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超快紫外绿光激光器应用场景及发展空间分析报告!

超快紫外绿光激光器应用场景及发展空间分析报告!

发布时间:
2021/05/10
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超快紫外绿光激光器应用场景及发展空间分析报告!
超快激光器由于具有极高的单脉冲能量、极高的峰值功率以及“冷 加工”等特性,被广泛应用于消费电子、显示面板、PCB、生物医疗、航空航天等行业的精密加工。
 
消费电子领域:消费电子是超快激光器应用最为成熟的领域,采用超快激光器进行全面屏的异形切割在加工精度和效率等方面均显著提升。同时,超 快激光器在对于 3D 玻璃盖板和手机摄像头盖板等硬脆材料的切割均具有非常明显的优势;
 
显示面板领域:OLED 面板中使用 了较多的高分子材料,超快激光器“冷加工”特性可以避免高分子材料受热影响而发生液化,因此超快激光器在 OLED 玻璃 基板的剥离以及面板的切割等环节都有非常成熟的应用;
 
PCB 领域:超快激光器有望代替纳秒激光器进行 FPC 柔性板的加工;此外,超快激光器在激光手术、激光美容等生物医疗领域以及飞机发动机叶片的斜孔加工等航空航天领域均有广泛应用。
 
近几年,国内超快激光器也实现了较快增长,市场规模也从 2015 年的 4.0 亿元增长至 2019 年的 15.6 亿元,年复合增速达到 40.53%。我们认为随着全面屏、3D 玻璃盖板、OLED 以及 FPC 柔性板等下游需求的快速增长,国内超快激光器的需求有望快速提升。
 
 
超快激光可以获得极高的脉冲能量
 
超快激光器是指输出激光的脉冲宽度在皮秒(10^-12 秒)级别、或小于皮秒级别的脉冲激 光器,根据输出激光的脉宽不同,超快激光器又可分为皮秒激光器、飞秒激光器、阿秒激光器等。超快激光可以将光能集中 在皮秒至飞秒的时间间隔内,并将光聚焦到比头发直径还要小的超细微空间区域,同时,激光能量集中在如此短的时间内, 会获得巨大的单脉冲能量和极高的峰值功率。
 
 
超快激光加工被称为“冷加工”
 
超快激光与材料相互作用的时间极短,能在很大程度上避免长脉宽、低强度激光造成材料熔 化与持续蒸发现象(热影响),确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,大大提高了加工质量。超快 激光加工也因此被称为“冷加工”。
 
超快激光器应用范围广泛
 
随着消费电子、新型显示、生物医疗、3D 打印、高端装备等新应用的发展,对于激光加工精细度 要求越来越高,超快激光已经成为精密加工的重要方向。同时,随着超快激光器成本的逐步下降,超快激光器有望在消费电 子、医疗生物、航空航天、精密机械等领域实现较快应用。
 
 
超快激光全面屏切割优势明显
 
自苹果发布全面屏产品以来,其他各家厂商全面跟进,全面屏技术正式进入量产阶段。全面 屏在带来更好视觉体验的同时,也对加工技术提出了更高要求。针对异形切割,目前的主流技术有刀轮切割、CNC 研磨及激 光切割。通过上述三种方式的对比可知,超快激光在崩边、加工精度、效率等方面具有非常明显的优势,未来将成为全面屏切割的主流方式。
 
 
手机全面屏用全自动超快激光加工设备价格在 250 万元以上,半自动设备在 70 万元以上,属于目前超快激光应用最成熟的市 场之一。目前主流的激光器供应商卓镭激光、安扬激光、贝林激光、Light conversion 等。如安扬激光 FemtoYL-20 飞秒激光器,已经批量应用于手机全面屏的切割,且获得了优异的加工质量和极高的良率。
 
图 4:常规刘海屏和异形水滴屏对比
 
2025 年我国 3D 玻璃盖板用超快激光器保有量将达到 5714 台。在手机 3D 玻璃盖板领域,3D 玻璃盖板属于脆性材料,其属 性相比金属的韧性,决定了激光加工会取代 CNC 机床,成为 3D 玻璃盖板的主要加工手段。2015 年我国 3D 玻璃盖板销量 为 2300 万片,2018 年中国 3D 玻璃盖板销量达到 1.63 亿片,年复合增速达到 92.08%,预计 2019 年我国 3D 玻璃盖板产能 已经突破了 3 亿片。假设一台超快激光加工设备每 3 分钟加工一片 3D 玻璃盖板,则 2019 年 3D 玻璃盖板对于超快激光器保有量将达到 1714 台。假设 2025 年我国 3D 玻璃盖板产能达到 10 亿片,则 2025 年我国 3D 玻璃盖板用超快激光器保有量将达到 5714 台。
 
 
超快激光器在手机摄像头盖板切割中需求旺盛
 
大族激光采用 Light conversion 的超快激光器用于苹果手机摄像头蓝宝石盖板 的切割,年均需求量超过 60 台。同时,国内多家集成厂家也可提供玻璃摄像头盖板的激光切割工艺,此类设备的年均需求量 约为 100 台左右;其中华工激光采用华日激光器,出货量约为 30-40 台;盛雄激光采用 Edgewave 激光器,出货量约 10-15 台;深圳圭华采用安扬激光设备和华快设备,出货量约 15-20 台;大族激光采用安扬激光 FemtoYL-20,出货量约 35-40 台。
 
 
OLED 销量快速增长带动超快激光需求增长
 
超快激光在 OLED 制造过程中主要在 OLED 剥离和 OLED 切割二个工序中应用。激光剥离工序是利用激光能量分解玻璃基板与 PI 膜,实现玻璃基板与 OLED 器件的分离。OLED 切割就是利用激光将大面板 切割成尺寸更小的面板,OLED 软板中使用了较多的高分子材料,采用超快激光切割可以避免高分子材料受热影响而发生液 化。随着 OLED 需要的快速增长,将带动超快激光的快速增长。
 
 
超快激光在 FPC 中的渗透率有望逐步提升
 
FPC 也称之为柔性电路板,是电子产业中的重要连接线路,是 PCB 的重要应用 分支。FPC 表面有一层树酯薄膜,起到线路保护和阻焊等的作用,是 FPC 产品重要的组成部分。虽然紫外激光相较于传统的 模切方式技术更先进了一步,但实际使用过程中还是出现了一定程度的碳化现象,容易造成线路的微短路。而采用皮秒激光 器可以很好的避免了 FPC 碳化的现象,加工精度以及效率进一步提升。我们认为,随着 FPC 要求的不断提升以及超快激光 器价格的下降,超快激光在 FPC 中的渗透率将实现快速提升。同时,未来在 5G 通讯基站、5G 手机、可穿戴设备等需求带动, FPC 市场空间将有很大提升,将带动超快激光器需求的增长。
 
 
超快激光在医疗领域应用
 
在医学治疗方面,与长脉冲激光相比,飞秒激光能量高度集中,作用期间几乎没有热量传输效 应,因此也不会引起周围环境温度的上升,这在激光手术医疗应用方面非常重要。目前飞秒激光器作为超精密外科手术刀,已经成为了近视治疗的主流方式之一。同时,也可用于无痛牙科治疗,可以避免了因温度变化引起的神经痛感。此外,超快激光还可用于去除色素和纹身等。
 
超快激光器航空航天领域应用
 
(1)超快激光可用于引擎喷油嘴打孔。传统的微孔加工多用电火花,但对于孔径小于 200 m 的微孔,电火花的加工精度受到限制。近几年,德国开发出了飞秒微孔加工技术,能够精密加工 100 m 以下的微孔。(2) 发动机叶片斜孔加工。机发动机叶片有大量的斜孔,加工难度大,效率低下。用飞秒激光进行斜孔加工也是近年各国大力投 入研究的新型加工技术。(3)航空滤网超快激光清洗。航空过滤片超快激光清洗效果达到新产品的 90%的透过率,而传统的 超声清洗只能达到 60%的透过率。
 
2020 年我国超快激光器市场规模有望达到 21.4 亿元。2017 年全球超快激光器市场规模已经超过 9 亿美元,根据中国科学院武汉文献情报中心预测,2020 年全球超快激光器市场规模有望达到 25 亿美元。中国超快激光器也从 2015 年的 4.0 亿元增长 至 2019 年的 15.6 亿元,年复合增速达到 40.53%。我们认为随着全面屏、3D 玻璃盖板、OLED 以及 FPC 柔性板等下游需求 的快速增长,国内超快激光器的需求有望快速提升。