오늘날 레이저 시장은 자외선(UV) 레이저보다 우수한 성능을 보이는 광섬유 레이저가 주도하고 있습니다. 광섬유 레이저는 다양한 산업 분야에서 활용되기 때문에 시장 점유율이 가장 높습니다. 자외선 레이저는 여러 가지 한계로 인해 광섬유 레이저만큼 많은 분야에 적용되지 못할 수 있지만, 355nm라는 특유의 파장 덕분에 다른 레이저와 차별화되며 특정 특수 용도에서는 최적의 선택이 됩니다.
UV 레이저는 적외선에 3차 고조파 발생 기술을 적용하여 얻어지는 저온 광원입니다. 따라서 UV 레이저를 이용한 가공 방식을 저온 가공이라고 합니다. UV 레이저는 상대적으로 짧은 파장과 펄스 폭, 그리고 고품질의 광선을 통해 더욱 정밀한 미세 가공을 가능하게 합니다. 특히 UV 파장대와 짧은 펄스 영역에서 높은 에너지 흡수율을 보이며, 재료를 매우 빠르게 기화시켜 열영향부와 탄화를 최소화합니다. 또한, 작은 초점 크기는 UV 레이저를 더욱 정밀하고 작은 영역에 적용할 수 있도록 합니다. 열영향부가 매우 작다는 점은 UV 레이저 가공을 저온 가공으로 분류하게 하는 가장 두드러진 특징 중 하나이며, 다른 레이저와 차별화되는 요소입니다. UV 레이저는 광화학 반응을 이용하여 재료 내부까지 도달할 수 있습니다. UV 레이저의 파장은 가시광선 파장보다 짧습니다. 하지만 자외선 레이저는 바로 이 짧은 파장 덕분에 더욱 정밀하게 초점을 맞출 수 있으며, 이를 통해 정밀한 고급 가공을 수행하고 동시에 뛰어난 위치 정밀도를 유지할 수 있습니다.
UV 레이저는 전자제품 마킹, 가전제품 외장 케이스 마킹, 식품 및 의약품 제조일자 마킹, 가죽, 공예품, 직물 절단, 고무 제품, 유리 소재, 명판, 통신 장비 등 다양한 분야에 널리 적용됩니다. 또한, PCB 절단, 세라믹 드릴링 및 스크라이빙과 같은 고급 정밀 가공 분야에도 활용됩니다. 특히 EUV는 7nm 칩 가공이 가능한 유일한 레이저 기술이며, EUV의 존재 덕분에 무어의 법칙이 오늘날까지 유효하게 유지되고 있습니다.
지난 2년간 UV 레이저 시장은 급속한 성장을 경험했습니다. 2016년 이전에는 국내 UV 레이저 총 출하량이 3,000대 미만이었지만, 2016년에는 6,000대를 넘어섰고, 2017년에는 9,000대까지 급증했습니다. UV 레이저 시장의 이러한 빠른 성장은 UV 레이저를 활용한 고급 가공 분야에 대한 시장 수요 증가에 기인합니다. 또한, 과거 YAG 레이저와 CO2 레이저가 주를 이루었던 일부 분야에서 UV 레이저가 그 자리를 대체하고 있습니다.
화라이, 인구, 벨린, 로건, 마이만, RFH, 이노, DZD 포토닉스, 포토닉스 등 국내에는 UV 레이저를 생산 및 판매하는 기업이 상당히 많습니다. 2009년 당시 국내 UV 레이저 기술은 개발 초기 단계였지만, 현재는 상당히 성숙 단계에 이르렀습니다. 수십 개의 UV 레이저 기업이 양산에 성공하면서 UV 고체 레이저 시장에서 해외 브랜드의 독점적 지위를 약화시키고 국내 UV 레이저 가격을 크게 낮췄습니다. 가격 인하는 UV 레이저 가공의 대중화를 촉진하고 국내 가공 수준 향상에 기여했습니다. 그러나 국내 제조업체들이 주로 1W~12W 범위의 중저출력 UV 레이저에 집중하고 있다는 점은 주목할 만합니다. (화라이는 20W 이상의 UV 레이저를 개발했습니다.) 고출력 UV 레이저의 경우, 국내 제조업체들은 아직 생산 능력을 갖추지 못해 해외 브랜드에 뒤처지고 있습니다.
해외 브랜드 중에서는 스펙트럴-피직스(Spectral-Physics), 코히런트(Coherent), 트럼프(Trumpf), AOC, 파워레이즈(Powerlase), IPG 등이 해외 UV 레이저 시장의 주요 업체입니다. 스펙트럴-피직스는 60W 고출력 UV 레이저(M2 < 1.3)를 개발했고, 파워레이즈는 180W DPSS UV 레이저(M2 < 30)를 보유하고 있습니다. IPG는 연간 매출액이 1천만 위안에 육박하며, 중국 파이버 레이저 시장에서 50% 이상의 점유율을 차지하고 있습니다. 중국 내 UV 레이저 판매량은 파이버 레이저에 비해 비중은 작지만, IPG는 중국 내 소비자 가전 가공 애플리케이션 수요 증가에 힘입어 UV 레이저 시장의 미래가 밝다고 전망합니다. 지난 분기 IPG는 UV 레이저 판매액이 100만 달러를 넘어섰습니다. IPG는 MKS의 자회사인 스펙트럴-피직스 및 전통적인 DPSSL 업체와 UV 레이저 분야에서 경쟁하고자 합니다.
일반적으로 UV 레이저는 파이버 레이저만큼 널리 사용되지는 않지만, 응용 분야와 시장 수요 측면에서 여전히 유망한 미래를 지니고 있으며, 이는 지난 2년간 출하량의 급격한 증가에서 확인할 수 있습니다. UV 레이저 가공은 레이저 가공 시장에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 국내 UV 레이저의 보급이 확대됨에 따라 국내외 브랜드 간 경쟁이 심화될 것이며, 이는 국내 UV 레이저 가공 분야에서 UV 레이저의 인기를 더욱 높일 것으로 예상됩니다.
UV 레이저의 주요 기술에는 공진 공동 설계, 주파수 증폭 제어, 내부 공동 열 보상 및 냉각 제어가 포함됩니다. 냉각 제어 측면에서 저출력 UV 레이저는 수냉식 장비와 공랭식 장비를 사용할 수 있으며, 대부분의 제조업체는 수냉식 장비를 선호합니다. 중고출력 UV 레이저는 모두 수냉식 장치를 장착하고 있습니다. 따라서 UV 레이저 시장의 수요 증가로 UV 레이저 전용 냉각기(워터 칠러)의 시장 수요도 증가할 것으로 예상됩니다. UV 레이저의 안정적인 출력을 위해서는 내부 열을 특정 범위 내로 유지해야 합니다. 따라서 냉각 효과 측면에서 수냉식은 공랭식보다 더 안정적이고 신뢰할 수 있습니다.
널리 알려진 바와 같이, 냉각기의 수온 변동폭이 클수록(즉, 온도 제어가 정확하지 않을수록) 광 손실이 커져 레이저 가공 비용이 증가하고 레이저 수명이 단축됩니다. 반면, 냉각기의 온도 제어가 정밀할수록 수온 변동폭이 줄어들고 레이저 출력이 더욱 안정됩니다. 또한, 냉각기의 안정적인 수압은 레이저 배관 부하를 크게 줄이고 기포 발생을 방지합니다. S&A Teyu의 냉각기는 컴팩트한 설계와 적절한 배관 설계를 통해 기포 발생을 방지하고 안정적인 레이저 출력을 유지하여 레이저 수명 연장과 비용 절감에 기여합니다.
