微細穴加工

厚さ 1 mm のセラミック(AlN)へテーパーがなく垂直な穴があいているのが分ります。また、熱影響がなく非常にきれいなエッジとなっています。穴加工結果の断面図です。厚さ 1 mm のステンレス板に穴加工を行いました。写真の左から右へレーザー加工した結果です。テーパーを制御しレーザー出射側が穴の大きな逆テーパーとなっています。レーザー出射側です。直径 Φ25 µm の穴加工がなされています。非常にきれいなエッジとなっています。熱影響もほとんどありません。材料は 25 µm 厚のポリイミドです。これはインクジェットノズルへの応用で1ヘッドに1,000穴以上を加工します。
PIへ微細穴加工したレーザー入射側です。真円度の高い穴がきれいに開いています。この技術開発によりインクジェットの品質が向上し、価格を抑えることができました。100 µm厚さのステンレスSUS430への穴加工です。直径Φ35 µm の微細穴をレーザーにて加工できています。熱による影響もありません。穴壁面も非常にきれいです。
厚さ100 µmの金属板に約Φ10 µmの穴をレーザーにて加工しました。熱影響もなく非常にきれいな丸穴となっています。このような高アスペクト比のレーザー微細加工も可能です。材料を問わずSiN, AlNなどへも高精度な加工ができますので、プローブカードなどへの応用にも最適です。
100 µm厚のステンレス板に約Φ10 µm〜Φ30 µmの穴をレーザー加工。穴径を自由に変えることができます。品質管理に重要なリークテスターとしても利用可能です。材料は問いません。Ultra short pulse レーザーを用いて、従来の工法を超越した高品質のInkjet nozzleの加工に成功しました。テーパー角や穴形状などを正確に制御できます。貫通した直径Φ1µm以下の超極小穴を100 µm厚のSUS430ステンレス板に加工。機械加工では不可能な超微細加工もレーザーでは可能です。検査装置の校正基準にも使用されています。

高速微細多穴加工

ポリイミド(125 µm厚)へΦ 20 µmの穴を高い密度で加工しました。熱によるゆがみや歪みがなく加工後も平らなフィルム形状です。on-the-fly技術を応用して数千穴/secの高速加工も可能です。厚さ100 µmのステンレスSUS430へ直径Φ30µmの貫通孔を50µmピッチで80,000穴以上加工しメッシュ構造を作りました。写真のようなグリッド配置ではなく千鳥配置にも可能です。また、より大面積のメッシュ加工もできます。厚さ35 µmのステンレスSUS430にΦ 20 µmの多くの穴をレーザー加工しました。各穴の形状も良くきれいな穴加工ができています。より狭ピッチの加工も可能です。加工後の基板の歪みもありません。
Brassへ直径Φ30µm, 深さ15µmの止り穴を40µmピッチで配置した加工です。超短パルスレーザーでは貫通孔だけではなく止り穴の加工もできます。ピッチや深さは自由に設定できます。厚さ50 µmのポリイミドフィルムへ直径Φ20µmの貫通孔を加工しました。大面積フィルムへの微細加工が実現できます。樹脂の焼け焦げもありません。ガラス上のCr薄膜を剥離しました。形状は直径Φ 3 µm の超微小ドットです。ガラス基板を損傷することなく、レーザーにて高速パターニングが可能です。

精密形状切り出し

500 µm 厚以上のステンレス板へもテーパー制御しながら穴あけができます。写真は、レーザー入射側ですが、出射側もほぼ同じ形状となっています。テーパーを制御しながら異形穴を加工できます。穴形状は自由自在です。こちらはレーザー出射側の様子。寸法公差の厳しい要求にも精密なレーザー加工で応えます。ワイヤ放電加工機(EDM)の代替として注目が集まっています。500 µm 厚のステンレス板へY字型に穴加工しています。レーザー入射側のSEM写真です。溝幅は 50 µm です。エッジがシャープです。繊維ノズルへの応用も可能です。
厚さ50μmのステンレスを板へアンペルマンの形状の切り抜きです。高さが500μm以下と小さくてもしっかりと細部まで再現できています。カプトンテープを熱影響なくきりだしました。さらに小さく繊細な加工も可能です。SUS304(t0.02mm)から微細形状を切り出しました。熱影響がなく、全く歪みがありません。再現性も高く加工できます。

精密溝加工

ニッケルNiに溝加工を行いました。溝幅は 8 µm です。熱影響がなく非常にきれいな溝ができており、金属光沢を確認できます。80 µm 幅の溝をステンレスに作成しました。溝表面は非常に滑らかです。断面形状は様々に変更できます。ポリイミドへ幅 20 µm、深さ 2 µm のマイクロチャネル加工です。特筆すべきは、流路の交差部でも深さが一定です。盛上りや過剰彫込みは 0.4 µm 以下に抑えられています。表面粗さは 0.1 µm(Rz)以下でした。µTASにも十分に使用できる品質です。
PMMAに幅 5 µm、深さ 6.5 µm の溝加工を行いました。溝幅、深さは自由に設定でき、加工速度は 2 m/s 以上も可能です。レーザーはライフサイエンスの分野にも貢献します。トライボロジーの研究でも利用されています。PDMS上にcavityを形成しました。微細な形状でも表現可能です。表面粗さも 0.5 µm 以下を実現しています。バイオテクノロジーなど研究用途でのマイクロ流路や流体チップ(µTAS, Lab on a Chip)、マイクロアレイとしてご使用いただける品質です。テーパー角を制御した微細3次元構造も達成した例です。15 µm 以下の極狭な溝も高速に加工します。
耐久性があり透明度が高いので、セルソータやDNA抽出、マイクロリアクター等の用途にも適しています。
真鍮へ幅10 µm の溝加工を行いました。このような微細な溝も高品質で加工されています。超短パルスレーザーの強みを発揮した加工結果ですセラミックへ溝加工を繰返し行い、微細な円柱形状(ピラー)を作成しました。1つの円柱直径は15 µm 程度と非常に細いですが、レーザーの非接触加工というメリットのため、カケや倒れが無くきれいなピラー形状を維持できています。透明で硬い材料へも、デブリなく精度の良い加工が行えます。マイクロ流路や穴だけではなく、より複雑な形状の加工も可能です。Moldとしての利用も可能な技術です。
ステンレスへ周期的な微細溝加工を行った例です。溝ピッチ 20 µm、深さ 5 µm の微細周期構造となっています。溝底部は、3 µm となっています。高品質な溝加工へも超短パルスレーザーば非常に有効です。樹脂へL/S 20µmで格子形状をパターニング。大面積でも精度良く加工ができます。加工パターンは格子形状に限らず任意のパターンが可能です。ポリイミドへの微細溝形状の形成結果です。深さも自由に変更できます。パルス幅、波長の異なるレーザー光源を用いて、様々なご要求の溝形成を実現しています。

微細切断/溝・彫込加工

Y字型に切込を入れています。材料は厚さ 1 mm のステンレスです。エッジがシャープです。厚さ 0.03 mm のポリイミドを熱影響(HAZ)なくシャープに切断しています。ガラスなどの透明材料を高品質に切断できます。形状は、写真のとおり円形以外にも任意の形状に対応できます。
通常のレーザー加工では困難な肉厚材料の加工を可能にしました。~1mm程度の厚さの材料に対応します。しかも、任意形状の切断ができます。切断幅も0.1mm以下と材料を無駄にせず効率的です。品質管理において、故意に欠陥を作成して製品評価をすることは重要です。レーザー微細加工で欠陥モデルを作成することもできます。10 µm 以下の擬似クラックモデルも作成可能です。微細な切込を入れています。材料は厚さ 0.1 mm のステンレスです。リークテスト用に微細な穴も寸法精度よく加工できます。立体的なスロープ形状を形成できます。さらに、表面粗さを自由に変えることで、撥水性・親水性などの機能を持たせた表面を作ることができます。金属、樹脂、ガラス、セラミックなど材料を問いません。
円筒形状の表面にも溝加工ができます。外径Φ0.6mm、内径Φ0.4mmの真鍮円筒の表面に幅 50 µm、長さ470 µm の溝加工を行いました。円周上任意の位置へ加工ができます。最後に760 µm 長さに切断してあります。熱影響がなく金属光沢が残っています。このようなパイプにも微細なレーザー加工を寸法精度よく加工できます。外径Φ0.34mm, 肉厚0.02mmのポリイミドチューブに微細なスリットを形成しました。溝幅は10µmです。溝の貫通/不貫通の選択や、溝幅・長さ・深さの制御も自在に可能です。材料も樹脂以外でも可能です。傾斜角を制御して、スロープのついた溝加工が可能です。無酸素銅へ、溝底部 30µm、溝上部 400µmのV溝の加工例です。樹脂や金属など多くの材料に対応可能です。また、加工の再現性が良いので、大量生産にも適します。エッチングや機械加工では達成困難な複雑で立体的な微細形状をレーザーにて加工できます。
サファイアへの溝加工も可能です。およそ45°の傾斜のある面に対して深さ0.05mmにて溝加工を施しました。傾斜があるにも関わらず溝底面が一様に加工できています。サファイアの精密切断も得意としています。厚さ 500 µm を超える厚手のsapphireでもテーパー、チッピングなく精密に切断ができます。高反射率のため、レーザーでの加工が難しい銅へも加工ができます。C1100へ深さ30 µm、幅300 µmの溝加工を行いました。加工後には Cu 特有の光沢も確認できます。

スクライビング

石英ウエハーを高速でスクライビングして個片化できます。最高速度は300mm/sも可能であり、高い生産性を有します。ホウケイ酸ガラスのスクライブ結果です。Kerf幅が限りなく0に近く、材料ロスのほとんどないスクライビングができます。加工が難しい材料でもスクライブできます。これはSiCを個片化した結果です。400 µm以上の厚さのウエハでもチッピングなく正確にスクライブできます。
Al2O3ウエハでも高速に処理できます。任意のサイズへの対応が可能です。チッピングもほとんどありません。エレクトロニクスの分野でもレーザーは貢献します。注目の材料であるLiNbO3のスクライブも可能です。Kerf幅が非常に狭く材料を無駄にしません。ウエハ上に回路が形成されていても処理が可能ですので、プロセスに柔軟性を持たせることができます。
厚さが300 µmを超えるLiTaO3ウエハでもスクライブできます。ブレイキング後の断面もチッピングがなく、非常にきれいです。

テクスチャリング

材料表面に微細な凹凸を周期的に作製します。寸法はµmオーダーで制御できます。比較的広い面積を一度に加工できるため、レーザーダイレクトライティングに比べ、加工時間の短縮が可能です。ダイレクトに模様を描画していくことも可能です。周期的なパターンのみならず、任意の形状を創生できます。材料も問いません。マイクロレンズアレイのような構造体の作製も可能です。レンズピッチや形状、深さを自由に設定できます。
同じパターンでも深さを帰ることもできます。これにより、同じ構造でも異なる機能を持たせることができます。表面に多くの針状構造体を作成した例です。マイクロニードルアレイは、医療・美容分野でも注目されています。十字型の貫通穴を構成しました。レーザーでは柔軟な形状の加工ができます。形状のばらつきも小さいです。

微細構造体

サーメットに微細な彫り込みを行いました。加工が難しい材料に対しても高品質に加工ができます。加工部の表面粗さはRa 300nmを実現しました。難加工材であるタングステンカーバイドへの微細加工。深さ500 µm の彫り込みを 5 µm の分解能で制御しました。表面粗さもRa400nmと非常に小さいです。タングステンカーバイド円柱表面に溝を加工しました。再現性良く溝加工ができています。レーザー加工機が多軸同時制御が可能なため、実現できた結果です
中空円管に溝を加工しました。ステントなどへも応用可能な技術です。チューブに対して螺旋状の加工も可能ですので、極小バネの製作も可能です。また、カテーテルやステントの加工にも使われます。アルミA5052板へ微細で精密な彫刻を行いました。断面形状も比較的自由に設定でき、滑らかな表面を実現しています。写真のようにスパイラルや同心円形状のみでなく、任意の形状の彫刻ができます。微小な段差も超短パルスレーザーなら高精度に加工ができます。しかも、スロープをつけることも可能です。加工対象材料を選びませんので、成型用の型としての利用も可能です。

微細マーキング

ガラス内部の屈折率をレーザーにて局所的に変化させて、マーキングすることができます。内部にクラックを発生させていないため、微小ドットを高品質で安定的に生成できます。3次元的な配置により立体的なマーキングも可能です。ガラス内部へのマーキングはドット径がΦ数µmと極小のため薄板内部への加工も可能。クラックの発生がないため、ドット間の最小ピッチは10µm以下です。ドットを情報のメモリとして利用する研究も進んでいます。ガラス内部へ極小ドットを重ねることでライン描画を行った例です。3µm以下のライン幅も可能です。光導波路などの応用も期待されています。
ガラス表面を幅80µm、深さ50µmだけ削りました。クラックなくシャープなエッジの加工ができます。七色に変化する技術はセキュリティーへの応用が期待されています。写真はステンレスへのマーキング例ですが、樹脂へもマーキングが可能です。故意に熱影響を持たせて黒色マーキングが可能です。写真は、ステンレスへのQRコードのマーキングです。医療用マーキングにも適用可能です。
木目調材料への隠し文字です。赤色の光で文字を浮かび上がらせます。サイズも様々にできます。木目調材料へ隠し文字を入れました。色は白で輝度を変更もできます。文字のサイズは、5mm×10mm程度です。鏡へも隠し文字を入れることができます。通常は普通のミラーですが、文字が浮かび上がります。

薄膜除去

有機太陽電池に使用されることもある P3HT:PCBM と PEDOT:PSS からなる層をレーザースクライブした例です。下地である PEDOT:PSS 層に影響を与えることなく P3HT:PCBM 層のみを除去できています。太陽電池製造工程では必須の技術です。ガラス基材をほとんど損傷させずに金薄膜のみを除去しました。センサーの電極として使用されています。最小線幅は、µmレベルです。配線部への熱ダメージもありません。薄膜をMeander形状にパターニング。センサー等で多用される櫛歯電極形状への応用も可能です。線幅は3 µmを実現しました。センサー性能に影響を与える真直度も問題ありません。

時計分野応用

テーパーを 0.6° 以内に抑えながらギア形状を切り出します。加工後のゆがみなどは一切ありません。厚さ 400 µm のステンレスを、テーパー 0.5°以内で加工した結果です。加工後の酸洗がなくともきれいな仕上がりです。厚さ 700 µm のサファイアを、7°以内のテーパーで切断しました。小さいギア形状部は約 4 分で加工できました。

医療分野応用

直径 0.5 mm ワイヤの樹脂皮膜の剥離。50 µm 程度の皮膜をきれいに剥がしています。金属芯への影響もありません。ステント、カテーテルなどチューブ形状へも加工もできます。非常に細かい網目模様が精巧に作られています。熱によるゆがみ等もありません。レーザー微細加工は、stentやcatheterなどメディカル分野でも威力を発揮します。溶液混合用のデバイス。このような立体形状も加工できます。研究開発から生産まで幅広く対応できるレーザー加工です。
3D形状を含むシャープな角部も実現できます。このように立体形状の加工も非常に高精度で可能です。樹脂への加工でもダメージを与えず高精度な形状を実現できます。3D printingの技術を活用すると、生体親和性の樹脂材料にて任意形状のデバイスを作成できます。さらに、可動部も設けられるため、液体中で移動できるマイクロロボットも実現できます。次世代の医療デバイスとして活用できるかもしれません。樹脂を材料として、小さな小さなmicro robotを作成できます。薬剤のデリバリー等で将来実用化されるかもしれません。レーザーでの3Dプリントの例です。

ロール・トゥ・ロールプロセス

OLEDのパターン化に必要な P1, P2, P3 プロセスをレーザーで実現します。また、顕微鏡を使用した検査工程も組み込むことができ、ショート欠陥に対してはレーザーでのリペアも可能です。インクジェット印刷を活用すればアンテナパターンのデジタル印刷が可能です。
異なるパターンの印刷でも版を変更する必要がなく、ソフトウエア上でのデータ変更のみで対応できます。
Roll-to-Roll装置を組み合わせることで多品種少量生産を効率よく実現できます。
複雑なパターンであってもWebを停止することなくon-the-flyでパターニングが可能です。基材にもほとんど影響を与えません。

デバイス

精密部品を組み立てるための治具の一部です。Φ 140 µm の貫通孔と隣接した幅 70 µm の溝(特殊断面形状)があります。溝内部には Φ 20 µm の微細穴があります。複数の異なる形状が組み合わさった立体形状でも加工できます。印刷工程によりフレキシブルなバッテリーを試作できます。レーザー工程のみならず、印刷、ラミネート、切断工程まで一貫した加工が可能です。直径Φ0.5mmのピン先端を0.3mm角に加工しました。その先端部へピッチ0.05mmで微細な溝を格子状に加工しました。極細ニードルの先端部にも、レーザーを用いると精密な加工ができます。材料に大きな力が加わらないため、材質を問わず高精度な加工を行うことができます。

3Dプリンティング

特殊なポリマーを用いれば、超高分解能な微細構造体も形成できます。除去加工ではなく、Additiveな加工のため、3次元的に構造の制約はほぼありません。オーバーハング形状も問題なく加工できます。樹脂素材で微細なチェーンも形成できます。加工後に組み立てるのではなく、レーザー加工が完了した時点ですでに組み立てられた状態となっています。サブミクロンレベルの超微細な構造体も形成できます。微細なパイル構造体もできます。最細部は、サブミクロンレベルです。組立を行うことなくすべてを印刷にて実現します。フォトニック結晶へも応用できる技術です。
肉眼で認識が難しいほど細かなフィギュアも精巧に作成できます。小さな穴や突起物も忠実に再現できる技術です。通常では組み立てられない構造体も3次元的に作成できます。これは、格子の中に球体が入っている構造体です。3次元的なメッシュ構造を作成できます。メッシュ幅が 1 µm 以下というmesh構造も可能です。加工後に組み立てるのではなく、加工しながら組立も完了するメリットも大きいです。
複雑な3次元造形も可能です。直径 5 µm 以下の極細ピラーも形成できます。超短パルスレーザーは様々な可能性があります。3Dプリンティングによる反射板の形成も可能です。表面精度が非常に良いため、適切なコーティングを施すことでReflectorとしての利用が可能となります。また、Moldとしての利用も可能です。微細3次元造形技術のデモとして、様々な微細構造をもつmicro butterfly を作成しました。メッシュ構造や微細突起、レンズアレイ等を1つの構造体に収めることに成功しました。

その他

非熱加工のため発火性のある頭薬部にもレーザーでマーキングできます。通常の熱加工用のレーザーでは不可能な技術です。髪の毛にもマーキング可能です。この加工では溝幅 1 µm を実現しました。毛髪は直径Φ80μm程度しかありませんが、焼け焦げなく加工できています。バイアル、アンプル、シリンジ、試薬ビンなどへ極小の穴を加工します。ガラスや樹脂など材料を問わずµmオーダーの微細な貫通穴を加工できますので、リークテスターなどへの応用が可能です。