VCSEL激光器為什么要用DPC陶瓷基板

DPC陶瓷基板

VCSEL在3D面部識(shí)別、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、汽車艙內(nèi)傳感以及自動(dòng)駕駛汽車（如激光雷達(dá)）和機(jī)器視覺(jué)等方面有著廣闊的應(yīng)用空間，發(fā)展迅速，也是DPC陶瓷基板的熱點(diǎn)應(yīng)用之一。

一、什么是VCSEL激光器？

VCSEL激光器是垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）的簡(jiǎn)稱，是一種以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的激光二極管，從其頂面垂直發(fā)射高效光束。1977年，日本東京工業(yè)大學(xué)伊賀健一（Kenichi Iga）教授為首的研究小組首次提出制造垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的設(shè)想，并在1979 年首次實(shí)現(xiàn)了 77 K 溫度下可脈沖工作的 VCSEL 激光器。

如上圖所示，VCSEL 激光器主要由上下的分布布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR）、中心的發(fā)光區(qū)結(jié)構(gòu)組成形成。

VCSEL 的應(yīng)用

與其他類型的激光器相比，VCSEL具有多種優(yōu)點(diǎn)，包括：

1. 易于制造和集成：VCSEL的制造過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，可以用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝制造，而且可以與其他電子元件集成在一起，形成高度集成化的系統(tǒng)。

2. 高效率：VCSEL的電-光轉(zhuǎn)換效率高，能夠在低功率下實(shí)現(xiàn)高光輸出，比如用于光通信、光存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

3. 高速度：VCSEL的速度可以達(dá)到數(shù)千兆比特每秒（Gbps），適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。

4. 窄的光束：VCSEL的光束非常窄，能夠更好地聚焦和定位，適用于激光雷達(dá)、光通信等領(lǐng)域。

5. 長(zhǎng)壽命：VCSEL的壽命長(zhǎng)，能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的輸出。

6. 低成本：VCSEL的制造成本相對(duì)較低，可以大規(guī)模生產(chǎn)，適用于大規(guī)模應(yīng)用。

VCSEL在制造成本、功率轉(zhuǎn)換效率、速度、集成度等方面都具有優(yōu)勢(shì)，因此在光通信、光存儲(chǔ)、激光雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)Yole研究數(shù)據(jù)，全球VCSEL市場(chǎng)將從2021年的12億美元增長(zhǎng)到2026年的24億美元，期間復(fù)合年增長(zhǎng)率為13.6%。

全球VCSEL市場(chǎng)

二、VCSEL為何要用DPC基板

DPC陶瓷基板具備了高導(dǎo)熱、高絕緣、高線路精準(zhǔn)度、高表面平整度及熱膨脹系數(shù)與芯片匹配、可垂直互連等諸多特性，極大滿足了VCSEL的封裝要求，在VCSEL的應(yīng)用方面具有廣泛的前景。

1.散熱性好

VCSEL的芯片轉(zhuǎn)化效率低導(dǎo)致其存在嚴(yán)重散熱問(wèn)題，DPC基板垂直互連，形成內(nèi)部獨(dú)立的導(dǎo)電通道，陶瓷本身既是絕緣體，又能散熱，實(shí)現(xiàn)熱電分離。

2.可靠性高

VCSEL芯片功率密度很高，需要考慮芯片和基板熱膨脹失配導(dǎo)致的應(yīng)力問(wèn)題，而陶瓷基板具有與VCSEL高匹配的熱膨脹系數(shù)。此外DPC陶瓷基板可實(shí)現(xiàn)金屬邊框與陶瓷基板的一體成型，緊密結(jié)合，避免了后期組裝過(guò)程中額外的粘貼工序、配位精度等問(wèn)題，以及膠水老化帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。

3.垂直互連

VCSEL封裝需要把透鏡架設(shè)到芯片上方，即基板是需要做成三維腔室，DPC基板具有高可靠垂直互連的優(yōu)勢(shì)適用于垂直共晶焊接。

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