精密レーザー加工における次のブームはどこにあるのか？

先日、Apple社は新世代のiPhone 14の発売を正式に発表し、年1回のアップデートという慣例を守りました。多くのユーザーは「iPhoneが14世代に進化した」ことに驚きを隠せませんでした。そして、中国市場では瞬く間に100万台以上のオンライン予約を獲得しました。iPhoneは依然として若者に人気です。

スマートフォンが精密レーザー加工の需要の第一波を引き起こした。

10年以上前、スマートフォンが発売されたばかりの頃は、産業用レーザー加工技術はまだ低レベルでした。ファイバーレーザーや超高速レーザーは中国市場では目新しい技術であり、ましてや精密レーザー加工となればなおさらでした。2011年以降、中国では低価格帯の精密レーザーマーキングが徐々に導入され始めました。当時は、低出力の固体パルス緑色レーザーや紫外線レーザーが話題になっていました。そして現在、超高速レーザーが徐々に商業用途に用いられるようになり、超高速精密レーザー加工が注目されています。

精密レーザー加工の普及は、主にスマートフォン開発によって推進されている。カメラのスライド、指紋認証モジュール、HOMEキー、カメラのブラインドホール、携帯電話パネルの不規則な形状の切断など、あらゆる製造工程が超高速レーザー精密切断技術のブレークスルーの恩恵を受けている。中国の主要レーザー精密加工メーカーの精密加工事業は、家電製品が中心となっている。つまり、精密レーザー加工の直近のブームは、家電製品、特にスマートフォンとディスプレイパネルによって支えられているのだ。

レーザーパネル切断

2021年以降、スマートフォン、ウェアラブルリストバンド、ディスプレイパネルなどの消費者向け製品は下降傾向を示しており、その結果、家電加工機器の需要が弱まり、成長への圧力が高まっている。では、新型iPhone14は新たな加工ブームの幕開けとなるのだろうか？しかし、人々が新しい携帯電話を購入する意欲が低下している現状から判断すると、スマートフォンが市場需要の新たな成長に貢献することはほぼ不可能だろう。数年前に人気を博した5Gや折りたたみ式スマートフォンは、在庫の一部補充にしかならない。では、精密レーザー加工における次の需要急増はどこから来るのだろうか？

中国の半導体・チップ産業の台頭

中国はまさに世界の工場です。2020年には、中国の製造業の付加価値は世界の28.5%を占めました。中国の巨大な製造業は、レーザー加工・製造において莫大な市場ポテンシャルを秘めています。しかし、中国の製造業は初期段階では技術蓄積が弱く、その多くは中・低付加価値産業です。過去10年間で、機械、輸送、エネルギー、海洋工学、航空宇宙、製造設備などの分野で大きな進歩が見られ、レーザーやレーザー機器の開発も進み、国際的な先進レベルとの差は大きく縮まりました。

半導体工業会（SIA）の統計によると、中国本土は世界で最も速いペースで半導体工場を建設しており、成熟したプロセスに特化した31の大規模工場が2024年末までに完成する見込みです。このスピードは、同時期に台湾で稼働予定の19工場、および米国で稼働予定の12工場を大きく上回っています。

つい最近、中国は上海集積回路産業が14nmチップ製造プロセスを突破し、一定の量産規模を達成したと発表した。家電、自動車、通信機器などに使用される28nm以上のチップについては、中国は成熟した製造プロセスを誇り、ほとんどのチップの全体的な需要を内部で完全に満たすことができる。米国のCHIPS法の導入により、中国と米国のチップ技術競争は激化し、供給過剰が生じる可能性がある。2021年には、中国のチップ輸入が大幅に減少した。

レーザー加工チップ

半導体チップの加工に使用されるレーザー

ウェハは半導体製品やチップの基本材料であり、成長後に機械研磨が必要です。その後の工程であるウェハ切断（ウェハダイシングとも呼ばれる）は非常に重要です。初期の短パルスDPSSレーザーによるウェハ切断技術は、欧米で開発され成熟しました。超高速レーザーの出力が増加するにつれて、特にウェハ切断、マイクロドリル穴加工、クローズドベータテストなどの工程において、その利用が将来的に主流となるでしょう。超高速レーザー装置の需要ポテンシャルは比較的大きいと言えます。

現在、中国には、28nmプロセスで12インチウェハの表面スロット加工が可能なウェハスロット加工装置や、MEMSセンサーチップ、メモリチップなどのハイエンドチップ製造分野に適用されるレーザーウェハ切断装置を提供する精密レーザー装置メーカーが存在する。2020年には、深センの大手レーザー企業がガラスとシリコンのスライスを分離するレーザー剥離装置を開発し、この装置はハイエンド半導体チップの製造に使用できる。

レーザー切断チップウェハー

2022年半ば、武漢のレーザー企業が全自動レーザー加工切断装置を発表し、チップ分野のレーザー表面処理に成功裏に適用された。この装置は高精度フェムト秒レーザーと極めて低いパルスエネルギーを用いて、半導体材料の表面をミクロン単位でレーザー加工することで、半導体光電子デバイスの性能を大幅に向上させる。この装置は、シリコンチップ、MEMSセンサーチップ、CMOSチップなど、高コストで狭チャネル（≥20μm）の化合物半導体SiC、GaAs、LiTaO3などのウェハチップ内部加工切断に適している。

中国はリソグラフィー装置の主要な技術的問題に取り組んでおり、これはリソグラフィー装置の使用に関連するエキシマレーザーや極端紫外線レーザーの需要を促進するだろうが、中国ではこれまでこの分野の研究はほとんど行われてこなかった。

ハイエンド製品やチップ向けの精密レーザー加工ヘッドが、次のブームになるかもしれない。

中国の半導体チップ産業はこれまで脆弱であったため、レーザー加工チップの研究開発や応用はほとんど進んでおらず、当初は下流の民生用電子機器の最終組立工程にのみ使用されていました。今後、中国における精密レーザー加工の主要市場は、一般的な電子部品の加工から、上流の材料や重要部品、特に半導体材料、生体医療材料、高分子材料の製造へと徐々に移行していくと考えられます。

半導体チップ業界では、レーザー応用プロセスがますます開発されるだろう。高精度チップ製品には、非接触光学加工が最も適した方法である。チップに対する膨大な需要に伴い、チップ業界は精密レーザー加工装置の次なる需要拡大に大きく貢献する可能性が高い。