고출력 초고속 레이저 장비의 응용 시장에 어떻게 진출할 수 있을까?

산업용 레이저 가공은 고효율, 정밀성, 그리고 최고의 품질이라는 세 가지 핵심 특징을 자랑합니다. 바로 이 세 가지 특성 덕분에 레이저 가공은 다양한 제조 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 고출력 금속 절단이든 중저출력 미세 가공이든, 레이저 가공은 기존 가공 기술에 비해 상당한 이점을 보여주었습니다. 결과적으로 레이저 가공은 지난 10여 년간 빠르고 광범위하게 적용되어 왔습니다.

중국의 초고속 레이저 개발

레이저 가공 응용 분야는 중출력 및 고출력 파이버 레이저 절단, 대형 금속 부품 용접, 초고속 레이저 미세 가공 정밀 제품 등 다양한 작업에 중점을 두고 점차 다양화되어 왔습니다. 피코초 레이저(10-12초)와 펨토초 레이저(10-15초)로 대표되는 초고속 레이저는 불과 20년 만에 발전했습니다. 2010년에 상용화되어 의료 및 산업 가공 분야에 점차 진출했습니다. 중국은 2012년에 초고속 레이저의 산업용 사용을 시작했지만, 완성도 높은 제품은 2014년에야 등장했습니다. 그 이전에는 거의 모든 초고속 레이저가 수입되었습니다.

2015년까지 해외 제조업체는 비교적 성숙한 기술을 보유했지만 초고속 레이저의 비용은 200만 위안을 초과했습니다. 단일 정밀 초고속 레이저 절단기는 400만 위안 이상에 판매되었습니다. 높은 비용으로 인해 중국에서 초고속 레이저가 광범위하게 적용되지 못했습니다. 2015년 이후 중국은 초고속 레이저의 국산화를 가속화했습니다. 기술 혁신이 빠르게 발생하여 2017년까지 10개가 넘는 중국 초고속 레이저 회사가 외국 제품과 동등한 수준으로 경쟁했습니다. 중국산 초고속 레이저의 가격은 수만 위안에 불과하여 수입 제품은 그에 따라 가격을 낮추어야 했습니다. 그 기간 동안 국내에서 생산된 초고속 레이저는 안정화되고 저출력 단계(3W-15W)에서 주목을 받았습니다. 중국 초고속 레이저의 출하량은 2015년 100대 미만에서 2021년 2,400대로 급증했습니다. 2020년 중국 초고속 레이저 시장 규모는 약 27억 4천만 위안이었습니다.

초고속 레이저의 힘은 계속해서 새로운 차원으로 발전하고 있습니다.

최근 몇 년 동안 중국 연구진의 노력 덕분에 중국산 초고속 레이저 기술은 상당한 발전을 이루었습니다. 50W 자외선 피코초 레이저 개발에 성공했고, 50W 펨토초 레이저도 점진적으로 발전했습니다. 2023년에는 베이징에 본사를 둔 한 회사가 500W 고출력 적외선 피코초 레이저를 출시했습니다. 현재 중국의 초고속 레이저 기술은 최대 출력, 안정성, 최소 펄스 폭과 같은 핵심 지표에서만 뒤처지며 유럽 및 미국의 선진 기술과의 격차를 상당히 좁혔습니다.

초고속 레이저의 미래 개발은 펄스 폭을 지속적으로 개선하면서 1000W 적외선 피코초 레이저와 500W 펨토초 레이저와 같은 고출력 레이저 개발에 집중될 것으로 예상됩니다. 기술이 발전함에 따라 응용 분야의 일부 병목 현상은 극복될 것으로 예상됩니다.

중국 국내 시장 수요는 레이저 생산 능력 개발에 뒤처져 있습니다.

중국 초고속 레이저 시장 규모의 성장률은 출하량 급증에 크게 미치지 못합니다. 이러한 차이는 주로 중국 초고속 레이저의 하위 응용 시장이 아직 완전히 개방되지 않았기 때문입니다. 국내외 레이저 제조업체 간의 치열한 경쟁, 시장 점유율 확보를 위한 가격 경쟁, 응용 분야의 미숙한 공정, 그리고 지난 3년간 스마트폰 전자제품/패널 시장의 침체로 인해 많은 업체들이 초고속 레이저 라인으로의 생산 확장을 주저하고 있습니다.

판금의 가시광선 레이저 절단 및 용접과 달리, 초고속 레이저의 가공 성능은 매우 짧은 시간 안에 작업을 완료할 수 있기 때문에 다양한 공정에 대한 광범위한 연구가 필요합니다. 현재 초고속 레이저는 풀스크린 스마트폰, 유리, OLED PET 필름, FPC 플렉시블 기판, PERC 태양 전지, 웨이퍼 절단, 회로 기판의 블라인드 홀 드릴링 등 다양한 분야에서 이미 널리 활용되고 있습니다. 또한, 항공우주 및 방위 산업 분야에서 특수 부품의 드릴링 및 절단에 있어 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

초고속 레이저가 다양한 분야에 적합하다고 주장되지만, 실제 적용은 완전히 다른 문제라는 점에 유의해야 합니다. 반도체 소재, 칩, 웨이퍼, PCB, 구리 도금 기판, SMT와 같이 대량 생산이 이루어지는 산업에서는 초고속 레이저의 활용 사례가 거의 없거나 전혀 없습니다. 이는 초고속 레이저 응용 분야 및 공정 개발이 ​​레이저 기술 발전 속도에 비해 뒤떨어져 있음을 의미합니다.

초고속 레이저 가공 응용 분야 탐색의 긴 여정

중국에서는 정밀 레이저 장비 전문 기업의 수가 상대적으로 적어 금속 레이저 절단 기업의 약 20분의 1에 불과합니다. 이러한 기업들은 일반적으로 규모가 크지 않으며, 칩, PCB, 패널과 같은 산업 분야에서 공정 개발 기회가 제한적입니다. 더욱이, 최종 응용 분야에서 생산 공정이 성숙된 산업은 레이저 미세 가공으로 전환할 때 수많은 시행착오와 검증에 직면하는 경우가 많습니다. 신뢰할 수 있는 새로운 공정 솔루션을 개발하려면 장비 비용을 고려할 때 상당한 시행착오가 필요합니다. 이러한 전환은 결코 쉬운 과정이 아닙니다.

전체 패널 유리 절단은 초고속 레이저가 특정 틈새 시장에 진입할 수 있는 적절한 진입점이 될 수 있습니다. 모바일 유리 화면에 레이저 절단이 빠르게 도입된 것은 성공적인 사례입니다. 그러나 특수 소재 부품이나 다른 산업의 반제품에 초고속 레이저를 적용하려면 더 많은 탐색 시간이 필요합니다. 현재 초고속 레이저 응용 분야는 비금속 소재 절단에 주로 집중되어 다소 제한적입니다. OLED/반도체와 같은 더 광범위한 분야에서의 응용 분야가 부족한 것은 중국의 초고속 레이저 가공 기술 수준이 아직 높지 않음을 시사합니다. 이는 향후 10년 동안 초고속 레이저 가공 응용 분야가 점진적으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 엄청난 미래 발전 잠재력을 시사합니다.