Gdzie nastąpi kolejna runda boomu w precyzyjnej obróbce laserowej?

Niedawno Apple Inc. oficjalnie ogłosiło premierę nowej generacji iPhone'a 14, utrzymując nawyk jednej aktualizacji rocznie. Wielu użytkowników jest zszokowanych, że „iPhone osiągnął 14. generację”. Szybko zdobył ponad milion rezerwacji online na rynku chińskim. iPhone wciąż cieszy się popularnością wśród młodych ludzi.

Smartfony zapoczątkowały pierwszą rundę popytu na precyzyjną obróbkę laserową

Ponad dekadę temu, gdy smartfony dopiero wchodziły na rynek, przemysłowa technologia obróbki laserowej znajdowała się jeszcze na niskim poziomie. Lasery światłowodowe i ultraszybkie były nowością i nowością na rynku chińskim, nie wspominając o precyzyjnym przetwarzaniu laserowym. Od 2011 roku precyzyjne znakowanie laserowe niskiej klasy jest stopniowo wdrażane w Chinach. W tamtym czasie mówiono o laserach impulsowych o małej mocy i ultrafiolecie. Obecnie ultraszybkie lasery są stopniowo wykorzystywane w celach komercyjnych, a coraz częściej mówi się o ultraszybkim, precyzyjnym przetwarzaniu laserowym.

Masowe zastosowanie precyzyjnej obróbki laserowej jest w dużej mierze napędzane przez rozwój smartfonów. Produkcja slajdów do aparatów, modułów odcisków palców, przycisków HOME, otworów nieprzelotowych do aparatów oraz wycinanie nieregularnych kształtów paneli telefonów komórkowych itp. – wszystkie te obszary korzystają z przełomu technologicznego ultraszybkiego, precyzyjnego cięcia laserowego. Działalność głównych chińskich producentów precyzyjnej obróbki laserowej koncentruje się na elektronice użytkowej. Innymi słowy, ostatni okres boomu w dziedzinie precyzyjnej obróbki laserowej jest napędzany przez elektronikę użytkową, zwłaszcza smartfony i wyświetlacze.

Cięcie paneli laserem

Od 2021 roku produkty konsumenckie, takie jak smartfony, opaski na rękę i panele wyświetlacza, wykazują tendencję spadkową, co prowadzi do słabszego popytu na urządzenia do przetwarzania elektroniki użytkowej i większej presji na jego wzrost. Czy zatem nowy iPhone 14 może zapoczątkować nową falę boomu w przetwórstwie? Sądząc jednak po obecnym trendzie, który wskazuje na mniejszą chęć zakupu nowego telefonu, jest niemal pewne, że smartfony nie przyczynią się do wzrostu popytu na rynku. Popularne kilka lat temu technologie 5G i składane telefony mogą jedynie przynieść częściową wymianę zapasów. Gdzie zatem może nastąpić kolejny wzrost popytu na precyzyjne przetwarzanie laserowe?

Rozwój chińskiego przemysłu półprzewodników i układów scalonych

Chiny to prawdziwa światowa fabryka. W 2020 roku wartość dodana chińskiego przemysłu wytwórczego stanowiła 28,5% światowego udziału. To właśnie ogromny chiński przemysł wytwórczy oferuje ogromny potencjał rynkowy w zakresie obróbki laserowej i produkcji. Jednak chiński przemysł wytwórczy charakteryzuje się słabym zapleczem technicznym na wczesnym etapie rozwoju, a większość z nich to branże średniej i niskiej klasy. W ciągu ostatniej dekady nastąpił ogromny postęp w dziedzinie maszyn, transportu, energetyki, inżynierii morskiej, lotnictwa i kosmonautyki, sprzętu produkcyjnego itp., w tym w rozwoju laserów i urządzeń laserowych, co znacznie zmniejszyło dystans do zaawansowanych technologii międzynarodowych.

Według statystyk Semiconductor Industry Association, Chiny kontynentalne są najszybszym na świecie producentem fabryk. Oczekuje się, że do końca 2024 r. powstanie 31 dużych fabryk skupiających się na dojrzałych procesach. Tempo ich powstawania znacznie przekracza 19 fabryk, których uruchomienie zaplanowano na ten sam okres na Tajwanie w Chinach, a także 12 fabryk spodziewanych w Stanach Zjednoczonych.

Niedawno Chiny ogłosiły, że szanghajski przemysł układów scalonych przełamał proces produkcji układów scalonych w procesie 14 nm i osiągnął pewną skalę produkcji masowej. W przypadku niektórych układów scalonych powyżej 28 nm, wykorzystywanych w sprzęcie AGD, samochodach i urządzeniach komunikacyjnych, Chiny szczycą się ponadprzeciętnie rozwiniętym procesem produkcyjnym i są w stanie doskonale zaspokoić ogólny popyt na większość układów scalonych. Wraz z wprowadzeniem amerykańskiej ustawy CHIPS Act, konkurencja w dziedzinie technologii układów scalonych między Chinami a Stanami Zjednoczonymi zaostrzyła się i może wystąpić nadwyżka podaży. W 2021 roku nastąpił znaczny spadek importu układów scalonych do Chin.

Chip obrobiony laserowo

Laser stosowany w obróbce układów półprzewodnikowych

Płytki półprzewodnikowe (wafle) są podstawowymi materiałami półprzewodnikowymi i chipami, które wymagają mechanicznego polerowania po wzroście. Na późniejszym etapie niezwykle istotne jest cięcie płytek, znane również jako krojenie płytek. Wczesna technologia cięcia płytek laserem DPSS z krótkim impulsem została opracowana i udoskonalona w Europie i Stanach Zjednoczonych. Wraz ze wzrostem mocy ultraszybkich laserów, ich zastosowanie będzie stopniowo zyskiwać na popularności w przyszłości, szczególnie w procedurach takich jak cięcie płytek, mikrowiercenie otworów i zamknięte testy beta. Potencjał popytu na ultraszybkie urządzenia laserowe jest stosunkowo duży.

Obecnie w Chinach działają producenci precyzyjnego sprzętu laserowego, którzy oferują urządzenia do nacinania płytek półprzewodnikowych, stosowane do nacinania powierzchni 12-calowych płytek w procesie technologicznym 28 nm, a także urządzenia do laserowego cięcia kryptograficznego płytek półprzewodnikowych, stosowane w układach czujników MEMS, układach pamięci i innych zaawansowanych technologiach produkcji układów scalonych. W 2020 roku duże przedsiębiorstwo laserowe w Shenzhen opracowało urządzenie do laserowego rozwarstwiania, umożliwiające separację warstw szkła i krzemu. Urządzenia te mogą być wykorzystywane do produkcji zaawansowanych układów półprzewodnikowych.

Wafel z chipem tnącym laserowo

W połowie 2022 roku firma laserowa w Wuhan zaprezentowała w pełni zautomatyzowane urządzenie do cięcia z modyfikacją laserową, które z powodzeniem zostało zastosowane do laserowej obróbki powierzchni w dziedzinie układów scalonych. Urządzenie wykorzystuje precyzyjny laser femtosekundowy i wyjątkowo niską energię impulsu do laserowej modyfikacji powierzchni materiałów półprzewodnikowych w zakresie mikronów, co znacznie poprawia wydajność półprzewodnikowych urządzeń optoelektronicznych. Urządzenie nadaje się do kosztownego, wąskokanałowego (≥20 μm) cięcia półprzewodników złożonych SiC, GaAs, LiTaO3 i innych wewnętrznych modyfikacji układów scalonych, takich jak układy krzemowe, czujniki MEMS, układy CMOS itp.

Chiny zmagają się z kluczowymi problemami technicznymi maszyn litograficznych, co zwiększy popyt na lasery excimerowe i lasery w zakresie ekstremalnego ultrafioletu, związane z wykorzystaniem maszyn litograficznych; jednak dotychczas w Chinach prowadzono niewiele badań w tej dziedzinie.

Precyzyjne głowice do obróbki laserowej dla zaawansowanych układów scalonych mogą stać się kolejną falą szaleństwa

Ze względu na wcześniejszą słabość chińskiego przemysłu półprzewodnikowego, niewiele było badań i zastosowań dla układów scalonych do obróbki laserowej, które początkowo były wykorzystywane w montażu końcowym produktów elektroniki użytkowej. W przyszłości główny rynek precyzyjnego przetwarzania laserowego w Chinach będzie stopniowo przesuwał się z obróbki ogólnych części elektronicznych na materiały i kluczowe komponenty dla przemysłu wytwórczego, zwłaszcza w zakresie przygotowywania materiałów półprzewodnikowych, biomedycznych i polimerowych.

Coraz więcej procesów laserowych będzie rozwijanych w przemyśle układów scalonych półprzewodnikowych. W przypadku układów scalonych o wysokiej precyzji, bezkontaktowe przetwarzanie optyczne jest najodpowiedniejszą metodą. Biorąc pod uwagę ogromne zapotrzebowanie na układy scalone, przemysł ten najprawdopodobniej przyczyni się do kolejnego wzrostu zapotrzebowania na precyzyjne urządzenia do obróbki laserowej.