정밀 레이저 가공의 다음 붐은 어디에서 일어날까?

얼마 전, Apple Inc. 1년에 한 번씩 업데이트를 한다는 전통을 유지하면서, 새로운 세대의 iPhone 14 출시를 공식 발표했습니다. 많은 사용자들은 "아이폰이 14세대로 발전했다"는 사실에 충격을 받았습니다. 그리고 중국 시장에서 100만 건이 넘는 온라인 예약을 빠르게 확보했습니다. 아이폰은 여전히 젊은층에게 인기가 많습니다.

스마트폰이 정밀 레이저 가공에 대한 첫 번째 수요를 촉발했습니다.

10년 전, 스마트폰이 출시되었을 때는 산업용 레이저 가공 기술이 아직 낮은 수준이었습니다. 중국 시장에서는 파이버 레이저와 초고속 레이저는 새로운 기술이고, 정밀 레이저 가공은 말할 것도 없습니다. 2011년부터 저가형 정밀 레이저 마킹이 중국에서 점차 적용되기 시작했습니다. 당시에는 소출력 고체펄스 녹색 레이저와 자외선 레이저가 논의되었습니다. 그리고 지금은 초고속 레이저가 점차 상업적인 목적으로 활용되고 있으며, 초고속 정밀 레이저 가공에 대한 이야기도 나오고 있습니다.

정밀 레이저 가공의 대량 적용은 주로 스마트폰 개발에 의해 촉진되었습니다. 카메라 슬라이드, 지문 모듈, 홈 키, 카메라 블라인드 홀, 휴대전화 패널의 불규칙한 모양 절단 등의 생산은 모두 초고속 레이저 정밀 절단의 기술 혁신으로부터 이익을 얻습니다. 중국 주요 레이저 정밀 가공 제조업체의 정밀 가공 사업은 주로 가전제품 분야입니다. 즉, 정밀 레이저 가공의 마지막 붐은 가전제품, 특히 스마트폰과 디스플레이 패널에 의해 주도되고 있습니다.

레이저 패널 절단

2021년부터 스마트폰, 웨어러블 손목 밴드, 디스플레이 패널과 같은 소비자 제품은 하락세를 보였으며, 이로 인해 소비자 전자 제품 처리 장비에 대한 수요가 약해지고 성장에 대한 압박이 커졌습니다. 그렇다면 새로운 iPhone 14가 새로운 프로세싱 붐을 일으킬 수 있을까요? 하지만 사람들이 새 휴대폰을 구매할 의향이 줄고 있는 현재 추세를 볼 때, 스마트폰이 시장 수요의 새로운 성장에 기여하기는 어려울 것이 거의 확실합니다. 몇 년 전에 유행했던 5G와 폴더블 폰은 일부 재고 교체만 가능할 뿐입니다. 그렇다면 정밀 레이저 가공 분야의 다음 수요 급증은 어디에서 일어날까요?

중국 반도체 및 칩 산업의 부상

중국은 말 그대로 세계의 공장이다. 2020년 중국 제조업의 부가가치는 전 세계 점유율의 28.5%를 차지했습니다. 레이저 가공 및 제조에 엄청난 시장 잠재력을 가져다주는 것은 바로 중국의 거대한 제조업입니다. 그러나 중국의 제조업은 초기 단계에서는 기술 축적이 취약하며 대부분이 중하위 산업입니다. 지난 10년 동안 기계, 운송, 에너지, 해양공학, 항공우주, 제조장비 등 분야에서 큰 진전이 있었으며, 레이저와 레이저 장비의 개발도 포함되어 국제 선진 수준과의 격차를 크게 줄였습니다.

반도체 산업 협회의 통계에 따르면, 중국 본토는 세계에서 가장 빠르게 반도체 공장을 건설하는 나라이며, 2024년 말까지 성숙 공정에 중점을 둔 대형 공장 31개가 완공될 것으로 예상됩니다. 이러한 속도는 같은 기간 동안 중국 대만에서 가동될 예정인 19개 공장과 미국에서 가동될 예정인 12개 공장을 크게 앞지르고 있습니다.

얼마 전 중국은 상하이 집적회로 산업이 14nm 칩 공정을 돌파해 일정 수준의 양산 규모에 도달했다고 발표했습니다. 가전제품, 자동차, 통신 등에 사용되는 28nm 이상 칩 중 일부의 경우, 중국은 매우 성숙한 생산 공정을 자랑하며, 대부분 칩에 대한 전반적인 수요를 내부적으로 완벽하게 충족시킬 수 있습니다. 미국이 도입되면서 CHIPS법으로 인해 중국과 미국 간의 칩 기술 경쟁이 더욱 치열해지고 공급 과잉이 발생할 수도 있습니다. 2021  중국의 칩 수입이 크게 감소했습니다.

레이저 가공 칩

반도체 칩 가공에 사용되는 레이저

웨이퍼는 반도체 제품과 칩의 기본 소재로, 성장 후 기계적으로 연마해야 합니다. 이후 단계에서는 웨이퍼 절단, 즉 웨이퍼 다이싱이 매우 중요합니다. 초기 단펄스 DPSS 레이저 웨이퍼 절단 기술은 유럽과 미국에서 개발되어 성숙되었습니다. 초고속 레이저의 출력이 증가함에 따라, 특히 웨이퍼 절단, 미세 드릴링, 폐쇄 베타 테스트와 같은 공정에서 초고속 레이저를 사용하는 것이 미래에는 점차 주류가 될 것입니다. 초고속 레이저 장비에 대한 수요 잠재력은 비교적 크다.

현재 중국에는 28nm 공정에서 12인치 웨이퍼의 표면 슬로팅에 적용할 수 있는 웨이퍼 슬로팅 장비와 MEMS 센서 칩, 메모리 칩 및 기타 하이엔드 칩 제조 분야에 적용되는 레이저 웨이퍼 암호화 절단 장비를 제공할 수 있는 정밀 레이저 장비 제조업체가 있습니다. 2020년 선전의 대형 레이저 기업은 유리와 실리콘 슬라이스를 분리하는 레이저 디본딩 장비를 개발했으며, 이 장비를 사용하여 고급 반도체 칩을 생산할 수 있게 되었습니다.

레이저 절단 칩 웨이퍼

2022년 중반, 우한의 레이저 기업이 전자동 레이저 개조 절단 장비를 선보였는데, 이 장비는 칩 분야의 레이저 표면 처리에 성공적으로 적용되었습니다. 이 장치는 고정밀 펨토초 레이저와 매우 낮은 펄스 에너지를 사용하여 마이크론 범위의 반도체 소재 표면에 레이저 개질을 수행하여 반도체 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킵니다. 본 장비는 고가의 협채널(≥20um) 복합반도체 SiC, GaAs, LiTaO3 및 기타 웨이퍼 칩 내부 수정 절단(실리콘 칩, MEMS 센서 칩, CMOS 칩 등)에 적합합니다. 

중국은 리소그래피 기계의 핵심적인 기술적 문제를 해결하고 있으며, 이는 리소그래피 기계 사용과 관련된 엑시머 레이저와 극자외선 레이저에 대한 수요를 촉진할 것입니다. 하지만 중국에서는 이 분야에 대한 연구가 거의 없습니다.

하이엔드 및 칩용 정밀 레이저 가공 헤드가 다음 유행의 물결이 될 수도 있습니다.

이전에는 중국의 반도체 칩 산업이 약했기 때문에 레이저 가공 칩에 대한 연구와 응용이 거의 없었으며, 처음에는 하류 소비자 전자 제품의 터미널 조립에 사용되었습니다. 앞으로 중국의 정밀 레이저 가공의 주요 시장은 점차 일반 전자부품 가공에서 상류 소재 및 핵심 부품, 특히 반도체 소재, 생물의학, 고분자 소재 제조로 옮겨갈 것입니다.

반도체 칩 산업에서는 레이저 응용 공정이 점점 더 많이 개발될 것입니다. 고정밀 칩 제품의 경우 비접촉 광학 가공이 가장 적합한 방법입니다. 칩에 대한 수요가 엄청나게 증가함에 따라, 칩 산업은 정밀 레이저 가공 장비에 대한 다음 단계의 수요에 기여할 가능성이 매우 높습니다.