難加工素材に可能性を！ものづくりに革新を！　　　　　　ナノ秒で挑み続けるレーザ工匠技術のご紹介

2023/12/11

♦高出力帯のナノ秒レーザが続々登場。
その特徴は、「生産性」が高いこと！

レーザックスでは今春からTRUMPF社のナノ秒レーザ「TruPulse2020nano」を搭載したレーザ加工設備を導入。レーザックス通信を通じて様々なアプリケーション事例をご紹介しております。
＜過去の紹介記事はコチラ＞
・微細とコスパのバランス工匠　LuX3号機のご紹介
・打って付ける！？掘って滑らす！？レーザ工匠の技紹介！！

第３弾の今回は、今後の注目材料への加工事例を紹介します。

♦【パワー半導体】
　その難加工材【SiC、GaN】に挑めるレーザ加工
私たちが日ごろ使っているスマートフォンやパソコン、テレビやエアコンのような一般家電から電気自動車や電車などのモビリティ、太陽光発電などのインフラ設備まで幅広い分野で使われているパワー半導体。近年は更に高機能なパワー半導体材料としてSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）が注目されており、そのような素材への加工技術も注目されています。
では何故、加工技術に注目されているのか？
それらの材料は「脆性材料」と呼ばれ、いわゆる硬くて脆い材質なのです。特にSiCはダイヤモンドに次ぐ硬さを持ち合わせており且つ化学的耐性も強いため、物理的な加工が極めて難しいとされています。
そんな脆性材料に最適な加工ツールがレーザなのです。今回はSiCへのレーザ加工サンプルをレーザ加工の特徴と併せて紹介します。

◆SiC材への精密彫り込み加工

七宝柄にレーザックスのロゴ、ロゴが凸になるように七宝柄を彫り込んでいます。ワークサイズは□50mm。実サンプルはかなりカッコいいです。ぜひ展示会などでご覧ください。

レーザーＸの文字がしっかりと浮き出て、七宝柄の重なり部が凹になっているのが分かります。Ｘの文字の尖り部もしっかり表現。

一番深い彫り込みで0.6mm程。レーザ条件やパス回数で浅深も細かく調整可能。
SiCは熱伝導率が高いため、熱籠りが少なくレーザで加工しやすい材料です。加工パス回数を制御することで彫り込み深さも細かに調整ができ、且つ複雑な彫り込みもすることが出来ます。

♦レーザ加工の特徴

・非接触加工であるため、硬くて脆い材料でも抵抗なく加工できる。
・彫り込みだけでなく、孔あけやカットなど様々なアプリケーションに対応。
・ツール先端と同じ意味となるレーザ集光径は20ミクロン程まで小さく出来る。
　微細な加工も得意。
・ドライ加工なのでクリーン環境下での設備構築も容易。コスト面や環境にも優しい。
　レーザックスではクリーンシステム「KOACH」を使ったクリーン環境下の試験・試作を実施することが出来ます。

＜クリーンシステム「KOACH」とは？詳細記事はコチラ！＞
→世界最上級の清浄度VSレーザ加工～秒で決するクリーン環境対決～

◆多彩な分野で求められる【微細孔あけ】で注目のツール
【レーザ加工】の魅力
微細孔あけ加工は精密機器や電子機器、メディカル機器など多くの分野で求められている加工技術です。求められる孔サイズは機器の小サイズ化に伴い、ますますシビアになってきており、近年ではミクロンオーダーのご相談を受けることもあります。

さらに厄介なのが材質も非常に多岐に渡ること。ステンレスなどの一般的な金属からモリブデンやタングステンのような高硬度金属、前述で紹介したSiCなどの脆性材料など、近年は加工対象素材も複雑になり、微細孔あけ加工の難易度も上がってきています。

微細孔あけ加工の方法は、ドリル・レーザ・放電・エッチングなど各種ありますが、求められる孔サイズや素材にあった工法が要求されます。その中で「レーザ」と言うツールの魅力を加工サンプルと共に紹介します。

◆いろいろな金属材料への微細孔あけ加工

レーザックスロゴ全面に孔ピッチ0.3mmで微細孔あけ加工を実施。孔数約8,800孔を最短8秒程度で孔あけ加工します。※加工時間は材質・板厚で異なります。
今回は、下記６種の材料に孔あけ加工を実施しました。

小さい孔なので、パッと見何も加工されていないように見えますが（写真左）、

裏から光を当てることでレーザックスのロゴが浮き出てきました（写真右）。

このような技術がスマートフォンなどでも使われています。

◆レーザ加工の特徴
・非接触加工であるため、硬い材料や脆い材料でも抵抗なく加工できる。
・ツール先端と同じ意味となるレーザ集光径は20ミクロン程まで小さく出来る。
　それに伴い小さい孔サイズの加工が可能。
・ドライ加工なのでクリーン環境下での設備構築も容易。コスト面や環境にも優しい。
　レーザックスではクリーンシステム「KOACH」を使ったクリーン環境下の試験・試作を実施することが出来ます。

◆今回紹介した加工事例は、ほんの一例。
　レーザックス本社工場(愛知県知立市)でナノ秒レーザを
　使った様々なレーザ微細加工をご提案！