以高功率输出助力AI芯片载板与先进封装
以AI服务器为核心的数据中心投资持续扩大，正在推动全球高端PCB需求增长。尤其在中国，AI基础设施投资与供应链国产化、自主化同步推进，高阶多层板和封装基板的量产需求迅速增加。在这一背景下，基板制造商不仅需要具备形成更精细线路的技术，还需要拥有在产品迭代过程中，将不断升级的新产品快速导入量产的开发能力，以及保证量产线稳定生产量的能力。
为满足这些需求，LDI（激光直接成像）曝光技术的重要性日益提升。本文首先梳理LDI光源模块在“小型化、高输出功率、长寿命”方面面临的课题，并介绍新唐科技（Nuvoton，以下简称“新唐科技”）的小型高功率402 nm紫色半导体激光器“KLC435FS01WW”可为LDI带来的价值。
01 LDI曝光在高端PCB制造中的重要性日益提升
传统PCB曝光主要采用以电路图形原版——光掩模进行曝光的方式。然而，每次设计变更都需要重新制作掩模，对于多品种、小批量生产以及开发周期较短的产品而言，成本和交期负担较大。尤其是高端PCB多为高阶多层产品，需要逐层重复曝光，工序数量随之增加。每一层都需要相应的掩模，除了针对层数的掩模，在产品迭代迅速的领域，会进一步增加生产负担。
LDI（激光直接成像）曝光为上述课题提供了解决方案。该技术无需掩模，而是根据设计数据直接绘制图形；设计变更时，仅需替换数据即可应对。但要在量产中充分发挥优势，必须同时实现稳定绘制精细图形的性能与高生产效率。
决定两者能否兼顾的关键，是安装在曝光头中的半导体激光光源。光源的输出功率、尺寸和寿命与设备的生产效率、设计自由度及维护周期密切相关。下一节将梳理LDI光源模块所需的“小型、高功率、长寿命”特性。
02 单颗半导体激光器性能是LDI光源模块的基础
LDI设备的曝光头内集成了提供曝光所需光能的光源模块。由于单颗半导体激光器难以达到所需光量，模块内部通常将多颗半导体激光器的光束合束，以获得更大的总光量。换言之，支撑LDI性能的起点，是合束前每一颗半导体激光器的性能。其中，单颗器件的光输出功率是影响模块结构和生产效率的重要因素。
此外，曝光头内部空间有限。要在有限区域内配置光学系统、驱动电路和散热机构，半导体激光器本身也必须实现小型化。对于量产线使用的LDI设备，长期稳定运行同样十分重要。因此，能够同时满足小型、高功率和长寿命要求的半导体激光器，正是LDI光源模块的核心器件。下一节将介绍满足这些要求的新唐科技“KLC435FS01WW”。
03 采用小型封装实现高输出功率的402 nm紫色半导体激光器
新唐科技“KLC435FS01WW”在保持Φ5.6 mm TO-56 CAN小型封装的同时，大幅提升了相较上一代产品的光输出功率。该产品是一款402 nm紫色半导体激光器，与上一代产品“KLC433FS01WW”的主要差异如下。
其关键在于：封装尺寸保持不变，光输出功率提高约40%。在同样的小型封装内获得更高光量，是本产品的重要特点。
本产品以小型封装实现高输出功率，可拓展下一节所述的LDI光源设计选项。
04 高功率化为LDI光源设计带来的两种选择
上一节所述约40%的输出功率提升，为LDI光源模块设计带来两种主要选择。具体选择取决于模块的设计目标。
选择A的优势在于：减少半导体激光器数量后，与每颗器件配套的光学部件、布线和位置调整工作也会相应减少，适合希望使模块更小型、更易于装配和使用的场景。
选择B则将增加的输出功率直接用于提升模块总光量，适合希望通过提高曝光速度等方式进一步提升生产效率的场景。
上述两种方案的实际效果，均会受到光学耦合效率、散热设计、驱动条件、感光材料以及设备端光学系统等因素影响。整机生产效率并非仅由光源决定，但单颗半导体激光器的高功率化无疑可以为客户的产品设计提供更多选择。
05 小型封装为安装设计拓展空间
本产品采用半导体激光器领域广泛使用的Φ5.6 mm TO-56 CAN封装。这是一种直径5.6 mm的小型CAN封装。对于LDI光源模块等需要在有限空间内集成多颗半导体激光器的应用，该封装形态便于开展安装设计评估。
在LDI光源模块中，半导体激光器的固定机构、散热部件、光学布局和驱动电路等均与光源设计密切相关。采用广泛使用的封装形态，可以使用户在充分利用现有治工具、散热结构和光学布局等设计资源的同时，评估提升光输出功率或缩小模块尺寸的可能性。
另一方面，在采用高功率半导体激光器时，不能仅凭是否可直接替换现有器件来作出判断。随着输出功率提高，发热和驱动条件也会发生变化，因此需要在接近实际设备运行的条件下，对散热、驱动等项目进行确认。
06 长寿命助力量产线稳定运行
LDI设备需要在量产线上长期稳定运行。如果光源劣化导致更换频率上升，不仅会增加部件成本，还会影响设备停机时间、维护作业和生产计划。因此，作为光源的半导体激光器除了具备高输出功率外，还必须能够长期保持稳定的光输出。
然而，半导体激光器的输出功率越高，发热以及光学端面承受的负荷通常越大。要在小型封装中兼顾高功率和长寿命，仅提高驱动条件并不足够，还需要对芯片内部光学损耗、散热设计以及光学端面结构进行综合设计。
KLC435FS01WW采用自主研发的芯片设计与散热技术，并配备可承受强激光的光学端面结构，从而兼顾小型化、高输出功率与长寿命。长寿命光源有助于提高模块的可维护性，并支持量产线稳定运行。
07 以小型、高功率、长寿命紫色半导体激光器推动LDI光源设计升级
LDI光源模块需要同时满足小型、高功率和长寿命要求的半导体激光器。在单颗光源中提升这三项性能，是支撑量产线生产效率和稳定运行的基础。
新唐科技402 nm紫色半导体激光器“KLC435FS01WW”在保持小型封装的同时实现了高光输出功率。通过提升单颗激光器的性能，该产品可成为评估LDI光源模块小型化、高功率化和长寿命化时的重要选择。
评估导入本产品时，建议在接近实际设备运行的条件下确认以下项目。
如您正在评估提升LDI光源模块的输出功率、缩小尺寸或改善可维护性，欢迎通过以下新唐科技产品页面了解详细规格及评估样品的相关信息。
▶商品详情请访问：
https://www.nuvoton.com.cn/products/laser-diodes/semiconductor-laser/
转载请注明出处。
相关文章
热门资讯
精彩导读
关注我们
