9月15日美國對華為的芯片禁令正式生效，華為麒麟高端芯片陷入斷供局面。在大限之前，華為還派專機(jī)去搶運(yùn)聯(lián)發(fā)科的芯片，而這些芯片最多維持半年之久。這兩年，關(guān)于芯片、光刻機(jī)等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的資訊往往容易牽動(dòng)人心。
同樣在9月，全球芯片行業(yè)發(fā)生史上最大金額并購交易。美國芯片制造巨頭英偉達(dá)斥資近400億美元(約合2700億元人民幣)，宣布從日本軟銀集團(tuán)手中收購英國芯片設(shè)計(jì)廠商ARM。ARM是英國最具科技力量的代表公司，分量與中國的華為相當(dāng)。如果收購成功，意味著美國將進(jìn)一步掌控芯片上游的關(guān)鍵領(lǐng)域。
中國投9.5萬億發(fā)力半導(dǎo)體，期望破局
目前，無論是半導(dǎo)體芯片還是集成電路板，中國都是世界最大的消費(fèi)市場，每年進(jìn)口的集成電路價(jià)值超過3000億美元。將來中國還會(huì)大力發(fā)展5G、微電子、高速通信、智能汽車、高端制造設(shè)備等，對芯片和集成電路板等半導(dǎo)體材料產(chǎn)品的需求，有望進(jìn)一步增長。
為了擺脫外國對我國在半導(dǎo)體材料產(chǎn)品的限制，政府已經(jīng)把這項(xiàng)任務(wù)擺到重要戰(zhàn)略位置，并將在“十四五”規(guī)劃里面體現(xiàn)。近日有媒體稱我國將舉全國之力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，2025年前將投放9.5萬億人民幣(1.4萬億美元)投入半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，這項(xiàng)任務(wù)的優(yōu)先程度，“如同當(dāng)年制造原子彈一樣”。力求五年后，國產(chǎn)半導(dǎo)體材料產(chǎn)品自產(chǎn)率可達(dá)70%。
半導(dǎo)體材料與激光制造
目前我國也擁有一定的半導(dǎo)體材料制造能力，但就是在精度、工藝制程方面與發(fā)達(dá)國家領(lǐng)先水平差了至少兩代的技術(shù)。因此高端精密制造技術(shù)將是我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展會(huì)帶來產(chǎn)線擴(kuò)產(chǎn)，2017-2020這4年間，全球預(yù)計(jì)新建62條晶圓加工線，在中國將新建26座晶圓廠，中國將成為全球新建晶圓廠最積極的地區(qū)。制造產(chǎn)線的擴(kuò)產(chǎn)必將帶來半導(dǎo)體加工設(shè)備的需求，光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、離子注入機(jī)等，半導(dǎo)體設(shè)備是半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)。行業(yè)內(nèi)有一句話：一代設(shè)備、一代工藝、一代產(chǎn)品，設(shè)備為先。有什么樣的設(shè)備才能做出什么水平的產(chǎn)品!
激光技術(shù)相關(guān)設(shè)備是半導(dǎo)體加工設(shè)備的重要部分，包括光刻機(jī)、激光刻蝕機(jī)、激光劃片機(jī)、激光打孔機(jī)以及激光精密切割機(jī)等。激光光束以其非接觸式、高效、氣化、刻蝕等效果，在處理半導(dǎo)體材料時(shí)有著獨(dú)特的效用。
硅基晶圓激光切割
許多硅基材料的晶圓切割已經(jīng)由原來機(jī)械切割發(fā)展到激光精密切割，激光技術(shù)具有高效、切割平滑、一次成型、免除復(fù)雜二次加工等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)生較少的污染廢棄物。早期的激光切割晶圓采用了納米紫外激光，紫外激光具有冷加工的特點(diǎn)，熱影響較小。近幾年，由于設(shè)備的升級(jí)，逐漸轉(zhuǎn)向了超快激光，目前以皮秒激光為主。隨著超快激光器功率逐漸提升，未來有望過渡到使用紫外皮秒激光甚至是飛秒激光實(shí)現(xiàn)更精密、更快的加工。
約莫十多年前，日本濱松光子公司開發(fā)出全世界最早的激光“隱形切割法”，在晶圓切割實(shí)際應(yīng)用上前景可期。此方法是將部分透明的激光光斑聚焦在板材內(nèi)部接近晶圓表面之處，并沿著預(yù)定方向?qū)Σ牧弦l(fā)可控制的破壞。當(dāng)材料內(nèi)部具備的功率密度足夠，會(huì)形成一條微裂紋、點(diǎn)缺陷的線，與制作紀(jì)念品的玻璃半成品內(nèi)部3D激光打標(biāo)雷同，且如同任一種劃線法，施加內(nèi)部缺陷后必須再進(jìn)行劈裂作業(yè)。
近年來，中國的廠商也越來越多地成功研制激光隱形切割設(shè)備，如大族顯示與半導(dǎo)體，蘇州德龍激光等。今年5月，媒體報(bào)道了中國電子旗下中國長城鄭州軌道交通信息技術(shù)研究院和河南通用智能裝備有限公司聯(lián)合攻關(guān)，研制成功半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割機(jī)。該設(shè)備采用特殊材料、特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特殊運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)加工平臺(tái)在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)保持高穩(wěn)定性、高精度，運(yùn)動(dòng)速度可達(dá) 500mm/s。國際上先進(jìn)水平切割速度可高達(dá)600 mm/s，具體的結(jié)果還跟材料性質(zhì)、厚度與激光器功率參數(shù)相關(guān)。
未來我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)迎來高速發(fā)展期，除了帶來大量設(shè)備需求，在晶圓材料的加工批量將會(huì)成倍增長，對激光精密加工，尤其是超快激光器的需求量是非常可觀的。
在可預(yù)見未來幾年，半導(dǎo)體材料、觸摸屏、消費(fèi)電子零部件制造等將會(huì)是超快激光工業(yè)應(yīng)用最為重要的幾個(gè)領(lǐng)域，其中半導(dǎo)體材料的切割、刻劃、打孔等應(yīng)用將會(huì)很大。如今國產(chǎn)超快激光光源快速發(fā)展，20瓦的皮秒激光器已經(jīng)從原來約一百萬降到不到40萬，接著精密激光設(shè)備采購成本也會(huì)下降。這對即將到來的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大發(fā)展是一個(gè)利好，每年可產(chǎn)生千臺(tái)量級(jí)的超精密激光設(shè)備需求。
超快激光設(shè)備加工效果的穩(wěn)定與熱能量控制有重要聯(lián)系，廣州特域機(jī)電有限公司今年推出了用于皮秒、飛秒、納秒等超快固體激光器冷卻的冷水機(jī)——CWUP-20激光冷水機(jī)。
CWUP-20這款冷卻設(shè)備溫控精度為±0.1℃，制冷技術(shù)已經(jīng)趕上了外國領(lǐng)先水平。特域機(jī)電順應(yīng)超快激光精密加工的發(fā)展勢頭，經(jīng)歷多年攻關(guān)研發(fā)，終于成功研發(fā)出這款超快激光冷水機(jī)，為行業(yè)帶來福音，這將為我國未來超快激光規(guī)模應(yīng)用提供可靠的冷卻解決方案。
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