JPH0724799A - 部分的レーザ切断および加圧割裂による、超硬材料からの切片の分割方法 - Google Patents

部分的レーザ切断および加圧割裂による、超硬材料からの切片の分割方法

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JPH0724799A
JPH0724799A JP6095940A JP9594094A JPH0724799A JP H0724799 A JPH0724799 A JP H0724799A JP 6095940 A JP6095940 A JP 6095940A JP 9594094 A JP9594094 A JP 9594094A JP H0724799 A JPH0724799 A JP H0724799A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬材料から切片を分割する為の方法であっ
て、材料固有の特性を損なわず、しかも製造工程の全体
を自動化し得る分割方法を提供する。 【構成】 平らで平行な上下面を有する超硬材料から少
なくとも１片の切片をレーザを用いて分割する場合に、
板の全厚みの約３分の２の深さまでをレーザ切断し、切
断線に沿って板の下面から圧力を加えて未切断部分を割
裂することにより、切片を分割する。好適な超硬材料は
ＣＶＤダイヤモンドである。レーザ切断部分を少なくす
ることにより黒鉛析出が防がれるので、ダイヤモンドの
特性が損なわれず、洗浄工程も短縮される。また一群の
デバイスを一括して一枚の板として取り扱えるので検査
等の加工処理工程が自動化され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超硬材料板をその上面
に沿ってレーザで部分的に切断し、続いてその切断線に
沿って板に加圧して未切断部分を割裂することにより、
超硬材料板から切片を分割する方法に関する。更に詳細
には、本発明はダイヤモンド板からの、ダイヤモンドデ
バイス、特に半導体デバイスの為の冷却用放熱子（ヒー
トシンク）の分割方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザは、様々な材料の切断・スクライ
ブ・エッチに使用されてきた。米国特許第 5,168,143号
には金属板のレーザ切断方法が記載されている。米国特
許第 4,467,168号および第 4,682,003号にはガラスのレ
ーザ切断方法が記載されている。米国特許第 4,169,976
号および第 5,138,130号にはセラミクスのレーザ切断お
よび切削方法が記載されている。
【０００３】また、レーザはダイヤモンドの如き超硬材
料を切断・スクライブする上でも有効である。米国特許
第 4,467,172号および第 5,149,938号にはダイヤモンド
のレーザ銘刻(inscribe)方法が開示されている。米国特
許第 5,012,067号には合成ダイヤモンドの加工片の切断
方法が開示されている。ダイヤモンドは、その硬度、熱
特性、電気的特性のゆえに様々な工業分野で有用となっ
ている。天然ダイヤモンド及び合成ダイヤモンドは、熱
伝導係数が大きく、絶縁特性にも優れるので、電子部品
の冷却用放熱子として理想的である。
【０００４】現在、ダイヤモンドベース冷却用放熱子等
のダイヤモンドベースデバイスは、合成ダイヤモンド板
上に複数のデバイスを形成し、その板から個々のデバイ
スを分割することにより製造されている。合成ダイヤモ
ンドは、高温高圧法（ＨＰ／ＨＴ）や低圧化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）法により形成され得る。ダイヤモンド板の全厚み
をレーザ切断することにより、板から個々のデバイスが
分割される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】板からデバイスを分割
する上記の方法には二つの問題点がある。第一に、ダイ
ヤモンドはレーザ切断されるので、切断面に黒鉛析出物
が残る。黒鉛は電気導体なので、これが切断面に析出す
ると、電気的に隔離されるはずのデバイスの要素(featu
re) 間に導電性を誘発しやすくなる。またデバイスの上
下面の間に電気伝導度を生ずる可能性もある。黒鉛を除
去するのは困難なので、これらの事態によりデバイスの
故障が多発する。
【０００６】第二に、切断後、個々のデバイスの洗浄工
程および加工処理工程は自動化が困難なので、デバイス
は手動で扱われる。これにより工程が低速で、効率が悪
く、重労働になる。また、手動操作が増大すると損傷に
より更に生産量が低下する。したがって、ダイヤモンド
等の超硬材料板からその固有の特性を損なわずに切片を
分割する方法を提供することが望ましい。更に、製造工
程の全体を自動化できる分割方法が所望される。
【０００７】米国特許第 4,248,369号には、セラミック
管のレーザ切断方法が開示されている。レーザを用いて
管の外周に間隔を空けて穿孔して管の弱まる線を作る。
その後この線に沿って管が破断される。米国特許第 4,2
24,101号には、複数のデバイスが配列した円板状の半導
体材料を部分的にレーザ切断することによる半導体デバ
イスの製造方法が開示されている。切屑は選択的エッチ
ングにより除去され、円板からデバイスが分割される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上下面を有す
る超硬材料板から少なくとも１片の切片を分割する方法
であって、上記超硬材料板を切断し得るレーザを準備す
る段階と、上記板の上面全面を上記レーザで切断する段
階であって、該切断は、分割すべき切片の外形を規定す
ると共に上記板の全厚みよりも浅い地点まで行なわれ
る、段階と、上記切断線に沿って上記板に効果的な大き
さの圧力を加えて上記板の上記切断部分に隣接した未切
断部分を分割することにより、上記板から上記切片を分
割する段階と、を含んで成る方法に関する。
【０００９】
【実施例】本明細書および冒頭の請求項で使用される場
合、「超硬(super hard)」なる用語はモース(Mohs)硬度
スケールで約10以上の硬度を有する材料を指す（カーク
・オスマー[Kirk-Othmer] の「化学技術簡易百科事典[C
oncise Encyclopedia of Chemical Technology] 」第３
版、第２頁を参照）。斯かる超硬材料の実例は、天然あ
るいは合成ダイヤモンド、及び、立方晶窒化ホウ素（Ｃ
ＢＮ）等である。
【００１０】準備する超硬材料板は上下面を有する。一
つの実施例に於て、上下面は平らで平行である。好適な
超硬材料板はダイヤモンド板である。特に好適なのは、
ＣＶＤダイヤモンド板である。ＣＶＤダイヤモンド板
は、蒸気相からのダイヤモンドの低圧成長により合成さ
れる。
【００１１】ＣＶＤダイヤモンドを合成するには一般に
二つの手法が使用される。「熱フィラメント法」では、
約50mbarに排気された反応器に、炭化水素ガス（通常メ
タン）と水素との希釈混合物が導入される。全気体混合
物のうち炭化水素の含有量は約 0.1乃至約 2.5％に亙
る。この気体は、約1750乃至約2400℃に加熱された、タ
ングステン或いはタンタルの、導線あるいは金網の上を
通過する。すると気体混合物は解離し、熱フィラメント
から５乃至約15ミリ離れて設置された熱基材上にダイヤ
モンドが形成する。基材の温度は約 500乃至約1100℃に
保たれており、これは上記フィラメントからの輻射か、
モリブデン抵抗加熱器の如き別途の基材加熱器により加
熱されている。
【００１２】「プラズマジェット法」では、気体分子を
解離させる為に加熱フィラメントでなくプラズマジェッ
トを使用する。この方法では大面積の基材を被覆できる
ようプラズマを走査させることができる。三種の基本的
なプラズマ系が利用される。マイクロ波、誘導結合ある
いは容量結合（ＲＦ）、及び、ＤＣである（「Ｃ＆Ｅニ
ュース(C&E News)」、1989年５月15日号、P.Bachmann、
第24〜39頁を参照）。
【００１３】準備されるレーザは、ダイヤモンドやＣＢ
Ｎの如き超硬材料を切断し得るものとする。この種の好
適なレーザは、Ｑスイッチパルスモードでの運転時に、
波長532nm、出力約３kWのエネルギービームを生成す
る、Ｎｄ：ＹＡＧ二倍周波数のレーザである。レーザ光
線は、好適には切断する板の上面に対して垂直に切断が
行なえ、かつ、分割時に末端が直線状に切断されるよう
配置される。レーザ光線を、板の上を移動させて要求ど
おりに切断する為の、当業界で公知の手法が準備され
る。。分割される切片の外形を規定する切断が行なわれ
る。すなわち、正方形の切片には正方形の切断線を入
れ、長方形の切片には長方形の切断線を入れる等であ
る。板の端の切片の切断は、切片外形の一部だけを規定
することがわかる。板の末端線が切片の残りの辺を規定
するからである。切断の深さは、板から切片を容易に分
割できるよう充分に深くなければならない。更に、レー
ザ切断の後の洗浄および加工処理の工程中に板全体の構
造的統合性が保持されるよう、切断されなければならな
い。その上、部分的切断は、最終製品が不合格になるよ
うな損傷を切片に与えずに分割する上で効果的な深さま
で行なわれなければならない。一つの実施例では、板の
全厚みの約３分の２の深さまで切断が行なわれる。図
３、４は、全厚みの約３分の２のレーザ切断の様子を示
す。
【００１４】一つの実施例では、板の、切断されずに割
裂される部分の割裂時の表面あらさ（Ｒａ）を約５μｍ
以下にする上で効果的な深さまで切断が行なわれる。Ｒ
ａは、平均線からの全輪郭点の絶対距離の算術平均値で
ある。通常、平均線は理想的な表面の線である。切片
は、切断線に沿って板に加圧することにより分割され
る。一つの実施例では、圧力は板の下面から加えられ
る。分割段階は手動で行なっても良いが、更に好適に
は、切断線に沿って加圧して板から切片を割裂し或いは
折り取る為の当業界で公知の手段を用いて、自動化ある
いは半自動化される。
【００１５】一つの実施例では、超硬材料板はＣＶＤダ
イヤモンドであり、分割される切片はＣＶＤダイヤモン
ドデバイスである。一つの実施例では、ＣＶＤダイヤモ
ンドデバイスは、冷却用放熱子であり、別の実施例で
は、工具素材(tool blank)である。工具素材は、切削工
具、ドリルビット、目立て工具、摩耗部品に使用され得
る。ＣＶＤダイヤモンドは、成長したままの形態でも良
いし、片面をラップ仕上げするか、片面あるいは両面を
研摩しても良い。
【００１６】更に、本明細書に開示された分割方法を用
いて、ＣＶＤダイヤモンドデバイス、更に詳細にはＣＶ
Ｄダイヤモンド冷却用放熱子を製造する方法も本発明で
企図されている。ＣＶＤダイヤモンドデバイスは、種々
の金属、窒化タンタル、或いは、種々の導電性被覆や抵
抗性被覆の如き材料で切断前に被覆およびパターン形成
されて、受動電子回路を構成することが了解されよう。
また、ＣＶＤダイヤモンドは、塩素、セレン、硫黄の如
き元素でドーピングされることにより、能動電子回路用
の基材としても役立つ。
【００１７】少なくとも１個のＣＶＤダイヤモンドデバ
イスが形成されたＣＶＤダイヤモンド板が準備される。
そして本発明の方法に従って部分的切断が行なわれる。
部分的に切断された板は洗浄され、試験され、検査され
て、最終的な分割に向けて加工処理される。洗浄段階
は、板の溶剤洗浄およびプラズマ洗浄を含む。板の溶剤
洗浄は従来よりも遥かに容易かつ高速となる。分割され
た個々の切片でなく板全体に対して洗浄が行なわれるか
らである。その結果、溶剤洗浄段階の自動化が遥かに容
易になる。プラズマ洗浄段階は、当業界で公知の習用技
術を使用する（カーク・オスマー「化学技術簡易百科事
典」第３版、第 900〜 902頁を参照）。本発明の方法に
より、汚染が減少するので、本段階の所要時間が短縮さ
れる。特に、レーザ切断中の導電性の黒鉛析出物による
汚染がない点で、このことは確実である。析出した黒鉛
は除去が困難であることは従来実証されている。レーザ
で切断される領域が狭まるので、析出する黒鉛、延いて
は除去すべき黒鉛が少なくなる。
【００１８】加工処理段階は、デバイスの電気試験と寸
法試験、及び、最終分割工程の後に不合格切片を除去す
る為の切片選別を含む。一群の切片が板上に一括されて
いるので、自動化あるいは半自動化された切片試験を行
なうことが可能である。加工処理工程の後、板から切片
が分割され、不合格ダイは直ちに廃棄される。本発明の
方法をＣＶＤダイヤモンドデバイスの製造に使用する
と、ＣＶＤダイヤモンドデバイスの厚みの一部はレーザ
切断による黒鉛汚染を受けないので、板が非導電性であ
れば上下面が電気的に隔離される。更に、各処理工程が
著しく高度化する。洗浄時間は凡そ４〜６時間で約 250
片であったが、凡そ４〜６時間で約2000片へと劇的に短
縮する。また試験段階も自動化により大幅に簡略化さ
れ、全体的な処理量が向上する。その上、高速簡略化さ
れた自動加工のため、傷、汚染その他の切片の損傷に関
する危険性がかなり低下する。
【００１９】以下の実施例で、ＣＶＤダイヤモンド板か
らＣＶＤダイヤモンド冷却用放熱子を切断する上での本
発明の使用法を説明する。本発明の方法に従う実施例と
して、ＣＶＤダイヤモンド板からＣＶＤダイヤモンド冷
却用放熱子が分割される。板は、Ｑスイッチモードで出
力約３kWの、Ｎｄ：ＹＡＧ二倍周波数のレーザで、全厚
みの約３分の２の深さまで切断される。そして板の下面
から加圧することにより冷却用放熱子が板から分割され
る。図１、２に、得られた個々の冷却用放熱子を示す。
分割された冷却用放熱子の切断末端、及び、切断されず
に割裂された末端の表面あらさが、ローデンストック(R
odenstock)レーザプロフィルメータシステムで、10μｍ
のスタイラス・フィルタ(Nf)及び0.25mmのウェーブ・フ
ィルタ(Lc)を用いて試験された。表１に結果を示す。
【００２０】
【表１】Ｒａ（μｍ ） 1 .46 …………レーザ切断末端 2 .421 3 .504 4 .652 5 1.17 6 1.63 7 1.88 8 2.4 9 2.39 10 2.58 11 2.48 12 2.38 13 2.31 14 2.19 15 2.01 …………割裂末端 この結果より、表面あらさ（Ｒａ）が５μｍ未満である
ことがわかる。
【００２１】本発明を好適実施例に関して説明したが、
本明細書を読めばこれを様々に変更し得ることが当業者
には明らかとなることを了解されたい。ゆえに、ここに
開示された発明は、冒頭の請求項の範囲内にある変更点
を網羅することを意図するものとする。本発明を要約す
れば、本発明は、上下面を有する超硬材料板から少なく
とも１片の切片を分割する方法であって、上記超硬材料
板を切断し得るレーザを準備する段階と、上記板の上面
全面を上記レーザで切断する段階であって、該切断は、
分割すべき切片の外形を規定すると共に上記板の全厚み
よりも浅い地点まで行なわれる、段階と、上記切断線に
沿って上記板に効果的な大きさの圧力を加えて上記板の
上記切断部分に隣接した未切断部分を分割することによ
り、上記板から上記切片を分割する段階と、を含んで成
る方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従い、部分的にレーザ切断された後に
割裂されたＣＶＤダイヤモンド冷却用放熱子の顕微鏡写
真である。
【図２】本発明に従い、部分的にレーザ切断された後に
割裂されたＣＶＤダイヤモンド冷却用放熱子の、更に拡
大した顕微鏡写真である。
【図３】板の全厚みの約３分の２の深さまでレーザ切断
されたＣＶＤダイヤモンド板の顕微鏡写真である。
【図４】板の全厚みの約３分の２の深さまでレーザ切断
されたＣＶＤダイヤモンド板の、更に縮小した顕微鏡写
真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 26/00 ３２０ Ｅ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上下面を有する超硬材料板から少なくと
    も１片の切片を分割する方法であって、 上記超硬材料板を切断し得るレーザを準備する段階と、 上記板の上面全面を上記レーザで切断する段階であっ
    て、該切断は、分割すべき切片の外形を規定すると共に
    上記板の全厚みよりも浅い地点まで行なわれる、段階
    と、 上記切断線に沿って上記板に効果的な大きさの圧力を加
    えて上記板の上記切断部分に隣接した未切断部分を分割
    することにより、上記板から上記切片を分割する段階
    と、を含んで成る方法。
  2. 【請求項２】 前記圧力は、前記切断線に沿って前記板
    の下面から加えられる、請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記超硬材料はＣＶＤダイヤモンド板で
    ある、請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記切片はＣＶＤダイヤモンドデバイス
    である、請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 前記ＣＶＤダイヤモンドデバイスは冷却
    用放熱子である、請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 前記ＣＶＤダイヤモンドデバイスは工具
    素材である、請求項４の方法。
  7. 【請求項７】 前記切断は、板の全厚みの約３分の２の
    深さまで行なわれる、請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 ＣＶＤダイヤモンドデバイスを製造する
    方法であって、 上下面を備えたＣＶＤダイヤモンド板を準備する段階
    と、 上記板上に上記デバイスのパターンを形成する段階と、 上記板を切断し得るレーザを準備する段階と、 上記板の上面全面を上記レーザで切断する段階であっ
    て、該切断は、上記デバイスの外形を規定すると共に上
    記板の全厚みよりも浅い地点まで行なわれる、段階と、 最終分割のため上記板を洗浄する段階と、 上記切断線に沿って上記板の下面に効果的な大きさの圧
    力を加えて上記板の上記切断部分に隣接した未切断部分
    を分割することにより、上記板から上記デバイスを分割
    する段階と、を含んで成る方法。
  9. 【請求項９】 前記切断は、板の厚みの約３分の２の深
    さまで行なわれる、請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 前記デバイスはＣＶＤダイヤモンド冷
    却用放熱子である、請求項８の方法。
  11. 【請求項１１】 前記デバイスはＣＶＤダイヤモンド工
    具素材である、請求項８の方法。
JP6095940A 1993-05-11 1994-05-10 部分的レーザ切断および加圧割裂による、超硬材料からの切片の分割方法 Withdrawn JPH0724799A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US060459 1993-05-11
US08/060,459 US5387776A (en) 1993-05-11 1993-05-11 Method of separation of pieces from super hard material by partial laser cut and pressure cleavage

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