TowerJazz助力尼康决胜佳能

    在上周,尼康官宣正在开发旗舰无反相机Z9,它搭载了一块FX格式(全画幅)的堆栈式CMOS传感器,支持8K视频,其它规格不祥。在相机进入数码时代后,图像传感器成了决定胜负的关键之一,佳能一度凭借自产全画幅CMOS图像传感器(下面简写为CIS),力压尼康多年,直到尼康D3问世才改变局面。在进入无反相机时代,索尼凭借自产CIS成功改变了相机市场版图,佳能EOSR5只能靠着处理器与镜头群扳回一局。
 
    在无反相机市场中,尼康无疑是落后于竞争对手的一个,Z9将会成为扭转乾坤的关键,它搭载堆栈式CIS来自何方,会是TowerJazz么?其实TowrJazz早不叫TowerJazzSemiconductor,它在2020初改名为TowerSemiconductor,但出于习惯与不熟悉,摄影圈子更喜欢称它为TowerJazz,它与尼康首次建立联系是在去年与投资者和分析师的在线会议中,把尼康Z50无反相机、D7500单反相机相机加入到PPT当中。
 
    而尼康在数码时代里,一直向第三方购买CIS或是寻求代工,为尼康生产过CIS除了索尼还有瑞萨、Aptina、东芝,只可惜瑞萨在多年前退出了CIS市场,Aptina被安森美收购,东芝在爆出丑闻后半导体业务卖给索尼,尼康急需一个新的企业为它代工CIS,因此和TowerSemiconductor有着广泛合作空间。那TowerSemiconductor有可能成为Z9的传感器的代工厂么,这必须先看它是否具备这个实力。
 
    从目前消息看,Z9的CIS具备四个特性:全画幅、8K、BSI与堆栈式。要实现8K,CIS横向至少要有7680个像素,在全画幅下,单个像素大小最大不超过4.7×4.7μm,需要较为先进的制程——最好是180nm或线宽更小的工艺,并采用铜互连工艺,否则功耗会非常可怕,速度也难以提升。在尼康新闻稿中没有提到Z9采用BSI技术,但堆栈式是在CIS下面封装一块DRAM作为缓存,用以消除滚转快门的果冻效应,CIS与DRAM之间是通过TSV(ThroughSiliconVia,硅通孔)工艺连接起来。FSICIS的逻辑层位于光电二极管之上,也就是位于CIS的上半层,无法通过TSV工艺连接到下方的DRAM,因此Z9的CIS必定是BSI。
 
    那TowerSemiconductor具备生产Z9的能力么?TowerSemiconductor是一家创立于1993年的半导体企业,总部位于以色列MigdalHaemek,在2008年收购了半导体JazzSemiconductor,并在其后一年成立了联合公司TowerJazzSemiconductor。在2014年时候,它与松下达成了交易,收购了松下三座半导体工厂,成立了名为TowrJazzPanasonicSemiconductorCo.,在2020年3月起采用新名字TowerSemiconductor。TowerSemiconductor擅长生产射频前端、电源管理、CIS等模拟芯片,晶圆厂分布于以色列、美国、日本多地。
 
    按照TowerSemiconductor官网CMOSIMAGESENSORS页面中介绍,它应用CIS上制程有180nm、110nm和65nm三种,180nm可用于生产3.6-6μm像素大小、滚转快门的电影机用CIS或是4-6μm像素大小、全局快门的广播机用CIS,110nm可用于生产3.8-5μm像素大小、滚转快门的(单反)相机用CIS,65nm可用于生产3.2-7μm像素大小、滚转快门的相机/电影机用CIS,其中180nm、110nm采用的是8英寸晶圆,65nm采用的是12英寸晶圆,最为适合生产大尺寸的全画幅CIS。显然,TowerSemiconductor具备先进的制程与铜互连工艺(110nm、65nm必然是铜互连工艺,不然功耗会上天),能够生产出8K全画幅CIS。
 
    在去年TowerSemiconductor获得了XperiHolding的InvensasZibond和DBI3D半导体互联技术授权,该技术适用于8英寸、12英寸晶圆上生产全局快门、堆栈式BSICMOS类型传感器,应用在dToF类似芯片上最小可实现10μm像素大小,当应用在ToF芯片上时更可缩小到2.5μm或更小。到了去年11月TowerSemiconductor进一步表示,利用BSI堆栈式技术后能设计出更为先进的传感器,并制成了iTOF、dTOF和1英寸高性能传感器。至此可以肯定,TowerSemiconductor具备BSI与堆栈式技术,并能用于量产,扫清了代工Z9CIS的障碍。
 
    在今年2月,尼康在ISSCC(国际固态电路会议)上公布了一块1英寸BSICMOS传感器,它采用了堆栈式结构,由65nmCIS与65nmDRAM组合而成,单个像素大小为2.7×2.7μm,总像素为1784万(4224×4224),最高能以4K1000P速度输出,动态范围为110db,若输出速度降低到4K60P,动态范围将提升至134db。而且分为264×264块,即16×16像素为一块,逻辑电路能独立控制每一块的曝光时间,能捕捉更高动态范围,实现硬件级别的HDR,可见尼康已经具备设计先进堆栈式CIS的能力。
 
    目前无法判断尼康新1英寸CIS与TowerSemiconductor有什么联系,但可以肯定的是TowerSemiconductor具备代工Z9CIS的能力,而且Z9性能是可以期望的。
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