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近日，VCSEL光芯片和光学集成方案提供商瑞识科技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，将赋能消费电子、汽车激光雷达、VR/AR等光传感应用领域。
随着光传感应用场景的多样化和复杂化，对VCSEL光源在光功率、光束形态、驱动响应以及散热管理等方面提出了更高的要求。为满足日益增长的需求，瑞识科技推出新款背发光（Bottom-Emitting）微透镜集成VCSEL芯片。该款芯片提供了比顶部发光VCSEL更加优越的光学集成特性，具有高性能、低成本、易于量产集成等优势。
性能提升
该款背发光VCSEL芯片可采用倒装（Flip-Chip）方式进行封装，有效的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。同时，由于芯片有源区更加靠近封装基板，使其具备更高的散热效率，而高效的散热管理意味着芯片具有更高的光效。而芯片衬底直接刻蚀微透镜有效的减小了芯片出光发散角，更易于光传感下游产品的光学集成。
瑞识科技背发光VCSEL芯片产品实拍。左：p极与n极同位于芯片顶部；右：芯片底部刻蚀微透镜。
低成本
背发光VCSEL芯片的p极和n极位于芯片同一侧，可直接贴于设计好正负极的基板（Sub-mount）上，无须像顶部发光VCSEL芯片那样进行打线（Wiring Bonding）封装，降低了封装难度与成本。而在芯片上集成微透镜，可根据应用需求对出光发散角进行收缩甚至达到准直的程度，对某些光传感应用可以省去因集成准直透镜所需的成本。
相比于p极和n极分别位于芯片两端的顶发光VCSEL（右），采用背发光衬底集成微透镜的VCSEL芯片（左）有源区更加靠近基板，更利于芯片散热。
量产集成优势
背发光VCSEL芯片的微透镜采用光刻技术在衬底上刻蚀出微透镜单元，该工艺可作为芯片量产制造过程中的一道步骤，由代工厂在芯片量产制造过程中完成。降低了将芯片和光学集成由多家代工厂完成所带来的量产良率降低的风险。
瑞识科技副总经理贺永祥博士表示：“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响应时间，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。”
瑞识背发光VCSEL产品LIV曲线与PCE曲线
伴随着元宇宙时代的来临，VCSEL芯片作为VR/AR的核心光源器件将为元宇宙带来无限的想象空间。贺永祥博士表示：“我们的背发光微透镜集成VCSEL产品是瑞识的VCSEL芯片设计和光学集成能力的一次完美结合。目前我们的这款芯片已经实现量产并获得国外客户订单，将用于其VR/AR终端设备，助力元宇宙时代的到来。”
