정밀 레이저 가공 분야의 다음 호황은 어디에서 올까요?

얼마 전 애플은 매년 업데이트를 거듭하는 관례를 이어가며 신형 아이폰 14를 공식 발표했습니다. 많은 사용자들이 "아이폰이 14세대까지 나왔다니"라며 놀라움을 금치 못했습니다. 특히 중국 시장에서는 온라인 예약 판매 100만 대를 돌파하며 폭발적인 인기를 얻었습니다. 아이폰은 여전히 ​​젊은 층에게 큰 인기를 누리고 있습니다.

스마트폰은 정밀 레이저 가공에 대한 수요를 촉발하는 첫 번째 계기가 되었습니다.

십여 년 전 스마트폰이 막 출시되었을 당시, 산업용 레이저 가공 기술은 아직 초기 단계였습니다. 파이버 레이저와 초고속 레이저는 중국 시장에서 생소한 기술이었고, 정밀 레이저 가공은 말할 것도 없었습니다. 2011년부터 중국에서 저가형 정밀 레이저 마킹이 점차 적용되기 시작했습니다. 당시에는 저출력 고체 펄스 녹색 레이저와 자외선 레이저가 논의되었고, 이제는 초고속 레이저가 상용화되면서 초고속 정밀 레이저 가공에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

정밀 레이저 가공의 대량 보급은 스마트폰 개발에 힘입어 크게 가속화되었습니다. 카메라 슬라이드, 지문 인식 모듈, HOME 키, 카메라 블라인드 홀, 불규칙 형상의 휴대폰 패널 절단 등 다양한 제품 생산이 초고속 레이저 정밀 절단 기술의 발전 덕분에 가능해졌습니다. 중국 주요 레이저 정밀 가공 업체들의 사업은 주로 소비자 가전 분야에서 이루어지고 있습니다. 즉, 최근 정밀 레이저 가공의 호황은 소비자 가전, 특히 스마트폰과 디스플레이 패널 분야에 의해 주도되었습니다.

레이저 패널 절단

2021년 이후 스마트폰, 웨어러블 기기, 디스플레이 패널 등 소비자 제품의 판매량이 감소세를 보이면서 가전제품 가공 장비 수요도 위축되고 성장세가 둔화되었습니다. 그렇다면 새로운 아이폰 14가 가공 시장의 새로운 호황을 불러일으킬 수 있을까요? 하지만 현재 소비자들이 새 휴대폰 구매를 꺼리는 추세를 고려할 때, 스마트폰이 시장 수요 증가에 기여하기는 어려울 것으로 보입니다. 몇 년 전 인기를 끌었던 5G 스마트폰이나 폴더블폰 역시 부분적인 재고 보충에 그칠 가능성이 높습니다. 그렇다면 정밀 레이저 가공 시장의 차기 수요 급증은 어디에서 비롯될까요?

중국 반도체 및 칩 산업의 부상

중국은 명실상부한 세계의 공장입니다. 2020년 중국 제조업의 부가가치는 전 세계 점유율의 28.5%를 차지했습니다. 이처럼 거대한 중국 제조업은 레이저 가공 및 제조 분야에 엄청난 시장 잠재력을 제공합니다. 그러나 중국 제조업은 초기 단계에서 기술 축적이 미흡하고 대부분 중저가 산업에 머물러 있습니다. 지난 10년간 기계, 운송, 에너지, 해양 공학, 항공 우주, 제조 장비 등 여러 분야에서, 특히 레이저 및 레이저 장비 개발 분야에서 큰 발전을 이루면서 국제 선진 수준과의 격차를 크게 좁혔습니다.

반도체산업협회의 통계에 따르면, 중국 본토는 세계에서 가장 빠른 반도체 제조 시설(팹) 건설 속도를 자랑하며, 성숙 공정에 초점을 맞춘 31개의 대형 팹이 2024년 말까지 완공될 예정입니다. 이는 같은 기간 대만에서 가동 예정인 19개 팹과 미국에서 예상되는 12개 팹을 크게 앞지르는 속도입니다.

얼마 전 중국은 상하이 집적회로 산업이 14nm 칩 공정을 돌파하고 일정 수준의 양산 규모에 도달했다고 발표했습니다. 가전제품, 자동차, 통신 등에 사용되는 28nm 이상의 칩의 경우, 중국은 이미 생산 공정이 성숙 단계에 접어들어 대부분의 칩 수요를 국내에서 충분히 충족할 수 있다고 자랑합니다. 그러나 미국의 칩 기술 보호법(CHIPS Act) 도입으로 미중 간 칩 기술 경쟁이 더욱 치열해지면서 공급 과잉 현상이 나타날 가능성이 있습니다. 실제로 2021년 중국의 칩 수입량은 크게 감소했습니다.

레이저 가공 칩

반도체 칩 가공에 사용되는 레이저

웨이퍼는 반도체 제품과 칩의 기본 재료로, 성장 후 기계적 연마가 필요합니다. 후속 단계에서는 웨이퍼 절단(웨이퍼 다이싱)이 매우 중요합니다. 초기 단펄스 DPSS 레이저 웨이퍼 절단 기술은 유럽과 미국에서 개발 및 성숙되었습니다. 초고속 레이저의 출력이 증가함에 따라, 특히 웨이퍼 절단, 미세 드릴링, 폐쇄형 베타 테스트와 같은 공정에서 초고속 레이저 기술의 사용이 점차 주류로 자리 잡을 것으로 예상됩니다. 초고속 레이저 장비의 수요 잠재력은 매우 큽니다.

현재 중국에는 28nm 공정의 12인치 웨이퍼 표면 슬로팅에 적용 가능한 웨이퍼 슬로팅 장비와 MEMS 센서 칩, 메모리 칩 등 고급 칩 제조 분야에 사용되는 레이저 웨이퍼 크립토 커팅 장비를 제공하는 정밀 레이저 장비 제조업체가 존재합니다. 2020년에는 선전의 한 대형 레이저 기업이 유리와 실리콘 슬라이스를 분리하는 레이저 디본딩 장비를 개발했는데, 이 장비는 고급 반도체 칩 생산에 활용될 수 있습니다.

레이저 절단 칩 웨이퍼

2022년 중반, 우한의 한 레이저 전문 기업이 완전 자동 레이저 표면 가공 절단 장비를 선보였으며, 이는 칩 분야의 레이저 표면 처리에 성공적으로 적용되었습니다. 이 장비는 고정밀 펨토초 레이저와 극히 낮은 펄스 에너지를 사용하여 반도체 소재 표면에 마이크론 범위의 레이저 표면 가공을 수행함으로써 반도체 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킵니다. 이 장비는 고가의 협대역(≥20μm) 화합물 반도체인 SiC, GaAs, LiTaO3 등의 웨이퍼 칩 내부 가공 절단에 적합하며, 실리콘 칩, MEMS 센서 칩, CMOS 칩 등에 활용될 수 있습니다.

중국은 석판 인쇄 장비의 핵심 기술적 문제들을 해결하고 있으며, 이는 석판 인쇄 장비 사용과 관련된 엑시머 레이저 및 극자외선 레이저에 대한 수요를 촉진할 것이지만, 중국에서는 이 분야에 대한 연구가 아직 미미한 수준이다.

고성능 칩 가공을 위한 정밀 레이저 가공 헤드가 차세대 유행으로 떠오를 수 있습니다.

과거 중국의 반도체 칩 산업이 취약했던 탓에 레이저 가공 칩에 대한 연구 및 응용은 미미했으며, 초기에는 주로 소비자 전자 제품의 최종 조립에 사용되었습니다. 그러나 향후 중국의 정밀 레이저 가공 시장은 일반 전자 부품 가공에서 점차 상류 소재 및 핵심 부품, 특히 반도체 소재, 생체의료 소재, 고분자 소재 제조 분야로 이동할 것으로 예상됩니다.

반도체 칩 산업에서 레이저 응용 공정은 점점 더 많이 개발될 것입니다. 고정밀 칩 제품에는 비접촉식 광 가공이 가장 적합한 방법입니다. 칩에 대한 막대한 수요를 고려할 때, 칩 산업은 정밀 레이저 가공 장비에 대한 차세대 수요를 주도할 가능성이 매우 높습니다.