微細加工（およびその成長市場）の概要
1～500 µmというサイズがどれほど小さいか、考えたことはありますか？ イメージしやすくするために例を挙げると、人間の髪の毛1本の平均太さは10～200 µmです。これは非常に小さな直径です。さて、その太さほどの微細な構造を作り出すことができるレーザ加工技術を想像してみてください。このプロセスは「微細加工」として知られています。 微細加工とは、マイクロファブリケーションプロセスを用いて、1～500 µmの寸法を持つ部品に微細な構造を形成する先進技術です。このブログ記事では、微細加工の基礎について解説します。また、この市場がどのように成長を遂げているかについても見ていきます。
仕組み
レーザ加工において、マイクロサイズの加工に高精度と安定性を提供できるレーザおよびレーザースキャンソリューションを統合したシステムを構築することは極めて重要です。この用途における最も一般的な課題の一つは、このサイズのシステムを扱うことに伴う複雑さです。そのため、システムインテグレータにとって、精度と超微細な正確性が非常に重要となります。 微細加工では、穴あけ or 穴あけ加工など様々な種類のプロセスが用いられます。このプロセスでは、対象となる材料を問わず、あらゆる素材に10 µmという極小の穴を開け、滑らかなエッジを実現します。 その他のプロセスとしては、レーザ加工やマイクロミリングがあります。これらはいずれも、所定の深さまで材料を除去するプロセスを指します。また、いずれも材料を貫通させることなく、溝、スロット、プロファイルなどの形状を形成します。
使用されるレーザの種類
微細加工において、メーカーは一般的にパルスレーザを使用します。これは、材料に正確な量のエネルギーを照射することで、作業全体を通じて再現性のある正確な材料除去を実現するためです。このエネルギーの照射こそが、レーザによる材料のアブレーション、切断、穴あけ or 穴あけ加工、加工、またはスクライビングを可能にするのです。
Typical material types
微細加工で使用されるさまざまなプロセスやレーザの種類について説明しましたが、ここでは材料の種類にフォーカスしましょう。 代表的な材料には、ポリマー、ガラス、セラミックス、金属、シリコン、太陽電池ウェハー、ダイヤモンド、半導体ウェハーなどがあります。用途やレーザの種類に応じて、さまざまな製造プロセスが利用可能であり、それらはスループット、精度、性能において異なります。その例としては、次のようなものがあります。
- ビアホール穴あけ加工——薄板材料へのレーザによる穴あけ加工。
- フレキシブルPCBの穴あけ or 穴あけ加工およびトレパニング――パネル上の回路に穴を開けたり、材料を除去したりする加工。
- セラミック材料の穴あけおよび形状切断――アルミナやその他のセラミック材料に対し、任意の形状やノンリニアリティを持つ切断を行う加工。
- 導電性フィルムのパターン形成—フラットパネルやタッチスクリーンディスプレイの加工向け。例えば、ガラス、プラスチック、セラミックス、フィルムなど、様々な材料のパターン形成。
- 太陽電池の製造 — PERC、SE、穴あけ or 穴あけ加工、エッジ絶縁、スコアリング
微細加工が解決する主要な応用上の課題
微細加工、そしてさらに微細なフィールドであるナノテクノロジーは、マイクロおよびコンパクトな部品の製造における特定の課題を解決する上で重要な役割を果たしています。その応用範囲は、生物医学分野から化学用マイクロリアクターやセンサーに至るまで多岐にわたります。これら2つの技術は、微小電気機械システム（MEMS）にも活用されています。
この種の技術により、機械的構造を微細化し、電気的構造に組み込んで単一のシステムを形成することが可能になります。より小型のデバイスに対する市場の需要が高まるにつれ、製品の微細化はますます顕著な傾向となっています。
このフィールドにおける技術の継続的な進歩のおかげで、マイクロ・ナノシステム向けに設計されたマイクロサイズの部品の量産が可能となった。微細加工によるシリコンの量産では、基板内部に構造体を形成することができ、一方、表面微細加工では、半導体産業向けの犠牲層上に構造用薄膜を形成することができる。
市場の成長
製品やシステムの小型化に対する市場需要の高まりが、このニッチ市場の成長を牽引しており、微細加工分野では力強い成長の波が予測されています。 Optech Consultingのレポートによると、マイクロプロセッシングの年平均成長率（CAGR）は、2017年から2020年にかけて10％、2020年から2025年にかけて7％の増加が見込まれています。 2015年、材料加工用低電力源の世界市場規模は29億ドルに達し、そのうちマイクロ加工がその総額の51％という圧倒的な割合を占めました。これらはすべて、今後数年間における微細加工の進展を示す強力な指標です。
小型化やそれがMEMSに与える影響に関心がある方も、単に微細加工についてもっと知りたいという方も、一つ確かなことは、この市場には明らかな成長の可能性があるということです。 微細加工の先進技術のおかげで、マイクロ・スモールシステムの製造は、企業が新たな環境に適応し、ごく限られた空間においてもイノベーションと性能の向上を推進する一助となっています。
