过去几年,手机屏幕经历了从四角直角到水滴屏、刘海屏、全面屏、曲面屏、以及最新的折叠屏的革新。
这背后要归功于激光切割工艺的进化,尤其是飞秒激光。
时至今日,作为芯片制造最关键环节的光刻机以及背后的工作原理已经成为显学。
光刻机的水平直接决定了中国芯片制造的水平,它的突破无疑代表了中国芯片制造的水平。
但很少有人知道,激光器是光刻机核心设备之一。
这几年,几乎每隔一段时间都有中国光刻机获突破的消息,都跟飞秒激光器有关。
2019年4月,武汉光电国家研究中心对外宣布,该中心甘棕松团队研制的9nm线宽双光束超衍射极限光刻试验样机,样机系统关键零部件包括飞秒激光器、聚焦物镜等也实现了国产化。
与动辄几千万美元的主流光刻机乃至一亿美元售价的EUV光刻机相比,超分辨光刻硬件部分只需要一台飞秒激光器和一台普通连续激光器,成本只是主流光刻机的几分之一。
虽然这仅仅是样机试验,距离取代EUV光刻机还有很长的路要走,尚不能解决当下产业问题,但可以看得出,中国已经意识到精密制造领域的短板,这其中飞秒激光器是一个绕不开的技术。
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飞秒激光被誉为“最亮的光、最准的尺、最快的刀”,能以极快的速度将其全部能量注入到很小的作用区域,瞬间内产生的高能量密度的沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化,可以避免线性吸收、能量转移及扩散过程等的影响,从根本上改变了激光与物质相互作用的机制。
简单说就是,飞秒激光与材料相互作用的时间极短,等离子体还没来得及将能量传递给周围材料,就已经从材料表面被烧蚀掉,不会给周围的材料带来热影响,这种“冷加工”优势使得飞秒激光在微电子、光子学和MOEMS(激光机电系统)等高新技术领域和精细激光医疗、精密钻孔、精密切割等精密加工领域中应用前景巨大。
除了芯片制造中的光刻机,飞秒激光器另一个重要的领域是柔性显示屏。
华为P40系列手机采用的曲面柔性屏,带来了全面屏的震撼体验,这要得益于京东方在柔性OLED屏的出货量提供了强大的支持。
柔性OLED屏手机新性能对生产加工工艺也提出了更高的要求。其中,约70%的手机加工链和制造环节都用到了多种不同的激光工艺。在柔性OLED生产过程中,激光加工对各段制程起着至关重要的作用,并且激光以其灵活高效成为柔性化生产线的首选。
高分子聚合物薄膜材料广泛应用于电子产品,如FPCB覆盖膜,OLED柔性显示屏中的复合膜等,由于材料极薄,如果采用纳秒激光脉冲加工,材料极易变形,甚至在加工面的材料发生碳化。
未来几年,京东方、天马、维信诺等企业将加大建设OLED面板产线,总投资超千亿元,OLED激光设备国产替代大有空间,随着我国激光技术的成熟、成本的降低,同时也驱动着激光在柔性屏制造中的应用潜力。
在业内,飞秒激光技术给显示行业带来无可比拟的品质提升已经成为共识,尤其是时下最热的柔性OLED膜切及屏下钻孔。
一些激光技术公司纷纷与世界顶级面板制造商合作,不断改进柔性显示屏制造工艺。
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科技日报社副社长房汉廷认为,要解决中国创新链与产业链中的卡脖子技术,必须要发展自己的根技术,培育自己的根产业。
根技术产业有三个显著特征:共性架构性;强裂变属性;多功能生成性。
“根技术”产业中很重要的一部分时用新技术赋能改造传统产业。
房汉廷认为物联网、5G网络、AI、聚变能源、3D打印、基因编辑、飞秒激光、量子计算、生物工程九个方面,是当下以及未来相当长时间的根产业,国家的战略布局也应该在这些方面加大力度。
飞秒激光的重要性就在于对中国制造业的赋能改造。
如果说工业互联网带来的是降本增效,飞秒激光则是一种使中国制造转向附加值更高、技术壁垒更高的高端精密加工的利器,尤其是在消费电子触摸屏模组生产、半导体晶圆划片等高端3C制造领域。
从全球竞争来看,飞秒激光在工业应用的历史不长,是欧美等发达国家重点布局的激光应用热点。
目前,包括飞秒激光在内的超快激光市场基本被国外公司主导,占据全球近90%的市场份额,但中国科研机构及企业对超快激光非常重视,相关企业加大投入攻克难点技术,正在追赶国际先进水平。
据测算,皮秒、飞秒超快激光器国产化将推动国内应用商的使用成本降低至少30%-40%,未来市场可期。
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在国产替代进程中,飞秒激光无疑一个巨大的市场。
包括成都、深圳在内的国内不少城市也在纷纷布局飞秒激光产业。
其中,青岛自贸激光科技有限公司是中国最早从事飞秒激光技术的企业之一,专业从事飞秒光纤激光器及其核心元器件、超快激光应用装备的研发、生产、销售,是国内少数能为客户提供非标定制和全面的技术解决方案的领先企业之一。
青岛自贸激光也入选了2019山东省新旧动能转换优选项目,是青岛市八个高端装备优选项目之一。
作为最被看重的根技术产业之一,飞秒激光如何进一步提升青岛高端制造水平?尤其是跟显示屏需求企业进行深度合作,带来显示屏技术的又一次革命?如何围绕飞秒激光技术形成优势产业集群?青岛对飞秒激光产业发展都有哪些支持措施?
8月25日,由青岛市科技局指导、青记智库和腾讯城市品牌计划联合承办的2020青岛科创沙龙第2期,聚焦“飞秒激光在先进制造业的革命性应用”主题,将邀请青岛市科技局副局长吴绪永、青岛自贸激光负责人邴召荣、山东大学信息工程和科学技术学院刘兆军院长等嘉宾,一方面对飞秒激光技术进行解读,介绍飞秒激光的应用场景和发展前景;另一方面搭建一个前沿技术应用对接的平台,介绍包括飞秒激光在内青岛的前沿科创产业发展情况、相关支持、未来有哪些可能想成在全球具有竞争力的产业集群。
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