איפה הסבב הבא של פריחה בעיבוד לייזר מדויק?

לא מזמן, אפל בע"מ הודיעה רשמית על השקת הדור החדש של האייפון 14, תוך שמירה על הרגל של עדכון אחד בשנה. משתמשים רבים המומים מכך ש"אייפון התפתח לדור ה-14". והיא זכתה במהירות ליותר ממיליון הזמנות מקוונות בשוק הסיני. האייפון עדיין פופולרי בקרב צעירים.

טלפונים חכמים הציתו את הסיבוב הראשון של ביקוש לעיבוד לייזר מדויק

לפני יותר מעשור, כאשר סמארטפונים רק הושקו, טכנולוגיית עיבוד הלייזר התעשייתית עדיין הייתה ברמה נמוכה. לייזר סיב ולייזר אולטרה-מהיר היו דברים חדשים וריקים בשוק הסיני, שלא לדבר על עיבוד לייזר מדויק. מאז 2011, סימון לייזר מדויק ברמה נמוכה יושם בהדרגה בסין. באותה תקופה, נדונו לייזר ירוק פולס מוצק בעל הספק קטן ולייזר אולטרה סגול. ועכשיו, לייזר אולטרה-מהיר משמש בהדרגה למטרות מסחריות, ומדברים על עיבוד לייזר מדויק אולטרה-מהיר.

היישום ההמוני של עיבוד לייזר מדויק מונע במידה רבה על ידי פיתוח סמארטפונים. ייצור של שקופיות מצלמה, מודולי טביעות אצבע, מקשי HOME, חורים עיוורים למצלמה וחיתוך פאנלים של טלפונים ניידים בצורות לא סדירות וכו', כולם נהנים מפריצת הדרך הטכנולוגית של חיתוך לייזר מדויק אולטרה-מהיר. עסקי העיבוד המדויק של יצרני עיבוד הלייזר המדויקים הסיניים העיקריים הם בתחום האלקטרוניקה הצרכנית. כלומר, הסיבוב האחרון של פריחה בעיבוד לייזר מדויק מופעל על ידי מוצרי אלקטרוניקה צרכנית, במיוחד סמארטפונים ולוחות תצוגה.

חיתוך פאנלים בלייזר

מאז 2021, מוצרי צריכה כגון סמארטפונים, צמידים לבישים ולוחות תצוגה הראו מגמת ירידה, מה שהוביל לביקוש חלש יותר לציוד עיבוד של מוצרי אלקטרוניקה צרכנית וללחץ גדול יותר על צמיחתו. האם האייפון 14 החדש יכול להתחיל סבב חדש של פריחת עיבוד? אבל אם לשפוט לפי המגמה הנוכחית שבה אנשים פחות מוכנים לרכוש טלפון חדש, כמעט ודאי שסמארטפונים לא יוכלו לתרום לצמיחה החדשה בביקוש בשוק. טלפונים 5G וטלפונים מתקפלים שהיו פופולריים לפני מספר שנים יכולים להביא רק להחלפה חלקית של המלאי. אז, היכן עשוי להיות סבב העלייה הבא של הביקוש לעיבוד לייזר מדויק?

עליית תעשיית המוליכים למחצה והשבבים של סין

סין היא מפעל עולמי של ממש. בשנת 2020, הערך המוסף של תעשיית הייצור של סין מהווה 28.5% מהערך המוסף העולמי. זוהי תעשיית ייצור ענקית סינית שמביאה פוטנציאל שוק עצום לעיבוד וייצור לייזר. עם זאת, לתעשיית הייצור של סין יש הצטברות טכנית חלשה בשלב המוקדם, ורובן הן תעשיות בינוניות ונמוכות. העשור האחרון חווה התקדמות רבה בתחומי המכונות, התחבורה, האנרגיה, הנדסת הים, התעופה והחלל, ציוד הייצור וכו', כולל פיתוח לייזרים וציוד לייזר, מה שצמצם מאוד את הפער עם הרמה המתקדמת הבינלאומית.

על פי נתוני איגוד תעשיית המוליכים למחצה, סין היבשתית היא בונה המפעלים המהיר בעולם, עם 31 מפעלים גדולים המתמקדים בתהליכים בוגרים שצפויים להסתיים עד סוף 2024; המהירות עולה בהרבה על 19 המפעלים שתוכננו להיכנס לפעילות בטייוואן, סין באותה תקופה, כמו גם על 12 המפעלים הצפויים בארצות הברית.

לא מזמן, סין הודיעה כי תעשיית המעגלים המשולבים של שנגחאי פרצה את תהליך השבבים של 14 ננומטר והגיעה לקנה מידה מסוים של ייצור המוני. עבור חלק מהשבבים מעל 28 ננומטר המשמשים במכשירי חשמל ביתיים, מכוניות ותקשורת, סין מתגאה בתהליך ייצור בוגר ביותר, ויכולה לענות בצורה מושלמת על הביקוש הכולל לרוב השבבים מבחינה פנימית. עם כניסתה של ארה"ב חוק ה-CHIPS, התחרות בטכנולוגיית השבבים בין סין לארצות הברית עזה יותר, וייתכן שיהיה עודף היצע. 2021  חווה ירידה משמעותית ביבוא הצ'יפס מסין.

שבב מעובד בלייזר

הלייזר המשמש בעיבוד שבבי מוליכים למחצה

פרוסות סיליקון הן החומרים הבסיסיים של מוצרי מוליכים למחצה ושבבים, אשר צריכים לעבור ליטוש מכני לאחר הגידול. בשלב מאוחר יותר, חיתוך ופלים, המכונה גם חיתוך ופלים, הוא בעל חשיבות רבה. טכנולוגיית חיתוך פרוסות לייזר DPSS בפולסים קצרים המוקדמת פותחה והתבגרה באירופה ובארצות הברית. ככל שעוצמתם של לייזרים אולטרה-מהירים תגדל, השימוש בהם יהפוך בהדרגה למיינסטרים בעתיד, במיוחד בהליכים כמו חיתוך ופלים, קידוח חורים מיקרו ומבחני בטא סגורים. פוטנציאל הביקוש לציוד לייזר אולטרה-מהיר הוא גדול יחסית.

כיום, קיימים בסין יצרני ציוד לייזר מדויק שיכולים לספק ציוד לחריצת ופלים, שניתן ליישם אותו לחריצת פני השטח של ופלים בגודל 12 אינץ' בתהליך של 28 ננומטר, וציוד חיתוך קריפטו של ופלים בלייזר המיושם על שבבי חיישן MEMS, שבבי זיכרון ותחומי ייצור שבבים מתקדמים אחרים. בשנת 2020, מפעל לייזר גדול בשנג'ן פיתח ציוד להסרת קשרים בלייזר כדי לממש את ההפרדה של פרוסות זכוכית וסיליקון, והציוד יכול לשמש לייצור שבבי מוליכים למחצה מתקדמים.

פרוסת שבבים לחיתוך לייזר

באמצע 2022, מפעל לייזר בווהאן השיק לראשונה ציוד חיתוך אוטומטי מלא שעבר שינוי לייזר, אשר יושם בהצלחה בטיפול משטחי לייזר בתחום השבבים. המכשיר משתמש בלייזר פמטו-שניות מדויק ואנרגיית פולס נמוכה במיוחד כדי לבצע שינוי לייזר על פני השטח של חומרי מוליכים למחצה בטווח המיקרונים, ובכך משפר מאוד את ביצועי התקנים אופטו-אלקטרוניים מוליכים למחצה. הציוד מתאים לחיתוך פנימי של מוליכים למחצה מורכבים SiC, GaAs, LiTaO3 וחיתוך שינוי פנימי של שבבי פרוסות סיליקון, כגון שבבי חיישן MEMS, שבבי CMOS וכו', בעלות גבוהה ובערוצים צרים (≥20um). 

סין מתמודדת עם בעיות טכניות מרכזיות של מכונות ליתוגרפיה, אשר יניעו את הביקוש ללייזרי אקסימר ולייזרי אולטרה סגול קיצוניים הקשורים לשימוש במכונות ליתוגרפיה, אך קיים מחקר מועט בתחום זה בעבר בסין.

ראשי עיבוד לייזר מדויקים עבור מוצרים מתקדמים ושבבים עשויים להפוך לגל השיגעון הבא

בשל החולשה של תעשיית שבבי המוליכים למחצה בסין בעבר, היה מעט מחקר ויישומים על שבבי עיבוד לייזר, אשר שימשו בתחילה בהרכבת הדקים של מוצרי אלקטרוניקה צריכה במורד הזרם. בעתיד, השוק העיקרי לעיבוד לייזר מדויק בסין יעבור בהדרגה מעיבוד של חלקים אלקטרוניים כלליים לחומרים במעלה הזרם ורכיבים מרכזיים, ובמיוחד הכנת חומרים מוליכים למחצה, חומרים ביו-רפואיים וחומרים פולימריים.

יפותחו עוד ועוד תהליכי יישום לייזר בתעשיית שבבי המוליכים למחצה. עבור מוצרי שבבים בעלי דיוק גבוה, עיבוד אופטי ללא מגע הוא השיטה המתאימה ביותר. עם הביקוש העצום לשבבים, תעשיית השבבים צפויה מאוד לתרום לסבב הבא של ביקוש לציוד עיבוד לייזר מדויק.