VCSEL verfügt über einen breiten Anwendungsbereich und eine rasante Entwicklung in den Bereichen 3D-Gesichtserkennung, Augmented Reality, Fahrzeuginnenraumerkennung sowie selbstfahrende Autos (z. B. LIDAR) und maschinelles Sehen usw. Es ist auch eine der gefragtesten Anwendungen von DPC-Keramiksubstraten.
I. Was ist ein VCSEL-Laser?
VCSEL-Laser ist die Abkürzung für Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL), eine Laserdiode auf Halbleiterbasis, die einen hocheffizienten Lichtstrahl vertikal von ihrer Oberseite aussendet. Im Jahr 1977 gründete eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Kenichi Iga vom Tokyo Institute of Technology schlug zunächst die Herstellung eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) vor. 1977 schlug eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Kenichi Iga am Tokyo Institute of Technology erstmals die Idee vor, einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) herzustellen, und 1979 den ersten VCSEL-Laser, der bei einer Temperatur von 77 °C gepulst betrieben werden konnte K wurde realisiert.
Der VCSEL-Laser besteht aus einem verteilten Bragg-Reflektor (DBR) oben und unten und einer lichtemittierenden Zonenstruktur in der Mitte.
VCSELs bieten gegenüber anderen Lasertypen mehrere Vorteile, darunter:
1. Einfache Herstellung und Integration: VCSELs lassen sich mit Standard-Halbleiterprozessen relativ einfach herstellen und können mit anderen elektronischen Komponenten zu hochintegrierten Systemen integriert werden.
2. Hoher Wirkungsgrad: Der hohe Wirkungsgrad der elektrisch-optischen Umwandlung von VCSEL ermöglicht die Erzielung einer hohen Lichtleistung bei geringem Stromverbrauch, beispielsweise für die optische Kommunikation, die optische Speicherung und andere Bereiche.
3. Hohe Geschwindigkeit: VCSELs können Geschwindigkeiten von mehreren Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) erreichen und eignen sich daher für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung.
4. Schmaler Strahl: Der Strahl von VCSEL ist sehr schmal, was eine bessere Fokussierung und Positionierung ermöglicht und für LIDAR, optische Kommunikation und andere Bereiche geeignet ist.
5. Lange Lebensdauer: VCSELs haben eine lange Lebensdauer und können über einen langen Zeitraum eine stabile Ausgabe aufrechterhalten.
6. Niedrige Kosten: Die relativ niedrigen Herstellungskosten von VCSEL ermöglichen eine Massenproduktion und eignen sich für Großanwendungen.
VCSEL bietet Vorteile in Bezug auf Herstellungskosten, Leistungsumwandlungseffizienz, Geschwindigkeit, Integration usw. und wird daher häufig in der optischen Kommunikation, der optischen Speicherung, LIDAR, der Biomedizin und anderen Bereichen eingesetzt. Laut Yole Research wird der globale VCSEL-Markt von 1,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 2,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 wachsen, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 13,6 Prozent in diesem Zeitraum.
Zweitens, warum VCSEL mit DPC-Substrat
Das DPC-Keramiksubstrat verfügt über viele Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolierung, hohe Liniengenauigkeit, hohe Oberflächenebenheit und an den Chip angepasster Wärmeausdehnungskoeffizient und kann vertikal miteinander verbunden werden usw., was die Kapselungsanforderungen von VCSELs in hohem Maße erfüllt bietet vielfältige Perspektiven bei der Anwendung von VCSELs.
1. Gute Wärmeableitung
Die Umwandlungseffizienz des VCSEL-Chips ist gering, was zu ernsthaften Problemen bei der Wärmeableitung, der vertikalen Verbindung des DPC-Substrats und der Bildung eines internen unabhängigen leitenden Kanals führt. Die Keramik selbst ist sowohl ein Isolator als auch eine Wärmeableitung, um eine thermoelektrische Trennung zu erreichen.
2. Hohe Zuverlässigkeit
Die Leistungsdichte des VCSEL-Chips ist sehr hoch. Es muss berücksichtigt werden, dass die thermische Ausdehnung von Chip und Substrat aufgrund des Spannungsproblems nicht übereinstimmt, und das Keramiksubstrat weist einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für VCSEL auf. Darüber hinaus kann das DPC-Keramiksubstrat den Metallrahmen und das Keramiksubstrat als einteiliges Formteil realisieren, das eng integriert ist, wodurch der Nachmontageprozess mit zusätzlichem Pastenprozess, Ausrichtungsgenauigkeit und anderen Problemen sowie die Zuverlässigkeit der Kleberalterungsprobleme vermieden werden.
3. Vertikale Verbindung
VCSEL-Pakete müssen an der Linse über dem Chip angebracht werden, das heißt, das Substrat muss in eine dreidimensionale Kammer umgewandelt werden, und das DPC-Substrat bietet hochzuverlässige vertikale Verbindungsvorteile für vertikales eutektisches Schweißen.
