全球市場最新研究報告顯示，2020年全球5G物聯網市場規模即將達到7億(yi) 美元，而隨著對物聯網設備的需要以及5G技術的逐步普及，預計到2025年，市場數據將成倍增長至63億(yi) 美元。

隨著5G物聯網的發展與(yu) 普及，3D Sensing和傳(chuan) 感技術即將迎來一輪極速成長。而VCSEL作為(wei) 3D Sensing和傳(chuan) 感係統的核心器件，無疑是會(hui) 在半導體(ti) 激光技術中有重大突破。

Yole預計VCSEL市場將從(cong) 2019年的12.47億(yi) 美元增長到2024年的37.75億(yi) 美元，複合年增長率達31%。市場數據無疑證明了VCSEL是光子市場增長最快的細分領域之一。

資料來源：Yole

一、VCSEL激光器

VCSEL本質上是一種半導體(ti) 激光器，激光器是用來發射激光的裝置，而半導體(ti) 激光器則是以半導體(ti) 材料為(wei) 工作物質發射激光的器件，根據激光芯片的結構，半導體(ti) 激光器可分為(wei) 邊發射激光器（EEL）和垂直腔麵發射激光器（VCSEL）。

VCSEL相較於(yu) EEL有如下優(you) 勢：

（1）圓形光斑更易於(yu) 與(yu) 光纖實現耦合且耦合效率也會(hui) 高的多

（2）垂直出光更易於(yu) 實現二維平麵和光電集成

（3）閾值電流低

（4）光電轉換效率高

（5）使用壽命長

（6）調製能力強

（7）能夠與(yu) 大規模集成電路進行集成

（8）無須解理，封裝後即可進行在片實驗

（9）在很寬的溫度和電流範圍內(nei) 都以單縱模工作

VCSEL在傳(chuan) 感器應用也展現了其優(you) 異的性能，相比早期3D攝像頭係統使用的LED光源，結構更加簡單、體(ti) 積更小、距離更加精準。

二.VCSEL應用趨勢

由於(yu) 紅外線元件應用市場逐步增長，帶動現階段終端手機3D感測技術、車用光達與(yu) 光纖傳(chuan) 輸的蓬勃發展

1、手機市場加持

TOF是目前主流的三種 3D Sensing技術路線之一，另兩(liang) 個(ge) 分別為(wei) 雙目立體(ti) 成像和結構光，目前已經比較成熟的方案是結構光和 TOF。TOF因具有結構簡單、模組尺寸更小、探測距離更遠、材料成本更低優(you) 勢迅速成為(wei) 在移動端被眾(zhong) 人普遍認可。

TOF的其工作原理是通過以VCSEL激光源作為(wei) 發射端向目標發射連續的紅外光線，再由以紅外CIS作為(wei) 接收端接收物體(ti) 傳(chuan) 回的光信號。

蘋果早在iphoness 7的後置主攝像頭模組上配置了一顆“TOF光學傳(chuan) 感器”，而到iphoness X不僅(jin) 延續了上述應用，更是在前置的人臉識別模組上共同運用3D結構光和TOF光學傳(chuan) 感器組件，把VCSEL TOF直接推向了一個(ge) 高峰。

VCSEL廠商普遍看好ToF技術在智能手機上的應用前景。但事實上，5G為(wei) VCSEL行業(ye) 帶來的遠遠不止這些。

2、汽車市場崛起

全球自動駕駛的浪潮奔湧下，更受中央政治局常委會(hui) 提出“新基建”應用的飛速增長刺激下，車用激光雷達產(chan) 業(ye) 需求無疑將再添新高。

相比目前價(jia) 格昂貴的機械式激光雷達來說，VCSEL的固態激光雷達可以比較好的實現車載需要的性能。VCSEL的固態激光雷達具有更高的可靠性、穩定性並尺寸小型化，為(wei) 汽車領域大規模應用激光雷達奠定了基礎。

VCSEL從(cong) 誕生起就作為(wei) 新一代光存儲(chu) 和光通信應用的核心器件，應用在光並行處理、光識別、光互聯係統、光存儲(chu) 等領域。隨著工藝、材料技術改進，VCSEL器件在功耗、製造成本、集成、散熱等領域的優(you) 勢開始顯現，逐漸應用於(yu) 工業(ye) 加熱、環境監測、醫療設備等商業(ye) 級應用以及3D感知等消費級應用。

三、VCSEL封裝

VCSEL的芯片轉化效率低導致其存在嚴(yan) 重散熱問題，想要解決(jue) 這個(ge) 問題那我們(men) 就需要從(cong) 根本——芯片材質著手，而傳(chuan) 統線路板FR-4和FE-3顯然是無法滿足這一要求的，陶瓷板材則一直以其散熱性能作為(wei) 主打優(you) 勢，自然是能夠很好地解決(jue) VCSEL的散熱差問題。

VCSEL的功率密度很高，陶瓷電路板具有與(yu) VCSEL高匹配的熱膨脹係數，從(cong) 而解決(jue) 則芯片和基板熱膨脹失配導致的應力問題。而DPC陶瓷電路板使金屬邊與(yu) 陶瓷基板緊密結合，避免了後期組裝過程中額外的粘貼工序、配位精度等問題，以及膠水老化帶來的可靠性問題。

VCSEL的結構是垂直結構，DPC陶瓷電路板具有獨特的高解析度、高平整度及高可靠垂直互聯等技術優(you) 勢更適用於(yu) 其垂直共晶焊接，消除了LTCC、HTCC等厚膜基板尺寸精度不高，線路粗擦等缺陷。

VCSEL是需要把透鏡架設到芯片上方，即基板是需要做成三維腔室，斯利通陶瓷電路板不僅(jin) 可以做出平麵電路板更是可以做出三維電路板——圍壩產(chan) 品，其材質均為(wei) 無機陶瓷材料，熱膨脹係數匹配，製備過程中不會(hui) 出現脫層、翹曲等現象。

DPC薄膜技術的陶瓷電路板幾乎滿足了VCSEL的封裝要求。斯利通DPC陶瓷電路板又稱直接鍍銅陶瓷電路板，主要用蒸發、磁控濺射等麵沉積工藝進行基板表麵金屬化，先是在真空條件下濺射鈦然後再濺射銅顆粒，再進行電鍍增厚，在薄膜金屬化的陶瓷板上采用影像轉移方式製作線路，再采用電鍍封孔技術形成高密度雙麵布線間的陶瓷電路板。

DPC陶瓷基板具備了高導熱、高絕緣、高線路精準度、高表麵平整度及熱膨脹係數與(yu) 芯片匹配等諸多特性，在高功率VCSEL元件封裝中迅速占據了重要地位。

四、VCSEL—未來可期

VCSEL的高速發展和獨有優(you) 點已使其成為(wei) 光電子應用中的關(guan) 鍵器件，有強大的生命力。近年來，性能優(you) 異的VCSEL不斷被研究發展，主要涉及其低閾值電流，高輸出功率，高電光轉換效率，低工作電壓，高調製帶寬和高產(chan) 額。

相信在3D傳(chuan) 感、5G通信等多領域的需求推動下，及各廠商的研發投入及經驗積累下，全球采用陶瓷電路板封裝VCSEL芯片將會(hui) 取得長足發展，並拓展越來越多的應用領域。