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2017年我国晶圆级光学元件行业WLO工艺优势及发展方向分析(图)

        晶圆级光学元件WLO是核心组件

        根据对结构光TX部分的分析,由VCSEL发射的近红外光,首先经过光束整形器BeamShaper(主要包括扩束元件BeamHomogenizer和准直元件CollectionLens)形成横截面积较大的、均匀的准直光束。然后经过DOE形成的光学图案再经过最后的投射透镜(ProjectionLens),才能够从TX发射部分发射出去。

        目前在体感交互产品上使用3D视觉结构光方案时,对器件的体积要求不高,如英特尔Realsense前置结构光产品采用普通的光学透镜和DOE器件,器件尺寸大。

 
图:RealSense红外光投影部分体积大


图:智能手机内部空间及其紧凑
 

        为了将结构光方案应用于移动端消费电子产品,发射端器件在体积和尺寸上需要压缩,因此光束整形器BeamShaper和投射透镜ProjectionLens都是采用WLO(晶圆级光学器件)工艺加工而成。


图:光束整形器BeamShaper侧视图
 


图:光束整形器BeamShaper正视图
 

        所谓WLO晶圆级光学器件,是指晶元级镜头制造技术和工艺。与传统光学器件的加工技术不同,WLO工艺在整片玻璃晶元上,用半导体工艺批量复制加工镜头,多个镜头晶元压合在一起,然后切割成单颗镜头,具有尺寸小、高度低、一致性好等特点。光学透镜间的位置精度达到nm级,是未来标准化的光学透镜组合的最佳选择。


图:WLO器件与DOE配合实现结构光3D视觉
 


图:WLO工艺应用于手机摄像头
 

        参考中国报告网发布《2017-2022年中国晶圆代工产业发展态势及十三五盈利战略分析报告

        与传统光学透镜加工不同的是,WLO工艺更加适合移动端消费电子设备。特别是在3D视觉发射端结构复杂的情况下,光学器件采用WLO工艺,可以有效缩减体积空间,同时器件的一致性好,光束质量高,采用半导体工艺在大规模量产之后具有成本优势。


图:传统光学镜头与晶圆级镜头对比
 


图:WLO工艺在消费电子相机中开始普及
 

        与传统光学透镜设计与加工普遍采用的简单流程和工艺不同,WLO工艺由于是采用半导体工艺和设计思路进行光学器件的制造,因此整个流程更加复杂,无论是设计流程还是加工环节,都需要更加先进的设计思路和更加精细的加工处理,因此相应加工附加值高。


图:WLO晶圆级透镜设计流程
 


图:WLO晶圆级透镜加工流程
 

        在苹果3D视觉结构光方案中,根据美国产业链(如华尔街日报、TechCrunch等)的信息,Heptagon(已被AMS奥地利微电子收购)将提供TX发射端WLO晶圆级光学透镜,这主要是Heptagon已经在WLO设计领域积累了众多专利,技术实力强。此外,根据TechCrunch的分析,来自台湾的Himax奇景光电也是未来潜在供应商。


图:Heptagon晶圆级光学元件封装WLO
 

        国内方面,半导体封测厂华天科技和晶方科技在WLO方面布局较早,主要提供WLO后段加工技术,特别是华天科技具备成熟的加工技术,未来有望受益。

资料来源:中国报告网整理,转载请注明出处(GQ)

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