Wo ist die nächste Boomrunde in der Präzisionslaserbearbeitung?

Vor kurzem hat Apple Inc. offiziell die Veröffentlichung der neuen Generation des iPhone 14 angekündigt und damit die Gewohnheit beibehalten, ein Update pro Jahr herauszubringen. Viele Nutzer sind schockiert, dass das iPhone die 14. Generation erreicht hat. Und es hat auf dem chinesischen Markt schnell über eine Million Online-Buchungen gewonnen. Das iPhone ist bei jungen Leuten nach wie vor beliebt.

Smartphones lösten die erste Nachfragewelle nach Präzisionslaserbearbeitung aus

Vor über einem Jahrzehnt, als Smartphones gerade erst auf den Markt kamen, war die industrielle Laserbearbeitungstechnologie noch relativ neu. Faserlaser und Ultrakurzpulslaser waren auf dem chinesischen Markt noch neu und unbenutzt, von Präzisionslaserbearbeitung ganz zu schweigen. Seit 2011 wird in China schrittweise die Präzisionslasermarkierung im unteren Preissegment eingeführt. Damals wurden leistungsschwache grüne Festkörperpulslaser und Ultraviolettlaser diskutiert. Heute werden Ultrakurzpulslaser zunehmend kommerziell eingesetzt, und die ultraschnelle Präzisionslaserbearbeitung ist in aller Munde.

Die massenhafte Anwendung der Präzisionslaserbearbeitung wird maßgeblich durch die Smartphone-Entwicklung vorangetrieben. Die Produktion von Kameraschlitten, Fingerabdruckmodulen, Home-Tasten, Kamera-Sacklöchern und unregelmäßig geformten Handy-Panels usw. profitiert vom technologischen Durchbruch des ultraschnellen Laserpräzisionsschneidens. Die wichtigsten chinesischen Hersteller von Präzisionslaserbearbeitungsprodukten sind auf die Unterhaltungselektronik spezialisiert. Das heißt, der jüngste Boom in der Präzisionslaserbearbeitung wird von der Unterhaltungselektronik, insbesondere von Smartphones und Displays, angetrieben.

Laserschneiden von Platten

Seit 2021 verzeichnen Konsumgüter wie Smartphones, tragbare Armbänder und Displays einen Abwärtstrend. Dies führt zu einer schwächeren Nachfrage nach Verarbeitungsgeräten für Unterhaltungselektronik und einem stärkeren Druck auf deren Wachstum. Kann das neue iPhone 14 also einen neuen Verarbeitungsboom einleiten? Angesichts der aktuellen Kaufneigung neuer Smartphones ist es jedoch nahezu sicher, dass Smartphones nicht zum neuen Wachstum der Marktnachfrage beitragen können. 5G und faltbare Smartphones, die vor einigen Jahren noch beliebt waren, können die Lagerbestände nur teilweise ersetzen. Wo könnte also der nächste Nachfrageschub in der Präzisionslaserverarbeitung stattfinden?

Der Aufstieg der chinesischen Halbleiter- und Chipindustrie

China ist eine wahre Weltfabrik. Im Jahr 2020 betrug die Wertschöpfung der chinesischen Fertigungsindustrie 28,5 % des Weltmarktanteils. Die riesige chinesische Fertigungsindustrie bietet ein enormes Marktpotenzial für die Laserbearbeitung und -fertigung. Allerdings ist die technische Ausstattung der chinesischen Fertigungsindustrie in der Anfangsphase schwach ausgeprägt, und die meisten Branchen sind im mittleren und unteren Preissegment angesiedelt. Im letzten Jahrzehnt wurden in den Bereichen Maschinenbau, Transport, Energie, Schiffsbau, Luft- und Raumfahrt sowie Fertigungsanlagen große Fortschritte erzielt, darunter auch bei der Entwicklung von Lasern und Laseranlagen, wodurch der Abstand zum internationalen Spitzenniveau deutlich verringert wurde.

Laut Statistiken der Semiconductor Industry Association ist Festlandchina der weltweit schnellste Hersteller von Fabriken. Bis Ende 2024 sollen dort 31 große Fabriken fertiggestellt sein, die sich auf ausgereifte Prozesse konzentrieren. Damit übertrifft die Geschwindigkeit die der 19 Fabriken, die im gleichen Zeitraum in Taiwan (China) in Betrieb genommen werden sollen, sowie die der 12 Fabriken, die in den USA erwartet werden, bei weitem.

China gab kürzlich bekannt, dass die Shanghaier Industrie für integrierte Schaltkreise den Durchbruch beim 14-nm-Chip-Prozess erreicht und eine gewisse Massenproduktion erreicht habe. Für einige der Chips über 28 nm, die in Haushaltsgeräten, Autos und Kommunikationsgeräten verwendet werden, verfügt China über einen überaus ausgereiften Produktionsprozess und kann die Gesamtnachfrage nach den meisten Chips problemlos im Inland decken. Mit der Einführung des US-amerikanischen CHIPS Act hat sich der Wettbewerb zwischen China und den USA im Bereich der Chiptechnologie verschärft, was zu einem Angebotsüberschuss führen könnte. 2021 kam es zu einem deutlichen Rückgang der chinesischen Chipimporte.

Laserbearbeiteter Chip

Der Laser, der bei der Verarbeitung von Halbleiterchips verwendet wird

Wafer sind das Grundmaterial für Halbleiterprodukte und -chips und müssen nach dem Wachstum mechanisch poliert werden. Im späteren Stadium ist das Waferschneiden, auch Wafer-Dicing genannt, von großer Bedeutung. Die frühe Kurzpuls-DPSS-Laser-Waferschneidetechnologie wurde in Europa und den USA entwickelt und ausgereift. Mit zunehmender Leistung ultraschneller Laser wird sich ihr Einsatz in Zukunft zunehmend durchsetzen, insbesondere bei Verfahren wie Waferschneiden, Mikrobohrungen und Closed-Beta-Tests. Das Nachfragepotenzial für ultraschnelle Laserausrüstung ist vergleichsweise groß.

In China gibt es mittlerweile Hersteller von Präzisionslaseranlagen, die Wafer-Schlitzgeräte für das Oberflächenschlitzen von 12-Zoll-Wafern im 28-nm-Prozess sowie Laser-Wafer-Krypto-Schneidgeräte für die Herstellung von MEMS-Sensorchips, Speicherchips und anderen High-End-Chips anbieten. Im Jahr 2020 entwickelte ein großes Laserunternehmen in Shenzhen Laser-Debonding-Geräte zur Trennung von Glas- und Siliziumscheiben. Mit diesen Geräten lassen sich High-End-Halbleiterchips herstellen.

Laserschneiden von Chip-Wafern

Mitte 2022 stellte ein Laserunternehmen in Wuhan eine vollautomatische, lasermodifizierte Schneideanlage vor, die erfolgreich zur Laseroberflächenbehandlung im Chipbereich eingesetzt wurde. Das Gerät nutzt einen hochpräzisen Femtosekundenlaser und extrem niedrige Pulsenergie, um die Oberfläche von Halbleitermaterialien im Mikrometerbereich lasermodifizieren zu lassen und so die Leistung optoelektronischer Halbleiterbauelemente deutlich zu verbessern. Die Anlage eignet sich für das Schneiden von hochpreisigen, schmalkanaligen (≥ 20 µm) Verbindungshalbleitern wie SiC, GaAs, LiTaO3 und anderen Waferchips zur internen Modifikation, wie z. B. Siliziumchips, MEMS-Sensorchips, CMOS-Chips usw.

China befasst sich mit zentralen technischen Problemen bei Lithografiemaschinen, was die Nachfrage nach Excimerlasern und Extrem-Ultraviolett-Lasern im Zusammenhang mit der Verwendung von Lithografiemaschinen ankurbeln wird. Bisher gibt es in China jedoch nur wenig Forschung auf diesem Gebiet.

Präzisions-Laserbearbeitungsköpfe für High-End-Chips könnten die nächste Trendwelle werden

Aufgrund der Schwäche der chinesischen Halbleiterchipindustrie gab es bisher wenig Forschung und Anwendung im Bereich der Laserbearbeitungschips, die zunächst in der Anschlussmontage nachgelagerter Produkte der Unterhaltungselektronik eingesetzt wurden. In Zukunft wird sich der Hauptmarkt für die Präzisionslaserbearbeitung in China schrittweise von der Bearbeitung allgemeiner elektronischer Teile auf vorgelagerte Materialien und Schlüsselkomponenten verlagern, insbesondere auf die Herstellung von Halbleitermaterialien, biomedizinischen und Polymermaterialien.

In der Halbleiterchipindustrie werden immer mehr Laseranwendungsverfahren entwickelt. Für hochpräzise Chipprodukte ist die berührungslose optische Bearbeitung die beste Methode. Angesichts der enormen Nachfrage nach Chips wird die Chipindustrie höchstwahrscheinlich zur nächsten Nachfragerunde nach Präzisionslaserbearbeitungsgeräten beitragen.