスレーザの加熱時間をｔ、
としたときにレーザ点熱源の中心位置の縁亀裂先端から
の距離をＤとして４κｔ／Ｗ2の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法を提供す
る。
決するために、縁亀裂を持つ帯板の亀裂先端近傍をパル
スレーザ点熱源でもって加熱し、亀裂を拡大し、帯板の
割断を行なうレーザ割断方法であって、そのレーザ照射
位置が割断予定線から帯板上下縁までの距離をＷ、帯板
の材料の熱拡散率をκ、パルスレーザの加熱時間をｔ、
としたときにレーザ点熱源の中心位置の縁亀裂先端から
の距離をＤとして４κｔ／Ｗ2の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法を提供す
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の割断方法は、縁亀裂を持
つ帯板の亀裂先端近傍をパルスレーザ点熱源でもって加
熱し、亀裂を拡大し、帯板の割断を行うレーザ割断方法
で、そのレーザ照射位置は割断予定線から帯板上下縁ま
での距離をＷ、帯板の材料の熱拡散率をκ、パルスレー
ザの加熱時間をｔ、としたときにレーザ点熱源の中心位
置の縁亀裂先端からの距離をＤとして４κｔ／Ｗ2の値
が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法である。
つ帯板の亀裂先端近傍をパルスレーザ点熱源でもって加
熱し、亀裂を拡大し、帯板の割断を行うレーザ割断方法
で、そのレーザ照射位置は割断予定線から帯板上下縁ま
での距離をＷ、帯板の材料の熱拡散率をκ、パルスレー
ザの加熱時間をｔ、としたときにレーザ点熱源の中心位
置の縁亀裂先端からの距離をＤとして４κｔ／Ｗ2の値
が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】図５に単独点熱源をｘ／Ｗ＝１．０、ｙ／
Ｗ＝０に加えたときの半無限帯板及び無限板の同一領域
の温度分布の違いを示す。加熱初期（４κｔ／Ｗ2 ＝
１．０）では温度分布は２つのケースでほとんど同じで
ある。等高線は加熱点を中心に同心円状になる。加熱時
間が増加すると、図５（ｂ）、（ｃ）２つの違いが大き
くなる。無限板では加熱時間に関係なく温度分布の対称
性は保たれるが、半無限帯板では対称性は保たれない。
また、対面付近（ｘ／Ｗ＝０）で温度が上昇している。
Ｗ＝０に加えたときの半無限帯板及び無限板の同一領域
の温度分布の違いを示す。加熱初期（４κｔ／Ｗ2 ＝
１．０）では温度分布は２つのケースでほとんど同じで
ある。等高線は加熱点を中心に同心円状になる。加熱時
間が増加すると、図５（ｂ）、（ｃ）２つの違いが大き
くなる。無限板では加熱時間に関係なく温度分布の対称
性は保たれるが、半無限帯板では対称性は保たれない。
また、対面付近（ｘ／Ｗ＝０）で温度が上昇している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】
【実施例】上記解析結果を立証するために熱源にＮｄ：
ＹＡＧレーザを用いてシリコンの帯板の割断実験を行っ
た。
ＹＡＧレーザを用いてシリコンの帯板の割断実験を行っ
た。
【表１】 Thermo-mechanical properties of Silicon at room temperature κ［ｍ2／ｓ］ α［１／Ｋ］ λ［Ｗ／ｍＫ］ Ｅ［ＧＰａ］ 83×10-6 2.62×10-6 156 117 に使用した材料の熱−機械物性値を示す。板厚は０．３
６ｍｍ、板幅は１０．０ｍｍ、レーザのスポットの直径
は０．４ｍｍである。加熱時間は０．３秒に固定し、レ
ーザ出力を３０Ｗまで徐々に上げながら亀裂の進展に必
要な最低出力を測定した。割断実験の結果を図８に示
す。亀裂進展させるためのレーザ出力Ｑを加熱位置Ｄ／
Ｗに対してエラーバー付きでプロットした。太線は実験
データの平均値を示す。熱応力割断において最も効率的
な加熱位置は亀裂長がｃ／Ｗ＝１．０、ｃ／Ｗ＝５．０
のどちらの場合でもＤ／Ｗ〜０．４であることがわか
る。これは図７に示す４κｔ／Ｗ2 ＝４．０における計
算結果と一致した。その他化合物半導体のＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰでも同様な結果を得た。
６ｍｍ、板幅は１０．０ｍｍ、レーザのスポットの直径
は０．４ｍｍである。加熱時間は０．３秒に固定し、レ
ーザ出力を３０Ｗまで徐々に上げながら亀裂の進展に必
要な最低出力を測定した。割断実験の結果を図８に示
す。亀裂進展させるためのレーザ出力Ｑを加熱位置Ｄ／
Ｗに対してエラーバー付きでプロットした。太線は実験
データの平均値を示す。熱応力割断において最も効率的
な加熱位置は亀裂長がｃ／Ｗ＝１．０、ｃ／Ｗ＝５．０
のどちらの場合でもＤ／Ｗ〜０．４であることがわか
る。これは図７に示す４κｔ／Ｗ2 ＝４．０における計
算結果と一致した。その他化合物半導体のＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰでも同様な結果を得た。
Claims (4)
- 【請求項１】縁亀裂を持つ帯板の亀裂先端近傍をパルス
レーザ点熱源でもって加熱し、亀裂を拡大し、帯板の割
断を行なうレーザ割断方法であって、そのレーザ照射位
置が割断予定線から帯板上下縁までの距離をＷ、帯板の
材料の熱膨張係数をａ、パルスレーザの加熱時間をｔ、
としたときにレーザ点熱源の中心位置の縁亀裂先端から
の距離をＤとして４ａｔ／Ｗ2 の値が ０．０００１〜０．０５のときは Ｄ／Ｗ＝０．１ ０．０５〜１．０ のときは Ｄ／Ｗ＝０．２ １．０以上 のときは Ｄ／Ｗ＝０．４ の位置を挟むことを特徴とするレーザ割断方法。 - 【請求項２】パルスレーザのレーザを照射しない時間が
帯板の縁亀裂先端近傍の充分な冷却が可能となる５ｍ秒
以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ割断
方法。 - 【請求項３】請求項１記載のレーザ割断方法によってＧ
ａＡｓ半導体基板を劈開により割断するＧａＡｓ半導体
基板のレーザ割断方法。 - 【請求項４】請求項１記載のレーザ割断方法によってＩ
ｎＰ半導体基板を劈開により割断するＩｎＰ半導体基板
のレーザ割断方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8288096A JPH10128567A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | レーザ割断方法 |
| US08/960,043 US6023039A (en) | 1996-10-30 | 1997-10-29 | Method of cleaving a brittle material using a point heat source for providing a thermal stress |
| TW086116106A TW365558B (en) | 1996-10-30 | 1997-10-29 | Method for cutting bristle material with thermo stress |
| DE69706940T DE69706940T2 (de) | 1996-10-30 | 1997-10-30 | Unter Verwendung einer eine thermische Spannung erzeugenden punktlichen Wärmequelle, Verfahren zum Spalten von Sprödenwerkstoff |
| EP97118899A EP0839597B1 (en) | 1996-10-30 | 1997-10-30 | Method of cleaving a brittle material using a point heat source for providing a thermal stress |
| KR1019970056314A KR100264308B1 (ko) | 1996-10-30 | 1997-10-30 | 열 응력을 제공하기 위한 점 열원을 사용하여 부서지기 쉬운 물질을 쪼개는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8288096A JPH10128567A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | レーザ割断方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10128567A true JPH10128567A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17725750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8288096A Pending JPH10128567A (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | レーザ割断方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6023039A (ja) |
| EP (1) | EP0839597B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10128567A (ja) |
| KR (1) | KR100264308B1 (ja) |
| DE (1) | DE69706940T2 (ja) |
| TW (1) | TW365558B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH11240730A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-07 | Nec Kansai Ltd | 脆性材料の割断方法 |
| US6211488B1 (en) | 1998-12-01 | 2001-04-03 | Accudyne Display And Semiconductor Systems, Inc. | Method and apparatus for separating non-metallic substrates utilizing a laser initiated scribe |
| US6420678B1 (en) * | 1998-12-01 | 2002-07-16 | Brian L. Hoekstra | Method for separating non-metallic substrates |
| US6252197B1 (en) | 1998-12-01 | 2001-06-26 | Accudyne Display And Semiconductor Systems, Inc. | Method and apparatus for separating non-metallic substrates utilizing a supplemental mechanical force applicator |
| US6259058B1 (en) | 1998-12-01 | 2001-07-10 | Accudyne Display And Semiconductor Systems, Inc. | Apparatus for separating non-metallic substrates |
| US20020006765A1 (en) * | 2000-05-11 | 2002-01-17 | Thomas Michel | System for cutting brittle materials |
| JP4659300B2 (ja) | 2000-09-13 | 2011-03-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法 |
| KR100583889B1 (ko) * | 2001-07-16 | 2006-05-26 | 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 | 취성재료기판의 스크라이브 장치 |
| WO2003076150A1 (fr) * | 2002-03-12 | 2003-09-18 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Procede et systeme d'usinage d'un materiau fragile |
| EP3664131A3 (en) | 2002-03-12 | 2020-08-19 | Hamamatsu Photonics K. K. | Substrate dividing method |
| CN1328002C (zh) * | 2002-03-12 | 2007-07-25 | 浜松光子学株式会社 | 加工对象物切割方法 |
| TWI326626B (en) * | 2002-03-12 | 2010-07-01 | Hamamatsu Photonics Kk | Laser processing method |
| TWI520269B (zh) | 2002-12-03 | 2016-02-01 | Hamamatsu Photonics Kk | Cutting method of semiconductor substrate |
| EP1609559B1 (en) * | 2003-03-12 | 2007-08-08 | Hamamatsu Photonics K. K. | Laser beam machining method |
| DE10330179A1 (de) * | 2003-07-02 | 2005-01-20 | Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh | Verfahren zum Trennen flacher Werkstücke aus Keramik |
| JP2005268752A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-29 | Canon Inc | レーザ割断方法、被割断部材および半導体素子チップ |
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| US20060021977A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Menegus Harry E | Process and apparatus for scoring a brittle material incorporating moving optical assembly |
| US7820941B2 (en) * | 2004-07-30 | 2010-10-26 | Corning Incorporated | Process and apparatus for scoring a brittle material |
| JP2006315017A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Canon Inc | レーザ切断方法および被切断部材 |
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| DE102014013262A1 (de) | 2014-09-08 | 2016-03-10 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Durchtrennen von mit einer Geschwindigkeit bewegten Werkstücken mechanisch spröder und nichtmetallischer Werkstoffe |
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| US3790362A (en) * | 1970-09-15 | 1974-02-05 | Ppg Industries Inc | Directional control for thermal severing of glass |
| IT996776B (it) * | 1972-10-12 | 1975-12-10 | Glaverbel | Procedimento e dispositivo per ta gliare un materiale vetroso o vetro cristallino |
| US4615765A (en) * | 1985-02-01 | 1986-10-07 | General Electric Company | Self-registered, thermal processing technique using a pulsed heat source |
| EP0397237B1 (en) * | 1989-05-08 | 1994-05-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of cleaving a plate of brittle material |
| EP0397236B1 (en) * | 1989-05-08 | 1994-10-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of severing a plate of brittle material |
| JPH0313040A (ja) * | 1989-06-09 | 1991-01-22 | Sharp Corp | コードレス電話機 |
| JP2712723B2 (ja) * | 1990-03-07 | 1998-02-16 | 松下電器産業株式会社 | レーザ切断方法 |
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-
1997
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- 1997-10-29 TW TW086116106A patent/TW365558B/zh active
- 1997-10-30 EP EP97118899A patent/EP0839597B1/en not_active Expired - Lifetime
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