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VCSEL激光器为什么要用DPC陶瓷基板

DPC陶瓷基板

VCSEL在3D面部识别、增强现实、汽车舱内传感以及自动驾驶汽车（如激光雷达）和机器视觉等方面有着广阔的应用空间，发展迅速，也是DPC陶瓷基板的热点应用之一。


一、什么是VCSEL激光器？


VCSEL激光器是垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）的简称，是一种以半导体为基础的激光二极管，从其顶面垂直发射高效光束。1977年，日本东京工业大学伊贺健一（Kenichi Iga）教授为首的研究小组首次提出制造垂直腔面发射激光器(VCSEL)的设想，并在1979 年首次实现了 77 K 温度下可脉冲工作的 VCSEL 激光器。
VCSEL的结构

如上图所示，VCSEL 激光器主要由上下的分布布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector，DBR）、中心的发光区结构组成形成。

VCSEL 的应用

与其他类型的激光器相比，VCSEL具有多种优点，包括：

1.  易于制造和集成：VCSEL的制造过程相对简单，可以用标准半导体工艺制造，而且可以与其他电子元件集成在一起，形成高度集成化的系统。
2.  高效率：VCSEL的电-光转换效率高，能够在低功率下实现高光输出，比如用于光通信、光存储等领域。
3.  高速度：VCSEL的速度可以达到数千兆比特每秒（Gbps），适用于高速数据传输。
4.  窄的光束：VCSEL的光束非常窄，能够更好地聚焦和定位，适用于激光雷达、光通信等领域。
5.  长寿命：VCSEL的寿命长，能够在长时间内保持稳定的输出。
6.  低成本：VCSEL的制造成本相对较低，可以大规模生产，适用于大规模应用。

VCSEL在制造成本、功率转换效率、速度、集成度等方面都具有优势，因此在光通信、光存储、激光雷达、生物医学等领域得到了广泛应用。根据Yole研究数据，全球VCSEL市场将从2021年的12亿美元增长到2026年的24亿美元，期间复合年增长率为13.6%。

全球VCSEL市场

二、VCSEL为何要用DPC基板


DPC陶瓷基板具备了高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度及热膨胀系数与芯片匹配、可垂直互连等诸多特性，极大满足了VCSEL的封装要求，在VCSEL的应用方面具有广泛的前景。

1.散热性好


VCSEL的芯片转化效率低导致其存在严重散热问题，DPC基板垂直互连，形成内部独立的导电通道，陶瓷本身既是绝缘体，又能散热，实现热电分离。

2.可靠性高

VCSEL芯片功率密度很高，需要考虑芯片和基板热膨胀失配导致的应力问题，而陶瓷基板具有与VCSEL高匹配的热膨胀系数。此外DPC陶瓷基板可实现金属边框与陶瓷基板的一体成型，紧密结合，避免了后期组装过程中额外的粘贴工序、配位精度等问题，以及胶水老化带来的可靠性问题。

3.垂直互连

VCSEL封装需要把透镜架设到芯片上方，即基板是需要做成三维腔室，DPC基板具有高可靠垂直互连的优势适用于垂直共晶焊接。


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