정밀 레이저 가공의 다음 붐은 어디에서 일어날까?

얼마 전, 애플은 1년에 한 번씩 업데이트하는 전통을 유지하면서 차세대 아이폰 14 출시를 공식 발표했습니다. 많은 사용자들이 "아이폰이 14세대로 진화했다"는 사실에 충격을 받았습니다. 그리고 중국 시장에서 온라인 예약 판매량이 100만 회를 돌파했습니다. 아이폰은 여전히 ​​젊은층에게 인기가 많습니다.

스마트폰이 정밀 레이저 가공에 대한 첫 번째 수요를 촉발했습니다.

10여 년 전, 스마트폰이 막 출시되었을 당시 산업용 레이저 가공 기술은 아직 미흡했습니다. 파이버 레이저와 초고속 레이저는 중국 시장에서 생소한 기술이었고, 정밀 레이저 가공은 말할 것도 없었습니다. 2011년부터 저가형 정밀 레이저 마킹이 중국에 점차 적용되기 시작했습니다. 당시에는 소출력 솔리드 펄스 그린 레이저와 자외선 레이저가 논의되었습니다. 그리고 지금은 초고속 레이저가 점차 상업적으로 활용되고 있으며, 초고속 정밀 레이저 가공에 대한 논의가 활발하게 진행되고 있습니다.

정밀 레이저 가공의 대량 적용은 주로 스마트폰 개발에 힘입어 이루어지고 있습니다. 카메라 슬라이드, 지문 인식 모듈, 홈 키, 카메라 블라인드 홀, 휴대폰 패널의 불규칙 형상 절단 등 모든 생산 공정이 초고속 레이저 정밀 가공 기술의 혁신을 통해 이루어지고 있습니다. 중국 주요 레이저 정밀 가공 제조업체의 정밀 가공 사업은 가전제품에서 시작됩니다. 즉, 정밀 레이저 가공의 최근 호황은 가전제품, 특히 스마트폰과 디스플레이 패널에서 비롯되었습니다.

레이저 패널 절단

2021년 이후 스마트폰, 웨어러블 손목밴드, 디스플레이 패널 등 소비자 가전제품은 하락세를 보이며 가전 가공 장비 수요 감소와 성장 둔화로 이어졌습니다. 그렇다면 새로운 아이폰14가 새로운 가공 붐을 일으킬 수 있을까요? 하지만 사람들이 새 휴대폰을 구매할 의향이 낮아지는 현재 추세를 고려할 때, 스마트폰이 시장 수요 증가에 기여하기는 어려울 것으로 보입니다. 몇 년 전 유행했던 5G와 폴더블 폰은 일부 재고 교체만 가져올 수 있을 뿐입니다. 그렇다면 정밀 레이저 가공의 다음 수요 급증은 어디에서 일어날까요?

중국 반도체 및 칩 산업의 부상

중국은 명실상부한 세계 공장입니다. 2020년 중국 제조업의 부가가치는 세계 시장 점유율의 28.5%를 차지하며, 레이저 가공 및 제조 분야에 막대한 시장 잠재력을 제공하는 것은 바로 중국의 거대 제조업입니다. 그러나 중국 제조업은 초기 기술 축적이 미흡하고 대부분 중저가 산업에 속합니다. 지난 10년 동안 기계, 운송, 에너지, 해양, 항공우주, 제조 장비 등 다양한 분야에서 눈부신 발전을 이루었으며, 특히 레이저 및 레이저 장비 개발이 활발하게 이루어져 국제 선진 수준과의 격차가 크게 좁혀졌습니다.

반도체 산업 협회의 통계에 따르면 중국 본토는 세계에서 가장 빠르게 반도체 공장을 건설하는 나라로, 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 돌파하여 일정 수준의 양산 규모를 달성했다고 발표했습니다. 가전, 자동차, 통신 등에 사용되는 28nm 이상 칩 중 일부의 경우, 중국은 생산 공정이 상당히 성숙되어 있어 대부분의 칩에 대한 전체 수요를 국내에서 완벽하게 충족할 수 있습니다. 미국의 반도체 칩 정보보호법(CHIPS Act) 시행으로 중국과 미국 간의 칩 기술 경쟁이 더욱 치열해지면서 공급 과잉 현상이 나타날 가능성이 있습니다. 2021년에는 중국의 칩 수입이 크게 감소했습니다.

레이저 가공 칩

반도체 칩 가공에 사용되는 레이저

웨이퍼는 반도체 제품과 칩의 기본 소재로, 성장 후 기계적으로 연마되어야 합니다. 후기 단계에서는 웨이퍼 절단(웨이퍼 다이싱이라고도 함)이 매우 중요합니다. 초기 단펄스 DPSS 레이저 웨이퍼 절단 기술은 유럽과 미국에서 개발 및 성숙 단계에 접어들었습니다. 초고속 레이저의 출력이 증가함에 따라, 특히 웨이퍼 절단, 미세 드릴링, 클로즈드 베타 테스트와 같은 공정에서 초고속 레이저의 사용이 점차 주류가 될 것입니다. 초고속 레이저 장비의 수요 잠재력은 비교적 큽니다.

현재 중국에는 28nm 공정의 12인치 웨이퍼 표면 슬로팅에 적용할 수 있는 웨이퍼 슬로팅 장비와 MEMS 센서 칩, 메모리 칩 등 고급 칩 제조 분야에 적용되는 레이저 웨이퍼 크립토 커팅 장비를 공급할 수 있는 정밀 레이저 장비 제조업체가 있습니다. 2020년에는 선전의 한 대형 레이저 기업이 유리와 실리콘 슬라이스를 분리하는 레이저 디본딩 장비를 개발했으며, 이 장비는 고급 반도체 칩 생산에 사용될 수 있습니다.

레이저 절단 칩 웨이퍼

2022년 중반, 우한의 한 레이저 기업이 전자동 레이저 변형 절단 장비를 출시하여 칩 분야의 레이저 표면 처리에 성공적으로 적용했습니다. 이 장비는 고정밀 펨토초 레이저와 매우 낮은 펄스 에너지를 사용하여 미크론 단위의 반도체 재료 표면에 레이저 변형을 수행하여 반도체 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킵니다. 이 장비는 고가의 협채널(≥20um) 화합물 반도체 SiC, GaAs, LiTaO3 및 실리콘 칩, MEMS 센서 칩, CMOS 칩 등과 ​​같은 기타 웨이퍼 칩 내부 변형 절단에 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.

과거 중국 반도체 칩 산업의 부진으로 인해 레이저 가공 칩에 대한 연구 및 응용 분야가 부족했으며, 레이저 가공 칩은 주로 하류 가전제품의 단말 조립에 사용되었습니다. 앞으로 중국 정밀 레이저 가공의 주요 시장은 일반 전자 부품 가공에서 상류 소재 및 핵심 부품, 특히 반도체 소재, 바이오 의료 및 고분자 소재 제조로 점차 이동하게 될 것입니다.

반도체 칩 산업에서 레이저 응용 공정이 점점 더 많이 개발될 것입니다. 고정밀 칩 제품의 경우 비접촉 광학 가공이 가장 적합한 방법입니다. 칩에 대한 수요가 급증함에 따라, 칩 산업은 정밀 레이저 가공 장비에 대한 차세대 수요 증가에 기여할 가능성이 매우 높습니다.