レーザ協会第163回研究会 高アスペクト比加工

レーザ協会第163回研究会
高アスペクト比加工
レーザージョブ㈱
於 上智大学、 平成22年3月2日（火）
概要
会社紹介
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概要、沿革
経営理念、経営方針
量産設備
加工技術開発
一般事項
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所有レーザー発振器
金属材料の分光反射率
アブレーション加工
レーザー加工
高アスペクト比加工
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–
–
–
アスペクト比、テーパ
焦点深度
穴あけ加工の種類
熱的穴あけ加工
加工例
– 高アスペクト比加工
– テーパレス加工
その他最新の加工例
– 非熱加工
レーザージョブ株式会社
会社概要
業種 レーザ加工業
事業内容
微細精密レーザ加工全般
設立 1974年1月
資本金 4000万円
所在地
埼玉県戸田市美女木1224-4
沿革
創業
ISO9002認証取得
新社屋完成
ISO9001-2000年版移行
新連携構築支援事業認定
（中小企業庁）
2007 経営革新事業認定（埼玉県）
ベンチャー挑戦支援事業認定
（経済産業省）
ISO14001 認証取得
2008 彩の国工場認定（埼玉県）
1987
1999
2001
2002
2005
経営理念、経営方針
経営理念
Yours Factory －お客様と共にー
ユニーク・ファイン・ニッチを求めて
人生をより豊かにするために
経営方針
私たちは独自のレーザー技術による付加価値の高い「サービス」を提
供します。
その喜びを「お客様」「社員」「企業」と分かちあいたい。
一、お客様のパートナー企業を目指します
一、規模を追わず、高収益体質を目指します
一、一歩前進、進取の精神をもって挑戦します
一、会社は社員が幸せになるための道具です
量産設備
プリント基板加工工場
セラミックス基板加工工場
加工技術開発
2007年
– 経済産業省・関東経済産業局 「スタートアップ支援事業」
独、Lumera社
Super-RAPID
2009年
– 全国中小企業団体中央会 「平成21年度ものづくり中小企
業製品開発等支援補助金」
所有レーザー発振器
10 µm
CO2
波 長
1 µm
ps
fs
Nd:KGW Nd:YVO4
ω、2ω ω、2ω
Q-sw Nd:YVO4
500 nm
Q-sw Nd:YVO4 (2ω)
Q-sw Nd:YLF (2ω)
300 nm
Q-sw Nd:YAG (3ω)
Q-sw Nd:YVO4 (3ω)
ノーマルパルス
Nd:YAG
Q-sw Nd:YVO4 (4ω)
1 fs
1 ps
1 ns
1 µs
パルス幅
1 ms
1s
金属材料の分光反射率
100
反 射 率 [%]
80
60
40
20
0
200nm
500nm
1µm
波 長
2µm
5µm
10µm
nsパルスによるアブレーション加工
ピークパワー 約100MW/cm2
深さ 約4µm、所要時間 約54分
ピークパワー 約400MW/cm2
深さ 約86µm、所要時間 約13.5分
ピークパワー 約200MW/cm2
深さ 約74µm、所要時間 約54分
レイチャーシステムズ㈱殿 加工サンプル
ピークパワー 約800MW/cm2
深さ 約143µm、所要時間 約6.8分
極短パルスによるアブレーション加工
ピークパワー 約1,700GW/cm2
深さ 約200µm、所要時間 約14分
L&S 40µm、V溝正方格子
ピークパワー 約3,300GW/cm2、深さ 約58µm
レーザー加工
アブレーション加工
（非熱加工）
熱加工
10 µm
CO2
クーロン爆発
波 長
fs
Nd:KGW
ω、2ω
500 nm
多光子吸収
1 µm
ps
Nd:YVO4
ω、2ω
Q-sw Nd:YVO4 (2ω)
Q-sw Nd:YLF (2ω)
溶融
Q-sw Nd:YAG (3ω)
Q-sw Nd:YVO4 (3ω)
300 nm
光分解
1 fs
ノーマルパルス
Nd:YAG
Q-sw Nd:YVO4
1 ps
Q-sw Nd:YVO4 (4ω)
1 ns
1 µs
パルス幅
1 ms
1s
アスペクト比
材料厚み／切断幅
材料厚み／穴直径
t
t
w
d
テーパ
テーパ角 θ
アスペクト比 10 の加工
テーパ角 θ
< arctan(0.5 / 10) = 2.86 度
θ
壁角度 δ
> arctan(10 / 0.5) = 87.1 度
δ
壁角度 δ
テーパの生成
斜め照射
照射面積の拡がり、光反射の増大
による強度低下
照射スポットの強度分布
に沿った窪みの形成
照射スポットの、高強度部、垂直入射部、
の加工が早く進む
スポット直径と焦点深度
スポット直径 d
∝ 焦点距離 f ／ 入射直径 D
例えば、2ω-Nd:YVO4
・ d = 13.5 µm、 zf = ±270 µm
・ d = 108 µm、 zf = ±17.3 mm
焦点深度 zf ∝ (スポット直径 d )2
zf
D
λ
d
f
高アスペクト比加工へ
のアプローチ
テーパ
テーパ角の低減
テーパレス（垂直壁）化
焦点深度
スポットサイズと焦点深度のバランス
+α
高強度ビームで撃ち抜く
穴あけ加工の種類
パーカッション
トレパニング
スパイラル・・・
熱的穴あけ加工
ドロップレット
温度上昇
溶融池
蒸気
穴
加工例
低テーパ加工
– SUS304 1 mmt / 100 µmØ ドリル
– アルミナセラミックス 3 mmt / 1 mmØ くり抜き
– アルミナセラミックス 2 mmt / 300 µmØ ドリル
– Siウエハ 260 µmt / 100 µmØ ドリル
– ポリイミドフィルム 50 µmt / 24 µmw スリット
アスペクト比
11～20
～3
7～11
～2.6
～2
テーパレス（垂直壁）加工
– SUS304 50 µmt / 50 µmØ ドリル
– ポリイミドフィルム 100 µmt / 40 µmw スリット
– Siウエハ 660 µmt / 200 µmØ ドリル
– 無アルカリガラス 500 µmt / 100 µmØ ドリル
– アルミナセラミックス 1.5 mmt / 200 µmØ ドリル
1
2.5
3.3
5
7.5
SUS 1 mmt / 100 µmØ
SUS304 1 mmt
穴直径 表 88 µmØ、 裏 48 µmØ
アスペクト比 11 ～ 20
アルミナ 3 mmt / 1 mmØ
アルミナセラミックス 3 mmt
くり抜き直径 1 mmØ
アスペクト比 3
レイチャーシステムズ㈱殿 加工サンプル
アルミナ 2 mmt / 300 µmØ
アルミナセラミックス 2 mmt
穴直径 表 280 µmØ、 裏 180 µmØ
アスペクト比 7 ～ 11
Si 260 µmt / 100 µmØ
Si ウエハ 260 µmt
穴直径 100 µmØ、ピッチ 130 µm
アスペクト比 2.6
ポリイミド 50 µmt / 24 µmw
ポリイミドフィルム 50 µmt
スリット幅 24 µm、 ピッチ 30 µm
アスペクト比 ～ 2
SUS 50 µmt / 50 µmØ
SUS箔 50 µmt
穴直径 表 49 µmØ、 裏 52 µmØ
ピッチ 70 µm
アスペクト比 1
ポリイミド 100 µmt / 40 µmw
ポリイミドフィルム 100 µmt
スリット幅 40 µm、 ピッチ 80 µm
アスペクト比 2.5
Si 660 µmt / 200 µmØ
Si ウエハ 660 µmt
穴直径 200 µmØ、 ピッチ 300 µm
アスペクト比 3.3
ガラス 500 µmt / 100 µmØ
無アルカリガラス 500 µmt
穴直径 100 µmØ
アスペクト比 5
レイチャーシステムズ㈱殿 加工サンプル
アルミナ 1.5 mmt / 200 µmØ
アルミナセラミックス 1.5 mmt
穴直径 200 µmØ、 ピッチ 300 µm
アスペクト比 7.5
その他、最新の加工例
極短パルス光源による非熱加工
– 半田への溝加工
融点 ～190 ℃
– アクリル板へのピラミッド状ザグリ加工
ガラス転移温度 ～110 ℃
– ポリ塩化ビニルフィルム
耐熱温度 ～80 ℃
半田への溝加工
焦点： 基材表面
焦点： 溝底
電子工作用半田
溝幅 27 µm、 ピッチ 54 µm
融点 ～190 ℃
溝深さ ～90 µm
アクリルへのザグリ加工
アクリル板 1 mmt
階段幅 150 µm、 階段数 10
ガラス転移温度 ～110 ℃
総深さ ～160 µm
ポリ塩化ビニルフィルム
PVC
PVC
ガラス
粘着材／ガラス
ポリ塩化ビニルフィルム 200 µmt
1 mm × 1 mm 市松模様
耐熱温度 ～80 ℃
（フィルム／粘着層／ガラス）
まとめ
高アスペクト比加工
–
–
–
–
テーパの低減、テーパレス（垂直壁）化
スポットサイズと焦点深度のバランス
+α
高強度ビームで撃ち抜く
低テーパ加工
– SUS、Si、アルミナ、ポリイミド
– アスペクト比 ～ 20
テーパレス（垂直壁）加工
– SUS、Si、アルミナ、ガラス、ポリイミド
– アスペクト比 ～ 10 (15)
非熱加工
– 半田（Tm 190℃）、アクリル（Tg 110℃）
– ポリ塩化ビニル（耐熱温度 80℃）