高功率纳秒紫外激光器的优势有哪些?

高功率紫外激光具有波长短、能量高、聚焦光斑小等特点，这些特性赋予了它在精细加工和微观操作方面的独特优势，能够实现传统加工方法难以达到的高精度和高分辨率。例如，在半导体芯片制造中，高功率紫外激光可以用于光刻、刻蚀等关键工艺，实现芯片的微小化和高性能化;在生物医疗领域，它能够进行细胞切割、基因编辑等精细操作，为疾病的诊断和治疗提供了新的手段和方法。

随着科技的不断进步和市场需求的日益增长，高功率紫外激光技术的研究和应用正成为全球关注的焦点。了解高功率紫外激光技术的原理和应用场景，不仅有助于我们把握这一前沿技术的发展趋势，还能为相关领域的创新和发展提供有益的参考。

高功率纳秒紫外激光器具有以下优势‌：

‌高加工精度和“冷”加工特性‌：高功率纳秒紫外激光器凭借其短波长、高单光子能量和短脉冲宽度，能够实现高精度的加工。其“冷”加工特性使得在加工过程中产生的热量非常少，避免了热影响区的问题，从而减少了材料的机械变形和热致缺陷，特别适合对热敏感的材料，如碳聚合物、ITO薄膜、玻璃、蓝宝石、硅片等‌。

‌广泛的应用领域‌：高功率纳秒紫外激光器在多个领域都有广泛应用，包括汽车制造、航空航天、集成电路、消费电子、显示面板、医疗卫生、动力能源等。其高加工效率和低能耗特性，使得它在精细微加工领域占据重要地位，能够满足各种复杂加工需求‌。

‌高光束质量和聚焦性能‌：高功率纳秒紫外激光器的光束质量优异，聚焦后的光斑直径非常小，通常在10-20微米之间。这种高聚焦性能使得其在打标、雕刻、切割等应用中能够实现超精细的加工效果，标记的图文信息对比度高，边缘光滑齐整‌23。

‌技术进步和市场趋势‌：随着技术的不断进步，高功率纳秒紫外激光器的输出功率不断提高，从3W、5W到10W、20W甚至更高。市场对高精度加工的需求不断增加，推动了高功率纳秒紫外激光器的发展和应用‌。

‌成本效益和环保特性‌：高功率纳秒紫外激光器在加工过程中产生的热量少，减少了后续处理的需要，如冲洗、打磨和抛光等，从而降低了总体成本并提高了生产效率。此外，其“冷”加工特性也使得加工过程中产生的废料和污染物较少，符合环保要求‌。

PCB、FPC产业快速发展 市场增量巨大

PCB是印刷电路板(Printed Circuit Board)的简称，是电子工业的重要部件之一，几乎用于所有的电子产品，主要作用是实现各个元件之间的电气互连。PCB由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。其制造品质可直接影响电子产品的可靠性，是当今电子信息产品制造的基础产业，也是目前全球电子元件细分产业中产值最大的产业。

PCB的应用市场十分广泛，包括消费电子、汽车电子、通信、医疗、军工、航天等。目前消费电子和汽车电子发展快速，成了PCB应用的主要领域。长期以来，全球PCB产值主要集中在北美、欧洲及日本等地区，2000年后PCB产业重心开始向亚洲地区转移，尤以中国市场为最。2009年，中国大陆PCB产业产值约占全球的1/3，到2017年已达50.5%，占据全球PCB产值的半壁江山。

2019年，受贸易摩擦、终端需求下降和汇率贬值等影响，全球PCB产值略有下降，但中国市场受益于5G、大数据、云计算、人工智能、物联网等行业快速发展，成为2019年唯一成长的地区。Prismark数据显示，2019年中国PCB市场规模约329亿美元，占全球的53.7%。

而在消费电子的PCB应用中，FPC的发展速度最快，占PCB市场的比重不断提升。FPC 是柔性印刷线路板(Flexible Printed Circuit)的简称，是以聚酰亚胺(Polyimide，PI，工业界又称之为PI 覆盖膜)或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。在当下移动电子产品智能化，轻薄化的趋势下，FPC凭借密度高、重量轻、厚度薄、耐弯曲、结构灵活、耐高温等优势被广泛运用，并成为目前满足电子产品小型化和移动要求的惟一解决方法。

快速发展的PCB市场培育了巨大的衍生市场。随着激光技术的发展，激光加工逐渐取代传统的模切工艺，成了PCB产业链的重要一环。因此在激光市场整体增速放缓的背景下，与PCB相关的业务依然能够保持较高增长。

激光在PCB、FPC加工的优势

激光在PCB上的应用主要包括切割、钻孔、打标等，尤以切割为主。与传统的模切工艺相比，激光切割属于无接触加工，无需价格昂贵的模具，生产成本大大降低;此外，传统工艺难以解决边缘有毛刺、粉尘、应力、无法加工曲线等一系列的问题，而激光在聚焦后光斑仅有十几微米，能够满足高精度切割和钻孔的加工需求，解决了传统工艺中遗留的一系列问题。这一优势正迎合电路设计精密化的发展趋势，是PCB、FPC、PI 膜切割的理想工具。

实际上，PCB激光切割技术在PCB行业中的应用起步较早，但早期采用CO2激光切割，热影响较大，效率较低，一直未能获得较好的发展，只在一些特殊领域(如科研、军工等)有所运用。随着激光技术发展，能在PCB行业应用的光源越来越多，也为实现激光切割PCB的工业化应用找到了突破口。

当前用在FPC、PI 膜切割的激光器主要为纳秒级固体紫外激光器，其波长一般为355nm。相对于1064nm 红外和532nm 绿光，355nm 紫外有更高的单光子能量，材料吸收率更高，产生的热影响更小，实现更高的加工精度。

从原理来看，脉冲激光切割材料可分为两种情况：一种是光化学原理，利用激光单光子能量达到或超过材料化学键键能，打断材料某些化学键来实现切割;另一种是光物理原理，当激光单光子能量低于材料化学键键能时，依靠聚焦光斑处非常高的能量密度，超过材料的气化阈值，从而瞬间气化材料，实现材料的切割。但实际在用紫外激光切割FPC或PI膜时，光化学和光物理切割原理同时存在。

激光产生的基本原理

激光的产生基于受激辐射理论，这一理论由爱因斯坦于 1917 年提出 ，为后续激光技术的发展奠定了坚实的理论基础。在了解受激辐射之前，我们先来认识一下原子的能级结构。原子中的电子分布在不同的能级上，能级越低，电子的能量越低，原子也就越稳定。通常情况下，电子会优先占据低能级，这种状态被称为基态。当原子吸收外界能量时，电子会跃迁到高能级，此时原子处于激发态。然而，激发态的原子是不稳定的，电子会有一定概率自发地从高能级跃迁回低能级，并以光子的形式释放出能量，这个过程就是自发辐射。日常生活中常见的普通光源，如白炽灯、荧光灯等，其发光原理主要就是自发辐射，这些光源发出的光频率、相位和传播方向各不相同，是一种非相干光。

而受激辐射则有所不同。当处于高能级的原子受到一个外来光子的激发时，如果外来光子的能量恰好等于该原子高能级与低能级之间的能量差，那么这个原子就会在外来光子的刺激下，从高能级跃迁到低能级，并发射出一个与外来光子具有相同频率、相同相位和相同传播方向的光子，这就是受激辐射。受激辐射产生的光子与外来光子完全相同，它们相互叠加，使得光信号得到放大。想象一下，就像一个合唱团，原本大家各自随意哼唱，声音杂乱无章(自发辐射)，但当有一个指挥出现，大家按照指挥的节奏和音调一起歌唱时，声音就变得整齐而响亮(受激辐射)。

要实现受激辐射光放大，还需要满足一个关键条件 —— 粒子数反转。在热平衡状态下，根据玻尔兹曼分布，处于低能级的原子数总是多于处于高能级的原子数。然而，只有当高能级上的原子数多于低能级上的原子数时，受激辐射才能占据主导地位，从而实现光的放大。为了达到粒子数反转，需要通过泵浦源向激活介质输入能量，将低能级的原子激发到高能级。例如，在固体激光器中，常用闪光灯或激光二极管作为泵浦源，通过光照射的方式将激活介质中的原子泵浦到高能级;在气体激光器中，则常常采用气体放电的方式，利用具有动能的电子去激发激光材料。