CN108259796A - 一种3d堆叠红外图像传感器 - Google Patents

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温建新
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Abstract

本发明公开了一种3D堆叠红外图像传感器，包括：依次上下堆叠的第一芯片、第二芯片、第三芯片，第一芯片上设有红外感光阵列，第二芯片上设有像素处理单元阵列，第三芯片上设有模数转换及数字处理阵列，红外感光阵列、像素处理单元阵列、模数转换及数字处理阵列通过分设于第一芯片、第二芯片、第三芯片之间的金属连接柱进行连接。本发明具有高速输出，芯片高度集成，应用方便的优点，能有效提高芯片的易用性和性能，适于推广使用。

Description

一种3D堆叠红外图像传感器
技术领域
本发明涉及红外图像传感器领域，更具体地，涉及一种3D堆叠红外图像传感器。
背景技术
红外图像传感器凭借其夜视功能及测温功能在军事、医疗、安防、工业等各个领域得到了广泛应用。然而，目前市场上的红外图像传感产品一般体积较大，功能单一。红外图像传感器芯片一般只有模拟信号输出，还需要在芯片外进行模数转换及数字处理阵列，这样导致相关产品体积较大，应用不便。
随着半导体技术的发展，CMOS图像传感器(CIS)芯片朝着高分辨率、高性能方向发展，芯片的三维(3D)堆叠技术愈发成熟，并越来越多地用到CIS的设计与制造中。通过3D堆叠技术将像元(Pixel)中的器件分开放到上下堆叠的不同芯片中，缩小了单个像元的面积，同时可以实现对像元中不同器件的分别调整工艺，有利于提升CIS芯片的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高度集成的3D堆叠红外图像传感器。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种3D堆叠红外图像传感器，包括：依次上下堆叠的第一芯片、第二芯片、第三芯片，所述第一芯片上设有红外感光阵列，所述第二芯片上设有像素处理单元阵列，所述第三芯片上设有模数转换及数字处理阵列，所述红外感光阵列、像素处理单元阵列、模数转换及数字处理阵列通过分设于第一芯片、第二芯片、第三芯片之间的金属连接柱进行连接。
优选地，所述红外感光阵列包括n×m个红外感光单元；其中，所述n为行数，m为列数。
优选地，每个所述红外感光单元为电学上等效为电阻的一个二端口器件。
优选地，所述像素处理单元阵列包括n×m个红外感光信号处理单元；其中，每个所述红外感光信号处理单元的输入端与其上方对应位置的一个红外感光单元的一端之间通过金属连接柱相连，红外感光单元的另一端与电源负极相连。
优选地，所述红外感光信号处理单元包括相连的一个电阻转电流模块和一个电流积分器模块；所述电阻转电流模块包括一个NMOS管和一个PMOS管，所述NMOS管的源极与红外感光单元的一端相连，所述NMOS管的栅极与控制电平相连，所述NMOS管的漏极与所述PMOS管的漏极相连，所述PMOS管的栅极与偏置电平相连，所述PMOS管的源极与电源正极相连；所述电流积分器模块包括一个运算放大器、一个电容和一个开关，所述运算放大器的正向输入端与参考电平相连，所述运算放大器的负向输入端与NMOS管的漏极、PMOS管的漏极、电容的一端及开关的一端共同连接，所述运算放大器的输出端与所述电容的另一端及所述开关的另一端共同连接，所述运放大器的输出端为红外感光信号处理单元的信号输出端。
优选地，所述像素处理单元阵列中同一列的红外感光信号处理单元的信号输出端连接在一起。
优选地，所述模数转换及数字处理阵列包括m个模数转换单元及m个数字处理单元，每个所述模数转换单元的输入端通过金属连接柱与对应列的红外感光信号处理单元的信号输出端相连，所述模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，每个模数转换单元的输出端与同列的数字处理单元的输入端相连，每个数字处理单元将同列的数字信号进行运算处理并输出。
本发明具有高速输出，芯片高度集成，应用方便的优点，能有效提高芯片的易用性和性能，适于推广使用。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种3D堆叠红外图像传感器结构截面示意图；
图2是本发明一较佳实施例的一种3D堆叠红外图像传感器结构立体示意图；
图3是本发明一较佳实施例的一种红外感光单元示意图；
图4是本发明一较佳实施例的一种红外感光信号处理单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种3D堆叠红外图像传感器结构截面示意图。如图1所示，本发明的一种3D堆叠红外图像传感器结构，包括红外感光阵列1、像素处理单元阵列2、模数转换及数字处理阵列3；红外感光阵列1、像素处理单元阵列2、模数转换及数字处理阵列3分别建立在相堆叠的三个芯片上；三个芯片包括：依次上下堆叠的第一芯片Ⅰ、第二芯片Ⅱ、第三芯片Ⅲ。其中，第一芯片Ⅰ上设有红外感光阵列1，第二芯片Ⅱ上设有像素处理单元阵列2，第三芯片Ⅲ上设有模数转换及数字处理阵列3。红外感光阵列1、像素处理单元阵列2、模数转换及数字处理阵列3之间通过分别设于第一芯片Ⅰ、第二芯片Ⅱ、第三芯片Ⅲ之间的金属连接柱102进行精确连接。
请参阅图2，图2是本发明一较佳实施例的一种3D堆叠红外图像传感器结构立体示意图。如图2所示，红外感光阵列1设置在第一芯片Ⅰ上；红外感光阵列1包括n×m个红外感光单元101；其中，n为行数，m为列数，即红外感光阵列1由n行×m列个红外感光单元101组成。图示为4行×7列个红外感光单元101。
请参阅图3。每个红外感光单元101为一个二端口器件，其在电学上可以等效为一个电阻。红外感光单元101可以感测所接收红外线强度的变化，当红外感光单元101接收到的红外线强度发生变化时，其相应的等效电阻的阻值也会发生变化。
请参阅图2。像素处理单元阵列2设置在第二芯片Ⅱ上；像素处理单元阵列2包括n×m个红外感光信号处理单元201；其中，n为行数，m为列数，即像素处理单元阵列2由n行×m列个红外感光信号处理单元201构成。图示为4行×7列个红外感光信号处理单元201。
其中，每个红外感光信号处理单元201的输入端与其上方对应位置的一个红外感光单元101的一端之间通过一个金属连接柱102相连；红外感光单元101的另一端与电源负极相连。
相应的，第一芯片Ⅰ和第二芯片Ⅱ之间通过n×m个金属连接柱102对各红外感光单元101和对应的红外感光信号处理单元201进行连接。图示为4行×7列个金属连接柱102。
请参阅图4，图4是本发明一较佳实施例的一种红外感光信号处理单元结构示意图。如图4所示，红外感光信号处理单元201包括相连的一个电阻转电流模块2011和一个电流积分器模块2012。其中，电阻转电流模块2011包括一个NMOS管M2和一个PMOS管M1；电流积分器模块2012包括一个运算放大器OPA1、一个电容C1和一个开关S1。
在电阻转电流模块2011中，NMOS管M2的源极作为输入端IN与红外感光单元101的一端相连，NMOS管M2的栅极与控制电平S0相连，NMOS管M2的漏极与PMOS管M1的漏极相连，并可相连于节点N1。PMOS管M1的栅极与偏置电平V1相连，PMOS管M1的源极与电源正极VDD相连。
在电流积分器模块2012中，运算放大器OPA1的正向输入端与参考电平V2相连，运算放大器OPA1的负向输入端与NMOS管M2的漏极、PMOS管M1的漏极、电容C1的一端及开关S1的一端共同连接，即运算放大器OPA1的负向输入端可与节点N1及电容C1的一端、开关S1的一端共同连接，运算放大器OPA1的输出端与电容C1的另一端及开关S1的另一端共同连接，运放大器的输出端同时作为红外感光信号处理单元201的信号输出端VOUT。
像素处理单元阵列2中同一列的红外感光信号处理单元201的信号输出端VOUT可连接在一起。
请参阅图2。模数转换及数字处理阵列3设置在第三芯片Ⅲ上；模数转换及数字处理阵列3包括m个模数转换单元301(ADC)及m个数字处理单元302(DIGITAL)，即模数转换及数字处理阵列3由m列个模数转换单元301和数字处理单元302构成，每列包括相连的一个模数转换单元301和一个数字处理单元302。图示为7列个模数转换单元301和数字处理单元302。
每个模数转换单元301的输入端通过金属连接柱102与对应列的像素处理单元阵列2的红外感光信号处理单元201的信号输出端VOUT相连；模数转换单元301将模拟信号转换为数字信号。每个模数转换单元301的输出端与同列的数字处理单元302的输入端相连；每个数字处理单元302将同列的数字信号进行运算处理并输出。
相应的，第三芯片Ⅲ和第二芯片Ⅱ之间可通过m个金属连接柱102将各列模数转换单元301与对应列红外感光信号处理单元201连接在一起。图示为7个金属连接柱102。
综上，本发明具有高速输出，芯片高度集成，应用方便的优点，能有效提高芯片的易用性和性能，适于推广使用。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，包括：依次上下堆叠的第一芯片、第二芯片、第三芯片，所述第一芯片上设有红外感光阵列，所述第二芯片上设有像素处理单元阵列，所述第三芯片上设有模数转换及数字处理阵列，所述红外感光阵列、像素处理单元阵列、模数转换及数字处理阵列通过分设于第一芯片、第二芯片、第三芯片之间的金属连接柱进行连接。
2.根据权利要求1所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述红外感光阵列包括n×m个红外感光单元；其中，所述n为行数，m为列数。
3.根据权利要求2所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，每个所述红外感光单元为电学上等效为电阻的一个二端口器件。
4.根据权利要求2所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述像素处理单元阵列包括n×m个红外感光信号处理单元；其中，每个所述红外感光信号处理单元的输入端与其上方对应位置的一个红外感光单元的一端之间通过金属连接柱相连，红外感光单元的另一端与电源负极相连。
5.根据权利要求4所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述红外感光信号处理单元包括相连的一个电阻转电流模块和一个电流积分器模块。
6.根据权利要求5所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述电阻转电流模块包括一个NMOS管和一个PMOS管，所述NMOS管的源极与红外感光单元的一端相连，所述NMOS管的栅极与控制电平相连，所述NMOS管的漏极与所述PMOS管的漏极相连，所述PMOS管的栅极与偏置电平相连，所述PMOS管的源极与电源正极相连；所述电流积分器模块包括一个运算放大器、一个电容和一个开关，所述运算放大器的正向输入端与参考电平相连，所述运算放大器的负向输入端与NMOS管的漏极、PMOS管的漏极、电容的一端及开关的一端共同连接，所述运算放大器的输出端与所述电容的另一端及所述开关的另一端共同连接，所述运放大器的输出端为红外感光信号处理单元的信号输出端。
7.根据权利要求6所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述像素处理单元阵列中同一列的红外感光信号处理单元的信号输出端连接在一起。
8.根据权利要求6或7所述的3D堆叠红外图像传感器，其特征在于，所述模数转换及数字处理阵列包括m个模数转换单元及m个数字处理单元，每个所述模数转换单元的输入端通过金属连接柱与对应列的红外感光信号处理单元的信号输出端相连，所述模数转换单元将模拟信号转换为数字信号，每个模数转换单元的输出端与同列的数字处理单元的输入端相连，每个数字处理单元将同列的数字信号进行运算处理并输出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451252A (zh) * 2018-10-31 2019-03-08 中国科学院半导体研究所 紧凑型太赫兹波阵列图像传感器芯片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103579263A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 台湾积体电路制造股份有限公司 具有堆叠结构的cmos图像传感器芯片及其形成方法
CN105355621A (zh) * 2015-11-26 2016-02-24 上海集成电路研发中心有限公司 一种堆叠式图像传感器
CN106254799A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 上海集成电路研发中心有限公司 一种红外图像传感器读出电路
US20170018594A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-19 International Business Machines Corporation Three-dimensional integrated multispectral imaging sensor
CN107592477A (zh) * 2017-09-12 2018-01-16 上海微阱电子科技有限公司 3d堆叠高动态cmos图像传感器及其信号采集方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103579263A (zh) * 2012-08-09 2014-02-12 台湾积体电路制造股份有限公司 具有堆叠结构的cmos图像传感器芯片及其形成方法
US20170018594A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-19 International Business Machines Corporation Three-dimensional integrated multispectral imaging sensor
CN105355621A (zh) * 2015-11-26 2016-02-24 上海集成电路研发中心有限公司 一种堆叠式图像传感器
CN106254799A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 上海集成电路研发中心有限公司 一种红外图像传感器读出电路
CN107592477A (zh) * 2017-09-12 2018-01-16 上海微阱电子科技有限公司 3d堆叠高动态cmos图像传感器及其信号采集方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109451252A (zh) * 2018-10-31 2019-03-08 中国科学院半导体研究所 紧凑型太赫兹波阵列图像传感器芯片

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