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Gekrümmte CMOS-Bildsensoren

Neue Fertigungstechnik krümmt Hunderte Bildsensoren

27. Juli 2021, 16:27 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Neue Fertigungstechnik krümmt Hunderte Bildsensoren
© Silina

Bildsensorchips im industriellen Maßstab krümmen: Das junge französische Unternehmen Silina hat eine Technik entwickelt mit der Hunderte Bildsensoren gleichzeitig gekrümmt werden können.

Bisher waren gekrümmte Bildsensoren auf Fertigungstechniken für einzelne Chips angewiesen. Nun ist es dem jungen französischen Unternehmen Silina gelungen, eine Technik zu entwickeln, mit der 275 1“-CMOS-Bildsensoren gleichzeitig gekrümmt werden können.

In der Natur findet sich in den meisten Augen eine gekrümmte Retina, z.B. beim menschliche Auge. Eine gekrümmte Retina ermöglicht den Einsatz einer einzigen kristallinen Linse, die ein weites Sichtfeld für hohe Bildqualität bietet und die Augen somit sehr kompakt macht. Leider werden für elektronische Kameras flache Bildsensoren verwendet, für deren „Linse“ ein komplexes Fertigungsverfahren mit zahlreichen kostenaufwändigen optischen Elementen erforderlich ist. Dadurch werden die optische Leistung und die Fähigkeiten der Kamera gemindert und gleichzeitig erhöht sich der Aufwand für die Massenproduktion sowie die Gesamtkosten.

Die Technik für gekrümmte Bildsensoren stellt die nächste große Innovation in der industriellen Bildverarbeitung dar. Sie revolutioniert die Bauweise von Kameras und überwindet bisherige Grenzen. Gekrümmte Bildsensoren bieten erhebliche Verbesserungen für vier Schlüsselkriterien: höhere Bildqualität und besseres Detektionsvermögen, reduzierte Kosten und Massenproduktion.

Ein innovativer Prozess für die Massenproduktion

Wilfried Jahn – CTO und Mitbegründer des Unternehmens Silina mit Sitz in Paris, Frankreich – hat ein Krümmungsverfahren entwickelt und optimiert, das die Massenproduktion ermöglicht und volumenstarke Märkte erreichen soll. Jahn erläutert: »Unsere Innovation soll die technischen Grenzen der Skalierbarkeit überwinden. Früher war diese Technik auf Nischenmärkte begrenzt, da die verschiedenen Lösungen nur manuelle Einzelchip-Fertigungsprozesse erlaubten. So war in den vergangenen 20 Jahren nur eine Fertigungsmenge von einigen Dutzend Einheiten möglich. Wir haben unsere professionelle Erfahrung in unterschiedlichen Bereichen zusammengetragen und konnten so ein einzigartiges Verfahren für die gleichzeitige Krümmung von mehrern Hundert Chips entwickeln. Die Tatsache, dass sämtliche Parameter gesteuert werden können, macht das Verfahren zuverlässig und wiederholbar. Dies senkt die Produktionskosten erheblich. Einen Monat nach der Gründung von Silina haben wir bereits 275 Einheiten von 1-Zoll-CMOS-Bildsensoren gleichzeitig gekrümmt – eine Weltpremiere.«

Das Krümmungsverfahren von Silina ist immer dasselbe, unabhängig von Format und Technik, insbesondere für CMOS und CCD. Es kann auf vorderseitig beleuchtete (FSI, Front-Side Illuminated) und rückseitig beleuchtete (BSI, Back-Side Illuminated) Bildsensorchips angewendet werden sowie auf verschiedene spektrale Bandbreiten, von ultravioletter über sichtbare bis hin zu Infrarot-Strahlung. Dieser Vorgang ermöglicht sowohl eine geringvolumige Fertigung mit der Krümmung eines einzelnen oder weniger Sensoren als auch die Massenproduktion. Zudem sind verschiedene Formen möglich: kugelförmig, asphärisch, Freiformen oder auf Anfrage kundenangepasste Formen.

Der Fertigungsprozess wurde auch dafür entwickelt, dasselbe ursprüngliche Gehäuse für klassische flache Bildsensoren beizubehalten, d.h. der mechanische Aufbau sowie die elektronische Schaltung und Leiterplatte bleiben unverändert. Das erleichtert die Integration der von Silina entwickelten Technik in vorhandene Produktionslinien.

Ein duales Geschäftsmodell

Michael Bailly, CEO und Mitbegründer von Silina, erläutert das Angebot des Startup-Unternehmens im Detail: »Wir bieten unsere Dienstleistungen Entwicklern und Herstellern von optischen Systemen sowie Kameraintegratoren und Sensorherstellern an, um sie bei der Verbesserung der Leistung ihres Bildsensorsystems zu unterstützen und gleichzeitig ihre Produktionskosten zu senken. Unser Angebot umfasst zwei Lösungsvorschläge: Die Unterstützung beim optischen Systemdesign für das Integrieren der Technik für gekrümmte Sensoren in die spezifischen Kundenanwendungen sowie einen On-demand-Service für die Krümmung von Bildsensoren. Silina entwirft und fertigt zwar nicht seine eigenen Sensoren, übernimmt jedoch die Krümmung vorhandener Flachsensoren. Schließlich planen wir auch noch, volumenstarke Märkte über die IP-Lizensierung anzusprechen.«

Die Technik von Silina bietet Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Wehrtechnik, Fotografie, Automobilbau und Konsumelektronik Vorteile, z.B.: hohe Bildqualität für Smartphones bei niedrigen Kosten für die Massenproduktion, bessere Detektionsfähigkeit für Automobile. Michael Bailly fährt fort: »Diese Bedürfnisse treiben unsere technischen Entwicklungen in verschiedenen komplementären Aspekten voran, wie Produktionsertrag, Formgenauigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungsbedingungen. Am Ende stellt jede technische Entwicklung für eine bestimmte Anwendung auch einen Vorteil für die anderen Anwendungsbereiche dar.«

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