CMOS 이미지 센서의 3D Stacking

Overview of our 3D stacked CMOS image sensor partitionning ( A 5 Million Frames Per Second 3D Stacked Image Sensor With In-Pixel Digital Storage )

 

CMOS 이미지 센서의 3D 스태킹은 최근에 발전한 기술 중 하나입니다. 이 기술은 여러 개의 CMOS 이미지 센서 칩을 수직으로 적층하여 단일 패키지에 통합하는 것을 의미합니다. 이것은 이미지 센서의 성능을 향상시키고 공간을 절약할 수 있는 혁신적인 방법입니다.

일반적으로 CMOS 이미지 센서는 픽셀 배열과 신호 처리 회로가 하나의 칩에 집적되어 있습니다. 그러나 3D 스태킹을 통해 여러 개의 CMOS 이미지 센서를 단일 패키지에 적층함으로써 센서의 효율성과 기능을 향상시킬 수 있습니다.

이러한 기술의 주요 장점은 다음과 같습니다.

1. 고해상도: 각 층의 센서를 조합하여 더 높은 해상도의 이미지를 캡처할 수 있습니다.
2. 감도 및 다이내믹 레인지 향상: 여러 층의 센서를 사용하여 낮은 조도에서도 높은 감도를 제공하고, 다이내믹 레인지를 향상시킬 수 있습니다.
3. 작은 공간: 다층 적층 구조를 이용하면 공간을 절약할 수 있습니다. 이는 카메라 모듈의 더 작고 얇은 디자인으로 이어질 수 있습니다.
4. 전력 효율성: 여러 센서를 한 패키지에 통합하면 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

이러한 이점들은 카메라 및 이미지 센싱 기술의 다양한 분야에서 응용될 수 있으며, 더 나은 이미지 품질과 성능을 제공할 수 있습니다.

Configuration of 3D-stacked image sensor ( Chip-based hetero-integration technology for high-performance 3D stacked image sensor )

CMOS 이미지 센서의 3D 스태킹은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 구현 방법 중 일부는 다음과 같습니다:

1. Through-Silicon Via (TSV) 기술: TSV 기술은 다층 CMOS 이미지 센서를 구현하는 데 일반적으로 사용됩니다. 이 기술은 각 CMOS 칩을 수직으로 적층하고, 각 층 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 실리콘 웨이퍼를 통해 작은 구멍을 만드는 것을 포함합니다. 이를 통해 각 층의 이미지 센서가 서로 통신하고 데이터를 전송할 수 있습니다.
2. Wafer-to-Wafer (W2W) 및 Die-to-Wafer (D2W) 적합: 이 방법은 여러 웨이퍼에 있는 CMOS 칩을 수직으로 적층하는 데 사용됩니다. W2W 및 D2W 기술은 이미지 센서 칩을 웨이퍼 간에 적합하거나 웨이퍼와 개별 칩 간에 적합하여 3D 구조를 형성합니다.
3. 인캡슐레이션: 인캡슐레이션은 각 CMOS 이미지 센서 칩을 보호하고 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있는 다층 구조를 형성하는 방법입니다. 이 방법은 물질로 채워진 층을 사용하여 센서를 보호하고, 전기적으로 연결하기 위해 전선이나 다른 연결 기술을 사용할 수 있습니다.

이러한 구현 방법은 CMOS 이미지 센서의 3D 스태킹을 가능하게 하며, 각각의 장단점이 있습니다. 제품의 요구 사항 및 기술적 제약 사항에 따라 적절한 구현 방법을 선택해야 합니다.

The Future of Image Sensors is Chip Stacking

 

CIS device with its encapsulation ( Wireless activity monitor using 3D integration )

 

CMOS 이미지 센서의 3D 스태킹은 여러 층의 이미지 센서를 수직으로 적층하여 단일 패키지에 통합함으로써 다양한 효과를 제공합니다. 이러한 효과는 다음과 같습니다:

1. 고해상도 및 품질 향상: 여러 개의 CMOS 이미지 센서를 적층하면 고해상도 이미지를 캡처할 수 있습니다. 각 층의 데이터를 조합하여 높은 해상도와 선명도를 제공할 수 있습니다. 이는 이미지의 세부 정보를 더 정확하게 캡처하고 보다 선명하고 자연스러운 이미지를 생성하는 데 도움이 됩니다.
2. 감도 및 다이내믹 레인지 향상: 여러 층의 센서를 사용하여 더 넓은 조도 범위에서도 높은 감도를 제공할 수 있습니다. 또한, 다이내믹 레인지가 향상되어 어두운 부분과 밝은 부분의 세부 정보를 모두 보다 정확하게 캡처할 수 있습니다.
3. 낮은 노이즈 및 고성능: 다층 구조를 사용하면 각 층에서의 노이즈를 줄이고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 더 깨끗하고 정확한 이미지를 캡처하는 데 도움이 됩니다. 또한, 고성능 이미지 센서를 적층하여 더 빠른 프레임 속도와 더 높은 이미지 품질을 제공할 수 있습니다.
4. 공간 및 에너지 효율성: 다층 구조를 사용하면 공간을 절약할 수 있습니다. 이는 카메라 모듈의 더 작고 얇은 디자인을 가능하게 합니다. 또한, 전력 효율성이 향상되어 배터리 수명을 연장하고 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

이러한 효과들은 CMOS 이미지 센서의 3D 스택이 다양한 응용 분야에서 사용될 때 제공되며, 높은 품질의 이미지와 성능을 제공합니다.

 

CMOS 이미지 센서의 3D 스택은 다양한 산업 및 응용 분야에서 적용될 수 있습니다. 몇 가지 주요 적용 사례는 다음과 같습니다:

1. 스마트폰 및 태블릿 카메라: 스마트폰 및 태블릿은 매우 제한된 공간 내에 고성능 카메라를 통합해야 합니다. CMOS 이미지 센서의 3D 스택은 높은 해상도와 이미지 품질을 제공하면서도 디바이스의 물리적 크기를 작게 유지하는 데 도움이 됩니다.
2. 자율 주행 자동차: 자율 주행 자동차는 카메라 및 센서를 통해 주변 환경을 감지하고 분석하여 운전 보조 시스템 및 자율 주행을 지원합니다. CMOS 이미지 센서의 3D 스택은 고해상도 이미지와 향상된 성능을 제공하여 차량의 주변 환경을 정확하게 파악하는 데 도움이 됩니다.
3. 의료 영상: 의료 영상 시스템에서는 고해상도 이미지가 필요하며, 동시에 장비의 크기와 소비 전력을 최소화해야 합니다. CMOS 이미지 센서의 3D 스택은 의료 영상 장비에서 정확한 이미지 획득을 지원하면서도 공간 및 에너지 효율성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
4. 보안 및 감시 시스템: 보안 및 감시 시스템은 고화질 이미지를 제공하여 보안 상황을 신속하게 파악할 수 있어야 합니다. CMOS 이미지 센서의 3D 스택은 고해상도 및 품질 향상을 통해 보안 및 감시 시스템의 성능을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다.

이러한 적용 사례들은 CMOS 이미지 센서의 3D 스택이 다양한 산업 및 응용 분야에서 높은 품질의 이미지 및 성능을 제공하는 데 활용될 수 있다는 것을 보여줍니다.