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索尼dToF傳感器將SPAD推上風口,消費類激光雷達迎來重大機遇

52RD.com 2020年5月9日 MEMS            參與:1人 我來說兩句
  據麥姆斯咨詢此前發布的《索尼工程師談背照式ToF圖像傳感器》文章介紹,索尼(Sony)作為全球知名的CMOS圖像傳感器公司,有望繼續領導新興的飛行時間(ToF)圖像傳感器領域。而在《一睹真容:iPad Pro激光雷達掃描儀ToF傳感器》文章中,麥姆斯咨詢發現索尼的ToF圖像傳感器已經從iToF(間接飛行時間法)延伸至dToF(直接飛行時間法),相應地,光電探測器從背照式CMOS圖像傳感器擴展至SPAD陣列。
  
  我們知道,在以智能手機和平板電腦為代表的消費電子領域,基于SPAD陣列的dToF傳感器可是意法半導體(STMicroelectronics)的天下,主要用于近距離測距和接近傳感,近些年僅有ams(艾邁斯半導體)欲與意法半導體搶奪市場。意法半導體最早于2013年推出首款基于FlightSense飛行時間(ToF)技術的新一代高性能接近和測距傳感器;于2019年10月26日宣布ToF傳感器出貨量達到10億顆。FlightSense系列產品在同一封裝中集成了SPAD陣列、光源及驅動器,可提供非?斓臏y距速度,且具有低功耗、高可靠性等優點。
意法半導體FlightSense飛行時間(ToF)傳感器原理及優勢
    
  但是,這一切在2020年改變了,蘋果新款iPad Pro中的激光雷達讓3D傳感業界興奮了。這款激光雷達中的索尼ToF傳感器基于SPAD陣列,分辨率達到30000像素,相比意法半導體的256像素和ams的128像素,直接將ToF傳感器的“測距”進化到“距離成像”。所以索尼這款ToF傳感器可稱為ToF“圖像”傳感器!麥姆斯咨詢認為,索尼開啟了新一代3D傳感芯片的競賽征程。
 
  2019年7月,索尼將公司的半導體部門名稱正式變更為:成像與傳感解決方案部門(I&SS),這一點變化隱藏了索尼在半導體領域的實力,目的是放大其在圖像傳感器領域的優勢地位。據悉,索尼在圖像傳感器上的發展使得該公司連續兩個財年凈資產收益率高于目標的10%。索尼認為3D成像與傳感業務在傳感器和人工智能結合中帶來巨大的發展機遇。
  
  索尼在3D成像與傳感業務方面采取兩種方案策略:第一種是向華為(Huawei)和三星(Samsung)等安卓(Android)手機品牌廠商供應iToF背照式CMOS圖像傳感器,2019年這部分營收約為3億美元;第二種是贏得蘋果iPad Pro的dToF(SPAD陣列)圖像傳感器設計導入訂單(design win),并且該dToF圖像傳感器極有可能會出現在iPhone系列手機中。從“成像到傳感”和“2D到3D”的成功過渡,可見索尼在CMOS圖像傳感器領域的強大實力。這也是索尼成像與傳感解決方案部門持續繁榮的基礎。
傳言iPhone 12 Pro Max后置dToF激光雷達
    
  那么,在索尼加入dToF“戰局”的情況下,意法半導體的dToF傳感器的未來將如何發展?從上一季度的營收情況來看,意法半導體的MEMS和傳感器部門營收表現出色,dToF產品系列保持增長勢頭。意法半導體除了在CMOS圖像傳感器(CIS)領域投入資金之外,必須要在SPAD陣列方面加強投資,以趕上索尼的步伐。盡管,蘋果與索尼的這一合作舉措給意法半導體敲響警鐘,但是更多是創造新的機遇。dToF圖像傳感器不僅是一場技術競賽,還是一項資本博弈,只有強大的參與者才能獲勝。
圖像傳感器像素尺寸演進之路
  
  索尼這款dToF圖像傳感器的分辨率為3萬像素,像素尺寸為10微米,探測器類型為SPAD陣列。像素內連接通過混合鍵合互連技術將探測器晶圓和邏輯電路晶圓鍵合實現,這是索尼首次將3D堆疊應用于dToF圖像傳感器。同時,深溝槽隔離(Deep trench isolation)也被應用,充滿金屬的溝槽完全隔離了像素。此外,蘋果新款iPad Pro激光雷達還集成了Lumentum的VCSEL芯片和德州儀器(TI)的VCSEL驅動芯片。
索尼dToF圖像傳感器橫截面圖
  
Lumentum的VCSEL芯片
  

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