高精度微細構造形成のためのガラスレーザー微細加工

レーザー微細加工とは？

レーザーマイクロ構造形成は、集束された超高速レーザーパルス（通常はピコ秒（10⁻¹² s）またはフェムト秒（10⁻¹⁵ s）のパルス幅）を用いて、ガラスや光学基板をミクロンおよびサブミクロンスケールでアブレーション、 改質、あるいは再構築を行う非接触型の材料加工技術である。 熱的にエネルギーを伝達し、溶融や再結晶層を引き起こすナノ秒レーザーや連続波レーザーとは異なり、超高速レーザーは熱拡散が起こるよりも速い速度で材料にエネルギーを伝達します。このプロセスは「低温アブレーション」として知られています。これにより、熱影響域がごくわずかで、微小亀裂や再結晶した材料が生じない、鮮明な形状が形成されます。 集束したレーザースポットをプログラムされた3Dツールパスに沿って走査させることで、マイクロチャネル、マイクロピラー、回折格子、蛾の目型反射防止アレイ、マイクロレンズアレイ、フリーフォーム光学面など、事実上あらゆる表面形状を作成できます。 このプロセスは完全にソフトウェアによって制御され、マスク、金型、化学エッチング剤を一切必要としないため、ラピッドプロトタイピングや小ロットの精密製造に最適です。.

プロセス能力

• レーザー光源： ピコ秒（1064 nm / 532 nm / 355 nm）・フェムト秒（1030 nm / 515 nm / 343 nm）
• 最小特徴サイズ： 1 µm（横方向）・0.5 µm（深度間隔）
• 深度制御精度： 1層あたり±0.5 µm
• 構造化後の表面粗さ（Ra）： 50～200 nm（アブレーション直後）；10 nm以下（研磨後）
• 熱影響部（HAZ）： < 500 nm（フェムト秒）； < 2 µm（ピコ秒）
• 最大構造化面積： 200 × 200 mm（ステージ移動量）
• 3D機能： 地表下のバルク特性の改変を含む、完全な体積構造化

対応素材

微細構造の種類

• マイクロチャネルおよびフローセル： 幅5～500 µmの密閉型および開放型のマイクロ流路
• 回折光学素子（DOE）： サブマイクロメートル周期のグレーティング、ビームスプリッター、および位相板
• 蛾の眼型ARアレイ： コーティングを必要としない広帯域反射防止用サブ波長ピラーアレイ
• マイクロレンズアレイ（MLA）： ビーム成形およびディスプレイ光学用屈折型および回折型レンズアレイ
• 表面の質感表現： 制御された粗さ、疎水性／親水性パターン、およびトライボロジー表面
• バルク屈折率の改質： ガラス内部の導波路、ブラッグ格子、および3次元光回路

代表的な用途

• マイクロ流体工学およびラボ・オン・チップ： フォトリソグラフィーを用いない融解石英におけるダイレクトライト法によるチャネル形成
• 光導波路： フォトニックデバイス用ホウケイ酸ガラスおよび溶融石英製の3D埋込導波路回路
• 反射防止表面： サファイアおよび溶融石英製の窓に形成された蛾の眼型ナノ構造アレイ
• ビーム整形用光学素子： レーザービームの均一化および分岐用の回折光学素子
• センサーウィンドウ： LiDAR、IR、およびUVセンサー用保護窓の構造化表面
• 生体医療機器： 細胞培養用マイクロウェルアレイおよび表面の生物機能化パターン

カスタム仕様

弊社では、お客様からご提供いただいたCADファイル、GDS-IIレイアウト、または光学設計仕様に基づく、レーザー微細加工の受注を承っております。表面加工および内部体積加工の両方が可能であり、各材料の吸収特性に合わせて波長を最適化して選択いたします。 カスタムワークフローには、マルチパスによる深さプロファイリング、フリーフォーム表面生成のためのグレースケールアブレーション、および高アスペクト比の微細構造形成を目的としたレーザー微細加工とウェットエッチングを組み合わせたハイブリッドプロセスなどが含まれます。 構造形成後のサービスとして、共焦点表面計測、白色光干渉法による検査、ARコーティング、クリーンルームでのパッケージングなどが、包括的な製造ワークフローの一環としてご利用いただけます。構造形成されたすべての基板には、完全な3D表面マップおよび寸法検証レポートを添付して納品いたします。.

解像度とレーザーパルス幅の関係