أين ستكون الموجة التالية من الطفرة في مجال معالجة الليزر الدقيقة؟

أعلنت شركة آبل مؤخرًا رسميًا عن إطلاق الجيل الجديد من آيفون 14، محافظةً على نهجها في إصدار تحديث سنوي. وقد أثار هذا الإعلان دهشة العديد من المستخدمين، حيث وصل آيفون إلى الجيل الرابع عشر. وسرعان ما تجاوزت الحجوزات الإلكترونية مليون حجز في السوق الصينية. ولا يزال آيفون يحظى بشعبية واسعة بين الشباب.

أدت الهواتف الذكية إلى إطلاق الموجة الأولى من الطلب على معالجة الليزر الدقيقة

قبل أكثر من عقد من الزمان، مع إطلاق الهواتف الذكية، كانت تقنية المعالجة بالليزر الصناعية لا تزال في مراحلها الأولى. كان ليزر الألياف والليزر فائق السرعة جديدين تمامًا في السوق الصينية، ناهيك عن المعالجة الدقيقة بالليزر. منذ عام ٢٠١١، بدأ تطبيق تقنية الوسم بالليزر الدقيق منخفض التكلفة تدريجيًا في الصين. في ذلك الوقت، كان يُناقش استخدام ليزر النبضات الصلبة الأخضر منخفض الطاقة وليزر الأشعة فوق البنفسجية. أما الآن، فقد بدأ استخدام الليزر فائق السرعة في الأغراض التجارية، وتُثار نقاشات حول المعالجة الدقيقة بالليزر فائق السرعة.

يعود الانتشار الواسع لتقنية المعالجة الدقيقة بالليزر إلى حد كبير إلى تطور الهواتف الذكية. فقد استفادت عمليات إنتاج أجزاء الكاميرا، ووحدات بصمات الأصابع، ومفاتيح الصفحة الرئيسية، وفتحات الكاميرا، وقطع ألواح الهواتف المحمولة ذات الأشكال غير المنتظمة، وغيرها، من التطور التكنولوجي الهائل في مجال القطع الدقيق بالليزر فائق السرعة. وتعتمد أعمال المعالجة الدقيقة لدى كبرى الشركات الصينية المصنعة لتقنية المعالجة الدقيقة بالليزر على قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية. بمعنى آخر، فإن الموجة الأخيرة من ازدهار هذه التقنية مدفوعة بقطاع الإلكترونيات الاستهلاكية، وخاصة الهواتف الذكية وشاشات العرض.

قطع الألواح بالليزر

منذ عام 2021، شهدت المنتجات الاستهلاكية كالهواتف الذكية والأساور الذكية وشاشات العرض انخفاضًا ملحوظًا، مما أدى إلى تراجع الطلب على معدات معالجة الإلكترونيات الاستهلاكية وزيادة الضغط على نموها. فهل يُمكن لهاتف iPhone 14 الجديد أن يُطلق موجة جديدة من ازدهار المعالجة؟ ولكن بالنظر إلى الاتجاه الحالي المتمثل في عزوف الناس عن شراء هواتف جديدة، فمن شبه المؤكد أن الهواتف الذكية لن تُساهم في النمو الجديد للطلب في السوق. أما تقنية الجيل الخامس والهواتف القابلة للطي، التي لاقت رواجًا قبل بضع سنوات، فستُساهم فقط في تعويض جزئي للمخزون. إذن، أين يكمن الارتفاع المُرتقب في الطلب على معالجة الليزر الدقيقة؟

صعود صناعة أشباه الموصلات والرقائق في الصين

تُعدّ الصين مصنعًا عالميًا حقيقيًا. ففي عام 2020، بلغت القيمة المضافة للصناعة التحويلية الصينية 28.5% من الحصة العالمية. وتُشكّل هذه الصناعة التحويلية الضخمة مصدرًا هائلًا لإمكانات سوقية هائلة في مجال معالجة وتصنيع الليزر. مع ذلك، لا تزال الصناعة التحويلية الصينية تعاني من ضعف في التراكم التقني في مراحلها الأولى، ومعظمها صناعات متوسطة ومنخفضة التكلفة. وقد شهد العقد الماضي تقدمًا كبيرًا في مجالات الآلات والنقل والطاقة والهندسة البحرية والفضاء ومعدات التصنيع، بما في ذلك تطوير الليزر ومعداته، مما ساهم بشكل كبير في تضييق الفجوة مع المستوى العالمي المتقدم.

وفقًا لإحصائيات رابطة صناعة أشباه الموصلات، فإن الصين القارية هي أسرع دولة في العالم في بناء مصانع أشباه الموصلات، حيث من المتوقع الانتهاء من 31 مصنعًا كبيرًا تركز على العمليات الناضجة بحلول نهاية عام 2024؛ وقد تجاوزت هذه السرعة بشكل كبير 19 مصنعًا من المقرر تشغيلها في تايوان والصين خلال نفس الفترة، بالإضافة إلى 12 مصنعًا متوقعًا في الولايات المتحدة.

أعلنت الصين مؤخرًا أن صناعة الدوائر المتكاملة في شنغهاي قد تجاوزت مرحلة تصنيع رقائق 14 نانومتر، وحققت مستوىً معينًا من الإنتاج الضخم. وبالنسبة لبعض الرقائق التي تتجاوز 28 نانومتر، والمستخدمة في الأجهزة المنزلية والسيارات والاتصالات، تفتخر الصين بامتلاكها عملية إنتاج متطورة للغاية، وقادرة على تلبية الطلب المحلي على معظم هذه الرقائق. ومع تطبيق قانون CHIPS الأمريكي، اشتدت المنافسة التكنولوجية بين الصين والولايات المتحدة في مجال الرقائق، ما قد يؤدي إلى فائض في العرض. وشهد عام 2021 انخفاضًا ملحوظًا في واردات الصين من الرقائق.

رقاقة معالجة بالليزر

الليزر المستخدم في معالجة رقائق أشباه الموصلات

تُعدّ الرقائق المادة الأساسية لمنتجات أشباه الموصلات والرقائق الإلكترونية، والتي تحتاج إلى صقل ميكانيكي بعد نموها. وفي مرحلة لاحقة، تُعتبر عملية تقطيع الرقائق، أو ما يُعرف أيضًا بتقطيع الرقائق إلى شرائح، ذات أهمية بالغة. وقد طُوّرت تقنية تقطيع الرقائق باستخدام ليزر الحالة الصلبة ذي النبضات القصيرة (DPSS) ونضجت في أوروبا والولايات المتحدة. ومع ازدياد قوة الليزر فائق السرعة، سيصبح استخدامه هو السائد تدريجيًا في المستقبل، لا سيما في عمليات مثل تقطيع الرقائق، وحفر الثقوب الدقيقة، واختبارات بيتا المغلقة. ويُعدّ الطلب المحتمل على معدات الليزر فائق السرعة كبيرًا نسبيًا.

يوجد حاليًا في الصين مصنعون لمعدات الليزر الدقيقة قادرون على توفير معدات تقطيع الرقاقات، والتي يمكن استخدامها لتقطيع سطح رقاقات بحجم 12 بوصة بتقنية 28 نانومتر، بالإضافة إلى معدات قطع الرقاقات بالليزر المستخدمة في رقائق مستشعرات MEMS ورقائق الذاكرة وغيرها من مجالات تصنيع الرقائق المتطورة. وفي عام 2020، طورت شركة ليزر كبيرة في شنتشن معدات فصل الرقائق بالليزر لفصل شرائح الزجاج والسيليكون، ويمكن استخدام هذه المعدات في إنتاج رقائق أشباه الموصلات المتطورة.

قطع رقائق السيليكون بالليزر

في منتصف عام 2022، أطلقت شركة متخصصة في الليزر بمدينة ووهان جهازًا آليًا بالكامل لقطع المواد باستخدام الليزر، وقد طُبِّق بنجاح في معالجة أسطح الرقائق الإلكترونية. يستخدم الجهاز ليزرًا فائق الدقة يعمل بنبضات فيمتوثانية وطاقة نبضية منخفضة للغاية لإجراء تعديلات ليزرية على أسطح مواد أشباه الموصلات على مستوى الميكرون، مما يُحسِّن بشكل كبير أداء الأجهزة الكهروضوئية لأشباه الموصلات. يُناسب هذا الجهاز قطع رقائق أشباه الموصلات المركبة عالية التكلفة وذات القنوات الضيقة (≥20 ميكرومتر) مثل كربيد السيليكون (SiC) وأرسينيد الغاليوم (GaAs) وليثيوم تانتالوم (LiTaO3) وغيرها، وذلك لإجراء تعديلات داخلية عليها، مثل رقائق السيليكون ورقائق مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) ورقائق أشباه الموصلات ذات البنية الميكروية (CMOS).

تعمل الصين على معالجة المشاكل التقنية الرئيسية لآلات الطباعة الحجرية، مما سيؤدي إلى زيادة الطلب على ليزرات الإكسيمر وليزر الأشعة فوق البنفسجية الشديدة المرتبطة باستخدام آلات الطباعة الحجرية، ولكن هناك القليل من الأبحاث في هذا المجال من قبل في الصين.

قد تصبح رؤوس معالجة الليزر الدقيقة للرقائق الإلكترونية المتطورة هي الموجة التالية من الصيحات الرائجة

نظراً لضعف صناعة رقائق أشباه الموصلات في الصين سابقاً، كان البحث والتطبيقات المتعلقة برقائق المعالجة بالليزر محدوداً، حيث اقتصر استخدامها في البداية على تجميع أطراف المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية. وفي المستقبل، سينتقل السوق الرئيسي للمعالجة الدقيقة بالليزر في الصين تدريجياً من معالجة الأجزاء الإلكترونية العامة إلى المواد الأولية والمكونات الرئيسية، ولا سيما تحضير مواد أشباه الموصلات، والمواد الطبية الحيوية، والمواد البوليمرية.

سيشهد قطاع صناعة رقائق أشباه الموصلات تطوراً متزايداً في عمليات استخدام الليزر. وتُعدّ المعالجة البصرية غير التلامسية الطريقة الأمثل لإنتاج رقائق عالية الدقة. ومع الطلب الهائل على الرقائق، من المرجح أن يُسهم قطاع صناعة الرقائق في زيادة الطلب على معدات المعالجة الليزرية الدقيقة في المرحلة المقبلة.