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DPC-Keramiksubstrat: eine ideale Option für die Verpackung von LiDAR-Chips für die Automobilindustrie

28.05.2024 17:23:00

Die Funktion von LiDAR (Light Detection and Ranging) besteht darin, Infrarot-Lasersignale auszusenden und die reflektierten Signale nach dem Auftreffen auf Hindernisse mit den ausgesendeten Signalen zu vergleichen, um Informationen wie Position, Entfernung, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Fluglage und Form zu erhalten das Ziel. Diese Technologie kann eine Hindernisvermeidung oder eine autonome Navigation ermöglichen. Als hochpräziser Sensor gilt LiDAR weithin als Schlüssel zum autonomen Fahren auf höchstem Niveau und seine Bedeutung gewinnt immer mehr an Bedeutung.


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Laserlichtquellen gehören zu den Kernkomponenten von Automotive LiDAR. Derzeit ist die VCSEL-Lichtquelle (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) aufgrund ihrer niedrigen Herstellungskosten, hohen Zuverlässigkeit, kleinen Divergenzwinkel und einfachen 2D-Integration die bevorzugte Wahl für Hybrid-Festkörper-LiDAR und Flash-LiDAR in Fahrzeugen. Der VCSEL-Chip kann einen größeren Erkennungsabstand und eine höhere Wahrnehmungsgenauigkeit erreichen und die strengen Augensicherheitsstandards in Hybrid-Festkörper-LiDAR für Kraftfahrzeuge einhalten. Darüber hinaus ermöglichen sie Flash LiDAR eine flexiblere und breitere Perspektive und bieten erhebliche Kostenvorteile.

Allerdings beträgt der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad von VCSEL nur 30–60 %, was Herausforderungen für die Wärmeableitung und thermoelektrische Trennung mit sich bringt. Darüber hinaus weist VCSEL eine sehr hohe Leistungsdichte von über 1.000 W/mm2 auf und erfordert daher eine Vakuumverpackung. Dazu muss das Substrat einen 3D-Hohlraum bilden und über dem Chip eine Linse angebracht werden. Daher sind die Erzielung einer effizienten Wärmeableitung, thermoelektrischen Trennung und passender Wärmeausdehnungskoeffizienten wichtige Überlegungen bei der Auswahl von VCSEL-Verpackungssubstraten.

Keramiksubstrate haben sich zu einem idealen Chip-Verpackungsmaterial für LiDAR-Anwendungen im Automobilbereich entwickelt.

DPC-Keramiksubstrate (Direct Copper Plating) zeichnen sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Isolierung, eine hohe Schaltungsgenauigkeit, eine hohe Oberflächenglätte und einen zum Chip passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Sie bieten außerdem eine vertikale Verbindung, um die Verpackungsanforderungen von VCSEL zu erfüllen.

1. Hervorragende Wärmeableitung

Das DPC-Keramiksubstrat verfügt über vertikale Verbindungen, die unabhängige interne leitende Kanäle bilden. Da Keramik sowohl Isolatoren als auch Wärmeleiter ist, können sie eine thermoelektrische Trennung erreichen und das Wärmeableitungsproblem von VCSEL-Chips wirksam lösen.

2. Hohe Zuverlässigkeit

Die Leistungsdichte von VCSEL-Chips ist sehr hoch und die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Chip und Substrat kann zu Spannungsproblemen führen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Keramiksubstraten ist sehr gut mit VCSEL kompatibel. Darüber hinaus können DPC-Keramiksubstrate Metallrahmen und Keramiksubstrate integrieren, um einen versiegelten Hohlraum mit kompakter Struktur, ohne Zwischenbindeschicht und hoher Luftdichtheit zu bilden.

3. Vertikale Verbindung

Für die VCSEL-Verpackung ist die Installation einer Linse über dem Chip erforderlich, daher muss ein 3D-Hohlraum im Substrat eingerichtet werden. DPC-Keramiksubstrate bieten den Vorteil einer vertikalen Verbindung mit hoher Zuverlässigkeit und eignen sich für vertikale eutektische Verbindungen.

Im Rahmen der Entwicklung intelligenter Automobile spielen keramische Materialien eine immer wichtigere Rolle bei der intelligenten Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie. Als Grundlage des gesamten Technologie-Stacks sind kontinuierliche Innovationen in der Materialtechnologie von entscheidender Bedeutung für die effiziente Entwicklung der gesamten Branche.