車載用パルスLiDARパッケージ | セラミックパッケージ

インダクタンスの低減化、高出力、且つ狭パルス幅化のレーザー発光を可能にする車載用パルスLiDARパッケージ

京セラのセラミックパッケージは、放熱性・
耐熱性に優れ、
さらに、インダクタンスの低減化を実現できます。
その特徴を生かし、高出力、かつ狭パルス幅化のレーザー発光が可能になります。

水平照射用
横窓パッケージ
水平照射用
浮島パッケージ＋横窓LID
垂直照射用
端面発光LDパッケージ
垂直照射用
VCSELパッケージ

京セラのパルス式LiDARパッケージソリューション

長距離検知に欠かせない
パッケージ技術

長距離検知実現に欠かせない条件: 単位時間での照射回数を増やす

レーザー出力を大きく

アイセーフに抵触しない
条件をクリアするための課題: 低インダクタンス化の実現

放熱性の向上

低インダクタンスの実現

積層セラミックスの多層配線技術により、インダクタンスを低減化。
VIAの複数配列、パラレルボンド化、キャビティパッケージを使用したループ長短縮、2層並走配線や連結VIA設計（特許出願済）など、低インダクタンス化が実現できます。

1VIA部低減案（◿67％）
（複数VIA配置）

セラミックの三次元的な構造をいかし、VIAを多数配置することで低インダクタンス化を実現できる
2WB部低減案（◿54％）
（ワイヤー長　短縮）

ダウンボンドと比べ、素子とパッケージ間のワイヤーループの長さを短縮することで低インダクタンス化を実現できる
3配線部低減案（◿31％）
（複数層配線/VIA導通）

単層板では不可能だった、上下層を用いた2層並走配線や連結VIAを形成することで低インダクタンス化を実現できる

放熱性の向上

放熱性に優れたセラミックパッケージを採用することで、レーザー光を照射する際の放熱性が高まり、レーザーダイオードの温度が上昇するのを抑制します。

また高出力、低インダクタンス以外に、光源のマルチチャネル化や受光系・走査系・制御系機能のモジュール化など、
パッケージ技術において放熱性の高い材料の採用が求められています。

高放熱セラミック材料のラインアップ

		積層アルミナ	積層窒化アルミニウム（AlN）	積層アルミナ＋ CuW埋め込み
材料		A473	AN242	AO610W
構造イメージ
熱伝導率（W/ｍＫ）		△　18	◎　150	○アルミナ：17 CuW：200
熱膨張係数（/K）		○　6.9×10^-6	◎　4.7×10^-6	○　6.8×10^-6
チップ実装	ワイヤーボンディング	◎	◎	◎
チップ実装	フリップチップ	◎	○	△
小型化		◎	○	△
コスト^※		低	高	中

※A473・AN242・AO610W内での比較

高放熱セラミック材料の
ラインアップ

		積層アルミナ
材料		A473
構造イメージ
熱伝導率（W/ｍＫ）		△　18
熱膨張係数（/K）		○　6.9×10^-6
チップ実装	ワイヤーボンディング	◎
チップ実装	フリップチップ	◎
小型化		◎
コスト^※		低

		積層窒化アルミニウム（AlN）
材料		AN242
構造イメージ
熱伝導率（W/ｍＫ）		◎　150
熱膨張係数（/K）		◎　4.7×10^-6
チップ実装	ワイヤーボンディング	◎
チップ実装	フリップチップ	○
小型化		○
コスト^※		高

		積層アルミナ＋ CuW埋め込み
材料		AO610W
構造イメージ
熱伝導率（W/ｍＫ）		○アルミナ：17 CuW：200
熱膨張係数（/K）		○　6.8×10^-6
チップ実装	ワイヤーボンディング	◎
チップ実装	フリップチップ	△
小型化		△
コスト^※		中

※A473・AN242・AO610W内での比較

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小型化・低コスト化に
欠かせない表面／両面実装

高機能かつ小型化、低コスト化を実現するには、レーザーダイオードやドライバIC、受光素子などを集積するモジュール基板が重要になります。

課題 1

2Dモジュールでは、周辺部品の発熱によるレーザー波長の変動抑制が課題でした。
課題 2

3Dモジュールでは、周辺部品の発熱によるレーザー波長の変動抑制に加え、両面実装が可能なパッケージ形状の実現が課題でした。

解決策

京セラでは、多層セラミック基板の特徴でもある異形状形成を利用した、両面実装が可能なパッケージ製品の量産を行っています。

レーザーダイオードやドライバIC、モニタPD（Photo Diode）、コンデンサなどの部品を2D実装、または3D実装することにより小型化・低背化を実現します。

部品の高密度実装も可能になり、また、基板の内層部分に配線を施すことで配線長を短縮できます。

低インダクタンス化にもつながり、さらには低コスト化にも貢献できます。
機能性を重視した信頼性の高いパッケージ製品となっています。

CASE
1端面発光LD (EEL) + ドライバIC

面積比32%ダウン、低インダクタンス化に貢献。

CASE
2VCSEL + ドライバIC

Chip size
（想定）

モニタPD：1×1mm
VCSEL：5×4mm
ドライバIC：3×6mm

①&②面積比25%ダウン
&低インダクタンス寄与
③面積比40%ダウン
&低インダクタンス寄与

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CANパッケージとの比較

熱抵抗値について、CANパッケージとセラミックパッケージを比較した結果、
窒化アルミニウム材を使い、放熱経路を改善することで、パッケージを小型化しても熱抵抗値が変わらない、
かつ同サイズのCANパッケージよりも最大熱抵抗値が約1/2になりました。

セラミック材料＆リードレスパッケージ化のメリット

放熱性の高いセラミック材料を使用した表面実装型のリードレスパッケージなら、
パッケージの裏面全体を介した放熱経路の確保が可能であり、ピン経由のCANパッケージよりも効率的に放熱が行えます。

表面実装パッケージは、
TO-CANと比較して低背化と効果的な
放熱経路確保を実現します。

インダクタンス値について、CANパッケージとセラミックパッケージを比較した結果、積層セラミックス特有の多層配線技術を使うことで低インダクタンス化が実現できます。
また、ドライバIC込みのインダクタンス値では、CANパッケージの約1/2になりました。

ドライバIC-レーザーダイオード間の配線長と
インダクタンス値（シミュレーション結果）

コンセプト	TO-CAN	セラミックパッケージ
構造図
配線長（ドライバIC- レーザーダイオード）【mm】	7.65	3.88
インダクタンス値【ｎH】	4.24	1.94

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パッケージ製品の
ラインアップ

京セラでは、レーザータイプ別・パッケージ形態別にさまざまなパッケージ製品を取り揃えています。

レーザータイプ別セラミックパッケージのラインアップ

レーザータイプ	構造	放熱性	コンセプトイメージ
VCSEL	サブマウント	中程度	アルミナサブマウント
	サブマウント	良好	窒化アルミニウムサブマウント
	キャビティ付パッケージ	中程度	アルミナリードレスパッケージ
	キャビティ付パッケージ	良好	窒化アルミニウムリードレスパッケージアルミナ枠体＋金属ヒートシンク
端面発光LD	サブマウント	中程度	アルミナサブマウント
	サブマウント	良好	窒化アルミニウムサブマウント
	キャビティ付パッケージ	中程度	アルミナ一体段付き基板＋横窓CAP アルミナボックス＋光学横窓
	キャビティ付パッケージ	良好	窒化アルミニウム＋サブマウント＋横窓CAP アルミナ枠体＋金属ヒートシンク＋光学横窓窒化アルミニウム＋サブキャリア

照射方向別セラミックパッケージのラインアップ

照射方向	素子	PKG 形態	特徴	高放熱	短パルス	信頼性	小型低背	パッケージコスト
水平	端面発光LD	浮島	サブマウント不要/ PKG安価（アルミナ）/ 気密封止可能	△	○	○	○	○
		横窓	サブマウント不要/ 気密封止可能	△	○	○	○	△
		ソファ	高放熱（窒化アルミニウム）/ サブマウント不要	○	○	○	○	△～○
		Sub	高放熱（窒化アルミニウム）/平坦度/ ファインパターン/ AuSn接合	○	△	○	○	△
垂直	端面発光LD	CAN	窒化アルミニウムサブマウント付の提供が可能	△	△	○	×	×
	端面発光LD	バスタブ	高放熱（窒化アルミニウム）/ 気密封止可能	○	○	○	○	△～○
	VCSEL	バスタブ	高放熱（窒化アルミニウム）/ 気密封止可能	○	○	○	○	△～○
	VCSEL	平板	高放熱（窒化アルミニウム）/平坦度/ ファインパターン/ AuSn接合	○	△	○	○	△

照射方向別セラミックパッケージのラインアップ

照射方向	水平
素子	EEL
PKG 形態	浮島	横窓	ソファ	Sub
3D図
断面図
特徴	サブマウント不要/ PKG安価（アルミナ）/ 気密封止可能	サブマウント不要/ CAP安価（アルミナ）/ 気密封止可能	高放熱（窒化アルミニウム）/ サブマウント不要	高放熱（窒化アルミニウム）/平坦度/ ファインパターン/ AuSn接合
高放熱	△	△	○	○
短パルス	○	○	○	△
信頼性	○	○	○	○
小型低背	○	○	○	○
パッケージコスト	○	△	△～○	△

照射方向	垂直
素子	EEL		VCSEL
PKG 形態	CAN	バスタブ	バスタブ	平板
3D図
断面図
特徴	AlNサブマウント付の提供が可能	高放熱（窒化アルミニウム）/ 気密封止可能	高放熱（窒化アルミニウム）/ 気密封止可能	高放熱（窒化アルミニウム）/平坦度/ ファインパターン/ AuSn接合
高放熱	△	○	○	○
短パルス	△	○	○	△
信頼性	○	○	○	○
小型低背	×	○	○	○
パッケージコスト	×	△～○	△～○	△