原创车载激光雷达迎来大爆发，陶瓷基板是关键

 2022-11-3 09:48  775 4 4 分类: PCB

车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，其原理都是将三维激光扫描仪加上POS系统装载车上。目的就是为了能在更长，更远的范围内建立DTM模型。

二、激光雷达的分类：

由于当前激光雷达技术方案的分歧点在于扫描方式，所以通常按照扫描方式来分，可以分为：械旋转激光雷达，混合固态激光雷达和全固态激光雷达。

1. 机械激光雷达，是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动，也就是通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光，形成多个面，达到动态扫描并动态接收信息的目的。

2. 微转镜激光雷达（混合固态）：转镜类似于机械式，保持收发模块不动，通过电机带动转镜运动，将激光反射到不同的方向实现一定范围内激光的扫描。

3. 固态激光雷达主要是依靠波的反射或接收来探测目标的特性，实际源自红外焦平面成像仪，焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

三、激光雷达的组成

激光雷达的组成：由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。其中激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

四、激光发射器的组成

激光器由激光工作介质、激励源和谐振腔组成。那么激光器为何要选用陶瓷基板呢？主要是因为对散热有着特殊要求：VCSEL芯片功率转化效率较低，这就意味着散热肯定有问题，面临热电分离的难题，而陶瓷基板就是为解决热电分离诞生的。陶瓷基板散热性好，介电常数稳定，电气性能稳定。斯利通不同材质的陶瓷基板，包括96%氧化铝、99%氧化铝、氮化铝、氧化锆、氧化铅、碳化硅、氮化硅、ZAT、玻璃、石英、金刚石、蓝宝石陶瓷基等。不同的材料散热性也不一样，比如氧化铝导热率15-35W/m.k，氮化铝导热率≧170W/m.k；介电常数8-10MHz。

五、激光器的生产工艺流程

对半导体激光封装技术中的固晶技术而言，固晶过程中的温度、压力、时间等应力的掌控，对位置、角度、等精度的要求会影响器件性能，若精度、应力控制不佳，会导致半导体芯片稳定性降低。

热沉作为激光器管芯的直接载体，主要解决管芯的散热和电极的连接问题，一般管芯有P、N上下两个不共面电极，热沉上也对应有两个电极。通常是把管芯的下电极焊接在热沉的一个电极上，管芯的上电极则通过一根金丝连接到热沉的另一电极上，然后分别用金丝把热沉电极与外电路连接。

随着输出功率的提高，对激光器散热能力要求也越来越高。如果激光器散热不及时，势必会造成结点温度升高，从而使激光器的阙值电流密度升高，电光转换效率降低，激光波长发生严重温漂，严重影响器件的寿命和可靠性。斯利通陶瓷线路板作为过渡热沉材料具有以下特点：散热性能好、焊接性能好、电导通性能好、稳定性能高。

六、激光器散热原理：

VCSEL运行时会产生较大热量。其一，热量需要通过基板及时散发出去；其次，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。因此，实现高效散热、热电分离及热膨胀系数匹配成为VCSEL元件封装基板选择的重要考量。

一般情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右，激光器时刻保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。但是，半导体激光器的光输出会随电流的增大而增加，很多功率型半导体激光器的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构才能保证激光器的寿命，全新的半导体激光器封装设计理念采用低热阻封装结构及技术，改善热特性。

陶瓷本身的稳定性确保传感器信号不会失真；陶瓷基板与芯片的热膨胀系数匹配，使得产品更加可靠，即使在高温，高震动，含腐蚀性的环境下仍然可以保正信号的高效，灵敏，准确。其高导热、高绝缘、高线路精准度、高表面平整度及热膨胀系数均能与芯片相匹配。

七、车载激光雷达传感器的作用：车载激光雷达传感器在车辆系统中主要有以下几个作用：车辆高精度定位、障碍物识别及目标跟踪、自动泊车系统、车道保持辅助系统、防撞及行人保护、车道偏离预警、自动紧急制动。