Где ожидается следующий виток бурного развития высокоточной лазерной обработки?

Недавно компания Apple Inc. официально анонсировала выпуск нового поколения iPhone 14, сохранив традицию выпускать одно обновление в год. Многие пользователи были шокированы тем, что «iPhone развился до 14-го поколения». И он быстро завоевал более 1 миллиона онлайн-заказов на китайском рынке. iPhone по-прежнему популярен среди молодежи.

Смартфоны дали старт первому витку спроса на высокоточную лазерную обработку.

Более десяти лет назад, когда смартфоны только появились, технологии промышленной лазерной обработки были еще на низком уровне. Волоконные лазеры и сверхбыстрые лазеры были новинками и отсутствовали на китайском рынке, не говоря уже о высокоточной лазерной обработке. С 2011 года в Китае постепенно стали применять низкопроизводительные лазерные маркировки. В то время обсуждались маломощные твердотельные импульсные зеленые лазеры и ультрафиолетовые лазеры. А сейчас сверхбыстрые лазеры постепенно используются в коммерческих целях, и все говорят о сверхбыстрой высокоточной лазерной обработке.

Массовое применение высокоточной лазерной обработки во многом обусловлено развитием смартфонов. Производство выдвижных элементов камер, модулей отпечатков пальцев, кнопок HOME, глухих отверстий для камер, а также резка деталей неправильной формы на панелях мобильных телефонов и т.д. – все это выигрывает от технологического прорыва в области сверхбыстрой лазерной прецизионной резки. Основной бизнес китайских производителей высокоточной лазерной обработки сосредоточен в сфере потребительской электроники. Иными словами, последний бум в области высокоточной лазерной обработки обусловлен потребительской электроникой, особенно смартфонами и дисплейными панелями.

Лазерная резка панелей

С 2021 года потребительские товары, такие как смартфоны, носимые браслеты и дисплейные панели, демонстрируют тенденцию к снижению, что приводит к ослаблению спроса на оборудование для обработки потребительской электроники и усилению давления на его рост. Так сможет ли новый iPhone 14 инициировать новый виток бума в сфере обработки данных? Но, судя по текущей тенденции снижения желания людей покупать новые телефоны, почти наверняка смартфоны не смогут внести свой вклад в новый рост рыночного спроса. 5G и складные телефоны, популярные несколько лет назад, могут лишь частично заменить старые модели. Так где же может произойти следующий всплеск спроса на прецизионную лазерную обработку?

Взлет китайской полупроводниковой и микросхемной промышленности.

Китай — настоящая мировая фабрика. В 2020 году добавленная стоимость китайской обрабатывающей промышленности составляла 28,5% от мировой доли. Именно огромная китайская обрабатывающая промышленность обладает колоссальным рыночным потенциалом для лазерной обработки и производства. Однако на начальном этапе развития китайская обрабатывающая промышленность имела слабую техническую базу, и большинство предприятий относились к среднему и низкому сегменту рынка. За последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в машиностроении, транспорте, энергетике, судостроении, аэрокосмической отрасли, производстве оборудования и т.д., включая разработку лазеров и лазерного оборудования, что значительно сократило отставание от передового международного уровня.

Согласно статистике Ассоциации полупроводниковой промышленности, материковый Китай является самым быстрорастущим в мире производителем микросхем: к концу 2024 года планируется завершить строительство 31 крупной фабрики, ориентированной на отработанные технологические процессы; темпы строительства значительно превосходят показатели 19 фабрик, которые планируется ввести в эксплуатацию на Тайване и в Китае в тот же период, а также 12 фабрик, которые ожидаются в США.

Недавно Китай объявил, что шанхайская индустрия интегральных схем преодолела 14-нм техпроцесс и достигла определённых масштабов массового производства. Что касается некоторых чипов с техпроцессом выше 28 нм, используемых в бытовой технике, автомобилях и средствах связи, Китай может похвастаться чрезвычайно зрелым производственным процессом и полностью удовлетворяет общий спрос на большинство чипов внутри страны. С принятием американского закона о чипах (CHIPS Act) конкуренция в области технологий между Китаем и Соединёнными Штатами усилилась, и может возникнуть избыток предложения. В 2021 году наблюдалось значительное снижение импорта чипов в Китай.

Обработанный лазером чип

Лазер, используемый в обработке полупроводниковых микросхем.

Пластины являются основными материалами для полупроводниковых изделий и микросхем, которые после выращивания необходимо механически полировать. На более позднем этапе большое значение приобретает резка пластин, также известная как нарезка пластин. Технология резки пластин с помощью короткоимпульсных DPSS-лазеров была разработана и отработана в Европе и США. По мере увеличения мощности сверхбыстрых лазеров их использование постепенно станет основным в будущем, особенно в таких процессах, как резка пластин, микросверление отверстий, закрытые бета-тесты. Потенциал спроса на сверхбыстрое лазерное оборудование сравнительно велик.

В настоящее время в Китае существуют производители высокоточного лазерного оборудования, которые могут поставлять оборудование для нарезки пластин, применяемое для поверхностной нарезки 12-дюймовых пластин в рамках 28-нм процесса, а также лазерное оборудование для криптографической резки пластин, используемое в производстве микросхем MEMS, микросхем памяти и других высокотехнологичных чипов. В 2020 году крупное лазерное предприятие в Шэньчжэне разработало лазерное оборудование для разделения стеклянных и кремниевых пластин, которое может использоваться для производства высококачественных полупроводниковых чипов.

Лазерная резка микросхем

В середине 2022 года лазерное предприятие в Ухане представило полностью автоматическое оборудование для лазерной модификации и резки, которое успешно применяется для лазерной обработки поверхности микросхем. Устройство использует высокоточный фемтосекундный лазер и чрезвычайно низкую энергию импульса для лазерной модификации поверхности полупроводниковых материалов в микронном диапазоне, что значительно улучшает характеристики полупроводниковых оптоэлектронных устройств. Оборудование подходит для внутренней модификации и резки дорогостоящих микросхем из полупроводниковых материалов с узким каналом (≥20 мкм), таких как кремниевые чипы, чипы MEMS-сенсоров, CMOS-чипы и т. д.

Китай решает ключевые технические проблемы литографических машин, что приведет к росту спроса на эксимерные лазеры и лазеры экстремального ультрафиолетового диапазона, используемые в литографических машинах, однако до настоящего времени в Китае проводилось мало исследований в этой области.

Высокоточные лазерные обрабатывающие головки для высокотехнологичных микросхем могут стать следующим трендом.

Из-за слабости китайской полупроводниковой промышленности ранее исследования и применение лазерной обработки микросхем были ограничены, и первоначально они использовались в сборке конечных элементов потребительской электроники. В будущем основной рынок прецизионной лазерной обработки в Китае постепенно сместится от обработки обычных электронных компонентов к производству исходных материалов и ключевых компонентов, особенно полупроводниковых материалов, биомедицинских и полимерных материалов.

В полупроводниковой промышленности будет разрабатываться все больше и больше процессов применения лазеров. Для высокоточных микросхем наиболее подходящим методом является бесконтактная оптическая обработка. Учитывая огромный спрос на микросхемы, микросхемная промышленность, вероятно, внесет свой вклад в следующий этап роста спроса на прецизионное оборудование для лазерной обработки.