PCB市場為何能給激光企業(yè)帶來增長動能？高功率納秒紫外激光器有何優(yōu)勢？

2019年，激光加工市場規(guī)模增長進一步放緩，部分應(yīng)用市場與紅海的成熟競爭也使相關(guān)企業(yè)面臨經(jīng)營壓力增大、業(yè)績下滑的困境。2020年新冠肺炎疫情給激光企業(yè)的發(fā)展蒙上了陰影。在這樣的環(huán)境下，OFweek發(fā)現(xiàn)和激光網(wǎng)PCB披露的數(shù)據(jù)中，加工相關(guān)激光市場仍在增長，PCB業(yè)務(wù)訂單已成為支持業(yè)績增長的主要驅(qū)動力。PCB市場發(fā)展如何？為什么能給激光企業(yè)帶來巨大的增長動能？

PCB、FPC工業(yè)發(fā)展迅速 巨大的市場增量

PCB印刷電路板（Printed Circuit Board）它是電子工業(yè)的重要組成部分之一，幾乎用于所有電子產(chǎn)品，主要作用是實現(xiàn)各部件之間的電氣連接。PCB由焊接電子元件的絕緣底板、連接線和焊盤組成，具有導(dǎo)電線和絕緣底板的雙重作用。其制造質(zhì)量可以直接影響電子產(chǎn)品的可靠性。它是當今電子信息產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是世界上產(chǎn)值較大的產(chǎn)業(yè)。

PCB消費電子、汽車電子、通信、醫(yī)療、**、航天等應(yīng)用市場非常廣泛。目前，消費電子和汽車電子發(fā)展迅速PCB應(yīng)用的主要領(lǐng)域。長期以來，全球PCB2000年后，產(chǎn)值主要集中在北美、歐洲和日本PCB產(chǎn)業(yè)重心開始轉(zhuǎn)移到亞洲，尤其是中國市場。2009年，中國大陸PCB到2017年，工業(yè)產(chǎn)值約占世界的1/3.占全球的5%PCB半壁江山的產(chǎn)值。

數(shù)據(jù)來源：Pris rk、OFweek產(chǎn)業(yè)研究院

2019年，受貿(mào)易摩擦、終端需求下降和匯率貶值的影響PCB產(chǎn)值略有下降，但中國市場受益于5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)發(fā)展迅速，成為2019年唯一增長的地區(qū)。Pris rk數(shù)據(jù)顯示，2019年中國PCB市場規(guī)模約329億美元，占全球53億美元.7％。

電子消費PCB應(yīng)用中，F(xiàn)PC發(fā)展較快，占PCB市場的比重不斷提升。FPC 柔性印刷線路板（Flexible Printed Circuit）以聚酰亞胺為簡稱（Polyimide，PI，工業(yè)界也叫它PI 覆蓋膜)或以聚酯薄膜為基材制成的高可靠性、優(yōu)良的柔性印刷電路板，具有布線密度高、重量輕、厚度薄、彎曲性好的特點。在當前移動電子產(chǎn)品智能化、輕薄化的趨勢下，F(xiàn)PC廣泛應(yīng)用于密度高、重量輕、厚度薄、耐彎曲、結(jié)構(gòu)靈活、耐高溫等優(yōu)點，已成為滿足電子產(chǎn)品小型化和移動要求的唯一解決方案。

快速發(fā)展的PCB市場培育了一個巨大的衍生市場。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光加工逐漸取代了傳統(tǒng)的模切，成為一種PCB產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分。因此，在激光市場整體增長放緩的背景下PCB相關(guān)業(yè)務(wù)仍能保持較高增長。

激光在PCB、FPC加工的優(yōu)勢

激光在PCB上述應(yīng)用主要包括切割、鉆孔、打標等，尤其是切割。與傳統(tǒng)模具切割工藝相比，激光切割屬于無接觸加工，無昂貴模具，生產(chǎn)成本大大降低；此外，傳統(tǒng)工藝難以解決毛刺、粉塵、應(yīng)力、加工曲線等一系列問題，激光聚焦后只有十微米，能滿足高精度切割和鉆孔的加工需求，解決傳統(tǒng)工藝中留下的一系列問題。這一優(yōu)勢正迎合電路設(shè)計精密化的發(fā)展趨勢PCB、FPC、PI 理想的膜切割工具。

實際上，PCB激光切割技術(shù)在PCB行業(yè)應(yīng)用起步較早，但早期應(yīng)用CO2.激光切割熱影響大，效率低。它沒有得到更好的發(fā)展，只適用于一些特殊領(lǐng)域（如科研、**等）。隨著激光技術(shù)的發(fā)展PCB工業(yè)應(yīng)用的光源越來越多，實現(xiàn)激光切割PCB的工業(yè)化應(yīng)用找到了突破口。

當前用在FPC、PI 膜切割激光器主要為納秒固體紫外激光器，其波長一般為355nm。相對于10 nm 紅外和532nm 綠光，355nm 紫外有更高的單光子能量，材料吸收率更高，產(chǎn)生的熱影響更小，實現(xiàn)更高的加工精度。

從原理上看，脈沖激光切割材料可分為兩種情況：一種是光化學(xué)原理，利用激光單光子能量達到或超過材料化學(xué)鍵能量，打斷材料部分化學(xué)鍵實現(xiàn)切割；另一種是光物理原理，當激光單光子能量低于材料化學(xué)鍵能量時，依靠聚焦點的高能量密度，超過材料的氣化閾值，立即氣化材料，實現(xiàn)材料的切割。但實際上是用紫外激光切割的FPC或PI同時存在光化學(xué)和光物理切割原理。

下面以PI 以膜為例，講解兩種加工原理。常態(tài)下的C-C 鍵和C-N 鍵能分別為3.45eV 和3.17eV，而355nm 紫外激光的單光子能量為3.49eV，高于常態(tài)下C-C 鍵和C-N 鍵能直接破壞材料的化學(xué)鍵。(參考文獻:張菲， 段軍, 曾曉雁, 等. 355nm 紫外激光加工柔性線路板盲孔的研究[J]. 中國激光, 2009, 36(12):3143-3148.）

在光物理效應(yīng)中，會產(chǎn)生和積累熱量，材料溫度會上升。當 PI 材料溫度高于600℃與C元素相比，N與O的比例將繼續(xù)下降，較終材料主要是C 元素為主，即材料發(fā)生碳化。材料吸收激光能量轉(zhuǎn)化為熱能的擴散距離公式 L=[4Dt]^其中D為材料熱擴散率，t激光脈寬。(參考文獻:張鵬， 遲偉東, 沈曾民. 聚酰亞胺高溫炭化(PI) 膜結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].炭素技術(shù), 2008, 27(6):10-12.）

可以看出，當材料一定時，激光脈沖寬度越大，材料上激光產(chǎn)生的熱能擴散距離越大，對材料的熱損傷越大。因此，脈沖寬度越窄，加工效果越好。

20W/25W納秒紫外激光：功率更高，效果更好

前面提到，中國PCB產(chǎn)業(yè)受益于5G、隨著大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)的出現(xiàn)FPC、PI膜切割行業(yè)提出了更高的要求。為了實現(xiàn)更少的碳化和更快的效率，激光企業(yè)也在不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，不斷探索更高的頻率、更窄的脈寬和更高的功率。

據(jù)了解，2019年英諾激光舊款A(yù)W E系列15W@50KHz在納秒紫外激光器的基礎(chǔ)上，推出了新一代高頻短脈寬納秒紫外激光器FORMULA系列15W@50KHz，今年年初將較高功率提高到25W，較高單脈沖能超過500uJ。

英諾激光的技術(shù)人員向OFweek激光網(wǎng)說：正在推出FORMULA系列15W@50KHz之后，加工效果和效率都比傳統(tǒng)的好AW E 15W @50KHZ但是對于很多應(yīng)用來說，效率還是不夠的?，F(xiàn)在新的激光器將功率提到20W/25W，較高單脈沖能量超過500uJ，這大大提高了許多材料的切割效率，使許多材料的量產(chǎn)成為可能?！?/p>

新的高頻短脈寬納秒紫外激光器PCB加工帶來什么變化？以下是一些加工案例：

金手指切割

AW E 15W ＠50KHZ切割效果，有效速度：50mm/s（左）

FORMULA 15W ＠150KHZ切割效果，有效速度100mm/s（右）

在厚度為150um與傳統(tǒng)相比，金手指切割可以看到AW E與系列激光器相比，F(xiàn)ORMULA系列激光器的切割效果明顯提高，切割效率也提高了100%。

銅箔鉆孔

正面（左） 反面（右）

在厚度為100um鉆在銅箔上，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提高60%，達到250% mm/s。

PCB切割

正面未擦(左) 反面未擦(右)

厚度為400um的PCB切割，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提高50%，達到60%mm/s。

FPC補強板切割

正面（左） 反面（右）

PI厚度為100um的FPC切割補強板，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提高60%，達到250% mm/s。

正面（左） 反面（右）

厚度為130um的FPC切割補強板，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提高40%，達到140% mm/s。

來自：翎翕 OFweek激光 ，江蘇激光聯(lián)盟轉(zhuǎn)載