Научно-практическая конференция ХIII конгресса ТП «Фотоника» «Лазерная микрообработка в приборостроении, гравировке и маркировке» традиционно подчеркнула возможности лазерного излучения для задач микрообработки и актуальность развития лазерных технологий для целого ряда направлений электронной, приборостроительной, машиностроительной промышленности. Модератором конференции выступил Илья Грошев, руководитель отдела развития и трансфера технологий компании «Лазерный центр».

 

 

 

В приветственном слове профессор Университета ИТМО Вадим Вейко попытался сформулировать, какие вызовы сегодня стоят перед отраслью лазерной микрообработки. По его словам, речь идёт не столько о специфических проблемах, сколько о системных и микроэкономических сложностях. Прежде всего он обратил внимание на неблагоприятную бизнес-среду. Лазерные технологии микрообработки тесно связаны с промышленностью и особенно с микроэлектроникой, развитие которой в России серьёзно замедлено. Он также отметил, что сегодня как разработчики, так и их заказчики надеются на реализацию проектов только при внешнем финансировании, тогда как прямая кооперация между предприятиями развита слабо. Компании ориентируются на вертикальные схемы взаимодействия и рассчитывают получить готовое решение, а не участвовать в его создании. Кроме того, уровень отечественных разработок всё чаще уступает зарубежным — особенно в высокотехнологичных областях, таких как фотолитография. Тем не менее докладчик сохраняет надежду на рост и этой сферы, и лазерной обработки, а другие участники подтвердили это примерами достижений своих компаний, обозначив направления для развития.

 

 

Об актуальных технологических возможностях в области лазерных источников излучения рассказал Сергей Петров, начальник сектора «Лазеры» отдела продаж компании VPG LaserONE (ранее — «ИРЭ-Полюс»). 
Изменение названия компании, по словам спикера, не повлияло на преемственность технологий и качества продукции — напротив, стало шагом к обновлению и дальнейшему развитию. В аббревиатуре VPG заложено имя основателя компании Валентина Павловича Гапонцева, чьё дело продолжается под новым брендом.

Компания за прошедший год представила ряд технологических новинок. В частности, была расширена линейка одномодовых волоконных лазеров видимого диапазона VLM на ультрафиолетовый диапазон и до видимой синей границы спектра: теперь они охватывают длины волн от 322 до 775 нм, имеют мощность до 20 Вт. Данные лазеры могут использоваться для лазерной накачки, для лазерных шоу, в различных научных и медицинских целях. Ещё одна разработка, которая появится в серии GLR к началу осени, — мощный зелёный лазер для SLM-печати, в основном медью, и сварки высокоотражающих металлов. Сейчас уже доступна версия с мощностью 250 Вт, в планах — модели до 500 Вт и гибридные системы с суммарной мощностью до 2,5 кВт (микс зелёного излучения и инфракрасного). Кроме того, компания создала одномодовые мощные лазеры YLR-SM в компактном корпусе мощностью до 2 кВт, новые версии которых планируются до 3 кВт и выше. Важной частью стратегии VPG LaserONE остаётся высокая степень локализации продукции — до 95% компонентов производится самостоятельно в подмосковном Фрязино, включая оптоволокно, акустооптические кристаллы и модуляторы.

Кроме того, в прошлом году была выпущена линейка специализированного оптоволокна «Панда» для лидарных систем и гироскопов с сохранением поляризации. Компания начала работу над отечественными лазерными источниками для лидаров, включая импульсные лазеры с безопасной длиной волны в пределах 15–50 нм, применяемые для беспилотных такси, сканирования воздушного пространства.
Сергей Петров также сообщил о первом в России серийном разработанном и испытанном волоконном лазере мощностью 60 кВт. Хотя такая мощность выходит за рамки микрообработки, но она демонстрирует технологические возможности компании.

 

 

 Следующий доклад представил Петр Смирнов, инженер-технолог компании «Лазеры и аппаратура». Компания из Зеленограда более 25 лет занимается разработкой лазерного оборудования, обеспечивая до 90% локализации производства. 
При проектировании оборудования основное внимание уделяется точной настройке параметров под конкретные задачи: подбор длины волны, конфигурации пучка, типа лазера и способа подачи энергии в материал. Импульсные лазерные источники позволяют работать с хрупкими и тонкими материалами, избегая их деформации: «Благодаря этим источникам можно получить высокую интенсивность в импульсе и сделать его очень коротким, что открывает возможности уже не только для резки или сварки, но и для обработки материалов с помощью холодной абляции. Когда зона термического воздействия меньше по сравнению с непрерывными лазерными источниками, появляются довольно интересные фазовые превращения материалов, которые находят применение не только в микроэлектронике, но и в активно развивающейся области — в фотонике».

 

Например, с помощью оборудования компании можно реализовать следующие методы микрообработки (рис. 1): 
1. Микрорезка. Позволяет с минимальной зоной загрязнения удалить всю толщину материала на определенной области.
2. Скрайбирование. Способ позволяет избежать микротрещин, которые возникают при микрорезке и могут повредить топологически сформированные структуры. На машинах с фемтосекундным лазерным источником можно получить меньшее значение ширины скрайба и тем самым решить задачу в зависимости от поставленных требований.
3. Stealth Dicing (SD) — способ разделения пластины на чипы, когда плотно сфокусированный лазерный луч формирует в материале пустоты, по которым происходит разлом. Основная особенность этой технологической операции в том, что отсутствует загрязнение на поверхности, не повреждаются структуры на подложке, которая разделяется. Метод применяется на различных полупроводниковых и прозрачных материалах.
4. Лазерно-индуцированное травление. Происходит в два этапа: лазером создаются области с изменённой структурой, которые затем выборочно вытравливаются как жидкостными методами, так и сухими, например, плазмохимическим или реактивно-ионным травлением. Это позволяет получать сложные микрообъекты без напряжения в местах очень тонких или с острыми углами. 
5. Формирование отверстий до 50 мкм. Реализовано для различных отверстий в сырой керамике и других материалах, применяемых в микроэлектронных устройствах. Позволяет точно обрабатывать тонкие материалы от 1 мм. 
6. Сварка и задачи корпусирования, герметизации чипов. 
7. Подгонка параметров резисторов.
8. Обработка металлических труб с целью изготовления коронарных стентов. Здесь используется фемтосекундный лазер, позволяющий избежать деформации, и вращение оси, благодаря которой можно точно сформировать необходимый рисунок, топологию на поверхности трубки. Развитие технологий сопровождается научной работой: в сотрудничестве с МИЭТ (Московский институт электронной техники) формируется лаборатория для отработки технологий микрообработки.

 

а)                                                    б)                                                       в)

Рис. 1. Примеры использования лазеров в микроэлектронике: а) сварка корпусов микросхем; б) микрорезка чипов; в) лазерно-индуцированное травление кварцевого стекла. 
Фото компании «Лазеры и аппаратура»

 

 

Денис Чехановский, руководитель отдела продаж компании «Лазерный центр», на примерах рассказал о возможностях, которые получает заказчик, эксплуатируя лазерное оборудование. 
В оборудовании компании реализованы технологические решения для отжига, микрорезки, сварки, маркировки и подгонки резисторов (рис. 2).

 

а)                                                        б)                                                 в)

Рис. 2. Примеры применения лазерных технологий: а) прямое лазерное создание топологии; б) скрайбирование (лейкосапфир 0,5 мм, глубина скрайба 450 мкм); в) маркировка на полированной кремниевой пластине. Фото компании «Лазерный центр»

 

 

 Ключевая сфера применения — микроэлектроника, где лазер задействован практически на каждом этапе: от формирования подложек до корпусирования, юстировки и маркировки. Все типы материалов, включая полупроводники, металлы, диэлектрики и композиционные многослойные структуры, поддаются обработке с высокой точностью.

Системы лазерной маркировки компании позволяют наносить 2D-коды размером менее 100 микрон (размер одного элемента ~ 8 мкм), используя ультрафиолетовые и ИК-лазеры, специальную фокусирующую оптику с коротким фокусным расстоянием. Оборудование микросварки применяется при корпусировании приборов. Подгонка резисторов осуществляется как по толстопленочной, так и по тонкопленочной технологии. Станки лазерной резки ориентированы на работу с подложками для антенн, рамок, деталей высокоточной микроэлектроники.

Стандартное рабочее поле — 250×250 мм, точность — около 10 мкм. Разработана и крупноформатная версия оборудования (800×400 мм), ориентированная при этом на задачи высокой точности. Появился первый практический опыт производства системы отжига кремниевых пластин. На выставке «Фотоника-2025» была представлена новая система для резки стекла. 

Станки линейки «МикроСЕТ» — одно из ключевых направлений, предназначенное для широкого спектра задач: скрайбирования, резки, создания структур, текстур на поверхностях подложек. Станки оснащены высокоточной системой позиционирования на базе гранитного модуля, системой машинного зрения, что обеспечивает привязку по реперным меткам с точностью до 5 мкм, высокоточным сканатором, который позволяет производить различные операции микрообработки. 

Достигнутые параметры дорожек — 6 мкм с зазором 6 мкм на медных напылениях толщиной 3 мкм, что является высоким результатом.

Отдельным важным направлением при создании высокоточного оборудования является разработка специализированной оснастки — предметных столов, держателей и зажимов, адаптированных под конкретные материалы и процессы. Это позволяет поставлять не просто оборудование, а полнофункциональные решения, готовые к внедрению в производственный цикл.
 

 

 

Следующий интересный доклад представила Галина Романова, директор института лазерных технологий университета ИТМО, отметив, что природа давно создала эффективные решения, которые мы можем использовать в технике. Например, гидрофобные листья лотоса обладают самоочищающимся эффектом благодаря уникальной наноструктуре. Жук из пустыни Намиб умеет конденсировать влагу на своем панцире и собирать её, стоя под углом, что помогает ему выживать в экстремальных условиях. Такие природные принципы можно воспроизвести на металле, стекле и других материалах, создавая самоочищающиеся поверхности и системы сбора воды. На выставочном стенде компании демонстрировались эффекты, вдохновленные бабочкой морфо с ее сложной структурой крыльев, создающей уникальные оптические эффекты, а также стрекозой с антибактериальной поверхностью крыльев, разрушающей мембраны бактерий.

Качество и долговечность изделий зависят от структуры и химического состава поверхности. Лазерная обработка — один из самых точных методов создания нанорельефов и изменения свойств материалов. Она позволяет управлять оптическими эффектами, создавать цветные изображения и защитные метки, воспроизводить дифракционные структуры с точностью до микрометра для защиты от подделок.

С помощью лазера можно формировать гидрофобные и гидрофильные поверхности (рис. 3), что важно для создания автономных систем движения капель и защиты от биозагрязнений. Было доказано, что структура, имитирующая природные конусы, снижает биообрастание на 30–50%.

 

Рис. 3. Формирование с помощью лазерного излучения свойств поверхности. Фото: ИТМО

 

Совместно с компанией «Лазерный центр» в ИТМО разработано оборудование для повышения биосовместимости и антибактериальных свойств материалов. Например, на заводе Lenmeriot в Санкт-Петербурге с помощью разработок компании производят доступные дентальные имплантаты с улучшенной приживаемостью и остеоинтеграцией.

 

 

 

Дмитрий Тарванен, инженер по внедрению лазерных технологий компании «ЛЛС», сделал особый акцент на применении лазеров с ультракороткими импульсами в микрообработке материалов и производстве интегральной фотоники. Такие лазеры обеспечивают минимальное тепловое воздействие, благодаря чему материал испаряется без плавления, что значительно повышает точность и качество обработки. Например, при сверлении разница между фемтосекундными и наносекундными лазерами очевидна — первые дают гораздо более чистый и точный срез.

 

Ультракороткие импульсы позволяют обрабатывать широкий спектр материалов — металлы, полупроводники, стекло, пластики — благодаря многофотонному поглощению. Это открывает возможности для создания объёмных структур внутри стеклообразных материалов, записи волоконно-бреговских решеток и волноводов в плавленом кварце. Например, использование зелёных фемтосекундных лазеров с длительностью импульса около 240 фс и энергоёмкостью 100 нДж обеспечивает гибкое формирование нанорешёток и микроструктур с разрешением около 100 нм. Партнёры компании, такие как Huaray, поставляют волоконные фемтосекундные лазеры с возможностью регулировки длительности и энергии импульсов, а также  готовые системы с позиционированием, автофокусировкой и программным обеспечением, что позволяет адаптировать процесс под конкретные задачи. Компания «ЛЛС» также самостоятельно разрабатывает и производит лазерные системы для микрообработки стекла, керамики, полупроводников и сверхтвёрдых материалов с точностью до микрометра, глубиной реза до 400 микрон и высокой повторяемостью. Среди реализованных проектов — системы скрайбирования полупроводниковых пластин с вакуумной фиксацией, очистка стеклообразных материалов от загрязнений и другие. 

 

 

 

Елена Жданова, инженер-технолог «Лазерного центра», рассказала о ключевых направлениях работы лаборатории прикладных лазерных технологий и опять-таки подчеркнула преимущества пико- и фемтосекундных лазеров. 
Основная решаемая лабораторией задача — помочь заказчикам подобрать оптимальные лазерные системы под их материалы и производственные задачи через тестирование и научные исследования совместно с ведущими университетами России. В распоряжении центра более 20 единиц собственной лазерной техники с разнообразными параметрами — длиной волны, длительностью импульса и мощностью, включая новейшие установки с ультракороткими пико- и фемтосекундными импульсами. Такие лазеры востребованы в микрообработке, микроэлектронике и медицине. Центр использует преимущественно отечественные излучатели от «Поларус», «Нордлэйз», VPG LaserONE («ВПГ Лазеруан»), «Авеста-проект», что поддерживает технологический суверенитет России. Недавно разработаны универсальные платформы с возможностью установки любых излучателей, оснащённые системами видеозрения и точного позиционирования.

 

Елена Жданова привела примеры успешных кейсов: чистая резка микротонких перемычек толщиной 50 мкм, точное вырезание сеток из танталовой фольги 30 мкм, а также скрайбирование стекла К-208 толщиной 120 мкм для космических приложений, где традиционные наносекундные лазеры вызывают перегрев и трещины (рис. 4). Пико- и фемтосекундные лазеры обеспечивают качество обработки, сопоставимое с качеством после обработки алмазным резцом, но без использования расходных материалов. 

 

Рис. 4. Обработка стекла. Фото компании «Лазерный центр»

 

 

 

Савелий Иоффе из компании «Нордлэйз» также посвятил доклад обработке материалов лазерами с ультракороткими импульсами. Как и ранее выступивший коллега, он констатировал преимущества данных источников и отметил, что оптимизация параметров, таких как скорость сканирования, частота импульсов и энергия, позволяет достичь производительности лишь в 3–4 раза ниже, чем у наносекундных систем, но при этом сохраняя сверхвысокую точность и нетермический характер обработки.

Компания специализируется на производстве лазеров с длительностью импульсов в пикосекундном диапазоне и уделяет большое внимание разработке технологий. 

В области обработки металлов пикосекундные импульсы обеспечивают поверхностное взаимодействие, минимизируя глубину проникновения, что повышает точность и качество. Например, компания изучала микрорезку и очистку титана и попутно добилась снижения шероховатости поверхности за счёт использования длительного импульса около 50 пс, позволившего реализовать промежуточный термический режим.

В работе с диэлектриками, особенно стеклом, основное получаемое преимущество — это возможность многофотонной и полевой ионизации в видимом спектре, что позволяет эффективно удалять материал в объёме и на поверхности. Так, компания «Нордлэйз» достигла формирования в стекле сферических микроструктур высотой до 60 мкм и диаметром до 200 мкм, планируя использовать результаты исследования для создания сэндвич-структур «умных» окон. Варьируя частоту повторения импульсов, также успешно реализовали процесс удаления с поверхности стекла плёнок, краски, хромовых покрытий толщиной около 100 мкм, сохранив структуру стекла.

С полупроводниками связан кейс приварки кремниевых пластин к поверхности стали для корпусирования опто-электрических элементов. На поверхности была получена концентрация кремния до 18%, что соответствует модификациям стали с кремнием. 

Докладчик также представил результаты обработки сапфира и материалов типа ITO, актуальных для фотовольтаики, сверхтвёрдых материалов — алмаза и термостойкой керамики.

Особое внимание Савелий Иоффе уделил обработке полимеров и композитов, где традиционные наносекундные импульсы не обеспечивают равномерность сплавления, а пикосекундные источники демонстрируют равномерную резку и удаление благодаря высокой пиковой мощности и эффективности поглощения.

 

 

Завершающий доклад Ивана Мухина, проректора по науке Академического университета имени Ж.И. Алфёрова, был посвящён применению лазерных технологий для систем безмасковой литографии в микроэлектронике и фотонике. Литография основана на воздействии излучения на фоточувствительный резист с изменением его физико-химических свойств. Технологии литографии эволюционировали по точности техпроцессов от микронных масштабов (10 мкм в 1971 г.) до нанометров (5 нм в 2022 г.), при этом современные процессы литографии включают около 15 этапов.

Существуют три основных подхода к оптической литографии: контактная, где используются фотошаблоны; проекционная с фокусированием через линзу и безмасковая, когда лазерный пучок рисует структуру точка за точкой прямо в резисте. 

Безмасковая литография очень востребована в работе университета, удобна для научных исследований и быстрого прототипирования, но из-за долгого времени экспонирования плохо подходит для массового производства. 
Области применения безмасковой фотолитографии: микро- и наноэлектроника, полупроводниковые приборы, фотошаблоны, фотоника и ФИС, МЭМС, микродисплеи, микрофлюидика, квантовые устройства, 1D- и 2D-материалы, биотехнология и медицинская инженерия (рис. 5).  
Лазерный центр совместно с Академическим институтом имени Ж.И. Алфёрова занимается разработкой системы «Луч-2» для безмасковой фотолитографии. В системе используется лазер с длиной волны 405 нм, высокоточная система позиционирования и автофокусировка, обеспечивается точность при совмещении литографий 0,5–1 мкм. Это позволяет создавать многослойные структуры с высокой точностью, что значительно расширяет возможности лазерной литографии для научных и прикладных задач.

 

Рис. 5. Области применения лазеров для микрообработки. Фото Академического университета имени Ж.И. Алфёрова

 

 

 

В представленных докладах участники уделили большое внимание результатам исследовательских работ, демонстрации многочисленных сложных кейсов, в которых лазерное излучение позволило добиться впечатляющих результатов. Поэтому особенно актуально прозвучало выступление Андрея Щербинина, руководителя направления программы проектов Российского научного фонда, который анонсировал государственную поддержку в 2025 г. именно науки. 
Докладчик представил ретроспективу государственных мер поддержки в области электронной промышленности и отметил, что их эволюция в гражданском секторе была последовательной и логичной: поддержка разработок и производства радиоэлектронной аппаратуры, электронной базы, материалов, оборудования. Он подчеркнул, что через Российский научный фонд и Фонд перспективных исследований финансируются НИР на ранних стадиях, прикладные исследования в области химии и материалов, технологических процессов. Большой плюс заключается в том, что в данном случае не стоит задача коммерциализации и запуска продукции в серию, в отличие от условий поддержки, которые осуществляют другие фонды. А значит, участники данных госпрограмм смогут браться за новые актуальные задачи, совершенствовать свою продукцию, обеспечивать задел для развития новых перспективных направлений.

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 4-2025