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CIS:傳感器泛濫背后的力量

2020-07-02 來源:EEWORLD

翻譯自——EEtimes

 

我們對技術的焦點往往是電子的主要驅動:CMOS邏輯和內存。雖然這些可能占了使用Lam研究工具制造的設備的大部分,但創建對人類有用的系統還需要許多其他專業技術。其中許多技術影響著我們與電子產品的互動。比如:

 

傳感器——CMOS圖像傳感器(CIS)和微機電系統(MEMS)

 

用于發送和接收無線信號的射頻電路

 

電力電子,由MOSFET、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和使用雙極CMOS - DMOS (BCD)技術制成

 

光學器件——顯示器和光子器件

 

這些技術影響著商業、工業和汽車市場的廣泛系統。最近的重大興趣是物聯網(IoT)設備和蜂窩技術(特別是5G),兩者都廣泛使用專業技術。到2023年,這些市場將占全球集成電路需求的30%。(IC Insights, McClean和OSD Reports, 2019)

 

聚光燈下的照相機

 

在傳感器中,CIS傳感器近來變得尤為重要。在消費市場中,越來越多的攝像頭正在塞進智能手機里。它們已經作為手機營銷的主要噱頭。2017年,蘋果在iPhone X的信息發布時間中,約有10%的時間在推廣這款相機;兩年后,它花了49%的時間來宣傳iPhone 11的攝像頭,而不是其他功能。

 

未來的汽車設計中,除了雷達和/或激光雷達以外,還將使用不同類型的多攝像頭來幫助先進的ADAS和自動駕駛。這些攝像頭將有效地環繞汽車,消除盲點,并為駕駛員和自動系統提供更好的態勢感知。

 

CIS市場有望在未來幾年實現顯著增長,到2024年的單位復合年增長率(CAGR)為6.6%。CIS市場中增長最快的細分市場的增長率將明顯高于此,消費者復合年增長率為24.6%,汽車復合年增長率為14.1%。

 

CIS種類包括:記錄可見光的相機以及在紅外(IR)或近紅外(NIR)環境下工作的相機。可見光攝像機提供視頻流,用于識別物體和周圍的整體環境。在紅外領域,在使用結構光進行面部識別方面變得越來越有用,它不需要用可見光照亮面部。

 

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打造最好的CIS芯片

 

早期的CIS芯片從其頂部或前部接收照明。這是讓光子通過薄硅層進入傳感設備的最明顯的方法。但缺點是金屬化和其他芯片特性會掩蓋部分光線——只有穿過這些障礙物的光線才會被捕捉。

 

較新的CIS裝置在背面發光,沒有這樣的障礙。當然,這意味著晶圓背面必須變薄,以捕獲盡可能多的光子,而不讓它們被較厚的晶圓散射和吸收。由于CIS晶片的背面是發光的,所以正面可以與其他晶片結合,而不會影響光的感知。所以通過將圖像傳感器、內存和其他邏輯功能組合在一個單獨的封裝中,才能實現新的集成。

 

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然而,這樣做需要先進的技術來實現最有效的光捕捉。兩個典型的例子:深溝隔離(DTI)和硅通孔(TSV)。

 

DTI允許像素電路彼此更有效地隔離。當光子進入一個像素時,它們會被散射并四處移動——有可能從它們進入的像素漂移到鄰近的像素。當需要高分辨率時,這會產生一種模糊效果,因為像素會相互滲透。DTI有效地在像素之間建立了一堵墻,保持光子的數量,并產生更清晰的圖像。

 

晶粒堆疊賴于TSV。一個Die的正面有所有的金屬互連和任何傳統的襯底,所以當把兩個Die的正面連接在一起時,這些信號可以結合在一起。但是Die的背面沒有這些信號。所以,當把一個Die的背面堆疊到一個正面或另一個背面時,必須有某種方法把信號從Die的正面傳到Die的背面,這樣它們才可以連接起來。TSV是鉆穿硅的深層金屬“管道”,并起到了這個作用。

 

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DTI和TSV是重要的技術,需要謹慎和精確的流程才能有效。這些技術是Lam比較擅長實現的,隨著CIS市場的增長,Lam預計對這些技術的需求將有顯著增長。雖然CIS和其他專業技術可能不會像主流技術那樣得到持續的關注,但它們對于我們在未來幾年將看到并與之交互的系統的有效性來說,同樣重要。


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