激光加工技术的发展趋势|光学|激光器

在过去的10年中，我国的激光制造已成为先进制造业中增长最快的领域之一，有意思的是，激光技术支持的经济规模远大于其自身的经济规模。2010年美国研究报告指出，2009~2010年，美国电信、电子商务和信息技术的总价值为4万亿美元，其中激光器本身的价值仅为32亿美元。

可见，了解一下激光加工技术的走势十分有价值。

激光加工技术发展趋势

激光加工技术是集机械、电气、数控、光学及液压等多领域结合的一门复杂系统，企业进入该领域的技术门槛较高，因此以英国、德国、美国为代表的发达国家，一直主导激光加工产业的发展方向。虽然我国进入该领域的起步较晚，但是随着国家战略“中国制造2025”的不断实施，我国的激光设备厂家和科研机构奋发图强，涌现出如华工科技、大族激光、团结激光等后起之秀，其产品和技术与国外激光设备的差距在不断缩小。

据统计，2016年中国激光设备行业产量为5.58万台，到2021年中国激光设备行业产量增长到20.19万台，复合增长率高达29.33%。

图片来源：大族激光

激光加工技术发展也是一个漫长与艰辛的过程，需要社会各方面的努力，未来激光加工技术会往以下几个方面发展。

激光器小型化

激光器一直作为激光加工技术的核心部件，其大小将决定整个设备的大小。前期由于微电子技术和光学技术的限制，激光器体积比较庞大，占地也较大。随着激光器新技术（如光纤技术、紫外技术等）的不断进步和发展，一批具有转换效率高、工作稳定性好、光束质量好、体积小的激光器被开发出来，从而为激光设备的小型化提供了良好的基础。

加工多能化

为适应市场的需求，激光设备厂家将不再追求单一的激光加工功能，而是开发集成切割、焊接、热处理、喷涂中两个或更多功能于一体的设备，为客户实现设备价值的最大化。

设备智能化

随着互联网技术的兴起，设备智能化将是激光加工技术又一大趋势。智能工厂将各种生产计划、材料的加工数据上传至企业云端，工程师们在办公室内通过远程终端遥控，发出作业指令，控制设备运行状态，实现产品生产过程的数字化、自动化和信息化。

激光加工应用市场

激光加工技术应用广泛，且在很多行业都已经很成熟，比如航空航天、新能源锂电、光伏太阳能、显示与半导体、PCB行业、电子信息行业、机械五金行业、家电厨卫行业、钣金加工行业、包装行业，以及电子烟行业等领域，对于提高劳动生产率、提高产品质量、实现自动化生产、保护环境、减少材料资源消耗、降低生产成本等起着十分重要的作用。

我国传统的制造业正面临深度的转型升级，高附加值、高技术壁垒更的高端精密加工是其中的一个重要方向。随着高精密加工需求的增加，相关的精密加工技术也随着快速发展，其中激光技术在市场上获得越来越多的认可。

激光加工技术按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求为三个层次：以中厚板为主的大型件材料激光加工技术，加工精度一般在毫米或者亚毫米级；以薄板为主的精密激光加工技术，其加工精度一般在十微米级；以厚度在100μm以下的各种薄膜为主的激光微细加工技术，其加工精度一般在十微米以下甚至亚微米级。

激光精密加工可分为四类应用，分别是精密切割、精密焊接、精密打孔和表面处理。在目前的技术发展与市场环境之下，激光切割、焊接的应用更为普及，3C电子、新能源电池则是当前应用最多的领域。

精密激光加工的批量应用，很大程度上得益于智能手机的推动。摄像头玻片、指纹模组、HOME键、摄像头盲孔、手机面板的异形切割等，都是得益于超快激光精密切割技术突破来实现。特别是国内主要的几家激光精密加工设备商包括大族、盛雄激光、德龙激光等的精密加工业务都是来源于消费电子加工。可以说，上一轮的精密激光加工热潮是由消费电子带动的，特别是智能手机和显示面板。

激光面板切割（图片来源：华工激光）

由于以往我国半导体芯片产业薄弱，激光加工芯片的研究和应用偏少，而是首先在下游消费电子产品终端组装得到了一些应用。未来我国的精密激光加工主要市场将会从一般电子零部件加工逐渐往上游材料和核心元件移动，尤其是半导体材料、生物医疗、高分子聚合物材料等制备。

半导体芯片产业的激光应用工艺将会越来越多被发明出来，对于高精密的芯片产品，非接触的光加工是最合适的方式。凭着庞大的需求量，芯片产业极有可能将会托起下一轮精密激光加工设备的需求热潮。

激光切割作业（图片来源：央视财经）

晶圆是半导体产品与芯片的基础材料，晶圆生长后需要经过机械抛光，后期尤为重要的是晶圆切割加工，也叫晶圆划片。早期短脉冲DPSS激光器切割晶圆技术已经在欧洲、美国发展成熟。随着超快激光器的快速发展和功率提升，超快激光切割晶圆未来将会逐渐成为主流，特别在晶圆切割、微钻孔、封测等工序上，设备需求潜力较大。

目前国内已经有精密激光设备厂家能够提供晶圆开槽设备，可应用于28nm制程以下12寸晶圆的表面开槽，以及激光晶圆隐切设备应用于MEMS传感器芯片，存储芯片等高端芯片制造领域。在2020年深圳某大型激光企业已经研发出激光解键合设备，实现玻璃片和硅片分离，可用于高端半导体芯片应用。

芯片晶圆激光切割（图片来源：迅镭激光）

2022年中，武汉某激光企业推出行业首款全自动激光改质切割设备，成功应用于芯片领域的激光表面处理。该设备采用高精度飞秒激光，使用极低脉冲能量，针对半导体材料表面进行微米范围内的激光改质处理，从而极大改善半导体光电器件的性能。适用于高成本、窄沟道（≥20μm）化合物半导体SiC、GaAs、LiTaO3等晶圆芯片的内部改质切割，如硅芯片、MEMS传感器芯片、CMOS芯片等。