微細加工技術

このページでは、微細加工技術を解説します。

TDCの精密研磨加工サービスについては、『精密加工研磨加工・超精密研磨加工-精密加工のサービス』ページもご覧ください。

微細加工とは

微細加工とは金属や樹脂といった対象物に、マシニングセンタ、レーザー加工機、放電加工機などによりミクロンスケールでの加工を行う技術の呼称となります。

似た言葉として「精密加工」が挙げられますが、精度による明確な違いの基準はありません。

一般的に100μm未満の領域を微細加工と言うことが多く、精密加工より細かいレベルでの加工が行われます。また、微細加工をおこなうことができる機器のことを「微細加工機」と呼び、マシニングセンタの中でも一部の機械に限られます。

微細加工はさらに、以下のように細かく分けられます。

• 微細穴加工
• 微細溝加工

微細穴加工

微細穴加工とは微細穴加工とは、100μm未満の小さな穴を空ける加工となります。その用途は多岐に渡り、電子機器、半導体、医療などの分野で要求される技術のひとつです。

高精度な微細加工機を使用し、回転速度などの設定や気温などの外的要因まで考慮に入れることで高品質な加工を行います。

微細溝加工とは

微細溝加工とは、幅100μm未満という極細い溝を作る加工となります。微細穴加工と同様に、半導体や電子部品、医療機器などの分野などに用いられており、微細な溝構造体であるマイクロ流路、微細な装置の放熱フィンなどにおいて必要不可欠な加工技術のひとつです。

一般的な溝加工と異なり微細溝の間も極小幅となる場合が多く、強度と垂直度を確保できるよう設計段階からの対策が重要となります。

超微細加工との違いは？

ミクロンスケールとなる微細加工よりもさらに細かいナノスケールレベルでの加工を、超微細加工と呼ぶことがあります。

しかし、明確な定義は定められておらず、企業などによってその違いは異なるケースがほとんどとなります。

加工方法別の微細加工

微細加工はさまざまな加工方法を用いることで実現されます。

代表的な微細加工方法は、以下となります。

切削による微細加工

微細加工を切削や研削にて行う場合、工具の精密な回転や送り出しが可能な加工機を用います。また、工具は耐久性があり、切れ刃が鋭い専用の工具を用いることが一般的です。

切削や研削では三次元の形状を作り出すことができますが、薄くて柔らかい対象物の場合は変形しやすい点に注意が必要となります。

マシニングによる微細加工

マシニングセンタの大きな特徴のひとつとして、「ATC（自動工具交換装置）」を備えている点が挙げられます。ATCは機器内に格納された複数の工具を自動で交換できる機能で、本来であれば複数の機器を用いらなければ行えなかったフライス削りや穴あけ、ねじ立てといった加工を、マシニングセンタ1台でプログラミング通りに一度で行うことが可能です。

マシニングセンタは微細加工を行う工作機械のなかでも広く使われ、直径0.01mm程度まで小さい微細加工用の工具を使って仕上げを行います。

レーザーによる微細加工

レーザー加工は、近紫外線レーザー・遠紫外線レーザー・超短波パルスレーザーといったレーザー光線を小さな面積まで集光させて加工することができるため、微細加工に広く用いられる加工方法のひとつです。

自由曲線切断や穴あけといった微細加工が可能で、特に超短波パルスレーザーは低温での加工となるため熱による損傷が少なく、ガラスといった難加工材に対しても微細加工を施すことが可能です。

放電加工機による微細加工

切削や研削にて加工の歪みが発生しやすい材料に対しては、形彫放電加工やワイヤ放電加工を用います。

放電加工はアーク放電によって生じる熱で対象物を加工する仕組みであるため、超硬合金のような硬い材料に対しても加工が可能です。

放電痕によって加工面が粗くなりやすいため、研磨して仕上げを行う必要があります。

微細加工技術から製造されるもの

微細加工技術は、以下のような部品・製品に活用されています。

• 半導体
  スマートフォン、薄型テレビ、パソコン、自動車、音楽プレイヤー、デジタルカメラ
• 液晶ディスプレイ
  スマートフォン、薄型テレビ、パソコン、
• MEMS
  スマートフォン、薄型テレビ、パソコン、自動車、音楽プレイヤー 、デジタルカメラ

微細加工に求められるポイント

微細加工では非常に細かい切削作業を行うため、精度を保つための対策が求められます。

精度の高い加工機

微細加工では制度の高い加工機械が非常に重要となります。

微細穴や微細溝では100μm以下の加工が求められるため、一般的なマシニングセンタでは精度の高い加工が行えません。

一定の温度環境下で加工・測定を行う

樹脂や金属は温度の変化により収縮するという特性を持っています。

温度変化による影響を回避するために、切削条件やクーラントの管理、恒温室の準備などが必要となります。

機械の振動対策

精度の高い加工には、周辺からの微小な振動が大敵となります。

微細加工機の設置場所を1m程度掘りこんで基礎を作るなど、振動対策を行うことが重要となります。

精度の高い測定機器を使用する

寸法精度が求められる微細加工では、高性能なCNC画像測定器などの機器が必要となります。

微細加工の品質は、このような精度の高い測定機器があって初めて担保されます。

材質の選択・管理

微細加工では材質の特性を理解し、用途に合わせた材質を選択することが重要です。

たとえば樹脂などの素材は、吸湿によって寸法変位を起こします。

TDCで所有している微細加工機

TDCでは、微細加工のための以下の設備を保持しております。

• 片面鏡面ラップ機
  … 鏡面加工や平面度・平行度など高精度な精度入れを行う際に使用します​
• 両面ラップ機
  … GCラップ研磨機として使用しています​
• CMPラップ機​
  … CMP研磨専用装置です
• 平面研削盤​
  … 厚み研磨や精度入れに使用します
• 長尺金属箔鏡面加工機​
  … 1​メートル以上の長尺箔を研磨する装置です​
• ​高精度ロール研磨機
  … ロールやシャフトの内径や外径を鏡面に仕上げる装置です​

微細加工にはぜひTDCの研磨技術を活用ください

TDCでは、独自の技術開発とノウハウの蓄積によって、超精密ラップ・超精密研磨の分野で世界最高水準の研磨加工技術を保持しています。

この研磨技術は、微細加工の下地の平坦性や平滑性を出すための研磨工程において、広く取り入れていただいております。

鏡面出しや平面度出しが必要となる微細加工には、ぜひTDCの研磨技術をご活用ください。

関連ページ