图像传感器芯片堆叠架构和互连技术的发展

52RD 2024-01-12 17:50

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Mei-Chien Lu在题为《Advancement of Chip Stacking Architectures and Interconnect Technologies for Image Sensors》的论文中写道：

过去二十年来，图像传感器取得了许多技术突破，已经发展成为支持多种应用的技术平台。图像传感器在移动设备中的成功应用加速了市场需求，并建立了一个商业平台，以推动持续创新和性能改进，并扩展到监控、医疗和汽车行业。

本文简要介绍了通用相机模组以及芯片堆叠架构和先进互连技术的关键技术要素，这项研究还将探讨像素电子元件在确定芯片堆叠架构和互连技术选择中的作用。本研究将通过分析一些不同功能的 CMOS 图像传感器 (CIS) 示例来进行，如可见光检测、用于微光检测的单光子雪崩光电二极管 (SPAD)、滚动快门和全局快门，以及深度感测和光检测与测距 (LiDAR)。

本文介绍了不同芯片堆叠架构的性能属性，直接键合技术、后通孔通硅孔（Via-last TSV）和混合键合（HB）技术被认为是用于图像传感器芯片堆叠的较新且更有利的芯片到芯片互连技术。此外，文章还重点提到了最先进的超高密度互连制造技术。

图1：成像像素阵列、电路块和典型 4 T-APS 像素电子器件的原理图

图2：正面照明传感器 (FSI-CIS) 和背面照明传感器 (BSI-CIS) 示例原理图

图3：顶部为陶瓷无引线芯片载体陶瓷图像传感器封装，底部为成像球栅阵列图像传感器封装的示意图

图4：两个摄像头模组的原理图，图像传感器封装在镜头模块下方的底部

图5：索尼首款堆叠式图像传感器的顶部和底部电路块的显微照片

图6：堆叠式BSI像素芯片与电路芯片通过外围通孔后TSV在电介质表面粘合的示意图

图7：采用 65 nm/14 nm技术加工的双光电二极管堆叠芯片BSI-CIS

图8：芯片间键合和互连方法，包括 (a) 直接电介质键合，然后采用用于芯片间互连的后通孔 TSV，(b) 外围区域的混合键合，以及(c) 像素阵列下的混合键合

图9：索尼公司的像素阵列、DRAM 和逻辑三芯片堆叠图像传感器，采用电介质对电介质键合，然后在外围区域采用后通孔TSV互连

图10：采用像素级集成的索尼堆叠芯片GS，其中包含 (a) 像素阵列芯片、(b) 处理器芯片和 (c) 使用混合键合互连的堆叠芯片的横截面

图11：像素电子分区原理图和豪威科技堆叠芯片像素级连接的横截面图

图12：ToF SPAD 图像传感器的像素电子器件原理图

图13：在芯片间接口处使用混合键合的NIR SPAD ToF图像传感器的横截面

图14：3D 堆叠式SPAD图像传感器示意图，包括( a ) 通过混合键合堆叠在CMOS电路芯片上的像素阵列芯片的横截面视图和 ( b ) 像素电子器件图

图15：用于激光雷达的两层 IR SPAD 传感器的芯片平面图和像素阵列

图16：使用 InP/InGaAs/InP 光电二极管通过像素级集成与硅芯片中的读出电路键合的短波长红外传感器，（a）倒装芯片凸点和（b）Cu-Cu混合键

图17：用于芯片到芯片互连的后通孔TSV工艺流程

图18：直接键合互联的工艺流程

获取该论文：

https://asmedigitalcollection.asme.org/electronicpackaging/article/144/2/020801/1115637/Advancement-of-Chip-Stacking-Architectures-and

END.

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