VCSEL má široký aplikační prostor a rychlý vývoj v oblasti 3D rozpoznávání obličeje, rozšířené reality, snímání kabiny automobilů i samořídících automobilů (např. LIDAR) a strojového vidění atd. Je to také jedna z horkých aplikací keramických substrátů DPC.
I. Co je laser VCSEL?
VCSEL laser je zkratka Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL), laserová dioda na bázi polovodičů, která vysílá vysoce účinný paprsek světla vertikálně ze svého horního povrchu. V roce 1977 výzkumná skupina vedená prof. Kenichi Iga z Tokijského institutu of Technology nejprve navrhla výrobu laseru emitujícího povrch s vertikální dutinou (VCSEL). V roce 1977 výzkumná skupina vedená profesorem Kenichim Igou z Tokijského technologického institutu poprvé navrhla myšlenku výroby laseru vyzařujícího povrch s vertikální dutinou (VCSEL) a v roce 1979 první laser VCSEL, který by mohl pracovat pulzně při teplotě 77 °C. K bylo realizováno.
Laser VCSEL se skládá z distribuovaného Braggova reflektoru (DBR) nahoře a dole a struktury zóny vyzařující světlo ve středu.
VCSEL nabízí několik výhod oproti jiným typům laserů, včetně:
1. Snadná výroba a integrace: VCSEL se poměrně snadno vyrábí pomocí standardních polovodičových procesů a lze je integrovat s jinými elektronickými součástkami a vytvářet vysoce integrované systémy.
2. Vysoká účinnost: Vysoká účinnost elektro-optické konverze VCSEL umožňuje dosáhnout vysokého světelného výkonu při nízké spotřebě, jako například pro optickou komunikaci, optické úložiště a další pole.
3. Vysoká rychlost: VCSEL mohou dosahovat rychlosti několika gigabitů za sekundu (Gbps), díky čemuž jsou vhodné pro vysokorychlostní přenos dat.
4. Úzký paprsek: Paprsek VCSEL je velmi úzký, umožňuje lepší zaostření a umístění, vhodný pro LIDAR, optické komunikace a další pole.
5. Dlouhá životnost: VCSEL mají dlouhou životnost a mohou si udržet stabilní výkon po dlouhou dobu.
6. Nízké náklady: Relativně nízké výrobní náklady VCSEL umožňují hromadnou výrobu a jsou vhodné pro aplikace ve velkém měřítku.
VCSEL má výhody ve výrobních nákladech, účinnosti konverze energie, rychlosti, integraci atd., takže je široce používán v optických komunikacích, optických úložištích, LIDAR, biomedicíně a dalších oborech. Podle Yole Research poroste globální trh VCSEL z 1,2 miliardy USD v roce 2021 na 2,4 miliardy USD do roku 2026, při CAGR 13,6 procenta během tohoto období.
Za druhé, proč VCSEL s DPC substrátem
Keramický substrát DPC má mnoho vlastností, jako je vysoká tepelná vodivost, vysoká izolace, vysoká přesnost čar, vysoká rovinnost povrchu a koeficient tepelné roztažnosti odpovídající čipu a může být vertikálně propojen atd., což značně splňuje požadavky na zapouzdření VCSEL a má širokou škálu vyhlídek v aplikaci VCSEL.
1. Dobrý odvod tepla
Účinnost konverze čipu VCSEL je nízká, což vede k vážným problémům s odvodem tepla, vertikálním propojením substrátu DPC, vytvořením vnitřního nezávislého vodivého kanálu, samotná keramika je izolátorem, ale také odvodem tepla, aby se dosáhlo termoelektrického oddělení.
2. Vysoká spolehlivost
Hustota výkonu čipu VCSEL je velmi vysoká, je třeba vzít v úvahu nesoulad tepelné roztažnosti čipu a substrátu způsobený problémem namáhání a keramický substrát s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti VCSEL. Kromě toho může keramický substrát DPC realizovat kovový rám a keramický substrát jednodílného lisování, těsně integrované, čímž se vyhne procesu dodatečné montáže dodatečného procesu pasty, přesnosti vyrovnání a dalším problémům, stejně jako spolehlivost problémů se stárnutím lepidla.
3. Vertikální propojení
Pouzdra VCSEL je třeba nastavit až k čočce nad čipem, to znamená, že substrát musí být vytvořen do trojrozměrné komory, substrát DPC má vysoce spolehlivé výhody vertikálního propojení pro vertikální eutektické svařování.
