【ハイスピードカメラレンタル&受託計測サービス実績紹介】

世界初!ウォーターガイドレーザーによる SiC 内部の加工現象可視化に成功
―東京大学 増井周造先生

次世代社会のインフラを支える中核技術として期待されているパワー半導体SiC。

東京大学大学院 工学系研究科 増井周造先生は、ハイスピードカメラレンタル&受託計測サービスを利用し、ウォーターガイドレーザーによるSiC加工の新しい道筋を切り開く成果を上げられました。

増井周造先生

次世代パワー半導体「SiC」の可能性

EVや再生可能エネルギーの普及に伴い、SiC(シリコンカーバイド)は次世代パワー半導体の主役候補として注目されています。SiCは高耐圧・高効率・耐熱性に優れ、電気自動車、太陽光発電、高効率モーターなど幅広い分野での応用が期待されています。

課題:SiCは加工が難しい

SiCは硬くて脆いという性質があり、従来の機械加工では工具の摩耗や欠陥が発生しやすく、微細な加工は特に困難と言われています。高精度な加工技術の確立が、製品性能向上に直結する重要な課題となっています。

解決策:ウォーターガイドレーザー 

増井先生は、ウォーターガイドレーザー(Water Jet Guided Laser Processing:以下 WGJL)による加工に着目。ナックのハイスピードカメラレンタル&受託計測サービスを活用し、世界に先駆けて、WGJLによるSiC 内部の微細深穴加工の可視化に成功しました。

WGJLは、レーザーを水ジェット内に伝播させることで加工位置を焦点に限定せず、さらに水ジェットによるデブリの排出と冷却効果も得られるため、SiCのように硬くて脆い素材の加工(特に微細穴加工)への応用が進んでいる技術です。

使用したハイスピードカメラはMEMRECAM ACS-1 M60、毎秒10,000コマで撮影しています。加工レーザーとシャッターを同期させることで、1パルスごとの現象の変化を可視化しています。

加工が進展していく様子と、そこに発生するプラズマの変化の過程が明瞭に捉えられています。これによりWGJLの課題である「穴深さ律速メカニズム」(ジェットの安定長限界によるレーザー伝播の破綻)の原因を推定することができました。

Ⓒ東京大学工学系研究科 高橋・道畑研究室

WGJL装置内部。水しぶきを抑えるため、SiCサンプルを透明な板で挟んでいます。SiCは半透明のため、顕微光学系の反対側からパルスレーザー照明をバックライトになるように配置しています。

Ⓒ東京大学工学系研究科 高橋・道畑研究室

加工レーザー、ハイスピードカメラ、パルスレーザー照明が同期されています。また、フォトディテクタ(PD)で加工レーザー照射の散乱光を捉えることで、ハイスピードカメラの録画トリガが入る仕組みとなっています。

 

増井先生のコメント

なぜカメラレンタル&受託計測サービスを選ばれたのでしょうか?

『狭い装置内で高速かつ微細な現象を撮影する必要があるほか、加工中は激しい水しぶきが発生するという、非常に難しい撮影環境。さらに世界でまだ誰もチャレンジしていない試みでしたので、高速撮影のエキスパートの力を借りようと考えました』

ナックにお任せいただいたご感想はいかがでしょうか?

『こちらの課題解決にむけて、親身にアドバイスしてくださりとても助かりました。特殊な光学系や照明機材の選定から、実際に現場に足を運んでもらい撮影のノウハウを惜しみなく発揮していただきました。おかげでとても良い結果が得られたと思っています』

増井先生、今回の取材にご協力をいただき誠にありがとうございました。

 

ハイスピードカメラレンタル・受託計測サービス

「予算確保が難しい」「頻度が少ない」「すぐ結果が欲しい」そんなお客様の声にお応えし、ナックでは カメラレンタル・受託計測サービスを展開中。シンプルな機材貸出から撮影代行、コンサルティングまで、ニーズに合わせたプランをご用意しております。

 

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