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2020.05.15

美高梅发布工业设备用SWIR图像传感器,采用业界震惊的5微米像素尺寸,在可见光和不可见光光谱中均可捕捉影像

尺寸小巧紧凑且可在宽广波长范围内保证成像质量,为工业设备的多样化发展做出贡献

? ? ? ?日本,东京——美高梅企业(下称:美高梅)今天宣布,将发布两款用于工业设备的新型短波红外(以下简称SWIR)图像传感器。新款传感器能够在红外短波范围内,捕捉在可见光和不可见光光谱中的影像,并采用业界震惊的5微米像素尺寸,整体尺寸小巧紧凑。

? ? ? ?新款传感器采用美高梅原发的SenSWIR*1技术:在铟砷化镓(InGaAs)化合物的半导体层上构建光电二极管;二极管之间则通过带有硅涂层的铜-铜连接*2相连,形成一个读出电路——这样的设计可以保持对宽广范围波长的高灵敏度。这一技术突破催生了此次发布的新型SWIR图像传感器,它结构紧凑,但能够在较大的波长范围中捕获影像,包括短波红外波段的可见和不可见光谱(波长范围:0.4微米至1.7微米)。

? ? ? ?该传感器甚至可以感应到人眼无法看见的波长影像,能够支撑多功能摄像头和测试设备的开发,并为工业设备的多样化发展做出贡献。


MX990 SWIR图像传感器 陶瓷贴装LGA(左)与内置热电装置的陶瓷贴装PGA(右)

*1:构成受光型光电二极管的InGaAs层与构成读出电路的硅层通过铜-铜连接相连。这使得磷化铟(InP)层更薄,可见光得以穿透。

*2:一种技术,当将背光式CMOS图像传感器零部件(顶部芯片)和逻辑电路(底部芯片)堆叠时,可通过连接铜板来实现持续性供电。与硅通孔(TSV)布线相比,这种连接是通过穿透像素区域周围的电极来实现的,这种方式让设计更为自由,生产率更高,传感器尺寸更紧凑,并提升了产品性能。


? ? ? ?近来,为了降低人力成本并保证工业设备领域的标准化,对于能够捕获处于短波红外波段的不可见光范围内影像的图像传感器需求与日俱增。然而,传统SWIR图像传感器的制造在进一步缩小像素、增加像素数方面已经遇到瓶颈,且面临在可见光光谱下灵敏度过低、模拟输出导致难以实现多功能性等各种问题。上述因素限制了使用常规技术的工业摄像头的普及和应用范围。

? ? ? ?美高梅此次发布的新款传感器采用堆叠技术,加持美高梅多年来研发的铜-铜连接与美高梅原发的SWIR图像传感器技术,通过像素小型化,实现了高质量成像和更紧凑的传感器尺寸,在覆盖可见和不可见光的广泛波长范围内均可做到高灵敏度成像。新传感器还支撑数字输出,并提供与目前工业CMOS图像传感器相同的性能。

? ? ? ?未来,美高梅将努力把这些产品结合到广泛的工业应用中,如材料筛选、污染物监测及半导体监测,以提高生产率。

主要特点

?· 业界震惊的5微米像素,让紧凑、多像素的设计成为可能

? ? ? ?当使用传统的凹凸连接(bump connections)来连接形成受光型光电二极管的InGaAs层和构成读出电路的硅层时,必须确保一定的凹凸间距,因此,在目前的工业CMOS传感器基础上,进一步缩小像素尺寸变得更加困难,像素小型化已然成为一项严峻的挑战。美高梅的新款传感器采用铜-铜连接,缩小了像素间距,实现了令业界震惊的5微米像素尺寸。这使得摄像头能够在保持SXGA(IMX990)/VGA(IMX991)分辨率的同时缩减尺寸,帮助提高了测试精度。


凹凸连接(左)与铜-铜连接(右)

·?覆盖可见和不可见光谱的广泛波长范围内成像

? ? ? ?美高梅原发的SWIR图片传感器技术被用于制造顶部的InP层*3 ,吸取可见光,体积更薄,使光能够传输到InGaAs层之下,甚至在可见光范围内也能提供高量子效率。这种设计,使成像能够在0.4 μm至1.7 μm的广阔波长上实现,从而可以使用单个摄像头代替传统的多摄像头来捕捉可见光和SWIR。由于降低了图像处理负载,使系统成本降低的同时提升了速度,并极大扩展了测试范围。

*3:作为InGaAs层基础的基底。


产品的波长(横轴)和量子效率(竖轴)


(左:可见光;右:短波红外线)切换光源以获得苹果的表皮和皮下图像信息


(左:可见光;右:短波红外线)利用短波红外线吸取率的差异进行材料分类

· 通过数字输出增强功能

? ? ? ?传统SWIR图像传感器通常具备模拟输出,但美高梅的新款传感器支撑数字输出,也能够提供与当前工业CMOS图像传感器相同的性能。模拟输出传感器需要工业设备摄像头的数字转换电路或其他功能,而此次发布的新款传感器已经自带了这项功能,减少了摄像头开发的步骤,使得多功能摄像头的研发更加简单。


(本文译自英文原文,供参考)

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