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半导体材料的激光精密如何破局

发布时间:2021-10-12

  9月15日美国对华为的芯片禁令正式生效,华为麒麟高端芯片陷入断供局面。在大限之前,华为还派专机去抢运联发科的芯片,而这些芯片最多维持半年之久。这两年,关于芯片、光刻机等半导体产业的资讯往往容易牵动人心。
  同样在9月,全球芯片行业发生史上最大金额并购交易。美国芯片制造巨头英伟达斥资近400亿美元(约合2700亿元人民币),宣布从日本软银集团手中收购英国芯片设计厂商ARM。ARM是英国最具科技力量的代表公司,分量与中国的华为相当。如果收购成功,意味着美国将进一步掌控芯片上游的关键领域。
  中国投9.5万亿发力半导体,期望破局
  目前,无论是半导体芯片还是集成电路板,中国都是世界最大的消费市场,每年进口的集成电路价值超过3000亿美元。将来中国还会大力发展5G、微电子、高速通信、智能汽车、高端制造设备等,对芯片和集成电路板等半导体材料产品的需求,有望进一步增长。
  为了摆脱外国对我国在半导体材料产品的限制,政府已经把这项任务摆到重要战略位置,并将在“十四五”规划里面体现。近日有媒体称我国将举全国之力发展半导体产业,2025年前将投放9.5万亿人民币(1.4万亿美元)投入半导体产业,这项任务的优先程度,“如同当年制造原子弹一样”。力求五年后,国产半导体材料产品自产率可达70%。
  半导体材料与激光制造
  目前我国也拥有一定的半导体材料制造能力,但就是在精度、工艺制程方面与发达国家领先水平差了至少两代的技术。因此高端精密制造技术将是我国半导体产业发展的一个重要因素。
  半导体产业发展会带来产线扩产,2017-2020这4年间,全球预计新建62条晶圆加工线,在中国将新建26座晶圆厂,中国将成为全球新建晶圆厂最积极的地区。制造产线的扩产必将带来半导体加工设备的需求,光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机等,半导体设备是半导体制造的基础。行业内有一句话:一代设备、一代工艺、一代产品,设备为先。有什么样的设备才能做出什么水平的产品!
  激光技术相关设备是半导体加工设备的重要部分,包括光刻机、激光刻蚀机、激光划片机、激光打孔机以及激光精密切割机等。激光光束以其非接触式、高效、气化、刻蚀等效果,在处理半导体材料时有着独特的效用。
  硅基晶圆激光切割
  许多硅基材料的晶圆切割已经由原来机械切割发展到激光精密切割,激光技术具有高效、切割平滑、一次成型、免除复杂二次加工等优点,同时产生较少的污染废弃物。早期的激光切割晶圆采用了纳米紫外激光,紫外激光具有冷加工的特点,热影响较小。近几年,由于设备的升级,逐渐转向了超快激光,目前以皮秒激光为主。随着超快激光器功率逐渐提升,未来有望过渡到使用紫外皮秒激光甚至是飞秒激光实现更精密、更快的加工。
  约莫十多年前,日本滨松光子公司开发出全世界最早的激光“隐形切割法”,在晶圆切割实际应用上前景可期。此方法是将部分透明的激光光斑聚焦在板材内部接近晶圆表面之处,并沿着预定方向对材料引发可控制的破坏。当材料内部具备的功率密度足够,会形成一条微裂纹、点缺陷的线,与制作纪念品的玻璃半成品内部3D激光打标雷同,且如同任一种划线法,施加内部缺陷后必须再进行劈裂作业。
  近年来,中国的厂商也越来越多地成功研制激光隐形切割设备,如大族显示与半导体,苏州德龙激光等。今年5月,媒体报道了中国电子旗下中国长城郑州轨道交通信息技术研究院和河南通用智能装备有限公司联合攻关,研制成功半导体激光隐形晶圆切割机。该设备采用特殊材料、特殊结构设计、特殊运动平台,可以实现加工平台在高速运动时保持高稳定性、高精度,运动速度可达 500mm/s。国际上先进水平切割速度可高达600 mm/s,具体的结果还跟材料性质、厚度与激光器功率参数相关。
  未来我国半导体产业将会迎来高速发展期,除了带来大量设备需求,在晶圆材料的加工批量将会成倍增长,对激光精密加工,尤其是超快激光器的需求量是非常可观的。
  在可预见未来几年,半导体材料、触摸屏、消费电子零部件制造等将会是超快激光工业应用最为重要的几个领域,其中半导体材料的切割、刻划、打孔等应用将会很大。如今国产超快激光光源快速发展,20瓦的皮秒激光器已经从原来约一百万降到不到40万,接着精密激光设备采购成本也会下降。这对即将到来的半导体产业大发展是一个利好,每年可产生千台量级的超精密激光设备需求。
  超快激光设备加工效果的稳定与热能量控制有重要联系,广州特域机电有限公司今年推出了用于皮秒、飞秒、纳秒等超快固体激光器冷却的冷水机——CWUP-20激光冷水机
  CWUP-20这款冷却设备温控精度为±0.1℃,制冷技术已经赶上了外国领先水平。特域机电顺应超快激光精密加工的发展势头,经历多年攻关研发,终于成功研发出这款超快激光冷水机,为行业带来福音,这将为我国未来超快激光规模应用提供可靠的冷却解决方案。
  本文由特域机电撰写,转载请注明出处www.teyu.com.cn


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