CCD和CMOS图像传感器芯片封装测试制程发展

2012-03-13 giai 1549

 

在影像应用需求大幅提升的推波助澜下,60年代早已问世的影像传感器芯片,也再度受到市场重视。影像感测芯片在系统中的作用,正如同人的眼睛,在影像撷取功能上占十分重要地位。本文将深入介绍影像传感器芯片在封装测试制程上的特色,以及目前相关技术的发展趋势与挑战。 

近年来由于技术之不断精进,新一代数位产品不仅可整合来自信息、消费及通讯三大领域的技术,更同时具备多媒体效能的特性。而在此特性中,影像处理技术也随着各种零组件技术的成熟及日益增加的应用面,逐渐成为受消费者注目的发展领域。 

影像处理技术的应用,除了在传统的传真机或扫瞄器可看到之外,我们发现愈来愈多的数字产品也都具有此功能,例如,目前广受市场欢迎的数字式摄录像机、数字相机,而具备照相功能的行动电话更是当下炙手可热的产品;此外,其它如监视用相机、玩具等也是影像处理厂商不会忽视的应用领域。

影像传感器的分类

在影像应用需求大幅提升的推波助澜下,60年代早已问世的影像传感器芯片,也再度受到市场重视。影像感测芯片在系统中的作用,正如同人的眼睛,在影像撷取功能上占十分重要地位。目前具备此功能的组件主要为CCD(电荷耦合器)传感器与CMOS(互补式金属氧化物半导体)传感器两种。

CCD与CMOS两种组件分别早在1969年与1967年就已问世,虽然两者的功能相同,其信号传递方式却是大异其趣。现在就让我们来看看这两者运作逻辑与特色。

CCD影像传感器

为因应不同的产品应用需求,CCD传感器可分为线型与面型两种。其中线型CCD传感器常见于数字复印机、扫瞄器与传真机,面型CCD传感器则主要应用在数字相机与摄录像机等产品中。

当感测到外界传送来的信号时,CCD传感器会先把这些信号转换成电荷,透过系统施加电流脉冲后再以一个图素接一个图素的方式传递电荷,最后汇集于输出放大器并一一被转换成电压讯号。经由其它系统芯片读取这些电压讯号并最后转换成可储存或显示之影像。电压高低对应着影像亮度强弱,虽然速度较慢,但具有较高的外界噪声干扰抵抗能力及较佳的动态影像功能,因此影像的品质较佳。另外CCD传感器由MOS(金属氧化物半导体)设计法则制成,而绝大多数之系统支持芯片为CMOS设计法则制成,因兼容问题无法整合成单一芯片。

CMOS影像传感器

CMOS传感器虽然比CCD传感器较早问世,但因量产技术的开发脚步较慢,因此未能掌握先发者的优势。CMOS传感器可分为被动式与主动式两种,早期的产品多属被动式产品,但由于所获得的影像品质不佳,因此有了主动式CMOS传感器的产生,并使得CMOS传感器的应用可以不再局限于中、低阶像素产品,可向上延伸至原本由CCD传感器主导的高阶产品。

由于利用半导体CMOS制程,且七成以上与传统半导体产品诸如微处理器,微控制器及记忆芯片的制程逻辑相似,因此CMOS影像传感器的制造厂商,不必再另外购买昂贵的半导体设备,即可利用既有设备从事生产。此外,CMOS传感器尚具有低耗电量的特性。由于CMOS影像传感器中的每一个图素都内建有晶体管,虽然这样的设计限制了图素在晶圆上的数目,使其画素值通常不及CCD传感器,但这种方式让驱动信号的电压降低许多,进而协助产品免去对额外电压支持的需求。

虽然CMOS影像传感器具备成本效益的优势,但基于原有设计上之限制,在某些效能表现上,CMOS并没有办法达到像CCD传感器一样的品质,当它遭遇外界干扰时,即无法对影像做非常细致化的处理,尤其在面对一些动态影像时,更是如此。

影像传感器芯片的应用趋势

CCD与CMOS影像传感器因为各有不同优势,也造就了它们在不同应用领域之发展。CCD传感器的影像品质较佳,因此在某些对影像产品要求较严格的高阶应用领域,保有十分坚固的地位。

而CMOS影像传感器则因为其设计方式及采用半导体制程,具备了省电与整合的优势,再加上制程技术成熟,所以价格比较低,并且被广泛地应用在各种对价格敏感的信息及消费性电子产品中。尤其重要的是,这些特性也正符合目前市场上许多数字产品所强调的轻薄短小设计概念,因此其发展亦不容小觑之。

也正因为是采半导体制程来生产,所以市占率不断提升的CMOS影像传感器,不仅为前段的芯片制造厂商带来商机,也同样为后段封装测试厂商带来新的发展领域。不过,由于CMOS影像传感器本质上可同时处理光学与电子讯号,与传统芯片不同,对作业环境与制程的要求因而更严格。接下来,我们将针对CMOS传感器谈谈其技术架构与发展现况。

CMOS影像传感器之封装技术

目前CMOS影像传感器所采用的封装型态,分为CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier;陶瓷无引线芯片载具)、OLCC(Organic Leadless Chip Carrier;有机无引线芯片载具)和相机模块式(Camera Module)封装等三种。其中,CLCC技术主要应用于封装尺寸较大或130万画素以上之影像传感器的封装;而OLCC封装技术则由于可使用混合型基板,成本相对上较低,同时在基板设计方面也具有高度弹性,因此多半应用在对价格敏感的消费性数字产品上;至于相机模块式的封装则将应用锁定在新兴的相机手机市场。

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