Dove si svolgerà il prossimo boom nella lavorazione laser di precisione?

Non molto tempo fa, Apple Inc. ha annunciato ufficialmente il lancio della nuova generazione di iPhone 14, mantenendo l'abitudine di un aggiornamento all'anno. Molti utenti sono rimasti scioccati dal fatto che "l'iPhone sia arrivato alla 14a generazione". E ha rapidamente conquistato oltre 1 milione di prenotazioni online nel mercato cinese. L'iPhone è ancora popolare tra i giovani.

Gli smartphone hanno dato il via alla prima ondata di domanda di elaborazione laser di precisione

Più di dieci anni fa, quando gli smartphone furono appena lanciati, la tecnologia di lavorazione laser industriale era ancora a un livello basso. Il laser a fibra e il laser ultraveloce erano una novità assoluta nel mercato cinese, per non parlare della lavorazione laser di precisione. Dal 2011, la marcatura laser di precisione di fascia bassa è stata gradualmente applicata in Cina. All'epoca si parlava di laser verde a impulsi solidi di piccola potenza e laser ultravioletti. Ora, il laser ultraveloce è stato gradualmente utilizzato per scopi commerciali e si parla di lavorazione laser di precisione ultraveloce.

L'applicazione su larga scala della lavorazione laser di precisione è in gran parte trainata dallo sviluppo degli smartphone. La produzione di diapositive per fotocamere, moduli per impronte digitali, tasti HOME, fori ciechi per fotocamere e il taglio di forme irregolari di pannelli per telefoni cellulari, ecc., beneficiano tutti dell'innovazione tecnologica del taglio laser di precisione ultraveloce. Il settore della lavorazione di precisione dei principali produttori cinesi di lavorazioni laser di precisione proviene dall'elettronica di consumo. In altre parole, l'ultima fase di boom della lavorazione laser di precisione è alimentata dall'elettronica di consumo, in particolare da smartphone e display.

Taglio laser dei pannelli

Dal 2021, prodotti di consumo come smartphone, braccialetti indossabili e display hanno registrato un trend in calo, con conseguente indebolimento della domanda di apparecchiature di elaborazione per l'elettronica di consumo e maggiore pressione sulla sua crescita. Il nuovo iPhone 14 può quindi dare il via a un nuovo boom dell'elaborazione? Ma a giudicare dall'attuale tendenza delle persone ad acquistare un nuovo telefono, è quasi certo che gli smartphone non possano contribuire alla nuova crescita della domanda di mercato. Il 5G e i telefoni pieghevoli, popolari qualche anno fa, potrebbero solo portare a una parziale sostituzione delle scorte. Quindi, dove potrebbe verificarsi il prossimo aumento della domanda di elaborazione laser di precisione?

L'ascesa dell'industria cinese dei semiconduttori e dei chip

La Cina è una vera e propria fabbrica mondiale. Nel 2020, il valore aggiunto dell'industria manifatturiera cinese rappresentava il 28,5% della quota mondiale. È l'enorme industria manifatturiera cinese ad offrire un enorme potenziale di mercato per la lavorazione e la produzione laser. Tuttavia, l'industria manifatturiera cinese presenta un debole accumulo tecnologico nella fase iniziale e la maggior parte dei suoi settori è di fascia media e bassa. L'ultimo decennio ha visto grandi progressi nei settori della meccanica, dei trasporti, dell'energia, dell'ingegneria navale, aerospaziale, delle attrezzature di produzione, ecc., compreso lo sviluppo di laser e apparecchiature laser, che ha notevolmente ridotto il divario con il livello avanzato internazionale.

Secondo le statistiche della Semiconductor Industry Association, la Cina continentale è il costruttore di fabbriche più veloce al mondo, con 31 grandi fabbriche concentrate su processi maturi che dovrebbero essere completate entro la fine del 2024; la velocità ha ampiamente superato le 19 fabbriche che dovrebbero essere messe in funzione a Taiwan, in Cina, nello stesso periodo, nonché le 12 fabbriche previste negli Stati Uniti.

Non molto tempo fa, la Cina ha annunciato che l'industria dei circuiti integrati di Shanghai ha superato il processo produttivo a 14 nm e raggiunto una certa scala di produzione di massa. Per alcuni dei chip con processo produttivo superiore a 28 nm utilizzati in elettrodomestici, automobili e comunicazioni, la Cina vanta un processo produttivo ampiamente maturo e può soddisfare perfettamente la domanda complessiva per la maggior parte dei chip. Con l'introduzione del CHIPS Act statunitense, la concorrenza tecnologica tra Cina e Stati Uniti si è intensificata e potrebbe verificarsi un surplus di offerta. Il 2021 ha visto un calo significativo delle importazioni di chip dalla Cina.

Chip elaborato al laser

Il laser utilizzato nella lavorazione dei chip semiconduttori

I wafer sono i materiali di base dei prodotti semiconduttori e dei chip, che devono essere lucidati meccanicamente dopo la crescita. Nella fase successiva, il taglio dei wafer, noto anche come wafer dicing, assume grande importanza. La prima tecnologia di taglio laser a impulsi corti DPSS (Digital Laser Split-Screen) è stata sviluppata e perfezionata in Europa e negli Stati Uniti. Con l'aumento della potenza dei laser ultraveloci, il loro utilizzo diventerà gradualmente mainstream in futuro, soprattutto in procedure come il taglio dei wafer, la microforatura e i closed beta test. Il potenziale di domanda di apparecchiature laser ultraveloci è relativamente ampio.

Attualmente, in Cina esistono produttori di apparecchiature laser di precisione in grado di fornire apparecchiature per la fessurazione di wafer, applicabili alla fessurazione superficiale di wafer da 12 pollici con processo a 28 nm, e apparecchiature per il taglio laser di wafer crittografati, applicabili a chip di sensori MEMS, chip di memoria e altri settori della produzione di chip di fascia alta. Nel 2020, una grande azienda laser di Shenzhen ha sviluppato un'apparecchiatura per il debonding laser per realizzare la separazione di fette di vetro e silicio, che può essere utilizzata per produrre chip semiconduttori di fascia alta.

Taglio laser di chip wafer

A metà del 2022, un'azienda laser di Wuhan ha lanciato un'apparecchiatura di taglio completamente automatica modificata tramite laser, che è stata applicata con successo al trattamento superficiale laser nel campo dei chip. Il dispositivo utilizza un laser a femtosecondi ad alta precisione e un'energia di impulso estremamente bassa per eseguire modifiche laser sulla superficie di materiali semiconduttori nell'ordine dei micron, migliorando così notevolmente le prestazioni dei dispositivi optoelettronici a semiconduttore. L'apparecchiatura è adatta per il taglio di semiconduttori composti SiC, GaAs, LiTaO3 e altri wafer a canale stretto (≥20 µm) ad alto costo, modificati internamente, come chip di silicio, chip di sensori MEMS, chip CMOS, ecc.

La Cina sta affrontando i principali problemi tecnici delle macchine litografiche, che stimoleranno la domanda di laser a eccimeri e laser ultravioletti estremi correlati all'uso di macchine litografiche, ma in Cina sono state condotte poche ricerche in questo campo.

Le teste di elaborazione laser di precisione per chip e componenti di fascia alta potrebbero diventare la prossima ondata di mania

A causa della precedente debolezza dell'industria cinese dei chip semiconduttori, la ricerca e le applicazioni sui chip per la lavorazione laser erano limitate, inizialmente utilizzati nell'assemblaggio dei terminali dei prodotti elettronici di consumo a valle. In futuro, il mercato principale per la lavorazione laser di precisione in Cina si sposterà gradualmente dalla lavorazione di componenti elettronici generici a quella di materiali e componenti chiave a monte, in particolare la preparazione di materiali semiconduttori, materiali biomedicali e polimerici.

Saranno sviluppati sempre più processi di applicazione laser nell'industria dei chip semiconduttori. Per i chip ad alta precisione, la lavorazione ottica senza contatto è il metodo più adatto. Data l'enorme domanda di chip, è molto probabile che l'industria dei chip contribuisca alla prossima ondata di domanda di apparecchiature di lavorazione laser di precisione.