索尼發布行業首創應用于汽車激光雷達的堆棧式SPAD距離傳感器

（2021年9月6日，日本厚木） — 索尼半導體解決方案公司今天宣布即將推出行業首創^*1的堆棧式直接飛行時間(dToF)式SPAD（單光子雪崩二極管）距離傳感器IMX459，可用于汽車激光雷達。

^*1：作為應用于汽車激光雷達的堆棧式SPAD距離傳感器，截至2021年9月6日發稿時間。

? ? 該產品將尺寸僅為10平方微米的SPAD (單光子雪崩二極管)像素^*2和測距處理電路封裝在單個芯片上，形成了緊湊的1/2.9型外形尺寸，可進行高精度、高速度的距離測量。

^*2：SPAD是一種像素結構，可利用雪崩倍增技術，將單個入射光子的電子放大，從而形成雪崩式疊加。

? ? 高級駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛(AD)的普及對汽車激光雷達的探測和識別能力有了更高的要求，此款新型傳感器可提升激光雷達的表現，從而有助于實現安全、可靠的未來移動出行。

^*3:基于圖像傳感器的有效像素測定方法。??

? ? 除了車載攝像頭和毫米波雷達等傳感設備，激光雷達作為一種高精度探測和識別道路狀況以及汽車和行人等物體位置和形狀的手段，正變得越來越重要。同時，激光雷達進一步發展并深入市場仍然需要克服一些技術障礙，包括需要進一步提高測距性能；不受使用環境和條件限制，始終實現更高的安全性和可靠性；以及向固態化^*4設計轉變來實現小型化和更低的成本。為應對這些挑戰，各項舉措都在推進當中。

^*4:使用半導體技術實現無機械移動部件的電子元件和設備。

? ? 在用于激光雷達測距的諸多方法之中，SPAD像素用作dToF式傳感器中的一種探測元素，它根據光源發射的光被物體反射后返回到傳感器的飛行時間（時間差），來測量到物體的距離。索尼利用在CMOS圖像傳感器開發過程中創造的背照式像素結構、堆棧結構和Cu-Cu連接^*5等技術，成功地構建了一種將SPAD像素和測距處理電路封裝在單個芯片的獨特元器件結構。這種設計令微小至10平方微米的像素尺寸得以實現，在小型化的同時在1/2.9型尺寸規格上達到約十萬有效像素的高分辨率，還能增強光子探測效率和提升響應能力，以每15厘米作為一個單位范圍從遠距離到近距離進行高速度、高精度的距離測量。該產品符合汽車應用的功能安全標準，有助于提高激光雷達的可靠性，單芯片結構有助于實現更小型、低成本的激光雷達。

*5:在堆棧像素部分（頂部芯片）和邏輯電路（底部芯片）時通過連接的Cu（銅）焊盤實現電氣連接的技術。與通過插入像素區域周圍的電極實現連接的硅通孔 (TSV) 布線相比，這種方法提供了更多的設計自由度、提高了生產效率、允許更緊湊的尺寸并提高了性能。

主要特點：

得益于10平方微米SPAD像素和測距處理電路的堆棧式結構，可實現高速度、高精度的測距性能

? ? 該傳感器采用堆棧式結構，背照式SPAD像素芯片（上）和搭載測距處理電路的邏輯芯片（下）之間通過Cu-Cu連接實現各個像素的導通。這樣的結構允許將電路放置在像素芯片底部，保持高開口率^*6，同時實現10平方微米的小像素尺寸。傳感器還采用表面不規則的光入射面來折射入射光，從而提高吸收率。這些特點使汽車激光雷達光源常用的905納米波長達到24%的光子探測效率。例如，可以實現以高分辨率和距離分辨率探測到反射率低的遠處物體。此外，電路部分包含一個有源充電電路，由Cu-Cu連接各個像素，令單個光子在正常工作時的響應速度達到約6納秒^*7。

^*6:從光入射側看每個像素的開口部分（除遮光部分以外的部分）的比率

^*7:在85°C的溫度環境中

? ? 這種獨特的堆棧結構能夠以15厘米為單位范圍從遠距離到近距離進行高速度、高精度的距離測量，從而有助于提高汽車激光雷達的探測和識別性能。

符合汽車應用功能安全標準，有助于提高激光雷達的可靠性

? ? 該產品經調試認證，符合AEC-Q100（Grade 2）汽車電子元件可靠性測試的相關要求。索尼還推出了符合ISO 26262汽車功能安全標準的開發流程，支持功能安全要求級別ASIL-B(D)，包括故障探測、通知和控制等功能。以上舉措將有助于提高激光雷達的可靠性。

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關鍵參數：

機械掃描激光雷達參考設計

? ? 索尼還開發了搭載這款新傳感器的機械掃描^*8激光雷達參考設計，現已提供給客戶和合作伙伴。提供設計將幫助客戶和合作伙伴在激光雷達開發過程中節省工時，并通過優化元器件選擇來降低成本。

^*8:一種通過高速旋轉多面鏡對從激光二極管發射的激光進行水平掃描的方法。

（本文譯自英文新聞稿，供參考）