自从智能手机开始拼摄像头后|智能手机传感器的发展史( 二 )


自从智能手机开始拼摄像头后|智能手机传感器的发展史
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BSI是BackSideIllumination的简写 , 一般翻译为背照技术 , 在FSI时代 , 彩色滤镜ColorFilter)与负责将光信号转化为电信号的光电二极管(Photodiodes)之间存在一层电路层(WiringLayers) , 电路层不仅遮挡了部分光线进入光电二极管 , 而且影响了读取速度——为了实现更高读取速度需要更为复杂的电路层 , 但是当电路层增加后会进一步遮挡光线 。
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而BSI技术就是把电路层放到光电二极管下面 , 无论电路层多大都不会影响进光 , 因此量子效率更高 , 达到90% , 比FSI高出了10%(实际FSI量子效率远远无法实现80% , 比如索尼FSI传感器大多介于50%至70%之间) 。 BSI制造难度更高 , 而且传感器会变薄 , 噪点也会增加 , 需要其它技术去克服这些缺点 。
自从智能手机开始拼摄像头后|智能手机传感器的发展史】BSICMOS传感器一开始在手机上使用就获得用户认可 , iPhone4主摄使用的OmnivisionOV5650传感器正是基于BSI技术 , 加上社交媒体兴起 , 智能手机迅速打断了小DC的增长势头 , 并不断压缩后者的生存空间 , 以致今天无人问津 。
到了iPhone5s上 , 苹果已经改用了索尼MX145传感器 , 这是加入了堆栈技术的BSICMOS传感器 。 所谓堆栈技术就是把两块或以上不同芯片贴合起来 , 按照索尼在IEEE2013上的介绍 , 当时的堆栈式BSICMOS是由90nm的像素层以及65nm逻辑电路层组成 , 二者通过TSV(through-siliconvias , 硅穿孔)技术连接起来 , 由于模拟电路(像素层)、数字电路(逻辑电路)使用不同工艺 , 均能获得更佳的性能、能效表现 , 因此画质、功耗表现更好 , 而且通过叠加不同芯片能获得不同性能加成 , 比如叠加DRAM就能提升传感器读取 , 轻松实现4K升格视频输出 。 时至今天 , 堆栈式BSICMOS传感器依然是高性能代表 , 索尼A1、尼康Z9、佳能EOSR3三款旗舰无反相机均使用了堆栈式BSICMOS传感器 。
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不过TSV存在一个缺点 , 它至少要打穿一块芯片去实现连接(所以得名硅穿孔) , 大大限制芯片尺寸大小、布局方式 , 后来索尼拿出了更为先进的CU-CU工艺去实现堆栈 。 CU-CU就是在芯片表面设置铜触点 , 然后不同芯片直接通过铜触点连接起来 , 形式有点像是把两片BGA封装芯片贴合在一起 。 CU-CU能够带来更多连接通道、更灵活连接方式 , 进一步提升读取速度 , 或是实现更为复杂的功能 。
自从智能手机开始拼摄像头后|智能手机传感器的发展史
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在新技术提升CMOS传感器读取同时 , 传感器还有不少技术改进 , 最关键一项提升对焦技术 。 比如说了iPhone6使用的IMX145传感器加入了掩蔽式像素作为相位差对焦像素 , 三星GalaxyS7使用了全像素双核对焦技术 , 到了IMX689传感器 , 索尼在QuadBayer阵列基础上进化出2x2OCL技术 , 实现了十字相位差对焦 。
自从智能手机开始拼摄像头后|智能手机传感器的发展史
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不过需要注意的是 , 三星在一亿、两亿像素上使用了九合一、十六合一技术并不能比四合一提升AF性能 , 使用九合一、十六合一技术是因为传感器单个像素太小 , 成像无法让人满意 , 同时为了减少ISP数据处理量 , 所以才做成多合一 。
除了BSI、堆栈这些大幅度提升传感器画质、性能技术外 , 这些年来手机传感器还使用不少“小”技术 , 比如说三星ISOCELL以及ISOCELLPlus , 非拜尔阵列彩色滤镜 。 ISOCELL、ISOCELLPlus原理很简单 , 它是在光电二极管修建一堵墙 , 遮挡应该进入A光电二极管的光线进入隔壁的B光电二极管 , 其中ISOCELLPlus修的墙更高 , 达到了彩色滤镜层 。