以高功率輸出助力AI芯片載板與(yu) 先進封裝
以AI服務器為(wei) 核心的數據中心投資持續擴大,正在推動全球高端PCB需求增長。尤其在中國,AI基礎設施投資與(yu) 供應鏈國產(chan) 化、自主化同步推進,高階多層板和封裝基板的量產(chan) 需求迅速增加。在這一背景下,基板製造商不僅(jin) 需要具備形成更精細線路的技術,還需要擁有在產(chan) 品迭代過程中,將不斷升級的新產(chan) 品快速導入量產(chan) 的開發能力,以及保證量產(chan) 線穩定生產(chan) 量的能力。
為(wei) 滿足這些需求,LDI(激光直接成像)曝光技術的重要性日益提升。本文首先梳理LDI光源模塊在“小型化、高輸出功率、長壽命”方麵麵臨(lin) 的課題,並介紹新唐科技(Nuvoton,以下簡稱“新唐科技”)的小型高功率402 nm紫色半導體(ti) 激光器“KLC435FS01WW”可為(wei) LDI帶來的價(jia) 值。
01 LDI曝光在高端PCB製造中的重要性日益提升
傳(chuan) 統PCB曝光主要采用以電路圖形原版——光掩模進行曝光的方式。然而,每次設計變更都需要重新製作掩模,對於(yu) 多品種、小批量生產(chan) 以及開發周期較短的產(chan) 品而言,成本和交期負擔較大。尤其是高端PCB多為(wei) 高階多層產(chan) 品,需要逐層重複曝光,工序數量隨之增加。每一層都需要相應的掩模,除了針對層數的掩模,在產(chan) 品迭代迅速的領域,會(hui) 進一步增加生產(chan) 負擔。
LDI(激光直接成像)曝光為(wei) 上述課題提供了解決(jue) 方案。該技術無需掩模,而是根據設計數據直接繪製圖形;設計變更時,僅(jin) 需替換數據即可應對。但要在量產(chan) 中充分發揮優(you) 勢,必須同時實現穩定繪製精細圖形的性能與(yu) 高生產(chan) 效率。
決(jue) 定兩(liang) 者能否兼顧的關(guan) 鍵,是安裝在曝光頭中的半導體(ti) 激光光源。光源的輸出功率、尺寸和壽命與(yu) 設備的生產(chan) 效率、設計自由度及維護周期密切相關(guan) 。下一節將梳理LDI光源模塊所需的“小型、高功率、長壽命”特性。
02 單顆半導體(ti) 激光器性能是LDI光源模塊的基礎
LDI設備的曝光頭內(nei) 集成了提供曝光所需光能的光源模塊。由於(yu) 單顆半導體(ti) 激光器難以達到所需光量,模塊內(nei) 部通常將多顆半導體(ti) 激光器的光束合束,以獲得更大的總光量。換言之,支撐LDI性能的起點,是合束前每一顆半導體(ti) 激光器的性能。其中,單顆器件的光輸出功率是影響模塊結構和生產(chan) 效率的重要因素。
此外,曝光頭內(nei) 部空間有限。要在有限區域內(nei) 配置光學係統、驅動電路和散熱機構,半導體(ti) 激光器本身也必須實現小型化。對於(yu) 量產(chan) 線使用的LDI設備,長期穩定運行同樣十分重要。因此,能夠同時滿足小型、高功率和長壽命要求的半導體(ti) 激光器,正是LDI光源模塊的核心器件。下一節將介紹滿足這些要求的新唐科技“KLC435FS01WW”。
03 采用小型封裝實現高輸出功率的402 nm紫色半導體(ti) 激光器
新唐科技“KLC435FS01WW”在保持Φ5.6 mm TO-56 CAN小型封裝的同時,大幅提升了相較上一代產(chan) 品的光輸出功率。該產(chan) 品是一款402 nm紫色半導體(ti) 激光器,與(yu) 上一代產(chan) 品“KLC433FS01WW”的主要差異如下。
其關(guan) 鍵在於(yu) :封裝尺寸保持不變,光輸出功率提高約40%。在同樣的小型封裝內(nei) 獲得更高光量,是本產(chan) 品的重要特點。
本產(chan) 品以小型封裝實現高輸出功率,可拓展下一節所述的LDI光源設計選項。
04 高功率化為(wei) LDI光源設計帶來的兩(liang) 種選擇
上一節所述約40%的輸出功率提升,為(wei) LDI光源模塊設計帶來兩(liang) 種主要選擇。具體(ti) 選擇取決(jue) 於(yu) 模塊的設計目標。
選擇A的優(you) 勢在於(yu) :減少半導體(ti) 激光器數量後,與(yu) 每顆器件配套的光學部件、布線和位置調整工作也會(hui) 相應減少,適合希望使模塊更小型、更易於(yu) 裝配和使用的場景。
選擇B則將增加的輸出功率直接用於(yu) 提升模塊總光量,適合希望通過提高曝光速度等方式進一步提升生產(chan) 效率的場景。
上述兩(liang) 種方案的實際效果,均會(hui) 受到光學耦合效率、散熱設計、驅動條件、感光材料以及設備端光學係統等因素影響。整機生產(chan) 效率並非僅(jin) 由光源決(jue) 定,但單顆半導體(ti) 激光器的高功率化無疑可以為(wei) 客戶的產(chan) 品設計提供更多選擇。
05 小型封裝為(wei) 安裝設計拓展空間
本產(chan) 品采用半導體(ti) 激光器領域廣泛使用的Φ5.6 mm TO-56 CAN封裝。這是一種直徑5.6 mm的小型CAN封裝。對於(yu) LDI光源模塊等需要在有限空間內(nei) 集成多顆半導體(ti) 激光器的應用,該封裝形態便於(yu) 開展安裝設計評估。
在LDI光源模塊中,半導體(ti) 激光器的固定機構、散熱部件、光學布局和驅動電路等均與(yu) 光源設計密切相關(guan) 。采用廣泛使用的封裝形態,可以使用戶在充分利用現有治工具、散熱結構和光學布局等設計資源的同時,評估提升光輸出功率或縮小模塊尺寸的可能性。
另一方麵,在采用高功率半導體(ti) 激光器時,不能僅(jin) 憑是否可直接替換現有器件來作出判斷。隨著輸出功率提高,發熱和驅動條件也會(hui) 發生變化,因此需要在接近實際設備運行的條件下,對散熱、驅動等項目進行確認。
06 長壽命助力量產(chan) 線穩定運行
LDI設備需要在量產(chan) 線上長期穩定運行。如果光源劣化導致更換頻率上升,不僅(jin) 會(hui) 增加部件成本,還會(hui) 影響設備停機時間、維護作業(ye) 和生產(chan) 計劃。因此,作為(wei) 光源的半導體(ti) 激光器除了具備高輸出功率外,還必須能夠長期保持穩定的光輸出。
然而,半導體(ti) 激光器的輸出功率越高,發熱以及光學端麵承受的負荷通常越大。要在小型封裝中兼顧高功率和長壽命,僅(jin) 提高驅動條件並不足夠,還需要對芯片內(nei) 部光學損耗、散熱設計以及光學端麵結構進行綜合設計。
KLC435FS01WW采用自主研發的芯片設計與(yu) 散熱技術,並配備可承受強激光的光學端麵結構,從(cong) 而兼顧小型化、高輸出功率與(yu) 長壽命。長壽命光源有助於(yu) 提高模塊的可維護性,並支持量產(chan) 線穩定運行。
07 以小型、高功率、長壽命紫色半導體(ti) 激光器推動LDI光源設計升級
LDI光源模塊需要同時滿足小型、高功率和長壽命要求的半導體(ti) 激光器。在單顆光源中提升這三項性能,是支撐量產(chan) 線生產(chan) 效率和穩定運行的基礎。
新唐科技402 nm紫色半導體(ti) 激光器“KLC435FS01WW”在保持小型封裝的同時實現了高光輸出功率。通過提升單顆激光器的性能,該產(chan) 品可成為(wei) 評估LDI光源模塊小型化、高功率化和長壽命化時的重要選擇。
評估導入本產(chan) 品時,建議在接近實際設備運行的條件下確認以下項目。
如您正在評估提升LDI光源模塊的輸出功率、縮小尺寸或改善可維護性,歡迎通過以下新唐科技產(chan) 品頁麵了解詳細規格及評估樣品的相關(guan) 信息。
▶商品詳情請訪問:
https://www.nuvoton.com.cn/products/laser-diodes/semiconductor-laser/
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