原创 陶瓷线路板和VCSEL的“互相成就”

随着苹果带火了3D感测成像技术，作为技术核心的VCSEL部分，大家对它的关注度也是水涨船高。VCSEL到底有何魅力，能让市场趋之若鹜？也许通过这篇文章，我们可以管中窥豹。

   一、VCSSEL在光射领域的优势

VCSEL主要有两种，一种用在光通讯领域，波长主要为850 nm，另一种用在消费电子领域，波长主要为940 nm。苹果带火的VCSEL，是消费电子的3D成像领域，主要用于人脸识别，一般常用3D结构光方案和ToF方案。而用于光通信系统和3D成像模块的红外光源可以分为三大类：1、发光二极管LED；2、边发射激光器EEL；3、垂直腔面发射激光器VCSEL。

那为什么苹果最后选择了VCSEL？原因如下：用红外LED作为光源，虽然成本低，但LED没有谐振腔，光束发散，必须输入更多的功率以克服损失，所以其功耗较高。此外，LED不能快速调制，限制了其分辨率。相比于红外LED和EEL，VCSEL的出射光更集中、光斑更对称，同时在温度漂移和腔面反射率上也更占优势。

为什么在激光雷达应用中，VCSEL也收到如此大的青睐呢？

激光光源是车载激光雷达的核心器件之一。目前常见的几种光源主要包括边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、固体激光器以及光纤激光器等。

 激光光源的选择需综合考虑实际应用环境、激光雷达技术方案、性能需求以及成本需求，需要多种类型的激光光源来适应不同的道路环境。

边发射激光器(EEL)边缘发射激光器具有高功率密度和高脉冲峰值功率，非常适合使用APD探测器的激光雷达系统。VCSEL 具有很高的吸引力，因为它有可能将2D发射器阵列和2D SPAD探测器阵列组合成一个没有运动部件的激光雷达系统。光纤激光器输出功率高、光束质量好、速度快，是高性能系统的理想选择，但其复杂性显著增加。

综上，各波长各有优劣，需结合激光雷达的系统设计从而选择合适的波长。根据不同的驾驶环境需要，边发射型半导体激光器，VCSEL激光器，固体激光器，光纤激光器都有各自的用武之地。

二、陶瓷基板在VCSEL芯片的优势

VCSEL运行时会产生较大热量。一个是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，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等诸多特性，在3D感测、人脸识别、移动照明等各领域中迅速占据了重要地位。

斯利通公司通过选用氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆、ZAT、蓝宝石等不同材料的陶瓷基板进行加工，不仅具有陶瓷线路板的特性，还可以按照客户的实际要求进行定制。比如客户对电频信号损耗要求很高的产品需要用到介电常数更低的材料二氧化硅线路板。

 VCSEL的固态激光雷达，为汽车领域应用激光雷达。VCSE芯片功率转化效率低，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。从拆解图片来看，VCSEL芯片安装在一块氮化铝原料的DPC陶瓷基板上，氮化铝基板又贴装于一个HTCC陶瓷基座底部。