超高精密 フェムト秒レーザー加工機 femt-pro ｜ 光響
超高精密フェムト秒レーザー加工機 「femt-pro」 は、3波長の超短パルスレーザー（ フェムト秒レーザー 、ピコ秒レーザー）が出せる フェムト秒レーザー光源 と 精密加工ステージ をプラットフォームとした超高精密レーザー加工機です。
波長はUV、グリーン、1μm の3波長の自動切り替えが可能で、パルス幅は 340 fs から 10 ps まで可変でき、レーザー光源は他社製品の組み込みも可能です。
レーザー精密加工に必要なエッセンスの全てを実装した3波長フルスペック型加工システムであり、各種工業材料へ最適なコールドアブレーション（非熱）加工、 微細加工 が行えます。
本製品にて下記のサービスをご利用できます。
製品特長
- 基本波（1μm：IR）、第2高調波（0.5μm：VIS）、第3高調波（0.3μm：UV）の出力が可能
- 高平均出力（80 W）
- 高パルスエネルギー（2 mJ@IR）
- パルス幅可変（350 fs〜10 ps）
- パルスオンデマンド機能
- BiBurst（GHz Burst in MHz Burst）（ビバースト）機能
- 他社の光源も組み込み可能
- 3波長自動切り替え
- スキャナ制御：ラスター、ベクトル、ドット（定点PTP）、
ビットマップ - ステージ制御：リニアスケールによるフルクローズドループ
- ステージ精度：1 μm
- ステージ加工モーション：ラスター/ベクター/2D、2.5D補間モーション
- レーザー同期：パルスオンデマンド（オプション）
- 各種素材にベストカップリングなレーザー光の選択が可能
- サブミクロン分解能ステージ、フルデジタルガルバノスキャナー、テレセントリックfθレンズを装備し、共通データの利用が可能
- 高速レーザーコントローラーによる等ピッチパルスオンデマンド加工が可能
- 波長1 μmにおいては、多点ビームや歪み補正ができる 空間位相変調器（LCOS-SLM）と 光響製CGHソフト の利用が可能
- 光響製ビームプロファイラ の利用が可能
- リモート制御、リモートメンテナンスが可能
- 剛性劣化が僅少かつ線膨張率が小さなグラナイト石仕様
- ステージのリニアガイド取り付け面はJIS00級仕上げ
- ガルバノスキャニング加工とステージ直線加工を組み合わせたスティッチ加工が可能
- モーションコントロール速度1.0 m/s時、周期20 ns/距離20 nmでレーザーパルスを1ショット毎に切り出し可能
製品用途
- 金属、セラミクス、樹脂、ガラスへのコールドアブレーション加工
- 溝彫り、彫刻、マーキング、切断、穴あけ
- 薄膜加工、除去加工、改質加工
- 透明体への多光子吸収プロセス加工
- ナノ周期構造加工、生体模写加工
- 各種機能付与テクスチャー加工
- 有機ELやMicroLED等のディスプレイ製造プロセス
- 電子デバイス用フレキシブルプリント基板試作
- 開発向けパターニング加工
- リモートレーザー加工
- 液晶リペア
- 光造形
- 高分子材料表面改質
- ITO膜剥離
- ガラスパネルのインナーマーキング
- スマートフォン、タブレット向け強化ガラスの切断
- シリコンウェハダイシング
- サファイア基板のスクライビング
- 医療、バイオ用新素材の微細加工
- 微細周期構造形成
- OLEDのフルカット
- リチウムイオン電池電極多穴加工
- 高速微小穴あけ加工
- 表面改質による摩擦低減
Light Conversion製 CARBIDE – 3波長対応フェムト秒レーザー光源
femt-pro のレーザー光源として Light Conversionの CARBIDE を使用しています。 CARBIDE は、波長1030nm、515nm、343nmの3波長のフェムト秒レーザーがそれぞれ射出できます。仕様は下表になります。
| 基本波 | SHG | THG | |
| 中心波長 | IR 1030 nm |
Green 515 nm |
UV 343 nm |
| 最大パルスエネルギー | 2 mJ | 500 μJ | 250 μJ |
| 最大平均出力 | 80 W | 40 W | 20 W |
| 繰り返し周波数 | ～ 2 MHz | ||
| パルス幅 | 340 fs | ||
| パルス幅チューニングレンジ | 340 fs 〜 10 ps | ||
| ビーム品質 | M2 < 1.2 | ||
| バーストモード | GHzバースト、MHzバースト、BiBurst（GHzバースト in MHzバースト） | ||
femt-pro 加工光学系システム
femt-pro では換装式の光学系を採用しています。ユーザーの要求に合わせて必要な光学系を構築できます。
フルデジタルガルバノスキャナ
– ビーム軌跡制御
- 3波長独立スキャナヘッド（3波長対応）
- 各波長テレセントリックfθレンズ
- 繰り返し精度：±2μrad
- ステージ繰り返し精度：±2μm
空間位相変調器対物レンズ光学系
– ビーム形状制御
- 波面補正（収差補正）
- ビーム分岐（多点化）
- 透明体内部／極微細加工
- ステージによるパルスオンデマンド（等ピッチ）加工
SLM では光響製CGHソフト + 光響製ビームプロファイラ を使用しています。
ヘリカリドリル光学系
– ビーム旋回径・角度制御
- テーパーレス 穴／溝／切断加工
- 高アスペクト比加工
- 穴径（溝幅／切断幅）制御
- ガルバノスキャナとの組合せによる多穴加工
加工ステージ
加工ステージ 仕様
| AXIS | X1 AXIS | Y1 AXIS | Z1 AXIS |
|---|---|---|---|
| MAX.STROKE | 790mm | 510mm | 200mm |
| LINEAR MOTOR FORCE | Corelss X: SGLFW2-45A200AS (YASKAWA) | Cored Y: SGLGW-90A200CP (YASKAWA) | 200W SGMJV-02ADA6C (YASKAWA) |
| SERVO DRIVER | UMAC Drive | UMAC Drive | – |
| ENCODER RESORUTION | 0.1 um/ot (HEIDENHAIN_LIDA 48) | 0.1 um/ot (HEIDENHAIN_LIDA 48) | 1um |
| SCALE(G.P) | 20 um(HEIDENHAIN LIDA 407) | 20 um(HEIDENHAIN LIDA 407) | – |
| REPEATABILITY | ±1 um/加工区間 | ±1 um/加工空間 | ±5 pm/Full Travel |
| STRAIGHTNESS/FLATNESS | ±5 um/加工区間 | ±5 um/加工空間 | ±20 um/Full Travel |
| PAY LOAD(MAX.) | 30kg | 30kg | – |
| AVEVEROCITY | 0.5m/s | 0.5m/s | |
| MAX ACCELERATION | 0.3G | 0.3G | |
| MAX.VEROCITY | 1m/s （無負荷状態） | 1m/s （無負荷状態） | 0.1m/s |
| MAX ACCELERATION | 1G（無負荷状態） | 1G（無負荷状態） | 0.2G |
| Orthogonally | ±10arcsec (500mm) | – | |
加工ステージ 検査データ
fsレーザー加工機モーションコントロールと加工形態の一覧表
| Actuator | Method | Application | 実加工例 | 軸制御 | 制御信号 | 出射指令 | 制御style | 周期性 | 制御周期 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stage | Vector | 形状切断 | フィルムカット 薄膜除去 |
X-Y補間 +Z同時動作 |
Gate | 線分、円弧 端点指令 |
連続 | – | – |
| Raster | 表面テクスチャ | 撥水機能付与 微細立体構造付与 |
X or Y単軸 | Gate & Sync (VTC) |
Encoder 位置指令 |
間欠 | 等周期 非周期 |
1u sec | |
| Scanner | Vector | 形状切断 精密マーキング |
微細回路パタンカット 光導波路(透明体) |
X-Y補間 +Z同時動作 |
Gate | 線分、円弧 端点指令 |
連続 | – | – |
| Raster | 表面テクスチャ | 撥水機能付与 微細立体構造付与 |
X o rY単軸 | Gate & Sync |
Encoder 位置指令 |
間欠 | 等周期 非周期 |
1u sec | |
| Dot | Drilling | フィルム、膜穿孔 ディンプル形成 |
X、Y位置決め | Gate | program指令 | 間欠 | – | – |
fsレーザー加工機 レシピ画面
素材開発や工法開発エンジニアが意図した加工形状を、モーション＆レーザーコントロールに翻訳する必要があります。加工データは、機械系CADで標準なdxfとしました。本加工機は、ガルバノメータースキャナー加工とステージ加工を選択、あるいは組み合わせ加工ができます。
緻密な加工の場合
高速ベクターまたラスター加工をスキャナーで行い、さらに緻密な加工の場合には、高NAレンズによるステージ加工を行います。
大面積エリア時の場合
大面積エリア時には、スキャナー加工エリアをパッチと扱い、ステージでパッチを順次スティッチしていく。なお、このパッチ切りは、自動生成する。レシピは、全ての加工を同じdxfデータで共用しており、データーを使い続けるストレスをエンジニアには与えません。
① レシピ設計画面（パラーメータ表へ数値入力）
② レシピ実行ボタン（Run:ステージ加工／Draw:スキャナー加工）
③ 補助機能（ステージ軸操作、画像カメラ、レーザー変位計）
④ VTCコントロール設定画面
⑤ レシピ作成ボタン（新規作成、コピー、保存、削除）
⑥ ページ選択ボタン
加工事例
微細加工 特設ページ
テクスチャー基本ブロックの加工写真
金属箔メッシュ加工
■材料
- 銅箔（写真左）／アルミ箔（写真右） t=0.02mm
■レーザーツール
- 光源：Light Conversion製CARBIDE 3波長フェムト秒レーザーグリーン波長
- 光学系：トレパニングヘッド
■加工詳細
- レーザー出力 : 125 mW
- 穴径 / 配列ピッチ：0.025 mm / 0.03 mm （千鳥配列）
- 開口率 : 63 %
本加工のような高精度な非熱加工をレーザー加工トライアルサービスにて承ります。
銅半球浮き彫り加工
USP（ウルトラショートパルス）レーザーをエネルギー光源とする金属加工は、波長差やパルス幅差が小さくなります。しかし、レーザー難加工材の銅は、基本波より、二倍波、さらに三倍波（UV）が、明確に加工能力が高くなります。
自社製フェムト秒レーザー光源（CPA-20）の三倍波を選択し、銅の半球浮き彫り加工を行いました。
＜加工手順＞
半球ソリッドデータを等高線でスライスし、スライス面のネガデーターを高階層→低階層へ順次ラスター加工していきます。
PCD（焼結ダイヤモンド）工具のブレード加工
PCD（焼結ダイヤモンド）工具を用いて、SiC基板などの硬脆性材料に対し、微細でクラックのない鏡面加工技術の開発検討が行われています。
弊社のフェムト秒レーザーを使用してPCD切れ刃先端にダイヤモンド硬度を維持する鋭利な凹凸を形成し、その鋭利性を確認したところ、SiC基板ダイシングを想定した溝加工の面粗度が鏡面状態を得ることに成功しました。
スルーホール加工、エッヂテクスチャー加工、溝加工（ナノ周期構造付与）
LCOS-SLM、光響製CGHソフト、光響製ビームプロファイラを用いた事例
LCOS-SLMを用いることで、多点同時加工、収差補正、レーザービーム成形などが可能になります。
多点化の例
収差補正の例
産業用フェムト秒レーザー光源を用いた実用例
SLMを利用した分岐プロファイル
SLM不使用時ビームプロファイル
対物レンズ x 100
ビーム径：1/e2x = 1.6 um, 1/e2y = 1.9 um
SLM2点分岐プロファイル①
2点間距離〜3μm
SLM2点分岐プロファイル①
2点間距離〜5μm
ビーム2分岐化のCGH最適化プロセス動画
透明材料基板への改質加工モーション動画
モーションライン間スペースを埋める2点分岐を用いたGaN基板の加工
レーザーパラメータ
- パルスエネルギー 2uJ（バーストショット）
- 対物レンズ x 100
- モーションパラメーター
- ラインライン間スペース：5μm
- 照射パルス間ピッチ： 5μm
- 等ピッチPOD（パルスオンデマンド）制御を使用。
2点分岐による重ね射ちによるサファイア基板の加工
レーザーパラメータ
- パルスエネルギー 2uJ（バーストショット）
- 対物レンズ x 100
- モーションパラメーター
- ラインライン間スペース：5μm
- 照射パルス間ピッチ： 5μm
- 等ピッチPOD（パルスオンデマンド）
- 制御を使用。
サファイア基板の内部加工
ガラスの内部加工
レーザーパラメータ
- 対物レンズ x 100
- パルスエネルギー 2uJ（バーストショット）
モーションパラメーター
- ラインライン間スペース： 5μm
- 照射パルス間ピッチ： 5μm
- 等ピッチPOD（パルスオンデマンド）制御を使用
レーザー加工トライアルサービスご利用実績
車載用途も含めた電子部品・半導体向け精密微細加工のご要望で、10社を超える国内大手メーカー様からのレーザー加工を請け負った実績がございます。
- 薄膜太陽電池メーカー
- 電子半導体材料メーカー
- 半導体精密洗浄・表面加工メーカー
- 半導体硝材メーカー
- 大手電子部品メーカー
- 液晶製造装置メーカー
- 大手化学メーカー
- リチウムイオン二次電池材料メーカー
- 自動車・半導体向けワイヤーメーカー
超高精密フェムト秒レーザー加工機に関するニュース
プレスリリース
- 2024年8月9日 従来製品比半額のHuaray社製フェムト秒レーザー発振器 導入事例のご紹介
- 2024年7月1日 レーザー微細加工の条件設定に用いる焦点出しガラス板／一般販売開始のお知らせ
- 2024年5月8日 産業分野向けフェムト秒レーザー加工／ソリューション提案拡充のお知らせ
- 2024年2月9日 Light Conversion製Carbide 3波長フェムト秒 発振器導入のお知らせ
- 2023年9月29日 Huaray社レーザー発振器搭載／従来製品比半額のフェムト秒レーザー加工機販売開始
- 2021年9月6日 3波長フェムト秒レーザー加工ソリューションサービスを開始／コールドアブレーションによるマイクロナノスケール生成ツールを提供
お問い合わせについて
光響は、ユーザー目線での技術コンサルティングから検証テスト・有償加工、試作機製作まで、幅広く対応可能でございます。お気軽にご相談ください。
