光学材料分野では、研削加工により発生するSSDが強度低下や破壊起点になり、微小亀裂が残存すると抗折強度が低下することも広く知られています。 [1]
脆性材料から成る部品・製品の製造工程において、いかに新たな損傷を与えずに変質層を除去するかが重要な課題となります。

SSD：サブサーフェスダメージ（Subsurface Damage）とは
主に研削や加工プロセス中に材料の表面下に発生する微細なクラックや欠陥の事を指します。これらの損傷は、数μm～数十μmに及ぶ場合があり、光学部品や半導体デバイスにとって性能や信頼性に重大な影響を与えることがあるため注意が必要です。

引用：表面下損傷 | Edmund Optics

　変質層やSSDの除去方法は、材質や要求品質によって最適解が異なります。
自社ワークに適した処理方法についてご提案可能です。

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2.現在用いられている除去方法と課題

1）ケミカルエッチング（HF系）

ガラス分野ではHFによる化学エッチングがSSD除去に使用されています。 [2]
しかし、以下のような課題があります。

• クラックが拡大し、くぼみやディンプルが発生
• 薬液管理・安全対策が必要
• 廃液処理コスト

2）ドライ（サンド）ブラスト

異物や損傷層を除去できる一方で、以下の事象が問題になります。

• 新たなマイクロクラックを発生させる可能性
• 粉塵発生
• 表面粗化のばらつき

 他工法では新たな損傷や品質ばらつきといった課題が残ります。
 これらの課題を解決する方法については、以下をご覧ください。

マイクロクラックを抑制する加工方法とは？

3.ウェットブラストという選択肢 ～ 微細粒子×水媒体による除去

脆性材料の損傷発生は、衝撃エネルギーと応力集中が支配的です。 [3]
ウェットブラストは微細メディアを容易に扱える特長を生かし、以下を実現可能です。

• 粒子衝突エネルギーの緩和＝新たなマイクロクラックの要因抑制
• 幅広ガンによる、高速で均一な加工
• 粉塵レスな作業環境

サンプルテストによる適用可否の確認も可能です。

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4.実際の適用事例

ウェットブラストによる変質層除去は、さまざまな材料・形状で適用されています。 ここでは、実際の処理前後の例をご紹介します。

• ガラスの変質層・加工目除去

半導体装置部品の前処理例
加工目や脆弱層を除去し、クラックを抑制しながら均一に仕上げます。

このほかにも、セラミック基板や精密部品など様々なワークで適用実績があります。

他の適用事例も見る

　　　　　　　　　　　　　　　　　
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5.まとめ

脆性材の変質層除去は、以下の観点から不可欠です。

• 強度維持
• 信頼性向上
• 破壊起点の排除

ウェットブラストは新たな損傷を抑制しつつ変質層を除去するだけでなく、クリーン、安全、均一加工、高速という特長を持ちます。それらを活かしたロボット式装置や加工セル化によって、量産ラインの革新を提案いたします。
ウェットブラストが適用可能か、まずはお気軽にご相談ください。

 

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入門：ウェットブラストとは 　　            －(1)原理・特長・できること－

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xEVパワーモジュール向け窒化ケイ素基板の高信頼性表面処理技術　　　　　　　－ウェットブラストによる歩留まり向上と環境対応の両立－

✎ 著者情報

グローバルマーケティング部　佐田　俊彦

✎ 出展・参考文献

本コラムは、以下の学術論文および学術誌の内容を参考に、製造現場向けに再構成した解説記事です。

【参考文献】

[1] Suratwala, T.I. et al., Optical Engineering, 2019.
https://doi.org/10.1117/1.OE.58.9.092604

[2] Li, Y. et al., Optics Express, 2010.
https://doi.org/10.1364/OE.18.017180

[3] Huo, Y. et al., Surface & Coatings Technology, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.105088