传统CMOS影像传感器，自上向下依次是微透镜、滤光片、金属布线层、光电二极管。入射光通过微透镜和滤光片之后，有一部分会被配线层遮挡。

为此，索尼曾推出过“光聚合技术”，将布线层高度降低至最小，扩大光电二极管的受光角度。【图1】

『背照式』2007年，Omnivision率先拿出了背照式CMOS的样品：它的金属布线层挪到了最下面，光线通过微透镜和滤光片后可以直接到达光电二极管。光线从原本光电二极管的背部入射，故而称之为“背部入射”或“背照式”（BSI）。

与之相对的，早期CMOS就被称为前照式（FSI）。

2008年6月，索尼率先实现背照式CMOS的量产，在1.75μm像素尺寸上，提供了2倍的灵敏度。对应之前的Exmor CMOS，背照式CMOS被称为“Exmor R”。

背照式结构的优点是增大单像素进光量（尤其是小尺寸）、提高开口率（降低因为入射角度变化而造成的负面影响），并且有助于扩大电路规模、提升读出速度。但背照式也引入了暗电流、像素缺陷等问题，需要生产商不断优化工艺。

『“全”堆叠式』2012年，索尼推出全球首款堆叠式CMOS，官方称之为Exmor RS。“堆叠式”即Stacked，一些翻译为“堆栈式”，但从结构上还是称之为“堆叠式”更合理。

在今天，我们已经知道存在“部分堆叠式”和“全堆叠”的差异，这里先说“全堆叠”。它用包含信号处理电路的芯片替代原本背照式的电路基板。像素层和电路层两块晶圆贴合在一起（Wafer-on-Wafer，简称WoW），通过TSV（硅通孔）技术将层与层连接在一起。

“全堆叠”不仅扩大了电路规模，提升读取速度、增加预处理功能；还让像素层、电路层可以使用不同的生产工艺，兼顾性能、功耗与成本。

目前，绝大多数“堆叠式”传感器均为像素+电路的两层结构。少数高端产品，比如IMX310（α9/α9II）、IMX610（α1/α1II），还在电路层上加入了DRAM。也有一些三层结构产品，比如因为尺寸较小必须将DRAM作为夹层的IMX400，以及将光电二极管和像素晶体管拆为两层的IMX888。

『部分堆叠式』“全堆叠”（WoW）需要将两块晶圆堆叠后再切割，生产效率高，但制造成本也比较高。

于是“部分堆栈”作为一种更经济的方案开始进入大众视野。无论是尼康Z6III/ZR、松下S1II的24MP传感器（IMX820），还是索尼α7V的33MP传感器，都可以理解为在原有背照式传感器的基础上，附加了更大规模的ADC电路，从而大幅提升了读取速度。

实际上，部分堆叠式很早就应用于图像传感器了。早在2016年，索尼就宣布了一款具有8.3MP 480FPS的Super35画幅全局快门CMOS。根据论文，它就是在CMOS上下贴上了额外电路（并且这块CMOS是前照式而非背照式）。2021年，索尼还发布了一款具有1.27亿像素的44×33画幅全局快门CMOS（IMX661，图3），同样采用前照式+部分堆叠结构。

选部分堆叠式还是“全”堆叠，主要取决于有效像素和附加电路规模。比如全画幅24MP、33MP，通过部分堆叠贴上去的电路可以达成比较快的传输速度；但在有效像素提升到67MP后，依然需要全堆叠放入更大规模的电路。