Sự bùng nổ tiếp theo của ngành xử lý laser chính xác sẽ diễn ra ở đâu?

Cách đây không lâu, Apple Inc. chính thức công bố ra mắt thế hệ iPhone 14 mới, giữ nguyên thói quen một bản cập nhật mỗi năm. Nhiều người dùng ngạc nhiên khi biết "iPhone đã phát triển đến thế hệ thứ 14". Và nó nhanh chóng đạt được hơn 1 triệu lượt đặt phòng trực tuyến tại thị trường Trung Quốc. iPhone vẫn được giới trẻ ưa chuộng.

Điện thoại thông minh khởi đầu vòng nhu cầu đầu tiên về xử lý laser chính xác

Hơn một thập kỷ trước, khi điện thoại thông minh mới ra mắt, công nghệ xử lý laser công nghiệp vẫn còn ở trình độ thấp. Laser sợi quang và laser siêu nhanh là những công nghệ mới và chưa có trên thị trường Trung Quốc, chưa nói đến việc xử lý laser chính xác. Từ năm 2011, công nghệ khắc laser có độ chính xác thấp đã dần được áp dụng tại Trung Quốc. Vào thời điểm đó, người ta đã thảo luận về laser xanh xung rắn công suất nhỏ và laser cực tím. Và hiện nay, tia laser siêu nhanh đã dần được sử dụng cho mục đích thương mại và người ta đang nói đến quá trình xử lý bằng tia laser chính xác siêu nhanh.

Ứng dụng rộng rãi của công nghệ xử lý laser chính xác phần lớn được thúc đẩy bởi sự phát triển của điện thoại thông minh. Việc sản xuất slide camera, mô-đun vân tay, phím HOME, lỗ camera và cắt tấm ốp điện thoại di động có hình dạng bất thường, v.v. đều được hưởng lợi từ đột phá công nghệ cắt laser siêu nhanh và chính xác. Ngành kinh doanh gia công chính xác của các nhà sản xuất gia công chính xác bằng laser của Trung Quốc đến từ ngành điện tử tiêu dùng. Có thể nói, đợt bùng nổ cuối cùng trong lĩnh vực xử lý laser chính xác được thúc đẩy bởi các thiết bị điện tử tiêu dùng, đặc biệt là điện thoại thông minh và tấm nền màn hình.

Cắt tấm laser

Kể từ năm 2021, các sản phẩm tiêu dùng như điện thoại thông minh, vòng đeo tay và tấm nền màn hình đã có xu hướng giảm, dẫn đến nhu cầu về thiết bị xử lý điện tử tiêu dùng yếu hơn và gây áp lực lớn hơn lên sự tăng trưởng của ngành. Vậy liệu iPhone 14 mới có thể khởi đầu một đợt bùng nổ xử lý mới? Nhưng xét theo xu hướng hiện tại là mọi người ít muốn mua điện thoại mới, gần như chắc chắn rằng điện thoại thông minh không thể đóng góp vào sự tăng trưởng mới của nhu cầu thị trường. Điện thoại 5G và điện thoại có thể gập lại vốn phổ biến cách đây vài năm giờ đây chỉ có thể thay thế một phần sản phẩm tồn kho. Vậy, nhu cầu tăng đột biến tiếp theo về xử lý laser chính xác có thể diễn ra ở đâu?

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

Trung Quốc thực sự là công xưởng của thế giới. Năm 2020, giá trị gia tăng của ngành sản xuất Trung Quốc chiếm 28,5% thị phần thế giới. Ngành sản xuất khổng lồ của Trung Quốc mang lại tiềm năng thị trường to lớn cho sản xuất và gia công laser. Tuy nhiên, ngành sản xuất của Trung Quốc có sự tích lũy kỹ thuật yếu ở giai đoạn đầu và phần lớn là các ngành công nghiệp trung cấp và thấp cấp. Thập kỷ qua đã chứng kiến những tiến bộ vượt bậc về 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, đã thu hẹp đáng kể khoảng cách với trình độ tiên tiến quốc tế.

Theo thống kê của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn, Trung Quốc đại lục là quốc gia xây dựng nhà máy nhanh nhất thế giới, với 31 nhà máy lớn tập trung vào quy trình hoàn thiện 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 đã công bố rằng ngành công nghiệp mạch tích hợp Thượng Hải đã đột phá quy trình chip 14nm và đạt được quy mô sản xuất hàng loạt nhất định. Đối với một số chip trên 28nm được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, ô tô và truyền thông, Trung Quốc tự hào có quy trình sản xuất vượt trội và có thể đáp ứng hoàn hảo nhu cầu chung đối với hầu hết các chip trong nước. Với sự ra đời của Hoa Kỳ Đạo luật CHIPS, cuộc cạnh tranh công nghệ chip giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ ngày càng gay gắt và có thể xảy ra tình trạng dư cung. 2021  chứng kiến sự sụt giảm đáng kể trong việc nhập khẩu chip của Trung Quốc.

Chip xử lý bằng laser

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

Tấm wafer là vật liệu cơ bản của các sản phẩm bán dẫn và chip, cần được đánh bóng cơ học sau khi phát triển. Ở giai đoạn sau, việc cắt wafer, hay còn gọi là cắt wafer, có tầm quan trọng lớn. Công nghệ cắt wafer bằng laser DPSS xung ngắn ban đầu đã được phát triển và hoàn thiện ở Châu Âu và Hoa Kỳ. Khi công suất của tia laser siêu nhanh tăng lên, việc sử dụng nó sẽ dần trở nên phổ biến trong tương lai, đặc biệt là trong các quy trình như cắt wafer, khoan lỗ siêu nhỏ, thử nghiệm beta kín. Nhu cầu về thiết bị laser siêu nhanh có tiềm năng tương đối lớn.

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

Cắt laser chip wafer

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

Trung Quốc đang giải quyết các vấn đề kỹ thuật quan trọng của máy quang khắc, điều này sẽ thúc đẩy nhu cầu về tia laser excimer và tia laser cực tím liên quan đến việc sử dụng máy quang khắc, nhưng trước đây có rất ít nghiên cứu về lĩnh vực này ở Trung Quốc.

Đầu xử lý laser chính xác cho chip và thiết bị cao cấp có thể trở thành cơn sốt tiếp theo

Do ngành công nghiệp chip bán dẫn của Trung Quốc trước đây còn yếu kém nên có rất ít nghiên cứu và ứng dụng về chip xử lý laser, loại chip ban đầu được sử dụng trong lắp ráp thiết bị đầu cuối của các sản phẩm điện tử tiêu dùng hạ nguồn. Trong tương lai, thị trường chính về gia công laser chính xác tại Trung Quốc sẽ dần chuyển từ gia công các linh kiện điện tử thông thường sang vật liệu đầu nguồn và các thành phần chính, đặc biệt là chế tạo vật liệu bán dẫn, vật liệu y sinh và vật liệu polyme.

Ngày càng có nhiều quy trình ứng dụng laser trong ngành công nghiệp chip bán dẫn được phát triển. 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 lớn về chip, ngành công nghiệp chip rất có thể sẽ đóng góp vào đợt nhu cầu tiếp theo về thiết bị xử lý laser chính xác.