DE19933472A1 - Netzwerk zur Signalverarbeitung, insbesondere zur Bilddatenverarbeitung, und Bildaufnahmesystem - Google Patents
Netzwerk zur Signalverarbeitung, insbesondere zur Bilddatenverarbeitung, und BildaufnahmesystemInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung mit einem Netzwerk zur Signalverarbeitung bzw. zur Bilddatenverarbeitung umfaßt eine Vielzahl von Chips (1), die jeweils eine Netzstruktur haben und auf einem Trägersubstrat (2) angeordnet sind. Durch eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen in dem Trägersubstrat (2) sind die Chips untereinander vernetzt. Das Trägersubstrat (2) ist aus monokristallinem Silizium gefertigt und beinhalt ein Leiterbahnnetz bzw. eine Feinstleiter-Verdrahtung zur Vernetzung der Knoten der Netzstruktur der darüberliegenden Chips, die Bildaufnahmeelemente enthalten.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzwerk zur Signalverarbeitung, insbesondere zur
Bilddatenverarbeitung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein
Bildaufnahmesystem.
Signalverarbeitende Netzwerke werden insbesondere bei der Bilddatenverarbeitung
eingesetzt. Dabei werden für die Informationsverarbeitung analoge Schaltungen an jedem
Bildpunkt verwendet. Die Patentschrift US 4,786,818 zeigt einen Sensor- und
Analogprozessor zur Bilddatenverarbeitung mit einem Netzwerk zur Verarbeitung von
Bilddaten, die durch Bildaufnahmeelemente erhalten werden. Jedem Knoten eines Netzes
von Analogschaltungen ist ein Pixel oder Bildpunkt zugeordnet.
Obwohl derartige Netzwerke zur Signalverarbeitung und Bilddatenverarbeitung immer
größere Verwendung finden, wie beispielsweise in der Konsumgüterelektronik oder
anderen technischen Bereichen, in denen vorwiegend Sensordaten verarbeitet werden,
sind die bekannten Netzwerke doch mit einigen Nachteilen verbunden. Da an jedem
Bildpunkt analoge Schaltungen für die Informationsverarbeitung verwendet werden,
benötigen die Analogschaltungen eine erhebliche Fläche auf den hergestellten
Siliziumchips. Bei einem Bildaufnahmesystem mit einer großen Anzahl von Bildpunkten
führt dies zu sehr großen Chipabmessungen, was mit sehr hohen Kosten verbunden ist
und eine wirtschaftliche Massenproduktion bzw. Serienfertigung solcher analoger
Netzwerke entgegensteht. Große Felder oder Bildfelder mit einer hohen Anzahl von
Bildpunkten bzw. Pixeln können kaum bearbeitet werden. Ebenso ist die Anzahl der
Netzknoten beschränkt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Netzwerk zur Signalverarbeitung,
insbesondere zur Bilddatenverarbeitung zu schaffen, das kompakt gestaltet ist, eine hohe
Anzahl von Netzknoten ermöglicht, kostengünstig herstellbar ist und zur Bearbeitung
großer Felder oder Bildfelder mit einer hohen Anzahl von Signal- bzw. Bildpunkten geeignet
ist. Weiterhin soll ein Bildaufnehmer angegeben werden, der diese Anforderungen
ebenfalls erfüllt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Netzwerk zur Signalverarbeitung gemäß
Patentanspruch 1 und das Bildaufnahmesystem gemäß Patentanspruch 13. Weitere
vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Netzwerk zur Signalverarbeitung und insbesondere zur
Bilddatenverarbeitung umfaßt einen Chip, der eine Netzstruktur mit Schaltungen zur
Signalverarbeitung aufweist, wobei eine Vielzahl von Chips mit jeweils einer Netzstruktur
auf einem Trägersubstrat angeordnet sind, und wobei die Chips durch eine Vielzahl von
elektrischen Verbindungen in dem Trägersubstrat untereinander vernetzt sind. Dadurch
können große Signal- oder Bildfelder bearbeitet werden, wobei eine hohe Knotenzahl in der
Netzstruktur erreicht wird und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist das Trägersubstrat eine einkristalline Siliziumschicht mit einem
Leiterbahnnetz oder einer Feinstleiter-Verdrahtung. Dies ermöglicht eine einfache
Herstellung und gute Leitungseigenschaften.
Bevorzugt sind die Chips über eine Vielzahl von elektrischen Durchkontaktierungen mit
den elektrischen Verbindungen des Trägersubstrats verbunden. Auch können die Chips
mehrschichtig aus dünnen Chiplagen aufgebaut sein. Vorzugsweise haben die Chips eine
Dicke von weniger als 100 µm, bevorzugt weniger als 20 µm, und insbesondere bevorzugt
eine Dicke im Bereich von 10 µm oder weniger. Insbesondere können die Chips kachelartig
angeordnet sein.
Vorzugsweise umfaßt das Netzwerk photoempfindliche Elemente, die jeweils einem
Netzknoten zur Signalverarbeitung zugeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Chips auf dem Trägersubstrat zu einem Hypernetz vernetzt, bei dem
die Netzknoten eines Chips mit den Netzknoten weiterer Chips verbunden sind. Durch die
Gestaltung eines Hypernetzes ergibt sich eine besonders hohe Knotenzahl mit einer
schnellen, parallelen Signalverarbeitung.
Insbesondere kann das Netzwerk mit Techniken der vertikalen Systemintegration gefertigt
sein. Es kann z. B. als Drei- oder Mehrschichtsystem ausgestaltet sein, bei dem mehrere
Bauelementschichten mit Netzstrukturen übereinander bzw. parallel zueinander
angeordnet sind, wobei die Netzknoten über mehrere Schichte miteinander verbunden
sind. Bevorzugt sind die Netzstrukturen in einer oder mehreren Bauelementschichten
angeordnet, die gedünnt ausgebildet sind, während das Trägersubstrat z. B. in der
Standarddicke eines Siliziumchips ausgeführt ist.
Vorzugsweise sind in mehreren übereinander liegenden bzw. parallel zueinander liegenden
Bauelementschichten Netzstrukturen für unterschiedliche Bildverarbeitungsfunktionen,
wie beispielsweise Kontrast-Adaption, Kantenbildung, Schwerpunkt-Findung und/oder
Korrekturfunktionen ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bildaufnahmesystem geschaffen,
das Bildaufnahmeelemente und ein erfindungsgemäßes Netzwerk zur Signalverarbeitung
umfaßt.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben, wobei
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Bauelements mit einem Netzwerk zur
Signalverarbeitung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Das Bauelement gemäß Fig. 1 umfaßt sechs dünne Einzelchips 1, die auf einem
Trägersubstrat 2 angeordnet sind. Jedes Chip 1 ist durch eine Vielzahl von elektrischen
Verbindungen in Form von Durchkontaktierungen mit einer Verdrahtung des
Trägersubstrats 2 verbunden. Die Verdrahtung des Trägersubstrats 2 ist in
Feinstleitertechnologie ausgeführt.
Die gleichartigen Chips 1 weisen eine regelmäßige interne Netzstruktur zur
Signalverarbeitung auf und bilden ein Netzwerk. Durch die Anordnung der Chips 1 auf dem
Trägersubstrat 2 und durch die Vielzahl von elektrischen Verbindungen sind die Chips
untereinander zu einem Hypernetz vernetzt, wodurch eine hohe Knotenzahl erreicht wird.
Die elektrischen Durchkontaktierungen verbinden die Knoten der Netzstrukturen der
einzelnen Chips mit Hilfe der Verdrahtung des Trägersubstrats 2 untereinander. Die
Verdrahtung des Trägersubstrats stellt mit Hilfe einer Vielzahl von Verbindungen zwischen
den einzelnen benachbarten Chips eine Erweiterung des Netzwerks ohne Störung der
Netzwerkarchitektur sicher. Der Aufbau entspricht einem typischen Multichip-Modul,
wobei er jedoch wesentlich mehr Verbindungen zwischen den einzelnen Chips 1 enthält
als bei den bekannten Bauelementen. Das hier gezeigte Bauelement bzw. Netzwerk zur
Signalverarbeitung ist von daher ein Multichip-Modul mit einem äußerst hohen
Vernetzungsgrad.
Das Trägersubstrat 2 ist als einkristalline Siliziumschicht ausgebildet und bildet ein
Verdrahtungsmedium für die darauf angeordneten Siliziumchips. Die feinst ausgebildeten
Leiterbahnen in dem Trägersubstrat 2 bilden ein Leiterbahnnetz, das mit Hilfe der
elektrischen Durchkontaktierungen die sehr dünn ausgebildeten Chips vernetzt. Bei der
Herstellung wird hierfür die Technologie der vertikalen Systemintegration verwendet, wie
sie z. B. in der Druckschrift DE 44 33 845 A1 beschrieben ist.
In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelchips 1 kachelartig
auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 1 angeordnet. Es sind aber auch andere
Anordnungen von Chips auf dem Verdrahtungsmedium zur Erschaffung eines
Hypernetzwerkes möglich.
Das System kann auch als Dreischichtsystem oder allgemein als Mehrschichtsystem
aufgebaut sein, mit einer Vielzahl von Bauelementschichten, die Verdrahtungen oder
Schaltungen zur Signalverarbeitung enthalten. In derartigen Aufbauten sind dann die
oberen Schichten gedünnt, während die untere Schicht als Trägersubstrat in der
Standarddicke eines Siliziumchips, z. B. im Bereich von ca. 10 µm, ausgebildet ist. In
diesem Fall verbinden die elektrischen Durchkontaktierungen die Knoten der Netze über
mehrere Bauelementschichten.
Die Chips 1 auf dem Trägersubstrat 2 weisen in der bevorzugten Ausführungsform
photoelektrische bzw. photoempfindliche Elemente auf, deren Signale in dem Netzwerk
verarbeitet werden. Dabei können mehrere Netzstrukturen übereinanderliegend bzw.
parallel zueinander in verschiedenen Bauelementschichten ausgebildet sein, wobei in jeder
Netzstruktur eine bestimmte Bildverarbeitungsfunktion wie beispielsweise Kontrast-
Adaption, Kantenbildung, Schwerpunkt-Findung und/oder Korrekturfunktionen erfolgen.
Mit den photoelektrischen Elementen an der Oberfläche der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung bildet diese ein Bildaufnahmesystem, das ein signalverarbeitendes Netzwerk
mit hohem Vernetzungsgrad bzw. hoher Knotenzahl umfaßt.
Claims (12)
1. Vorrichtung mit einem Netzwerk zur Signalverarbeitung, insbesondere zur
Bilddatenverarbeitung, bei der ein Chip (1) eine Netzstruktur mit Schaltungen zur
Signalverarbeitung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl von Chips (1) mit jeweils einer Netzstruktur auf einem Trägersubstrat
(2) angeordnet sind, wobei die Chips (1) durch eine Vielzahl von elektrischen
Verbindungen in dem Trägersubstrat untereinander vernetzt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat eine
einkristalline Siliziumschicht mit einem Leiterbahnnetz und/oder einer Feinstleiter-
Verdrahtung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chips über
eine Vielzahl von elektrischen Durchkontaktierungen mit den elektrischen
Verbindungen des Trägersubstrats (2) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chips (1) mehrschichtig aus dünnen Chiplagen aufgebaut sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chips von weniger als 100 µm, bevorzugt weniger als 20 µm,
und insbesondere bevorzugt im Bereich von ca. 10 µm oder weniger aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chips kachelartig angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch photoempfindliche Elemente, die jeweils einem Netzknoten zur
Signalverarbeitung zugeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Chips (1) auf dem Trägersubstrat (2) zu einem Hypernetz
vernetzt sind, bei dem die Netzknoten eines Chips mit dem Netzknoten weiterer Chips
verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie mit Techniken der vertikalen Systemintegration gefertigt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Drei- oder Mehrschicht-System ausgestaltet ist, bei dem
mehrere Bauelementschichten mit Netzstrukturen übereinander angeordnet sind,
wobei die Netzknoten über mehrere Schichten miteinander verbunden sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Netzstrukturen in eine oder mehreren Bauelementschichten
angeordnet sind, die gedünnt ausgebildet sind, und daß das Trägersubstrat in
Standarddicke eines Siliziumchips ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in mehreren übereinanderliegenden Bauelementschichten
Netzstrukturen für unterschiedliche Bildverarbeitungsfunktionen wie beispielsweise
Kontrast-Adaption, Kantenbildung, Schwerpunkt-Findung und/oder
Korrekturfunktionen ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
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DE (1) | DE19933472A1 (de) |
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