Waar blijft de volgende ronde van bloei in precisielaserbewerking?

Nog niet zo lang geleden lanceerde Apple Inc. officieel de release van de nieuwe generatie iPhone 14 aangekondigd, met behoud van de gewoonte van één update per jaar. Veel gebruikers zijn geschokt dat "de iPhone al de 14e generatie heeft bereikt". En het leverde al snel meer dan 1 miljoen onlineboekingen op in de Chinese markt. De iPhone is nog steeds populair onder jongeren.

Smartphones zorgen voor eerste vraag naar precisielaserbewerking

Meer dan tien jaar geleden, toen smartphones net op de markt kwamen, stond de industriële laserbewerkingstechnologie nog op een laag niveau. Vezellasers en ultrakorte lasers waren nieuw en onbekend op de Chinese markt, laat staan precisielaserbewerking. Sinds 2011 wordt in China geleidelijk aan precisielasermarkering toegepast. Er werd toen gesproken over een groene laser met een kleine vaste puls en een ultraviolette laser. En nu wordt de ultrakorte laser geleidelijk voor commerciële doeleinden gebruikt en wordt er gesproken over ultrasnelle precisielaserbewerking.

De massale toepassing van precisielaserbewerking wordt grotendeels aangestuurd door de ontwikkeling van smartphones. De productie van cameradia's, vingerafdrukmodules, HOME-toetsen, blinde cameragaten en het onregelmatig vormen van mobiele telefoonpanelen profiteert allemaal van de technologische doorbraak van ultrasnel laserprecisiesnijden. De belangrijkste Chinese fabrikanten van laserprecisieverwerkingsapparatuur richten zich op consumentenelektronica. Met andere woorden: de laatste bloeiperiode op het gebied van precisielaserbewerking wordt aangestuurd door consumentenelektronica, met name smartphones en beeldschermen.

Laserpaneel snijden

Sinds 2021 vertonen consumentenproducten zoals smartphones, draagbare polsbandjes en beeldschermen een dalende trend. Dit leidt tot een lagere vraag naar apparatuur voor de verwerking van consumentenelektronica en een grotere druk op de groei hiervan. Kan de nieuwe iPhone 14 een nieuwe ronde processorhausse inluiden? Maar afgaande op de huidige trend dat mensen minder bereid zijn een nieuwe telefoon te kopen, is het vrijwel zeker dat smartphones niet kunnen bijdragen aan de nieuwe groei in de marktvraag. 5G en opvouwbare telefoons die een paar jaar geleden populair waren, kunnen nu slechts gedeeltelijk door de voorraad worden vervangen. Waar zal de volgende ronde van de vraag naar precisielaserbewerking plaatsvinden?

De opkomst van de Chinese halfgeleider- en chipindustrie

China is een ware wereldfabriek. In 2020 bedroeg de toegevoegde waarde van de Chinese maakindustrie 28,5% van het wereldaandeel. De grote Chinese maakindustrie biedt een enorm marktpotentieel voor laserbewerking en -productie. De Chinese maakindustrie kent in de beginfase echter een zwakke technische opbouw en bestaat voor het overgrote deel uit midden- en laagsegmentindustrieën. In het afgelopen decennium is er veel vooruitgang geboekt op het gebied van machines, transport, energie, maritieme techniek, lucht- en ruimtevaart, productieapparatuur, etc. Ook is er veel aandacht voor de ontwikkeling van lasers en laserapparatuur. Hierdoor is de kloof met het internationale topniveau aanzienlijk kleiner geworden.

Volgens statistieken van de Semiconductor Industry Association is China de snelste fabbouwer ter wereld. Naar verwachting zullen tegen eind 2024 31 grote fabs die zich richten op volwassen processen, gereed zijn. De snelheid ligt aanzienlijk hoger dan de 19 fabs die in dezelfde periode in Taiwan (China) in gebruik worden genomen, en de 12 fabs die naar verwachting in de Verenigde Staten worden gebouwd.

China maakte nog niet zo lang geleden bekend dat de geïntegreerde schakelingenindustrie in Shanghai de 14nm-chiptechnologie heeft doorbroken en een zekere massaproductieschaal heeft bereikt. Voor een aantal chips boven 28nm die worden gebruikt in huishoudelijke apparaten, auto's en communicatie, beschikt China over een uiterst volwassen productieproces en kan het land intern perfect voldoen aan de algehele vraag naar de meeste chips. Met de introductie van de VS Door de CHIPS Act is de concurrentie op het gebied van chiptechnologie tussen China en de Verenigde Staten heviger en kan er een aanbodoverschot ontstaan. 2021  zagen een aanzienlijke daling in de import van chips uit China.

Laserbewerkte chip

De laser die wordt gebruikt bij de verwerking van halfgeleiderchips

Wafers vormen het basismateriaal voor halfgeleiderproducten en chips. Na de groei moeten ze mechanisch gepolijst worden. In een later stadium is het snijden van de wafers, ook wel wafer dicing genoemd, van groot belang. De eerste technologie voor het snijden van wafers met behulp van korte puls-DPSS-lasers is ontwikkeld en tot wasdom gekomen in Europa en de Verenigde Staten. Naarmate het vermogen van ultrakorte lasers toeneemt, zal het gebruik ervan in de toekomst geleidelijk aan gangbaarder worden, met name bij procedures zoals het snijden van wafers, het microboren van gaten en gesloten bètatests. Het vraagpotentieel van ultrakorte laserapparatuur is relatief groot.

Momenteel bestaan er in China fabrikanten van precisielaserapparatuur die wafer-sleufmachines kunnen leveren die kunnen worden toegepast op het sleufoppervlak van 12-inch wafers via een 28nm-proces, en laserwafer-cryptosnijmachines die worden toegepast op MEMS-sensorchips, geheugenchips en andere geavanceerde chipproductiegebieden. In 2020 ontwikkelde een groot laserbedrijf in Shenzhen laserdebondingapparatuur om glas- en siliciumplakken te scheiden. Deze apparatuur kan worden gebruikt om hoogwaardige halfgeleiderchips te produceren.

Lasersnijden van chipwafers

Medio 2022 introduceerde een laserbedrijf in Wuhan volautomatische, met laser gemodificeerde snijapparatuur. Deze werd met succes toegepast bij de laseroppervlaktebehandeling van chips. Het apparaat maakt gebruik van een uiterst nauwkeurige femtosecondelaser en extreem lage pulsenergie om lasermodificatie uit te voeren op het oppervlak van halfgeleidermaterialen in het micronbereik, waardoor de prestaties van opto-elektronische halfgeleiderapparaten aanzienlijk worden verbeterd. De apparatuur is geschikt voor het snijden van kostbare, smalle kanalen (≥20um) samengestelde halfgeleiders SiC, GaAs, LiTaO3 en andere interne modificatiechips voor waferchips, zoals siliciumchips, MEMS-sensorchips, CMOS-chips, enz. 

China pakt belangrijke technische problemen van lithografiemachines aan, wat de vraag naar excimerlasers en extreme ultraviolet-lasers voor gebruik in lithografiemachines zal stimuleren. Er is echter nog weinig onderzoek op dit gebied gedaan in China.

Precisielaserbewerkingskoppen voor high-end en chips kunnen de volgende golf van rage worden

Door de zwakte van de Chinese halfgeleiderchipindustrie was er voorheen weinig onderzoek en toepassing van laserbewerkingschips, die in eerste instantie werden gebruikt bij de assemblage van consumentenelektronica. In de toekomst zal de belangrijkste markt voor precisielaserbewerking in China geleidelijk verschuiven van de verwerking van algemene elektronische onderdelen naar upstreammaterialen en belangrijke componenten, met name de voorbereiding van halfgeleidermaterialen, biomedische materialen en polymeermaterialen.

Er zullen steeds meer lasertoepassingsprocessen in de halfgeleiderchipindustrie worden ontwikkeld. Voor zeer precieze chipproducten is contactloze optische bewerking de meest geschikte methode. Gezien de enorme vraag naar chips is het zeer waarschijnlijk dat de chipindustrie een bijdrage zal leveren aan de volgende vraag naar precisielaserbewerkingsapparatuur.