Почему рынок печатных плат может дать толчок развитию мощных наносекундных УФ-лазеров

 

В 2019 году темпы роста рынка лазерной обработки еще больше замедлились. Зрелость некоторых рынков приложений и конкуренция в Красном море также привели к тому, что связанные компании столкнулись с дилеммой повышенного рабочего давления и снижения производительности. Новая эпидемия коронарной пневмонии в 2020 году дала развитие лазерным компаниям. в тени. В такой среде OFweek Laser Network обнаружила, что рынок лазеров, связанных с обработкой печатных плат, продолжает расти. Согласно данным, опубликованным некоторыми публичными компаниями, бизнес-заказы на печатные платы стали основной движущей силой роста производительности. Как развивается рынок печатных плат? И почему это может обеспечить огромный импульс роста лазерным компаниям?

 

Быстрое развитие индустрии печатных плат и FPC, огромный прирост рынка

 

PCB — это аббревиатура от Printed Circuit Board. Это один из важных компонентов электронной промышленности, который используется почти во всех электронных продуктах. Его основная функция заключается в реализации электрической взаимосвязи между различными компонентами. Печатная плата состоит из изолирующей базовой пластины, соединительных проводов и контактных площадок для сборки и пайки электронных компонентов и выполняет двойную функцию токопроводящей цепи и изолирующей базовой пластины. Качество его изготовления может напрямую влиять на надежность электронных продуктов. Это основная отрасль современного производства электронных информационных продуктов, а также отрасль с наибольшей выходной стоимостью в текущей глобальной отрасли подразделения электронных компонентов.

 

Рынок применения печатных плат очень широк, включая бытовую электронику, автомобильную электронику, средства связи, медицинские, военные, аэрокосмические и так далее. В настоящее время быстрое развитие бытовой электроники и автомобильной электроники стало основной областью применения печатных плат. В течение долгого времени глобальные объемы производства ПХБ в основном были сосредоточены в Северной Америке, Европе и Японии. После 2000 г. фокус индустрии печатных плат стал смещаться в азиатский регион, особенно на китайский рынок. В 2009 году объем производства печатных плат в материковом Китае составил около 1/3 от общемирового объема. К 2017 году он достиг 50,5%, что составляет половину мирового объема производства печатных плат.

 

Источник данных: Prismark, Институт промышленных исследований OFweek.

 

В 2019 году из-за торговых разногласий, снижения терминального спроса и снижения обменного курса глобальная стоимость производства печатных плат немного снизилась, но китайский рынок выиграл от быстрого развития 5G, больших данных, облачных вычислений, искусственного интеллекта, Интернета вещей и других. промышленности, став единственной в 2019г. растущей территорией. Согласно данным Prismark, объем китайского рынка печатных плат в 2019 году составил около 32,9 млрд долларов США, что составляет 53,7% мирового рынка.

 

В области применения печатных плат в бытовой электронике компания FPC развивается быстрее всех, и ее доля на рынке печатных плат продолжает расти. FPC — это аббревиатура от Flexible Printed Circuit, которая представляет собой высоконадежный и надежный продукт, изготовленный из полиимида (PI, также известного как пленка PI в промышленности) или полиэфирной пленки в качестве основного материала. Это превосходная гибкая печатная плата с такими характеристиками, как высокая плотность проводки, малый вес, малая толщина и хорошая гибкость. В соответствии с текущей тенденцией интеллектуальных, легких и тонких мобильных электронных продуктов, FPC широко используется благодаря своим преимуществам высокой плотности, легкого веса, тонкой толщины, сопротивления изгибу, гибкой структуры, устойчивости к высоким температурам и т. д. единственное решение.

 

Быстро развивающийся рынок печатных плат породил огромный рынок деривативов. С развитием лазерных технологий лазерная обработка постепенно заменила традиционный процесс высечки и стала важной частью цепочки производства печатных плат. Таким образом, в условиях замедления общих темпов роста лазерного рынка бизнес, связанный с печатными платами, все еще может поддерживать высокие темпы роста.

 

Преимущества лазера в обработке печатных плат и FPC

 

Применение лазера на печатных платах в основном включает резку, сверление, маркировку и т. д., особенно резку. По сравнению с традиционным процессом высечки лазерная резка является бесконтактным процессом, без необходимости использования дорогостоящих пресс-форм, а стоимость производства значительно снижается; кроме того, традиционный процесс трудно решить ряд проблем, таких как заусенцы, пыль, напряжение и невозможность обработки кривых на кромке. Лазерное пятно составляет всего десять микрон после фокусировки, что может удовлетворить требования обработки высокоточной резки и сверления и решить ряд проблем, оставшихся в традиционном процессе. Это преимущество соответствует тенденции развития прецизионного проектирования схем и является идеальным инструментом для резки печатных плат, FPC, пленки PI.

 

Фактически, применение технологии лазерной резки печатных плат в производстве печатных плат началось раньше, но на ранней стадии использовалась лазерная резка CO2, которая имеет большое тепловое воздействие и низкую эффективность и не смогла добиться хорошего развития. Он используется только в некоторых специальных областях (таких как научные исследования, военные и т. д.). С развитием лазерных технологий в производстве печатных плат можно использовать все больше и больше источников света, и был обнаружен прорыв в промышленном применении лазерной резки печатных плат.

 

В настоящее время лазеры, используемые для резки пленок FPC и PI, в основном представляют собой наносекундные твердотельные УФ-лазеры, а длина волны обычно составляет 355 нм. По сравнению с инфракрасным излучением с длиной волны 1064 нм и зеленым светом с длиной волны 532 нм, УФ-излучение с длиной волны 355 нм имеет более высокую энергию одиночных фотонов, более высокую скорость поглощения материала, меньшее тепловое воздействие и более высокую точность обработки.

 

С принципиальной точки зрения, импульсная лазерная резка материалов может быть разделена на две ситуации: первая — это фотохимический принцип, использующий энергию одиночного фотона лазера для достижения или превышения энергии химической связи материала для разрыва некоторых химических связей материала. материал для резки; другой - свет. Согласно физическому принципу, когда энергия одиночного фотона лазера ниже, чем энергия химической связи материала, очень высокая плотность энергии в сфокусированном пятне превышает порог газификации материала, тем самым мгновенно газифицируя материал. и осуществление резки материала. Но на самом деле при резке пленки FPC или PI с помощью УФ-лазера принципы фотохимической и фотофизической резки существуют одновременно.

 

Следующие два принципа обработки объясняются на примере пленки PI. Энергия связи связи CC и связи CN в нормальном состоянии составляет 3,45 эВ и 3,17 эВ соответственно, в то время как энергия одного фотона УФ-лазера с длиной волны 355 нм составляет 3,49 эВ, что выше, чем у связи CC и связи CN в нормальном состоянии. непосредственно разрушают химические связи материалов. (Ссылка: Zhang Fei, Duan Jun, Zeng Xiaoyan и др. Исследование обработки глухих переходных отверстий в гибких печатных платах ультрафиолетовым лазером с длиной волны 355 нм [J]. China Laser, 2009, 36(12):3143-3148.)

 

При фотофизическом эффекте будет происходить выделение и накопление тепла, а температура материала будет продолжать расти. Когда температура материала PI выше 600 ° C, соотношение элементов N и O будет продолжать уменьшаться по сравнению с элементом C, и в конечном материале в основном преобладает элемент C, то есть материал карбонизируется. . Формула диффузионного расстояния L=[4Dt]^1/2, где D — коэффициент температуропроводности материала, t — ширина лазерного импульса. (Ссылка: Zhang Peng, Chi Weidong, Shen Zengmin. Влияние высокотемпературной карбонизации на структуру и свойства тонких пленок полиимида (PI) [J]. Carbon Technology, 2008, 27(6):10-12.)

 

Можно видеть, что, когда материал является постоянным, чем больше ширина лазерного импульса, тем больше расстояние диффузии тепловой энергии, генерируемой лазером на материале, и тем больше термическое повреждение материала. Следовательно, чем уже ширина импульса, тем лучше эффект обработки.

 

Наносекундный УФ-лазер мощностью 20 Вт/25 Вт: более высокая мощность, лучший эффект

 

Как упоминалось выше, индустрия печатных плат в моей стране выиграла от быстрого развития новых отраслей, таких как 5G и большие данные. Появление новых отраслей и новых технологий также выдвинуло более высокие требования к отраслям резки пленки FPC и PI. Чтобы добиться меньшей карбонизации и более высокой эффективности, лазерные компании также постоянно внедряют технологические инновации и постоянно изучают более высокие частоты, более узкую ширину импульса и более высокую мощность.

 

 

Какие изменения может внести новый высокочастотный наносекундный УФ-лазер с короткой длительностью импульса в обработку печатных плат? Ниже показаны некоторые случаи обработки

 

Обрезка золотых пальцев

 

 

Эффект резки AWAVE 15 Вт при 50 кГц, эффективная скорость: 50 мм/с (слева)

 

FORMULA 15W @ 150KHZ режущий эффект, эффективная скорость 100 мм/с (справа)

 

По сравнению с традиционным лазером серии AWAVE эффект резки лазером серии FORMULA значительно улучшен, а эффективность резки также улучшена на 100%.

 

Сверление медной фольги

 

 

Спереди (слева) Сзади (справа)

 

При сверлении отверстий на медной фольге толщиной 100 мкм эффективность лазера серии FORMULA мощностью 20 Вт на 60% выше, чем у лазера мощностью 15 Вт, достигая 250 мм/с.

 

резка печатных плат

 

 

Спереди не протирается (слева) Сзади не протирается (справа)

 

Для резки печатных плат толщиной 400 мкм эффективность лазера серии FORMULA мощностью 20 Вт на 50% выше, чем у лазера мощностью 15 Вт, достигая 60 мм/с.

 

Резка арматурной плиты FPC

 

 

 

Спереди (слева) Сзади (справа)

Для резки армированного FPC-листа с толщиной PI 100 мкм эффективность лазера серии FORMULA мощностью 20 Вт на 60% выше, чем у лазера мощностью 15 Вт, достигая 250 мм/с.

 

изображение.png

 

Спереди (слева) Сзади (справа)

Лазер серии FORMULA мощностью 20 Вт на 40% эффективнее, чем 15 Вт, при резке армированного листа FPC толщиной 130 мкм со скоростью 140 мм/с.