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レーザ微細加工

レーザ微細加工の原理や特徴について

レーザ光を極めて小さな面積に集めて行うレーザ加工は、微小領域の加工に適しています。その理由のひ とつが出力や繰り返し周波数、発振方式(パルス/連続発振)、パルス幅を自由に変更でき、必要な箇所に最適なエネルギーを照射できることです。こちらで は、レーザ微細加工の原理や特徴、活用されている用途などをご説明します。

レーザ微細加工の種類

レーザ微細加工には、「微細穴加工」「微細溝加工」「微細切断加工」「微細マーキング」「薄膜除去」「微細溶接」などがあり、医療機器や半導体などのナノテク電子部品、航空分野、自動車分野で活用されています。

微細加工に使用するレーザ光の種類

微細加工では、主に以下のようなレーザ光を使用します。

レーザの分類 発振波長 発振特性 加工例
近紫外線レーザ 355 nm
  • 平均出力:中
  • パルス幅:数ns~数十ns
  • マイクロ加工
  • 微細穴加工
  • 薄膜表層加工
266 nm
532 nm
遠紫外線レーザ 157 nm
  • 平均出力:大
  • パルス幅:~数ns
  • 微細穴加工
  • 大面積加工
  • リングラフィー
193 nm
248 nm
308 nm
超短波パルスレーザ 266~1069 nm
  • 平均出力:小
  • パルス幅:100fs~10ps
  • 透明体内部加工
  • 3D光導波路加工
  • 高機能非熱加工
1060 nm
1560 nm
780 nm
レーザの分類:近紫外線レーザ
発振波長 発振特性 加工例
355 nm 平均出力:中
パルス幅:数ns~数十ns
マイクロ加工
微細穴加工
薄膜表層加工
266 nm
532 nm
レーザの分類:遠紫外線レーザ
発振波長 発振特性 加工例
157 nm 平均出力:大
パルス幅:~数ns
微細穴加工
大面積加工
リングラフィー
193 nm
248 nm
308 nm
レーザの分類:超短波バルスレーザ
発振波長 発振特性 加工例
266~1069 nm 平均出力:小
パルス幅:100fs~10ps
透明体内部加工
3D光導波路加工
高機能非熱加工
1060 nm
1560 nm
780 nm

レーザ微細加工の原理

レーザ微細加工の利用が飛躍的に高まっている背景には、パルス幅の短い「ナノ秒レーザ」「フェムト秒 レーザ」「ピコ秒レーザ」などの超短波パルスレーザの存在があります。ミクロンサイズの微細加工では熱損傷を回避して「穴あけ」「切断」「マーキング」などを行う必要がありますが、超短波パルスレーザなら熱損傷が起きる前に材料の結合を壊して原子化するため、低温で加工を行うことが可能です。この現象をアプレーションと呼び、これを利用した加工を「アプレーション加工」と言います。

レーザ微細加工の原理

超短波パルスレーザとは

パルス幅が非常に短いレーザ光を超短波パルスレーザと呼んでいます。波長によって、「ナノ秒レーザ(パルス幅:10-9秒)」、「ピコ秒レーザ(パルス幅:10-12秒)」、「フェムト秒レーザ(パルス幅:10-15秒)」などに区別されます。

超短波パルスレーザとは

超短波パルスレーザの特徴

超短波パルスレーザの特徴はパルス幅が短く、高ピークパワーだということです。そのため、加工部位周辺の熱変性領域が小さく、ワイドバンドギャップ材料の加工にも対応。通常であれば加工が難しい、ガラスなどの微細加工も可能です。

超短波パルスレーザの特徴

これらの特徴を活かすことで、ウエハのスクライビングやガラス基板上のITO膜剥離のような、非常に精密なレーザ加工が可能になりました。

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