JP2014177068A - Method and device for cleavage of single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶体を劈開して、切削工具、耐摩工具などの工具類に使用される単結晶体の個片を得る単結晶体の劈開方法および劈開装置に関する。 The present invention relates to a method for cleaving a single crystal body and a cleavage apparatus for cleaving the single crystal body to obtain single crystal pieces used for tools such as cutting tools and wear-resistant tools.
切削工具、耐摩工具などの工具類の中でも高精度の加工技術用の工具には、機械的な摩耗に強いなどの理由から、単結晶ダイヤモンドなどの単結晶体を小さな個片に分割したものが用いられている。 Among tools such as cutting tools and anti-abrasion tools, tools for high-precision machining techniques are obtained by dividing a single crystal such as single crystal diamond into small pieces for reasons such as being resistant to mechanical wear. It is used.
結晶体の分割には、一般的に結晶体が劈開面に沿って割れ易いという性質を利用した分割方法が広く用いられており、種々の技術が開発されている。 In order to divide a crystal, a dividing method using the property that the crystal is easily broken along the cleavage plane is widely used, and various techniques have been developed.
例えば、特許文献1には、ブレーキングカッターと、前記ブレーキングカッターを支持すると共に前記ブレーキングカッターを所定の方向に超音波振動させる超音波ホーンとを用いて、超音波パワーにより結晶質のウエハを分割する方法が提案されている。
For example,
そして、特許文献2には、材料基板にケガキ線を形成し、ケガキ線形成面または裏面側から超音波振動などの高周波振動を印加しながらケガキ線形成面に対して垂直または平行な方向に応力を加えて劈開させる方法が提案されている。
In
また、特許文献3には、ダイヤモンド単結晶の表面にイオンビーム、電子ビーム、レーザの何れかの手段を用いて(111)結晶面に対して平行な溝を設け、この溝に楔を打ち込んで、単結晶ダイヤモンドを分断する方法が提案されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1の方法の場合には、超音波パワーがカッター刃に充分に伝わらないため、単結晶ダイヤモンドなどの単結晶体の劈開に適用しようとしても、パワー不足により適切に劈開させることができない。また、カッター刃を振動させているため、カッター刃が破損消耗し易く、頻繁に交換する必要がある。そして、カッター刃と超音波振動部とは繋がっているため、劈開面に対するカッター刃の位置決めが困難であると共に、カッター刃を交換する毎に超音波条件を調整する必要がある。
However, in the case of the method of
そして、特許文献2の方法は、ウエハ等の平面基板を対象にした方法であり、単結晶ダイヤモンドのような表面に対して劈開面が斜めとなるような単結晶体を劈開する場合には適用することができない。
The method of
また、特許文献3の方法の場合には、設けられた溝に楔を打ち込む際に過大な力を要し、容易に劈開することができない。
Further, in the case of the method of
そこで、本発明は、単結晶ダイヤモンドのように、劈開に一定以上のパワーを必要とし、また、劈開面が結晶の表面に対して傾斜しているような単結晶体であっても、容易に劈開することができる単結晶体の劈開方法および劈開装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention can easily be applied to a single crystal body that requires a certain level of power for cleavage, such as single crystal diamond, and whose cleavage plane is inclined with respect to the crystal surface. It is an object to provide a cleavage method and a cleavage apparatus for a single crystal that can be cleaved.
請求項1に記載の発明は、
単結晶体の表面に、前記単結晶体の劈開面に沿った溝部を形成する溝部形成工程と、
前記溝部が形成された前記単結晶体を固定して前記溝部にカッター刃の先端を差し込んだ後、前記カッター刃の先端で前記溝部の底を前記劈開面に沿って加圧しながら、前記溝部が形成された面以外の面から前記単結晶体に超音波を印加することにより、前記単結晶体を前記劈開面に沿って劈開して、個片に分割する劈開工程と
を備える単結晶体の劈開方法である。
The invention described in
A groove forming step of forming a groove along the cleavage plane of the single crystal on the surface of the single crystal;
After fixing the single crystal body in which the groove portion is formed and inserting the tip of the cutter blade into the groove portion, the groove portion is pressed while pressing the bottom of the groove portion along the cleavage plane with the tip of the cutter blade. A cleaving step of cleaving the single crystal along the cleavage plane and dividing the single crystal into individual pieces by applying ultrasonic waves to the single crystal from a plane other than the formed plane. Cleaving method.
本請求項に記載の発明においては、カッター刃の先端で溝部の底を劈開面に沿って加圧しながら単結晶体に超音波を印加するため、溝部の底に十分な力を加えて単結晶体を容易に劈開して、個片に分割することができる。 In the invention according to the present invention, since the ultrasonic wave is applied to the single crystal body while pressing the bottom of the groove portion along the cleavage plane with the tip of the cutter blade, a sufficient force is applied to the bottom of the groove portion. The body can be easily cleaved and divided into pieces.
そして、カッター刃自体に超音波を印加するのではなく、単結晶体に超音波を印加しているため、溝部の底に充分な超音波パワーを伝えることができ、過大な力を加えなくても、単結晶体を容易に劈開することができる。 And since ultrasonic waves are applied to the single crystal body rather than applying ultrasonic waves to the cutter blade itself, it is possible to transmit sufficient ultrasonic power to the bottom of the groove, without applying excessive force. In addition, the single crystal can be easily cleaved.
また、カッター刃を超音波振動させていないため、カッター刃が破損消耗しにくく、また、カッター刃の交換毎に超音波条件を調整する必要がなく、さらに、カッター刃の位置決めを容易に行うことができる。この結果、単結晶ダイヤモンドのような劈開面が表面に対して傾斜しているような単結晶体であっても正確かつ確実に劈開させることができる。 In addition, since the cutter blade is not vibrated ultrasonically, the cutter blade is less likely to be damaged and consumed, and there is no need to adjust the ultrasonic conditions each time the cutter blade is replaced, and the cutter blade can be easily positioned. Can do. As a result, it is possible to accurately and reliably cleave even a single crystal body in which a cleavage plane such as single crystal diamond is inclined with respect to the surface.
以上のような特徴を有するため、本発明の劈開装置によれば、従来では困難であった単結晶ダイヤモンドのような単結晶体の劈開作業の自動化を容易に行うことができる。 Due to the above characteristics, the cleavage apparatus of the present invention can easily automate the cleavage operation of a single crystal such as single crystal diamond, which has been difficult in the past.
請求項2に記載の発明は、
前記溝部形成工程が、前記単結晶体の表面にレーザを照射することにより前記溝部を形成する工程である請求項1に記載の単結晶体の劈開方法である。
The invention described in
2. The method for cleaving a single crystal according to
レーザを照射して溝部を形成する方法は、工具などを用いて結晶体の表面を罫書く方法に比べて容易に高い精度で劈開面に沿った溝部を形成することができる。 The method of forming the groove portion by irradiating the laser can form the groove portion along the cleavage plane easily and with higher accuracy than the method of ruled the surface of the crystal using a tool or the like.
請求項3に記載の発明は、
前記劈開工程において、前記溝部が形成された面の反対側の面から、前記単結晶体に超音波を印加する請求項1または請求項2に記載の単結晶体の劈開方法である。
The invention according to
3. The method for cleaving a single crystal according to
溝部が形成された面の反対側の面から前記単結晶体に超音波を印加することにより、溝部に対して適切に超音波を印加できるとともに、カッター刃の位置決めを容易に行うことができる。 By applying ultrasonic waves to the single crystal body from the surface opposite to the surface on which the groove portions are formed, it is possible to appropriately apply ultrasonic waves to the groove portions and to easily position the cutter blade.
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の単結晶体の劈開方法を用いて、単結晶ダイヤモンドを劈開する劈開方法である。
The invention according to
A cleavage method for cleaving a single crystal diamond using the method for cleaving a single crystal according to any one of
本発明に係る単結晶体の劈開方法は、表面に対して劈開面が傾斜している単結晶体についても正確かつ確実に劈開させることができるため、単結晶ダイヤモンド、サファイア、SiCなど、表面に対して劈開面が傾斜している単結晶の劈開に好ましく適用することができ、これらの内でも、特に、非常に硬い単結晶ダイヤモンドの劈開に適用した場合、本発明の効果を顕著に発揮させることができる。 The method for cleaving a single crystal according to the present invention can accurately and reliably cleave a single crystal having a cleaved surface with respect to the surface, so that single crystal diamond, sapphire, SiC, etc. On the other hand, it can be preferably applied to the cleavage of a single crystal having an inclined cleavage plane, and among these, particularly when applied to the cleavage of a very hard single crystal diamond, the effect of the present invention is remarkably exhibited. be able to.
請求項5に記載の発明は、
表面に劈開面に沿った溝部が形成された単結晶体を、溝部形成面とは異なる面で固定する固定部材と、
固定された前記単結晶体の前記溝部に先端が差し込まれるカッター刃と、
前記カッター刃の先端で前記溝部の底を前記劈開面に沿って加圧するための加圧部と、
前記固定部材に取り付けられており、前記固定部材から前記単結晶体に超音波を印加する超音波印加部と
を備えている単結晶体の劈開装置である。
The invention described in
A fixing member that fixes a single crystal body having grooves formed along the cleavage plane on the surface thereof on a surface different from the groove forming surface;
A cutter blade whose tip is inserted into the groove portion of the fixed single crystal body;
A pressurizing part for pressurizing the bottom of the groove part along the cleavage plane at the tip of the cutter blade;
An apparatus for cleaving a single crystal, comprising: an ultrasonic wave application unit that is attached to the fixing member and applies ultrasonic waves from the fixing member to the single crystal.
本請求項の発明においては、前記したとおり、カッター刃の先端で溝部の底を劈開面に沿って加圧しながら単結晶体に超音波を印加するため、溝部の底に十分な力を加えて単結晶体を容易に劈開して、個片に分割することができる。 In the present invention, as described above, an ultrasonic wave is applied to the single crystal while pressing the bottom of the groove portion along the cleavage plane with the tip of the cutter blade, so that a sufficient force is applied to the bottom of the groove portion. A single crystal can be easily cleaved and divided into pieces.
また、カッター刃自体に超音波を印加するのではなく、単結晶体に超音波を印加しているため、溝部の底に充分な超音波パワーを伝えることができ、過大な力を加えなくても、単結晶体を容易に劈開することができる。 In addition, since ultrasonic waves are applied to the single crystal body rather than applying ultrasonic waves to the cutter blade itself, it is possible to transmit sufficient ultrasonic power to the bottom of the groove, without applying excessive force. In addition, the single crystal can be easily cleaved.
請求項6に記載の発明は、
前記固定部材は、前記超音波振動部に取り外し自在な部材である請求項5に記載の単結晶体の劈開装置である。
The invention described in claim 6
The single crystal cleaving apparatus according to
本請求項の発明においては、固定部材が超音波振動部から取り外し可能であるため、劈開作業が完了した単結晶体(ワーク)を容易に交換することができると共に、溝部形成工程と劈開工程との間でワークを容易に移動させることができる。 In the invention of this claim, since the fixing member can be removed from the ultrasonic vibration part, the single crystal body (work) that has been subjected to the cleaving work can be easily replaced, and the groove forming step and the cleaving step The workpiece can be easily moved between the two.
請求項7に記載の発明は、
前記固定部材が、ステンレス、銅、アルミ合金の何れかにより形成されている請求項5または請求項6に記載の単結晶体の劈開装置である。
The invention described in claim 7
The single crystal cleavage apparatus according to
固定部材は、超音波伝導性が高い素材から構成されていることが好ましい。ステンレス、銅、アルミ合金は、安価であるとともに、超音波伝導性が高いため、超音波印加部から発振された超音波を単結晶体に効率的に印加することができる。 The fixing member is preferably made of a material having high ultrasonic conductivity. Since stainless steel, copper, and aluminum alloys are inexpensive and have high ultrasonic conductivity, ultrasonic waves oscillated from the ultrasonic wave application unit can be efficiently applied to the single crystal.
本発明によれば、単結晶ダイヤモンドのように、劈開に一定以上のパワーを必要とし、また、劈開面が結晶の表面に対して傾斜しているような単結晶体であっても、容易に劈開することができる単結晶体の劈開方法および劈開装置を提供することができる。 According to the present invention, even a single crystal body that requires a certain level of power for cleavage, such as single crystal diamond, and whose cleavage plane is inclined with respect to the surface of the crystal can be easily obtained. A cleavage method and a cleavage apparatus for a single crystal that can be cleaved can be provided.
以下、実施の形態に基き、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
1.劈開装置
はじめに、本実施の形態に係る単結晶体の劈開装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る劈開装置の全体構成を模式的に示す図であり、図2は部分拡大図である。
1. Cleaving apparatus First, a single crystal cleavage apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the cleavage apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a partially enlarged view.
図1および図2に示すように、劈開装置1は、単結晶体Wを固定する固定部材3と、固定された単結晶体Wの溝部W1に先端2aが差し込まれるカッター刃2と、カッター刃2の先端2aで溝部W1の底を劈開面に沿って加圧するための加圧部としての加圧シリンダー6と、固定部材3に取り付けられており、固定部材3から単結晶体Wに超音波を印加する超音波印加部としての超音波ホーン4とを備えている。なお、図2中の符号5は、単結晶体Wと固定部材3とを固定する接着剤であり、固定された単結晶体Wの表面に劈開面に沿った溝部W1が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
超音波ホーン4は、上部に固定部材3を取り付けるための凹部41が設けられており、単結晶体Wに超音波を印加する超音波印加部としての役割以外に、台座としての役割を兼ねている。また、超音波ホーン4は、ジュラルミンなどにより形成される。
The
固定部材3は、ステンレス、銅、アルミ合金などにより形成された断面L字型の部材であり、底面3aと側面3bがそれぞれ超音波ホーン4の凹部41の底面と側面とに接するように着脱自在に取り付けられている。
The fixing
カッター刃2は、超音波ホーン4の上方に配置されており、上下方向に移動可能である。カッター刃2は、固定部材3に固定された単結晶体Wの溝部W1にカッター刃の先端2aを差し込み、加圧部により矢印Pの方向に所定の圧力で加圧することができるように配置されている。
The
2.劈開方法
次に、上記の劈開装置1を用いた劈開方法について説明する。先ず、超音波ホーン4から取り外した固定部材3の底面3aに接着剤5を塗布し、固定部材3の側面3bに対して単結晶体Wの劈開面が略平行になるように単結晶体Wを固定する。
2. Cleaving method Next, a cleavage method using the
次に、固定部材3に固定された単結晶体Wの表面に、単結晶体Wの劈開面に沿った複数の溝部W1を形成する。好ましい溝部W1の間隔は0.2〜0.6mmである。
Next, a plurality of groove portions W <b> 1 along the cleavage plane of the single crystal body W are formed on the surface of the single crystal body W fixed to the fixing
溝部W1を形成する手段としては、例えばYAGレーザ(出力:10W)などのレーザを単結晶体Wの表面に対して照射し、劈開面に沿って走らせるレーザスクライブ法が用いられる。具体的には、レーザの強度や走行速度を調整して、カッター刃2を適切に差し込むことができる程度の深さに溝部W1を形成させる。
As a means for forming the groove portion W1, for example, a laser scribing method in which a laser such as a YAG laser (output: 10 W) is irradiated on the surface of the single crystal body W and run along the cleavage plane is used. Specifically, the groove portion W1 is formed to such a depth that the
次に、固定部材3を超音波ホーン4の凹部41に取り付け、溝部W1が上方に向くように固定する。その後、カッター刃2を降下させて、溝部W1にカッター刃の先端2aを差し込む。そして、カッター刃2に対して所定の応力Pを加え、溝部W1の底に差し込まれたカッター刃2を、単結晶体Wの劈開方向に向かってさらに降下させる。なお、応力Pの大きさは単結晶体Wの材質などに応じて適宜調整される。
Next, the fixing
このとき、単結晶体Wに応力Pを加えると同時に、超音波ホーン4から所定の周波数、強度で超音波を発振させることにより、固定部材3の底面3aと側面3bを経由して単結晶体Wに超音波を印加する。これにより、単結晶体Wは溝部W1が形成された劈開面に沿って劈開する。なお、超音波の周波数、強度および超音波の印加時間は、単結晶体Wの種類や固定部材3の材質などに応じて適宜調整される。
At this time, by applying stress P to the single crystal body W and simultaneously oscillating ultrasonic waves from the
本実施の形態に係る単結晶体の劈開方法によれば、カッター刃2の先端2aで溝部W1の底を劈開面に沿って加圧しながら単結晶体Wに超音波を印加するため、溝部W1の底に十分な力を加えて単結晶体Wを容易に劈開することができる。
According to the method for cleaving a single crystal according to the present embodiment, since the ultrasonic wave is applied to the single crystal W while pressing the bottom of the groove W1 along the cleavage surface with the
さらに、カッター刃自体に超音波を印加するのではなく、単結晶体に超音波を印加しているため、溝部W1の底に充分な超音波パワーを伝えることができ、過大な力を加えなくても、単結晶体Wを容易に劈開して、個片に分割することができる。 Furthermore, since the ultrasonic wave is applied to the single crystal body rather than applying the ultrasonic wave to the cutter blade itself, sufficient ultrasonic power can be transmitted to the bottom of the groove W1, and no excessive force is applied. However, the single crystal body W can be easily cleaved and divided into pieces.
次に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。なお、以下においては、単結晶ダイヤモンドをシート状に劈開させている。 Next, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. In the following, single crystal diamond is cleaved into a sheet.
1.溝部の形成
高さ5mm、幅7mm、長さ50mmのステンレス製のL字型固定部材3に単結晶ダイヤモンドをセラミックスボンド(東亜合成株式会社製、商品名:アロンセラミック)で固定した。
1. Formation of Groove A single crystal diamond was fixed to a stainless steel L-shaped fixing
そして、単結晶ダイヤモンドの劈開面である(111)結晶面に沿って、単結晶ダイヤモンドの表面にYAGレーザ(10W)を照射することによりケガキ加工を行い、所望する劈開厚さに合わせて0.6mm間隔で複数の溝部W1を平行に形成した。 Then, the surface of the single crystal diamond is irradiated with a YAG laser (10 W) along the (111) crystal plane, which is the cleavage plane of the single crystal diamond, and 0. A plurality of groove portions W1 were formed in parallel at intervals of 6 mm.
2.劈開
次に、固定部材3を超音波ホーン4の凹部41に固定し、加圧シリンダー6にカッター刃2(エヌティー株式会社製、商品名:NTカッター)を固定し、カッター刃2の先端2aを溝部に差し込んだ。
2. Cleavage Next, the fixing
次に、精電舎電子工業株式会社製の超音波装置(SONOPET Σ1200)を用い、強度:70%、周波数:19.15kHz、時間0.15秒の条件で超音波を単結晶ダイヤモンドに印加しながら、劈開面に沿って形成された溝部と平行にカッター刃の先端2aを入れ込み、圧力0.165MPaで加圧した。
Next, using an ultrasonic device (SONOPET Σ1200) manufactured by Seidensha Electronics Co., Ltd., ultrasonic waves were applied to the single crystal diamond under the conditions of intensity: 70%, frequency: 19.15 kHz, time 0.15 seconds. However, the
これにより、単結晶ダイヤモンドが劈開面である(111)結晶面に沿って劈開された。 Thereby, the single crystal diamond was cleaved along the (111) crystal plane which is a cleavage plane.
さらに、カッター刃2を溝部Wの間隔でスライドさせて、残りの溝部W1についても同様に劈開を行うことにより、厚さ0.6mmにスライスされた単結晶ダイヤモンドの個片が得られた。このように、カッター刃2を破損させずに、単結晶ダイヤモンドを容易に小さな個片に劈開することができた。
Further, the
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。 While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.
1 劈開装置
2 カッター刃
2a カッター刃の先端
3 固定部材
3a 固定部材の底面
3b 固定部材の側面
4 超音波ホーン
41 凹部
5 接着剤
6 加圧シリンダー
W 単結晶体
W1 溝部
P 応力の方向
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記溝部が形成された前記単結晶体を固定して前記溝部にカッター刃の先端を差し込んだ後、前記カッター刃の先端で前記溝部の底を前記劈開面に沿って加圧しながら、前記溝部が形成された面以外の面から前記単結晶体に超音波を印加することにより、前記単結晶体を前記劈開面に沿って劈開して、個片に分割する劈開工程と
を備える単結晶体の劈開方法。 A groove forming step of forming a groove along the cleavage plane of the single crystal on the surface of the single crystal;
After fixing the single crystal body in which the groove portion is formed and inserting the tip of the cutter blade into the groove portion, the groove portion is pressed while pressing the bottom of the groove portion along the cleavage plane with the tip of the cutter blade. A cleaving step of cleaving the single crystal along the cleavage plane and dividing the single crystal into individual pieces by applying ultrasonic waves to the single crystal from a plane other than the formed plane. Cleaving method.
固定された前記単結晶体の前記溝部に先端が差し込まれるカッター刃と、
前記カッター刃の先端で前記溝部の底を前記劈開面に沿って加圧するための加圧部と、
前記固定部材に取り付けられており、前記固定部材から前記単結晶体に超音波を印加する超音波印加部と
を備えている単結晶体の劈開装置。 A fixing member that fixes a single crystal body having grooves formed along the cleavage plane on the surface thereof on a surface different from the groove forming surface;
A cutter blade whose tip is inserted into the groove portion of the fixed single crystal body;
A pressurizing part for pressurizing the bottom of the groove part along the cleavage plane at the tip of the cutter blade;
An apparatus for cleaving a single crystal, comprising: an ultrasonic wave application unit that is attached to the fixing member and applies ultrasonic waves from the fixing member to the single crystal.
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Cited By (2)
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CN113334592A (en) * | 2021-06-10 | 2021-09-03 | 河北同光晶体有限公司 | Method for cutting silicon carbide crystal |
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2013
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CN113334592A (en) * | 2021-06-10 | 2021-09-03 | 河北同光晶体有限公司 | Method for cutting silicon carbide crystal |
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