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我国大力发展半导体材料 为激光微加工带来机遇

更新时间:2020-06-29  |  点击量:163  |  来源:激光制造网

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导读:近日,华为的话题又再掀起波澜,一方面是美国商务部发布针对华为半导体业务发展的禁令,可视为是升级版的芯片禁令;另一方面是华为创始人女儿孟晚舟在加拿大法院裁决不能释放。




美国芯片制裁迫使中国自主发展























随着中国国力上升和科技创新,与美国的现有利益冲突只会越来越多,从2018年美国制裁中兴事件就已经警醒国人,再到去年以来一系列针对华为措施继而挑起两国贸易战。中国政府绝无屈服从而迫使美国回到谈判桌上。贸易战激起了各行各业一股励精图治、自主研发、自力更生的创新浪潮。


美国当前的领先科技,以半导体、化学材料、软件服务、军工、航空航天、生物医学等几个最为突出。而世界的半导体材料产业发展路线,是从美国发端,也就是人们熟知的“硅谷”,再延伸到日本和中国台湾,再到韩国。

中国在很长一段时间没有重视半导体材料和芯片的发展,导致如今每年花费上万亿元进口芯片。如今我国已经有中长期的规划大力推动半导体集成电路产业自主发展,保守估计未来几年将有数千亿的资金支持芯片产业研发。具备科技含量产品的芯片在行业中具备举足轻重的作用,手机、电脑、家电、导航仪器等都具备芯片,芯片最核心的工艺设备——光刻机,目前基本被外国垄断。


半导体材料的几种应用























光刻机属于一种掩膜曝光系统,需要采用激光源,在晶圆表面保护膜造成刻蚀,最终形成电路,实现数据储存的功能。光刻机采用量较大的是准分子激光器,能产生深紫外激光束,主要供应商是全球领先的准分子激光器供应商 Cymer,现已被ASML收购。而最新的一代光刻机则是极紫外光刻机(EUV),已经可以实现10 nm以下的制程,目前仍然被外国垄断。


可以预期的是,中国在各种芯片上的技术将逐渐取得突破,实现自产和量产,国产光刻机也是可以期待的,届时精密激光源的应用需求必然会增加。


半导体材料的另一个大量应用是光伏电池产业,是目前世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池,其中以硅晶圆材料为基础应用最为广泛。光伏电池恰恰与激光器相反,它是把光转换为电的一种设备,而这个光电转化率是判断电池优劣的最重要标准,这其中采用的材料和制作工艺是最为关键的。


在硅晶圆的切割方面,以往传统的刀具切割精度不足、效率低下,而且会产生较多的不良产品,因此在欧洲、韩国、美国早已采用了精密激光制造技术。我国光伏电池产能占据全球超过一半,随着国家扶持新能源发展,过去四年光伏产业重回上升轨道,并且大量采用新技术工艺,其中激光加工就是重要工艺之一。目前激光在光伏电池实现了晶圆切割、划片、消融,PERC电池的激光开槽。PERC电池是一种钝化发射极和局部背接触的新型太阳能电池,其优势在于高达20%及以上的光电转换效率。


武汉的帝尔激光是目前国内光伏电池激光制造设备的领导者,原来从事消费电子精密加工,后来专注于光伏电池激光加工设备,迎来2016年光伏产业快速复苏以及工艺改进。帝尔激光得到足够的机遇,过去三年几乎是每年业绩翻一倍,并成功上市。这说明光伏产业的激光制造需求空间仍然巨大。

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图:我国首台半导体激光隐形晶圆切割机问世

 

半导体材料的第三个重要应用是线路板,也包括柔性线路板。线路板采用了大量的半导体材料,也是所有电子产品的基础,是至关重要的部件。近年来随着线路板的精度和集成度越来越高,更加小型迷你的线路板让大型设备和接触式加工难以适应,激光技术开始有了用武之地。


打标应该是线路板上最简单的工艺,目前常常采用的紫外激光器的在材料表面的标刻。钻孔是线路板上常用的工艺,激光钻孔能达到微米级,能打出机械刀无法做到的微细小孔,并且速度极快。线路板上应用的铜材切割、固定熔焊等均可以采用激光技术。而锡膏的激光微焊也是近年来值得关注的重要技术。


未来十年,半导体材料将会成为我国最为重视发展的产业,带动激光微加工大爆发的极有可能是半导体材料加工。激光微加工主要采用短脉冲或者超短脉冲激光器,也就是超快激光器。因此未来在人工智能、5G,和国家大力投资半导体材料国产化的趋势下,激光精密加工必然有较大的需求,超快激光器的大批量应用是一个重要趋势。

来源:激光制造网


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