陶瓷基板在CMOS封装领域的应用

一、什么是CMOS图像传感器？

CIS芯片全称CMOS图像传感器，是一种将光学影像转换为电子信号的设备。通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成，并且这几部分被集成在同一块硅片上。目前这种传感器全球能做的公司极少，索尼在全球CIS营收市占率约42%，韩国三星占比约20%，豪威占比约10%，安森美占比约5%，意法半导体占比约4%。

自美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支。

图像传感器近期更是成为市场上不容忽视的焦点，形成了半导体行业最炙手可热的领域之一。目前CCD图像传感器和COMS图像传感器(CIS)是被普遍采用的两种图像传感器。

CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，大致的形状和运作方式已经定型。

CMOS图像传感器(CIS)是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、 彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、像素设计。 CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

据MarketsandMarkets称，因CCD具有更高的分辨率和光敏性，因此传统上占据了最大的市场份额。但就目前市场而言，CIS因其成本效益、快速处理速度和低功耗等特性而广受大众关注且认为其最有发展潜力的。因其尺寸小、功率低、易集成、帧速率更快和制造成本更低等自身优势，预计将占领市场的主导地位。

二、CMOS的行业应用领域

1.图像传感器芯片是手机摄像系统中的核心部分，对摄像的品质起到具足轻重的作用，CIS的加工工艺是整个光学领域技术门槛最高的环节，CIS环节也占据整个手机摄像头产业链一半以上的价值量。

根据WSTS统计预测，2021年全球CMOS图像传感芯片市场规模约248亿美金，2022-2027年CIS市场规模年复合增速高达10%，未来受益于手机领域多摄趋势以及汽车、安防等新兴下游应用领域的拉动，CIS行业规模有望加速扩张。根据IHS的统计，智能手机领域在CIS下游应用占比达67%，是CMOS图像传感器主要的需求来源。

近年来，人像拍摄、夜景/暗光拍摄、防抖拍摄、全景拍摄等多元化拍摄需求激发手机摄像头由单摄像头向前后置双摄像头转变，另一方面，双摄像头也成为实现VR/AR的主要途径，今年发布的华为 P20 Pro的三摄配置更开创了“多摄时代”，根据WSTS的预测，多摄像头渗透率将迅速提高。在多摄像头趋势下，CMOS传感器的销量也将稳步上升。

2.用于汽车和机器人视觉的CMOS图像传感器芯片市场最近几年发展迅速。车载CMOS图像传感器芯片的传统应用领域是后置摄像头实现可视化倒车和前置摄像头实现行车记录仪等功能。未来几年，随着车联网、智能汽车、机器人的应用普及，在车体或机器人的四周加装4-8个CIS实现360度全景成像、线路检测、障碍物检测、防撞、自动驾驶等功能的应用市场将快速发展。

3.随着我国城镇化进程的推进，人民对于“平安城市”、“智慧城市”的需求逐步增加，视频监控设备用量规模激增，另一方面，安防监控的进步要求监控摄像头像高清化方向发展，去年全国设置约1.7亿支监视器，深入中国城市至农村全域覆盖，且监视器分辨率从过去的720P提升至1080P，安防CIS芯片市场潜力巨大。

在手机多摄、车载、安防三驾马车的拉动下，CIS将保持高速增长态势，根据Yole Developpement的预测，2022至2027年间，CIS市场规模年复合增长率高达10.5%。

二、陶瓷基板在CMOS中的应用

CIS在处理快速变化的影像时，电流会频繁变化并且流量增大从而导致其过热。这个问题也是CIS供应商一直以来所考虑的，所以对IC封装材料的选择上更是精心筛选。而在一众IC封装材料中，陶瓷电路板因其自身的载流量大符合CIS电流量要求就已领先一步，再者陶瓷本身材质散热性好、与其匹配的热膨胀系数的优势更是很好解决了CIS电路频繁变化而导致的过热的问题并且可以使其保持恒温状态。

由于CIS每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，以致于CIS的灵敏度较低，CIS供应商一直在为减小像素间距而努力。只有图像传感器的像素越多，分辨率也越高。但是，随着像素间距尺寸与光的波长越来越接近，像素缩小变得越来越困难。而另一种趋势则是CMOS图像传感器的像素大小保持不变，改进方向从减少像素尺寸转向提高图像质量。不论是减小像素间距还是减少像素尺寸，都无疑是在说明会对该集成电路精密度会越来越高，这就意味着该器件的集成度要高，运行速度要快、性能要好，物联网系统中传感器精密对于系统在布置时也意味着更加方便、性能更优。但与此同时，对硬件的要求也就随之提升，其中的核心就是传感器芯片了，市场上的普通PCB远远不能满足CIS的要求，而斯利通陶瓷电路板却有着可进行高密度组装，线/间距(L/S)分辨率可以达到20μm优势，从而实现设备的集成化、微型化，达到CIS的要求。

CIS的信噪声也是一直以来让其供应商大感头疼的，相较于CIS而言,CCD芯片的衬底偏压稳定性更好且芯片上的电路更少，所以拥有更显着的低噪优势，甚至达到无固定模式噪声的水平。CIS成像器件集成度高，各光电元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，噪声对图像质量影响很大。 CIS器件集成度高也是其优势所在，所以从芯片的稳定性上寻找方法更为合适。

斯利通陶瓷电路板采取DPC薄膜技术，利用磁控溅射的工艺将铜与陶瓷基板相结合起来，所以陶瓷电路板的金属的结晶性能好，平整度好、线路不易脱落并具有可靠性稳定的性能，能够很好的减少CIS噪声从而降低对于图像质量的影响。

陶瓷电路板除上述优势外，就其导电层可根据电路模块需要设计任意电流，即铜层越厚，可以通过的电流越大，斯利通陶瓷基板的覆铜厚度是可以在1μm～1mm内任意定制，可以与CIS需求导电层高精准匹配。陶瓷电路板更具有三维基板、三维布线，抗腐蚀性好，使用寿命长等独有优势，更有助于CIS的性能、特点巩固加强。据市场调查分析，陶瓷电路板早已在发达国家中广泛应用，陶瓷电路板以其绝对的优势成为了世界级传感器厂商的掌上明珠。

审核编辑：汤梓红