CMOS圖像傳感器的3D堆疊技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2018-06-26 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】為了加速影像數(shù)據(jù)處理, 業(yè)界研發(fā)了在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像傳感器中配備嵌入式動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM),推出了配備DRAM的三層堆疊式CMOS影像傳感器,SONY是最早發(fā)布這一產(chǎn)品的廠家,這款型號(hào)為IMX400的三層堆疊式感光元件(Exmor RS)是專為智能手機(jī)而打造的。
SONY的堆疊式CMOS傳感器元件
Sony的Xperia XZ Premium和Xperia XZ兩款旗艦級(jí)智能手機(jī)搭載了具有960fps畫面更新率的Motion Eye相機(jī)模組。
這款三層堆疊的CMOS影像傳感器(CIS)被面對(duì)背地安裝在DRAM上,使得DRAM與影像訊號(hào)處理器(ISP)面對(duì)面接在一起。
Sony三層堆疊式CMOS影像傳感器的芯片橫截面
Sony在其較早的19Mp影像傳感器中使用雙模擬/數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC),為畫素資料進(jìn)行數(shù)字化。而今,該公司使用4層ADC的結(jié)構(gòu)提高讀取速度,同時(shí)也改善了處理能力。DRAM則用于暫時(shí)儲(chǔ)存高速數(shù)據(jù),然后再以傳感器介面的最佳速率輸出。該設(shè)計(jì)使其能以1/120秒讀取1,930萬畫素的靜態(tài)影像,而在影片模式下可達(dá)到1,000fps的畫面更新率,較以往產(chǎn)品的靜態(tài)影像與動(dòng)態(tài)影片分別提高了4倍和8倍的速度。Sony可說是再次將手機(jī)相機(jī)的功能推至極限。
Sony新開發(fā)配備DRAM的三層堆疊式CMOS影像傳感器
3D堆疊技術(shù)
3D 堆疊技術(shù)是把不同功能的芯片或結(jié)構(gòu), 通過堆疊技術(shù)和過孔互連等微機(jī)械加工技術(shù), 使其在 Z軸方向上形成立體集成和信號(hào)連通以及圓片級(jí)、芯片級(jí)、硅帽封裝等封裝和可靠性技術(shù)為目標(biāo)的三維立體堆疊加工技術(shù), 用于微系統(tǒng)集成, 是繼片上系統(tǒng)( SOC) 、多芯片模塊( MCM ) 之后發(fā)展起來的系統(tǒng)級(jí)封裝( SiP/ SoP) 的先進(jìn)制造新技術(shù)。
微電子的模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 3D 圓片級(jí)封裝( WLP)的 系統(tǒng)級(jí)封 裝 ( SiP ) 技術(shù), 例如, CIS RF 模塊、M EM S 封裝、標(biāo)準(zhǔn)器件封裝, 已有量產(chǎn), 2009 年開始 3D TSV 堆疊時(shí)代( 3D TSV Stack Era ) 的到來,模塊化芯片、閃存及 DRAM , 通過堆疊以獲得增強(qiáng)的內(nèi)存容量。
3D 堆疊的主要形式和分類
目前有多種基于 3D 堆疊方法, 主要包括: 芯片與芯片的堆疊( D2D) 、芯片與圓片的堆疊( D2W ) 以及圓片與圓片的堆疊( W2W) 。
D2D 堆疊方式是當(dāng)前系統(tǒng)級(jí)封裝( SiP) 方式的主要互聯(lián)方式, 該堆疊方法主要利用引線鍵合的方式, 實(shí)現(xiàn)3D 方向芯片間的互聯(lián), 如圖( a) 所示。 D2D 方式雖然可以實(shí)現(xiàn)3D 堆疊, 提高系統(tǒng)集成度, 但由于主要使用引線鍵合方式互聯(lián), 限制了系統(tǒng)集成度進(jìn)一步提高, 并由于引線會(huì)引入寄生效應(yīng), 降低了 3D 系統(tǒng)的性能;
D2W 堆疊方式利用芯片分別與圓片相應(yīng)功能位置實(shí)現(xiàn)3D 堆疊,如圖( b) 所示, 該種方式主要利用 flip-chip( 倒裝)方式和bump( 置球) 鍵合方式, 實(shí)現(xiàn)芯片與圓片電極的互聯(lián), 該方式與 D2D 方式相比, 具有更高的互聯(lián)密度和性能, 并且與高性能的 flip-chip 鍵合機(jī)配合,可以獲得較高的生產(chǎn)效率;
W2W 堆疊方式利用圓片與圓片鍵合, 實(shí)現(xiàn)3D 堆疊, 在圓片鍵合過程中, 利用 TSV 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互聯(lián), 如圖( c) 所示, 該種方式具有互聯(lián)密度高、成本低并且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)圓片級(jí)封裝( WLP) 的優(yōu)點(diǎn), 可以實(shí)現(xiàn) AD、I/ O、傳感器等多功能器件的混合集成。
對(duì)于 D2W 和 W2W 堆疊方式,從生產(chǎn)效率的角度, W 2W 方式效率最高, 但從成品率角度考慮, 由于 D2W 方式可以通過篩選, 實(shí)現(xiàn)合格芯片( Know good die, KGD) 之間的堆疊, 因此成品率較高; 而 W2W 方式, 無法通過實(shí)現(xiàn)事先篩選,
會(huì)嚴(yán)重影響堆疊的成品率。
對(duì)于 W2W 堆疊方式, 必須嚴(yán)格控制芯片及 3D 堆疊工藝的成品率, 否則, 隨著堆疊層數(shù)的增加, 成品率將大幅下降。 對(duì)于一個(gè)需要 3 層的堆疊工藝來說, 必須將圓片成品率及層疊成品率均控制在 98%以上, 才可能獲得 90%以上的 3D 堆疊成品率。
層間互聯(lián)技術(shù)——TSV
從微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看, 基于 TSV 技術(shù)的3D 堆疊技術(shù), 將是微電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì), 但也面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn), 如 TSV 技術(shù)、超薄片加工技術(shù)( 臨時(shí)鍵合、減薄等) 、異質(zhì)鍵合技術(shù)、層間對(duì)準(zhǔn)技術(shù)等等, 其中, TSV 技術(shù)最為關(guān)鍵。
穿透硅通孔( TSV) 將在先進(jìn)的三維集成電路( 3D IC) 設(shè)計(jì)中提供多層芯片之間的互連功能, 是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通, 實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)。 與以往的IC 封裝鍵合和使用凸點(diǎn)的疊加技術(shù)不同, TSV 能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大、外形尺寸最小, 并且大大改善芯片速度和降低功耗的性能。
采用硅通孔技術(shù)( TSVs) 的堆疊器件
TSV 與目前應(yīng)用于多層互連的通孔有所不同,一方面 TSV 通孔的直徑通常僅為為 1~100 μm , 深度 10~400 μm, 為集成電路或者其他多功能器件的高密度混合集成提供可能; 另一方面, 它們不僅需要穿透組成疊層電路的各種材料, 還需要穿透很厚的硅襯底, 因此對(duì)通孔的刻蝕技術(shù)具有較高的要求。目前制造商們正在考慮的多種三維集成方案, 也需要多種尺寸的T SV 與之配合。 等離子刻蝕技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于存儲(chǔ)器和 MEM S 生產(chǎn)的深硅刻蝕工藝, 同樣也非常適合于制造 TSV。
利用3D 堆疊技術(shù)實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng), 是未來發(fā)展的必然趨勢(shì), 是突破摩爾定律發(fā)展的必然選擇。其中利用MEMS 技術(shù)實(shí)現(xiàn) TSV 互連, 是該技術(shù)的核心技術(shù),必須重點(diǎn)解決與突破。
本文轉(zhuǎn)載自傳感器技術(shù)。
推薦閱讀:
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 中微公司成功從美國(guó)國(guó)防部中國(guó)軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
- 準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)
- 第12講:三菱電機(jī)高壓SiC芯片技術(shù)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
單向可控硅
刀開關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動(dòng)車
電動(dòng)工具
電動(dòng)汽車
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖