JP2024021894A - High pressure water cutting device and cutting method of brittle material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧水切断装置および脆性材の切断方法に関する。 The present invention relates to a high-pressure water cutting device and a method for cutting brittle materials.
従来、高圧水供給装置(例えば、高圧ポンプ)から供給される高圧水を用いて、各種原料を切断や穴あけ等の加工を施すことが行われていた。また、ガラスや半導体原料等の脆性材(ワーク)を加工する場合には、低い圧力帯の高圧水で一時加工を施した後で、より高圧の圧力帯の高圧水で二次加工する方法等が採用されていた(ピアシング加工)。しかし、そうした加工方法を採用したとしても、脆性材は存在するため、鋭意検討がなされてきた。 Conventionally, various raw materials have been subjected to processing such as cutting and drilling using high-pressure water supplied from a high-pressure water supply device (for example, a high-pressure pump). In addition, when processing brittle materials (workpieces) such as glass or semiconductor raw materials, there are methods such as temporary processing using high-pressure water in a low pressure range, and then secondary processing using high-pressure water in a higher pressure range. was used (piercing process). However, even if such a processing method is adopted, brittle materials still exist, so intensive studies have been made.
例えば、特許文献1において、半導体ウェハや半導体関連材料を、ウォータージェットレーザによりダイシングする際に、基材フィルム上に粘着剤層が積層されてなるウォータージェットレーザダイシング用粘着シートを用いることによって、チップまたはIC部品等の剥離時における欠け(クラッキング、チッピング)等の欠陥を防止するためのものが開示されていた。
For example, in
前記した特許文献1では、ワークとワーク台の間に粘着シート(ダイシングシート)を張り付ける必要があり、貼り付けの手間や加工後の処分の工程(手間)が発生していた。
ワークとなる半導体やガラス素材は、薄型化する傾向があるため、より簡易に準備工程を施すことのできる装置や方法が求められていた。
In the above-mentioned
Semiconductor and glass materials that serve as workpieces tend to become thinner, so there has been a need for equipment and methods that can more easily perform the preparation process.
また、脆性材の場合、脆性材が振動することで、加工精度の悪化を招くこともあるため、できるだけ振動による影響が生じない装置や方法が求められていた。 Furthermore, in the case of brittle materials, vibration of the brittle material can lead to deterioration of processing accuracy, so there has been a need for devices and methods that are free from the effects of vibration as much as possible.
そこで、本発明では、脆性材の裏面または/および側面に接着剤を簡易に塗布することによって、脆性材のクラッキング等を発生させることを防止できる高圧水切断装置および脆性材の切断方法を提供すること、を課題とする。 Therefore, the present invention provides a high-pressure water cutting device and a method for cutting brittle materials that can prevent cracking of brittle materials by simply applying adhesive to the back and/or side surfaces of brittle materials. The issue is that.
前記課題を解決するため、本発明の高圧水切断装置は、高圧水供給装置から供給される高圧水をノズルから噴射するノズルヘッドと、格子状の薄板が配置されるキャッチャーと、脆性材を固定するワーク固定部と、を有し、脆性材の裏面または/および側面に接着剤が塗布されている。 In order to solve the above problems, the high-pressure water cutting device of the present invention includes a nozzle head that injects high-pressure water supplied from a high-pressure water supply device from a nozzle, a catcher in which a grid-like thin plate is arranged, and a brittle material that is fixed. A workpiece fixing part is provided, and an adhesive is applied to the back surface and/or side surface of the brittle material.
前記課題を解決するため、本発明の脆性材の加工切断は、脆性材の裏面または/および側面に接着剤を塗布する工程と、脆性材に高圧水を噴射し、切断する工程と、脆性材(W)に付着した接着剤を除去する工程と、を有する。 In order to solve the above problems, processing and cutting of a brittle material according to the present invention includes a step of applying an adhesive to the back side and/or side surface of the brittle material, a step of spraying high pressure water on the brittle material and cutting it, and a step of cutting the brittle material. (W) removing the adhesive adhered to the surface.
脆性材の裏面または/および側面に接着剤を簡易に塗布することによって、脆性材のクラッキング等を発生させることを防止できる高圧水切断装置および脆性材の加工切断を提供すること To provide a high-pressure water cutting device capable of preventing cracking of a brittle material by simply applying an adhesive to the back surface and/or side surface of the brittle material, and to process and cut the brittle material.
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
(高圧水切断装置の構成)
本実施形態の高圧水切断装置1は、脆性材Wを加工する。脆性材Wとしては、セラミックやガラスなど多岐に亘る。高圧水切断装置1は、高圧水供給装置Pと、研磨剤供給装置Aと、ノズルヘッド2と、キャッチャー3と、ワーク固定部5と、制御部20と、を有する。
(Configuration of high pressure water cutting device)
The high-pressure
高圧水供給装置Pは、高圧水Qを生成するポンプである。高圧水供給装置Pによって、高圧水を10~300MPaの範囲内で加圧することができる。具体的には、プランジャーポンプ等であることが望ましい。 The high-pressure water supply device P is a pump that generates high-pressure water Q. The high-pressure water supply device P can pressurize high-pressure water within a range of 10 to 300 MPa. Specifically, a plunger pump or the like is desirable.
研磨剤供給装置Aは、研磨剤ABを圧送することで、ノズルヘッド2に供給する部位である。高圧水供給装置Pから供給される高圧水Qと研磨剤供給装置Aから供給される研磨剤ABを混合した状態で、ノズル2aから噴射する。研磨剤ABは、サファイヤ等の硬度のあるものであればよく、粒径も適宜変更できる。
The abrasive supply device A is a part that supplies the abrasive AB to the
ノズルヘッド2は、高圧水供給装置Pから供給される高圧水Qと研磨剤供給装置Aから供給される研磨剤をノズル2aから噴射する。ノズルヘッド2は、X軸、Y軸、Z軸などの2次元、3次元の動きを実現する移動機構によって、XYZ方向に移動させることができる。
The
キャッチャー3は、脆性材Wを内側に配置し、加工後の切りくずなどを回収する。本明細書内では図示しないが、給液ポンプを連結させることで、キャッチャー3内に水を張ることもできる。水面下で脆性材Wを加工することで、熱による影響を低減させることができ、脆性材などに対して、加工時の負荷を減らすことに繋がる。
The
また、キャッチャー3内には、格子状の薄板4が配置される。高圧水Qは下方に向かって噴射されるが、面に衝突すると、その面がダメージを受けてしまう。格子状の薄板4を用いることで、高圧水Qによる装置破損を防止できる。薄板4の厚みや数は、高圧水Qが抜ける程度で左右等間隔に配置される。また、高圧水Qには、研磨剤が混合されているため、薄板4の損傷をできるだけ回避できるように、硬度の高い金属材料を利用することが望ましい。
Furthermore, a lattice-shaped
ワーク固定部5は、脆性材Wを固定する。ワーク固定部5は、ワーク台6と、ワーク台支持板7と、締結具8と、を有する。
The
ワーク台6は、薄板4の上面に配置され、脆性材Wを載置する。ワーク台6は、円柱状の部材である。なお、脆性材Wの形状が多角形状、例えば、四角形、五角形であれば、ワーク台6の形状も多角形状であってもよい。また、脆性材Wは、外周方向から徐々に加工するため、ワーク台6は、脆性材Wよりも直径が小さく、さらに、加工寸法よりも小さいことが望ましい。
The work table 6 is arranged on the upper surface of the
ワーク台6の変形例としては、図5(a)、(b)に示すように、脆性材Wの大きさに応じて、外径を調整できる仕様とすることもできる。
ワーク台6の変形例は、ワーク台本体6bと、外径調整具6cと、ワーク台外殻6dで構成する。ワーク台本体6bは、脆性材Wの中心で載置する部材である。外径調整具6cは、ワーク台本体6bの側面に連結され、ネジ、バネ等を用いて長さを調整する部材である。そのほか、パンタグラフの構造を採用することもできる。ワーク台外殻6dは、外径調整具6cに連結され、脆性材Wの下面における外周縁を載置する部材である。ワーク台外殻6dの形状としては、半円弧状(三日月状)だけでなく、円柱状や多角形状であってもよい。
As a modification of the work table 6, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the outer diameter may be adjusted according to the size of the brittle material W.
A modification of the work table 6 includes a work table
図5(a)に示すように、外径調整具6cが長い状態になった場合に、外径調整具6cの先端に連結されるワーク台外殻6dが拡径することで、脆性材Wが大きい場合に載置しやすいように設定できる。また、図5(b)に示すように、外径調整具6cが短い状態になった場合に、外径調整具6cの先端に連結されるワーク台外殻6dが縮径することで、脆性材Wが小さい場合に載置しやすいように設定できる。
As shown in FIG. 5(a), when the
ワーク台支持板7は、薄板4の下面に配置される。ワーク台支持板7は、ノズル2aから噴射される高圧水Qが、薄板4を通過するように噴射されるため、ワーク台6の外形よりも小さい方が望ましい。ワーク台6とは異なり、脆性材Wを載置するものではなく、固定用の板であるため、内部に通過孔を形成することやハニカム構造を採用することで、軽量化や通過性を向上させることもできる。
The work
ワーク台6およびワーク台支持板7の変形例としては、図6に示すように、ワーク台6、ワーク台支持板7にそれぞれワーク台固定爪6e、ワーク支持板固定爪7aを配置する。
ワーク台6およびワーク台支持板7は、薄板4を挟んで締結されるが、位置ズレや振動を抑制するために、ワーク台固定爪6eおよびワーク支持板固定爪7aで薄板4を一次的に固定したうえで、締結具8による二次的な固定を施すものである。ワーク台固定爪6eおよびワーク支持板固定爪7aは、薄板4に引っ掛ける爪形状のものや、内側に畳み込めるような形状であればよい。
As a modification of the work table 6 and the work
The work table 6 and the work
締結具8は、ワーク台6とワーク台支持板7を締め付けることで、固定する。例えば、ワーク台6の下方に固定または接続されるワーク台支柱6aと締結具8が雄ネジと雌ネジが形成されていることで、締結を調整する。そのほかにも、締結具8は、ネジ、バネ、シリンダ等、適宜選択することで、締結力に応じて、適宜変更できる。
なお、締結具8の数は、ワーク台支柱6aの数や締結力に応じて設定する。ワーク台支柱6aは棒状の部材であり、本数は、2~10本等、適宜設定できる。
The
Note that the number of
また、脆性材Wを切断した際に、切り落とした脆性材W(不要物)が脆性材Wの本体(加工処理後)に衝突する等の悪影響を与えることのないように、薄板4の上面に、脆性材Wの外周を囲むように、サポートガイド9を配置できる。切り落とした脆性材W(不要物)がサポートガイド9に倒れ掛かった後に下方に落ちる構造にすることで、脆性材Wが切り落ちる(脆性材W本体から剥がれる)際に、重力と重さによって、クラック等を生じさせることを防止できる。サポートガイド9の形状は、円筒状だけでなく、多角形状、棒形状等を選択できる。また、サポートガイド9の下方には、サポートガイド支柱9aが配置される。サポートガイド支柱9aは、棒状の部材であり、本数は、2~10本等、適宜設定できる。
In addition, when cutting the brittle material W, the upper surface of the
薄板4の上面に配置されるサポートガイド9と、薄板4の下面に配置されるサポートガイド支持板10を、サポートガイド締結具11で締め付けることで、固定する。
サポートガイド9およびサポートガイド支持板10は、ワーク台6やワーク支持板と同様に、脆性材Wの大きさに応じた径の調整や、締付力の機能アップを図ることもできる。
The
The
サポートガイド9を配置することによって、キャッチャー3内において、加工後における脆性材Wの切りくずが下方に落ちてくる箇所を特定できるようになる。また、サポートガイド9の下方周辺における水の流れがスムーズになるように、キャッチャー3内に流速の方向を促進させる促進器またはキャッチャー3外に連結する形で回収装置を配置することもできる。その結果、脆性材Wの切りくず回収も効率的に行うことができる。
By arranging the
制御部20は、高圧水供給装置Pによる高圧水Qの圧力、速度等を制御する。また、制御部20は、数値制御の機能を有しており、事前またはリアルタイムに設定する回転、角度、速度等に応じて、脆性材Wを切断する。具体的には、図8の切断線Lに示すように、脆性材Wの外周縁に対して、ノズルヘッド2(ノズル2a)が脆性材Wの上方から移動し、円弧状の曲面加工を繰り返すことで、脆性材Wに対して、滑らかに切断を施すことができる。脆性材Wと接触する際に、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら脆性材Wの斜め方向から切断を開始する。切断を開始した後、円柱状の脆性材Wの外周縁に沿って、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら円弧状に切断を行う。そして、切断を開始した箇所または脆性材Wへの切断終了箇所を抜けるときにも、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら円弧状に移動する。
The
直線状に切断する場合には、高圧水Qの移動中に同じ位置に留まらなければならず、一筆書きのように、流れるように曲面加工を施すことで、脆性材Wへの影響を低減できる。また、そうした曲面加工に加えて、ピアシング加工のように、高圧水Qが脆性材Wと最初に接触するまでは高圧水Qの圧力を低めに設定し、切断の軌道に乗った段階で、高圧水Qの圧力を高めに設定すること等もできる。 When cutting in a straight line, the high-pressure water Q must remain in the same position while moving, and by applying a curved surface processing to flow like a single stroke, the effect on the brittle material W can be reduced. . In addition to such curved surface machining, the pressure of high-pressure water Q is set to be low until the high-pressure water Q first comes into contact with the brittle material W, as in piercing machining, and once the cutting is on track, the high-pressure water It is also possible to set the pressure of water Q higher.
また、図9(a)~(c)に示すように、脆性材Wの裏面または/および側面に接着剤Bが塗布されている。図9(a)は、接着剤Bを塗布した状態の脆性材Wの上面図、図9(b)は、接着剤Bを塗布した状態の脆性材Wの側面図、図9(c)は、接着剤Bを塗布した状態の脆性材Wの下面図である。脆性材Wの裏面には、均一に覆うように接着剤Bを塗布する。脆性材Wの側面には、脆性材高さH1に対して、接着剤塗布高さH2の範囲で接着剤Bを塗布する。接着剤塗布高さH2は、脆性材高さH1の1/2以下、望ましくは1/3以下である。接着剤Bの厚みは、5mm以下であることが望ましい。 Further, as shown in FIGS. 9(a) to 9(c), adhesive B is applied to the back surface and/or side surface of the brittle material W. 9(a) is a top view of the brittle material W with adhesive B applied, FIG. 9(b) is a side view of the brittle material W with adhesive B applied, and FIG. 9(c) is a top view of the brittle material W with adhesive B applied. , is a bottom view of the brittle material W with adhesive B applied thereto. Adhesive B is applied to the back surface of the brittle material W so as to uniformly cover it. The adhesive B is applied to the side surface of the brittle material W within a range of an adhesive application height H2 relative to the brittle material height H1. The adhesive application height H2 is 1/2 or less, preferably 1/3 or less of the brittle material height H1. The thickness of adhesive B is desirably 5 mm or less.
脆性材Wが脆性部材である場合、高圧水Qによるクラッキングなどが発生する可能性があるが、脆性材Wに接着剤Bを塗布することで、ダイシングテープのようなものを採用することなく、コスト削減や手間の簡略化をはかることができる。 If the brittle material W is a brittle member, there is a possibility that cracking may occur due to the high pressure water Q, but by applying adhesive B to the brittle material W, it is possible to avoid using something like dicing tape. Cost reduction and labor simplification can be achieved.
接着剤Bとしては、加工中のはく離やズレが発生しないものとし、機械的特性や電気的特性、耐久性に優れたエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤が好ましい。
エポキシ系接着剤としては、市販の接着剤を用いることが望ましい。例えば、液状のものを利用でき、別々のエポキシ樹脂と硬化剤を配合する2液型のエポキシ系接着剤、エポキシ樹脂と硬化剤が混合されている1液型のエポキシ系接着剤のどちらでもよい。
アクリル系接着剤としては、市販の接着剤を用いることが望ましい。例えば、液状のものを利用でき、別々のアクリル樹脂と硬化剤を配合する2液型のエポキシ系接着剤、アクリル樹脂と硬化剤が混合されている1液型のアクリル系接着剤のどちらでもよい。
The adhesive B is preferably an epoxy adhesive or acrylic adhesive that does not cause peeling or shifting during processing and has excellent mechanical properties, electrical properties, and durability.
As the epoxy adhesive, it is desirable to use a commercially available adhesive. For example, you can use either a two-component epoxy adhesive, which can be used in liquid form, and which mixes a separate epoxy resin and a hardening agent, or a one-component epoxy adhesive, which mixes an epoxy resin and a hardening agent. .
As the acrylic adhesive, it is desirable to use a commercially available adhesive. For example, you can use either a two-component epoxy adhesive that can be used in liquid form, which is a mixture of a separate acrylic resin and a hardening agent, or a one-component acrylic adhesive that is a mixture of an acrylic resin and a hardening agent. .
本実施形態の脆性材の切断方法について説明する。 A method for cutting a brittle material according to this embodiment will be explained.
脆性材Wを固定する準備作業を行う。高圧水切断装置1のキャッチャー3の内部に配置される薄板4の上部にワーク固定部5を配置する。その後、脆性材Wの裏面または/および側面にエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等の接着剤Bを塗布する(S1)。その後、脆性材Wをワーク台6に載置する。
Preparatory work for fixing the brittle material W is performed. A
脆性材Wに塗布する接着剤Bの範囲としては、図9(a)~(c)に示すように、脆性材Wの裏面には、均一に覆うように接着剤Bを塗布し、脆性材Wの側面には、脆性材高さH1に対して、接着剤塗布高さH2の範囲で接着剤Bを塗布する。接着剤塗布高さH2は、脆性材高さH1の1/2以下、望ましくは1/3以下である。接着剤Bの厚みは、5mm以下であることが望ましい。 The range of adhesive B applied to the brittle material W is as shown in FIGS. 9(a) to 9(c). Adhesive B is applied to the side surface of W in an adhesive application height H2 relative to the brittle material height H1. The adhesive application height H2 is 1/2 or less, preferably 1/3 or less of the brittle material height H1. The thickness of adhesive B is desirably 5 mm or less.
高圧水供給装置Pおよび研磨剤供給装置Aを稼動し、高圧水切断装置1を準備する。ノズルヘッド2を脆性材Wの近くまで移動させ、研磨剤を混入させた高圧水Qが噴射される状態とする。脆性材Wの近辺で、切断前に研磨剤を混入させた高圧水Qを噴射させることで、高圧水Qの噴射圧力を調整する。
The high-pressure water supply device P and the abrasive supply device A are operated, and the high-pressure
脆性材Wに研磨剤を混入させた高圧水Qを噴射し、切断する(S2)。切断する工程S2において、図8の切断線Lに示すように、脆性材Wの外周縁に対して、ノズルヘッド2(ノズル2a)が脆性材Wの上方から移動し、円弧状の曲面加工を繰り返すことで、脆性材Wに対して、滑らかに切断を施すことができる。脆性材Wと接触する際に、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら脆性材Wの斜め方向から切断を開始する。切断を開始した後、円柱状の脆性材Wの外周縁に沿って、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら円弧状に切断を行う。そして、切断を開始した箇所または脆性材Wへの切断終了箇所を抜けるときにも、ノズルヘッド2(ノズル2a)が曲線状の動きをしながら円弧状に移動する。
High-pressure water Q mixed with an abrasive is jetted onto the brittle material W to cut it (S2). In the cutting step S2, as shown by the cutting line L in FIG. By repeating this, the brittle material W can be cut smoothly. When contacting the brittle material W, the nozzle head 2 (
直線状に切断する場合には、高圧水Qの移動中に同じ位置に留まらなければならず、一筆書きのように、流れるように曲面加工を施すことで、脆性材Wへの影響を低減できる。また、そうした曲面加工に加えて、ピアシング加工のように、高圧水Qが脆性材Wと最初に接触するまでは高圧水Qの圧力を低めに設定し、切断の軌道に乗った段階で、高圧水Qの圧力を高めに設定すること等もできる。 When cutting in a straight line, the high-pressure water Q must remain in the same position while moving, and by applying a curved surface processing to flow like a single stroke, the effect on the brittle material W can be reduced. . In addition to such curved surface machining, the pressure of high-pressure water Q is set to be low until the high-pressure water Q first comes into contact with the brittle material W, as in piercing machining, and once the cutting is on track, the high-pressure water It is also possible to set the pressure of water Q higher.
切断終了後、ワーク台6に載置した脆性材Wを取り外し、脆性材Wに付着した接着剤Bを除去する(S3)。 After cutting is completed, the brittle material W placed on the work table 6 is removed, and the adhesive B adhering to the brittle material W is removed (S3).
以上、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and that the present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit thereof.
1 高圧水切断装置
2 ノズルヘッド
2a ノズル
3 キャッチャー
4 薄板
5 ワーク固定部
6 ワーク台
7 ワーク台支持板
8 ワーク台締結具
9 サポートガイド
10 サポートガイド支持板
11 サポートガイド締結具
20 制御部
B 接着剤
1 High-pressure
Claims (8)
7. The method for cutting a brittle material according to claim 6, wherein the adhesive is an epoxy adhesive or an acrylic adhesive.
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JP2022125066A Pending JP2024021894A (en) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | High pressure water cutting device and cutting method of brittle material |
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2022
- 2022-08-04 JP JP2022125066A patent/JP2024021894A/en active Pending
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