精密雷射加工的下一輪熱潮在哪裡？

不久前，蘋果正式宣布發布新一代iPhone 14，延續了一年一次更新的慣例。不少用戶驚嘆「iPhone發展到14代了」。這款手機在中國市場迅速斬獲超百萬線上預訂，iPhone仍深受年輕人的喜愛。

智慧型手機掀起首輪精密雷射處理需求

十幾年前，智慧型手機剛問世，工業雷射加工技術仍處於低谷。光纖雷射、超快雷射在中國市場尚屬空白，精密雷射加工更是一片空白。 2011年起，低端精密雷射打標在中國逐漸落地應用，當時討論的主要是小功率固體脈衝綠光雷射和紫外線雷射。而如今，超快雷射已逐漸商業化應用，超快精密雷射加工也成為熱門話題。

精密雷射加工的大規模應用很大程度上是由智慧型手機的發展所推動的。相機滑軌、指紋模組、HOME鍵、相機盲孔、手機面板異形切割等產品的生產，都得益於超快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均來自消費性電子產品。也就是說，上一輪精密雷射加工的繁榮是由消費性電子產品，尤其是智慧型手機和顯示面板所推動的。

雷射面板切割

自2021年以來，智慧型手機、穿戴式腕帶、顯示面板等消費性產品呈現下滑趨勢，導致消費性電子加工設備需求減弱，成長壓力加大。那麼，新款iPhone14能否掀起新一輪加工熱潮呢？但從目前人們購機意願下降的趨勢來看，智慧型手機幾乎肯定無法貢獻市場需求的新成長點。前幾年流行的5G、折疊式螢幕手機等，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熱潮究竟會在哪裡呢？

中國半導體和晶片產業的崛起

中國是名副其實的世界工廠。 2020年，中國製造業增加價值佔全球份額的28.5%。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，多為中低端產業。近十年來，中國在機械、交通、能源、海洋工程、航空航太、製造裝備等領域取得了長足進步，包括雷射和雷射設備的發展，大大縮小了與國際先進水平的差距。

根據半導體產業協會的統計，中國大陸是全球晶圓廠建設最快的地區，預計到2024年底將建成31座專注於成熟工藝的大型晶圓廠；這一速度已經大大超過同期中國台灣計劃投產的19座晶圓廠，以及美國預計的12座晶圓廠。

不久前，中國宣布上海積體電路產業突破14奈米晶片製程，達到一定量產規模。對於部分應用於家電、汽車、通訊等領域的28奈米以上晶片，中國擁有極為成熟的生產工藝，完全可以滿足國內大部分晶片的整體需求。隨著美國《晶片法案》（CHIPS Act）的出台，中美晶片技術競爭更加激烈，或將出現供應過剩。 2021年，中國晶片進口量大幅下降。

雷射加工晶片

雷射在半導體晶片加工的應用

晶圓是半導體產品和晶片的基礎材料，生長後需要進行機械拋光。後期晶圓切割（又稱劃片）至關重要。早期短脈衝DPSS雷射晶圓切割技術在歐美已發展成熟。隨著超快雷射功率的提升，未來超快雷射的應用將逐漸成為主流，尤其是在晶圓切割、微鑽孔、封閉測試等環節。超快雷射設備的需求潛力較大。

目前，國內已有精密雷射設備廠商能夠提供晶圓開槽設備，應用於28nm製程下12吋晶圓的表面開槽；以及應用於MEMS感測器晶片、記憶體晶片等高階晶片製造領域的雷射晶圓加密切割設備。 2020年，深圳一家大型雷射企業研發出雷射脫鍵設備，實現玻璃與矽片的分離，可用於生產高階半導體晶片。

雷射切割晶片晶圓

2022年年中，武漢一家雷射企業首次推出全自動雷射改質切割設備，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的雷射改性，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（≥20um）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。

我國正在攻關光刻機關鍵技術問題，這將帶動與光刻機用途相關的準分子雷射和極紫外雷射的需求，但此前我國在該領域的研究較少。

高階晶片用精密雷射加工頭或成下一波熱潮

由於先前我國半導體晶片產業較為薄弱，雷射加工晶片的研究與應用較少，最早應用於下游消費性電子產品的終端組裝。未來，我國精密雷射加工的主要市場將逐步從通用電子零件加工轉向上游材料及關鍵元件加工，特別是半導體材料、生物醫療、高分子材料的製備。

半導體晶片產業將有越來越多的雷射應用製程得到發展。對於高精度晶片產品，非接觸式光學加工是最適合的方法。在晶片需求龐大的背景下，晶片產業極有可能催生下一輪精密雷射加工設備的需求。