打通“芯片+封裝+光學(xué)集成”，瑞識(shí)科技發(fā)布全系列高性能VCSEL 產(chǎn)品

　　2017年，iPhone X的亮相讓提供人臉解鎖的3D感測(cè)技術(shù)成為行業(yè)熱門，也讓3D感測(cè)模塊中的核心半導(dǎo)體激光器VCSEL屢被業(yè)界提及。而就在近日，有行業(yè)專家在關(guān)于2020年新款iPhone的產(chǎn)品趨勢(shì)預(yù)測(cè)中再次表示，預(yù)期2020年下半年iPhone的3款新機(jī)都將配備前置3D攝像頭，當(dāng)中2款新機(jī)會(huì)配備后置ToF，同時(shí)配備前后VCSEL。

　　該位專家同時(shí)還預(yù)測(cè)稱， 包括iPhone在內(nèi)，配備前后VCSEL的手機(jī)出貨量，將在2020年顯著增長(zhǎng)450%-500%，數(shù)量將增至7500萬(wàn)到8000萬(wàn)臺(tái)。

　　另?yè)?jù)集邦咨詢 LED研究中心(LED inside)最新紅外線感測(cè)市場(chǎng)報(bào)告指出，在2019年智能手機(jī)整體出貨預(yù)估衰退的情況下，手機(jī)品牌廠商針對(duì)下半年旗艦機(jī)祭出規(guī)格競(jìng)賽，3D感測(cè)模組成為其中一項(xiàng)重要配備，并將VCSEL作為其在未來(lái)機(jī)型中的官方標(biāo)配。受此趨勢(shì)帶動(dòng)，預(yù)估2019年手機(jī)3D感測(cè)中的VCSEL 市場(chǎng)產(chǎn)值有望增長(zhǎng)至11.39億美元。

　　隨著VCSEL技術(shù)的成熟，以其作為核心元件的光學(xué)感測(cè)技術(shù)進(jìn)入了行業(yè)級(jí)應(yīng)用，同時(shí)已在激光打印機(jī)、光學(xué)鼠標(biāo)、汽車激光雷達(dá)(LiDAR)、輔助駕駛、氣體傳感器、活體檢測(cè)、虹膜識(shí)別、AR/VR、機(jī)器人視覺(jué)、醫(yī)療美容等領(lǐng)域得以初探，涉及行業(yè)上下游紛紛受益。有投資機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，VCSEL市場(chǎng)有望從2017年的3.3億美元增至2023年的35億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率48%。

　　實(shí)際上，盡管VCSEL的商業(yè)機(jī)會(huì)被各界一致看好，但國(guó)內(nèi)能量產(chǎn)VCSEL的非常鮮有。該技術(shù)瓶頸較高，對(duì)芯片設(shè)計(jì)能力需求很高，同時(shí)受限于高昂成本、專利壁壘等因素，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)VCSEL發(fā)展速度遠(yuǎn)不及預(yù)期。部分國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)廠家雖有涉足，但技術(shù)實(shí)力相對(duì)落后，良品率和可靠性不足，因而難以擺脫對(duì)國(guó)外成熟供應(yīng)商的依賴。另外，在更多實(shí)際的應(yīng)用中，客戶需要的是簡(jiǎn)單易用、光電熱整體優(yōu)化好的光源方案(封裝好的光芯片，并裝配好光學(xué)透鏡)，而不是單獨(dú)的VCSEL光芯片。目前能提供完整光源方案的公司極少，很大程度上限制了VCSEL技術(shù)在應(yīng)用端的滲透速度。

　　而就在近日，專注于半導(dǎo)體光學(xué)領(lǐng)域的瑞識(shí)科技，重磅發(fā)布了自主研發(fā)的全系列高性能VCSEL 產(chǎn)品，有望大幅提升VCSEL技術(shù)的易用性，加速VCSEL在多種應(yīng)用領(lǐng)域的滲入。瑞識(shí)科技已打通“芯片+封裝+光學(xué)集成“的全鏈條，掌握完全自主的芯片設(shè)計(jì)和光學(xué)整合優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，擁有國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)明專利幾十項(xiàng)。2018年底，瑞識(shí)科技曾首次發(fā)布”高芯占比“的VCSEL ToF模組，同時(shí)依托團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)“1.5次光學(xué)集成技術(shù)”，開(kāi)發(fā)了專門針對(duì)3D傳感應(yīng)用的FRay系列LED泛光源產(chǎn)品。

　　據(jù)了解，瑞識(shí)此次發(fā)布的VCSEL光源模組產(chǎn)品主要分為兩大系列，配備Diffuser元件封裝的TRay系列產(chǎn)品和VCSEL芯片直接封裝的VRay系列產(chǎn)品 (圖1)。產(chǎn)品的光功率覆蓋了從5mW到5W，波長(zhǎng)規(guī)格除了850nm和940nm，同時(shí)還配置了808nm和795nm兩種規(guī)格供客戶選用。產(chǎn)品尺寸均與目前業(yè)內(nèi)通用尺寸pin to pin，產(chǎn)品適用性強(qiáng)。同時(shí)，產(chǎn)品的發(fā)光角度也有多種規(guī)格，可以滿足大部分客戶應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

　　圖1：瑞識(shí)VCSEL產(chǎn)品矩陣

　　除了規(guī)格齊全，瑞識(shí)VCSEL光源模組產(chǎn)品在性能和可靠性方面均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。據(jù)瑞識(shí)科技產(chǎn)品負(fù)責(zé)人透露，瑞識(shí)量產(chǎn)的VCSEL芯片的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過(guò)45%，封裝后的光源產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)40%。在產(chǎn)品可靠性方面，瑞識(shí)科技充分考慮了熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用高導(dǎo)熱率的氮化鋁陶瓷基板，并在封裝工藝上針對(duì)VCSEL高熱密度特征進(jìn)行了優(yōu)化，能保證芯片熱量高效率導(dǎo)出，提升產(chǎn)品的長(zhǎng)期工作可靠性。同時(shí)，由于瑞識(shí)產(chǎn)品采用的基板均為一體式支架，支架和底部陶瓷基板一體成型，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，杜絕了支架和底部陶瓷基板剝離的風(fēng)險(xiǎn)。

　圖2. 瑞識(shí)VCSEL產(chǎn)品實(shí)物圖：TRay(左)，VRay Lens (中)、VRay Flat (右)

　　值得一提的是，瑞識(shí)此次發(fā)布的系列VCSEL光源產(chǎn)品中所采用的核心元器件 - VCSEL芯片，是由該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)生產(chǎn)、擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品。瑞識(shí)科技已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)全系列VCSEL芯片產(chǎn)品。產(chǎn)品系列涵蓋了不同波長(zhǎng)，包括850nm、940nm, 光功率從幾毫瓦到數(shù)瓦(見(jiàn)圖3)，應(yīng)用場(chǎng)景從3D結(jié)構(gòu)光到接近傳感、紅外泛光源以及3D ToF感應(yīng)。

　　圖3：瑞識(shí)VCSEL芯片產(chǎn)品系列實(shí)物圖

　　據(jù)瑞識(shí)科技芯片產(chǎn)品負(fù)責(zé)人賀永祥博士介紹，為滿足應(yīng)用端對(duì)芯片性能的要求，瑞識(shí)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)輪對(duì)材料設(shè)計(jì)及加工工藝的優(yōu)化，包括外延材料中的分布布拉格反射層的摻雜以及鄰近量子阱有源區(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 高達(dá)52%、業(yè)界頂尖水平的VCSEL外延材料。基于頂尖性能的外延材料，瑞識(shí)VCSEL芯片系列產(chǎn)品性能全面達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平。以可用于3D ToF的3W規(guī)則陣列VCSEL芯片為例，光電轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 可高達(dá)45%，在6英寸晶圓上性能分布均勻，幾乎所有芯片都有40%或以上的轉(zhuǎn)換效率，并且在25℃到50℃溫度范圍內(nèi)，關(guān)鍵光電性能相當(dāng)穩(wěn)定。瑞識(shí)在追求VCSEL芯片優(yōu)異性能的同時(shí)，可靠性的優(yōu)化也始終融入在外延材料的設(shè)計(jì)和制造工藝的設(shè)計(jì)之中。在已完成的VCSEL芯片加速老化和高溫高濕等可靠性測(cè)試中未見(jiàn)明顯劣化，等效壽命在正常使用條件下大于10年。

　　圖4：瑞識(shí)科技VCSEL芯片6英寸晶圓量產(chǎn)PCE分布圖(左圖)和產(chǎn)品光電曲線(右圖)

　　瑞識(shí)科技團(tuán)隊(duì)具有豐富的VCSEL芯片量產(chǎn)供應(yīng)鏈整合經(jīng)驗(yàn)，目前已完成從外延生長(zhǎng)到晶圓制造，芯片性能測(cè)試，以及可靠性驗(yàn)證等具有業(yè)界一流能力的本土供應(yīng)鏈的整合，從而能夠提供芯片量產(chǎn)產(chǎn)能，品質(zhì)管控以及量產(chǎn)良率的有力保證。同時(shí)，為了保證瑞識(shí)VCSEL光源模組的量產(chǎn)品質(zhì)，瑞識(shí)科技在成立之初就自建了芯片封裝產(chǎn)線并已通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，配置了專業(yè)的VCSEL光源的量產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品量產(chǎn)品質(zhì)和供應(yīng)鏈管理的自主掌控。

　　為更好服務(wù)客戶不同場(chǎng)景的各種應(yīng)用需求，加速VCSEL技術(shù)的應(yīng)用，瑞識(shí)建立了完整且反應(yīng)快捷的定制化服務(wù)機(jī)制，客戶可以根據(jù)需求定制光源產(chǎn)品的尺寸、波長(zhǎng)，封裝形式、發(fā)光角度和光功率。在Diffuser定制方面瑞識(shí)與VIAVI公司合作，共同為客戶提供定制化的服務(wù)。VIAVI全球市場(chǎng)及銷售副總裁Sinclair Vass先生表示: “我們非常愿意跟瑞識(shí)一起，在Diffuser應(yīng)用領(lǐng)域做更多的嘗試，通過(guò)VIAVI專業(yè)的Diffuser的設(shè)計(jì)和瑞識(shí)行業(yè)領(lǐng)先的VCSEL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更多富有挑戰(zhàn)的應(yīng)用方式“。

　　“我們致力于打破國(guó)外制造商在核心半導(dǎo)體光器件行業(yè)壟斷的競(jìng)爭(zhēng)格局，為中國(guó)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展貢獻(xiàn)力量。“瑞識(shí)科技CEO汪洋博士在采訪中表示，“光學(xué)+人工智能”是第四次工業(yè)革命的核心，光學(xué)傳感器是人工智能數(shù)據(jù)的主要來(lái)源，我們正在進(jìn)入消費(fèi)光子的時(shí)代。作為消費(fèi)光子領(lǐng)域的創(chuàng)新者和推動(dòng)者，瑞識(shí)科技秉承工匠精神，追求極致工藝和產(chǎn)品可靠性，努力讓先進(jìn)光學(xué)技術(shù)走進(jìn)我們每個(gè)人的生活當(dāng)中。以 “芯片+封裝+光學(xué)集成”三大核心技術(shù)，瑞識(shí)科技將為客戶提供真正好用、便宜、可量產(chǎn)的半導(dǎo)體光源產(chǎn)品和光學(xué)解決方案。