Der hier zu sehende CMOS-Bildsensor wurde von Micron produziert. Die Beschriftung auf der Rückseite ist nur noch teilweise zu erkennen. Es handelt sich um das Modell MT9V011. Neben dem Micron Datenblatt gibt es auch ein Datenblatt von Aptina. Aptina ist eine Ausgründung von Micron, die schließlich von ON Semiconductor übernommen wurde. Der MT9V011 ist ein 1/4" Sensor mit einer Auflösung von 640 x 480, die mit 30fps ausgelesen werden kann.
Das Gehäuse ist 2,35mm hoch. Seitlich kann man den Aufbau gut erkennen. Auf einer Platine ist ein Rahmen aufgesetzt, der ebenso aus einer Epoxid-Glasfaser-Matrix besteht. Den Abschluss bildet eine Glasscheibe, laut Datenblatt ein 0,55mm dickes Borosilikatglas.
Der MT9V011 konnte außerdem als Bare Die oder auch als Wafer bezogen werden. Entsprechend ausführlich beschreibt das Datenblatt den Aufbau der Wafer. Auf einem 8"-Wafer konnten man demnach 820 Bildsensoren fertigen.
Der Aufbau des Dies wird ebenso genau im Datenblatt beschrieben.
Entfernt man die Glasabdeckung, so wird der Blick auf den Bildsensor klarer. In der rechten unteren Ecke sind vier Potentiale des Dies über jeweils drei Bonddrähte zum Package geführt. An der linken Kante wurden zwei Bonddrähte aufgedoppelt. Bei all diesen Potentialen handelt es sich um Versorgungspotentiale. Die Versorgung ist aufgeteilt in einen analogen und in einen digitalen Teil. Die analoge Versorgung ist noch einmal aufgeteilt in eine allgemeine analoge Versorgung und in eine Pixelversorgung.
Die Abmessungen des Dies betragen 5,0mm x 4,8mm. Abgesehen vom Bildsensor und einigen wenigen kleine Bereichen ist das Die mit einer blauen Schicht überzogen. Diese Schicht sorgt dafür, dass die Steuerungselektronik nicht vom einfallenden Licht beeinflusst wird.
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In der unteren linken Ecke des Dies hat man das Logo von Micron Imaging abgebildet. MI-370-0 ist die interne Bezeichnung des Designs, das aus dem Jahr 2003 stammt. In allen vier Ecken sind Maskenrevisionen abgebildet. Direkt erkennbar sind zehn Masken. Das Datenblatt verrät, dass drei Metalllagen zum Einsatz kamen. Passend dazu scheinen hier die Masken 71D, 72D und 73D Metalllagen zu sein. Die Masken 62D, 61C und 60C definieren dann die Kontakte unter den Metalllagen und zum Silizium. 87C dürfte genutzt worden sein, um die Passivierung auf den Bondflächen zu öffnen. Die große, grüne Maske 84C gehört zum optischen Filter. In den anderen Ecken sind die Masken der anderen Farben abgebildet.
In der unteren rechten Ecke des Dies scheinen die Initialen von sechs Personen abgebildet zu sein. Außerdem wird dem Space Shuttle Columbia gedacht, welches 2003 beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre auseinandergebrochen ist.
Im unteren linken Bereich des Dies befinden sich in fünf langen Streifen eine überraschend große Anzahl an Fuses. Über den Fuses wurde die Passivierung und die Beschichtung ausgespart. Die Konfiguration erfolgte höchstwahrscheinlich mit einem Laser. Was hier konfiguriert wurde bleibt offen.
Beim Bildsensor selbst ist ein deutlicher, unsymmetrischer Rahmen zu erkennen. Das Datenblatt beschreibt, dass der eigentliche Sensorbereich allseitig von einem vier Pixel breitem Rahmen umgeben ist, der eine Farbkorrektur ermöglicht. Alle Kanten besitzen außerdem mindestens eine schwarze Zeile beziehungsweise Spalte. An der oberen und rechten Kante sind größere schwarze Bereiche integriert. Schwarze Bereiche können für einen Schwarzabgleich genutzt werden.
Hier sind zwei unterschiedliche Belichtungen der einzelnen Pixel im rechten Randbereich zu sehen. Die Kantenlänge eines Pixels beträgt 5,6µm. Auf dem Sensor befindet sich ein sogenannter Bayer Filter, der es ermöglicht farbige Bilder aufzuzeichnen. Rote, grüne und blaue Farbfilter sorgen dafür, dass immer vier Pixel gemeinsam den Farbwert eines Pixels liefern. Das menschliche Auge reagiert besonders empfindlich auf die Farbe Grün. Um die unterschiedliche Empfindlichkeit nachzubilden, sind jeweils zwei grüne Pixel vorhanden. Die Aufteilung auf die drei Farben sorgt dafür, dass die effektive Auflösung nur 320 x 240 beträgt.
Im aktiven Bereich befinden sich auf jedem Pixel kleine Linsen. Im unteren Bild spiegeln die seitlichen Schrägen der Linsen das Licht. Die eigentlichen Sensorelemente unter dem Bayer Filter besitzen einen optisch inaktiven Anteil, der notwendig ist, um die Matrix kontrolliert auslesen zu können. Die Linsen bündeln das einfallende Licht und sorgen so dafür, dass ein Großteil des Lichts auf den aktiven Bereich fällt.
Auf 17 der 18 "schwarzen" Spalten wurden keine Linsen aufgebracht. Nachdem diese Sensorelemente sowieso kein Signal liefern, ist das auch nicht notwendig. An allen Kanten ist die aktive Matrix von mindestens einer "schwarzen" Reihe umgeben. Diese Pixel dienen als Pufferbereich. Wahrscheinlich werden die Linsen von anderen Linsen in der direkten Umgebung beeinflusst oder die Umgebung wirkt sich auf die Fertigung aus. In solchen Fällen wird üblicherweise ein Übergangsbereich definiert, in dem die Spezifikationen noch nicht eingehalten werden müssen.
Lässt man Glasätzpaste auf das Die einwirken, so lösen sich die Linsen, der Bayer Filter und die blaue Beschichtung vollständig auf beziehungsweise ab. Die unteren Lagen wurden durch die Flusssäure noch nicht ernsthaft beschädigt. Nun sind die Funktionsgruppen des Sensors deutlich klarer zu erkennen.
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Links der Sensormatrix erfolgt die Spaltenauswahl. In der großen Struktur unterhalb der Sensormatrix werden die Signale der Pixel ausgewertet, verstärkt und in digitale Werte umgewandelt.
Die Pixel tragen hier keine Linsen und keinen Farbfilter mehr. Nun ist eine homogene Gitterstruktur zu sehen. Unter dem Gitter müssen sich die elektrisch aktiven Elemente befinden.
Im unteren Bereich ist eine große Logikfläche integriert. Es scheint, dass viele der Fuses mit diesem Logikbereich verbunden sind.
Lässt man noch etwas länger Flusssäure auf den Sensor einwirken, so lösen sich die Metalllagen.
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In der Sensormatrix sind nun die lichtempfindlichen Flächen zu erkennen. Deren Abmessungen betragen ungefähr 4,7µm x 3,6µm. Über den dünnen Ausläufer in der oberen linken Ecke einer jeden Sensorfläche wird wahrscheinlich ein Teil der zugehörigen Schaltung dargestellt. Das Datenblatt spricht von aktiven Pixeln. Das bedeutet, dass jedes Pixel nicht nur einen Auswahltransistor besitzt, sondern auch ein sehr einfacher Verstärker. Der zusätzliche Verstärker reduziert die lichtempfindliche Fläche weiter, verbessert aber gleichzeitig die Signalqualität deutlich. Teilweise meint man noch die Überreste von horizontal verlaufenden Leitungen erkennen zu können.
Der Logikbereich besitzt einen ungewöhnlichen Aufbau. Oftmals basiert derartige Logik auf Doppelzeilen, in denen die eigentlichen Logikelemente integriert sind. Hier kann man im Substrat keine gleichmäßigen Doppelzeilen erkennen.
