在扇出式晶圆级封装的情况下，硅晶圆被切成独立的传感器裸片，这些裸片全部嵌入到重塑的玻璃基板晶圆中，然后被切割成独立封装的传感器。对于另一类晶圆级封装，工艺和封装尺寸的优化更进一步，它就是芯片级封装，其中硅晶圆直接封装到材料中，去除了在其周围模制玻璃基板的中间步骤。这些工艺技术使得图像传感器越来越小、越来越紧凑。对于这两类晶圆级封装，图像传感器与电路板的背面连接由提供更高密度连接的球来确保，这是为嵌入式系统（如无人机或自动制导车辆）生产微型和轻型成像解决方案的绝佳解决方案。
这些像素、传感器结构和封装创新的最新组合使得新一代图像传感器的外形尺寸在短短五年内减少了四倍，参见图4所示的时间线和示例比对。
图4｜自2016年以来，随着封装和像素技术改进，图像传感器外形尺寸的演变
除了封装技术之外，待封装的传感器裸片的设计也会对最终系统的尺寸产生影响。图像传感器制造商可用的关键技巧之一是将封装中心与光学中心匹配到完全相同的位置，以此来尽量减少最终的系统外壳尺寸。图5说明了光学中心和封装中心不匹配的影响，今天在一些图像传感器中仍然可以看到这种情况。
图5｜裸片光学中心未在封装中居中时的空间损失图示
一项新技术
虽然像素的缩小对图像传感器的成本和尺寸有积极的影响，但它对光学系统的多功能性，特别是景深的影响相当不利。
景深可以定义为可以以足够的清晰度水平捕获物体的最近距离和最远距离之间的差异，随着像素的缩小和对失焦图像的容忍度变小，景深会减小。对于需要在不同工作距离上捕捉物体的应用（如物流中心的包裹跟踪），系统制造商通常会寻找较小的光圈光学器件（通常为F/7.0或F/8.0），以便在像素尺寸缩小的情况下保持足够的景深。
可惜的是，缩小光圈是以牺牲感光度为代价的，因为通过镜头被图像传感器捕获的光线更少。因此，现在调焦技术的挑战是在保持视觉系统的高灵敏度的同时实现更大的景深。这正是Optimom 2M光学模组中开发的多焦镜头技术所解决的问题，该技术结合了F/4.0大光圈，和从10cm到无限远的宽工作距离。
图6｜左：Optimom 2M模组的背面图，带有FFC/FPC连接器，用于控制传感器和镜头聚焦。右：嵌入多焦镜头的Optimom 2M模组的前视图。
这种专有的镜片堆叠技术通过调整镜片的面型曲率来调聚焦点，从而达到这些性能。镜片形状的控制是通过I2C协议信号来确保的，这些信号通过模组板背面的标准FFC/ FPC连接器直接管理。该连接器通过I2C处理MIPI CSI-2数据输出、时钟管理以及图像传感器和多焦镜头控制。与其他焦点调整技术相比，这一概念使多焦点具有多种优势，例如小于1ms的快速响应时间和抗电磁效应。
总 结
Optimom 2M光学模组通过利用多种创新技术实现了先进的光电性能和高通用性。嵌入式图像传感器结合了像素结构、光学堆栈和裸片封装方面的创新，实现了小巧轻便的设计，能够与价格低廉的S型镜头相匹配，同时保持了高灵敏度水平。可选的集成式多焦镜头依靠一种新的焦点调整技术，同时实现了宽广的工作距离、高灵敏度和快速响应时间。
【本文由Teledyne e2v（法国格勒诺布尔）产品经理Marie Charlotte Leclerc撰写。如需获取更多信息，请访问https://www.teledyne-e2v.com/。】
