고출력 초고속 레이저 장비의 응용 시장에 어떻게 진출할 수 있을까?

산업용 레이저 가공은 높은 효율성, 정밀성, 최고의 품질이라는 세 가지 핵심 특징을 자랑합니다. 이러한 세 가지 특성으로 인해 레이저 가공은 다양한 제조 부문에서 널리 채택되었습니다. 고출력 금속 절단이든 중저출력 수준의 미세 가공이든, 레이저 방법은 기존 가공 기술에 비해 상당한 이점을 보여주었습니다. 그 결과, 레이저 가공은 지난 10여 년간 급속하고 광범위하게 적용되었습니다.

중국의 초고속 레이저 개발

레이저 가공 응용 분야는 점차 다양화되어 중·고출력 파이버 레이저 절단, 대형 금속 부품 용접, 초고속 레이저 미세 가공 정밀 제품 등 다양한 작업에 중점을 두고 있습니다. 피코초 레이저(10-12초)와 펨토초 레이저(10-15초)로 대표되는 초고속 레이저는 불과 20년 만에 발전했습니다. 2010년에 상업적으로 사용되기 시작했으며 점차 의료 및 산업 처리 분야에 침투했습니다. 중국은 2012년에 초고속 레이저의 산업적 이용을 시작했지만, 완성된 제품은 2014년에야 등장했습니다. 이전에는 초고속 레이저는 거의 모두 수입되었습니다.

2015년 당시 해외 제조업체의 기술은 비교적 성숙했지만 초고속 레이저의 비용은 200만 위안을 넘어섰습니다. 단일 정밀 초고속 레이저 절단기가 400만 위안 이상에 판매되었습니다. 높은 비용으로 인해 중국에서 초고속 레이저가 광범위하게 사용되는 데 어려움이 있었습니다. 2015년 이후 중국은 초고속 레이저의 국산화를 가속화했습니다. 기술적 혁신이 빠르게 이루어졌고, 2017년에는 10개가 넘는 중국 초고속 레이저 회사가 외국 제품과 동등한 수준으로 경쟁하게 되었습니다. 중국산 초고속 레이저의 가격은 수만 위안에 불과해 수입 제품도 그에 맞춰 가격을 낮추어야 했습니다. 당시 국내에서 생산된 초고속 레이저는 저출력 단계에서 안정화되고 주목을 받게 되었다. (3W-15W). 중국 초고속 레이저 출하량은 2015년 100대 미만에서 2021년 2,400대로 급증했습니다. 2020년 중국 초고속 레이저 시장 규모는 약 27.4억 위안이었습니다.

초고속 레이저의 힘은 계속해서 새로운 차원으로 발전하고 있습니다.

최근 몇 년 동안 중국 연구자들의 노력 덕분에 중국산 초고속 레이저 기술이 크게 발전했습니다. 50W 자외선 피코초 레이저가 성공적으로 개발되었고, 50W 펨토초 레이저도 점차 완성 단계에 이르렀습니다. 2023년에 베이징에 있는 한 회사가 500W 고출력 적외선 피코초 레이저를 출시했습니다. 현재 중국의 초고속 레이저 기술은 최대 출력, 안정성, 최소 펄스 폭 등의 핵심 지표에서만 뒤처지고 있으며, 유럽과 미국의 선진 수준과의 격차는 상당히 좁혀졌습니다.

초고속 레이저의 예상되는 미래 개발은 펄스 폭의 지속적인 개선과 함께 1000W 적외선 피코초 레이저 및 500W 펨토초 레이저와 같은 더 높은 전력 변형의 도입에 계속 초점을 맞추고 있습니다. 기술이 발전함에 따라 애플리케이션의 특정 병목 현상은 극복될 것으로 예상됩니다.

중국 국내 시장 수요는 레이저 생산 능력 개발에 뒤처져 있습니다.

중국의 초고속 레이저 시장 규모의 성장률은 출하량 급증에 비해 크게 뒤처져 있습니다. 이러한 불일치는 주로 중국 초고속 레이저의 하위 응용 시장이 완전히 개방되지 않았다는 사실에서 기인합니다. 국내외 레이저 제조업체 간의 치열한 경쟁, 시장 점유율을 차지하기 위한 가격 전쟁, 응용 분야에서의 미숙한 공정이 많고 지난 3년간 스마트폰 전자제품/패널 시장이 침체되면서 많은 사용자가 초고속 레이저 라인으로 생산을 확장하는 데 주저하고 있습니다.

금속판에서의 가시광선 레이저 절단 및 용접과 달리 초고속 레이저의 가공 능력은 극히 짧은 시간 내에 작업을 완료하므로 다양한 공정에 대한 광범위한 연구가 필요합니다. 현재 초고속 레이저는 풀스크린 스마트폰, 유리, OLED PET 필름, FPC 플렉시블 보드, PERC 태양 전지, 웨이퍼 절단, 회로 기판의 블라인드 홀 드릴링 등의 분야에서 이미 성숙한 응용 분야를 가지고 있다고 자주 언급됩니다. 또한, 항공우주 및 방위 산업에서는 특수 부품을 드릴링하고 절단하는 데 그 중요성이 큽니다.

초고속 레이저가 다양한 분야에 적합하다고 주장하지만, 실제 응용 분야는 아직은 다른 문제라는 점에 유의해야 합니다. 반도체 소재, 칩, 웨이퍼, PCB, 구리 도금 기판, SMT 등 대량 생산이 필요한 산업에서는 초고속 레이저를 실질적으로 적용하는 경우가 거의 없습니다. 이는 초고속 레이저 응용 분야와 공정 개발이 뒤처지고 있으며, 레이저 기술 발전 속도보다 뒤처지고 있음을 의미합니다.

초고속 레이저 가공 응용 분야 탐색의 긴 여정

중국에서는 정밀 레이저 장비를 전문으로 하는 기업 수가 비교적 적어, 금속 레이저 절단 기업의 약 1/20 정도에 불과합니다. 이러한 회사는 일반적으로 규모가 크지 않으며 칩, PCB, 패널과 같은 산업에서 공정 개발 기회가 제한적입니다. 게다가 최종 응용 분야에서 생산 공정이 성숙한 산업은 레이저 미세 가공으로 전환할 때 수많은 시행착오와 검증에 직면하는 경우가 많습니다. 신뢰할 수 있는 새로운 프로세스 솔루션을 발견하려면 장비 비용을 고려할 때 상당한 시행착오가 필요합니다. 이러한 전환은 쉬운 과정이 아닙니다.

전체 패널 유리 절단은 초고속 레이저를 특정 틈새 시장에 진출시키는 데 적합한 진입점이 될 수 있습니다. 모바일 유리 스크린에 레이저 절단 기술을 빠르게 도입한 것은 성공적인 사례입니다. 그러나 다른 산업 분야에서 특수 소재 부품이나 반제품에 사용되는 초고속 레이저를 탐구하려면 더 많은 시간이 필요합니다. 현재 초고속 레이저 응용 분야는 다소 제한적이며 주로 비금속 재료 절단에 초점을 맞추고 있습니다. OLED/반도체와 같은 보다 광범위한 분야에서 응용 분야가 부족한 것은 중국의 초고속 레이저 가공 기술 수준이 아직 전반적으로 높지 않다는 것을 보여줍니다. 이는 또한 미래 개발에 엄청난 잠재력이 있음을 의미하며, 향후 10년 동안 초고속 레이저 가공 응용 분야가 점진적으로 급증할 것으로 예상됩니다.