不久前，蘋果公司正式宣布新一代iPhone 14發(fā)售，延續(xù)一年一款更新的習(xí)慣，不少用戶紛紛感嘆“原來iPhone已經(jīng)出到14”，并在短時(shí)間內(nèi)中國市場贏得過百萬臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)預(yù)訂，可見iPhone仍受年輕人歡迎。
智能手機(jī)掀起
遙想十多年前，智能手機(jī)剛剛推出時(shí)，工業(yè)激光加工技術(shù)仍然處于較低水平，光纖激光與超快激光均是新鮮事物，在國內(nèi)更是空白狀態(tài)，精密激光加工無從談起。自2011年起，低端的精密激光打標(biāo)逐漸在國內(nèi)開始應(yīng)用，當(dāng)時(shí)主要談?wù)摰氖切」β实墓腆w脈沖綠光與紫外激光器，正在此時(shí)，超快激光器技術(shù)在國外開始成熟商用，超快精密激光加工開始被人們談?wù)摗?
精密激光加工的批量應(yīng)用，很大程度上得益于智能手機(jī)的推動(dòng)。攝像頭玻片、指紋模組、HOME鍵、攝像頭盲孔、手機(jī)面板的異形切割等，都是得益于超快激光精密切割技術(shù)突破來實(shí)現(xiàn)。特別是國內(nèi)主要的幾家激光精密加工設(shè)備商包括大族、盛雄激光、德龍激光等的精密加工業(yè)務(wù)都是來源于消費(fèi)電子加工。可以說，上一輪的精密激光加工熱潮是由消費(fèi)電子帶動(dòng)的，特別是智能手機(jī)和顯示面板。
2021年至今年，智能手機(jī)、穿戴手環(huán)、顯示面板等消費(fèi)產(chǎn)品均呈現(xiàn)下滑趨勢，導(dǎo)致消費(fèi)電子加工設(shè)備需求減弱，精密激光加工設(shè)備增長面臨較大壓力。那么新款iPhone14能帶動(dòng)新一輪加工熱潮嗎?按照目前人們換手機(jī)意愿降低的趨勢，幾乎可以肯定智能手機(jī)如果沒有革命性的技術(shù)突破，是無法帶來市場需求新增量，幾年前成為熱點(diǎn)的5G和折疊屏手機(jī)只能是帶來部分存量置換。
那么，下一輪精密激光加工的需求爆發(fā)點(diǎn)可能在哪里?
中國半導(dǎo)體與芯片產(chǎn)業(yè)崛起
中國是名副其實(shí)的世界工廠，2020年我國制造業(yè)增加值占世界的份額達(dá)28.5%，正是因?yàn)辇嫶蟮闹圃鞓I(yè)，為激光加工制造帶來巨大的市場潛力。然而我國制造業(yè)前期技術(shù)積累薄弱，大多數(shù)屬于中低端產(chǎn)業(yè)，過去十多年進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在機(jī)械、交通、能源、海工、航空航天、制造裝備等都取得長足的進(jìn)步，包括激光器和激光裝備快速發(fā)展，大大縮小了與外國先進(jìn)水平的差距。
唯獨(dú)在芯片產(chǎn)業(yè)上，我國仍然受到外國較大的限制，特別是美國近年企圖對我國芯片實(shí)施圍堵斷供。全球芯片產(chǎn)業(yè)形成了美國設(shè)計(jì)開發(fā)、日本提供原料、韓國和中國臺(tái)灣加工組裝的產(chǎn)業(yè)鏈。中國大陸作為全球最大的半導(dǎo)體與芯片消費(fèi)市場，在芯片產(chǎn)業(yè)自主化上比較滯后，中國市場的芯片銷售額達(dá)到1925億美元，占全球銷售額的34%，外國的圍堵倒逼我國加大投入芯片技術(shù)，因此過去4年里國家已經(jīng)大力扶持芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并將其列入中長期戰(zhàn)略計(jì)劃。
國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國大陸的晶圓廠建廠速度位居全球第一，預(yù)計(jì)至2024年底，將建成31座大型晶圓廠，主要鎖定成熟制程;設(shè)廠速度大幅超越臺(tái)灣同期間預(yù)定投入運(yùn)作的19座，以及美國預(yù)期的12座。
不久前，我國宣布上海集成電路產(chǎn)業(yè)突破了14nm芯片的制程，并且實(shí)現(xiàn)了一定規(guī)模的量產(chǎn)。對于一些在家電、汽車以及通信所使用到的28nm以上的芯片，我國都有著非常成熟的制作工藝，能夠完好地滿足我國對于大部分芯片的總體需求。隨著美國出臺(tái)芯片法案，中美兩國在芯片技術(shù)的競爭更為激烈，而且有可能出現(xiàn)供應(yīng)過剩情況。2021年中國進(jìn)口芯片已經(jīng)開始出現(xiàn)大幅下降。
激光在半導(dǎo)體芯片的加工
晶圓是半導(dǎo)體產(chǎn)品與芯片的基礎(chǔ)材料，晶圓生長后需要經(jīng)過機(jī)械拋光，后期尤為重要的是晶圓切割加工，也叫晶圓劃片。早期短脈沖DPSS激光器切割晶圓技術(shù)已經(jīng)在歐洲、美國發(fā)展成熟。隨著超快激光器的快速發(fā)展和功率提升，超快激光切割晶圓未來將會(huì)逐漸成為主流，特別在晶圓切割、微鉆孔、封測等工序上，設(shè)備需求潛力較大。
目前國內(nèi)已經(jīng)有精密激光設(shè)備廠家能夠提供晶圓開槽設(shè)備，可應(yīng)用于28nm制程以下12寸晶圓的表面開槽，以及激光晶圓隱切設(shè)備應(yīng)用于MEMS傳感器芯片，存儲(chǔ)芯片等高端芯片制造領(lǐng)域。在2020年深圳某大型激光企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出激光解鍵合設(shè)備，實(shí)現(xiàn)玻璃片和硅片分離，可用于高端半導(dǎo)體芯片應(yīng)用。
2022年中，武漢某激光企業(yè)推出行業(yè)首款全自動(dòng)激光改質(zhì)切割設(shè)備，成功應(yīng)用于芯片領(lǐng)域的激光表面處理。該設(shè)備采用高精度飛秒激光，使用極低脈沖能量，針對半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行微米范圍內(nèi)的激光改質(zhì)處理，從而極大改善半導(dǎo)體光電器件的性能。適用于高成本、窄溝道(≥20um)化合物半導(dǎo)體SiC、GaAs、LiTaO3 等晶圓芯片的內(nèi)部改質(zhì)切割，如硅芯片、MEMS傳感器芯片、CMOS芯片等。
我國正在攻關(guān)光刻機(jī)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，將會(huì)帶動(dòng)光刻機(jī)涉及用到的準(zhǔn)分子激光器、極紫外激光器的需求，而配套的激光冷水機(jī)也需要跟上需求。
特域超快激光冷水機(jī)，可用于10-40W皮秒、飛秒紫外激光器的制冷。以往的激光冷水機(jī)，溫控精度最高可達(dá)±0.3℃，但這款超快激光冷水機(jī)取得了很大的突破，溫控精度可以達(dá)到±0.1℃。更精準(zhǔn)的溫控精度，可以有效減少水溫波動(dòng)，穩(wěn)定激光設(shè)備出光率。同時(shí)，還增加了Modbus RS-485通訊協(xié)議，設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測冷水機(jī)工作狀態(tài)和遠(yuǎn)程控制冷水機(jī)參數(shù)及啟停。更高的溫控精度，更智能化檢測，為激光用戶帶來更方便的制冷系統(tǒng)。
精密激光加工走向高端芯片或成下一輪熱潮
由于以往我國半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)薄弱，激光加工芯片的研究和應(yīng)用偏少，而是首先在下游消費(fèi)電子產(chǎn)品終端組裝得到了一些應(yīng)用。未來我國的精密激光加工主要市場將會(huì)從一般電子零部件加工逐漸往上游材料和核心元件移動(dòng)，尤其是半導(dǎo)體材料、生物醫(yī)療、高分子聚合物材料等制備。
半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的激光應(yīng)用工藝將會(huì)越來越多被發(fā)明出來，對于高精密的芯片產(chǎn)品，非接觸的光加工是最合適的方式。憑著龐大的需求量，芯片產(chǎn)業(yè)極有可能將會(huì)托起下一輪精密激光加工設(shè)備的需求熱潮。
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