索尼首款SWIR图像传感器
开发前即已积累行业标杆式的技术实力
―― SWIR、SWIR图像传感器究竟是什么？
Maruyama：SWIR（Short Wavelength Infra-Red）是红外线的一种。有些波段范围的红外线可以用于热成像技术以感知温度，比如人的体温，有些具备其他特性。其中，0.9μm-2.5μm波段的光被称为短波长红外线SWIR。
SWIR波段和可见光的反射/吸收方式不同，SWIR图像传感器运用这个特性，可以捕捉以往人眼无法识别的物体。另外，一部分物质不反射SWIR光，但可以让其透过，因此让SWIR光透过物体就可以对其内部进行辨识。
SWIR光还有一个特性，就是相比可见光不那么容易散射，因此可以穿透霞、雾，识别它们后面的物体。
凭借公司独有的技术，我们开发的SWIR图像传感器不仅可以捕捉波长1.7μm以下SWIR波段的影像，还能拍摄可见光波段的影像。
―― SWIR图像传感器应用于哪些行业和用途？
Osawa：SWIR可以穿透硅，还能将水分含量可视化。利用这一特性，SWIR图像传感器可被用于多个行业，其中以半导体和食品行业中的检测为主。例如，在半导体的检测中，半导体晶圆以硅为主材料，而硅具有吸收可见光的特性，因此如果使用捕捉可见光的设备进行拍摄，所呈现的图像就只是单纯的金属板。而红外线中的SWIR具备可穿透硅的特性，因此，用搭载SWIR图像传感器的相机拍摄，硅就会像透明玻璃一样一目了然，从而能够检测出晶圆内部的开裂以及混入的异物。
另外，水可以被可见光穿透，所以看起来是透明的。但如果利用某一SWIR波段的光进行观察，水会吸收这一波段的光线，呈现出与周围环境/物体不同的颜色。这种特性可以被用于了解物体哪个部分含有水分，例如食品检测行业，用于检测水果表面是否有伤痕，这是可见光相机难以做到的。
可见光环境
SWIR环境
―― 传统的SWIR图像传感器存在着哪些难题？
Osawa：SWIR图像传感器已经在很多行业得到广泛应用，但在技术上还存在重大难题。像素尺寸就是其中之一。传统的SWIR传感器每一个像素尺寸都比较大，因此，很难在一个传感器中配置许多像素，提升解像度是一大难题。从画质角度来说，这个问题导致难以拍摄清晰的影像，相机制造商必须在后期进行图像处理。另外，市面上现有的传感器都是模拟输出类的，因此，必须由相机进行数字转换，这样会造成相机信号电路处理的负荷增大，而且设计难度也非常大。
Maruyama：传统的SWIR图像传感器采用凸点（Bump）连接方式，用金属球连接像素内的磷化铟层和硅层。为了在凸点（Bump）连接下缩小像素尺寸，就必须以微米单位的间距精准配置这种金属球，而这样做非常困难。因为这种技术上的难题，传感器的微细化一直难以取得进展，图像传感器的价格也因此居高不下。
―― 索尼首款SWIR图像传感器的开发是如何开始的？
Maruyama：刚才我也提到了，传统的SWIR图像传感器因为凸点（Bump）连接，微细化难以取得进展，但是我们发现，似乎可以使用索尼堆栈式图像传感器开发中研发的铜-铜连接*2技术来解决这个问题。利用这项技术，就能够以细微的间距配置像素。另外，传统的图像传感器使用硅作为光电转换膜，而SWIR波段的光可以透过硅材料，无法达到集光的效果。因此，必须使用铟砷化镓（以下称InGaAs）代替硅，用作光电二极管的材料，捕捉SWIR的光能，转换为电子信号。这是索尼的图像传感器不曾使用过的材料，但索尼其他的事业团队掌握了能够制造InGaAs化合物的半导体技术。并且，本集团公司还拥有光电数字转换技术。事实上，解决问题所需要的基础技术都已被我们公司掌握。将这些技术结合起来，就能开发出前所未有的小型且高解像度的SWIR图像传感器，我们带着这样的想法成立了项目小组。
*2:将像素芯片（上方）与逻辑芯片（下方）堆栈在一起时，通过连接两个Cu（铜）片导通电流的技术。Cu-Cu技术与TSV技术（ 通过像素区外的周边区域放置过孔来导通上下芯片电路的连接技术）相比，可提高设计自由度和生产效率，有望实现小型化、高性能化。
―― 请介绍开发时的理念和力求实现的目标
Tsuji：我们坚信只要充分应用本集团公司掌握的技术，就能创造出优秀的产品，所以剩下的就是思考如何应用这些技术，创造出对客户而言好用的产品。我们首先搭载了应用于CMOS图像传感器中的列并行A/D转换电路，实现了SWIR图像传感器输出的数字化。这样，不仅相机制造商无需在后期准备A/D转换用的零部件，而且其他公司产品面临的画质问题也迎刃而解，大幅减轻了相机制造商在校正处理方面的负担。另外，InGaAs容易受到温度影响，因此，我们在图像传感器中搭载了数字温度计，使设备冷却时的温度控制变得方便。
Maruyama：我们已经知道，像素的微细化是可以实现的。但是我们认为“索尼不能只满足于此”。
SWIR图像传感器在光电二极管中使用了InGaAs，而制造InGaAs所必须的磷化铟 （以下称InP）层会导致无法捕捉可见光光谱中的影像。但是本集团公司采用的铜-铜连接的结构适合减小InP层的厚度。于是，我们决定开发也能够捕捉可见光影像的独特的SWIR图像传感器。
Osawa：我们认为，如果能开发出可捕捉可见光影像的SWIR图像传感器，结合在多光谱、高光谱等多种波长范围内皆能成像的系统，就能充分发挥传感器宽波段的特点，大幅提升产品的市场价值。
Maruyama：还有一点。传统的SWIR图像传感器存在很多缺陷。比如，拍摄暗处时会出现大片白斑。这种现象源于InGaAs材料的品质问题。我们公司在以往的激光开发过程中已经成功掌握化合物半导体制造技术，应用该技术，我们开发出了没有缺陷的高品质传感器。
Ogasawara：我负责传感器封装的规格制定，主要工作就是制定并开发实现内置电子冷却元件的陶瓷PGA封装（以下称冷却封装）的冷却规格。
相比可见光，SWIR波段的能量更弱，所以，捕捉SWIR的图像传感器非常敏感，极易受到温度的影响，1℃、2℃的微弱差异就会影响画质。这一问题势必会增加成本和供货挑战，如不能解决，最终产品的市场化也会受到影响。为了全面发挥它的优势，我们决定，除了一般的封装式样，再新开发一款内置冷却装置的封装。
但是如果通过单纯的降温进行冷却会出现结露，为了避免结露，我们在传感器周围采用了密闭结构。另外，因为传感器的数字化，从贴装中伸出的引脚数增加，封装内的散热空间变小。我们分析并权衡这些利弊，确保了规格的设定考虑到两方面的平衡。
