أين الجولة القادمة من الطفرة في معالجة الليزر الدقيقة؟

قبل فترة وجيزة، أعلنت شركة آبل رسميًا عن إصدار الجيل الجديد من آيفون 14، محافظةً على عادتها بتحديث واحد سنويًا. وقد صُدم العديد من المستخدمين بتطور آيفون إلى الجيل الرابع عشر. وسرعان ما حصد أكثر من مليون طلب شراء عبر الإنترنت في السوق الصينية. ولا يزال آيفون يحظى بشعبية كبيرة بين الشباب.

أطلقت الهواتف الذكية الجولة الأولى من الطلب على معالجة الليزر الدقيقة

قبل أكثر من عقد من الزمان، عندما طُرحت الهواتف الذكية، كانت تقنية معالجة الليزر الصناعية لا تزال في بداياتها. كان ليزر الألياف والليزر فائق السرعة علامتين جديدتين وغير مألوفتين في السوق الصينية، ناهيك عن المعالجة بالليزر الدقيق. منذ عام ٢٠١١، بدأ تطبيق تقنية الوسم بالليزر الدقيق منخفض التكلفة تدريجيًا في الصين. في ذلك الوقت، نوقش الليزر الأخضر النبضي الصلب صغير الطاقة والليزر فوق البنفسجي. والآن، يُستخدم الليزر فائق السرعة تدريجيًا للأغراض التجارية، ويجري الحديث عن المعالجة بالليزر فائق السرعة والدقة.

يُعزى التطبيق الشامل لمعالجة الليزر الدقيقة إلى حد كبير إلى تطوير الهواتف الذكية. وتستفيد عمليات إنتاج شرائح الكاميرات، ووحدات بصمات الأصابع، ومفاتيح الشاشة الرئيسية، وفتحات الكاميرا العمياء، وقطع لوحات الهواتف المحمولة ذات الأشكال غير المنتظمة، وغيرها، من التقدم التكنولوجي الهائل في مجال القطع الدقيق بالليزر فائق السرعة. وتعتمد أعمال معالجة الليزر الدقيقة لأهم مصنعي معالجة الليزر الدقيقة في الصين على الإلكترونيات الاستهلاكية. أي أن آخر موجة ازدهار في معالجة الليزر الدقيقة تعتمد على الإلكترونيات الاستهلاكية، وخاصة الهواتف الذكية وشاشات العرض.

قطع الألواح بالليزر

منذ عام ٢٠٢١، شهدت المنتجات الاستهلاكية، مثل الهواتف الذكية وأساور المعصم القابلة للارتداء وشاشات العرض، اتجاهًا تنازليًا، مما أدى إلى ضعف الطلب على معدات معالجة الإلكترونيات الاستهلاكية وزيادة الضغط على نموها. فهل يُمكن لهاتف iPhone14 الجديد أن يُطلق شرارة موجة جديدة من ازدهار المعالجة؟ ولكن بالنظر إلى الاتجاه الحالي المتمثل في تراجع رغبة الناس في شراء هاتف جديد، فمن شبه المؤكد أن الهواتف الذكية لن تُسهم في النمو الجديد في الطلب على السوق. قد تُؤدي شبكات الجيل الخامس والهواتف القابلة للطي، التي كانت شائعة قبل بضع سنوات، إلى استبدال جزئي للمخزون. إذن، أين ستكون الجولة القادمة من ارتفاع الطلب على المعالجة الدقيقة بالليزر؟

صعود صناعة أشباه الموصلات والرقائق في الصين

الصين مصنع عالمي حقيقي. في عام 2020، بلغت القيمة المضافة للصناعة التحويلية الصينية 28.5% من الحصة العالمية. وتُعدّ الصناعة التحويلية الصينية الضخمة مصدرًا لإمكانات سوقية هائلة لمعالجة الليزر والتصنيع. ومع ذلك، تعاني الصناعة التحويلية الصينية من ضعف التراكم التقني في مراحلها المبكرة، ومعظمها من الصناعات المتوسطة والمنخفضة المستوى. وقد شهد العقد الماضي تقدمًا كبيرًا في مجالات الآلات والنقل والطاقة والهندسة البحرية والفضاء ومعدات التصنيع، بما في ذلك تطوير الليزر ومعداته، مما قلّص الفجوة بشكل كبير مع المستوى المتقدم الدولي.

وبحسب إحصاءات رابطة صناعة أشباه الموصلات، فإن الصين هي أسرع دولة في العالم في بناء المصانع، حيث من المتوقع اكتمال بناء 31 مصنعاً كبيراً يركز على عملية ناضجة بحلول نهاية عام 2024؛ وتتجاوز السرعة بشكل كبير 19 مصنعاً من المقرر تشغيلها في تايوان، الصين، خلال نفس الفترة، بالإضافة إلى 12 مصنعاً متوقعاً في الولايات المتحدة.

أعلنت الصين مؤخرًا أن صناعة الدوائر المتكاملة في شنغهاي قد تجاوزت تقنية 14 نانومتر في تصنيع الرقائق، ووصلت إلى مستوى إنتاج ضخم. وتتمتع الصين بنضج متفوق في عملية إنتاج بعض الرقائق التي تزيد عن 28 نانومتر، والمستخدمة في الأجهزة المنزلية والسيارات والاتصالات، مما يجعلها قادرة على تلبية الطلب المحلي على معظم الرقائق بشكل مثالي. ومع تطبيق قانون الرقائق الأمريكي، اشتدت المنافسة في تكنولوجيا الرقائق بين الصين والولايات المتحدة، وقد يكون هناك فائض في العرض. وقد شهد عام 2021 انخفاضًا ملحوظًا في واردات الصين من الرقائق.

رقاقة معالجة بالليزر

الليزر المستخدم في معالجة رقائق أشباه الموصلات

الرقاقات هي المواد الأساسية لمنتجات أشباه الموصلات والرقائق، والتي تحتاج إلى صقل ميكانيكي بعد نموها. في المرحلة اللاحقة، تُعد عملية تقطيع الرقاقات، المعروفة أيضًا باسم تقطيع الرقاقات، ذات أهمية بالغة. وقد طُوّرت تقنية تقطيع الرقاقات بالليزر DPSS ذي النبضات القصيرة المبكرة ونضجت في أوروبا والولايات المتحدة. ومع ازدياد قوة الليزر فائق السرعة، سيصبح استخدامه شائعًا تدريجيًا في المستقبل، لا سيما في عمليات مثل تقطيع الرقاقات، وحفر الثقوب الدقيقة، واختبارات بيتا المغلقة. ويُعدّ الطلب على معدات الليزر فائق السرعة كبيرًا نسبيًا.

يوجد حاليًا في الصين مصنعون لمعدات الليزر الدقيقة، يوفرون معدات لشق الرقاقات، تُستخدم في شق أسطح الرقاقات مقاس 12 بوصة بتقنية 28 نانومتر، بالإضافة إلى معدات قطع الرقاقات بالليزر المُشفّرة المُستخدمة في رقاقات أجهزة الاستشعار الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) ورقاقات الذاكرة وغيرها من مجالات تصنيع الرقاقات المتطورة. في عام 2020، طورت شركة ليزر كبيرة في شنتشن معدات لفصل شرائح الزجاج والسيليكون بالليزر، ويمكن استخدام هذه المعدات لإنتاج رقاقات أشباه موصلات متطورة.

رقاقة القطع بالليزر

في منتصف عام ٢٠٢٢، أطلقت شركة ليزر في ووهان جهاز قطع آلي بالكامل مُعدّل بالليزر، وقد طُبّقت بنجاح في معالجة أسطح الرقائق بالليزر. يستخدم الجهاز ليزر فيمتوثانية عالي الدقة وطاقة نبضية منخفضة للغاية لإجراء تعديلات ليزرية على أسطح مواد أشباه الموصلات في نطاق الميكرون، مما يُحسّن بشكل كبير أداء الأجهزة الإلكترونية البصرية لأشباه الموصلات. هذا الجهاز مناسب لقطع أشباه الموصلات المركبة عالية التكلفة ذات القناة الضيقة (≥ ٢٠ ميكرومتر) SiC وGaAs وLiTaO3، وغيرها من رقائق الرقائق ذات التعديل الداخلي، مثل رقائق السيليكون ورقائق مستشعرات MEMS وCMOS، وغيرها.

وتعمل الصين على معالجة المشاكل التقنية الرئيسية المتعلقة بآلات الطباعة الحجرية، وهو ما من شأنه أن يدفع الطلب على الليزر الإكسيمري والليزر فوق البنفسجي الشديد المتعلق باستخدام آلات الطباعة الحجرية، ولكن هناك القليل من الأبحاث في هذا المجال من قبل في الصين.

قد تصبح رؤوس معالجة الليزر الدقيقة للأجهزة عالية الأداء والرقائق هي الموجة التالية من الجنون

نظراً لضعف صناعة أشباه الموصلات في الصين سابقاً، كانت الأبحاث والتطبيقات المتعلقة برقائق المعالجة بالليزر قليلة، حيث استُخدمت في البداية في التجميع النهائي للمنتجات الإلكترونية الاستهلاكية. في المستقبل، سيتحول السوق الرئيسي للمعالجة الدقيقة بالليزر في الصين تدريجياً من معالجة الأجزاء الإلكترونية العامة إلى المواد الأولية والمكونات الرئيسية، وخاصةً تحضير مواد أشباه الموصلات والمواد الطبية الحيوية والبوليمرية.

سيشهد قطاع صناعة أشباه الموصلات تطورًا متزايدًا في عمليات تطبيق الليزر. وتُعدّ المعالجة البصرية غير التلامسية الطريقة الأنسب لمنتجات الرقائق عالية الدقة. ومع الطلب الهائل على الرقائق، من المرجح أن تُسهم صناعة الرقائق في زيادة الطلب على معدات المعالجة الدقيقة بالليزر.