Warum der PCB-Markt Wachstumsimpulse für Nanosekunden-UV-Hochleistungslaser bringen kann

 

Im Jahr 2019 hat sich die Wachstumsrate des Laserbearbeitungsmarktes weiter verlangsamt. Die Reife einiger Anwendungsmärkte und der Wettbewerb im Roten Meer haben auch dazu geführt, dass verbundene Unternehmen mit dem Dilemma aus erhöhtem Betriebsdruck und sinkender Leistung konfrontiert sind. Die neue Kronenpneumonie-Epidemie im Jahr 2020 hat die Entwicklung von Laserunternehmen vorangetrieben. überschattet. In einem solchen Umfeld stellte OFweek Laser Network fest, dass der Lasermarkt für die Leiterplattenbearbeitung immer noch wächst. In den von einigen börsennotierten Unternehmen veröffentlichten Daten sind Geschäftsaufträge für Leiterplatten zur Hauptantriebskraft für das Leistungswachstum geworden. Wie entwickelt sich der Leiterplattenmarkt? Und warum kann es Laserunternehmen eine enorme Wachstumsdynamik bringen?

 

Rasante Entwicklung der PCB- und FPC-Industrie, enormes Marktwachstum

 

PCB ist die Abkürzung für Printed Circuit Board. Es ist einer der wichtigen Bestandteile der Elektronikindustrie und wird in fast allen elektronischen Produkten verwendet. Seine Hauptfunktion besteht darin, die elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Komponenten herzustellen. Die PCB besteht aus einer isolierenden Grundplatte, Anschlussdrähten und Pads zum Bestücken und Löten von elektronischen Bauteilen und hat die Doppelfunktionen einer leitenden Schaltung und einer isolierenden Grundplatte. Seine Fertigungsqualität kann sich direkt auf die Zuverlässigkeit elektronischer Produkte auswirken. Es ist die Basisindustrie der heutigen Herstellung elektronischer Informationsprodukte und es ist auch die Industrie mit dem größten Produktionswert in der aktuellen globalen Unterabteilungsindustrie für elektronische Komponenten.

 

Der Anwendungsmarkt von PCB ist sehr breit, einschließlich Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik, Kommunikation, Medizin, Militär, Luft- und Raumfahrt und so weiter. Gegenwärtig ist die rasante Entwicklung der Unterhaltungselektronik und der Automobilelektronik zum Hauptfeld der Leiterplattenanwendungen geworden. Lange Zeit konzentrierte sich der weltweite PCB-Produktionswert hauptsächlich auf Nordamerika, Europa und Japan. Nach 2000 verlagerte sich der Fokus der Leiterplattenindustrie auf den asiatischen Raum, insbesondere den chinesischen Markt. Im Jahr 2009 machte der Produktionswert der Leiterplattenindustrie in Festlandchina etwa 1/3 des weltweiten Gesamtwerts aus. Bis 2017 hatte er 50,5 % erreicht, was die Hälfte des weltweiten PCB-Ausgabewerts ausmacht.

 

Datenquelle: Prismark, OFweek Industrial Research Institute

 

Im Jahr 2019 ging der weltweite PCB-Ausgangswert aufgrund von Handelskonflikten, rückläufiger Terminalnachfrage und Wechselkursabwertung leicht zurück, aber der chinesische Markt profitierte von der rasanten Entwicklung von 5G, Big Data, Cloud Computing, künstlicher Intelligenz, dem Internet der Dinge und anderen Branchen und wird 2019 zum einzigen. Anbaugebiet. Laut Prismark-Daten betrug die Größe des chinesischen PCB-Marktes im Jahr 2019 etwa 32,9 Milliarden US-Dollar, was 53,7 % der Welt ausmacht.

 

In der PCB-Anwendung der Unterhaltungselektronik entwickelt sich FPC am schnellsten und sein Anteil am PCB-Markt nimmt weiter zu. FPC ist die Abkürzung für Flexible Printed Circuit, ein hochzuverlässiges und zuverlässiges Produkt aus Polyimid (PI, in der Industrie auch als PI-Deckfolie bekannt) oder Polyesterfolie als Basismaterial. Es ist eine ausgezeichnete flexible Leiterplatte mit den Eigenschaften hoher Verdrahtungsdichte, geringem Gewicht, geringer Dicke und guter Biegbarkeit. Unter dem aktuellen Trend zu intelligenten, leichten und dünnen mobilen Elektronikprodukten wird FPC aufgrund seiner Vorteile wie hohe Dichte, geringes Gewicht, geringe Dicke, Biegefestigkeit, flexible Struktur, hohe Temperaturbeständigkeit usw. häufig verwendet. die einzige Lösung.

 

Der sich schnell entwickelnde PCB-Markt hat einen riesigen Derivatemarkt gefördert. Mit der Entwicklung der Lasertechnologie hat die Laserbearbeitung nach und nach das traditionelle Stanzverfahren ersetzt und ist zu einem wichtigen Bestandteil der Leiterplattenindustrie geworden. Daher kann das PCB-bezogene Geschäft im Zusammenhang mit der Verlangsamung der Gesamtwachstumsrate des Lasermarktes immer noch ein hohes Wachstum aufrechterhalten.

 

Die Vorteile des Lasers in der Leiterplatten- und FPC-Bearbeitung

 

Die Anwendung von Laser auf Leiterplatten umfasst hauptsächlich Schneiden, Bohren, Markieren usw., insbesondere Schneiden. Im Vergleich zum herkömmlichen Stanzverfahren ist das Laserschneiden ein berührungsloses Verfahren, ohne dass teure Formen erforderlich sind, und die Produktionskosten werden stark reduziert. Darüber hinaus ist das traditionelle Verfahren schwierig, eine Reihe von Problemen wie Grate, Staub, Spannungen und die Unfähigkeit, Rundungen an der Kante zu bearbeiten, zu lösen. Der Laserpunkt ist nach dem Fokussieren nur zehn Mikrometer groß, was die Verarbeitungsanforderungen des hochpräzisen Schneidens und Bohrens erfüllen und eine Reihe von Problemen lösen kann, die im traditionellen Prozess verbleiben. Dieser Vorteil entspricht dem Entwicklungstrend des Präzisionsschaltkreisdesigns und ist ein ideales Werkzeug zum Schneiden von Leiterplatten, FPC und PI-Folien.

 

Tatsächlich begann die Anwendung der PCB-Laserschneidtechnologie in der PCB-Industrie früher, aber CO2-Laserschneiden wurde in der frühen Phase verwendet, was eine große thermische Auswirkung und geringe Effizienz hat und keine gute Entwicklung erreichen konnte. Es kommt nur in einigen Spezialgebieten (zB wissenschaftliche Forschung, Militär etc.) zum Einsatz. Mit der Entwicklung der Lasertechnologie können immer mehr Lichtquellen in der Leiterplattenindustrie eingesetzt werden, und es wurde ein Durchbruch für die industrielle Anwendung des Laserschneidens von Leiterplatten gefunden.

 

Derzeit sind die beim Schneiden von FPC- und PI-Folien verwendeten Laser hauptsächlich Nanosekunden-UV-Festkörperlaser, und die Wellenlänge beträgt im Allgemeinen 355 nm. Verglichen mit 1064 nm Infrarot und 532 nm grünem Licht hat 355 nm UV eine höhere Einzelphotonenenergie, eine höhere Materialabsorptionsrate, weniger thermische Auswirkungen und eine höhere Verarbeitungsgenauigkeit.

 

Aus prinzipieller Sicht können gepulste Laserschneidmaterialien in zwei Situationen unterteilt werden: Eine ist das photochemische Prinzip, bei dem die Einzelphotonenenergie des Lasers verwendet wird, um die chemische Bindungsenergie des Materials zu erreichen oder zu überschreiten, um einige chemische Bindungen des Materials aufzubrechen Material zum Schneiden; das andere ist das Licht. Wenn die Einzelphotonenenergie des Lasers niedriger als die chemische Bindungsenergie des Materials ist, überschreitet die sehr hohe Energiedichte am fokussierten Punkt nach dem physikalischen Prinzip die Vergasungsschwelle des Materials, wodurch das Material sofort vergast wird und Ausführen des Schneidens des Materials. Aber tatsächlich existieren beim Schneiden von FPC- oder PI-Folie mit UV-Laser die Prinzipien des photochemischen und photophysikalischen Schneidens gleichzeitig.

 

Die folgenden zwei Verarbeitungsprinzipien werden am Beispiel von PI-Folie erläutert. Die Bindungsenergie der CC-Bindung und der CN-Bindung im Normalzustand beträgt 3,45 eV bzw. 3,17 eV, während die Einzelphotonenenergie des 355-nm-UV-Lasers 3,49 eV beträgt, was höher ist als die der CC-Bindung und der CN-Bindung im Normalzustand zerstören direkt die chemischen Bindungen von Materialien. (Referenz: Zhang Fei, Duan Jun, Zeng Xiaoyan, et al. Research on 355nm Ultraviolett Laser Processing of Blind Vias in Flexible Circuit Boards [J]. China Laser, 2009, 36(12):3143-3148.)

 

Beim photophysikalischen Effekt kommt es zu einer Wärmeerzeugung und -akkumulation, und die Temperatur des Materials steigt weiter an. Wenn die Temperatur des PI-Materials höher als 600 °C ist, nimmt das Verhältnis von N- und O-Elementen relativ zum C-Element weiter ab, und das Endmaterial wird hauptsächlich vom C-Element dominiert, d. h. das Material wird karbonisiert . Die Diffusionsabstandsformel L=[4Dt]^1/2, wobei D die Temperaturleitfähigkeit des Materials und t die Laserpulsbreite ist. (Referenz: Zhang Peng, Chi Weidong, Shen Zengmin. Influence of high temperature carbonization on the structure and properties of polyimide (PI) thin films [J]. Carbon Technology, 2008, 27(6):10-12.)

 

Es ist ersichtlich, dass bei konstantem Material die Diffusionsstrecke der vom Laser erzeugten thermischen Energie auf dem Material umso größer ist, je größer die Laserpulsbreite ist, und umso größer die thermische Beschädigung des Materials. Daher ist der Verarbeitungseffekt umso besser, je schmaler die Impulsbreite ist.

 

20W/25W Nanosekunden-UV-Laser: höhere Leistung, bessere Wirkung

 

Wie oben erwähnt, hat die Leiterplattenindustrie meines Landes von der rasanten Entwicklung aufstrebender Industrien wie 5G und Big Data profitiert. Das Aufkommen neuer Industrien und neuer Technologien hat auch höhere Anforderungen an die FPC- und PI-Folienschneidindustrien gestellt. Um eine geringere Karbonisierung und eine schnellere Effizienz zu erreichen, führen Laserunternehmen auch ständig technologische Innovationen ein und erforschen ständig höhere Frequenzen, schmalere Impulsbreiten und höhere Leistungen.

 

 

Welche Veränderungen kann der neue hochfrequente Nanosekunden-UV-Laser mit kurzer Pulsbreite für die Leiterplattenbearbeitung bringen? Im Folgenden werden einige Verarbeitungsfälle gezeigt

 

Goldener Fingerschnitt

 

 

AWAVE 15W @50KHZ Schneideffekt, effektive Geschwindigkeit: 50mm/s (links)

 

FORMULA 15W @150KHZ Schneidwirkung, effektive Geschwindigkeit 100mm/s (rechts)

 

Im Vergleich zum herkömmlichen Laser der AWAVE-Serie ist die Schneidwirkung des Lasers der FORMULA-Serie erheblich verbessert, und die Schneideffizienz wurde ebenfalls um 100 % verbessert.

 

Bohren von Kupferfolien

 

 

Vorne (links) Hinten (rechts)

 

Beim Bohren von Löchern auf der Kupferfolie mit einer Dicke von 100 µm ist die Effizienz des 20-W-Lasers der FORMULA-Serie um 60 % höher als die des 15-W-Lasers und erreicht 250 mm/s.

 

PCB-Schneiden

 

 

Vorderseite nicht gewischt (links) Rückseite nicht gewischt (rechts)

 

Beim Schneiden von Leiterplatten mit einer Dicke von 400 µm ist die Effizienz des 20-W-Lasers der FORMULA-Serie um 50 % höher als die des 15-W-Lasers und erreicht 60 mm/s.

 

Schneiden von FPC-Verstärkungsplatten

 

 

 

Vorne (links) Hinten (rechts)

Beim Schneiden von FPC-verstärkter Platte mit einer PI-Dicke von 100 µm ist die Effizienz des 20-W-Lasers der FORMULA-Serie um 60 % höher als die des 15-W-Lasers und erreicht 250 mm/s.

 

Bild.png

 

Vorne (links) Hinten (rechts)

Der 20-W-Laser der FORMULA-Serie ist beim Schneiden der FPC-verstärkten Platte mit einer Dicke von 130 um 40 % effizienter als 15 W und erreicht 140 mm/s.