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手机相机模块封装的关键技巧

上网日期: 2008年10月31日 ?? 作者: Giles Humpston ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:相机模块? 图像传感器? 晶圆级封装?

作者:Giles Humpston
研发总监
Tessera公司

硅晶半导体组件布局的最佳化俨然已成为最小化芯片面积的关键。这一策略提升了每一晶圆的芯片数,因而可达到最小化的单位成本。由于CMOS图像传感器必须搭配镜头模块(lens train),才能完成一个固态相机模块,因此,CMOS图像传感器的开发也取决于不同的经济考量。为达到最小体积的相机模块,必须对硅晶布局进行折衷, 以降低组装成本,并通过封装创新来增加产品可靠性。

固态图像传感器

固态图像传感器正广泛地应用在各类产品中。以数量来看,目前最大的应用市场在移动电话所用的相机模块,今年单单针对这项应用来看,每天就有超过两百万个的规模。

大多数的固态图像传感器都是基于CMOS技术,因为CMOS技术能提供比电荷耦合组件(CCD)技术更高整合的方案。CMOS图像传感器包含一个能提供光电转换功能的2D太阳能电池数组以及许多用于影像、接口和电源管理的其它电子模块。

非最佳化的硅晶设计

由于CMOS芯片布局并未受到最大化晶圆利用率需求的影响,因而或许可算是一种独特的半导体组件。对于一般的半导体组件来说,芯片布局方式通常必须可为每一晶圆实现最大化芯片数量,以便最小化芯片的单位制造成本。然而,图像传感器仅仅是相机模块所需的组件之一,其它关键零组件还包括镜头模块、可调式镜头外壳、红外线滤波器、载板,以及经常使用的被动组件和去耦合电容。图1是一个典型1.3M像素相机模块组件的相对成本比较表。由于光学组件的成本已超出其它半导体组件成本,因此在产品成本和尺寸需求的驱动下,必须在硅晶布局与光学设计间进行折衷。

图1
图1:固态相机模块主要组件的相对成本,通常以图像传感器芯片为标准。

第一代图像传感器通常遵循标准的半导体原则制造。最佳化的芯片布局要求成像区必须位于靠近芯片的一角,以便能将电子区块整合在一起。事实上,为了完成一款相机模块,必须将镜头模块集中在成像区(见图2)。由于成像区位于芯片的一角,因此第一代相机模块的尺寸必须大到足以包含超出芯片范围的光学部份。

图2
图2:为最大化晶圆利用率所设计的图像传感器芯片。由于环型光学组件集中在成像区域,使得有效光学区域位于芯片一角,而电子组件则集中一同利用较大的相机模块体积。

而今,从晶圆利用率的角度来看,现代的图像感测芯片设计虽然一直不具效益,不过,至少它的成像区还位于芯片中央(见图3)。在其它各种因素都一样的情况下,该芯片约比上一代芯片大了8%,但它的镜头模块被整齐地安置在芯片上,通过空间规划为相机模块减少了约10%的面积。

图3
图3:具有检测器的成像器被集中在芯片的中心。虽然图3硅晶实体上大于上一代芯片,但最终所实现的相机模块体积却更小。


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