不久前，蘋果公司正式宣布新一代iPhone 14發(fā)售，延續(xù)一年一款更新的習慣，不少用戶紛紛感嘆“原來iPhone已經(jīng)出到14”，并在短時間內(nèi)中國市場贏得過百萬臺的網(wǎng)絡預訂，可見iPhone仍受年輕人歡迎。
智能手機掀起
遙想十多年前，智能手機剛剛推出時，工業(yè)激光加工技術仍然處于較低水平，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逐漸在國內(nèi)開始應用，當時主要談論的是小功率的固體脈沖綠光與紫外激光器，正在此時，超快激光器技術在國外開始成熟商用，超快精密激光加工開始被人們談論。
精密激光加工的批量應用，很大程度上得益于智能手機的推動。攝像頭玻片、指紋模組、HOME鍵、攝像頭盲孔、手機面板的異形切割等，都是得益于超快激光精密切割技術突破來實現(xiàn)。特別是國內(nèi)主要的幾家激光精密加工設備商包括大族、盛雄激光、德龍激光等的精密加工業(yè)務都是來源于消費電子加工?？梢哉f，上一輪的精密激光加工熱潮是由消費電子帶動的，特別是智能手機和顯示面板。
2021年至今年，智能手機、穿戴手環(huán)、顯示面板等消費產(chǎn)品均呈現(xiàn)下滑趨勢，導致消費電子加工設備需求減弱，精密激光加工設備增長面臨較大壓力。那么新款iPhone14能帶動新一輪加工熱潮嗎?按照目前人們換手機意愿降低的趨勢，幾乎可以肯定智能手機如果沒有革命性的技術突破，是無法帶來市場需求新增量，幾年前成為熱點的5G和折疊屏手機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)點可能在哪里?
中國半導體與芯片產(chǎn)業(yè)崛起
中國是名副其實的世界工廠，2020年我國制造業(yè)增加值占世界的份額達28.5%，正是因為龐大的制造業(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)前期技術積累薄弱，大多數(shù)屬于中低端產(chǎn)業(yè)，過去十多年進行產(chǎn)業(yè)升級，在機械、交通、能源、海工、航空航天、制造裝備等都取得長足的進步，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水平的差距。
唯獨在芯片產(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施圍堵斷供。全球芯片產(chǎn)業(yè)形成了美國設計開發(fā)、日本提供原料、韓國和中國臺灣加工組裝的產(chǎn)業(yè)鏈。中國大陸作為全球最大的半導體與芯片消費市場，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，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)略計劃。
國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國大陸的晶圓廠建廠速度位居全球第一，預計至2024年底，將建成31座大型晶圓廠，主要鎖定成熟制程;設廠速度大幅超越臺灣同期間預定投入運作的19座，以及美國預期的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。隨著美國出臺芯片法案，中美兩國在芯片技術的競爭更為激烈，而且有可能出現(xiàn)供應過剩情況。2021年中國進口芯片已經(jīng)開始出現(xiàn)大幅下降。
激光在半導體芯片的加工
晶圓是半導體產(chǎn)品與芯片的基礎材料，晶圓生長后需要經(jīng)過機械拋光，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逐漸成為主流，特別在晶圓切割、微鉆孔、封測等工序上，設備需求潛力較大。
目前國內(nèi)已經(jīng)有精密激光設備廠家能夠提供晶圓開槽設備，可應用于28nm制程以下12寸晶圓的表面開槽，以及激光晶圓隱切設備應用于MEMS傳感器芯片，存儲芯片等高端芯片制造領域。在2020年深圳某大型激光企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出激光解鍵合設備，實現(xiàn)玻璃片和硅片分離，可用于高端半導體芯片應用。
2022年中，武漢某激光企業(yè)推出行業(yè)首款全自動激光改質切割設備，成功應用于芯片領域的激光表面處理。該設備采用高精度飛秒激光，使用極低脈沖能量，針對半導體材料表面進行微米范圍內(nèi)的激光改質處理，從而極大改善半導體光電器件的性能。適用于高成本、窄溝道(≥20um)化合物半導體SiC、GaAs、LiTaO3 等晶圓芯片的內(nèi)部改質切割，如硅芯片、MEMS傳感器芯片、CMOS芯片等。
我國正在攻關光刻機設備關鍵技術，將會帶動光刻機涉及用到的準分子激光器、極紫外激光器的需求，而配套的激光冷水機也需要跟上需求。
特域超快激光冷水機，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，溫控精度最高可達±0.3℃，但這款超快激光冷水機取得了很大的突破，溫控精度可以達到±0.1℃。更精準的溫控精度，可以有效減少水溫波動，穩(wěn)定激光設備出光率。同時，還增加了Modbus RS-485通訊協(xié)議，設備控制系統(tǒng)實時監(jiān)測冷水機工作狀態(tài)和遠程控制冷水機參數(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
由于以往我國半導體芯片產(chǎn)業(yè)薄弱，激光加工芯片的研究和應用偏少，而是首先在下游消費電子產(chǎn)品終端組裝得到了一些應用。未來我國的精密激光加工主要市場將會從一般電子零部件加工逐漸往上游材料和核心元件移動，尤其是半導體材料、生物醫(yī)療、高分子聚合物材料等制備。
半導體芯片產(chǎn)業(yè)的激光應用工藝將會越來越多被發(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)極有可能將會托起下一輪精密激光加工設備的需求熱潮。
廣州特域機電有限公司原創(chuàng)
