CCD和CMOS圖像傳感器芯片封裝測(cè)試制程發(fā)展

在影像應(yīng)用需求大幅提升的推波助瀾下，60年代早已問(wèn)世的影像傳感器芯片，也再度受到市場(chǎng)重視。影像感測(cè)芯片在系統(tǒng)中的作用，正如同人的眼睛，在影像擷取功能上占十分重要地位。本文將深入介紹影像傳感器芯片在封裝測(cè)試制程上的特色，以及目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)。 

近年來(lái)由于技術(shù)之不斷精進(jìn)，新一代數(shù)位產(chǎn)品不僅可整合來(lái)自信息、消費(fèi)及通訊三大領(lǐng)域的技術(shù)，更同時(shí)具備多媒體效能的特性。而在此特性中，影像處理技術(shù)也隨著各種零組件技術(shù)的成熟及日益增加的應(yīng)用面，逐漸成為受消費(fèi)者注目的發(fā)展領(lǐng)域。 

影像處理技術(shù)的應(yīng)用，除了在傳統(tǒng)的傳真機(jī)或掃瞄器可看到之外，我們發(fā)現(xiàn)愈來(lái)愈多的數(shù)字產(chǎn)品也都具有此功能，例如，目前廣受市場(chǎng)歡迎的數(shù)字式攝錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)，而具備照相功能的行動(dòng)電話更是當(dāng)下炙手可熱的產(chǎn)品；此外，其它如監(jiān)視用相機(jī)、玩具等也是影像處理廠商不會(huì)忽視的應(yīng)用領(lǐng)域。

影像傳感器的分類

在影像應(yīng)用需求大幅提升的推波助瀾下，60年代早已問(wèn)世的影像傳感器芯片，也再度受到市場(chǎng)重視。影像感測(cè)芯片在系統(tǒng)中的作用，正如同人的眼睛，在影像擷取功能上占十分重要地位。目前具備此功能的組件主要為CCD（電荷耦合器）傳感器與CMOS（互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體）傳感器兩種。

CCD與CMOS兩種組件分別早在1969年與1967年就已問(wèn)世，雖然兩者的功能相同，其信號(hào)傳遞方式卻是大異其趣?，F(xiàn)在就讓我們來(lái)看看這兩者運(yùn)作邏輯與特色。

CCD影像傳感器

為因應(yīng)不同的產(chǎn)品應(yīng)用需求，CCD傳感器可分為線型與面型兩種。其中線型CCD傳感器常見(jiàn)于數(shù)字復(fù)印機(jī)、掃瞄器與傳真機(jī)，面型CCD傳感器則主要應(yīng)用在數(shù)字相機(jī)與攝錄像機(jī)等產(chǎn)品中。

當(dāng)感測(cè)到外界傳送來(lái)的信號(hào)時(shí)，CCD傳感器會(huì)先把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷，透過(guò)系統(tǒng)施加電流脈沖后再以一個(gè)圖素接一個(gè)圖素的方式傳遞電荷，最后匯集于輸出放大器并一一被轉(zhuǎn)換成電壓訊號(hào)。經(jīng)由其它系統(tǒng)芯片讀取這些電壓訊號(hào)并最后轉(zhuǎn)換成可儲(chǔ)存或顯示之影像。電壓高低對(duì)應(yīng)著影像亮度強(qiáng)弱，雖然速度較慢，但具有較高的外界噪聲干擾抵抗能力及較佳的動(dòng)態(tài)影像功能，因此影像的品質(zhì)較佳。另外CCD傳感器由MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）設(shè)計(jì)法則制成，而絕大多數(shù)之系統(tǒng)支持芯片為CMOS設(shè)計(jì)法則制成，因兼容問(wèn)題無(wú)法整合成單一芯片。

CMOS影像傳感器

CMOS傳感器雖然比CCD傳感器較早問(wèn)世，但因量產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)腳步較慢，因此未能掌握先發(fā)者的優(yōu)勢(shì)。CMOS傳感器可分為被動(dòng)式與主動(dòng)式兩種，早期的產(chǎn)品多屬被動(dòng)式產(chǎn)品，但由于所獲得的影像品質(zhì)不佳，因此有了主動(dòng)式CMOS傳感器的產(chǎn)生，并使得CMOS傳感器的應(yīng)用可以不再局限于中、低階像素產(chǎn)品，可向上延伸至原本由CCD傳感器主導(dǎo)的高階產(chǎn)品。

由于利用半導(dǎo)體CMOS制程，且七成以上與傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)品諸如微處理器，微控制器及記憶芯片的制程邏輯相似，因此CMOS影像傳感器的制造廠商，不必再另外購(gòu)買昂貴的半導(dǎo)體設(shè)備，即可利用既有設(shè)備從事生產(chǎn)。此外，CMOS傳感器尚具有低耗電量的特性。由于CMOS影像傳感器中的每一個(gè)圖素都內(nèi)建有晶體管，雖然這樣的設(shè)計(jì)限制了圖素在晶圓上的數(shù)目，使其畫素值通常不及CCD傳感器，但這種方式讓驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓降低許多，進(jìn)而協(xié)助產(chǎn)品免去對(duì)額外電壓支持的需求。

雖然CMOS影像傳感器具備成本效益的優(yōu)勢(shì)，但基于原有設(shè)計(jì)上之限制，在某些效能表現(xiàn)上，CMOS并沒(méi)有辦法達(dá)到像CCD傳感器一樣的品質(zhì)，當(dāng)它遭遇外界干擾時(shí)，即無(wú)法對(duì)影像做非常細(xì)致化的處理，尤其在面對(duì)一些動(dòng)態(tài)影像時(shí)，更是如此。

影像傳感器芯片的應(yīng)用趨勢(shì)

CCD與CMOS影像傳感器因?yàn)楦饔胁煌瑑?yōu)勢(shì)，也造就了它們?cè)诓煌瑧?yīng)用領(lǐng)域之發(fā)展。CCD傳感器的影像品質(zhì)較佳，因此在某些對(duì)影像產(chǎn)品要求較嚴(yán)格的高階應(yīng)用領(lǐng)域，保有十分堅(jiān)固的地位。

而CMOS影像傳感器則因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)方式及采用半導(dǎo)體制程，具備了省電與整合的優(yōu)勢(shì)，再加上制程技術(shù)成熟，所以價(jià)格比較低，并且被廣泛地應(yīng)用在各種對(duì)價(jià)格敏感的信息及消費(fèi)性電子產(chǎn)品中。尤其重要的是，這些特性也正符合目前市場(chǎng)上許多數(shù)字產(chǎn)品所強(qiáng)調(diào)的輕薄短小設(shè)計(jì)概念，因此其發(fā)展亦不容小覷之。

也正因?yàn)槭遣砂雽?dǎo)體制程來(lái)生產(chǎn)，所以市占率不斷提升的CMOS影像傳感器，不僅為前段的芯片制造廠商帶來(lái)商機(jī)，也同樣為后段封裝測(cè)試廠商帶來(lái)新的發(fā)展領(lǐng)域。不過(guò)，由于CMOS影像傳感器本質(zhì)上可同時(shí)處理光學(xué)與電子訊號(hào)，與傳統(tǒng)芯片不同，對(duì)作業(yè)環(huán)境與制程的要求因而更嚴(yán)格。接下來(lái)，我們將針對(duì)CMOS傳感器談?wù)勂浼夹g(shù)架構(gòu)與發(fā)展現(xiàn)況。

CMOS影像傳感器之封裝技術(shù)

目前CMOS影像傳感器所采用的封裝型態(tài)，分為CLCC（Ceramic Leadless Chip Carrier；陶瓷無(wú)引線芯片載具）、OLCC（Organic Leadless Chip Carrier；有機(jī)無(wú)引線芯片載具）和相機(jī)模塊式（Camera Module）封裝等三種。其中，CLCC技術(shù)主要應(yīng)用于封裝尺寸較大或130萬(wàn)畫素以上之影像傳感器的封裝；而OLCC封裝技術(shù)則由于可使用混合型基板，成本相對(duì)上較低，同時(shí)在基板設(shè)計(jì)方面也具有高度彈性，因此多半應(yīng)用在對(duì)價(jià)格敏感的消費(fèi)性數(shù)字產(chǎn)品上；至于相機(jī)模塊式的封裝則將應(yīng)用鎖定在新興的相機(jī)手機(jī)市場(chǎng)。