Lĩnh vực gia công laser chính xác sẽ bùng nổ ở đâu tiếp theo?

Cách đây không lâu, Apple Inc. chính thức công bố ra mắt thế hệ iPhone 14 mới, tiếp tục duy trì truyền thống cập nhật một sản phẩm mỗi năm. Nhiều người dùng đã rất ngạc nhiên khi "iPhone đã phát triển đến thế hệ thứ 14". Và sản phẩm này nhanh chóng đạt hơn 1 triệu đơn đặt hàng trực tuyến tại thị trường Trung Quốc. iPhone vẫn rất được giới trẻ ưa chuộng.

Điện thoại thông minh đã khơi mào vòng nhu cầu đầu tiên đối với công nghệ xử lý laser chính xác.

Hơn một thập kỷ trước, khi điện thoại thông minh mới ra mắt, công nghệ gia công laser công nghiệp vẫn còn ở trình độ thấp. Laser sợi quang và laser siêu nhanh là những công nghệ mới và còn khá mới mẻ trên thị trường Trung Quốc, chưa kể đến gia công laser chính xác. Từ năm 2011, việc khắc laser chính xác cấp thấp đã dần được ứng dụng tại Trung Quốc. Thời điểm đó, người ta đã bàn luận về laser xanh xung rắn công suất nhỏ và laser tia cực tím. Và hiện nay, laser siêu nhanh đã dần được sử dụng cho mục đích thương mại, và gia công laser chính xác siêu nhanh đang được nhắc đến nhiều.

Việc ứng dụng rộng rãi công nghệ gia công laser chính xác chủ yếu được thúc đẩy bởi sự phát triển của điện thoại thông minh. Sản xuất các chi tiết như khung camera, mô-đun cảm biến vân tay, phím HOME, lỗ khoét camera, và cắt các hình dạng bất thường trên tấm nền điện thoại di động, v.v., đều được hưởng lợi từ bước đột phá công nghệ cắt laser siêu nhanh chính xác. Ngành kinh doanh gia công chính xác của các nhà sản xuất gia công laser chính xác hàng đầu Trung Quốc đến từ lĩnh vực điện tử tiêu dùng. Điều đó có nghĩa là, đợt bùng nổ gần đây nhất trong lĩnh vực gia công laser chính xác được thúc đẩy bởi các thiết bị điện tử tiêu dùng, đặc biệt là điện thoại thông minh và màn hình hiển thị.

Cắt tấm bằng laser

Từ năm 2021, các sản phẩm tiêu dùng như điện thoại thông minh, vòng đeo tay thông minh và màn hình hiển thị đã cho thấy xu hướng giảm, dẫn đến nhu cầu về thiết bị gia công điện tử tiêu dùng yếu hơn và gây áp lực lớn hơn lên sự tăng trưởng của ngành này. Vậy liệu iPhone 14 mới có thể khởi đầu một làn sóng bùng nổ gia công mới? Nhưng xét theo xu hướng hiện tại là người dùng ít có ý định mua điện thoại mới, gần như chắc chắn rằng điện thoại thông minh không thể đóng góp vào sự tăng trưởng mới về nhu cầu thị trường. Điện thoại 5G và điện thoại gập từng phổ biến vài năm trước chỉ có thể thay thế một phần nguồn cung. Vậy, sự bùng nổ nhu cầu tiếp theo trong lĩnh vực gia công laser chính xác có thể đến từ đâu?

Sự trỗi dậy của ngành công nghiệp bán dẫn và chip của Trung Quốc

Trung Quốc thực sự là một xưởng sản xuất của thế giới. Năm 2020, giá trị gia tăng của ngành công nghiệp sản xuất Trung Quốc chiếm 28,5% thị phần toàn cầu. Chính ngành công nghiệp sản xuất khổng lồ của Trung Quốc đã mang lại tiềm năng thị trường to lớn cho gia công và sản xuất bằng laser. Tuy nhiên, ngành công nghiệp sản xuất của Trung Quốc có sự tích lũy kỹ thuật yếu ở giai đoạn đầu, và hầu hết đều là các ngành công nghiệp trung và thấp cấp. Thập kỷ qua đã chứng kiến ​​sự tiến bộ vượt bậc trong các lĩnh vực máy móc, vận tải, năng lượng, kỹ thuật hàng hải, hàng không vũ trụ, thiết bị sản xuất, v.v., bao gồm cả sự phát triển của laser và thiết bị laser, giúp thu hẹp đáng kể khoảng cách với trình độ tiên tiến quốc tế.

Theo số liệu thống kê từ Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn, Trung Quốc đại lục là quốc gia xây dựng nhà máy sản xuất chip nhanh nhất thế giới, với 31 nhà máy lớn tập trung vào các quy trình sản xuất tiên tiến dự kiến ​​hoàn thành vào cuối năm 2024; tốc độ này vượt xa 19 nhà máy dự kiến ​​đi vào hoạt động tại Đài Loan, Trung Quốc trong cùng kỳ, cũng như 12 nhà máy dự kiến ​​tại Hoa Kỳ.

Cách đây không lâu, Trung Quốc tuyên bố rằng ngành công nghiệp mạch tích hợp Thượng Hải đã vượt qua quy trình sản xuất chip 14nm và đạt được quy mô sản xuất hàng loạt nhất định. Đối với một số chip có kích thước trên 28nm được sử dụng trong thiết bị gia dụng, ô tô và thiết bị thông tin liên lạc, Trung Quốc tự hào có quy trình sản xuất đã hoàn thiện và hoàn toàn có thể đáp ứng nhu cầu tổng thể về hầu hết các chip trong nước. Với việc ban hành Đạo luật CHIPS của Mỹ, cuộc cạnh tranh công nghệ chip giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ càng trở nên gay gắt hơn, và có thể dẫn đến tình trạng dư cung. Năm 2021 chứng kiến ​​sự sụt giảm đáng kể trong nhập khẩu chip của Trung Quốc.

Chip được xử lý bằng laser

Tia laser được sử dụng trong quá trình xử lý chip bán dẫn.

Các tấm bán dẫn (wafer) là vật liệu cơ bản của các sản phẩm bán dẫn và chip, cần được đánh bóng cơ học sau quá trình sản xuất. Ở giai đoạn sau, việc cắt tấm bán dẫn, hay còn gọi là xẻ tấm bán dẫn, có tầm quan trọng rất lớn. Công nghệ cắt tấm bán dẫn bằng laser DPSS xung ngắn đã được phát triển và hoàn thiện ở châu Âu và Hoa Kỳ. Khi công suất của laser siêu nhanh tăng lên, việc sử dụng nó sẽ dần trở thành xu hướng chủ đạo trong tương lai, đặc biệt là trong các quy trình như cắt tấm bán dẫn, khoan lỗ siêu nhỏ, thử nghiệm beta kín. Tiềm năng nhu cầu đối với thiết bị laser siêu nhanh là khá lớn.

Hiện nay, tại Trung Quốc đã có các nhà sản xuất thiết bị laser chính xác có thể cung cấp thiết bị xẻ rãnh wafer, ứng dụng trong việc xẻ rãnh bề mặt wafer 12 inch theo quy trình 28nm, và thiết bị cắt rãnh wafer bằng laser ứng dụng trong sản xuất chip cảm biến MEMS, chip nhớ và các lĩnh vực sản xuất chip cao cấp khác. Năm 2020, một doanh nghiệp laser lớn tại Thâm Quyến đã phát triển thiết bị tách lớp bằng laser để tách các lát cắt thủy tinh và silicon, và thiết bị này có thể được sử dụng để sản xuất chip bán dẫn cao cấp.

Cắt chip wafer bằng laser

Vào giữa năm 2022, một doanh nghiệp laser tại Vũ Hán đã cho ra mắt thiết bị cắt và gia công laser tự động hoàn toàn, được ứng dụng thành công trong xử lý bề mặt laser trong lĩnh vực chip. Thiết bị này sử dụng laser femtô giây độ chính xác cao và năng lượng xung cực thấp để thực hiện gia công laser trên bề mặt vật liệu bán dẫn ở phạm vi micromet, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất của các thiết bị quang điện tử bán dẫn. Thiết bị này phù hợp cho việc cắt và gia công bên trong các chip bán dẫn phức hợp có chi phí cao, kênh hẹp (≥20µm) như SiC, GaAs, LiTaO3 và các loại chip khác, ví dụ như chip silicon, chip cảm biến MEMS, chip CMOS, v.v.

Trung Quốc đang giải quyết các vấn đề kỹ thuật then chốt của máy in thạch bản, điều này sẽ thúc đẩy nhu cầu về laser excimer và laser cực tím liên quan đến việc sử dụng máy in thạch bản, nhưng trước đây lĩnh vực này ở Trung Quốc còn ít được nghiên cứu.

Đầu xử lý laser chính xác cao dành cho các linh kiện cao cấp và chip có thể trở thành xu hướng tiếp theo.

Do sự yếu kém của ngành công nghiệp chip bán dẫn Trung Quốc trước đây, việc nghiên cứu và ứng dụng chip gia công bằng laser còn hạn chế, ban đầu chỉ được sử dụng trong khâu lắp ráp cuối cùng của các sản phẩm điện tử tiêu dùng. Trong tương lai, thị trường chính cho gia công laser chính xác ở Trung Quốc sẽ dần chuyển từ gia công các linh kiện điện tử thông thường sang các vật liệu và linh kiện quan trọng ở khâu đầu nguồn, đặc biệt là việc chế tạo vật liệu bán dẫn, vật liệu y sinh và vật liệu polymer.

Ngày càng nhiều quy trình ứng dụng laser sẽ được phát triển trong ngành công nghiệp sản xuất chip bán dẫn. Đối với các sản phẩm chip có độ chính xác cao, gia công quang học không tiếp xúc là phương pháp phù hợp nhất. Với nhu cầu khổng lồ về chip, ngành công nghiệp chip rất có thể sẽ đóng góp vào vòng nhu cầu tiếp theo đối với thiết bị gia công laser chính xác.