광학 모듈

제품 수명 주기의 가속화와 비전 사용 사례의 증가로 인해 비전 시스템 제조업체는 새로운 개발에 더 적은 시간과 비용을 투자하고 부가가치에 집중할 수 밖에 없습니다.

2022년 9월 Teledyne e2v는 이러한 문제를 해결하기 위해 MIPI CSI-2 모듈 제품군 중 최초인 Optimom 2M을 출시했습니다. 이 모듈은 독점 이미지 센서를 고정 렌즈와 선택적 다중 초점 렌즈 기술을 사용하여 보드에 장착하여 이미징 및 광학 분야의 최신 혁신을 하나의 턴키 이미징 솔루션으로 결합합니다. 그렇다면 이러한 혁신은 무엇이며 어떻게 작동합니까? 비전 기반 시스템에 어떤 이점을 가져오나요?

Optimom 2M 모듈은 픽셀 구조부터 패키징, 칩 설계 자체에 이르기까지 다양한 혁신을 결합한 2메가픽셀 글로벌 셔터 CMOS 이미지 센서인 Topaz 2M을 갖추고 있습니다.

순수한 제품 성능이 제품 개발의 유일한 동인인 세상에서 비전 시스템 제조업체는 장치의 감도와 포화 용량을 극대화하기 위해 가능한 가장 큰 픽셀을 선택합니다. 그러나 돈, 설치 공간 및 전력 소비가 모두 중요한 역할을 하는 현실 세계에서 비전 시스템 제조업체는 최적의 전기 광학 성능을 갖춘 이미지 센서를 찾아 크기와 비용 제약 내에서 시스템의 광학 성능을 극대화하려는 욕구의 균형을 맞춰야 합니다. , 이는 여전히 특정 광학 형식에 적합할 수 있습니다.

대상 광학 형식에 따라 허용 가능한 최대 픽셀 크기가 기술적 문제가 될 수 있습니다. 또한 하나의 광학 형식에서 더 작은 형식(예: 1.1인치에서 1인치로)으로 이동하면 그림 2에 강조된 것처럼 픽셀 피치가 크게 감소하는 경우가 많습니다.

Topaz 2M은 세계에서 가장 작은 글로벌 셔터 픽셀을 갖추고 있어 작고 비용 효율적인 1/3인치 렌즈와 일치하면서도 감도와 신호 대 잡음비를 최대화할 수 있습니다. TowerJazz 파운드리에서 65nm 기술을 사용하여 개발한 이 픽셀은 공유 픽셀 구조 개념을 활용하여 작은 2.5μm 정사각형 크기에서 글로벌 셔터 작동을 수행할 수 있습니다. Topaz 2M 센서의 경우 8T 공유 픽셀 구조가 채택되었으며, 8개의 트랜지스터가 대각선으로 2개의 픽셀에 의해 공유되므로 픽셀 내 감소(일명 CDS 또는 Corlated Double)와 같은 6T 픽셀 구조의 고급 기능을 결합합니다. 샘플링) 및 각 픽셀의 표면을 점유하는 트랜지스터가 4개뿐인 4T 구조의 향상된 감도입니다.

이 구조 외에도 Topaz 2M 센서와 Optimom 2M 모듈은 픽셀 상단의 파괴적인 광학 스택 구조로 인해 향상된 감도의 이점을 얻습니다. 픽셀은 틈이 없는 상단 렌즈로 픽셀 피치를 최적화하여 빛 손실과 원치 않는 반사를 방지합니다. 그러나 실제 발명은 빛을 포토다이오드로 직접 유도하는 소위 "이중 광파이프" 아키텍처에 있습니다. 다양한 반사 지수의 재료를 사용하는 센서의 광학 스택.

그림 3에 표시된 이미지는 제품에 내장된 광학 스택의 단면도를 보여줍니다.

픽셀 크기와 광학 구조를 최적화하는 것 외에도 이미지 센서는 이제 패키징 기술의 발전을 통해 센서 비용, 무게 및 설치 공간을 줄일 수 있습니다. 몇 년 동안 웨이퍼 레벨 패키징 기술은 특히 모바일, 자동차 또는 웨어러블과 같은 소비자 애플리케이션을 위해 시장에서 호황을 누리고 있습니다.

CLGA(Ceramic Land Grid Array) 패키지가 수년 동안 업계에서 사용되어 왔지만 최근 픽셀 크기를 줄이는 기술 발전으로 산업용 검사를 위한 고급 이미지 센서에서도 웨이퍼 수준 패키지의 가능성이 열렸습니다. 물류나 로봇공학. CLGA 패키지는 센서 보드에 연결하기 위해 뒷면에 간격을 두고 랜드가 있는 세라믹 구조로 다이를 개별적으로 패키징해야 하는 반면, 웨이퍼 레벨 패키지는 웨이퍼 배치로 생산됩니다.