【導(dǎo)讀】2019年，激光加工市場(chǎng)規(guī)模增速進(jìn)一步放緩，部分應(yīng)用市場(chǎng)的成熟與紅海競(jìng)爭(zhēng)，也讓相關(guān)企業(yè)面臨經(jīng)營(yíng)壓力增大、業(yè)績(jī)下滑的困境，2020年的新冠肺炎疫情更是給激光企業(yè)的發(fā)展蒙上陰影。
2019年，激光加工市場(chǎng)規(guī)模增速進(jìn)一步放緩，部分應(yīng)用市場(chǎng)的成熟與紅海競(jìng)爭(zhēng)，也讓相關(guān)企業(yè)面臨經(jīng)營(yíng)壓力增大、業(yè)績(jī)下滑的困境，2020年的新冠肺炎疫情更是給激光企業(yè)的發(fā)展蒙上陰影。而在這樣的環(huán)境下，OFweek激光網(wǎng)發(fā)現(xiàn)與PCB加工相關(guān)的激光市場(chǎng)卻仍保持增長(zhǎng)，在部分上市公司披露的數(shù)據(jù)中，PCB業(yè)務(wù)的訂單成了支撐業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。PCB市場(chǎng)的發(fā)展情況如何？又為何能為激光企業(yè)帶來(lái)巨大的增長(zhǎng)動(dòng)能呢？
PCB、FPC產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展 市場(chǎng)增量巨大
PCB是印刷電路板（Printed Circuit Board）的簡(jiǎn)稱，是電子工業(yè)的重要部件之一，幾乎用于所有的電子產(chǎn)品，主要作用是實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件之間的電氣互連。PCB由絕緣底板、連接導(dǎo)線和裝配焊接電子元件的焊盤組成，具有導(dǎo)電線路和絕緣底板的雙重作用。其制造品質(zhì)可直接影響電子產(chǎn)品的可靠性，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是目前全球電子元件細(xì)分產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)值最大的產(chǎn)業(yè)。
PCB的應(yīng)用市場(chǎng)十分廣泛，包括消費(fèi)電子、汽車電子、通信、醫(yī)療、軍工、航天等。目前消費(fèi)電子和汽車電子發(fā)展快速，成了PCB應(yīng)用的主要領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái)，全球PCB產(chǎn)值主要集中在北美、歐洲及日本等地區(qū)，2000年后PCB產(chǎn)業(yè)重心開(kāi)始向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移，尤以中國(guó)市場(chǎng)為最。2009年，中國(guó)大陸PCB產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約占全球的1/3，到2017年已達(dá)50.5％，占據(jù)全球PCB產(chǎn)值的半壁江山。
數(shù)據(jù)來(lái)源：Prismark、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等影響，全球PCB產(chǎn)值略有下降，但中國(guó)市場(chǎng)受益于5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)快速發(fā)展，成為2019年唯一成長(zhǎng)的地區(qū)。Prismark數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)PCB市場(chǎng)規(guī)模約329億美元，占全球的53.7％。
而在消費(fèi)電子的PCB應(yīng)用中，F(xiàn)PC的發(fā)展速度最快，占PCB市場(chǎng)的比重不斷提升。FPC 是柔性印刷線路板（Flexible Printed Circuit）的簡(jiǎn)稱，是以聚酰亞胺（Polyimide，PI，工業(yè)界又稱之為PI 覆蓋膜）或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路板，具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點(diǎn)。在當(dāng)下移動(dòng)電子產(chǎn)品智能化，輕薄化的趨勢(shì)下，F(xiàn)PC憑借密度高、重量輕、厚度薄、耐彎曲、結(jié)構(gòu)靈活、耐高溫等優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用，并成為目前滿足電子產(chǎn)品小型化和移動(dòng)要求的惟一解決方法。
快速發(fā)展的PCB市場(chǎng)培育了巨大的衍生市場(chǎng)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光加工逐漸取代傳統(tǒng)的模切工藝，成了PCB產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)。因此在激光市場(chǎng)整體增速放緩的背景下，與PCB相關(guān)的業(yè)務(wù)依然能夠保持較高增長(zhǎng)。
激光在PCB、FPC加工的優(yōu)勢(shì)
激光在PCB上的應(yīng)用主要包括切割、鉆孔、打標(biāo)等，尤以切割為主。與傳統(tǒng)的模切工藝相比，激光切割屬于無(wú)接觸加工，無(wú)需價(jià)格昂貴的模具，生產(chǎn)成本大大降低；此外，傳統(tǒng)工藝難以解決邊緣有毛刺、粉塵、應(yīng)力、無(wú)法加工曲線等一系列的問(wèn)題，而激光在聚焦后光斑僅有十幾微米，能夠滿足高精度切割和鉆孔的加工需求，解決了傳統(tǒng)工藝中遺留的一系列問(wèn)題。這一優(yōu)勢(shì)正迎合電路設(shè)計(jì)精密化的發(fā)展趨勢(shì)，是PCB、FPC、PI 膜切割的理想工具。
實(shí)際上，PCB激光切割技術(shù)在PCB行業(yè)中的應(yīng)用起步較早，但早期采用CO2激光切割，熱影響較大，效率較低，一直未能獲得較好的發(fā)展，只在一些特殊領(lǐng)域（如科研、軍工等）有所運(yùn)用。隨著激光技術(shù)發(fā)展，能在PCB行業(yè)應(yīng)用的光源越來(lái)越多，也為實(shí)現(xiàn)激光切割PCB的工業(yè)化應(yīng)用找到了突破口。
當(dāng)前用在FPC、PI 膜切割的激光器主要為納秒級(jí)固體紫外激光器，其波長(zhǎng)一般為355nm。相對(duì)于1064nm 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(shí)現(xiàn)更高的加工精度。
從原理來(lái)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(dá)到或超過(guò)材料化學(xué)鍵鍵能，打斷材料某些化學(xué)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)切割；另一種是光物理原理，當(dāng)激光單光子能量低于材料化學(xué)鍵鍵能時(shí)，依靠聚焦光斑處非常高的能量密度，超過(guò)材料的氣化閾值，從而瞬間氣化材料，實(shí)現(xiàn)材料的切割。但實(shí)際在用紫外激光切割FPC或PI膜時(shí)，光化學(xué)和光物理切割原理同時(shí)存在。
下面以PI 膜為例講解兩種加工原理。常態(tài)下的C－C 鍵和C－N 鍵的鍵能分別為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 鍵的鍵能，可直接破壞材料的化學(xué)鍵。（參考文獻(xiàn)：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(guó)激光, 2009, 36(12):3143-3148.）
在光物理效應(yīng)中，會(huì)有熱量的產(chǎn)生和積累，材料溫度不斷上升。當(dāng) PI 材料溫度高于600℃時(shí)，相對(duì)于C元素，N和O兩種元素的比例會(huì)不斷減小，最終材料中主要以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(kuò)散距離公式 L＝[4Dt]^1/2，其中D為材料熱擴(kuò)散率，t為激光脈寬。（參考文獻(xiàn)：張鵬， 遲偉東， 沈曾民． 高溫炭化對(duì)聚酰亞胺（PI） 薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響[J].炭素技術(shù), 2008, 27(6):10-12.）
由此可知，當(dāng)材料一定時(shí)，激光脈寬越大，激光產(chǎn)生的熱能在材料上的擴(kuò)散距離越大，對(duì)材料的熱損傷越大。因此脈寬越窄，加工效果越好。
20W／25W納秒紫外激光器：更高功率，更優(yōu)效果
前文提到，我國(guó)PCB產(chǎn)業(yè)受益于5G、大數(shù)據(jù)等新興產(chǎn)業(yè)而快速發(fā)展，新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)的出現(xiàn)也對(duì)FPC、PI膜切割行業(yè)提出更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)更少碳化和更快效率，激光器企業(yè)也在不斷進(jìn)行技術(shù)革新，不斷探索更高頻率、更窄脈寬、更高功率。
據(jù)了解，英諾激光于2019年在舊款A(yù)WAVE系列15W＠50KHz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，并于今年初將最高功率提升至25W，最高單脈沖能量超過(guò)500uJ。
圖片來(lái)源：英諾激光
英諾激光的技術(shù)人員向OFweek激光網(wǎng)介紹說(shuō)：“在推出FORMULA系列15W＠50KHz之后，加工效果和效率比傳統(tǒng)的AWAVE 15W ＠50KHZ有了很大改善，但對(duì)于很多應(yīng)用，效率還是不夠?，F(xiàn)在新款激光器將功率提升至20W／25W，最高單脈沖能量也超過(guò)500uJ，這大大提高了很多材料的切割效率，使很多種材料的量產(chǎn)變的可能。”
新款高頻短脈寬納秒紫外激光器能給PCB加工帶來(lái)怎樣的改變呢？以下展示部分加工案例（以下圖片由英諾激光提供）：
金手指切割
AWAVE 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金手指切割對(duì)比中可見(jiàn)，與傳統(tǒng)AWAVE系列激光器相比，F(xiàn)ORMULA系列激光器的切割效果明顯改善，切割效率也實(shí)現(xiàn)了100％的提升。
銅箔鉆孔
正面（左） 反面（右）
在厚度為100um的銅箔上鉆孔，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提升了60％，達(dá)到250 mm／s。
PCB切割
正面未擦拭（左） 反面未擦拭（右）
厚度為400um的PCB切割，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提升了50％，達(dá)到60mm／s。
FPC補(bǔ)強(qiáng)板切割
正面（左） 反面（右）
PI厚度為100um的FPC補(bǔ)強(qiáng)板切割，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提升了60％，達(dá)到250 mm／s。
正面（左） 反面（右）
厚度為130um的FPC補(bǔ)強(qiáng)板切割，20W FORMULA系列激光器的效率比15W提升了40％，達(dá)到140 mm／s。
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