精密激光加工的下一轮热潮在哪里？

不久前，苹果公司正式宣布发布新一代iPhone 14，延续了一年一次更新的惯例。不少用户惊叹“iPhone发展到14代了”。这款手机在中国市场迅速斩获超百万线上预订，iPhone依然深受年轻人的喜爱。

智能手机掀起首轮精密激光加工需求

十几年前，智能手机刚刚问世，工业激光加工技术还处于低谷。光纤激光器、超快激光器在中国市场尚属空白，精密激光加工更是一片空白。2011年起，低端精密激光打标在中国逐渐落地应用，当时讨论的主要是小功率固体脉冲绿光激光器和紫外激光器。而如今，超快激光器已逐渐商业化应用，超快精密激光加工也成为热议话题。

精密激光加工的大规模应用很大程度上是由智能手机的发展推动的。摄像头滑轨、指纹模组、HOME键、摄像头盲孔、手机面板异形切割等产品的生产，都得益于超快激光精密切割技术的突破。中国主要激光精密加工厂商的精密加工业务均来自消费电子产品。也就是说，上一轮精密激光加工的繁荣是由消费电子产品，尤其是智能手机和显示面板推动的。

激光面板切割

2021年以来，智能手机、可穿戴腕带、显示面板等消费产品呈现下滑趋势，导致消费电子加工设备需求减弱，增长压力加大。那么，新款iPhone14能否掀起新一轮加工热潮？但从目前人们购机意愿下降的趋势来看，智能手机几乎肯定无法贡献市场需求的新增长点。前几年流行的5G、折叠屏手机等，只能带来部分库存的替代。那么，精密激光加工的下一轮需求热潮究竟会在哪里呢？

中国半导体和芯片产业的崛起

中国是名副其实的世界工厂。2020年，中国制造业增加值占全球份额的28.5%。中国庞大的制造业为激光加工制造带来了巨大的市场潜力。然而，中国制造业早期技术积累薄弱，多为中低端产业。近十年来，中国在机械、交通、能源、海洋工程、航空航天、制造装备等领域取得了长足进步，包括激光器和激光设备的发展，大大缩小了与国际先进水平的差距。

根据半导体行业协会的统计，中国大陆是全球晶圆厂建设最快的地区，预计到2024年底将建成31座专注于成熟工艺的大型晶圆厂；这一速度已经大大超过同期中国台湾计划投产的19座晶圆厂，以及美国预计的12座晶圆厂。

不久前，中国宣布上海集成电路产业突破14纳米芯片制程，并实现一定量产规模。对于部分应用于家电、汽车、通信等领域的28纳米以上芯片，中国拥有极为成熟的生产工艺，完全可以满足国内大部分芯片的总体需求。随着美国《芯片法案》（CHIPS Act）的出台，中美芯片技术竞争更加激烈，或将出现供应过剩。2021年，中国芯片进口量大幅下降。

激光加工芯片

激光在半导体芯片加工中的应用

晶圆是半导体产品和芯片的基础材料，生长后需要进行机械抛光。后期晶圆切割（又称划片）至关重要。早期短脉冲DPSS激光晶圆切割技术在欧美已发展成熟。随着超快激光功率的提升，未来超快激光的应用将逐渐成为主流，尤其是在晶圆切割、微钻孔、封闭测试等环节。超快激光设备的需求潜力较大。

目前，国内已有精密激光设备厂商能够提供晶圆开槽设备，应用于28nm工艺下12英寸晶圆的表面开槽；以及应用于MEMS传感器芯片、存储芯片等高端芯片制造领域的激光晶圆加密切割设备。2020年，深圳一家大型激光企业研发出激光脱键合设备，实现玻璃与硅片的分离，可用于生产高端半导体芯片。

激光切割芯片晶圆

2022年中，武汉一家激光企业首次推出全自动激光改性切割设备，成功应用于芯片领域的激光表面处理。该设备采用高精度飞秒激光器和极低的脉冲能量，对半导体材料表面进行微米级的激光改性，从而大幅提升半导体光电器件的性能。该设备适用于高成本、窄沟道（≥20um）化合物半导体SiC、GaAs、LiTaO3等晶圆芯片内部改性切割，例如硅芯片、MEMS传感器芯片、CMOS芯片等。

我国正在攻关光刻机关键技术问题，这将带动与光刻机用途相关的准分子激光器和极紫外激光器的需求，但此前我国在该领域的研究较少。

高端芯片用精密激光加工头或成下一波热潮

由于此前我国半导体芯片产业较为薄弱，激光加工芯片的研究和应用较少，最早应用于下游消费电子产品的终端组装。未来，我国精密激光加工的主要市场将逐步从通用电子零部件加工转向上游材料及关键元器件加工，特别是半导体材料、生物医疗、高分子材料的制备。

半导体芯片行业将有越来越多的激光应用工艺得到发展。对于高精度芯片产品，非接触式光学加工是最适合的方法。在芯片需求巨大的背景下，芯片行业极有可能催生下一轮精密激光加工设备的需求。