過去幾年,手機屏幕經(jīng)歷了從四角直角到水滴屏、劉海屏、全面屏、曲面屏、以及最新的折疊屏的革新。
這背后要歸功于激光切割工藝的進化,尤其是飛秒激光。
時至今日,作為芯片制造最關(guān)鍵環(huán)節(jié)的光刻機以及背后的工作原理已經(jīng)成為顯學。
光刻機的水平直接決定了中國芯片制造的水平,它的突破無疑代表了中國芯片制造的水平。
但很少有人知道,激光器是光刻機核心設備之一。
這幾年,幾乎每隔一段時間都有中國光刻機獲突破的消息,都跟飛秒激光器有關(guān)。
2019年4月,武漢光電國家研究中心對外宣布,該中心甘棕松團隊研制的9nm線寬雙光束超衍射極限光刻試驗樣機,樣機系統(tǒng)關(guān)鍵零部件包括飛秒激光器、聚焦物鏡等也實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
與動輒幾千萬美元的主流光刻機乃至一億美元售價的EUV光刻機相比,超分辨光刻硬件部分只需要一臺飛秒激光器和一臺普通連續(xù)激光器,成本只是主流光刻機的幾分之一。
雖然這僅僅是樣機試驗,距離取代EUV光刻機還有很長的路要走,尚不能解決當下產(chǎn)業(yè)問題,但可以看得出,中國已經(jīng)意識到精密制造領(lǐng)域的短板,這其中飛秒激光器是一個繞不開的技術(shù)。
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飛秒激光被譽為“最亮的光、最準的尺、最快的刀”,能以極快的速度將其全部能量注入到很小的作用區(qū)域,瞬間內(nèi)產(chǎn)生的高能量密度的沉積將使電子的吸收和運動方式發(fā)生變化,可以避免線性吸收、能量轉(zhuǎn)移及擴散過程等的影響,從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用的機制。
簡單說就是,飛秒激光與材料相互作用的時間極短,等離子體還沒來得及將能量傳遞給周圍材料,就已經(jīng)從材料表面被燒蝕掉,不會給周圍的材料帶來熱影響,這種“冷加工”優(yōu)勢使得飛秒激光在微電子、光子學和MOEMS(激光機電系統(tǒng))等高新技術(shù)領(lǐng)域和精細激光醫(yī)療、精密鉆孔、精密切割等精密加工領(lǐng)域中應用前景巨大。
除了芯片制造中的光刻機,飛秒激光器另一個重要的領(lǐng)域是柔性顯示屏。
華為P40系列手機采用的曲面柔性屏,帶來了全面屏的震撼體驗,這要得益于京東方在柔性OLED屏的出貨量提供了強大的支持。
柔性OLED屏手機新性能對生產(chǎn)加工工藝也提出了更高的要求。其中,約70%的手機加工鏈和制造環(huán)節(jié)都用到了多種不同的激光工藝。在柔性OLED生產(chǎn)過程中,激光加工對各段制程起著至關(guān)重要的作用,并且激光以其靈活高效成為柔性化生產(chǎn)線的首選。
高分子聚合物薄膜材料廣泛應用于電子產(chǎn)品,如FPCB覆蓋膜,OLED柔性顯示屏中的復合膜等,由于材料極薄,如果采用納秒激光脈沖加工,材料極易變形,甚至在加工面的材料發(fā)生碳化。
未來幾年,京東方、天馬、維信諾等企業(yè)將加大建設OLED面板產(chǎn)線,總投資超千億元,OLED激光設備國產(chǎn)替代大有空間,隨著我國激光技術(shù)的成熟、成本的降低,同時也驅(qū)動著激光在柔性屏制造中的應用潛力。
在業(yè)內(nèi),飛秒激光技術(shù)給顯示行業(yè)帶來無可比擬的品質(zhì)提升已經(jīng)成為共識,尤其是時下最熱的柔性OLED膜切及屏下鉆孔。
一些激光技術(shù)公司紛紛與世界頂級面板制造商合作,不斷改進柔性顯示屏制造工藝。
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科技日報社副社長房漢廷認為,要解決中國創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈中的卡脖子技術(shù),必須要發(fā)展自己的根技術(shù),培育自己的根產(chǎn)業(yè)。
根技術(shù)產(chǎn)業(yè)有三個顯著特征:共性架構(gòu)性;強裂變屬性;多功能生成性。
“根技術(shù)”產(chǎn)業(yè)中很重要的一部分時用新技術(shù)賦能改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。
房漢廷認為物聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡、AI、聚變能源、3D打印、基因編輯、飛秒激光、量子計算、生物工程九個方面,是當下以及未來相當長時間的根產(chǎn)業(yè),國家的戰(zhàn)略布局也應該在這些方面加大力度。
飛秒激光的重要性就在于對中國制造業(yè)的賦能改造。
如果說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的是降本增效,飛秒激光則是一種使中國制造轉(zhuǎn)向附加值更高、技術(shù)壁壘更高的高端精密加工的利器,尤其是在消費電子觸摸屏模組生產(chǎn)、半導體晶圓劃片等高端3C制造領(lǐng)域。
從全球競爭來看,飛秒激光在工業(yè)應用的歷史不長,是歐美等發(fā)達國家重點布局的激光應用熱點。
目前,包括飛秒激光在內(nèi)的超快激光市場基本被國外公司主導,占據(jù)全球近90%的市場份額,但中國科研機構(gòu)及企業(yè)對超快激光非常重視,相關(guān)企業(yè)加大投入攻克難點技術(shù),正在追趕國際先進水平。
據(jù)測算,皮秒、飛秒超快激光器國產(chǎn)化將推動國內(nèi)應用商的使用成本降低至少30%-40%,未來市場可期。
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在國產(chǎn)替代進程中,飛秒激光無疑一個巨大的市場。
包括成都、深圳在內(nèi)的國內(nèi)不少城市也在紛紛布局飛秒激光產(chǎn)業(yè)。
其中,青島自貿(mào)激光科技有限公司是中國最早從事飛秒激光技術(shù)的企業(yè)之一,專業(yè)從事飛秒光纖激光器及其核心元器件、超快激光應用裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售,是國內(nèi)少數(shù)能為客戶提供非標定制和全面的技術(shù)解決方案的領(lǐng)先企業(yè)之一。
青島自貿(mào)激光也入選了2019山東省新舊動能轉(zhuǎn)換優(yōu)選項目,是青島市八個高端裝備優(yōu)選項目之一。
作為最被看重的根技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一,飛秒激光如何進一步提升青島高端制造水平?尤其是跟顯示屏需求企業(yè)進行深度合作,帶來顯示屏技術(shù)的又一次革命?如何圍繞飛秒激光技術(shù)形成優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群?青島對飛秒激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展都有哪些支持措施?
8月25日,由青島市科技局指導、青記智庫和騰訊城市品牌計劃聯(lián)合承辦的2020青島科創(chuàng)沙龍第2期,聚焦“飛秒激光在先進制造業(yè)的革命性應用”主題,將邀請青島市科技局副局長吳緒永、青島自貿(mào)激光負責人邴召榮、山東大學信息工程和科學技術(shù)學院劉兆軍院長等嘉賓,一方面對飛秒激光技術(shù)進行解讀,介紹飛秒激光的應用場景和發(fā)展前景;另一方面搭建一個前沿技術(shù)應用對接的平臺,介紹包括飛秒激光在內(nèi)青島的前沿科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況、相關(guān)支持、未來有哪些可能想成在全球具有競爭力的產(chǎn)業(yè)集群。
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