Missä on seuraava tarkkuuslaserkäsittelyn nousukausi?

Ei kauan sitten Apple Inc. ilmoitti virallisesti uuden sukupolven iPhone 14:n julkaisusta pitäen kiinni tavasta tehdä yksi päivitys vuodessa. Monet käyttäjät ovat järkyttyneitä siitä, että "iPhone on kehittynyt 14. sukupolveen". Ja se sai nopeasti yli miljoona online-varausta Kiinan markkinoilla. iPhone on edelleen suosittu nuorten keskuudessa.

Älypuhelimet käynnistivät ensimmäisen kierroksen tarkkuuslaserkäsittelyn kysynnässä

Yli kymmenen vuotta sitten, kun älypuhelimet vasta lanseerattiin, teollinen laserkäsittelyteknologia oli vielä alhaisella tasolla. Kuitulaser ja ultranopea laser olivat uusia asioita ja tyhjiä Kiinan markkinoilla, puhumattakaan tarkkuuslasertyöstöstä. Vuodesta 2011 lähtien Kiinassa on vähitellen otettu käyttöön matalan tarkkuuden lasermerkintä. Tuolloin keskusteltiin pienitehoisesta kiinteän pulssin vihreästä laserista ja ultraviolettilaserista. Ja nyt ultranopeaa laseria on vähitellen käytetty kaupallisiin tarkoituksiin, ja ultranopeasta tarkkuuslaserkäsittelystä puhutaan.

Tarkkuuslaserkäsittelyn massakäyttö on pitkälti älypuhelinten kehityksen vetämää. Kameralaserleikkauksen läpimurron ansiosta esimerkiksi kameradiojen, sormenjälkimoduulien, HOME-näppäinten, kameran sokkoaukkojen ja epäsäännöllisen muotoisten matkapuhelinpaneelien leikkausten tuotanto hyötyy kaikki ultranopeasta laserleikkauksesta. Kiinan tärkeimpien lasertarkkuuskäsittelylaitteiden valmistajien tarkkuuskäsittelyliiketoiminta on kulutuselektroniikkaa. Toisin sanoen tarkkuuslaserkäsittelyn viimeisintä nousukautta vauhdittavat kulutuselektroniikka, erityisesti älypuhelimet ja näyttöpaneelit.

Laserpaneelien leikkaus

Vuodesta 2021 lähtien kuluttajatuotteiden, kuten älypuhelimien, puettavien rannekkeiden ja näyttöpaneelien, kysyntä on laskenut, mikä on johtanut kulutuselektroniikan käsittelylaitteiden kysynnän heikkenemiseen ja lisännyt niiden kasvupaineita. Voiko uusi iPhone 14 siis käynnistää uuden prosessointibuumin? Mutta nykyisen trendin perusteella, jonka mukaan ihmiset ovat vähemmän halukkaita ostamaan uuden puhelimen, on lähes varmaa, että älypuhelimet eivät voi edistää markkinoiden kysynnän uutta kasvua. Muutama vuosi sitten suositut 5G- ja taittopuhelimet voivat korvata vain osittaisen varaston. Missä siis seuraava tarkkuuslaserkäsittelyn kysynnän kasvukierros saattaa olla?

Kiinan puolijohde- ja siruteollisuuden nousu

Kiina on todellinen maailmantehdas. Vuonna 2020 Kiinan teollisuustuotannon lisäarvo oli 28,5 % maailman osuudesta. Kiinan valtava teollisuus tuo mukanaan valtavan markkinapotentiaalin laserkäsittelylle ja -valmistukselle. Kiinan valmistusteollisuudella on kuitenkin heikko tekninen kertyminen alkuvaiheessa, ja suurin osa siitä on keski- ja alemman hintaluokan teollisuutta. Viimeisen vuosikymmenen aikana on nähty suurta edistystä koneissa, liikenteessä, energiassa, meritekniikassa, ilmailussa, valmistuslaitteissa jne., mukaan lukien lasereiden ja laserlaitteiden kehitys, mikä on kaventanut huomattavasti kuilua kansainväliseen edistyneeseen tasoon.

Puolijohdeteollisuusyhdistyksen tilastojen mukaan Manner-Kiina on maailman nopein tehtaiden rakentaja, ja vuoden 2024 loppuun mennessä odotetaan valmistuvan 31 suurta, kypsään prosessiin keskittyvää tehdasta. Nopeus on huomattavasti suurempi kuin Taiwanissa, Kiinassa samaan aikaan suunnitellut 19 tehdasta ja Yhdysvalloissa odotettavissa olevat 12 tehdasta.

Kiina ilmoitti jokin aika sitten, että Shanghain integroitujen piirien teollisuus on murtautunut 14 nm:n siruprosessin läpi ja saavuttanut tietyn massatuotantoasteikon. Joidenkin kodinkoneissa, autoissa ja tietoliikenteessä käytettyjen yli 28 nm:n sirujen osalta Kiina ylpeilee ylikypsällä tuotantoprosessilla ja pystyy täydellisesti vastaamaan useimpien sirujen kokonaiskysyntään sisäisesti. Yhdysvaltojen käyttöönoton myötä CHIPS-lain myötä siruteknologiakilpailu Kiinan ja Yhdysvaltojen välillä on kovempaa, ja tarjonnassa voi olla ylitarjontaa. 2021  Kiinan sirujen tuonti on laskenut merkittävästi.

Laserilla käsitelty siru

Puolijohdesirujen prosessoinnissa käytetty laser

Kiekot ovat puolijohdetuotteiden ja sirujen perusmateriaaleja, jotka on kasvatuksen jälkeen kiillotettava mekaanisesti. Myöhemmässä vaiheessa kiekkojen leikkaaminen, joka tunnetaan myös kiekkojen kuutiointina, on erittäin tärkeää. Varhainen lyhytpulssinen DPSS-laserkiekkojen leikkaustekniikka on kehitetty ja kypsytetty Euroopassa ja Yhdysvalloissa. Ultranopeiden lasereiden tehon kasvaessa niiden käyttö tulee vähitellen yleistymään tulevaisuudessa, erityisesti esimerkiksi kiekkojen leikkauksessa, mikroreikien porauksessa ja suljetuissa beta-testeissä. Ultranopeiden laserlaitteiden kysyntäpotentiaali on suhteellisen suuri.

Kiinassa on nyt tarkkuuslaserlaitteiden valmistajia, jotka voivat tarjota kiekkojen urituslaitteita, joita voidaan käyttää 12-tuumaisten kiekkojen pinta-uritukseen 28 nm:n prosessilla, sekä laserkiekkojen kryptoleikkauslaitteita, joita voidaan käyttää MEMS-anturisirujen, muistisirujen ja muiden huippuluokan sirujen valmistuksessa. Vuonna 2020 suuri laseryritys Shenzhenissä kehitti laserilla tehtävän irrotuslaitteen lasin ja piisirujen erottamiseksi toisistaan, ja laitteita voidaan käyttää huippuluokan puolijohdesirujen valmistukseen.

Laserleikkaus siru kiekko

Vuoden 2022 puolivälissä Wuhanissa toimiva laseryritys esitteli täysautomaattisen lasermodifioidun leikkauslaitteen, jota sovellettiin menestyksekkäästi laserpintakäsittelyyn sirujen alalla. Laite käyttää erittäin tarkkaa femtosekuntilaseria ja erittäin matalaa pulssienergiaa puolijohdemateriaalien pinnan lasermuokkaukseen mikronialueella, mikä parantaa huomattavasti puolijohdeoptoelektronisten laitteiden suorituskykyä. Laite soveltuu kalliiden, kapeakanavaisten (≥20um) yhdistepuolijohteiden SiC-, GaAs-, LiTaO3- ja muiden kiekkosirujen sisäisten modifikaatioiden leikkaamiseen, kuten piisirujen, MEMS-anturisirujen, CMOS-sirujen jne. 

Kiina ratkaisee litografiakoneiden keskeisiä teknisiä ongelmia, jotka lisäävät litografiakoneiden käyttöön liittyvien eksimeerilasereiden ja äärimmäisen ultravioletin lasereiden kysyntää, mutta tällä alalla on aiemmin tehty vain vähän tutkimusta Kiinassa.

Tarkkuuslaserkäsittelypäät huippuluokan laitteille ja siruille voivat olla seuraava villitysaalto

Kiinan puolijohdeteollisuuden aiemman heikkouden vuoksi laserkäsittelysiruja tutkittiin ja sovellettiin vain vähän. Niitä käytettiin ensin kuluttajaelektroniikan loppupään kokoonpanossa. Tulevaisuudessa tarkkuuslaserkäsittelyn päämarkkinat Kiinassa siirtyvät vähitellen yleisten elektronisten osien käsittelystä ylävirran materiaaleihin ja avainkomponentteihin, erityisesti puolijohdemateriaalien, biolääketieteen ja polymeerimateriaalien valmistukseen.

Puolijohdeteollisuudessa kehitetään yhä enemmän lasersovellusprosesseja. Korkean tarkkuuden sirutuotteille kosketukseton optinen käsittely on sopivin menetelmä. Sirujen valtavan kysynnän vuoksi siruteollisuus todennäköisesti myötävaikuttaa seuraavaan tarkkuuslaserkäsittelylaitteiden kysynnän kasvuun.