精密雷射加工的下一輪繁榮將在哪裡？

不久前，蘋果公司正式發表了新一代iPhone 14，延續了每年更新一次的慣例。許多用戶驚訝地發現「iPhone已經發展到第14代了」。這款手機在中國市場迅速獲得了超過100萬的線上預訂量。 iPhone依然深受年輕人的喜愛。

智慧型手機引發了對精密雷射加工的第一輪需求。

十多年前，智慧型手機剛問世時，工業雷射加工技術仍處於起步階段。光纖雷射和超快雷射在中國市場還是一片空白，更遑論精密雷射加工。自2011年以來，低端精密雷射打標技術在中國逐漸被應用。當時，小功率固體脈衝綠光雷射和紫外線雷射是人們討論的焦點。而如今，超快雷射已逐步應用於商業領域，超快精密雷射加工也成為人們熱議的話題。

精密雷射加工技術的大規模應用主要由智慧型手機的發展所驅動。相機滑蓋、指紋模組、HOME鍵、相機盲孔以及異形切割等手機面板的生產，都受益於超高速雷射精密切割技術的突破。中國主要雷射精密加工廠商的精密加工業務也主要來自消費性電子領域。也就是說，上一輪精密雷射加工技術的繁榮是由消費電子，特別是智慧型手機和顯示面板產業所推動的。

雷射面板切割

自2021年以來，智慧型手機、穿戴式腕帶和顯示面板等消費品市場呈現下滑趨勢，導致對消費性電子加工設備的需求疲軟，成長面臨更大壓力。那麼，新款iPhone 14能否開啟新一輪加工設備熱潮？但從目前人們購買新手機意願降低的趨勢來看，智慧型手機幾乎肯定無法推動市場需求的新成長。幾年前流行的5G和折疊螢幕手機也只能帶來部分庫存的替代。那麼，精密雷射加工的下一輪需求成長又將來自何處呢？

中國半導體和晶片產業的崛起

中國堪稱名副其實的世界工廠。 2020年，中國製造業增加價值佔全球的28.5%。正是中國龐大的製造業為雷射加工製造帶來了巨大的市場潛力。然而，中國製造業早期技術累積薄弱，且多為中低端產業。過去十年，中國在機械、交通、能源、船舶工程、航空航太、製造裝備等領域取得了長足進步，包括雷射及雷射裝備的發展，大大縮小了與國際先進水準的差距。

根據半導體產業協會的統計數據，中國大陸是全球晶圓廠建設速度最快的地區，預計到2024年底將建成31座專注於成熟工藝的大型晶圓廠；這一速度遠遠超過了同期計劃在台灣投入運營的19座晶圓廠，以及預計在美國投入運營的12座晶圓廠。

不久前，中國宣布上海積體電路產業已突破14nm製程，並實現了一定規模的量產。對於家電、汽車、通訊等領域使用的28nm以上晶片，中國擁有極為成熟的生產工藝，完全能夠滿足國內大部分晶片的整體需求。隨著美國《晶片技術法案》（CHIPS Act）的出台，中美晶片技術競爭日益激烈，可能出現供應過剩。 2021年，中國晶片進口量大幅下降。

雷射加工晶片

用於半導體晶片加工的雷射

晶圓是半導體產品和晶片的基礎材料，生長完成後需要進行機械拋光。在後期階段，晶圓切割（也稱為晶圓切割）至關重要。早期的短脈衝DPSS雷射晶圓切割技術已在歐美地區發展成熟。隨著超快雷射功率的不斷提升，其應用將在未來逐漸成為主流，尤其是在晶圓切割、微孔加工、封閉式測試等製程中。超快雷射設備的需求潛力相對較大。

目前，國內已有精密雷射設備製造商能夠提供晶圓開槽設備，可用於28nm製程下12吋晶圓的表面開槽；此外，還有雷射晶圓切割設備，可用於MEMS感測器晶片、記憶體晶片等高階晶片製造領域。 2020年，深圳一家大型雷射企業研發出雷射解鍵合設備，可實現玻璃和矽片的分離，可用於高階半導體晶片的生產。

雷射切割晶片晶圓

2022年年中，武漢一家雷射企業推出了全自動雷射改質切割設備，並成功應用於晶片領域的雷射表面處理。本設備採用高精度飛秒雷射和極低的脈衝能量，對半導體材料表面進行微米級雷射改性，大幅提升半導體光電元件的性能。本設備適用於高成本、窄通道（≥20μm）化合物半導體SiC、GaAs、LiTaO3等晶圓晶片內部改質切割，例如矽晶片、MEMS感測器晶片、CMOS晶片等。

中國正在攻克光刻機的關鍵技術難題，這將推動與光刻機使用相關的準分子雷射和極紫外雷射的需求，但此前中國在該領域的研究還很少。

用於高階晶片的精密雷射加工頭可能成為下一波熱潮。

由於先前中國半導體晶片產業發展落後，雷射加工晶片的研究和應用較少，最初僅用於下游消費性電子產品的終端組裝。未來，中國精密雷射加工的主要市場將逐步從通用電子元件的加工轉向上游材料和關鍵零件的加工，特別是半導體材料、生物醫學材料和高分子材料的製備。

半導體晶片產業中越來越多的雷射應用流程將被開發出來。對於高精度晶片產品而言，非接觸式光學加工是最適合的加工方法。隨著晶片需求的不斷增長，晶片產業極有可能推動下一輪對精密雷射加工設備的需求。