赋能元宇宙，背发光集成微透镜VCSEL芯片有看头

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）元宇宙（Metaverse）是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。当然这只是一个模糊的定义，目前各大厂商都有一番自己的理解，但现在业界相对有共识的一点是，元宇宙需要一个硬件设备入口，这是物理世界人类进入元宇宙的通道，统称为XR设备。
 
XR设备包含了AR、VR、MR，而最主流的当属AR和VR，也就是增强现实和虚拟现实。而随着VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser)，即垂直腔面发射激光器技术的成熟，其已经成为3D传感器的主要核心元件，在AR/VR、活体检测、虹膜识别、自动驾驶辅助等领域有着重要的应用。
 
从产品类型上来看，VCSEL芯片主要分为顶发光和背发光两种形式。顶发光采用MOCVD技术在n型GaAs衬底上生长而成，以DBR作为激光腔镜，量子阱有源区夹在n-DBR和p-DBR之间；背发光通常将衬底减薄到150μm以下以减少衬底吸收损耗，再生长一层增透膜以提高激光光束质量，具有更高的产品可靠性和成本优势。
 
近日，全球领先的半导体光源解决方案提供商瑞识科技（Raysees）宣布推出背发光集成微透镜VCSEL芯片新品，该产品采用了倒装结构设计并在芯片衬底集成微透镜。
 

图源：瑞识科技

 
倒装芯片是一种无引脚结构，英文名称为Flip chip，I/O接口不再需要凸起的引脚设计，而是金属球连接，因此在使用的过程中无需引线键合，形成最短电路，降低电阻。同时，倒装芯片在设计方案中能够缩小封装尺寸，改善电性表现。
 
根据瑞识科技的介绍，新产品不仅有传统倒装芯片在体积和电阻方面的优势，同时有效地降低了由打线造成的寄生电感，可适配于更窄脉宽的脉冲型电流驱动，达到更高的峰值光功率。
 
在散热方面，通过倒装的方式，新产品的芯片有源区更加靠近封装基板，有效改善了产品的散热，有效提升了产品的使用寿命。同时，由于具备更高的散热效率，因此可以用于打造具有更高光效的芯片方案。
 
熟悉瑞识科技的业者都知道，该公司自创立之后就一直关注VCSEL芯片的散热管理，2018年在该公司发布TRay系列VCSEL ToF模组时就提出了高芯占比封装技术理念，和当时的竞品相比，基板面积缩小了60%，高度缩小了40%，比普通封装芯占比提高了4倍，且充分考虑了产品的散热通道的扩展，以及器件总体量子效率的提高。
 
下图是瑞识科技新品在LIV和PCE方面的表现，其中LIV为光-电流-电压表现，是激光器的基本测试之一，PCE则是光电转换效率，是激光器的重要性能。
 

图源：瑞识科技

 
瑞识科技芯片运营中心负责人贺永祥博士表示：“瑞识科技的这款新品背发光VCSEL芯片对脉冲驱动具有更快的上升和下降相应时间，可达到更高的峰值光功率，对于诸如汽车驾驶激光雷达等应用有着深远的意义。而在背发光VCSEL上直接集成微透镜，既提高了光学性能，又显著降低了光学集成器件的厚度，适用于对于空间要求很苛刻的光传感终端如手机或VR/AR设备。”
 
面向当前热门的元宇宙应用，贺永祥认为VCSEL芯片为VR/AR设备后续发展带来了更多的可能性，新品将应用于该类型设备上，并且已经获得了客户订单，将助力元宇宙的进一步发展。
 
瑞识科技成立于2018年初，由美国海归博士团队创建，核心团队成员在半导体光学领域拥有二十余年的技术研发积累和硅谷丰富的产品产业化经验。该公司的发展思路是打通“芯片+封装+光学集成”。目前，瑞识科技两条光学集成封测产线在合肥经开区智能科技园已经进入投产阶段，预计产值可达2亿-3亿元。
 
过去一年，瑞识科技的融资进程也在加快。2021年的年初时段，该公司就宣布完成超过亿元人民币的A轮融资，由创谷资本领投，海恒资本、惠友资本、扬子鑫瑞、国华投资和北京百纳威尔科技有限公司跟投。2021年10月份，瑞识科技又宣布完成近亿元A2轮融资，A1轮和A2轮融资累计超2亿元人民币，融资将主要用于VCSEL光芯片和光学模块的开发和市场推广。
 
除了助力元宇宙的快速发展，瑞识科技产品还可应用于消费电子、人脸识别、安防监控、激光雷达、智能硬件、医疗健康等领域，目前已经完成kk级别量产交付。