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特域淺談:高功率超快激光設(shè)備,如何打開應(yīng)用端市場

發(fā)布時間:2023-09-21 15:14:10閱讀量:

高功率超快激光如何打開市場

工業(yè)激光加工擁有三個最重要的特點:高效率、高精度、高品質(zhì)。正是這三個特點,讓激光加工廣受各行業(yè)生產(chǎn)制造的歡迎,無論是在高功率金屬切削還是在中小功率微細加工,都比傳統(tǒng)的其它加工方式表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢,因此過去十多年激光加工得到了快速的普及應(yīng)用。

超快激光器從完全進口到國產(chǎn)化

激光加工應(yīng)用逐漸形成了分工,在大金屬件,有中高功率光纖激光的切割焊接,在一些精密產(chǎn)品加工需求,有超快激光的微加工。以皮秒激光器(10-12秒)、飛秒激光器(10-15秒)為代表的超快激光器發(fā)展至今僅20年,真正商用才從2010年開始,逐漸進入到醫(yī)療和工業(yè)加工。與光纖激光器一樣,超快激光器在國內(nèi)也是從零開始,是一些海歸人才回國帶回了技術(shù),我國的工業(yè)用超快激光器追溯至2012年才啟動,到2014年才有成熟的產(chǎn)品。此前在超快激光器這個細分產(chǎn)品上,我國幾乎全部采購進口產(chǎn)品。

早期一臺進口的皮秒激光器的成本需要幾百萬人民幣,直到2015年外國廠家技術(shù)相對成熟了,也要超過200萬人民幣。一臺超快激光精密切割設(shè)備售價超過400萬元,激光器成本占比超過60%,高昂的應(yīng)用成本阻礙了超快激光在我國的規(guī)模化應(yīng)用。這種高精尖產(chǎn)品集中在美國、法國、德國、立陶宛等少數(shù)國家的企業(yè)手上。

超快激光切割玻璃

超快激光切割玻璃

自2015年后我國加快了超快激光器國產(chǎn)化進程,產(chǎn)品技術(shù)快速取得突破,2017年我國已有十多家企業(yè)從事超快激光器。當時在某激光展覽會上,很多國內(nèi)品牌產(chǎn)品可以與外國產(chǎn)品同臺競技,國產(chǎn)超快激光器單價僅數(shù)十萬元,讓進口產(chǎn)品不得不適當降低售價。當時國產(chǎn)超快激光器在3W-15W的小功率階段逐漸穩(wěn)定并且推廣應(yīng)用,而功率稍高的基本還是外國產(chǎn)品壟斷。

超快激光功率技術(shù)不斷創(chuàng)新高

在2018年,德國某知名激光研究所就宣布正在攻關(guān)1000瓦的超快激光器,一時間震驚全球,要知道當時超快激光器的應(yīng)用階段只到30瓦的水平,正在向50瓦邁進。而在2019年,Amplitude推出首臺300瓦工業(yè)級飛秒激光器(500fs)??梢?,在超快激光器技術(shù)層面上,國內(nèi)與外國先進水平存在較大的差距。實際上,近幾年在國內(nèi)科研人員的努力下,國產(chǎn)超快激光技術(shù)取得巨大的進步:50W紫外皮秒激光器成功研發(fā),50W的飛秒激光器逐漸成熟,2023年某北京公司推出了500W高功率紅外皮秒激光器。如今我國的超快激光器技術(shù)大大縮窄了與歐美先進水平的差距,僅在最大功率、穩(wěn)定性、最小脈寬等關(guān)鍵性指標上仍然落后。

預(yù)估未來超快激光器的技術(shù)發(fā)展,仍然是繼續(xù)推出更高功率,比如1000瓦的紅外皮秒、500瓦的飛秒激光器等,在脈沖寬度上會繼續(xù)提升。隨著技術(shù)的突破,應(yīng)用端的一些瓶頸也會被打破。

國內(nèi)市場需求端趕不上激光器產(chǎn)能發(fā)展

超快激光設(shè)備成本大幅下降,同時在手機電子、液晶面板、光伏等行業(yè)帶動下,超快激光器迅速打開了應(yīng)用端,特別是2018-2019年超快激光器出貨量快速增加。據(jù)國內(nèi)某機構(gòu)初步統(tǒng)計,我國超快激光器出貨量從 2015 年的 不到100臺快速增加到 2021 年的2400 臺,2020 年中國超快激光器市場規(guī)模約為 27.4 億元。此外,超快激光器市場規(guī)模的增速遠小于出貨量的增速,這是因為我國超快激光器下游應(yīng)用市場尚未完全打開,但國內(nèi)外參與廠商數(shù)量較多,競爭激烈,使得超快激光器陷入了產(chǎn)業(yè)發(fā)展怪圈:超快激光器企業(yè)多,不斷融資擴產(chǎn),產(chǎn)能嚴重過剩,應(yīng)用端沒上批量,各家拼價格去搶奪市場份額,導(dǎo)致高精尖的超快激光器售價大幅下降,二三十萬一臺激光器也常見了,超快激光器未如預(yù)期的大規(guī)模應(yīng)用,主要是因為在很多應(yīng)用端工藝不成熟,其次是主要應(yīng)用端手機電子、面板等近三年不景氣,導(dǎo)致用戶不太敢擴產(chǎn)上超快激光產(chǎn)線。超快激光器極短的脈沖讓其加工幾乎無熱量擴散,可提供可靠、高質(zhì)量的精密“冷加工”,材料的微裂紋較少,能夠?qū)崿F(xiàn)對敏感材料的高精度處理,也可以實現(xiàn)特殊材料的維納制備。

與肉眼可見的鈑金激光切割和燒焊不同,超快激光的加工能力在極短時間內(nèi)完成,而這需要很多工藝的研究。目前,我們常說超快激光已成熟應(yīng)用于手機全面屏切割、玻璃切割、OLED PET膜切割、FPC 軟板切割、PERC太陽能電池、晶圓切割、線路板打盲孔等領(lǐng)域。另外,在航空航天、軍工產(chǎn)品的特殊部件打孔、切割也尤為重要。

需要注意的是,可以宣稱超快激光器適用很多領(lǐng)域,但是實際應(yīng)用多少又是另一回事。在半導(dǎo)體材料、芯片、晶圓、PCB板、覆銅板、SMT等這些規(guī)模很大的產(chǎn)業(yè)上,幾乎沒看到超快激光的規(guī)模應(yīng)用案例,這說明超快激光應(yīng)用終端和工藝開發(fā)是滯后的,落后于激光器技術(shù)的發(fā)展速度。

超快激光加工應(yīng)用探索路途漫長

國內(nèi)做精密激光設(shè)備的企業(yè)數(shù)量并不多,與做金屬激光切割企業(yè)數(shù)量相比,可能只有20分之一,規(guī)模普遍都不大,從芯片、PCB、面板等行業(yè)得到工藝開發(fā)的機會不足。另外,那些終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)原來有成熟的生產(chǎn)工藝,一些環(huán)節(jié)要轉(zhuǎn)為激光微加工,需要很多的試錯和論證,才能探索出新的可靠的工藝方案,同時也考慮設(shè)備成本問題,這個轉(zhuǎn)變過程并不容易。

特域CWUP-20冷卻超快激光設(shè)備

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在整板的玻璃切割加工可能是超快激光容易切入的一個細分,手機玻璃屏的激光切割迅速得到普及就是個成功案例,而其它產(chǎn)業(yè)的特殊材料部件、半成品要切入超快激光則需要更多時間探索。目前超快激光應(yīng)用面還是偏窄,主要在非金屬材料切割方面,而在OLED/半導(dǎo)體等市場較為廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用極少,體現(xiàn)出我國超快激光加工技術(shù)整體水平還不高,這也意味著未來的發(fā)展空間是巨大的,預(yù)估在未來10年內(nèi)超快激光加工將會逐步迎來應(yīng)用爆發(fā)點。

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