車載激光雷達迎來大爆發(fā)，陶瓷基板是關鍵

車載激光雷達又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統，其原理都是將三維激光掃描儀加上POS系統裝載車上。目的就是為了能在更長，更遠的范圍內建立DTM模型。

二、激光雷達的分類：

由于當前激光雷達技術方案的分歧點在于掃描方式，所以通常按照掃描方式來分，可以分為：械旋轉激光雷達，混合固態(tài)激光雷達和全固態(tài)激光雷達。

1. 機械激光雷達，是指其發(fā)射系統和接收系統存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準的激光從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光，形成多個面，達到動態(tài)掃描并動態(tài)接收信息的目的。

2. 微轉鏡激光雷達（混合固態(tài)）：轉鏡類似于機械式，保持收發(fā)模塊不動，通過電機帶動轉鏡運動，將激光反射到不同的方向實現一定范圍內激光的掃描。

3. 固態(tài)激光雷達主要是依靠波的反射或接收來探測目標的特性，實際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠處發(fā)射的紅外線經過光學系統成像在系統焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉換為電信號并進行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統，最終送達監(jiān)視系統形成圖像。

三、激光雷達的組成

激光雷達的組成：由激光發(fā)射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成。其中激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

四、激光發(fā)射器的組成

激光器由激光工作介質、激勵源和諧振腔組成。那么激光器為何要選用陶瓷基板呢？主要是因為對散熱有著特殊要求：VCSEL芯片功率轉化效率較低，這就意味著散熱肯定有問題，面臨熱電分離的難題，而陶瓷基板就是為解決熱電分離誕生的。陶瓷基板散熱性好，介電常數穩(wěn)定，電氣性能穩(wěn)定。斯利通不同材質的陶瓷基板，包括96%氧化鋁、99%氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氧化鉛、碳化硅、氮化硅、ZAT、玻璃、石英、金剛石、藍寶石陶瓷基等。不同的材料散熱性也不一樣，比如氧化鋁導熱率15-35W/m.k，氮化鋁導熱率≧170W/m.k；介電常數8-10MHz。

對半導體激光封裝技術中的固晶技術而言，固晶過程中的溫度、壓力、時間等應力的掌控，對位置、角度、等精度的要求會影響器件性能，若精度、應力控制不佳，會導致半導體芯片穩(wěn)定性降低。

熱沉作為激光器管芯的直接載體，主要解決管芯的散熱和電極的連接問題，一般管芯有P、N上下兩個不共面電極，熱沉上也對應有兩個電極。通常是把管芯的下電極焊接在熱沉的一個電極上，管芯的上電極則通過一根金絲連接到熱沉的另一電極上，然后分別用金絲把熱沉電極與外電路連接。

隨著輸出功率的提高，對激光器散熱能力要求也越來越高。如果激光器散熱不及時，勢必會造成結點溫度升高，從而使激光器的闕值電流密度升高，電光轉換效率降低，激光波長發(fā)生嚴重溫漂，嚴重影響器件的壽命和可靠性。斯利通陶瓷線路板作為過渡熱沉材料具有以下特點：散熱性能好、焊接性能好、電導通性能好、穩(wěn)定性能高。

五、激光器散熱原理：

VCSEL運行時會產生較大熱量。其一，熱量需要通過基板及時散發(fā)出去；其次，VCSEL芯片功率密度很高，需要考慮芯片和基板熱膨脹失配導致的應力問題。因此，實現高效散熱、熱電分離及熱膨脹系數匹配成為VCSEL元件封裝基板選擇的重要考量。

一般情況下，半導體激光器的發(fā)光波長隨溫度變化為0.2-0.3nm/℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當正向電流流經pn結，發(fā)熱性損耗使結區(qū)產生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，半導體激光器的發(fā)光強度會相應地減少1%左右，激光器時刻保持色純度與發(fā)光強度非常重要，以往多采用減少其驅動電流的辦法，降低結溫，多數半導體激光器的驅動電流限制在20mA左右。但是，半導體激光器的光輸出會隨電流的增大而增加，很多功率型半導體激光器的驅動電流可以達到70mA、100mA甚至1A級，需要改進封裝結構才能保證激光器的壽命，全新的半導體激光器封裝設計理念采用低熱阻封裝結構及技術，改善熱特性。

陶瓷本身的穩(wěn)定性確保傳感器信號不會失真；陶瓷基板與芯片的熱膨脹系數匹配，使得產品更加可靠，即使在高溫，高震動，含腐蝕性的環(huán)境下仍然可以保正信號的高效，靈敏，準確。其高導熱、高絕緣、高線路精準度、高表面平整度及熱膨脹系數均能與芯片相匹配。

六、車載激光雷達傳感器的作用：車載激光雷達傳感器在車輛系統中主要有以下幾個作用：車輛高精度定位、障礙物識別及目標跟蹤、自動泊車系統、車道保持輔助系統、防撞及行人保護、車道偏離預警、自動緊急制動。

陶瓷基板在汽車上主要應用在貼片電阻、覆銅板、MOS管、PTC加熱器、LED燈、傳感器、IGBT、MOSFET散熱、新能源汽車電驅動器、新能源汽車空調系統等部件中。

審核編輯：湯梓紅