ICVIS智车行家

文章数:117 被阅读:45521

账号入驻

解析VCSEL在汽车激光雷达、工业应用以及厂商分布

2019-11-08
    阅读数:



智圈l 进“自动驾驶激光雷达行业交流群”,请加微18512119620,备注加群
部分来源:基业常青研究院

引言

VCSEL是短距光通信市场唯一光源。国内数据流量占全球26.8%,但大型数据机房数量仅占全球8%,两者的不匹配正促进数据机房的加速建设,催生十亿级VCSEL新需求。

➢流量爆炸时代,25G/100G光模块必将取代10G/40G模块,带来存量更换的升级需求。10G VCSEL芯片已成红海市场,壁垒、价格双低;25G VCSEL的技术稀缺性可以保证毛利空间,带动价格上涨。

1

VCSEL应用于消费电子传感和光通信,还将应用于激光雷达(汽车/工业)

VCSEL,即Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面发射激光器,是一种半导体光源。和其他半导体光源一样,VCSEL体积小、可简易封装,适用于各种对体积有要求的场景。


由于功率提升,在激光雷达、安防照明等中长距领域也逐步开始得到应用。


日前日本汽车电子厂家日本电装公布了对Trilumina公司的战略投资,该公司主要进行针对雷达设备的高功率VCSEL阵列开发,而这些雷达设备主要面向辅助驾驶和无人驾驶应用。

激光雷达感应周围车距、三维重建

Trilumina 公司之前展示了自己基于 VCSEL阵列的256像素3D激光雷达解决方案,如若进展顺利,公司开发的光源模块将高清和远距离传感器功能整合进小尺寸、稳定且具成本效益的包装中,可取代目前应用于自动驾驶汽车示范项目的大尺寸、高成本扫描激光雷达。 


激光雷达感应周围车距、三维重建


VCSEL的迅速发展和固有优点已使其成为光电子应用中的关键器件,有强大的生命力。近年来,性能优异的VCSEL不断被研发,主要涉及其低阈值电流,高输出功率,高电光转换效率,低工作电压,高调制带宽和高产额。


VCSEL结构图
VCSEL制造流程大致为::材料外延生长→外延结构的表征(X射线衍射、反射谱、光致荧光谱、电化学C-V特性等)→器件工艺(包括外延片清洗、晶片键合、刻蚀、金属膜溅射、光学镀膜等)→后段工艺(包括引线键合、划片、封装、光纤耦合等)→器件性能测试(包括I-V特性、I-P特性、发射光谱、频响特性等),最终完成从材料到器件的全过程。


VCSEL与其他半导体光源相比是通信、传感光源的最优选择

 基于化合物半导体的VCSEL技术,已广泛应用在消费电子、工业控制、光通信等领域,目前已成为3D传感的主要光源技术,包括面部识别、车用激光雷达(LiDAR)等,可以取代LED或边缘发射激光二极管。


➢VCSEL的特性:
•比LED(光电二极管)精度高、能效高(功耗低);
•比EEL(边发射激光器)响应快、易集成;
•VCSEL最适用于集成性、精度、响应要求较高的场景。



❑VCSEL与其他半导体光源相比是通信、传感光源的最优选择
➢VCSEL的短板在于制造成本高、单体功率低,因此限制了它在高功率场景的应用,如中长距离通信、激光切割焊接等。VCSEL主要应用场景是短距传递信号和照明。
➢VCSEL的可集成性可一定程度弥补上述短板。随着目前VCSEL的集成度增加带来的总功率提升,已逐渐开始应用于中长距场景,如激光雷达、安防摄像头照明等。


2

消费电子传感用VCSEL重在功率,光通信用VCSEL重在稳定性和客户验证

❑不同应用对VCSEL的性能要求不同,其中最重要的是功率。
❑更高的功率需要更多的反射镜(见右图),对工艺提出挑战。
❑随技术发展VCSEL功率不断提高,下游应用领域逐渐扩展,具有结构性特征,长期想象空间与短期落地需求并存。
❑光通信领域的应用虽然对功率需求低,但是对调制信号稳定性要求高,客户验证周期较长。



3

大型数据中心将使用脊叶式结构、25G光模块,催生数十亿级VCSEL新需求

❑10G光模块用VCSEL目前呈现红海格局。随着数据流量的增加,数据机房的光模块将从10G模块升级至25G模块,技术含量、利润空间都将显著提升。

我们测算,近三年应用于国内数据中心的VCSEL市场空间将达十亿量级,不容忽视;具体规模取决于脊叶式结构和25G模块的渗透率。


国内企业布局VCSEL芯片及器件的企业超过10家,其中产品技术较为成熟的主要有:武汉光迅科技、江苏华芯半导体、华工科技、三安光电等。

武汉光迅科技是国内光通信光模块行业最大的公司,公司牵头组建了“国家信息光电子创新中心”,并在25G VCSEL 芯片研发上取得突破性进展。

江苏华芯是目前能够自主完成VCSEL和蓝光半导体激光器芯片外延及芯片工艺制造,并实现量产的公司。


国内VCSEL技术实力仍然较弱


数据通信行业应用的VCSEL常采用3英寸或4英寸晶圆制造工艺,国内企业在这一尺寸上已经有较为成熟的生产线。


但难点在于光通信用VCSEL的寿命要求至少在4000小时以上,因此稳定性验证尤为重要。


稳定性验证周期在半年到一年之间,企业宣称量产到通过下游客户测试之间仍有很长距离。

4

VCSEL厂商情况

VCSEL国外厂商主要有Broadcom、Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、ams、Osram等,国内主要有江苏华芯、武汉光迅科技,其他还有山东太平洋、深圳源国、国星光电、华工科技、三安光电、乾照光电、华灿光电以及睿熙科技等公司。

可以看出,基本上都是来自于光通信芯片的龙头企业;也正是VCSEL有了在光通信领域的经验,消费级应用变得顺理成章,两者产品具备很强的技术延展性。

1. Broadcom
Broadcom是VCSEL芯片的主要供应商之一。2016年2月,Avago收购了博通,成立了新博通。博通在光学数据通讯市场产品供应丰富,包括光纤接收器、嵌入式光学模组以及自适应光缆等。博通凭借近期VCSEL出货量的升级,该公司已经出货100万件25G VCSEL器件,使其市场领导领域扩展至光学网络市场。

2.Lumentum
Lumentum是2015年从JDSU分拆出来的公司,主要生产和销售光纤相关产品,销售给全球光纤网络及商用激光客户,公司分2个部门来运作:光通信、商用激光器。Lumentum是苹果公司的第一家VCSEL供应商,芯片代工在台湾稳懋。

2018年3月,Lumentum宣布溢价27%收购Oclaro,交易金额约18亿美元。通过收购,Lumentum将获得Oclaro的磷化铟、光电积体整合电路技术。

3.Finisar
Finisar是苹果公司的第二家VCSEL供应商。2017年12月,苹果对Finisar投资3.9亿美元,用于增加VCSEL的研发和生产。

Finisar将使用这笔资金把德克萨斯州谢尔曼一家面积70万平方英尺的已关闭制造厂,改造成开发VCSEL芯片的工厂,未来将用于苹果产品。所有的苹果订单的加工将使用100%的可再生能源,预计新工厂将于2018年下半年投入运营。

4.II-VI
II-VI公司成立于1987年,业务主要分为红外光学、近红外光学、军事和材料、先进产品部四大部门。

II-VI公司重金投入2017年8月以8000万美元从Kaiam收购的6英寸VCSEL制造厂。Kaiam位于英国牛顿艾克利夫占地30万平方英尺的工厂拥有10万平方英尺的洁净室,专为大规模制造GaAs、SiC以及InP化合物半导体器件而设计。

2018年3月,II-VI公司宣布8500万美元收购波长选择开关(WSS)供应商CoAdna。2018年9月,交易完成。CoAdna将并入II-VI Photonics部门此项交易将强化II-VI公司ROADMs产品垂直整合能力。

5.Philips Photonics
Philips Photonics是飞利浦全资子公司,生产760nm-948nm VCSEL传感类用的单模激光管,VCSEL技术具有20多年研发经验,是原德国Ulm Photonics公司,2006年Philips收购Ulm Photonics。

760nm-948nm VCSEL单模激光器主要应用于,激光吸收光谱TDLAS测量氧气和水分子、红外傅里叶变换光谱、原子钟、干涉仪、编码器以及运动控制等传感方面应用。

6.ams
ams通过收购快速转型,成为聚焦在光学传感器领域的主要供应商。在总部奥地利的工厂负责前端晶圆制造,新加坡厂则负责光学传感器生产和封装以及VCSEL制造,测试/传感器校准工作则在奥地利和菲律宾的厂内进行。

2017年,ams对其位于新加坡的6吋晶圆厂(2000 wspm)产能(主要生产VCSEL芯片)进行扩充投资,针对最新具有人脸识别技术的高端手机所需器件进行投产,增加员工也大部分集中于此,以支持3D和光学传感领域的迅速增长,预计在2019年实现量产。

ams在成像和光学方面陆续收购了Heptagon、Princeton Optronics、CMOSIS、KeyLemon、Mazet这几家公司。其中,KeyLemon公司具备领先的3D人脸识别知识产权库。Princeton Optronics公司可以提供VCSEL光源发射器。

7.Osram

2018年5月,Osram收购美国Vixar公司。Osram是红外LED和红外激光二极管的技术领导者,通过引入Vixar在VCSEL方面的专业技术,Osram将在该领域拥有更强的技术能力和产品组合。

Vixar公司成立于 2005 年,为生物医学、工业、办公产品、汽车和消费品行业的传感器等应用制造波长在650~1000 nm 之间的 VCSEL。

8.江苏华芯

江苏华芯成立于2015年底,是目前能够自主完成VCSEL和蓝光半导体激光器芯片外延及芯片工艺制造,并实现量产的公司。

2017年11月,10G VCSEL芯片量产并批量出货。2018年3月,940nm 100mW VCSEL产品定型。

目前年产能为5000万颗单管光通讯VCSEL芯片、2500万颗VCSEL面列阵芯片、500万颗蓝光芯片。预计到2018年底,将形成5000万颗3D传感VCSEL芯片的年产能。

9.武汉光迅科技

武汉光迅科技是国内光通信光模块器件最大的公司,公司牵头组建了“国家信息光电子创新中心”,短期来看可以帮助公司节约研发支出,长期来看有利于公司充分发挥产业协同优势,完善技术前瞻布局。

光迅科技近年来积极开展波长为850nm/940nm VCSEL 芯片的研发,应用于光通信、3D传感等领域。


10、新亮智能具量产VCSEL芯片及核心传感器的能力

新亮智能2013年开始致力于VCSEL芯片的研发,迄今已经积累了VCSEL从设计到工艺乃至封装和应用端的核心技术,同时构建了专利池,完全自主知识产权逾七十余项。


对标国际顶尖对手,如Lumentum、Finisar等,量产的850nm 及940nm VCSEL芯片电光转换率均超过43%,其中940nm VCSEL已经达到 46%,领先于业界同类产品。


目前,公司提供各种光功率、不同发散角及封装形式的VCSEL裸芯片、VCSEL二极管及基于VCSEL的各种接近传感器、激光测距传感器、激光照明器、激光雷达等上百种产品。

自主设计生产的光电芯片应用广泛,包括3D感测、光通信、接近传感、工业控制、智能驾驶等。随着云计算技术的成熟,在数据传输需要的光通讯芯片领域,新亮智能自主研发850nmVCSEL芯片,传输速率10Gbps,适用于接入网和数据中心。新亮智能将进一步加大芯片研发领域的投入,致力成为全球范围内有竞争力的VCSEL供应商。



其中VCSEL芯片:激光波长分别为850nm,940nm;光功率涵盖范围从5mW~8W等连续工作输出光功率,到脉冲工作下从10W,25W,50W以上的脉冲峰值功率的产品;同时提供等多角度diffuser;多线脉冲激光模组等。核心传感器包括:接近传感器、激光雷达、激光照明、激光测距传感器等。



激光雷达大会预告

11月21-22日,智车行家携手中国信通院、上海易贸商务发展有限公司、数十家行业媒体以及科研院所将在上海主办 “2019汽车激光雷达前瞻技术展示交流会”。

重磅发言抢先看


11月21日  |  星期四

激光雷达行业概况 & 测试标准

▲▲▲


自动驾驶及激光雷达市场概览

发言嘉宾:Roywang,高级分析师,IHS Markit


量产汽车激光雷达应用的思考

发言嘉宾:郭继舜,智驾技术部部长,广汽研究院

车载激光雷达测试要求、测试项目以及主要参数测试方法探讨

发言嘉宾:麻云凤,常务副主任,国家激光器件质量监督检验中心


CEO焦点访谈

郑凯,总经理,苏州凌创瑞地测控技术有限公司

潘卫青,总经理,杭州爱莱达科技有限公司

石拓,CEO,北京一径科技有限公司

梁伟,董事长总经理,苏州镭智传感科技有限公司



核心元器件及系统运用
▲▲▲

“经济型”多光束闪光激光雷达关键技术

发言嘉宾:Clement Kong,亚太区总经理,Ouster


3D固态激光雷达Cocoon技术在自动驾驶中的应用

发言嘉宾:Clive Szeto,中国区总经理,Leddar Tech


为高级辅助驾驶和自动驾驶打造的智能激光雷达传感系统

发言嘉宾:LeiLei Shinohara,合伙人、研发副总裁,深圳市速腾聚创科技有限公司


长距离图像级激光雷达打造自动驾驶可靠安全的“眼睛”

发言嘉宾:邸明,中国区总经理,Innovusion / 图达通智能科技(苏州)有限公司


自动驾驶所需的车规级激光雷达及感知融合

发言企业:法雷奥


全固态激光雷达的关键技术研究

发言嘉宾:潘教青,教授,博导,副主任,中国科学院半导体研究所


用于自动驾驶中的可量产固态激光雷达

发言嘉宾:石拓,CEO,北京一径科技有限公司


FMCW激光雷达技术进展与产业化

发言嘉宾:潘卫青,总经理,杭州爱莱达科技有限公司


动态大场景激光雷达SLAM的挑战与解决思路

发言嘉宾:秦宝星,CTO,高仙机器人


高性能工程塑料在激光雷达中的应用

发言企业:SABIC,特材事业部


特别鸣谢以下整车企业参与


长按下方二维码

添加微信客服“小易@智车行家”

邀您加入500人激光雷达行业交流群

详情联系:Kevin 吴先生

电话:18512119620(微信同)

邮箱:icv@enmore.com

大会即将开启线上约见功能

点击阅读原文立刻报名!

↓↓↓ 

点击“阅读原文”,即可报名参会&预定展台(仅限整车厂免费)

最新有关gh_4090d6fa3eb3的文章

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: TI培训

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved