打通“芯片+封裝+光學集成”瑞識科技發(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感測技術成為行業(yè)熱門，也讓3D感測模塊中的核心半導體激光器VCSEL屢被業(yè)界提及。而就在近日，有行業(yè)專家在關于2020年新款iPhone的產(chǎn)品趨勢預測中再次表示，預期2020年下半年iPhone的3款新機都將配備前置3D攝像頭，當中2款新機會配備后置ToF，同時配備前后VCSEL。

該位專家同時還預測稱， 包括iPhone在內(nèi)，配備前后VCSEL的手機出貨量，將在2020年顯著增長450%-500%，數(shù)量將增至7500萬到8000萬臺。

另據(jù)集邦咨詢 LED研究中心（LED inside）最新紅外線感測市場報告指出，在2019年智能手機整體出貨預估衰退的情況下，手機品牌廠商針對下半年旗艦機祭出規(guī)格競賽，3D感測模組成為其中一項重要配備，并將VCSEL作為其在未來機型中的官方標配。受此趨勢帶動，預估2019年手機3D感測中的VCSEL 市場產(chǎn)值有望增長至11.39億美元。

隨著VCSEL技術的成熟，以其作為核心元件的光學感測技術進入了行業(yè)級應用，同時已在激光打印機、光學鼠標、汽車激光雷達（LiDAR）、輔助駕駛、氣體傳感器、活體檢測、虹膜識別、AR/VR、機器人視覺、醫(yī)療美容等領域得以初探，涉及行業(yè)上下游紛紛受益。有投資機構(gòu)預測，VCSEL市場有望從2017年的3.3億美元增至2023年的35億美元，年復合增長率48%。

實際上，盡管VCSEL的商業(yè)機會被各界一致看好，但國內(nèi)能量產(chǎn)VCSEL的非常鮮有。該技術瓶頸較高，對芯片設計能力需求很高，同時受限于高昂成本、專利壁壘等因素，導致國內(nèi)VCSEL發(fā)展速度遠不及預期。部分國內(nèi)芯片設計廠家雖有涉足，但技術實力相對落后，良品率和可靠性不足，因而難以擺脫對國外成熟供應商的依賴。另外，在更多實際的應用中，客戶需要的是簡單易用、光電熱整體優(yōu)化好的光源方案（封裝好的光芯片，并裝配好光學透鏡），而不是單獨的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技術在應用端的滲透速度。

而就在近日，專注于半導體光學領域的瑞識科技，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技術的易用性，加速VCSEL在多種應用領域的滲入。瑞識科技已打通“芯片+封裝+光學集成“的全鏈條，掌握完全自主的芯片設計和光學整合優(yōu)化等關鍵技術，擁有國內(nèi)外技術發(fā)明專利幾十項。2018年底，瑞識科技曾首次發(fā)布”高芯占比“的VCSEL ToF模組，同時依托團隊獨創(chuàng)“1.5次光學集成技術”，開發(fā)了專門針對3D傳感應用的FRay系列LED泛光源產(chǎn)品。

據(jù)了解，瑞識此次發(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，波長規(guī)格除了850nm和940nm，同時還配置了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。同時，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用場景的需求。

圖1：瑞識VCSEL產(chǎn)品矩陣

除了規(guī)格齊全，瑞識VCSEL光源模組產(chǎn)品在性能和可靠性方面均處于行業(yè)領先水平。據(jù)瑞識科技產(chǎn)品負責人透露，瑞識量產(chǎn)的VCSEL芯片的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已超過45%，封裝后的光源產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率超過40%。在產(chǎn)品可靠性方面，瑞識科技充分考慮了熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采用高導熱率的氮化鋁陶瓷基板，并在封裝工藝上針對VCSEL高熱密度特征進行了優(yōu)化，能保證芯片熱量高效率導出，提升產(chǎn)品的長期工作可靠性。同時，由于瑞識產(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險。

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

值得一提的是，瑞識此次發(fā)布的系列VCSEL光源產(chǎn)品中所采用的核心元器件 - VCSEL芯片，是由該團隊自主研發(fā)生產(chǎn)、擁有完全知識產(chǎn)權、性能達到業(yè)界領先水平的產(chǎn)品。瑞識科技已經(jīng)成功開發(fā)全系列VCSEL芯片產(chǎn)品。產(chǎn)品系列涵蓋了不同波長，包括850nm、940nm， 光功率從幾毫瓦到數(shù)瓦（見圖3），應用場景從3D結(jié)構(gòu)光到接近傳感、紅外泛光源以及3D ToF感應。

圖3：瑞識VCSEL芯片產(chǎn)品系列實物圖

據(jù)瑞識科技芯片產(chǎn)品負責人賀永祥博士介紹，為滿足應用端對芯片性能的要求，瑞識團隊經(jīng)過數(shù)輪對材料設計及加工工藝的優(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)的精細結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化，開發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率 （PCE） 高達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VCSEL芯片系列產(chǎn)品性能全面達到業(yè)界領先水平。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)，關鍵光電性能相當穩(wěn)定。瑞識在追求VCSEL芯片優(yōu)異性能的同時，可靠性的優(yōu)化也始終融入在外延材料的設計和制造工藝的設計之中。在已完成的VCSEL芯片加速老化和高溫高濕等可靠性測試中未見明顯劣化，等效壽命在正常使用條件下大于10年。

圖4：瑞識科技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）

瑞識科技團隊具有豐富的VCSEL芯片量產(chǎn)供應鏈整合經(jīng)驗，目前已完成從外延生長到晶圓制造，芯片性能測試，以及可靠性驗證等具有業(yè)界一流能力的本土供應鏈的整合，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，為了保證瑞識VCSEL光源模組的量產(chǎn)品質(zhì)，瑞識科技在成立之初就自建了芯片封裝產(chǎn)線并已通過ISO9001質(zhì)量體系認證，配置了專業(yè)的VCSEL光源的量產(chǎn)檢測設備，實現(xiàn)了對產(chǎn)品量產(chǎn)品質(zhì)和供應鏈管理的自主掌控。

為更好服務客戶不同場景的各種應用需求，加速VCSEL技術的應用，瑞識建立了完整且反應快捷的定制化服務機制，客戶可以根據(jù)需求定制光源產(chǎn)品的尺寸、波長，封裝形式、發(fā)光角度和光功率。在Diffuser定制方面瑞識與VIAVI公司合作，共同為客戶提供定制化的服務。VIAVI全球市場及銷售副總裁Sinclair Vass先生表示： “我們非常愿意跟瑞識一起，在Diffuser應用領域做更多的嘗試，通過VIAVI專業(yè)的Diffuser的設計和瑞識行業(yè)領先的VCSEL技術，實現(xiàn)更多富有挑戰(zhàn)的應用方式“。

“我們致力于打破國外制造商在核心半導體光器件行業(yè)壟斷的競爭格局，為中國行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展貢獻力量。“瑞識科技CEO汪洋博士在采訪中表示，“光學+人工智能”是第四次工業(yè)革命的核心，光學傳感器是人工智能數(shù)據(jù)的主要來源，我們正在進入消費光子的時代。作為消費光子領域的創(chuàng)新者和推動者，瑞識科技秉承工匠精神，追求極致工藝和產(chǎn)品可靠性，努力讓先進光學技術走進我們每個人的生活當中。以 “芯片+封裝+光學集成”三大核心技術，瑞識科技將為客戶提供真正好用、便宜、可量產(chǎn)的半導體光源產(chǎn)品和光學解決方案。