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KR900003772B1 - 이미지 센서(image sensor) - Google Patents

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KR900003772B1
KR900003772B1 KR1019850008472A KR850008472A KR900003772B1 KR 900003772 B1 KR900003772 B1 KR 900003772B1 KR 1019850008472 A KR1019850008472 A KR 1019850008472A KR 850008472 A KR850008472 A KR 850008472A KR 900003772 B1 KR900003772 B1 KR 900003772B1
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KR
South Korea
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wiring pattern
capacitance
photoelectric conversion
image sensor
wiring
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KR1019850008472A
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English (en)
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KR860004539A (ko
Inventor
히토시 찌요마
젠사쿠 와타나베
마사히로 나카가와
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
사바 쇼오이찌
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Publication date
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Priority claimed from JP60136991A external-priority patent/JPS61295656A/ja
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Abstract

내용 없음.

Description

이미지 센서(image sensor)
제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 일부를 도려낸 평면도.
제 2 도는 제 1 도의 II-II선에 따른 단면도.
제 3 도는 제 1도의 실시예의 배선패턴을 나타낸 평면도.
제 4 도는 다른 실시예를 나타낸 요부의 평면도.
제 5 도는 또 다른 실시예를 나타낸 요부의 평면도.
제 6 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
제 7 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
제 8 도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 단면도.
제 9 도는 이미지 센서의 등가(等價) 회로도.
제 10 도는 판독되는 마아크(mark)와 광전(光電)변환소자 어레이(array)의 위치관계를 나타낸 도면.
제 11 도는 제 10 도에 의해 광전변환소자 어레이에 발생하는 출력신호의 파형도(波形圖).
제 12 도는 제 10 도에 의해 광전변환소자 어레이에 발생하는 출력신호의 다른 파형도.
제 13 도는 제 12 도의 파형을 보정한 파형도.
제 14 도는 출력신호가 고르지 않은 것을 해소하는 종래의 이미지 센서의 요부를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 이미지 센서 3 : 절연기관
4 : 배선패턴 5 : 에폭시수지
6,I : IC 7,12 : 알루미늄와이어
8 : 절연성수지 9 : 보호캡
10 : 절연층 11, P·T : 광전변환소자
13 : 보호유리판 14 : 투명절연수지
A : 구동변환부 B : 광전변환부
D : 포토다이오드 E : 전원
S : 스위칭소자 SR : 시프트 레지스터(shift register)
본 발명은 광전변환소자를 이용하여 원고등의 화상면위의 화상을 전기신호로 변환하는 이미지 센서와 관련되며 특히 전하(電荷)축적형의 밀착형 이미지 센서에 관한 것이다.
팩시밀리등에 이용되고 있는 화상판독장치를 소형화하기 위하여 밀착형 이미지 센서가 사용되고 있다.
이 밀착형 이미지 센서는 화상정보를 대략 1 : 1의 크기로 판독하는 이미지 센서로서 특히 전하 축적형의 밀착형 이미지 센서의 신호판독방식은 전압 판독 방식으로 이루어지고 있다.
이와같은 종류의 이미지 센서는 기본적으로 제 9 도에 나타낸 바와같이 구성되어 있다.
즉, 제 9 도에 있어서 "P"는 콘덴서 용량(C0)과 광량(光量)에 따른 전하량을 흐르게 하는 포토다이오우드(photo diode)(D)로 이루어진 전하 축적형인 광전변환소자이며 통상 1열로 배열되어 있다.
이들 광전변환소자(P) 각각의 한쪽끝은 전원(E)에 접속되고 각각의 다른쪽끝은 IC(집적회로)(I)의 스위칭소자(switching 素子)(S)에 배선패턴(L)을 통해서 각각 접속되어 있다. 스위칭소자(S)는 시프트레지스터(shift register)(SR)에 의해서 차례로 구동되어 광전변환소자(P)에 축적되어있는 전하신호가 판독된다.
즉, 스위칭소자(S)가 차례로 ON상태가 되어 1줄을 판독한 후 재차 ON상태가 될때까지의 시간, 광전변환소자(P)의 발생전하를 콘덴서(C0)에 축적하고, 그 축적전하를 스위칭소자(S)중에서 대응하는 스위칭소자(S)가 재차 ON상태로 됐을 때 판독하는 것이다.
그리고 이 판독전하가 검출회로를 통해서 판독출력으로서 출력된다.
그러나, 이와같은 종래의 이미지 센서에 있어서는 전술한 바와같이 광전변환소자(P)와 IC(I)는 절연기판위에 형성된 배선패턴(L)에 의해 접속되는데, IC를 실제로 장치하는 면에서 이들 배선패턴(L)은 배선 길이가 일정하게되지 않으며 각각의 배선패턴(L)이 지니는 배선용량도 균일하지 않게 되므로 출력신호가 고르지 않게 된다는 문제가 생긴다.
즉, 배선패턴(L)은 접지된 콘덴서 용량(C1)과 배선간 콘덴서 용량(C2)라는 2개의 배선 용량을 지니며, IC(I)등에 의해 발생하는 나머지 용량을 "C3" 광전변환소자(P)에 축적되는 전하량을 "Q"라고 하면 전압 판독방식인 경우 배선패턴 끝의 광전변환소자의 출력신호는 다음의 (1)식과 같이 표시되며, 그 외의 부분의 광전변환소자의 출력신호는 다음의 (2)식으로 나다난다.
Q/ (C0+ C1+ C2+ C3)······(1)
Q/ (C0+ C1+ C2+ C3) ······(2)
따라서, 배선패턴(L)이 길거나 또는 고밀도가 되면 배선용량(C1+C2)의 불균일이 커지며 그와함께 출력신호의 불균일이 커지게되며 예를 들면 제 10 도에 나타낸 바와같이 마아크 예를 들면 검정 마아크(1a)와 그것보다 약간 연한색의 마아크(1b)를 이미지 센서(2)로 판독할 경우, 각 광전 변환소자(P)로부터의 출력신호가 일정하게 되지 않으며 제 11 도에 나타낸 바와같이 출력이 고르지 않게된다.
이로인하여 일반적으로 출력신호를 "1"과 "0"으로 판독할 경우에는 스레스 홀드 값(SL)을 취하고 있다.그러나, 예를 들면 컬러센서등 밀 경우에는 중간조(調)의 명도(明度)의 검출을 필요로 하게되므로 제 12 도에 나타낸 바와같이 예를 들면 2개의 스레스 흘드 값(SL1,SL2)을 필요로 하므로 출력보정회로를 이용하여 출력신호를 일단 제 13 도에 나타낸 바와같이 보정할 필요가 생긴다.
그러나, 이와같이 보정회로를 부가하는 것은 이미지 센서의 구성을 복잡하게 하여 제품생산가를 높힌다는 문제가 있다.
또한 이와같은 출력이 고르지 않은 것을 보정하는 수단으로서 제 14 도에 나타낸 바와같이 IC(I)의 배선패턴(L)의 배선폭을 배선 길이가 긴것일수륵 가늘어지도록 변환시켜 접지된 콘덴서 용량(C1)을 조정하여서 배선용량(C1+C2)이 고르지 않은 것을 균일하게 하는 방법도 제안되고 있다.
또한 제 14 도에 있어서 "T"는 광전변환소자의 접속단자, "W"는 본딩 와이어(bonding wire)이다.
그러나 이 방법은 통상 광전변환소자의 배열 피치(pitch)가 동등하게되어 있으므로 배선패턴의 접지된 콘덴서 용량(C1)은 보정할 수는 있어도 부유(浮遊)용량의 하나인 배선간 콘덴서용량(C2)은 인접배선패턴간의 간격이 일정하게 되지 않으므로 불균일하게 되는 문제가 있다.
또한 도시하지는 않았으나 광전변환소자(P)의 콘덴서 용량(Co)을 바꾸어서 배선길이의 차이에 의해서 발생하는 배선패턴(L)에 생기는 부유용량이 고르지 않은 것을 보정하는 방법도 본 발명자들은 고려해 보았다.
그러나, 배선패턴(L)의 부유용량(C1,C2)에 비교하여 콘덴서 용량(Co)은 1-4 dot/mm와 같은 저밀도의 이미지 센서인 경우, 크기때문에 보정값은 포토 에칭(photo etching)공정의 변동 즉 포토 에칭의 조건등이 변하므로써 크게 변화하기 때문에 배선패턴의 부유용량과의 합계도 일정하게 되지 않아서 이미지 센서의 출력전압을 균일하게 개선하는 정도가 적어서 실용적이 아니라는 문제가 있다.
또한, 8 dot/mm이상과 같은 고밀도 이미지 센서에 대하여 언급하면, 배선패턴(L)의 부유용량(C1,C2)이 콘덴서 용량(C0)보다 커지므로써 그 보정효과는 적은 동시에 반대로 광전변환소자의 콘덴서 용량(C0)을 결정하는 전극의 길이(부주사 방향을 말함)를 크게 바꾸어서 "C0"를 크게하면 부주사 방향의 판독위치가 각각의 광전변환소자 사이에서 달라지므로 그 판독의 정밀도라는 면에서 실용상 문제가 있다.
더우기, 배선용량의 보정에 따라 배선패턴이 길고 커져서 이미지 센서가 대형화 된다는 문제가 있었다.본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서 생산성이 양호하며 더구나 대형화하지 않고 배선패턴 등의 용량이 고르지 않아서 발생하는 출력신호의 불균일을 보정할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이미지 센서의 요부를 간단하게 설명한다면, 절연기판위에 형성된 배선 길이가 적어도 일부에서 균일하지 않은 접속용 배선패턴의 용량 불균일을 보정하는 용량 조정용 배선패턴을 광전변환부의 아래쪽 또는 그 근방의 적어도 한쪽에 절연층을 통해서 설치한 것을 특징으로 하며, 이로써 각각의 배선페턴의 부유용량을 실질적으로 동일하게 할 수 있다.
지금부터 본 발명의 실시예를 도면을 참조로 하여 설명하기로 하겠다.
제 1 도 내지 제 3 도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 것으로 이 이미지 센서는 구동회로부(A)와 광전변환부(B)로 구성되어 있다.
구동회로부(A)는 장방형의 알루미나 세라믹으로된 절연기판(3)에 형성된 알루미늄 또는 금 등의 얇은 막으로 이루어진 배선패턴(4)과, 이 배선패턴(4)위에 도전성 에폭시 수지(5)에 의해 고정부착된 아날로그 스위치 기능이 있는 IC(6)로 그 주요부분이 구성되어 있다.
배선패턴(4)은 접속용 배선패턴(4a)과 용량 조정용 배선패턴(4b)으로 되어 있다.
이 접속용 배선패턴(4a)은 광전변환부(B)와 IC(6)의 디멘션(dimension)이 서로 다르므로 종래의 배선패턴과 마찬가지로 양끝의 것일수록 배선 길이가 길어지는 배선길이의 불균등한 동일선폭의 배선패턴으로 이루어진다.
또한, 이 용량 조정용 배선패턴(4b)은 주로 절연기판(3)의 광전변환부(B)의 영역위에 설치되어 이들의접속용 배선패턴(4a)에 각각 접속되며 또한 배선 길이가 긴접속용 배선패턴(4a)에 접속된 것일수록 면적이 작아지도록 형성되어서 접속용 배선패턴(4a)과 용량 조정용 배선패턴(4b)의 면적의 합계가 대략 같아지도록 조정되어 접속용 배선패턴보다도 배선의 폭이 넓은 배선패턴으로 구성되어 었다.
또한, 용량 조정용 배선패턴의 첨단은 오픈되어 있다. 그리고 기판위에 구동회로부(A)영역의 경계부에 영역(B)으로부터 뻗어나온 폭이 넓은 부분이 다음에 기술하는 바와같이 광전변환소자 어레이의 전극과 접속패드를 겸하는 구조로 되어 있다.
또한 IC(6)는 금 혹은 알루미늄 와이어(7)에 의해 접속용 배선패턴(4a)과 전기적으로 접속된다.
용량조정용 배선패턴(4b)위에는 광전변환부(B)의 절연층(10)(예를 들면 폴리이미드수지, 유리계무기물등)이 스핀 코팅(spin coating) 혹은 스크린 인쇄법 등에 의해 형성되어 그 상부에 막기술(thin fi1m or thick fi1m techno1ogy)에 의해 광전변환부(B)가 구성되어 있다.
또한, IC(6)에서 접속용 배선패턴(4a)의 접속단자에 걸쳐서 절연성수지(8)가 포팅(potting)되고 그 바깥둘레는 보호캡(9)으로 씌워져 있다.
한편, 광전변환부(B)는 절연기판(3)의 길이가 긴 방향을 따라서 설치되어 절연층(10)과 이 절연층(10)위에 크로움 또는 알루미늄 얇은 막을 이용해서 형성된 개별전극의 배선패턴(11a), 이 개별전극의 배선패턴(11a)위에 차례로 막이 형성된 α一Si : H등으로 이루어진 고저항광도전막(高低抗光導屯膜)(11b), SnO2,ITO막 등의 투명도전막(11c)으로 이루어진 광전변환소자(11)로 구성되어 있으며, 광전변환소자(11)의 각개별전극 배선패턴(11a)에서 금 혹은 알루미늄 얇은 막의 착막(着莫)으로 본딩패드(bonding pads)가 형성되어 금 혹은 알루미늄 와이어(12)가 용량 조정용 배선패턴에서 접속 패드를 겸하고 있는 끝에 본딩되어서 접속용 배선패턴(4a)에 접속되어 있다.
또한, "11d"는 광전변환소자(P)의 개별전극의 배선패턴(11a)에 대향하는 투명도 전막(11c)을 끌어내어 전원(E)에 전기적으로 전기를 통하게 하기 위한 공통전극이다.
더우기, 광전변환소자(11)위에는 보호 유리판(13)이 투명 절연수지(14)로 고장부착되고 또한 보호 유리판(13)의 주위로부터 보호캡(9)에 걸쳐서 동일한 수지가 포팅되어 있다.
본 실시예의 이미지 센서에서는, 광전변환소자의 출력신호는 금 혹은 암루미늄와이어(12), 접속용 배선패턴(4a) 및 금 혹은 알루미늄 와이어(7)를 통해서 IC(6)에 전기가 통하게 된다.
한 실시예의 이미지 센서는, 배선패턴(4)을 광전변환부(B)의 아래쪽 및 그 근방으로 연장하여 그 면적이 같아지도록 했으므로 전체를 대형화하지 않고 배선용량의 보정을 완전하게 할 수 있다.
또한, 배선패턴(4)은 광전변환부(B)의 아래쪽 또는 그 근방의 한쪽으로 만 연장해도 되는 것은 물론이다.
제 4 도는 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
또한, 지금부터의 설명에서 제 1 도와 공통되는 부분에는 동일부호를 붙여서 중복되는 설명은 생략하기로 하겠다.
이 실시예에서는, 개개의 광전변환소자에 대응하는 각 접속용 배선패턴(4a)을 ㄴ자형으로 형성하는 동시에 기판(3)의 구동회로부(A)영역의 경계에 광전변환부(B)에 따라 설치한 접속패드(4f)를 통해서 접속된 용량조정용 배선패턴(4b)을 그들 연장상에 점대칭이 되도톡 형성한다.
인접 배선 간격이 동일한 부분의 배선 길이의 합계를 모든 배선패턴(4)을 통해서 동일한 길이로 하고, 이로 인하여 각 배선패턴(4)의 접지된 콘덴서 용량(C1)과 배선간 용량(2)을 각각 대략 같아지도록 조정하고있다.
이와같은 구조에서는 설계가 간단하고 보정도 용이하다.
제 5 도는 또다른 실시예의 요부를 나타낸 단면도이다.
이 실시예에서는, 배선패턴을 형성할때 프로세스 변동이나 절연기판 표면의 마무리의 차이등에 의해서 발생하는 접지된 콘덴서 용량(C1)의 균일성을 향상시키기 위하여 폭이 넓은 접지된 콘덴서 용량 보정 패턴(4d)을 부가시킨 것으로 이 폭이 넓은 부분(4d)은 각 배선 사이에서 일부가 인접하도록 위치하고 있으며 폭이 넓은 부분의 길이를 일정하게 하고 또한 각 배선의 용량 조정용 도전막을 포함한 전체의 길이도 동등하게 하고 있다.
이로 인하여 각각의 배선패턴의 접지된 콘덴서 용량의 변동비율을 감소시킨 배선간 콘덴서 용량을 대략 균일한 패턴으로 할 수 있다.
제 6 도는 제 1 도에 나타낸 본 발명의 다른 실시예를 나타내며, 배선패턴을 제 1 도의 실시예와 동일한 패턴으로 하고 광전변환소자(P)의 개별전극(11a)과 접속용 배선패턴(4a)을 절연층(10)의 일부(11a-1)에 관통구멍을 설치하여, 이 관통구멍을 이용하여 전기적 접속을 하여 구성한 이미지 센서의 예이다(제 1 도의 것은 와이어 본딩 접속이다.).
제 7 도는 본 발명의 다른 실시예이다.
이 실시예의 이미지 센서는 절연층(10)의 광전변환소자(11)의 구성부에 관통구멍을 설치하여서 용량조정용 배선패턴(4b)의 일부(4b-1)를 광전변환소자(11)의 개별전극의 배선패턴(11a)으로 한것으로서 역시 배선패턴의 고르지 않은 부유용량의 보정은 한 실시예(제 1 도에 나타낸것)와 마찬가지로 실시하여 각각의 배선용량을 대략 균일하게 구성한 것이다.
제 8 도는 본 발명의 다른 실시예로 공통전극(11d)을 절연층(10)의 윗부분에 구성한 것이다.
지금까지 설명한 바와같이 본 발명의 이미지 센서는 광전변환소자와 IC를 연결하는 접속용 배선패턴에 각각 접속시켜서 광전변환부의 아래쪽 혹은 그 근방의 적어도 한쪽에 절연층을 통해서 용량조정용 배선패턴을 형성했으므로 기판을 대형화하지 않고 배선패턴등의 블균형한 용량에 의해 발생하는 균일하지 않은 출력신호를 완전히 보정할 수 있다.
또한 배선패턴의 용량 조정용 배선패턴의 일부를 이용하여 광전변압소자의 일부를 구성하므로써 광전변환부와 구동회로부의 접속점이 대폭적으로 감소하여 생산성이 향상되는 동시에 신뢰성이 높은 이미지 센서를얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 절연기판(3)에 형성된 여러개의 광전변환소자(11)를 배열하여 이루어진 광전변환부(B)와, 이들 광전변환소자(11)로 부터의 출력신호를 차례로 판독하는 구동회로부(A)를 구비하고, 전술한 광전변환부(B)와 전술한 구동회로부(A)가 전술한 절연기판(3) 위에 형성된 배선길이가 적어도 하나가 다른 접속용 배선패턴(4a)에 의해 접속된 이미지 센서에 있어서, 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 적어도 하나의 배선 길이를 보정하는 용량조정용 배선패턴(4b)을 전술한 광전변환부(B)의 아래쪽 또는 그 근방 중에서 적어도 한쪽에 절연층을 사이에 두고 설치하고, 또학 각각의 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 부유용량을 실질적으로 균일하게 한 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 전술한 용량 조정용 배선패턴(4b)의 적어도 일부는 전술한 광전변환 소자(11)의 일부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전술한 광전변환 소자(11)는 전하축적형의 광전변환소자(11)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 전술한 접속응 배선패틴(4a)의 부유용량을 실질적으로 균일하게 하는 것은, 전술한 용량조정용 배선패턴(4b)의 각각의 면적이 전술한 접속용 배선(4a)의 각각의 길이에 비례하여 작게 하므로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 부유용량을 실질적으로 균일하게 하는 것은 전술한 용량 조정용 배선패턴(4b)의 상호 간에 인접하는 배선간 콘덴서 용량이, 전술한 용량조정용 배선패턴의 각각에 접속하는 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 길이에 비례하여 작게하도록 전술한 용량조정용 배선패턴(4b)의 길이 또는 배선간격의 적어도 한쪽을 조정하고 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서.
  6. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서, 각각의 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 부유용량을 실질적으로 균일하게 하는 것은, 전술한 용량조정용 배선패턴 상호간에 인접하는 배선간 콘덴서 용량이, 전술한 용량조정용 배선패턴(4b)의 각각에 접속하는 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 각 배선 길이에 비례하여 작아지도록 전술한 용량조정용 배선패턴(4b)의 각 배선 길이 또는 배선 간격의 적어도 한쪽을 조정하고 또한 전술한 용량조정용 배선패턴(4b)의 적어도 일부에 일정한 접지된 콘덴서 용량 보정수단(4d)을 설치한 것을 특징으로하는 이미지 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 전술한 접지된 콘덴서 용량 보정수단(4d)은, 접지된 콘덴서 용량보정용의 배선패턴(4d)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 광전변환소자 어레이와 이들 소자의 전극에 접속된 개별전극 배선패턴(11a)으로 이루어진 광전변환부(B)와, 전술한 광전변환소자를 구동하는 IC 및 이 IC에 접속된 접속용 배선패턴(4a)으로 이루어진 구동회로부(A)와, 전술한 광전변환부(B)가 위치하는 광전변환부 영역과 전술한 구동회로부(A)가 위치하는 구동회로부 영역을 형성하여 이루어진 절연기판(3)과, 전술한 구동회로부(A)가 위치하는 구동회로부 영역을 형성하여 이루어진 절연기판(3)과, 전술한 구동회로부(A)의 영역에 따라서 전술한 접속용 배선패턴(4a)에 설치된 접속패드와, 이들 접속패드와 전술한 개별 전극 배선패턴(11a)을 접속하는 수단과, 전술한 절연기판(3)의 전술한 광전변환부 영역에 전술한 광전변환부(B)의 아래쪽에서 또한 절연층(10)을 사이에 두고 뻗어 나오고 전술한 각 접속용 배선패턴에 접속된 용량 조정용 배선패턴(4b)으로 이루어진 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 절연기판(3)이 장방향이며 광전변환부(B)가 전술한 기판(3)의 길이가 긴방향에 따라서 설치되어 있는 이미지 센서.
  10. 제 8 항에 있어서, 용량조정용 배선패턴(4b)이 전술한 접속용 배선패턴(4a)의 피드로부터 연장되어 끝부분이 오픈된 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서, 용량조정용 배선패턴(4b)과 접속용 배선패턴(4a)의 적어도 한쪽에 폭이 넓은 곳을 형성하여 이루어진 이미지 센서.
  12. 제10항에 있어서, 용량조정용 배선패턴(4b)에 주로 폭이 넓은 곳을 형성하여 이루어진 이미지 센서.
  13. 제 8 항에 있어서, 용량조정용 배선패턴(4b)과 접속용 배선패턴(4a)의 전체 길이의 합이 각각 동등한 이미지 센서.
  14. 제 10 항에 있어서, 용량조정용 배선패턴(4b)의 폭이 넓은 곳이 배선 사이에 인접하고 있는 이미지 센서.
  15. 제 10 항에 있어서, 접접속용 배선패턴(4a)중 그 길이가 짧은 접속용 배선패턴(4a)는 폭이 넓은 곳이 길게 되어 있는 이미지 센서.
  16. 제 10 항에 있어서, 폭이 넓은 곳이 패드를 겸하고 있는 이미지 센서.
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