3D感測持續(xù)大火，背后是你不知道的VCSEL！

2021-01-20 09:49

可替換EEL，依照不同功率、不同激光排布

2020年12月，在上海舉行的激光雷達(dá)前瞻技術(shù)展示交流會中，Lumentum特別提出了整套艙內(nèi)（Automotive In－cabin）解決方案，讓客戶能縮短開發(fā)時程，直接走到導(dǎo)入產(chǎn)品的階段。

面向車用Lidar部份， Lumentum依照不同功率、不同激光排布，從50W的單區(qū)芯片，擴(kuò)展到400W的分區(qū)芯片，滿足各式3D感測所需。由于激光結(jié)構(gòu)趨復(fù)雜，光功能跟轉(zhuǎn)換效率也愈來愈高，多結(jié)多區(qū)的設(shè)計經(jīng)驗將是Lumentum現(xiàn)階段引以為傲的產(chǎn)品亮點。Lumentum VCSEL的光功率密度已大幅提升到1000 W／mm?，可替換EEL，已經(jīng)成為激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計的首選光源。

對于半導(dǎo)體激光器重點考慮的可靠性問題，Lumentum VCSEL（芯片及封裝）已經(jīng)通過了AEC－Q102認(rèn)證，并批量出貨，是目前全球唯一通過AEC－Q102認(rèn)證的VCSEL封裝，可為車內(nèi)駕駛員監(jiān)控／乘員監(jiān)控（DMS／OMS）應(yīng)用提供現(xiàn)貨產(chǎn)品。Lumentum的VCSEL陣列制造過程采取晶圓級測試（Wafer Level Testing），以實現(xiàn)晶圓生產(chǎn)過程的嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量管控。

Lumentum自2010年開始布局3D傳感市場，至今已累計發(fā)貨超8．5億顆3D傳感激光器，其中邊發(fā)射激光器（EEL）5千萬顆，VCSEL超8億顆。Lumentum面向iToF（間接飛行時間）、dToF（直接飛行時間）、結(jié)構(gòu)光、汽車座艙及汽車激光雷達(dá)等多種應(yīng)用的VCSEL和EEL產(chǎn)品，均處于量產(chǎn)狀態(tài)，2018年至今在中國市場3D傳感VCSEL發(fā)貨量已經(jīng)超過6千萬顆。目前Lumentum不僅可以提供車規(guī)級可靠性的VCSEL標(biāo)品，也可以與客戶進(jìn)行汽車VCSEL的深度定制開發(fā)。

應(yīng)對晶圓制造工藝實現(xiàn)量產(chǎn)、成本控制等多項挑戰(zhàn)

Lumentum致力在技術(shù)領(lǐng)域上做到更精準(zhǔn)、耗電量小的模塊化發(fā)光產(chǎn)品，以應(yīng)對如手機(jī)這類需求量大、開發(fā)周期短、價格非常敏感的市場。

Lumentum追求對VCSEL產(chǎn)品性能持續(xù)不斷的提升，同時努力降低成本，因此要在解決方案的設(shè)計層面進(jìn)行優(yōu)化，由此催生“多結(jié)VCSEL”。多結(jié)VCSEL能提供更高的功率密度，對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計更加友好；其次，多結(jié)VCSEL增加了斜率效率。

另外，消費領(lǐng)域?qū)Τ杀颈容^敏感。除了前面提過的縮小整個芯片面積可降低成本之外，從生產(chǎn)開始的EPI（外延）設(shè)計跟選用（會影響產(chǎn)品良率），加上芯片尺寸優(yōu)化（如縮小打線焊盤尺寸）和嚴(yán)控制程參數(shù)變異，讓測試數(shù)據(jù)都能集中在規(guī)格上下限的中間等等，這都是未來Lumentum為實現(xiàn)成本降低的努力方向。

Lumentum的VCSEL產(chǎn)品旨在提升性能的同時降低

成本VCSEL作為發(fā)光元件，而后續(xù)設(shè)計將會愈來愈復(fù)雜。從芯片結(jié)構(gòu)上而言，高效能、高可靠性的設(shè)計方向不變之外，高溫下維持較小的功率衰退、高電流下的功率轉(zhuǎn)換，都將是Lumentum技術(shù)開發(fā)方向。

加深VCSEL技術(shù)在車用及AR市場中的滲透

2021年，Lumentum認(rèn)為VCSEL和EEL在汽車上的新興應(yīng)用，如車內(nèi)駕駛員監(jiān)控和激光雷達(dá)，可能成為未來的“殺手級應(yīng)用”；另外，應(yīng)對圍繞增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）的消費電子產(chǎn)品，以及L3／L4／L5級自動駕駛乘用車、共享出租車的激光雷達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用，3D傳感即將出現(xiàn)的新爆發(fā)點。

近年歐洲將車內(nèi)駕駛員監(jiān)控用于所有新車，短時間內(nèi)各式各樣的車內(nèi)應(yīng)用很快成熟，并于2020年為Lumentum帶來明顯的營業(yè)額。針對車用市場，Lumentum布局已久，同時為不同的車載應(yīng)用需求提供VCSEL和EEL，目前恰逢時機(jī)。Lumentum還表示，除了上文提到的多結(jié)、多區(qū)的芯片設(shè)計，配合感光元件的演進(jìn)，不同的發(fā)射器間距（emitter pitch）、多層結(jié)構(gòu)、甚至未來的倒裝芯片、高度封裝整合都會是市場未來3～5年的趨勢。

Lumentum還表示，AR將會是人們之后生活不可或缺的幫手，透過機(jī)器的3D視覺，提供更多樣性的互動體驗。另一方面，自駕車中車載雷達(dá)已經(jīng)是必備的主動關(guān)鍵元件，為了實現(xiàn)不同等級的自主駕駛， Lumentum將對芯片、封裝、系統(tǒng)做通盤的規(guī)劃。除了實物量測、3D建模、AR互動之外，Lumentum期待有后置3D傳感系統(tǒng)。5G時代，Lumentum的激光器在光通訊領(lǐng)域確實是不可或缺的關(guān)鍵元器件，會越來越普及地用于設(shè)備中。

著力推進(jìn)本土化戰(zhàn)略

近年已經(jīng)有不少中國VCSEL初創(chuàng)公司成功進(jìn)入智能手機(jī)供應(yīng)鏈并實現(xiàn)批量供貨。Lumentum扎根中國20年，非常重視本地化和客戶服務(wù)，其中國銷售團(tuán)隊一直與中國智能手機(jī)廠家緊密配合。除了蘋果公司，Lumentum也與中國智能手機(jī)廠商開展了合作，例如OPPO的Find X，以及華為的多款手機(jī)都用到了Lumentum的產(chǎn)品。作為一家芯片供應(yīng)商，Lumentum為客戶提供的服務(wù)已經(jīng)遠(yuǎn)超芯片本身，通過深厚的技術(shù)積累與研發(fā)能力，在解決方案和產(chǎn)品生態(tài)等方面，提供全方位技術(shù)支持，保證項目高效順利推進(jìn)和按時投放市場。

Lumentum和VCSEL技術(shù)領(lǐng)先開發(fā)商TriLumina近日宣布，Lumentum已收購TriLumina的部分技術(shù)資產(chǎn)，包括后者的專利和其它知識產(chǎn)權(quán)。此次的IP收購，將有助于Lumentum在下一代的芯片封裝上取得先機(jī)，Lumentum期望雙邊研發(fā)團(tuán)隊可以把開發(fā)周期有效縮短，在短時間內(nèi)提供給國內(nèi)客戶最好的服務(wù)。同時，Lumentum認(rèn)為，上下游產(chǎn)業(yè)鏈需要同心協(xié)助擴(kuò)大市場應(yīng)用，將原有的2D成像增加景深維度，變成3D成像，讓手機(jī)成為人人都擁有的“移動載具”，實現(xiàn)量測、建模、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）等應(yīng)用的普及。

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