纵慧芯光Ryan:中国VCSEL产业化进展

麦姆斯咨询报道,纵慧芯光在成立不到四年的时间,成功进入华为旗舰手机VCSEL供应链。而在刚刚发布的华为Mate 30 Pro供应链名单中,小编惊喜地发现纵慧芯光已成为该款旗舰手机VCSEL的主要供应商。纵慧芯光以高质量/大批量的量产交付证明了他们去年在『第二十四届“微言大义”研讨会:3D视觉技术及应用』宣讲时展示的能力——全力打造VCSEL中国芯,产品处于全球领先水平!

2019年9月3日在上海举行的『第二十六届“微言大义”系列活动:3D视觉技术与应用(消费领域)』,纵慧芯光联合创始人兼首席产品官Ryan再次发表了以《纵慧芯光引领中国VCSEL产业快速发展》为主题的精彩演讲!

作风务实:深谙各类3D视觉应用需求差异

纵慧芯光的联合创始人团队在VCSEL科研领域和量产领域具备丰富的经验,公司依托国内产业链优势,致力于顶尖光电芯片研发、设计、制造,致力于打破核心光电芯片被国外企业垄断的局势。

3D视觉技术逐步在消费电子和车载等领域得到广泛应用,在不同的应用场景中对VCSEL和系统设计的要求差异较大。针对当前市场情况,Ryan首先从应用端开始分析“现在国内整个3D产业链相对成熟,包括从VCSEL到DOE(衍射光学元件)/Diffuser(扩散片)、传感器、模组等,基于应用需求进行开发很重要。离开应用,所有的元器件都没有用武之地。就光功率而言,从几十毫瓦到十瓦甚至一百瓦,不同应用的需求差异非常大。”而关于VCSEL的几个关键参数,Ryan为在场观众进行了详细介绍“第一:电光转换效率(PCE),由于很多应用属于移动端,对功耗非常敏感,所以对电光转换效率要求非常高;第二:高频的短脉冲调制能力,对VCSEL本身的高频响应能力要求很高;第三:可靠性,AR(增强现实)/VR(虚拟现实)/MR(混合现实)游戏和激光雷达需要长时间工作,造成VCSEL芯片温度会很高,要保障长时间可靠使用,对VCSEL的稳定性和使用寿命要求非常高。”

3D传感应用及其对VCSEL的要求分析
3D传感应用及其对VCSEL的要求分析

3D传感VCSEL产业化需要具备以下条件:(1)完整的生态系统;(2)成熟的供应链;(3)具有高性能和高可靠性的产品;(4)量产能力。Ryan坦言:“如果只是研发出少量高性能的VCSEL芯片样品,并不是特别困难的事情。但是要实现规模化量产,每年出货几千万颗甚至几亿颗,仍然保持稳定一致的高性能水平,对量产经验/质量管控能力要求是非常高的!”

产品性能过硬:挺起国产VCSEL的品质担当

Ryan向现场观众展示了能代表纵慧芯光VCSEL量产水准的产品情况,以及前沿技术研发进展:

2W 940nm VCSEL芯片:这是一款针对光功率需求为2W左右的终端应用,整体性能处于行业领先水平:(1)首先,整片6英寸晶圆的50℃峰值(peak)PCE分布在45%以上。(2)因为客户应用环境温度变化很大,实际使用过程中对芯片没有控温,整个芯片尤其在高温下能够保持高PCE性能显得非常重要,Ryan介绍:“我们的这款VCSEL芯片在25℃~75℃范围内PCE维持在40%以上,即使是在85℃高温的情况下PCE也能达到38%。”(3)针对不同的应用场景,客户需要对VCSEL输出光功率做一些调整,固定温度下电流变化对PCE性能的影响也非常关键,对用户体验会有很大影响。Ryan介绍:“我们产品在2A~4A的电流范围内,功率覆盖范围从1.5W到3W多,而PCE性能却非常稳定!”

纵慧芯光2W 940nm VCSEL芯片性能展示
纵慧芯光2W 940nm VCSEL芯片性能展示

2W 940nm ToF模组:由纵慧芯光设计开发,与模组厂合作生产。(1)PCE:这款模组的Diffuser(扩散片)会有至少10%左右的光衰,即使如此整个模组也能保持PCE在40%以上。(2)变温稳定性:模组在25℃~60℃范围内,整个模组的PCE性能几乎没有变化。(3)模组的发散角可以根据客户需求定制,也可以嵌入光电探测器(PD)监测从Diffuser的反光,以确保人眼安全。

纵慧芯光2W 940nm ToF模组性能展示
纵慧芯光2W 940nm ToF模组性能展示

前沿研发方向:(1)在研PCE > 49%的正面发散VCSEL芯片,消费类应用对PCE的要求远高于数据通讯应用,PCE的追赶能力决定了VCSEL企业进入抢占消费类应用先机的决定性因素。在这方面,纵慧芯光不断追求极限,目前在研的VCSEL芯片PCE已经达到49%以上。(2)减小芯片尺寸,同时保证发光功率,提高功率密度,这对模组小型化、成本降低非常重要。(3)高频调试能力:把VCSEL和驱动芯片封装在一起,上升沿达到200ps,整个脉冲宽度在几纳秒级别。(4)世界上第一颗基于砷化镓衬底的常温下运行的1500nm VCSEL。

量产质量保证:真正扛起VCSEL国产化大旗

研讨会上,Ryan分享到“除了性能,对VCSEL可靠性和使用寿命的要求也非常高,我们的2W产品的等效用户连续使用时间为14年,大大高于通常应用3~5年的使用寿命要求。”但要在VCSEL量产阶段达到高度一致的性能和可靠性水平,挑战非常大!

纵慧芯光在外延片、芯片制造、模组等各个环节提供量产保障
纵慧芯光在外延片、芯片制造、模组等各个环节提供量产保障

纵慧芯光已经成功实现VCSEL的量产,累计已量产上千万颗芯片,从产品研发就以“是否能实现量产”为导向,并配合完整的新产品导入流程、设置多道严格检查环节的芯片生产流程管控,以及完善的质量管理体系和切实执行,确保为客户提供“产能充足且行业领先的”VCSEL芯片和模组!

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