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特域浅谈:精密激光加工的下一轮热潮在哪里?

发布时间:2022-10-08 11:46:35

精密激光冷水机

不久前,苹果公司正式宣布新一代iPhone 14发售,延续一年一款更新的习惯,不少用户纷纷感叹“原来iPhone已经出到14”,并在短时间内中国市场赢得过百万台的网络预订,可见iPhone仍受年轻人欢迎。

智能手机掀起

遥想十多年前,智能手机刚刚推出时,工业激光加工技术仍然处于较低水平,光纤激光与超快激光均是新鲜事物,在国内更是空白状态,精密激光加工无从谈起。自2011年起,低端的精密激光打标逐渐在国内开始应用,当时主要谈论的是小功率的固体脉冲绿光与紫外激光器,正在此时,超快激光器技术在国外开始成熟商用,超快精密激光加工开始被人们谈论。

精密激光加工的批量应用,很大程度上得益于智能手机的推动。摄像头玻片、指纹模组、HOME键、摄像头盲孔、手机面板的异形切割等,都是得益于超快激光精密切割技术突破来实现。特别是国内主要的几家激光精密加工设备商包括大族、盛雄激光、德龙激光等的精密加工业务都是来源于消费电子加工。可以说,上一轮的精密激光加工热潮是由消费电子带动的,特别是智能手机和显示面板。

2021年至今年,智能手机、穿戴手环、显示面板等消费产品均呈现下滑趋势,导致消费电子加工设备需求减弱,精密激光加工设备增长面临较大压力。那么新款iPhone14能带动新一轮加工热潮吗?按照目前人们换手机意愿降低的趋势,几乎可以肯定智能手机如果没有革命性的技术突破,是无法带来市场需求新增量,几年前成为热点的5G和折叠屏手机只能是带来部分存量置换。

那么,下一轮精密激光加工的需求爆发点可能在哪里?

超快精密加工半导体

中国半导体与芯片产业崛起

中国是名副其实的世界工厂,2020年我国制造业增加值占世界的份额达28.5%,正是因为庞大的制造业,为激光加工制造带来巨大的市场潜力。然而我国制造业前期技术积累薄弱,大多数属于中低端产业,过去十多年进行产业升级,在机械、交通、能源、海工、航空航天、制造装备等都取得长足的进步,包括激光器和激光装备快速发展,大大缩小了与外国先进水平的差距。

唯独在芯片产业上,我国仍然受到外国较大的限制,特别是美国近年企图对我国芯片实施围堵断供。全球芯片产业形成了美国设计开发、日本提供原料、韩国和中国台湾加工组装的产业链。中国大陆作为全球最大的半导体与芯片消费市场,在芯片产业自主化上比较滞后,中国市场的芯片销售额达到1925亿美元,占全球销售额的34%,外国的围堵倒逼我国加大投入芯片技术,因此过去4年里国家已经大力扶持芯片产业发展,并将其列入中长期战略计划。

国际半导体产业协会的统计数据显示,中国大陆的晶圆厂建厂速度位居全球第一,预计至2024年底,将建成31座大型晶圆厂,主要锁定成熟制程;设厂速度大幅超越台湾同期间预定投入运作的19座,以及美国预期的12座。

不久前,我国宣布上海集成电路产业突破了14nm芯片的制程,并且实现了一定规模的量产。对于一些在家电、汽车以及通信所使用到的28nm以上的芯片,我国都有着非常成熟的制作工艺,能够完好地满足我国对于大部分芯片的总体需求。随着美国出台芯片法案,中美两国在芯片技术的竞争更为激烈,而且有可能出现供应过剩情况。2021年中国进口芯片已经开始出现大幅下降。

激光在半导体芯片的加工

晶圆是半导体产品与芯片的基础材料,晶圆生长后需要经过机械抛光,后期尤为重要的是晶圆切割加工,也叫晶圆划片。早期短脉冲DPSS激光器切割晶圆技术已经在欧洲、美国发展成熟。随着超快激光器的快速发展和功率提升,超快激光切割晶圆未来将会逐渐成为主流,特别在晶圆切割、微钻孔、封测等工序上,设备需求潜力较大。

目前国内已经有精密激光设备厂家能够提供晶圆开槽设备,可应用于28nm制程以下12寸晶圆的表面开槽,以及激光晶圆隐切设备应用于MEMS传感器芯片,存储芯片等高端芯片制造领域。在2020年深圳某大型激光企业已经研发出激光解键合设备,实现玻璃片和硅片分离,可用于高端半导体芯片应用。

2022年中,武汉某激光企业推出行业首款全自动激光改质切割设备,成功应用于芯片领域的激光表面处理。该设备采用高精度飞秒激光,使用极低脉冲能量,针对半导体材料表面进行微米范围内的激光改质处理,从而极大改善半导体光电器件的性能。适用于高成本、窄沟道(≥20um)化合物半导体SiC、GaAs、LiTaO3 等晶圆芯片的内部改质切割,如硅芯片、MEMS传感器芯片、CMOS芯片等。

我国正在攻关光刻机设备关键技术,将会带动光刻机涉及用到的准分子激光器、极紫外激光器的需求,而配套的激光冷水机也需要跟上需求。

特域超快激光冷水机,可用于10-40W皮秒、飞秒紫外激光器的制冷。以往的激光冷水机,温控精度最高可达±0.3℃,但这款超快激光冷水机取得了很大的突破,温控精度可以达到±0.1℃。更精准的温控精度,可以有效减少水温波动,稳定激光设备出光率。同时,还增加了Modbus RS-485通讯协议,设备控制系统实时监测冷水机工作状态和远程控制冷水机参数及启停。更高的温控精度,更智能化检测,为激光用户带来更方便的制冷系统。

超快激光冷水机

精密激光加工走向高端芯片或成下一轮热潮

由于以往我国半导体芯片产业薄弱,激光加工芯片的研究和应用偏少,而是首先在下游消费电子产品终端组装得到了一些应用。未来我国的精密激光加工主要市场将会从一般电子零部件加工逐渐往上游材料和核心元件移动,尤其是半导体材料、生物医疗、高分子聚合物材料等制备。

半导体芯片产业的激光应用工艺将会越来越多被发明出来,对于高精密的芯片产品,非接触的光加工是最合适的方式。凭着庞大的需求量,芯片产业极有可能将会托起下一轮精密激光加工设备的需求热潮。


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