陶瓷基板在CMOS封裝領(lǐng)域的應(yīng)用

一、什么是CMOS圖像傳感器？

CIS芯片全稱CMOS圖像傳感器，是一種將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)的設(shè)備。通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，并且這幾部分被集成在同一塊硅片上。目前這種傳感器全球能做的公司極少，索尼在全球CIS營收市占率約42%，韓國三星占比約20%，豪威占比約10%，安森美占比約5%，意法半導(dǎo)體占比約4%。

自美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出固態(tài)成像器件概念后，固體圖像傳感器便得到了迅速發(fā)展，成為傳感技術(shù)中的一個(gè)重要分支。

圖像傳感器近期更是成為市場上不容忽視的焦點(diǎn)，形成了半導(dǎo)體行業(yè)最炙手可熱的領(lǐng)域之一。目前CCD圖像傳感器和COMS圖像傳感器(CIS)是被普遍采用的兩種圖像傳感器。

CCD圖像傳感器是通過將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分組成，即鏡片，彩色濾鏡和感應(yīng)電路，大致的形狀和運(yùn)作方式已經(jīng)定型。

CMOS圖像傳感器(CIS)是模擬電路和數(shù)字電路的集成。主要由四個(gè)組件構(gòu)成：微透鏡、 彩色濾光片(CF)、光電二極管(PD)、像素設(shè)計(jì)。 CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復(fù)位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。

據(jù)MarketsandMarkets稱，因CCD具有更高的分辨率和光敏性，因此傳統(tǒng)上占據(jù)了最大的市場份額。但就目前市場而言，CIS因其成本效益、快速處理速度和低功耗等特性而廣受大眾關(guān)注且認(rèn)為其最有發(fā)展?jié)摿Φ?。因其尺寸小、功率低、易集成、幀速率更快和制造成本更低等自身?yōu)勢，預(yù)計(jì)將占領(lǐng)市場的主導(dǎo)地位。

二、CMOS的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

1.圖像傳感器芯片是手機(jī)攝像系統(tǒng)中的核心部分，對(duì)攝像的品質(zhì)起到具足輕重的作用，CIS的加工工藝是整個(gè)光學(xué)領(lǐng)域技術(shù)門檻最高的環(huán)節(jié)，CIS環(huán)節(jié)也占據(jù)整個(gè)手機(jī)攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈一半以上的價(jià)值量。

根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)預(yù)測，2021年全球CMOS圖像傳感芯片市場規(guī)模約248億美金，2022-2027年CIS市場規(guī)模年復(fù)合增速高達(dá)10%，未來受益于手機(jī)領(lǐng)域多攝趨勢以及汽車、安防等新興下游應(yīng)用領(lǐng)域的拉動(dòng)，CIS行業(yè)規(guī)模有望加速擴(kuò)張。根據(jù)IHS的統(tǒng)計(jì)，智能手機(jī)領(lǐng)域在CIS下游應(yīng)用占比達(dá)67%，是CMOS圖像傳感器主要的需求來源。

近年來，人像拍攝、夜景/暗光拍攝、防抖拍攝、全景拍攝等多元化拍攝需求激發(fā)手機(jī)攝像頭由單攝像頭向前后置雙攝像頭轉(zhuǎn)變，另一方面，雙攝像頭也成為實(shí)現(xiàn)VR/AR的主要途徑，今年發(fā)布的華為 P20 Pro的三攝配置更開創(chuàng)了“多攝時(shí)代”，根據(jù)WSTS的預(yù)測，多攝像頭滲透率將迅速提高。在多攝像頭趨勢下，CMOS傳感器的銷量也將穩(wěn)步上升。

2.用于汽車和機(jī)器人視覺的CMOS圖像傳感器芯片市場最近幾年發(fā)展迅速。車載CMOS圖像傳感器芯片的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域是后置攝像頭實(shí)現(xiàn)可視化倒車和前置攝像頭實(shí)現(xiàn)行車記錄儀等功能。未來幾年，隨著車聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、機(jī)器人的應(yīng)用普及，在車體或機(jī)器人的四周加裝4-8個(gè)CIS實(shí)現(xiàn)360度全景成像、線路檢測、障礙物檢測、防撞、自動(dòng)駕駛等功能的應(yīng)用市場將快速發(fā)展。

3.隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，人民對(duì)于“平安城市”、“智慧城市”的需求逐步增加，視頻監(jiān)控設(shè)備用量規(guī)模激增，另一方面，安防監(jiān)控的進(jìn)步要求監(jiān)控?cái)z像頭像高清化方向發(fā)展，去年全國設(shè)置約1.7億支監(jiān)視器，深入中國城市至農(nóng)村全域覆蓋，且監(jiān)視器分辨率從過去的720P提升至1080P，安防CIS芯片市場潛力巨大。

在手機(jī)多攝、車載、安防三駕馬車的拉動(dòng)下，CIS將保持高速增長態(tài)勢，根據(jù)Yole Developpement的預(yù)測，2022至2027年間，CIS市場規(guī)模年復(fù)合增長率高達(dá)10.5%。

二、陶瓷基板在CMOS中的應(yīng)用

CIS在處理快速變化的影像時(shí)，電流會(huì)頻繁變化并且流量增大從而導(dǎo)致其過熱。這個(gè)問題也是CIS供應(yīng)商一直以來所考慮的，所以對(duì)IC封裝材料的選擇上更是精心篩選。而在一眾IC封裝材料中，陶瓷電路板因其自身的載流量大符合CIS電流量要求就已領(lǐng)先一步，再者陶瓷本身材質(zhì)散熱性好、與其匹配的熱膨脹系數(shù)的優(yōu)勢更是很好解決了CIS電路頻繁變化而導(dǎo)致的過熱的問題并且可以使其保持恒溫狀態(tài)。

由于CIS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，以致于CIS的靈敏度較低，CIS供應(yīng)商一直在為減小像素間距而努力。只有圖像傳感器的像素越多，分辨率也越高。但是，隨著像素間距尺寸與光的波長越來越接近，像素縮小變得越來越困難。而另一種趨勢則是CMOS圖像傳感器的像素大小保持不變，改進(jìn)方向從減少像素尺寸轉(zhuǎn)向提高圖像質(zhì)量。不論是減小像素間距還是減少像素尺寸，都無疑是在說明會(huì)對(duì)該集成電路精密度會(huì)越來越高，這就意味著該器件的集成度要高，運(yùn)行速度要快、性能要好，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中傳感器精密對(duì)于系統(tǒng)在布置時(shí)也意味著更加方便、性能更優(yōu)。但與此同時(shí)，對(duì)硬件的要求也就隨之提升，其中的核心就是傳感器芯片了，市場上的普通PCB遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足CIS的要求，而斯利通陶瓷電路板卻有著可進(jìn)行高密度組裝，線/間距(L/S)分辨率可以達(dá)到20μm優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集成化、微型化，達(dá)到CIS的要求。

CIS的信噪聲也是一直以來讓其供應(yīng)商大感頭疼的，相較于CIS而言,CCD芯片的襯底偏壓穩(wěn)定性更好且芯片上的電路更少，所以擁有更顯著的低噪優(yōu)勢，甚至達(dá)到無固定模式噪聲的水平。CIS成像器件集成度高，各光電元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大。 CIS器件集成度高也是其優(yōu)勢所在，所以從芯片的穩(wěn)定性上尋找方法更為合適。

斯利通陶瓷電路板采取DPC薄膜技術(shù)，利用磁控濺射的工藝將銅與陶瓷基板相結(jié)合起來，所以陶瓷電路板的金屬的結(jié)晶性能好，平整度好、線路不易脫落并具有可靠性穩(wěn)定的性能，能夠很好的減少CIS噪聲從而降低對(duì)于圖像質(zhì)量的影響。

陶瓷電路板除上述優(yōu)勢外，就其導(dǎo)電層可根據(jù)電路模塊需要設(shè)計(jì)任意電流，即銅層越厚，可以通過的電流越大，斯利通陶瓷基板的覆銅厚度是可以在1μm～1mm內(nèi)任意定制，可以與CIS需求導(dǎo)電層高精準(zhǔn)匹配。陶瓷電路板更具有三維基板、三維布線，抗腐蝕性好，使用壽命長等獨(dú)有優(yōu)勢，更有助于CIS的性能、特點(diǎn)鞏固加強(qiáng)。據(jù)市場調(diào)查分析，陶瓷電路板早已在發(fā)達(dá)國家中廣泛應(yīng)用，陶瓷電路板以其絕對(duì)的優(yōu)勢成為了世界級(jí)傳感器廠商的掌上明珠。

審核編輯：湯梓紅