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

Cách đây không lâu, Apple Inc. đã chính thức công bố ra mắt thế hệ iPhone 14 mới, duy trì thói quen cập nhật mỗi năm một lần. Nhiều người dùng đã bất ngờ khi biết rằng "iPhone đã phát triển đến thế hệ thứ 14". Và nó đã nhanh chóng đạt hơn 1 triệu lượt đặt hàng trực tuyến tại thị trường Trung Quốc. iPhone vẫn rất 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 thứ mới mẻ và còn khá xa lạ trên thị trường Trung Quốc, chứ chưa nói đến xử lý laser chính xác. Từ năm 2011, công nghệ khắc laser chính xác cấp thấp đã dần được áp dụng tại Trung Quốc. Vào thời điểm đó, laser xanh lục xung rắn công suất nhỏ và laser cực tím đã được thảo luận. Và giờ đây, laser siêu nhanh đã dần được sử dụng cho mục đích thương mại, và xử lý laser chính xác siêu nhanh đang được bàn tán.

Ứng dụng rộng rãi của gia công 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 ốp lưng điện thoại di động hình dạng bất thường, v.v., đều được hưởng lợi từ đột phá công nghệ cắt laser chính xác siêu nhanh. Ngành kinh doanh gia công chính xác của các nhà sản xuất gia công laser chính xác hàng đầu Trung Quốc đến từ ngành điện tử tiêu dùng. Nói cách khác, đợt bùng nổ gần đây nhất của gia công 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 suy yếu 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. 5G và điện thoại màn hình gập từng phổ biến vài năm trước chỉ có thể thay thế một phần lượng hàng tồn kho. Vậy, đâu sẽ là đợt bùng nổ nhu cầu tiếp theo đối với gia công laser chính xác?

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 toàn cầu. Ngành sản xuất khổng lồ của Trung Quốc mang lại tiềm năng thị trường to lớn cho gia công và chế tạo laser. Tuy nhiên, ngành sản xuất của Trung Quốc còn yếu kém về tích lũy kỹ thuật trong giai đoạn đầu, phần lớn là các ngành công nghiệp trung 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, giúp 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 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 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 cho hầu hết các loại chip trong nước. Với việc ban hành Đạo luật CHIPS của Hoa Kỳ, cạnh tranh công nghệ chip giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ ngày càng gay gắt, và có thể sẽ xảy ra tình trạng dư cung. Năm 2021 chứng kiến ​​sự sụt giảm đáng kể trong 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, còn được gọi là cắt wafer, đóng vai trò rất quan trọng. Công nghệ cắt wafer laser DPSS xung ngắn ban đầu 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 wafer, khoan lỗ siêu nhỏ, thử nghiệm beta kín. Nhu cầu về thiết bị laser siêu nhanh còn tương đối lớn.

Hiện nay, Trung Quốc đã có các nhà sản xuất thiết bị laser chính xác, có thể cung cấp thiết bị cắt rãnh wafer, ứng dụng cho việc cắt rãnh bề mặt wafer 12 inch bằng quy trình 28nm, và thiết bị cắt wafer mã hóa bằng laser ứng dụng trong sản xuất chip cảm biến MEMS, chip nhớ và các lĩnh vực chip cao cấp khác. Năm 2020, một doanh nghiệp laser lớn ở Thâm Quyến đã phát triển thiết bị tách lớp 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 biến tính hoàn toàn tự động, ứng dụng thành công trong xử lý bề mặt laser trong lĩnh vực chip. Thiết bị này sử dụng laser femto giây có độ chính xác cao và năng lượng xung cực thấp để thực hiện biến tính laser trên bề mặt vật liệu bán dẫn ở phạm vi micron, 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 biến tính bên trong chip wafer hợp chất SiC, GaAs, LiTaO3 và các loại wafer khác có kênh dẫn hẹp (≥20um) với 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 việc nghiên cứu và ứng dụng chip xử lý laser, vốn ban đầu được sử dụng trong lắp ráp thiết bị đầu cuối của các sản phẩm điện tử tiêu dùng hạ nguồn, còn rất hạn chế. Trong tương lai, thị trường chính cho gia công laser chính xác tại Trung Quốc sẽ dần chuyển từ gia công linh kiện điện tử thông thường sang vật liệu và linh kiện chủ chốt thượng nguồn, đặc biệt là chế tạo vật liệu bán dẫn, vật liệu y sinh và vật liệu polymer.

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 chip khổng lồ, ngành công nghiệp chip rất có thể sẽ góp phần vào vòng nhu cầu tiếp theo về thiết bị gia công laser chính xác.