...採用業界最小*1的5微米像素尺寸,在可見光和不可見光光譜中均可...
2021-01-14 新民網日本，東京——索尼公司（下稱：索尼）今天宣布，將發布兩款用於工業設備的新型短波紅外（以下簡稱SWIR）圖像傳感器。新款傳感器能夠在紅外短波範圍內，捕捉在可見光和不可見光光譜中的影像，並採用業界最小*1的5微米像素尺寸，整體尺寸小巧緊湊。
新款傳感器採用索尼原發的SenSWIR*2技術：在銦砷化鎵（InGaAs）化合物的半導體層上構建光電二極體；二極體之間則通過帶有矽塗層的銅-銅連接*3相連，形成一個讀出電路——這樣的設計可以保持對寬廣範圍波長的高靈敏度。這一技術突破催生了此次發布的新型SWIR圖像傳感器，它結構緊湊，但能夠在較大的波長範圍中捕獲影像，包括短波紅外波段的可見和不可見光譜（波長範圍：0.4微米至1.7微米）。
該傳感器甚至可以感應到人眼無法看見的波長影像，能夠支持多功能攝像頭和測試設備的開發，並為工業設備的多樣化發展做出貢獻。
MX990 SWIR圖像傳感器
陶瓷貼裝LGA（左）與內置熱電裝置的陶瓷貼裝PGA（右）
*1：所有使用InGaAs的SWIR圖像傳感器範圍內，根據索尼調查。(截至2020年5月12日)。
*2：構成受光型光電二極體的InGaAs層與構成讀出電路的矽層通過銅-銅連接相連。這使得磷化銦(InP)層更薄，可見光得以穿透。
*3：一種技術，當將背光式CMOS圖像傳感器零部件（頂部晶片）和邏輯電路（底部晶片）堆疊時，可通過連接銅板來實現持續性供電。與矽通孔（TSV）布線相比，這種連接是通過穿透像素區域周圍的電極來實現的，這種方式讓設計更為自由，生產率更高，傳感器尺寸更緊湊，並提升了產品性能。
產品型號
樣品
發貨時間
（預計）
樣品價格
（稅後）
IMX990 約1/2英寸 (對角線8.2 mm) 134萬有效像素，SWIR 圖像傳感器
陶瓷貼裝PGA，內置熱電冷卻裝置
2020年7月
900,000日元
陶瓷貼裝LGA
2020年6月
800,000日元
IMX991 約1/4英寸 (對角線4.1 mm) 34萬有效像素，SWIR 圖像傳感器
陶瓷貼裝PGA，內置熱電冷卻裝置
2020年7月
500,000日元
陶瓷貼裝LGA
2020年6月
400,000日元
近來，為了降低人力成本並保證工業設備領域的標準化，對於能夠捕獲處於短波紅外波段的不可見光範圍內影像的圖像傳感器需求與日俱增。然而，傳統SWIR圖像傳感器的製造在進一步縮小像素、增加像素數方面已經遇到瓶頸，且面臨在可見光光譜下靈敏度過低、模擬輸出導致難以實現多功能性等各種問題。上述因素限制了使用常規技術的工業攝像頭的普及和應用範圍。
索尼此次發布的新款傳感器採用堆疊技術，加持索尼多年來研發的銅-銅連接與索尼原發的SWIR圖像傳感器技術，通過像素小型化，實現了高質量成像和更緊湊的傳感器尺寸，在覆蓋可見和不可見光的廣泛波長範圍內均可做到高靈敏度成像。新傳感器還支持數字輸出，並提供與目前工業CMOS圖像傳感器相同的性能。
未來，索尼將努力把這些產品結合到廣泛的工業應用中，如材料篩選、汙染物監測及半導體監測，以提高生產率。
主要特點
l業界最小*1的5微米像素尺寸，讓緊湊、多像素的設計成為可能
當使用傳統的凹凸連接（bump connections）來連接形成受光型光電二極體的InGaAs層和構成讀出電路的矽層時，必須確保一定的凹凸間距，因此，在目前的工業CMOS傳感器基礎上，進一步縮小像素尺寸變得更加困難，像素小型化已然成為一項嚴峻的挑戰。索尼的新款傳感器採用銅-銅連接，縮小了像素間距，實現了業界最小*1的5微米像素尺寸。這使得攝像頭能夠在保持SXGA（IMX990）/VGA（IMX991）解析度的同時縮減尺寸，幫助提高了測試精度。
凹凸連接（左）與銅-銅連接（右）
l覆蓋可見和不可見光譜的廣泛波長範圍內成像
索尼原發的SWIR圖片傳感器技術被用於製造頂部的InP層*4，吸收可見光，體積更薄，使光能夠傳輸到InGaAs層之下，甚至在可見光範圍內也能提供高量子效率。這種設計，使成像能夠在0.4 微米至1.7微米的廣闊波長上實現，從而可以使用單個攝像頭代替傳統的多攝像頭來捕捉可見光和SWIR。由於降低了圖像處理負載，使系統成本降低的同時提升了速度，並極大擴展了測試範圍。
*4：作為InGaAs層基礎的基底。
產品的波長（橫軸）和量子效率（豎軸）
樣張1
（左：可見光；右：短波紅外線）切換光源以獲得蘋果的表皮和皮下圖像信息
樣張2
（左：可見光；右：短波紅外線）利用短波紅外線吸收率的差異進行材料分類
l通過數字輸出增強功能
傳統SWIR圖像傳感器通常具備模擬輸出，但索尼的新款傳感器支持數字輸出，也能夠提供與當前工業CMOS圖像傳感器相同的性能。模擬輸出傳感器需要工業設備攝像頭的數字轉換電路或其他功能，而此次發布的新款傳感器已經自帶了這項功能，減少了攝像頭開發的步驟，使得多功能攝像頭的研發更加簡單。
關鍵參數
型號
IMX990
IMX991
有效像素
1296 (H) × 1032 (V)
約134萬像素
656 (H) × 520 (V)
約34萬像素
圖像尺寸
對角線 8.2mm (1/2-type)
對角線 4.1mm (1/4-type)
單元格尺寸
5μm (H) × 5μm (V)
5μm (H) × 5μm (V)
幀率
全像素
8 bit: 130 fps
10 bit: 120 fps
12 bit: 70 fps
8 bit: 250 fps
10 bit: 240 fps
12 bit: 130 fps
電壓
像素
2.2 V, 1.2 V
2.2 V, 1.2 V
模擬
3.3 V, 2.2 V
3.3 V, 2.2 V
數字
1.2 V
1.2 V
交互
1.8 V
1.8 V
主要功能
全局快門，
數字溫度計，
ROI（感興趣區域）
全局快門，
數字溫度計，
ROI（感興趣區域）
輸出
SLVS (2/4ch 切換)
SLVS (2/4ch 切換)
包裝
內置熱電冷卻陶瓷貼裝PGA
30.0mm (H) × 30.0mm (V)
陶瓷貼裝 LGA
20.0mm (H) × 16.8mm (V)
內置熱電冷卻陶瓷貼裝PGA
30.0mm (H) × 30.0mm (V)
陶瓷貼裝 LGA
20.0mm (H) × 16.8mm (V)
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