VCSEL má široký aplikačný priestor a rýchly vývoj v oblasti 3D rozpoznávania tváre, rozšírenej reality, snímania kabíny automobilov, ako aj samoriadiacich áut (napr. LIDAR) a strojového videnia atď. Je to tiež jedna z horúcich aplikácií keramických substrátov DPC.
I. Čo je laser VCSEL?
VCSEL laser je skratka pre Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL), laserová dióda na báze polovodičov, ktorá vyžaruje vysoko účinný lúč svetla vertikálne zo svojho horného povrchu. V roku 1977 výskumná skupina vedená prof. Kenichi Iga z Tokijského inštitútu of Technology prvýkrát navrhol výrobu lasera vyžarujúceho povrch z vertikálnej dutiny (VCSEL). V roku 1977 výskumná skupina vedená profesorom Kenichim Igom na Tokijskom technologickom inštitúte prvýkrát navrhla myšlienku výroby lasera vyžarujúceho povrch z vertikálnej dutiny (VCSEL) a v roku 1979 prvý laser VCSEL, ktorý by bolo možné prevádzkovať pulzne pri teplote 77 °C. K bolo realizované.
Laser VCSEL pozostáva z distribuovaného Braggovho reflektora (DBR) v hornej a spodnej časti a zo štruktúry vyžarujúcej zóny v strede.
VCSEL ponúkajú niekoľko výhod oproti iným typom laserov, vrátane:
1. Jednoduchosť výroby a integrácie: VCSEL sa dajú relatívne jednoducho vyrobiť pomocou štandardných polovodičových procesov a možno ich integrovať s inými elektronickými komponentmi, aby vytvorili vysoko integrované systémy.
2. Vysoká účinnosť: Vysoká účinnosť elektricko-optickej konverzie VCSEL umožňuje dosiahnuť vysoký svetelný výkon pri nízkom výkone, ako napríklad pre optickú komunikáciu, optické ukladanie a iné polia.
3. Vysoká rýchlosť: VCSEL môžu dosiahnuť rýchlosť niekoľkých gigabitov za sekundu (Gbps), vďaka čomu sú vhodné na vysokorýchlostný prenos dát.
4. Úzky lúč: lúč VCSEL je veľmi úzky, umožňuje lepšie zaostrenie a umiestnenie, vhodný pre LIDAR, optickú komunikáciu a iné polia.
5. Dlhá životnosť: VCSEL majú dlhú životnosť a dokážu udržať stabilný výkon po dlhú dobu.
6. Nízke náklady: Relatívne nízke výrobné náklady VCSEL umožňujú hromadnú výrobu a sú vhodné pre aplikácie vo veľkom meradle.
VCSEL má výhody vo výrobných nákladoch, účinnosti konverzie energie, rýchlosti, integrácii atď., Preto sa široko používa v optickej komunikácii, optickom ukladaní, LIDAR, biomedicíne a iných oblastiach. Podľa Yole Research vzrastie globálny trh VCSEL z 1,2 miliardy USD v roku 2021 na 2,4 miliardy USD do roku 2026, pri CAGR 13,6 percenta počas tohto obdobia.
Po druhé, prečo VCSEL so substrátom DPC
Keramický substrát DPC má mnoho charakteristík, ako je vysoká tepelná vodivosť, vysoká izolácia, vysoká presnosť čiary, vysoká rovinnosť povrchu a koeficient tepelnej rozťažnosti zodpovedajúci čipu a môže byť vertikálne prepojený atď., Čo vo veľkej miere spĺňa požiadavky na zapuzdrenie VCSEL a má široké možnosti využitia VCSEL.
1. Dobrý odvod tepla
Účinnosť konverzie čipu VCSEL je nízka, čo vedie k vážnym problémom s rozptylom tepla, vertikálnemu prepojeniu substrátu DPC, vytvoreniu vnútorného nezávislého vodivého kanála, samotná keramika je izolátorom, ale aj odvodom tepla, aby sa dosiahlo termoelektrické oddelenie.
2. Vysoká spoľahlivosť
Hustota výkonu čipu VCSEL je veľmi vysoká, je potrebné zvážiť nesúlad tepelnej rozťažnosti čipu a substrátu spôsobený problémom so stresom a keramický substrát s vysokým koeficientom tepelnej rozťažnosti VCSEL. Okrem toho môže keramický substrát DPC realizovať kovový rám a keramický substrát jednodielneho tvarovania, tesne integrované, čím sa zabráni procesu dodatočného zloženia pasty, presnosti zarovnania a iným problémom, ako aj spoľahlivosti problémov so starnutím lepidla.
3. Vertikálne prepojenie
Balíky VCSEL je potrebné nastaviť až k šošovke nad čipom, to znamená, že substrát musí byť vyrobený do trojrozmernej komory, substrát DPC má vysoko spoľahlivé výhody vertikálneho prepojenia pre vertikálne eutektické zváranie.
