Lasery w przemyśle elektronicznym

Zakres zastosowań laserów w przemyśle elektronicznym jest szeroki i zróżnicowany. Dzięki temu obejmuje on najważniejsze etapy produkcji. Zastosowania laserów w tej branży można podzielić na kilka grup.

Klasyfikacja zastosowań

Do pierwszej kategorii zalicza się rozcinanie płytek półprzewodnikowych, drążenie przelotek w PCB HDI (High Density Interconnect), litografię, znakowanie obudów elementów elektronicznych wykonanych z tworzyw sztucznych i znakowanie płytek półprzewodnikowych. Do drugiej grupy należą z kolei zgrzewanie metali oraz tworzyw sztucznych, lutowanie, sklejanie i odklejanie.

Ponadto lasery znajdują zastosowanie w nanoszeniu cienkich warstw metodą osadzania fizycznego z fazy gazowej (Physical Vapor Deposition, PVD). W tym przypadku wykorzystywane są lasery impulsowe. Ta odmiana techniki PVD jest określana skrótem PLD (Pulsed Laser Deposition). Lasery są także używane do nagrzewania materiałów półprzewodnikowych w celu aktywacji domieszek.

Przyszłość rynku

Według Yole Developpement wartość światowego rynku laserowego sprzętu produkcyjnego dla przemysłu elektronicznego będzie w latach 2016–2022 rosła średnio o 15% co roku. Popyt na niego napędzać będą przede wszystkim takie zastosowania jak: wycinanie układów z płytek półprzewodnikowych, drążenie przelotek w PCB HDI i wycinanie w elastycznych PCB.

Obecnie najpopularniejszym typem laserów używanych w urządzeniach produkcyjnych w przemyśle półprzewodnikowym oraz obróbce PCB są lasery nanosekundowe. Ich udział w całkowitym rynku wynosi 60%. Zaraz za nimi w rankingu popularności znajdują się lasery pikosekundowe, CO2 oraz femtosekundowe.

Rys. 1. Rynek laserów w sprzęcie produkcyjnym dla przemysłu elektronicznego w latach 2016-2022

Czym ciąć, a czym drążyć?

Jeżeli chodzi o zadanie cięcia, to wybór typu lasera jest uzależniony od rodzaju materiału. W przypadku materiałów, które charakteryzują się małą wartością stałej dielektrycznej (low-k), używane są lasery nanosekundowe oraz pikosekundowe ultrafioletowe. Dzięki temu można zoptymalizować absorpcję promieniowania.

Z kolei w przypadku cięcia szkła oraz podłoży szafirowych przeważnie korzysta się z laserów pikosekundowych i femtosekundowych IR. W przypadku zadania drążenia, na przykład lasery nanosekundowe UV są używane w obróbce elastycznych PCB, natomiast lasery CO2 są chętniej wykorzystywane w przypadku PCB HDI oraz podłoży układów scalonych.

Czym drążyć małe przelotki?

Decyzja o wyborze między laserem CO2, a laserem nanosekundowym lub pikosekundowym ultrafioletowym zależy od średnicy przelotek. Na przykład do drążenia przelotek o średnicy poniżej 20 μm chętniej wykorzystuje się lasery pikosekundowe ultrafi oletowe. Są one co prawda droższe od laserów nanosekundowych UV, ale za to zapewniają lepszą jakość wykonania otworów.

Generalnie najtańsze są lasery CO2. Ten typ laserów zastępuje nanosekundowe, pikosekundowe oraz femtosekundowe lasery półprzewodnikowe w zadaniach cięcia, drążenia, wycinania oraz znakowania wówczas, gdy wymagana jest duża moc, natomiast mniejszą wagę przywiązuje się do uszkodzenia cieplnego materiału oraz grubości cięcia. Możliwości laserów CO2 są jednak ograniczone wtedy, gdy trzeba wyciąć detale o małych rozmiarach.

Chiny zagrażają Niemcom

Na rynku sprzętu laserowego działa kilkudziesięciu producentów, którzy dostarczają urządzenia używane na różnych etapach procesów produkcyjnych w branży półprzewodnikowej w obróbce różnych rodzajów materiałów. Na świecie ogółem takich firm jest ponad trzydzieści. Większość z nich pochodzi z trzech rejonów świata: Azji, Stanów Zjednoczonych oraz Niemiec.

Najbardziej branża laserowa jest rozwinięta właśnie w tym ostatnim kraju. Od jakiegoś czasu jednak producentom niemieckim rośnie konkurencja w postaci producentów z Chin oraz Korei.

Są oni w stanie zaoferować tańszy sprzęt, m.in. dzięki wspieraniu ich działalności przez lokalne rządy. Przykładami takich firm są m.in. Han's Laser oraz Delphi Laser, które zdominowały wciąż rosnący chiński rynek, uzyskując w nim łącznie 100% udział.

Fuzje i przejęcia

Coraz silniejsza konkurencja sprzyja zawieraniu transakcji przejęć i fuzji przez przedsiębiorstwa, które działają na tym rynku. Trend ten dotyczy zwłaszcza producentów laserów i dostawców sprzętu laserowego. Jako przykład można podać dwie firmy: ESI oraz francuską EOLITE.

W 2012 roku pierwsza z nich, amerykańska Electro Scientific Industries, dostawca laserowego sprzętu produkcyjnego dla przemysłu mikrotechnologii, za około 10 mln dol. wykupiła 100% udziałów w EOLITE Systems. Ta ostatnia specjalizuje się z kolei w projektowaniu oraz produkcji laserów światłowodowych.

O jej zakupie przez ESI zadecydował fakt, że na tle konkurencji wyróżniała się w dziedzinie laserów wykorzystujących światłowody fotoniczne (Photonic Crystal Fiber, PCF) z kategorii rod-type. Urządzania te charakteryzują się lepszymi parametrami niż światłowody elastyczne.

Inny przykład to połączenie dwóch amerykańskich producentów laserów i sprzętu laserowego, firm Coherent oraz Rofin. Do tej transakcji doszło w 2016 roku.

Monika Jaworowska