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新兴应用和低成本促使VCSEL产业繁荣
材料来源:微迷网           录入时间:2019/6/10 23:37:48

智能手机应用引爆VCSEL市场

据麦姆斯咨询介绍,2017年11月,苹果(Apple)公司携十周年纪念版产品iPhone X,发布了Face ID新功能,用于检测和识别用户人脸,从而实现手机解锁。在这款智能手机中,采用了三种不同的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。苹果推出的这一创新功能在业界引起轩然大波,VCSEL用于智能手机前置3D摄像头的突破性举措顿时让VCSEL的形象大放异彩。

继苹果iPhone X发布之后,一些智能手机制造商宣布会在下一代旗舰手机增加类似功能。如华为Mate 20 Pro手机的3D深度传感系统采用两颗VCSEL(一颗用于红外点阵投影器,另一颗用于泛光照明器,但两颗分别来自不同供应商)。前置3D成像功能已经迈出了成功的第一步,最近智能手机制造商纷纷发布采用飞行时间(ToF)原理的后置3D传感模组产品。2018年,移动和消费类VCSEL应用创造了5.53亿美元的市场营收,Yole预计到2024年增长将达到33.82亿美元,复合年增长率达35%。

2018年和2024年VCSEL市场规模预测

展望中长期,VCSEL有望在不同市场领域实现应用:移动和消费类、汽车和运输类、工业类。激光雷达,特别是中短距离激光雷达,所需的光源中,VCSEL有望与边缘发射激光器(EEL)展开竞争。然而,与EEL相比,VCSEL的输出光功率有限,要实现远距离探测仍然具有挑战性。此外,成本问题也令人望而却步。但VCSEL更容易实现阵列,因此有机会降低激光雷达成本并最终满足原始设备制造商(OEM)设定的目标。长远来看,到2032年,应用于激光雷达的VCSEL市场规模有望达到8亿美元。

新技术和低成本促使VCSEL产业繁荣

自2017年以来,越来越多的智能手机开始采用VCSEL。继苹果之后,小米和OPPO率先推出拥有3D传感功能的旗舰手机;最近,华为和三星这两家智能手机领导品牌也开始将VCSEL用于其产品。从技术层面来讲,首次用于高端智能手机人脸识别的3D结构光方案需要使用两种不同的VCSEL应用:泛光照明器、点阵投影仪,因此会增加3D传感模组的有形成本。同时,LG于2019年采用了基于ToF原理的人脸识别模组,仅需使用一颗VCSEL(泛光照明器)。因此,与结构光原理的3D传感模组相比,采用ToF原理的3D人脸识别模组成本会更低。

2017年,每部智能手机的VCSEL总成本估计为4~5美元。2018年,这一数字降至2~3美元,说明价格大幅下降。对此现象,有几种解释:产量越大,成本越低;有更多的VCSEL制造商通过智能手机制造商的认证,导致竞争激烈,纷纷降低利润;良率提升,每片晶圆上可用的VCSEL数量增加。到2024年,智能手机还把VCSEL用于近距离传感、前置和后置3D传感,预计每部智能手机VCSEL的总成本大约为2美元。

智能手机上的VCSEL总成本变化情况

持续增长的市场需求吸引高度热情的投资

市场目标为消费领域的VCSEL制造商,其供应链很大程度上依赖于外延晶圆代工厂。IQE是其中一家外延晶圆代工厂,自2016年以来,IQE已投入巨额资金,目标是成为拥有100台金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备的大型代工厂。未来,IQE将具备向需要大量VCSEL芯片的应用提供外延片的能力,如消费类应用和汽车类应用(即驾驶员监控和激光雷达)。制造成本的下降是以上举措带来的结果,再加上4英寸晶圆向6英寸晶圆的转变,VCSEL成本下降了20%。还有外延晶圆代工厂已经在着手研究8英寸硅晶圆的制造,以求进一步降低成本。但这还需假以时日,因为该行业才刚刚发展到6英寸,许多挑战(例如片内均匀性不高、晶圆破损等)还未解决。此外,这种转变的动力必须由需要大量和/或大尺寸VCSEL芯片的应用驱动。或许激光雷达会成为驱动因素之一,但短期内不会出现。

随着使用VCSEL的新兴应用越来越多,VCSEL制造商有望采取战略性行动。5G应用在短期内会推动VCSEL市场,一些公司则以数据通信市场为目标。一些公司会投资于与自动驾驶汽车开发相关的应用,其中驾驶员监控系统应该是强制性应用,激光雷达应在大多数此类车辆中实施。鉴于这一点,未来几年可能会发生一些针对某专业领域厂商的收购行为,高度专业化的公司或初创企业则是主要收购目标。

VCSEL行业主要投资事件


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