在扇出式晶圓級(jí)封裝的情況下，硅晶圓被切成獨(dú)立的傳感器裸片，這些裸片全部嵌入到重塑的玻璃基板晶圓中，然后被切割成獨(dú)立封裝的傳感器。對(duì)于另一類晶圓級(jí)封裝，工藝和封裝尺寸的優(yōu)化更進(jìn)一步，它就是芯片級(jí)封裝，其中硅晶圓直接封裝到材料中，去除了在其周圍模制玻璃基板的中間步驟。這些工藝技術(shù)使得圖像傳感器越來越小、越來越緊湊。對(duì)于這兩類晶圓級(jí)封裝，圖像傳感器與電路板的背面連接由提供更高密度連接的球來確保，這是為嵌入式系統(tǒng)（如無人機(jī)或自動(dòng)制導(dǎo)車輛）生產(chǎn)微型和輕型成像解決方案的絕佳解決方案。

這些像素、傳感器結(jié)構(gòu)和封裝創(chuàng)新的最新組合使得新一代圖像傳感器的外形尺寸在短短五年內(nèi)減少了四倍，參見圖4所示的時(shí)間線和示例比對(duì)。

圖4｜自2016年以來，隨著封裝和像素技術(shù)改進(jìn)，圖像傳感器外形尺寸的演變

除了封裝技術(shù)之外，待封裝的傳感器裸片的設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)最終系統(tǒng)的尺寸產(chǎn)生影響。圖像傳感器制造商可用的關(guān)鍵技巧之一是將封裝中心與光學(xué)中心匹配到完全相同的位置，以此來盡量減少最終的系統(tǒng)外殼尺寸。圖5說明了光學(xué)中心和封裝中心不匹配的影響，今天在一些圖像傳感器中仍然可以看到這種情況。

圖5｜裸片光學(xué)中心未在封裝中居中時(shí)的空間損失圖示

一項(xiàng)新技術(shù)

雖然像素的縮小對(duì)圖像傳感器的成本和尺寸有積極的影響，但它對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的多功能性，特別是景深的影響相當(dāng)不利。

景深可以定義為可以以足夠的清晰度水平捕獲物體的最近距離和最遠(yuǎn)距離之間的差異，隨著像素的縮小和對(duì)失焦圖像的容忍度變小，景深會(huì)減小。對(duì)于需要在不同工作距離上捕捉物體的應(yīng)用（如物流中心的包裹跟蹤），系統(tǒng)制造商通常會(huì)尋找較小的光圈光學(xué)器件（通常為F/7.0或F/8.0），以便在像素尺寸縮小的情況下保持足夠的景深。

可惜的是，縮小光圈是以犧牲感光度為代價(jià)的，因?yàn)橥ㄟ^鏡頭被圖像傳感器捕獲的光線更少。因此，現(xiàn)在調(diào)焦技術(shù)的挑戰(zhàn)是在保持視覺系統(tǒng)的高靈敏度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更大的景深。這正是Optimom 2M光學(xué)模組中開發(fā)的多焦鏡頭技術(shù)所解決的問題，該技術(shù)結(jié)合了F/4.0大光圈，和從10cm到無限遠(yuǎn)的寬工作距離。

圖6｜左：Optimom 2M模組的背面圖，帶有FFC/FPC連接器，用于控制傳感器和鏡頭聚焦。右：嵌入多焦鏡頭的Optimom 2M模組的前視圖。

這種專有的鏡片堆疊技術(shù)通過調(diào)整鏡片的面型曲率來調(diào)聚焦點(diǎn)，從而達(dá)到這些性能。鏡片形狀的控制是通過I2C協(xié)議信號(hào)來確保的，這些信號(hào)通過模組板背面的標(biāo)準(zhǔn)FFC/ FPC連接器直接管理。該連接器通過I2C處理MIPI CSI-2數(shù)據(jù)輸出、時(shí)鐘管理以及圖像傳感器和多焦鏡頭控制。與其他焦點(diǎn)調(diào)整技術(shù)相比，這一概念使多焦點(diǎn)具有多種優(yōu)勢(shì)，例如小于1ms的快速響應(yīng)時(shí)間和抗電磁效應(yīng)。

總 結(jié)

Optimom 2M光學(xué)模組通過利用多種創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的光電性能和高通用性。嵌入式圖像傳感器結(jié)合了像素結(jié)構(gòu)、光學(xué)堆棧和裸片封裝方面的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了小巧輕便的設(shè)計(jì)，能夠與價(jià)格低廉的S型鏡頭相匹配，同時(shí)保持了高靈敏度水平。可選的集成式多焦鏡頭依靠一種新的焦點(diǎn)調(diào)整技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了寬廣的工作距離、高靈敏度和快速響應(yīng)時(shí)間。

【本文由Teledyne e2v（法國格勒諾布爾）產(chǎn)品經(jīng)理Marie Charlotte Leclerc撰寫。如需獲取更多信息，請(qǐng)?jiān)L問https://www.teledyne-e2v.com/。】