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VCSEL激光器為什么要用DPC陶瓷基板

DPC陶瓷基板

VCSEL在3D面部識別、增強現(xiàn)實、汽車艙內傳感以及自動駕駛汽車（如激光雷達）和機器視覺等方面有著廣闊的應用空間，發(fā)展迅速，也是DPC陶瓷基板的熱點應用之一。


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）的簡稱，是一種以半導體為基礎的激光二極管，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)的設想，并在1979 年首次實現(xiàn)了 77 K 溫度下可脈沖工作的 VCSEL 激光器。
VCSEL的結構

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)結構組成形成。

VCSEL 的應用

與其他類型的激光器相比，VCSEL具有多種優(yōu)點，包括：

1.  易于制造和集成：VCSEL的制造過程相對簡單，可以用標準半導體工藝制造，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-光轉換效率高，能夠在低功率下實現(xiàn)高光輸出，比如用于光通信、光存儲等領域。
3.  高速度：VCSEL的速度可以達到數(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、光通信等領域。
5.  長壽命：VCSEL的壽命長，能夠在長時間內保持穩(wěn)定的輸出。
6.  低成本：VCSEL的制造成本相對較低，可以大規(guī)模生產(chǎn)，適用于大規(guī)模應用。

VCSEL在制造成本、功率轉換效率、速度、集成度等方面都具有優(yōu)勢，因此在光通信、光存儲、激光雷達、生物醫(yī)學等領域得到了廣泛應用。根據(jù)Yole研究數(shù)據(jù)，全球VCSEL市場將從2021年的12億美元增長到2026年的24億美元，期間復合年增長率為13.6%。

全球VCSEL市場

二、VCSEL為何要用DPC基板


DPC陶瓷基板具備了高導熱、高絕緣、高線路精準度、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的應用方面具有廣泛的前景。

1.散熱性好


VCSEL的芯片轉化效率低導致其存在嚴重散熱問題，DPC基板垂直互連，形成內部獨立的導電通道，陶瓷本身既是絕緣體，又能散熱，實現(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致的應力問題，而陶瓷基板具有與VCSEL高匹配的熱膨脹系數(shù)。此外DPC陶瓷基板可實現(xiàn)金屬邊框與陶瓷基板的一體成型，緊密結合，避免了后期組裝過程中額外的粘貼工序、配位精度等問題，以及膠水老化帶來的可靠性問題。

3.垂直互連

VCSEL封裝需要把透鏡架設到芯片上方，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)勢適用于垂直共晶焊接。


深圳市金瑞欣特種電路技術有限公司

金瑞欣——專業(yè)的陶瓷電路板制造商

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