CCD和CMOS圖像傳感器芯片封裝測試制程發(fā)展

在影像應用需求大幅提升的推波助瀾下，60年代早已問世的影像傳感器芯片，也再度受到市場重視。影像感測芯片在系統(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試制程上的特色，以及目前相關技術的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)。 

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

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

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影像傳感器的分類

在影像應用需求大幅提升的推波助瀾下，60年代早已問世的影像傳感器芯片，也再度受到市場重視。影像感測芯片在系統(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（互補式金屬氧化物半導體）傳感器兩種。

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

CCD影像傳感器

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

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當感測到外界傳送來的信號時，CCD傳感器會先把這些信號轉(zhuǎn)換成電荷，透過系統(tǒng)施加電流脈沖后再以一個圖素接一個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。經(jīng)由其它系統(tǒng)芯片讀取這些電壓訊號并最后轉(zhuǎn)換成可儲存或顯示之影像。電壓高低對應著影像亮度強弱，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（金屬氧化物半導體）設計法則制成，而絕大多數(shù)之系統(tǒng)支持芯片為CMOS設計法則制成，因兼容問題無法整合成單一芯片。

CMOS影像傳感器

CMOS傳感器雖然比CCD傳感器較早問世，但因量產(chǎn)技術的開發(fā)腳步較慢，因此未能掌握先發(fā)者的優(yōu)勢。CMOS傳感器可分為被動式與主動式兩種，早期的產(chǎn)品多屬被動式產(chǎn)品，但由于所獲得的影像品質(zhì)不佳，因此有了主動式CMOS傳感器的產(chǎn)生，并使得CMOS傳感器的應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傳感器主導的高階產(chǎn)品。

由于利用半導體CMOS制程，且七成以上與傳統(tǒng)半導體產(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，不必再另外購買昂貴的半導體設備，即可利用既有設備從事生產(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圖素都內(nèi)建有晶體管，雖然這樣的設計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)動信號的電壓降低許多，進而協(xié)助產(chǎn)品免去對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，但基于原有設計上之限制，在某些效能表現(xiàn)上，CMOS并沒有辦法達到像CCD傳感器一樣的品質(zhì)，當它遭遇外界干擾時，即無法對影像做非常細致化的處理，尤其在面對一些動態(tài)影像時，更是如此。

影像傳感器芯片的應用趨勢

CCD與CMOS影像傳感器因為各有不同優(yōu)勢，也造就了它們在不同應用領域之發(fā)展。CCD傳感器的影像品質(zhì)較佳，因此在某些對影像產(chǎn)品要求較嚴格的高階應用領域，保有十分堅固的地位。

而CMOS影像傳感器則因為其設計方式及采用半導體制程，具備了省電與整合的優(yōu)勢，再加上制程技術成熟，所以價格比較低，并且被廣泛地應用在各種對價格敏感的信息及消費性電子產(chǎn)品中。尤其重要的是，這些特性也正符合目前市場上許多數(shù)字產(chǎn)品所強調(diào)的輕薄短小設計概念，因此其發(fā)展亦不容小覷之。

也正因為是采半導體制程來生產(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商機，也同樣為后段封裝測試廠商帶來新的發(fā)展領域。不過，由于CMOS影像傳感器本質(zhì)上可同時處理光學與電子訊號，與傳統(tǒng)芯片不同，對作業(yè)環(huán)境與制程的要求因而更嚴格。接下來，我們將針對CMOS傳感器談談其技術架構(gòu)與發(fā)展現(xiàn)況。

CMOS影像傳感器之封裝技術

目前CMOS影像傳感器所采用的封裝型態(tài)，分為CLCC（Ceramic Leadless Chip Carrier；陶瓷無引線芯片載具）、OLCC（Organic Leadless Chip Carrier；有機無引線芯片載具）和相機模塊式（Camera Module）封裝等三種。其中，CLCC技術主要應用于封裝尺寸較大或130萬畫素以上之影像傳感器的封裝；而OLCC封裝技術則由于可使用混合型基板，成本相對上較低，同時在基板設計方面也具有高度彈性，因此多半應用在對價格敏感的消費性數(shù)字產(chǎn)品上；至于相機模塊式的封裝則將應用鎖定在新興的相機手機市場。