JP5504022B2 - 分割加工方法及び分割装置 - Google Patents

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Description

本発明は、反りを有するワークの反りを緩和した状態で分割加工を行う方法及び装置に関するものである。
例えば、半導体パッケージの製造プロセスにおいては、LSI等の回路が形成された複数の半導体チップがリードフレームにマウントされてボンディングされた後、ガラスエポキシ等の樹脂によって封止されることでCSP(Chip Size Package)基板等のパッケージ基板が形成される。そして、切削装置によって分割予定ラインに沿ってパッケージ基板が切削されることで、半導体チップとほぼ同一サイズのパッケージへと分割される。
パッケージ基板を切削する切削装置は、パッケージ基板を吸引保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持されたパッケージ基板を切削する切削ブレードを備えた切削手段とを有している。パッケージ基板は、固定治具を介して保持テーブルに搭載される。固定治具は負圧によってパッケージ基板を保持するものであり、切削するパッケージ基板の分割予定ラインに対応した領域に切削ブレードの逃げ溝が形成され、分割された後の個々のパッケージを保持するために、各パッケージに対応する領域には負圧を伝達するための吸引口が形成されている(例えば特許文献1参照)。パッケージサイズが異なるパッケージ基板を切削する際には、切削するパッケージ基板に対応した固定治具へと交換することで、一台の切削装置で異なるパッケージサイズのパッケージ基板を切削可能である。
一方、樹脂によって半導体チップを封止する際、基板には熱によって反りが生じ易い。そして、反りのあるパッケージ基板を切削装置の保持テーブルで吸引保持しようとしても、パッケージ基板と保持テーブルとが密接していない部分から負圧がリークしてパッケージ基板を吸引保持できず、反りの大きいパッケージ基板は切削できないという問題がある。そこで、反りのあるパッケージ基板を分割する基板の分割方法が提案されている。この方法では、予めパッケージ基板を小片に分割する(大分割する)ことで反り量を低減させた後、切削装置の保持テーブルで分割されたパッケージ基板を吸引保持して個々のパッケージへと分割している(例えば特許文献2参照)。
特開2001−24003号公報 特開2000−124161号公報
しかし、反りが大きいパッケージ基板では、通常の切削装置とは別の装置を用いて大分割するか、又はパッケージ基板にテープを貼着して環状フレームへ装着し、この環状フレームをクランプで固定することにより大分割を行う必要があり、工程が複雑化するとともに他の装置やテープ、フレームなどが別途必要となり、不経済であるという問題がある。
本発明は、これらの事実に鑑みて成されたものであって、その主な技術的課題は、テープやフレームを用いずに一つの保持手段上で反りを有するワークの分割を行うことができる加工方法等を提供することにある。
第一の発明は、反りを有するワークを保持する保持面を有する保持手段にワークを載置し、ワークの表面に設定された分割予定ラインに沿ってワークを分割加工する分割加工方法に関するもので、保持面の外周へ向かうに従って保持面からワークが離れる反りの凸側を保持面に向けてワークを載置すると共にワークの中央部を上面から押圧する工程と、ワークの中央部を上面から押圧している状態でワークの外周縁部を上面から押圧してワークの反りを矯正する工程と、ワークの反りを矯正した状態で保持面でワークを吸引保持する工程と、保持面でワークを保持した状態でワークの中央部への押圧を解除する工程と、ワークの分割予定ラインのうち外周縁部への押圧を受けている箇所を避けて分割加工を施すことによってワークの反りを緩和する工程と、ワークの反りが緩和された状態で外周縁部への押圧を解除する工程と、少なくともワークの分割予定ラインのうち外周縁部への押圧を受けていた箇所に分割加工を施す工程とを含む。
第二の発明は、反りを有し表面に分割予定ラインが設定されたワークを吸引保持する保持面を有する保持手段と、保持手段に保持されたワークを分割予定ラインに沿って分割加工する分割加工手段と、保持手段にワークを搬入する搬入手段とを有する分割装置に関するもので、搬入手段は、ワークを上面から保持するワーク保持部と該ワークの中央部を上面から押圧する押圧部とを有し、保持手段に載置されたワークの外周縁部を上方から押圧する外周押圧手段を有し、搬入手段は、保持面の外周へ向かうに従って保持面からワークが離れる反りの凸側を保持面に向けてワークを保持面に載置すると共に押圧部でワークの中央部を上方から押圧し、外周押圧手段によってワークの外周縁部を上方から押圧してワークの反りを矯正し、分割加工手段はワークの反りが矯正されている状態でワークの分割予定ラインのうち外周押圧手段によって押圧されている箇所を避けて分割加工を施すことによってワークの反りを緩和する様に制御する制御手段を有する。
本発明は、ワークの中央部及び外周縁部を押圧して反りを矯正し、その状態で分割加工を行うことができるため、テープや環状フレームを用いずに、1つの保持手段上に保持された状態で、反りを有するワークの分割加工を行うことができる。したがって、工程を簡略化することができ、かつ経済的である。
分割装置の一例を示す斜視図である。 保持手段の一例を示す斜視図である。 図2のB部を拡大して示す斜視図である。 図2のA方向から見た保持手段及び搬入手段を示す側面図である。 搬入手段がワークの中央部を押圧した状態を同A方向から見た側面図である。 外周押圧手段の押さえ部が前進及び回動する状態を同A方向から見た側面図である。 外周押圧手段の押さえ部がワークの外周縁部を押圧するまでの状態を同A方向から見た側面図である。 外周押圧手段の押さえ部がワークの外周縁部を押圧して反りを矯正した状態を同A方向から見た側面図である。 外周押圧手段の押さえ部がワークの外周縁部を押圧して反りを矯正して分割予定ラインを切削する状態を同A方向から見た側面図である。 外周押圧手段の押さえ部が後退する状態を同A方向から見た側面図である。 保持手段に反りのあるワークが載置された状態を示す平面図である。 ワークの外周縁部が押さえ部によって押圧された状態を示す平面図である。 押さえ部によって押圧されていない分割予定ラインを切削する状態を示す平面図である。 押圧部によって押圧されていた分割予定ラインを切削する状態を示す平面図である。 ワークを90度回転させてから残りの分割予定ラインを切削する状態を示す平面図である。
図1に示す分割装置1は、CSP基板などの各種パッケージ基板をはじめ、各種ワークを切削してチップに分割する装置であり、搬入手段2が分割すべきワークを保持手段3に搬入し、保持手段3に保持されたワークが分割加工手段4a、4bの作用を受けて分割され、分割により形成された各パッケージが搬出手段5によって保持手段3から搬出される構成となっている。装置内部には、搬入手段2、保持手段3、分割加工手段4a、4bなどの動作を制御する制御手段10を備えている。
搬入手段2は、ワークの上面を保持する保持部20と、保持部20を昇降させるとともにX軸方向及びY軸方向に移動可能な昇降駆動部21とを備えており、全体がX軸方向またはY軸方向に移動し、保持部20を下降させてワークの保持を解除することにより、ワークを保持手段3に搬入することができる。搬入手段2の可動範囲には、分割加工対象のワークWを収容するワーク収容部90が配設されており、搬入手段2は、ワーク収容部90に収容されているワークWを保持し、保持手段3に搬送して載置する。
搬出手段5は、1つのワークから分割されたチップを上面側から保持する保持部50と、保持部50を昇降させるとともにX軸方向及びY軸方向に移動可能な昇降駆動部51とを有している。搬出手段5の可動範囲には、搬出したパッケージを収容するチップ収容部91が配設されており、搬出手段5は、分割加工により形成されたワークを保持してチップ収容部91に搬送する。
保持手段3は、X軸方向に移動可能となっている。図2に示すように、保持手段2の表面の保持面30には、分割対象のワークの表面に設定されている分割予定ラインに対応する位置に逃げ溝31が形成されており、逃げ溝31によって区画された各矩形領域には、個別に吸引孔32が形成されている。
図1に示す分割加工手段4a、4bは、その向きを除き同様に構成されるが、分割加工手段4aについては図に現れていない部分があるため、ここでは分割加工手段4bの図を参照して説明する。分割加工手段4a、4bは、Y軸方向の軸心を有するスピンドル40の先端に切削ブレード41を備えて構成されている。分割加工手段4a、4bは、Y軸送り機構6a、6bによって駆動されてX軸方向と水平方向に直交するY軸方向に移動可能となっている。また、分割加工手段4a、4bは、Y軸送り機構6a、6bにそれぞれ配設されたZ軸送り機構7a、7bによって駆動されてX軸方向及びY軸方向に直交するZ軸方向に移動可能となっている。
2つのY軸送り機構6a、6bは、同様に構成されるため共通の符号を付して説明すると、Y軸送り機構6a、6bは、Y軸方向にのびるボールスクリュー60と、ボールスクリュー60と平行に配設されたガイドレール61と、ボールスクリュー60の一端に連結されボールスクリュー60を回動させるパルスモータ62と、内部のナットがボールスクリュー60に螺合し側部がガイドレール61に摺接する移動基台63とから構成されており、パルスモータ62の駆動によりボールスクリュー60が回動することにより移動基台63がガイドレール61にガイドされてY軸方向に移動する構成となっている。
2つのZ軸送り機構7a、7bは、2つの移動基台63の側面にそれぞれ配設されている。Z軸送り機構7a、7bは、同様に構成されるため共通の符号を付して説明すると、Z軸送り機構7a、7bは、Z軸方向にのびるボールスクリュー70と、ボールスクリュー70と平行に配設されたガイドレール71と、ボールスクリュー70の一端に連結されボールスクリュー70を回動させるパルスモータ72と、内部のナットがボールスクリュー70に螺合し側部がガイドレール71に摺接する昇降基台73とから構成されており、パルスモータ72の駆動によりボールスクリュー70が回動することにより昇降基台73がガイドレール71にガイドされてZ軸方向に移動する構成となっている。昇降基台73には加工手段4a、4bがそれぞれ固定されており、昇降基台73の昇降とともに分割加工手段3a、3bも昇降する構成となっている。
保持手段3の移動方向の延長線上には、ワークの分割加工によって生じた端材を収容する端材ボックス92が配設されている。
図2に示すように、保持手段2のY軸方向の前部側及び後部側、すなわち、保持手段2の移動方向に対して水平方向に直交する方向の前後には、一対の外周押圧手段8が配設されている。各外周押圧手段8は、制御手段10による制御の下で、反りのあるワークの外周縁部を上方から押圧して反りを矯正する機能を有している。外周押圧手段8は、ワークの外周縁部を上方から押圧する押さえ部80と、押さえ部80を駆動する駆動部81とから構成される。
押さえ部80は、板状の押圧板800と、押圧板800を保持する基部801とから構成されている。図3に示すように、基部801の下面からは摺動部802が突出した状態で形成されている。図示の例における摺動部802は、断面半円状に突出して基部801と一体に形成されている。摺動部802としては、ベアリングなどの転がるものを使用してもよい。押圧板800の先端の下面側には面取り部800aが形成されている。
図2に示すように、駆動部81は、押さえ部80を水平方向に移動させる水平駆動部82と、水平方向(図示の例ではX軸方向)の回転軸を中心として押さえ部80を回動させる回転駆動部83とから構成される。水平駆動部82は、シリンダ820と、シリンダ820によって水平方向に進退するピストン821と、ピストン821の先端に固定され押さえ部80を回動可能に支持する支持部822とから構成されている。
図3に示すように、押さえ部80の下方には、押さえ部80の動きをガイドするガイド部84が配設されている。ガイド部84は、水平面に形成された上段部840及び下段部841と、下段部841から上段部840に向けて上方に傾斜する傾斜部842とから構成される。
回転駆動部83は、軸部830によって押さえ部80を回転可能に支持する支持部822と、摺動部802を斜め上方向に摺動させることにより基部801の角度を変える傾斜部842とから構成される。
図3に示すように、基部801の下端から下方に向けて突出片803が突出して形成されている。一方、突出片803よりも押圧板800に近い方の位置には、支持部822から上方に突出して形成されたストッパ832が配設されている。このストッパ832は、軸部830を中心として押さえ部80が所定角度回動したときに突出片803を当接させることで、押さえ部80の回動を所定範囲に規制する役割を果たす。
次に、以上のように構成される分割装置1を用いて、図1に示した反りのある矩形のワークWを切削して個々のパッケージに分割する場合について説明する。このワークWの表面には縦横に分割予定ラインSが設定されている。なお、ワークの種類は特に限定はされないが、例えば半導体製品のパッケージ(CSP)、シリコンウェーハ、ガリウム砒素等の半導体ウェーハや、セラミックス、ガラス、サファイア(Al2O3)、系の無機材料基板、LCDドライバー等の各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。
(1)載置工程
最初に、図1に示した搬入手段2がワーク収容部90からワークWを搬出し、図4に示すように、そのワークを保持手段3の上方に搬送する。そして、搬入手段2を構成する保持部20を降下させることにより、ワークWの裏面側を保持面30に載置する。このとき、各分割予定ラインSが逃げ溝31の上方に位置するようにする。ワークWが、保持手段3の保持面30の外周へ向かうに従って保持面30から上方に離れる反りがある場合は、図5に示すように、凸側(裏面側)を保持面30に向けてワークWを載置すると共に、搬入手段2の保持部20によってワークWの中央部W0を上面から押圧し、中央部W0の反りを矯正する。すなわち、保持部20は、押圧部として機能する。このとき、押さえ部8は、図2に示した水平駆動部82によって退避させられた状態、すなわち、保持面30よりも側方かつ下方に位置した状態にあり、押圧板800は、保持面30と平行な状態にある。
(2)反り矯正工程
次に、搬入手段2によってワークWの中央部W0を上面から押圧している状態を維持したまま、外周押圧手段8によってワークWの外周縁部W1を上面側から押圧してワークWの反りを矯正する。具体的には、以下のようにして行う。
まず、図6に示すように、外周押圧手段8を構成する水平駆動部82においてシリンダ部820がピストン821を進出させることにより、押さえ部80をワークWに近づく方向に移動させる。押さえ部80の移動の途中では、摺動部802が傾斜部842を昇ることによって軸830を中心として押さえ部80が上方に回動するため、押さえ部80は、ワークW側の先端が上を向いた状態となる。押さえ部80が軸830を中心として回動する過程では、突出片803がストッパ832に当接して回動が規制されるため、押さえ部80は、その当接状態のとき以上には浮き上がらない。
そしてさらに、図7に示すように、押さえ部80の浮き上がりが抑止された状態で水平駆動部82が押さえ部80をワークWの方向に向けて前進させると、押圧板800の先端部がワークWの外周縁部W1を越え、面取り部800aが外周縁部W1に接触して上方から押圧し、反りを矯正する。そして、面取り部800aが外周縁部W1を上面から押圧しワークWの反りが矯正された時点で押さえ部80の前進を停止し、ワークWの中央部W0が搬入手段2の保持部20によって押圧され、外周縁部W1は押圧板800によって押圧された状態を維持する。このように、外周押圧手段8は、水平駆動部82によって押さえ部80を前進させるだけで、回転駆動部83によって押さえ部80の角度が変化し、その状態でワークWの外周縁部W1を押圧することができる。
(3)吸引保持工程
次に、ワークWの中央部W0が搬入手段2の保持部20によって押圧され、外周縁部W1が押圧板800によって押圧された状態で、図8に示すように、吸引孔32に負圧を発生させることにより、反りが矯正された状態でワークWを吸引保持する。
(4)中央押圧解除工程
そして、搬入手段2を上昇させて、ワークWの中央部W0の押圧状態を解除する。ワークWの中央部W0は吸引孔32によって吸引保持されているため、搬入手段2による押圧を解除しても、中央部W0の反りは矯正されたままである。一方、外周縁部W1の反りについては、反りの力が大きいため、吸引孔32による吸着のみでは不十分な場合があるので、押圧板800による外周縁部W1の押圧を維持する。
(5)反り緩和工程
次に、図9に示すように、図1に示した分割加工手段4aまたは分割加工手段4bを構成する切削ブレード41のY軸方向の位置を分割予定ラインSと合わせた後、保持手段2をX軸方向に送りながら、高速回転する切削ブレード41を分割予定ラインSに切り込ませて切断を行う。このとき、図9に示すように、最も外周側の分割予定ラインS1の上方は押圧板800によって覆われて押圧されているため、その分割予定ラインS1は切削対象から除外し、分割予定ラインS1と平行でかつ押さえ板800によって押さえられていない分割予定ラインのみ切削する。なお、押圧板800が複数の分割予定ラインを覆っている場合は、当該複数の分割予定ラインを除外して切削する。図示していないが、反対側の外周側の分割予定ラインも押圧板800によって覆われているため、切削対象から除外する。そして、隣り合う分割予定ラインの間隔ずつ切削ブレード41をY軸方向に送りながら、順次分割予定ラインSを切断していき、除外したものを除き、同方向の分割予定ラインSをすべて切削する。
(6)外周押圧解除工程
除外したものを除き、同方向の分割予定ラインSがすべて切削されると、図10に示すように、水平駆動部82が押さえ部80をワークWから離れる方向に後退させ、押圧を解除する。後退の過程で、摺動部802が傾斜部842を滑り降りることで、押さえ部80が軸830を中心に回動して元の水平な角度に戻る。押さえ部80は、保持面30よりも下方に位置した状態となる。そして、反り緩和工程において反りが低減されているため、押さえ部80を退避させても、ワークWを保持手段3において吸引保持することができる。また、押さえ部80は、保持面30よりも下方に位置した状態となっているため、他の作業の妨げにならない。例えば、保持面30と切削ブレード41の周縁部とを接触させて切削ブレード41のZ軸方向の基準位置を設定するセットアップという作業の支障になることがない。
(7)分割工程
最後に、押さえ部80によって押圧されていたために切削できなかった分割予定ラインS1に切削ブレード41のY座標を合わせ、保持手段3をX方向に送り、高速回転する切削ブレード41を分割予定ラインS1に切り込ませて切削し、分割加工を行う。図示しない反対側の外周側の分割予定ラインについても同様に切削を行う。更に、保持手段2を90度回転させてから同様に切削を行うと、ワークWが個々のチップCに分割される。各チップCは、吸引孔32に作用する吸引力によって保持されている。
その後、個々のチップCは、搬出手段5の保持部50によって吸着され、チップ収容部91に搬送され、収容される。
以上のようにして行う一連の工程について、ワーク全体を図示・参照しながら説明すると、以下のとおりである。
図11に示すように、ワークWを保持面30の上に載置し、吸引孔32に負圧を作用させてワークWを吸引保持する(載置工程)。このワークWの表面には、分割予定ラインSa1、Sa2、・・・、Sam−1、Samと、分割予定ラインSb1、Sb2、・・・、Sbn−1、Sbnとが交差して設定されている。
図12に示すように、押さえ部80によってワークWの外周縁部W1を押さえ、ワークWの反りを矯正する。このとき、図7に示したように、ワークWの中央部W0も押圧されて反りが矯正されている(反り矯正工程)。反りが矯正された状態で吸引孔32に吸引力を作用させてワークWを吸引保持し(吸引保持工程)、中央部W0の押圧を解除する(中央押圧解除工程)。
そして、図13に示すように、押さえ部80によって抑えられている分割予定ラインSa1、Samを除き、その押さえられている分割予定ラインSa1、Samと平行な方向の分割予定ラインSa2〜Sam−1を矢印の方向に切削し、反りを緩和する(反り緩和工程)。
次に、図14に示すように、押さえ部80による外周縁部W1の押圧を解除し(外周押圧解除工程)、反り緩和工程において切削できなかった分割予定ラインSa1、Samを矢印の方向に切削する。さらに、図15に示すように、ワークWを90度回転させてから、Sb1〜Sbnを矢印の方向に切削し、個々のチップに分割する(分割工程)。以上説明した各工程は、図1に示した制御手段10による制御の下で行われる。反り緩和工程及び分割工程においては、図1に示した2つの分割加工手段4a、4bが有する2つの切削ブレード40を用いて、分割予定ラインを並行して2本ずつ切削することができる。
なお、上記実施形態における外周押圧手段6は、保持手段3のY軸方向の前後に配設したが、保持手段3のX軸方向の前後、すなわち、保持手段3の移動方向の前後に配設することもできる。さらに、保持手段3の移動方向に対して水平方向に直交する方向の前後と、保持手段3の移動方向の前後の両方に配設することもできる。ワークの反りの向きに対応させて、外周押圧手段6をどこに配設するかを決定すればよい。
1:分割装置
2:搬入手段 20:保持部(押圧部) 21:昇降駆動部
3:保持手段 30:保持面 31:逃げ溝 32:吸引孔
4a、4b:分割加工手段 40:スピンドル 41:切削ブレード
5:搬出手段 50:保持部 51:昇降駆動部
6a、6b:Y軸送り機構
60:ボールスクリュー 61:ガイドレール 62:パルスモータ 63:移動基台
7a、7b:Z軸送り機構
70:ボールスクリュー 71:ガイドレール 72:モータ 73:昇降基台
8:外周押圧手段
80:押さえ部 800:押圧板 800a:面取り部 801:基部 802:摺動部
803:突出片
81:駆動部
82:水平駆動部 820:シリンダ 821:ピストン 822:支持部
83:回転駆動部 830:軸部 832:ストッパ
84:ガイド部 840:上段部 841:下段部 842:傾斜部
90:ワーク収容部 91:チップ収容部 92:端材ボックス
10:制御手段
W:ワーク W0:中央部 W1:外周縁部
S(Sa1〜Sam、Sb1〜Sbn):分割予定ライン

Claims (2)

  1. 反りを有するワークを保持する保持面を有する保持手段にワークを載置し、ワークの表面に設定された分割予定ラインに沿ってワークを分割加工する分割加工方法であって、
    該保持面の外周へ向かうに従って該保持面からワークが離れる反りの凸側を該保持面に向けてワークを載置すると共にワークの中央部を上面から押圧する工程と、
    ワークの中央部を上面から押圧している状態でワークの外周縁部を上面から押圧してワークの反りを矯正する工程と、
    ワークの反りを矯正した状態で該保持面でワークを吸引保持する工程と、
    該保持面でワークを保持した状態でワークの中央部への押圧を解除する工程と、
    ワークの分割予定ラインのうち外周縁部への押圧を受けている箇所を避けて分割加工を施すことによってワークの反りを緩和する工程と、
    ワークの反りが緩和された状態で外周縁部への押圧を解除する工程と、
    少なくともワークの分割予定ラインのうち外周縁部への押圧を受けていた箇所に分割加工を施す工程と、
    を含む分割加工方法。
  2. 反りを有し表面に分割予定ラインが設定されたワークを吸引保持する保持面を有する保持手段と、
    該保持手段に保持されたワークを分割予定ラインに沿って分割加工する分割加工手段と、
    該保持手段にワークを搬入する搬入手段と、
    を有する分割装置であって、
    該搬入手段は、ワークを上面から保持するワーク保持部と該ワークの中央部を上面から押圧する押圧部とを有し、
    該保持手段に載置されたワークの外周縁部を上方から押圧する外周押圧手段を有し、
    該搬入手段は、該保持面の外周へ向かうに従って該保持面からワークが離れる反りの凸側を該保持面に向けてワークを該保持面に載置すると共に該押圧部でワークの中央部を上方から押圧し、該外周押圧手段によってワークの外周縁部を上方から押圧してワークの反りを矯正し、該分割加工手段はワークの反りが矯正されている状態でワークの分割予定ラインのうち該外周押圧手段によって押圧されている箇所を避けて分割加工を施すことによってワークの反りを緩和する様に制御する制御手段を有する分割装置。
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