Does the PCB market bring growth momentum to laser companies? What are the advantages of high power nanosecond UV lasers?

 

In 2019, the growth rate of the laser processing market has further slowed down. The maturity of some application markets and the competition in the Red Sea have also caused related companies to face the dilemma of increased operating pressure and declining performance. The new crown pneumonia epidemic in 2020 has given the development of laser companies. overshadowed. In such an environment, OFweek Laser Network found that the laser market related to PCB processing is still growing. In the data disclosed by some listed companies, PCB business orders have become the main driving force supporting performance growth. How is the development of the PCB market? And why can it bring huge growth momentum to laser companies?

 

Rapid development of PCB and FPC industry, huge market increment

 

PCB is the abbreviation of Printed Circuit Board. It is one of the important components of the electronics industry and is used in almost all electronic products. Its main function is to realize the electrical interconnection between various components. The PCB consists of an insulating base plate, connecting wires and pads for assembling and soldering electronic components, and has the dual functions of a conductive circuit and an insulating base plate. Its manufacturing quality can directly affect the reliability of electronic products. It is the basic industry of today's electronic information product manufacturing, and it is also the industry with the largest output value in the current global electronic component subdivision industry.

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The application market of PCB is very wide, including consumer electronics, automotive electronics, communications, medical, military, aerospace and so on. At present, the rapid development of consumer electronics and automotive electronics has become the main field of PCB applications. For a long time, the global PCB output value was mainly concentrated in North America, Europe and Japan. After 2000, the focus of the PCB industry began to shift to the Asian region, especially the Chinese market. In 2009, the output value of the PCB industry in mainland China accounted for about 1/3 of the world's total. By 2017, it had reached 50.5%, accounting for half of the global PCB output value.

 

 

Data source: Prismark, OFweek Industrial Research Institute

 

In 2019, affected by trade frictions, declining terminal demand and exchange rate depreciation, the global PCB output value declined slightly, but the Chinese market benefited from the rapid development of 5G, big data, cloud computing, artificial intelligence, Internet of Things and other industries, becoming the only one in 2019. growing area. According to Prismark data, the size of China's PCB market in 2019 was about US$32.9 billion, accounting for 53.7% of the world.

 

소비자 전자 제품의 PCB 응용 분야에서 FPC는 가장 빠르게 발전하고 있으며 PCB 시장에서 차지하는 비중은 계속 증가하고 있습니다. FPC는 Flexible Printed Circuit의 약자로 폴리이미드(PI, 업계에서는 PI 커버 필름이라고도 함) 또는 폴리에스터 필름을 기재로 하여 신뢰성이 높고 신뢰성이 높은 제품입니다. 고배선밀도, 경량, 얇은 두께, 굴곡성 등의 특성이 우수한 연성인쇄회로기판입니다. 지능적이고 가볍고 얇은 모바일 전자 제품의 현재 추세에서 FPC는 고밀도, 경량, 얇은 두께, 굽힘 저항, 유연한 구조, 고온 저항 등의 장점으로 인해 유일한 솔루션으로 널리 사용됩니다.

 

빠르게 발전하는 PCB 시장은 거대한 파생 시장을 육성했습니다. 레이저 기술의 발전으로 레이저 가공은 점차 전통적인 다이 커팅 공정을 대체했으며 PCB 산업 체인의 중요한 부분이 되었습니다. 따라서 레이저 시장의 전반적인 성장률이 둔화되는 상황에서 PCB 관련 사업은 여전히 ​​높은 성장세를 유지할 수 있다.

 

PCB 및 FPC 가공에서 레이저의 장점

 

PCB에 레이저를 적용하는 것은 주로 절단, 드릴링, 마킹 등, 특히 절단을 포함합니다. 기존의 다이 커팅 공정과 비교할 때 레이저 커팅은 비접촉식 공정으로 고가의 금형이 필요하지 않으며 생산 비용이 크게 절감됩니다. 또한 전통적인 공정은 버, 먼지, 응력 및 가장자리의 곡선을 처리할 수 없는 것과 같은 일련의 문제를 해결하기 어렵습니다. 레이저 스폿은 초점을 맞춘 후 불과 10미크론이므로 고정밀 절단 및 드릴링의 가공 요구 사항을 충족하고 기존 프로세스에 남아 있는 일련의 문제를 해결할 수 있습니다. 이 장점은 정밀 회로 설계의 발전 추세에 부응하고 있으며 PCB, FPC, PI 필름 절단에 이상적인 도구입니다.

 

실제로 PCB 산업에서 PCB 레이저 절단 기술의 적용은 일찍 시작되었지만 CO2 레이저 절단은 초기 단계에서 사용되어 열 영향이 크고 효율성이 낮으며 좋은 발전을 이루지 못했습니다. 일부 특수 분야(예: 과학 연구, 군사 등)에서만 사용됩니다. 레이저 기술의 발전으로 PCB 산업에서 점점 더 많은 광원을 사용할 수 있으며 레이저 절단 PCB의 산업적 응용에 대한 돌파구가 발견되었습니다.

 

현재 FPC 및 PI 필름 절단에 사용되는 레이저는 주로 나노초 고체 UV 레이저이며 파장은 일반적으로 355nm입니다. 1064nm 적외선 및 532nm 녹색광과 비교하여 355nm UV는 단일 광자 에너지가 더 높고 재료 흡수율이 더 높으며 열 충격이 적고 가공 정확도가 더 높습니다.

 

원칙적인 관점에서 펄스 레이저 절단 재료는 두 가지 상황으로 나눌 수 있습니다. 하나는 레이저의 단일 광자 에너지를 사용하여 재료의 화학 결합 에너지에 도달하거나 초과하여 재료의 일부 화학 결합을 끊는 광화학 원리입니다. 절단을 달성하는 재료; 다른 하나는 빛입니다 물리적 원리에 따르면 레이저 단일 광자 에너지가 재료의 화학 결합 에너지보다 낮을 때 집중된 지점의 매우 높은 에너지 밀도는 재료의 가스화 임계값을 초과하므로 재료가 즉시 가스화됩니다. 재료 절단을 실현합니다. 그러나 사실 FPC나 PI 필름을 UV 레이저로 절단할 때 광화학적 절단과 광물리 절단의 원리가 동시에 존재한다.

 

PI 필름을 예로 들어 다음 두 가지 처리 원리를 설명합니다. 정상 상태의 CC 결합과 CN 결합의 결합 에너지는 각각 3.45eV와 3.17eV인 반면, 355nm UV 레이저의 단일 광자 에너지는 3.49eV로 정상 상태의 CC 결합과 CN 결합보다 높을 수 있다. 재료의 화학적 결합을 직접 파괴합니다. (참고: Zhang Fei, Duan Jun, Zeng Xiaoyan, et al. Research on 355nm UV laser processing of blind vias in flexible circuit boards[J]. China Laser, 2009, 36(12):3143-3148.)

 

광물리 효과에서 열 발생 및 축적이 발생하고 재료의 온도가 계속 상승합니다. PI 재료의 온도가 600°C보다 높으면 N 및 O 원소의 비율이 C 원소에 비해 계속 감소하고 최종 재료는 주로 C 원소에 의해 지배됩니다. 즉, 재료가 탄화됩니다. . 확산 거리 공식 L=[4Dt]^1/2, 여기서 D는 재료의 열확산율이고 t는 레이저 펄스 폭입니다. (참고: Zhang Peng, Chi Weidong, Shen Zengmin. 폴리이미드(PI) 박막의 구조 및 특성에 대한 고온 탄화의 영향[J]. Carbon Technology, 2008, 27(6):10-12.)

 

재료가 일정할 때 레이저 펄스 폭이 클수록 재료에 대한 레이저에 의해 생성된 열 에너지의 확산 거리가 커지고 재료에 대한 열 손상이 더 커짐을 알 수 있습니다. 따라서 펄스 폭이 좁을수록 처리 효과가 더 좋습니다.

 

20W/25W 나노초 UV 레이저: 더 높은 출력, 더 나은 효과

 

위에서 언급했듯이 우리나라 PCB 산업은 5G 및 빅 데이터와 같은 신흥 산업의 급속한 발전으로 혜택을 받았습니다. 새로운 산업과 신기술의 출현으로 인해 FPC 및 PI 필름 절단 산업에 대한 요구 사항도 높아졌습니다. 더 적은 탄화와 더 빠른 효율성을 달성하기 위해 레이저 회사는 지속적으로 기술 혁신을 수행하고 더 높은 주파수, 더 좁은 펄스 폭 및 더 높은 출력을 지속적으로 탐색하고 있습니다.