[發明專利]堆疊芯片成像系統

有效

• 申請號: 201280043783.0
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103907133A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 約翰內斯·索爾胡斯維克;蒂姆·貝爾斯
• 申請（專利權）人: 普廷數碼影像控股公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;H04N5/345;H01L27/146
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

相關申請案交叉參考

本申請案請求在2012年2月21日提出申請的第13/401,764號美國專利申請案及在2011年9月21提出申請的第61/537,508號美國臨時專利申請案的權益，所述專利申請案據此以全文引用的方式并入本文中。

背景技術

本發明一般來說涉及成像系統，且更特定來說涉及具有堆疊芯片圖像傳感器的成像系統。

圖像傳感器通常用于例如蜂窩式電話、相機及計算機等成像系統中以捕獲圖像。在典型的布置中，圖像傳感器具備圖像傳感器像素陣列及用于操作圖像傳感器像素的控制電路。在常規成像系統中，控制電路在硅半導體襯底上與圖像傳感器像素橫向分離。每一圖像傳感器像素行通常沿著硅半導體襯底上的共用金屬線來與控制電路通信。類似地，每一圖像傳感器像素列沿著共用金屬線與控制電路通信。

在此類型的系統中，通過使用共享的列及行線來限制可從圖像傳感器像素讀出圖像像素數據的速率及可將控制信號供應到圖像傳感器像素的速率。另外，此類型的系統需要硅半導體襯底上的空間以容納控制電路。此可增加圖像傳感器芯片的橫向占用面積。增加的橫向占用面積對于緊湊型成像系統(例如蜂窩式電話及相機)可為不期望的。

因此將期望能夠提供具有增強的像素通信效率的經改進成像系統。

發明內容

可提供圖解說明具有堆疊芯片圖像傳感器的各種實施例。成像系統可包括堆疊芯片圖像傳感器或堆疊芯片圖像傳感器陣列。每一堆疊芯片圖像傳感器可包括垂直芯片堆疊，所述垂直芯片堆疊包括圖像像素陣列、模擬控制電路及存儲與處理電路。

所述圖像像素陣列可使用沿垂直于圖像像素陣列所界定的平面的方向路由圖像數據信號的垂直金屬互連件(例如穿硅通孔或微凸塊)耦合到控制電路。所述垂直互連件可包括沿著邊緣或在圖像像素陣列內交叉的垂直列互連件、垂直行互連件、垂直塊互連件或垂直內部行互連件。

所述控制電路可經配置以操作所述圖像像素用于捕獲圖像數據及讀出圖像數據。所述控制電路可經由(舉例來說)垂直行互連件將像素控制信號(例如，行選擇信號、轉移信號及復位信號)路由到圖像像素。所述控制電路可向(舉例來說)給定圖像像素列中的像素的源極跟隨器晶體管提供偏置電壓及/或電力供應電壓以便選擇所述列中的像素用于讀出?？裳刂怪被ミB件(例如，與給定圖像像素塊相關聯的垂直塊互連件)讀出圖像數據信號。可使用多個垂直塊互連件將多個對應像素塊中的像素同時讀出到與所述控制電路相關聯的模/數轉換電路。

所述模/數轉換電路可將所述圖像數據轉換為數字圖像數據且經由垂直導電互連件(例如，穿硅通孔)將所述數字圖像數據提供到所述存儲與處理電路。所述存儲與處理電路可經配置以存儲及/或處理所述數字圖像數據。

附圖說明

圖1是根據本發明的實施例的說明性電子裝置的圖式。

圖2是根據本發明的實施例的具有多個堆疊芯片圖像傳感器的說明性圖像傳感器陣列的俯視圖，所述多個堆疊芯片圖像傳感器各自具有用于耦合到控制電路的垂直導電互連件。

圖3是根據本發明的實施例的說明性圖像傳感器像素的圖式。

圖4是根據本發明的實施例的具有呈垂直芯片堆疊的圖像像素陣列的說明性堆疊芯片圖像傳感器的圖式，所述垂直芯片堆疊包括由垂直金屬互連件耦合的模擬控制電路及存儲與處理電路。

圖5是根據本發明的實施例的說明性圖像像素陣列的透視圖。

圖6是根據本發明的實施例的說明性堆疊芯片圖像傳感器的圖式，其展示垂直金屬互連件可如何將圖像傳感器像素塊耦合到與圖像像素陣列垂直堆疊的控制電路。

圖7是根據本發明的實施例的說明性堆疊芯片圖像傳感器的一部分的圖式，其展示垂直金屬互連件可如何將圖像傳感器像素行的部分耦合到與圖像像素陣列垂直堆疊的控制電路。

圖8是根據本發明的實施例的在堆疊芯片圖像傳感器中的說明性電路的圖式，其展示圖像像素陣列中的圖像傳感器像素電路可如何耦合到模擬控制電路的組件。

圖9是根據本發明的實施例的在堆疊芯片圖像傳感器中的說明性電路的圖式，其展示模擬控制電路的接地平面可如何與圖像像素陣列的接地平面分離。

圖10是根據本發明的實施例的使用堆疊芯片圖像傳感器捕獲圖像數據所涉及的說明性步驟的流程圖。

具體實施方式