高功率紫外激光具有波長(zhǎng)短、能量高、聚焦光斑小等特點(diǎn)，這些特性賦予了它在精細(xì)加工和微觀操作方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)加工方法難以達(dá)到的高精度和高分辨率。例如，在半導(dǎo)體芯片制造中，高功率紫外激光可以用于光刻、刻蝕等關(guān)鍵工藝，實(shí)現(xiàn)芯片的微小化和高性能化;在生物醫(yī)療領(lǐng)域，它能夠進(jìn)行細(xì)胞切割、基因編輯等精細(xì)操作，為疾病的診斷和治療提供了新的手段和方法。

隨著科技的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的日益增長(zhǎng)，高功率紫外激光技術(shù)的研究和應(yīng)用正成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。了解高功率紫外激光技術(shù)的原理和應(yīng)用場(chǎng)景，不僅有助于我們把握這一前沿技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，還能為相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展提供有益的參考。

高功率納秒紫外激光器具有以下優(yōu)勢(shì)?：

?高加工精度和“冷”加工特性?：高功率納秒紫外激光器憑借其短波長(zhǎng)、高單光子能量和短脈沖寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的加工。其“冷”加工特性使得在加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量非常少，避免了熱影響區(qū)的問(wèn)題，從而減少了材料的機(jī)械變形和熱致缺陷，特別適合對(duì)熱敏感的材料，如碳聚合物、ITO薄膜、玻璃、藍(lán)寶石、硅片等?。

?廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?：高功率納秒紫外激光器在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，包括汽車制造、航空航天、集成電路、消費(fèi)電子、顯示面板、醫(yī)療衛(wèi)生、動(dòng)力能源等。其高加工效率和低能耗特性，使得它在精細(xì)微加工領(lǐng)域占據(jù)重要地位，能夠滿足各種復(fù)雜加工需求?。

?高光束質(zhì)量和聚焦性能?：高功率納秒紫外激光器的光束質(zhì)量?jī)?yōu)異，聚焦后的光斑直徑非常小，通常在10-20微米之間。這種高聚焦性能使得其在打標(biāo)、雕刻、切割等應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)超精細(xì)的加工效果，標(biāo)記的圖文信息對(duì)比度高，邊緣光滑齊整?23。

?技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)趨勢(shì)?：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，高功率納秒紫外激光器的輸出功率不斷提高，從3W、5W到10W、20W甚至更高。市場(chǎng)對(duì)高精度加工的需求不斷增加，推動(dòng)了高功率納秒紫外激光器的發(fā)展和應(yīng)用?。

?成本效益和環(huán)保特性?：高功率納秒紫外激光器在加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量少，減少了后續(xù)處理的需要，如沖洗、打磨和拋光等，從而降低了總體成本并提高了生產(chǎn)效率。此外，其“冷”加工特性也使得加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢料和污染物較少，符合環(huán)保要求?。

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(pán)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。

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。

激光產(chǎn)生的基本原理

激光的產(chǎn)生基于受激輻射理論，這一理論由愛(ài)因斯坦于 1917 年提出 ，為后續(xù)激光技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在了解受激輻射之前，我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。原子中的電子分布在不同的能級(jí)上，能級(jí)越低，電子的能量越低，原子也就越穩(wěn)定。通常情況下，電子會(huì)優(yōu)先占據(jù)低能級(jí)，這種狀態(tài)被稱為基態(tài)。當(dāng)原子吸收外界能量時(shí)，電子會(huì)躍遷到高能級(jí)，此時(shí)原子處于激發(fā)態(tài)。然而，激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，電子會(huì)有一定概率自發(fā)地從高能級(jí)躍遷回低能級(jí)，并以光子的形式釋放出能量，這個(gè)過(guò)程就是自發(fā)輻射。日常生活中常見(jiàn)的普通光源，如白熾燈、熒光燈等，其發(fā)光原理主要就是自發(fā)輻射，這些光源發(fā)出的光頻率、相位和傳播方向各不相同，是一種非相干光。

而受激輻射則有所不同。當(dāng)處于高能級(jí)的原子受到一個(gè)外來(lái)光子的激發(fā)時(shí)，如果外來(lái)光子的能量恰好等于該原子高能級(jí)與低能級(jí)之間的能量差，那么這個(gè)原子就會(huì)在外來(lái)光子的刺激下，從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，并發(fā)射出一個(gè)與外來(lái)光子具有相同頻率、相同相位和相同傳播方向的光子，這就是受激輻射。受激輻射產(chǎn)生的光子與外來(lái)光子完全相同，它們相互疊加，使得光信號(hào)得到放大。想象一下，就像一個(gè)合唱團(tuán)，原本大家各自隨意哼唱，聲音雜亂無(wú)章(自發(fā)輻射)，但當(dāng)有一個(gè)指揮出現(xiàn)，大家按照指揮的節(jié)奏和音調(diào)一起歌唱時(shí)，聲音就變得整齊而響亮(受激輻射)。

要實(shí)現(xiàn)受激輻射光放大，還需要滿足一個(gè)關(guān)鍵條件 —— 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。在熱平衡狀態(tài)下，根據(jù)玻爾茲曼分布，處于低能級(jí)的原子數(shù)總是多于處于高能級(jí)的原子數(shù)。然而，只有當(dāng)高能級(jí)上的原子數(shù)多于低能級(jí)上的原子數(shù)時(shí)，受激輻射才能占據(jù)主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光的放大。為了達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要通過(guò)泵浦源向激活介質(zhì)輸入能量，將低能級(jí)的原子激發(fā)到高能級(jí)。例如，在固體激光器中，常用閃光燈或激光二極管作為泵浦源，通過(guò)光照射的方式將激活介質(zhì)中的原子泵浦到高能級(jí);在氣體激光器中，則常常采用氣體放電的方式，利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)激光材料。