Sony công bố chi tiết quy trình sản xuất cảm biến 3 lớp xếp chồng trên Xperia XZ Premium

Super slow motion

Hồi đầu năm 2017, Sony Mobile đã bất ngờ trình làng Xperia XZ Premium, chiếc flagship Xperia mang đến khả năng quay chậm Super Slow-motion đầu tiên trên thế giới. Tốc độ khung hình tối đa mà điện thoại Sony có thể đạt được là 960fps, con số vượt xa mọi đối thủ trên thị trường và cho đến bây giờ vẫn được xem là kỉ lục của smartphone. Đối với hệ sinh thái thiết bị giải trí Sony, điện thoại Xperia không phải là sản phẩm đầu tiên có khả năng này mà là các máy ảnh RX. Tuy nhiên đó là với những thiết bị chuyên để chụp ảnh, quay phim vốn rất có nhiều không gian nâng cấp, sáng tạo.

Hồi tháng Mười Hai vừa rồi, tại sự kiện International Electron Devices Meeting tại San Francisco, Sony đã hé lộ cách thức mà họ mang một máy ảnh tốc độ cao vào trong thân hình smartphone vốn hạn chế về không gian và sức mạnh. “Chìa khóa” công nghệ của công ty Nhật Bản nằm ở chỗ, họ đã mang lên điện thoại Xperia một loại cảm biến hình ảnh đặc thù, không phổ biến trên thị trường điện thoại. Đó là cảm biến xếp chồng 3 lớp, kết cấu “bánh kẹp” xen giữa lớp mạch logic và lớp cảm biến một bộ nhớ đệm DRAM.

stacked sensor 1

Hình minh họa và mặt cắt cảm biến xếp chồng 3 lớp của Sony, chiều dày tổng cộng 130 micromet

Cảm biến này đã được công bố hồi đầu năm 2017 tại ISSCC 2017. Nguyên mẫu trình diễn có thể ghi hình Full HD với tốc độ lên đến 960fps. Sau này, Sony Mobile đã tích hợp nó lên điện thoại Xperia và khiến giới công nghệ sửng sốt.

*Xem thêm: Sony giới thiệu cảm biến xếp chồng 3 lớp dành cho smartphone đầu tiên trên thế giới, quay phim Full HD 960fps.

stacked sensor 2

 

Việc bổ sung thêm lớp DRAM giúp cảm biến tiếp nhận được nhiều thông tin hơn nhờ đẩy nhanh quá trình lấy thông tin ra khỏi điểm ảnh

Hidenobu Tsugawa, kĩ sư làm việc cho Sony Semiconductor Solutions tại Kanagawa, Nhật cho biết tốc độ camera chủ yếu bị hạn chế là do giai đoạn lấy thông tin ra khỏi điểm ảnh, nó mất khá nhiều thời gian. Điểm ảnh có “dung lượng” cố định và phải được làm trống trước khi tiếp nhận những thông tin mới từ môi trường. Chính việc vận chuyển thông tin đi tốn thời gian đã khiến camera bị chậm. Để giúp camera có thể đạt tốc độ khung hình cao (HFR: high frame rate) và giảm thiểu tình trạng méo mó hình ảnh, các nhà sản xuất cảm biến máy ảnh cao cấp thường đưa vào từng điểm ảnh một thành phần bộ nhớ, giúp quá trình “dọn dẹp” trở nên nhanh chóng hơn.

*Xem thêm: Sony ra mắt Xperia XZ Premium, cảm biến xếp chồng quay phim Super Slow-motion 960fps đầu tiên trên thế giới.

Tuy nhiên, trên điện thoại, không gian là cực kì quý giá, không thể làm giống như máy ảnh. Và cách giải quyết của Sony đó là phát triển một máy ảnh gồm ba lớp thành phần, lớp điểm ảnh thu nhận thông tin với độ phân giải 19.3MP, lớp mạch logic và lớp bộ nhớ đệm có kích thước 1Gb RAM. Cả ba thành phần này được chế tạo riêng biệt trên ba phiến wafer silicon (đơn vị sản phẩm trong ngành bán dẫn, có hình tròn) khác nhau. Phần điểm ảnh, DRAM và mạch logic được chế tạo trên các tiến trình lần lượt là 90nm, 30nm và 40nm. Đây là giai đoạn đầu tiên.

stacked sensor 3

Sony mô tả chi tiết quá trình chế tạo cảm biến xếp chồng 3 lớp 

Tiếp theo, họ nối hai tấm wafer chứa DRAM và mạch logic lại với nhau và ép mỏng chúng. Chiều dày của wafer DRAM được giảm xuống còn 3 micromet, tương đương 1/200 so với ban đầu. Một trong những bộ nhớ DRAM mỏng nhất hiện nay.

Sau đó, họ hàn gắn chúng lại bằng kết nối điện với phương pháp TVA (through silicon via). Các bạn có thể thấy các mối nối màu vàng ở trên hình minh họa. Đây là giai đoạn ba.

Giai đoạn thứ tư, wafer chứa lớp điểm ảnh được kết nối với wafer DRAM/mạch logic, sau đó tiếp tục ép mỏng chúng.

Cuối cùng, thứ năm là dùng TVS để gắn lớp điểm ảnh vào chắc chắn với hai thành phần kia tạo thành cấu trúc “bánh kẹp” 3 lớp xếp chồng.

Cảm biến mới mặc dù có cấu trúc 3 lớp nhưng bề dày lại chỉ tương đương với loại thông thường 2 lớp, nhờ vào cảm biến DRAM đã bị ép mỏng lại 3 micromet. Tổng bề dày của cảm biến là 130 micromet.

stacked sensor 4

Chi tiết con chip thông qua mặt cắt ngang

Công ty cho biết, để tránh tình trạng tiêu tốn điện năng do điện thoại sử dụng nguồn pin di động thay vì cấp nguồn trực tiếp, họ đã giảm diện tích đầu vào/đầu ra (I/O), bằng cách thu hẹp khoảng cách các mối nối TVS, cũng như giảm công suất. Số lượng mối nối được sử dụng để nối 3 thành phần lại với nhau là khoảng 35,000 và đường kính là 2.5 micromet, khoảng cách 6.3 micromet.

Chi tiết thông số của cảm biến:

  • Kích thước 1/2.3 inch.
  • Số lượng điểm ảnh: 21.2 triệu (5,520 x 3,840).
  • Độ phân giải: 19MP (4:3) và 17MP (16:9).
  • Kích thước điểm ảnh: 1.22 micromet.
  • Dung lượng RAM: 1Gb.

Tsugawa nói: “Khả năng ghi hình chuyển động nhanh được cải thiện nhờ nâng cao tốc độ đọc. Chất lượng hình ảnh chưa thể đạt tới “đẳng cấp” của máy ảnh SLR, nhưng cảm biến trên smartphone bắt đầu có tiến bộ để đạt được hiệu quả tốt hơn”.

 

Nguồn: Nikkei, IEEE.


Check Also

2004 CLIÉ VZ90 2

OLED và những điều bây giờ bạn mới biết! (P3): Tóm lược lịch sử 30 năm công nghệ OLED, những sản phẩm đáng chú ý thời kì đầu

PDA CLIÉ-VZ90 năm 2004 (ảnh: Internet) Vậy là chúng ta đã đi qua hai phần ...

fingerprint sensor 2

Japan Display thương mại hóa cảm biến vân tay hoạt động trên mặt kính trong suốt

Cảm biến vân tay (ảnh: Android Authority) Japan Display, công ty lập nên bởi ba ...

Leave a Reply