纵慧芯光推出高峰值功率短脉冲VCSEL光源驱动板，有助于更简单定义激光雷达产品

纵慧芯光推出高峰值功率短脉冲VCSEL光源驱动板，有助于更简单定义激光雷达产品

纵慧芯光最新纪要 

嘉宾:纵慧芯光创始人、总经理 陈晓迟

公司介绍: 2015上海成立，主打VCSEL，18年初搬到常州，18年进入手机供应链，19年是 量产元年，2019一年出货10kk。2019下半年开始布局车用VCSEL，之后三年通 过AECQ和IATF16949，车规产品去年底出货，用于DMS，激光雷达产品今年 底明年初批量出货。目前公司主打消费电子和汽车电子，消费电子可以排全球前三，目前研发重心在 汽车电子。

Q&A 1.VCSEL企业不少但低端多(扫地 机器人等)高端少(激光雷达、手机等)，为 什么能做激光雷达芯片的企业不多，激光雷达对芯片有什么要求?

 不是新技术，90年代初就有商用VCSEL，真正火起来是2017的iPhoneX的 faceID，所以17-19年有很多VCSEL创业公司出现。做出demo并不难，实现比较不错的性能也不难(高校、创业公司都能做)，我 们认为真正壁垒在后面。VCSEL分三阶段，第一是性能，第二是可靠性和寿命，第三是可量产性。第二、第三阶段壁垒更高，没有大量出货难以发现问题。车用VCSEL四大要求，光功率密度、光束质量、高可靠、低成本。高功率密度和高光束质量比消费电子难很多，特别是汽车激光雷达要看几百米，而且希望出光的角度越小越好，这样光学系统可以大大减轻压力。一旦光功率密度提高之后，对可靠性的压力也就更大。并且车用短脉冲有别于消 费电子的长脉冲，会引入新的失效机制，如果没有大量出货是很难找到失效机制 并调整工艺的。

2.为什么过去和现在的主流用EEL，现在开始用VCSEL(比如禾赛AT128)? 

VCSEL有低成本优势，而且由于出光方式其封装更灵活，温漂更小，更可靠。但 之前不用的关键原因在于EEL光功率密度远高于VCSEL，因此目前还是EEL为主，VCSEL都用在消费电子。但19年开始客户开始关注VCSEL，因为大家关注到激光雷达的量产了，需要低 成本和可量产性了。现在随着多结技术发展，功率密度大提升，比EEL也就差一 个数量级，不像以前差两三个数量级了。所以最主要还是功率密度。

3.为什么EEL格局这么集中，都是欧司朗? 

第一是它在汽车电子布局早，性能领先而且通过车规认证，可靠性优良，出货稳 定。第二是专利布局，低温漂专利解决了很大问题，同时也带来了垄断地位。

4.现在业内主要是5结，难在哪，我们能做到什么水平，未来能做到什么水平? 

多结让激光器用同样的发光面积实现几倍的功率，并不是宏观VCSEL的堆叠而是 微观外延生长更多层PN结。这需要做外延设计，通过MOCVD外延工艺实现，多结的挑战比如氧化层会引入更多应力，应力会导致可靠性减弱。市面上采用VCSEL量产的激光雷达不多，现在5、6结都有，将来会有更高结 数。现在我们研发中已经开始做十几结的了。

5.不同结数对应光功率密度多少?

 5-7结，现在量产产品大概达到1200-1500W/mm2，每平方毫米千瓦量级，比 EEL低一个数量级，EEL能做到万瓦/mm2级别。

6.低温漂为什么重要?

 温漂是发光波长随着温度变化。接收端有滤光片来滤掉环境光，温漂越大那么滤 光片的光谱窗口就要越宽，就会导致噪音越大，信噪比低，探测距离就近。现在VCSEL温漂差不多是EEL六分之一，低温漂可以让滤光片的光谱窗口更小。纵慧芯光现在在开发新产品，不光温漂小，而且光谱线宽窄，可以极致提高信噪 比。

7.解决温漂，加TEC来控温是否可以? 

这会引入额外成本和功耗，对激光雷达并不友好，直接改良芯片是更好的方法。现在客户基本没有TEC模块。

 8.A股还没有真正的VCSEL公司，VCSEL生产流程有哪些，什么关节关键，纵慧 芯光做了哪些环节?fabless和IDM? 

首先是设计，包括外延材料设计和layout设计。设计完进入生产，第一个环节外 延生长。大多硅工艺(CPU等)不用外延，直接曝光刻蚀就行，但VCSEL使用化合物半导 体，需要先在GaAs衬底上生长10m的材料，再刻蚀电路。外延生长是我们认 为非常重要的，基本决定了最后做出来的VCSEL芯片性能和可靠性，能够决定 70-80%。VCSEL的外延生长比其他化合物半导体更喊一下，因为需要DBR、需要量子阱，总层数可能有200层左右，每一层的厚度、成分都要精确控制，每一层工艺参数 都要精确调节，比如生长温度、压强、气流等。这些属于各家的knowhow，不 同参数长出来的性能可靠性完全不同。外延生长之后是通常的fab流程，曝光、刻蚀、氧化这些。最后切片。纵慧芯光自己做设计、外延生长，常州有自己的产线。我们自己做外延生长因为 它决定最后的性能。并且我们希望自己掌握一些knowhow，我们认为能比代工 厂做得好。后面fab这些环节采用委外代工。传统化合物半导体厂商或光芯片厂商都是IDM，比如过去的Finisar、Lumentum和现在的II-VI。过去都是用在光通信，量不大，并且对工艺要求 高。后来VCSEL进入手机，开始出现代工，因为数量急剧增长。目前我们采用代 工，我们认为制造环节成熟并且对性能影响没那么大，没有差异性。但未来如果 做更复杂的光通信产品可能会做IDM。所以我们是介于fabless和IDM之间，属 于fablite，只做关键环节。

9.制造环节委外代工是否影响迭代速度?IDM迭代更快? 

正确，IDM迭代的确更快，而且对于VCSEL，迭代很重要，工艺和可靠性都是要 靠迭代的。最早我们外延生长也是委外代工的，那时候迭代一轮要一个季度甚至 半年，现在外延环节我们最快1-3天就能迭代一轮。制造环节如果是IDM也会迭 代很快，现在我们有紧密合作伙伴，能确保我们在一星期之内做迭代，速度和 IDM差别不大。

 10.Lumentum和II-VI分别是什么模式? Lumentum也有自己的外延和fab，但是它消费电子3D传感的VCSEL还是代工 的，因为它订单特别大，在代工产业链话语权很强，产能、价格、交期都有话语 权。现在从手机到激光雷达，它还是延续代工模式，这个模式已经很顺畅了。II-VI一直都是IDM，可能和各自历史有关，II-VI一直就有fab，可能能够更好掌 握工艺knowhow和迭代速度。

两种模式都没错，都有竞争力。

11.Lumentum和II-VI各自在哪些下游领域占优? 

现在大家比较公认VCSEL老大是Lumentum了，消费电子出货量遥遥领先，汽 车电子进展也很快，有头部项目量产，而且世界各地都有业务。II-VI还是针对美国手机大客户，国内消费电子市场几乎没看见II-VI，汽车电子也 少见，可能更聚焦服务好头部客户。

12.国内和全球有哪些激光雷达厂商会走VCSEL，前向和侧向分别介绍? 

不便回答具体客户方案，但国内主流程上都开始把目光放到VCSEL，要么在做研 发，进度快的量产。国外包括欧洲、韩国、美国，下一代都会陆续推出VCSEL的 激光雷达产品。从场景来看明确采用VCSEL的就是补盲雷达，有些客户前向采用光纤或EEL，但 开发下一代补盲雷达的时候都一致采用VCSEL。前向目前市面上多种方案并存，1550、EEL都有，也有VCSEL，我们认为VCSEL也是有竞争力的方案。

13.补盲用VCSEL没什么疑问，为什么前向会用VCSEL，现在有哪几家? 

前向VCSEL的优势在于光处理比EEL更容易，比如可以直接打出面阵或者线光 斑，甚至可以通过2D形式进行纯固态扫描。

还有温度稳定性。另外VCSEL光束质量好一点，打出来是圆形光斑，而不像EEL打出椭圆形还要进 行快慢轴准直，有助激光雷达减体积降成本。

 且VCSEL将来成本会很低，随着消费电子带起来供应链，激光雷达也能享受到消 费电子的红利。而光纤激光器没有半导体的摩尔定律，没有这么强的规模效应。

14.9月一款激光雷达选用128个VCSEL但好像是与Lumentum合作，国内厂商 VCSEL实力也很强，目前国内厂商选型到了什么阶段? 

我们最快今年底明年初量产，是针对市面上已经开始量产VCSEL激光雷达的客 户。其他客户量产时间基本明年底或后年，我们在大部分项目都是主力供应商。

15.昨天禾赛速腾的补盲雷达大概看30米左右，19万个点，前向现在能做153万 个点了，未来补盲雷达升级趋势?

 点密度不太熟悉，客户端对FoV提出了高要求，基本上要到100/120*75度，后 续客户会持续提FoV的要求。现在技术阶段分辨率和距离都不是主要挑战，主要 还是FoV做大。

16.消费级厂商搞不定激光雷达VCSEL，主要是在哪些环节?激光雷达VCSEL最 难做的三点? 

第一是光功率密度，很多厂商通过多结来提高。第二是光束质量，往往做多结产 品时候发散角会很大，我们经过多轮迭代设计，可以在提高光功率密度的同时让 发散角很小。第三是可靠性，激光雷达都是超短脉冲大电流，有别于消费电子，如果没有几十万颗的测试是没办法找到这种情况下的失效机制的。围绕这些问题 我们不仅在VCSEL芯片本身做迭代，而且要设计车规驱动来模拟客户工作模式，做大量测试来找出失效模式，投入巨大，如果没有明确客户需求，很少有厂商会 做这么大投入俩解决这些问题。目前在即将量产的客户处已经取得了很好的进展，AECQ等所有认证都已通过，目前已经在跑小批量。#电子ETF# #消费电子#