CN1073321C - 具有多层印刷电路板的图像传感器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
多层印刷电路板构成传感器板的底基。传感器芯片安装在多层印刷电路板上。多层印刷电路板包括衬底、第一导体层、内绝缘层、第二导体层和表面绝缘层。通过化学蚀刻由第一导体层的电解铜箔形成模拟地线。通过化学蚀刻由第二导体层的电解铜箔形成信号线。在第一导体层和第二导体层之间形成绝缘层，以便在信号线和模拟地线之间产生用于滤除噪声、改善性能的分布电容。
Description
本发明涉及一种具有印刷电路板的图像传感器，该印刷电路板上带有增大的平行极板电容，它能够稳定并减小传感器板的空载电压，并且本发明的图像传感器能使相邻光电转换器件上的空载电压相等。
相关技术1：
图18是由“MITSUBISHI图像传感器”(Mitsubishi DenkiKabushki Kaisha,1987年6月)出版的小册子中表示的常规接触型图像传感器(以下称为CIS)的剖视图。
图18的常规CIS包括发光二极管阵列1(称为LED阵列)，玻璃盖2，放在玻璃盖2上或在玻璃盖2上通过的原文件3，杆状透镜阵列4，传感器板5，信号处理电路板6和外壳7。外壳7包围其中的LED阵列1、玻璃盖2、杆状透镜阵列4、传感器板5和信号处理电路板6。
图19是常规CIS的框图。
在图19中，多个光电转换器件9a至9n和信号电路5A放在传感器板5上。
信号电路5A由移位寄存器和模拟开关组成，并接收来自多个光电转换器件9a至9n的并行信号。多个光电转换器件9a至9n根据原文件的阴影输出并行信号。信号电路5A将并行信号转换成串行信号。
图20中的时序图说明图19所示的CIS的运作。
在图18中，LED阵列1的光源产生光，并且光照射到与玻璃盖2接触的原文件上。
反射的光取决于原文件的阴影。如果原文件的一幅图像是暗的或黑的，那么光被该图像吸收，于是没有反射光到达杆状透镜阵列4。
假如原文件的图像是亮的或白的，那么反射光很强，并聚集在杆状透镜阵列4上，进入传感器板5中的光电转换器件9a至9n，以一对一的比率成为一幅真实像。
然后有光电流流过。该输出到达信号处理电路板6的端子SIG。
当原文件是白的时，输出信号的电压大约为2V。当原文件是黑的时，输出信号的电压大约为50mV。因此，s/n(信号/噪声)比大约为30dB。
在图19中，n个光电转换器件9a至9n并排排列。在每个光电转换器件9a至9n上产生电荷。积累的电荷在每个光电转换器件9a至9n上转换成光电流。根据光电流的幅度可以检测输出电压。下面参照图19和20描述如何检测输出电压。从端子SI输入起始脉冲，而从端子CLK输入时钟脉冲。在起始脉冲的过渡时序点，每个光电转换器件9a至9n的电荷作为信号线6a中的光电流顺序流动。该光电流在信号处理电路板6的电容器6b上积累，并产生输出电压。通过放大器6c将该输出电压放大10至20倍左右。被放大的电压输出至端子SIG。端子SIG的这一输出电压与时钟脉冲同步。
于是通过输出电压就能够识别原文件上的图像。
图21是带有传感器芯片的传感器板5的连接图。传感器芯片90a至90n包括光电转换器件9a至9n。每个传感器芯片90a至90n具有时钟脉冲的端子CLK和起始脉冲的端子SI，以及电源端子VDD、模拟地端子AGND和信号输出端子SIG。传感器板5是一块印刷电路板，在板的一侧具有一条CLK线、一条SI线、一条VDD线(电源线)、一条模拟地线12和一条信号线11。传感器芯片90a至90n的端子与这些相应的线相连，如图21所示。
图22是传感器芯片90a的电路图。
传感器芯片90a具有光电转换器件9a至9n，模拟开关11a至11n，模拟开关10a至10n，模拟开关12，触发器13a至13n，以及与门G1至Gn。
在图22中，每个光电转换器件9a至9n包括一个用于电流放大的晶体管和表示为电容器的一个电荷积累部分。电荷积累部分把从光转换来的电荷进行积累。
模拟开关11a至11n将光电转换器件9a至9n的信号切换到与端子SIG相连的信号线L1。模拟开关10a至10n对光电转换器件9a至9n的不必要的电荷进行放电。模拟开关12在时钟脉冲正跳变边缘变为“导通”。触发器13a至13n用时钟脉冲控制每个模拟开关10a至10n和11a至11n。
下面参照图23的时序图说明图22电路的运作。
来自端子SI的起始脉冲被输入至触发器13a。起始脉冲与时钟脉冲同步。从端子CLK(CLOCK)将时钟脉冲送至所有的触发器13a至13n。起始脉冲从触发器13a移向触发器13b、13c、……、13n。在将起始脉冲从触发器13a移向13n的每个时序点，每个光电转换器件9a至9n的电荷都作为光电流在信号线L1中流动。该电流的电压对应于电荷量。
如图23所示，当起始脉冲进入触发器13a的D输入端时，Q1输出端从“L”(低电位信号)变为“H”(高电位信号)。由于与门G1变为“H”，所以模拟开关11a变为“导通”。然后光电转换器件9a的电荷流到信号线L1。
下一个时钟脉冲被输入到与门G1。由于在下一个时钟脉冲的正跳变边缘与门G1变为“L”，所以模拟开关11a返回到“关断”状态。这时信号线L1复位。
在Q1输出的负跳变边缘，Q2输出从“L”变为“H”。通过互补Q2(不是Q2)的输出，模拟开关10a变为“导通”。因此，光电转换器件9a的剩余电荷被对模拟地线L2放电。
同时，由于Q2的输出为“H”，所以模拟开关11b变为“导通”。然后光电转换器件9b中的电荷在信号线L1中流动。随着起始脉冲按顺序传送到触发器，这种运作状况将继续下去。
常规接触型图像传感器的构成如上所述。在CIS中，通过对原文件上的黑色图像进行扫描产生的输出电压要低，这一点很重要。通过对黑色图像进行扫描产生的输出电压在幅度上类似于由暗电流产生的输出电压。因此，根据由暗电流产生的电压测量输出电压。以后“空载电压”指由暗电流产生的输出电压。
图24表示采用一个传感器芯片90a测量的空载电压。图25表示采用包括多个传感器芯片90a至90n的常规CIS测量的空载电压。
在端子SIG的输出端测量空载电压Vd。在这种情况下根据示波器的波形来测量空载电压。在图24和25中，横轴表示光电转换器件的位置。纵轴表示空载电压。
如图24所示，相邻的光电转换器件之间的空载电压是不相等的。
如图25所示，光电转换器件在传感器板5上排成一长串的情况下，空载电压具有大的波动。
如上所述，这里存在两个问题：
(1)相邻的光电转换器件之间的空载电压不相等；
(2)在光电转换器件排成一长串的情况下，空载电压具有大的波动。
其原因在于在信号线L1上积累了不必要的电荷。
相关技术2：
消除了上述问题的接触型图像传感器示于未审查的日本专利申请HEI1-183257。
图26是传感器芯片100a的电路图。在图26中，多个模拟开关15a至15n加到图22所示的电路中。这些模拟开关15a至15n控制对剩余在信号线L1上的不必要的电荷进行放电的时序点。信号线L1与端子SIG相连。模拟地线L2与端子AGND相连。多条线与信号线L1和模拟地线L2相连。这些线对应光电转换器件9a至9n。每条线配置模拟开关15a至15n。
图27表示端子SIG和模拟开关15a至15n的输出的时序图。如图27所示，每个模拟开关15a至15n与时钟脉冲同步在“导通”和“关断”之间改变其状态。在时钟脉冲的正跳变边缘，模拟开关15a至15n变为“导通”。然后通过模拟开关15a至15n信号线L1与模拟地线L2相连。如图27所示，当模拟开关15a至15n处于“导通”状态时，理论上端子SIG的输出应变为“0”伏。于是模拟开关15a至15n对剩余在信号线L1上的不必要的电荷进行放电。
下面是为什么对应光电转换器件9a至9n安排多个模拟开关15a至15n的原因，这些模拟开关15a至15n连接信号线L1和模拟地线L2。从光电转换器件9a至9n产生的电荷作为光电流在信号线L1中流动。信号线L1中产生的电压Vp和光电流ip之间的关系由下式表示：
Vp=K(hfe×ip×ts)/(CS+CL)……(1)
Vp：电压
ip：光电流
hfe：光-晶体管的电流放大倍数
ts：存储时间
CS：杂散电容
CL：电容
K：常数
杂散电容CS分布在信号线L1和模拟地线L2之间的各处，如图28所示。因此，即使在信号线L1和模拟地线L2之间仅安排一个模拟开关，当信号线L1复位时由这些杂散电容CS造成的不必要的电荷也不会完全去除。为了去除这些杂散电容CS的影响，在信号线L1和模拟地线L2之间的多条线中安排了多个模拟开关15a至15n，如图26所示。
图29是传感器板5的框图。这里有多个传感器芯片100a至100n，以及多个模拟开关150a至150n。模拟开关150a至150n排列在传感器板5上。另一方面，模拟开关15a至15n排列在每个传感器芯片100a至100n之中。信号线11和模拟地线12排列在传感器板5上。如图26所示，用大写字母“L”表示传感器芯片之中的线，比如信号线L1和模拟地线L2。另一方面，用小写字母“1”表示在传感器板上即传感器芯片外的线，比如信号线11和模拟地线12。信号线11与传感器板5上的每个传感器芯片100a至100n和端子SIG相连。模拟地线12与传感器板5的端子AGND相连。在信号线11和模拟地线12之间有多个模拟开关150a至150n。这些模拟开关150a至150n控制对剩余在信号线11上的不必要的电荷进行放电的时序点。
为了解决以上的和其它的问题，本发明的一个目的是提供一种具有印刷电路板的图像传感器，该印刷电路板上带有增大的平行极板电容，它能够稳定并减小传感器板的空载电压。本发明的第二个目的是提供一种能使相邻光电转换器件上的空载电压相等的图像传感器。
根据本发明的一个方面，一种图像传感器包括：
用于检测一幅图像并输出一个信号以形成一部分并行信号的多个传感器芯片，其中每个传感器芯片具有多个光电转换器件，一条与多个光电转换器件相连的内部信号线，一条与多个光电转换器件相连的内部地线，以及用于连接信号线和地线的多个开关；
用于在上面安装多个传感器芯片并形成信号电路的印刷电路板，其中信号电路接收来自多个传感器芯片的并行信号，将并行信号转换成串行信号，并且输出串行信号；
其中印刷电路板是多层印刷电路板，并具有作为底基的衬底，第一导体层放在衬底的一侧，具有与内部信号线相连的外部地线，第二导体层具有与内部信号线相连的外部信号线，在第一和第二导体层之间有一层绝缘层，用于在外部信号线和外部地线之间产生一个增大的平行极板电容。
根据本发明的另一方面，一种多层印刷电路板包括：
衬底；
放在衬底的一侧上的第一导体层，用于形成地；
用于形成信号线的第二导体层；
位于第一和第二导体层之间的一层绝缘层，用于在信号线和地之间产生一个增大的平行极板电容；
一层表面绝缘层；以及
安装在表面绝缘层上的电路，具有多个与信号线和地电连接的芯片。
根据本发明的再一个方面，一种制造多层板的方法包括以下步骤：
形成第一导体层；
通过化学蚀刻在第一导体层上形成地；
紧接第一导体层形成一层内绝缘层；
紧接绝缘层形成第二导体层；
通过化学蚀刻在第二导体层上形成一条信号线；
紧接第二导体层形成一层表面绝缘层；
将芯片安装在表面绝缘层上；以及
将芯片与信号线和地进行电连接；
其中在信号线和地之间能够形成增大的平行极板电容。
本发明的其它目的、特征和优点通过以下结合附图所作的描述将变得很清楚。
在图中：
图1表示本发明的实施例1的CIS的剖视图；
图2表示图1的实施例的传感器板的剖面透视图，该实施例产生较高的电容以降低空载电压；
图3表示图2实施例的传感器板的分解图；
图4是根据本发明的制造传感器板的方法的流程图；
图5是本发明的实施例的示意性框图，表示在传感器芯片中产生的内部高频噪声被由外部信号线和外部模拟地线产生的外部分布电容吸收；
图6表示另一实施例的传感器板的剖面透视图；
图7表示图6实施例的传感器板的分解图；
图8是根据本发明的制造传感器板的方法的流程图；
图9表示采用图6实施例的传感器板测量的空载电压；
图10表示再一个实施例的传感器板的剖面透视图；
图11表示采用图10实施例的传感器板测量的空载电压；
图12表示第二实施例的传感器板的顶视平面图；
图13表示再一个实施例的传感器板的分解图；
图14表示图13实施的传感器板的顶视平面图；
图15是图13实施例的示意性框图，表示在传感器芯片中产生的内部高频噪声被外部分布电容吸收，并且由电源线产生的高频噪声被另外的由外部信号线和外部电源线产生的分布电容吸收；
图16表示采用图13实施例的传感器板测量的空载电压；
图17表示再另一个实施例的传感器板的剖面透视图；
图18表示现有技术的常规CIS的剖视图；
图19表示现有技术的常规CIS的框图；
图20表示现有技术的常规CIS的时序图；
图21表示现有技术的带有传感器芯片的传感器板的连接图；
图22表示现有技术的传感器芯片的电路图；
图23表示图22的电路的时序图；
图24表示采用现有技术的传感器芯片测量的空载电压；
图25表示采用现有技术的包括多个传感器芯片的常规CIS测量的空载电压；
图26表示现有技术的传感器芯片的电路图；
图27表示现有技术CIS的信号端子上的输出的时序图；
图28是表示现有技术CIS的杂散电容的图；
图29是表示用于去除现有技术CIS的不必要的电荷的多个开关150a至150n的传感器板上的框图。
实施例1：
本实施例包括具有在信号线和模拟地线之间产生的大的分布电容的CIS，这是通过根据本发明为传感器板采用多层印刷电路板实现的。
图1是CIS的剖视图。在图1中，传感器板50取代了图18的相关技术的传感器板5。类似的参考号表示类似的部件，因此省略对它们的描述。
多个传感器芯片100a至100n放在传感器板50上。相关技术的图26表示该实施例的传感器芯片100a的电路图，并且工作过程与该相关技术相同。通过模拟开关15a至15n、11a至11n、10a至10n和CLK和SI信号的脉冲信号在信号线L1中产生噪声。为了消除这一高频噪声，本发明为传感器板50采用多层印刷电路板。
下面参照图26进一步描述噪声。当模拟开关15a至15n处于“关断”状态，信号线L1的阻抗很高。当模拟开关15a至15n、11a至11n、10a至10n运作时，在信号线L1中产生噪声。噪声也由从端子LCK和端子SI输入的脉冲信号产生。即使噪声电平相当小，当信号被放大时噪声电平也会被放大。每个传感器芯片100a至100n附加了噪声，并将噪声经信号线L1从传感器芯片输出。然后噪声在来自多个传感器芯片100a至100n的信号线11中积累。如上所述，噪声出现在传感器芯片100a至100n之中的信号线L1中。传感器芯片100a至100n之中的每条信号线L1与传感器板50中的信号线11相连。于是出现在传感器芯片100a至100n之中的噪声进入传感器板50中的信号线11。这一噪声使得空载电压变得较高。
为了防止上述噪声，需要在信号线11和模拟地线12之间有一个大电容。该电容的功能是去除高频噪声。
一般是为传感器板采用印刷电路板或陶瓷片板。
下面参照图2-4描述将本发明用于产生增大的平行极板电容的印刷电路板。
在印刷电路板的情况下，板的两侧都用来进行印制。如果信号线11安排在板的一侧，而模拟地线12安排在另一侧，那么信号线11和模拟地线12之间可以产生一个平行极板电容。在现有技术中，信号线和模拟地线都放在印刷电路板的一侧，因此在这些线之间没有平行极板电容。
现在通过下式概述平行极板电容的物理参数：
C=K1×er×s/d……(2)
C：平行极板电容
er：极板的相对介电常数
K1：常数
d：极板之间的距离
s：任一极板的相对面的面积
在这种情况下，极板之间的距离是印刷电路板的厚度。印刷电路板越薄，平行极板电容(分布电容)越大。但是板的厚度限于最小大约0.3mm。于是限制了印刷电路板的分布电容的增大量。
陶瓷片的厚度限于最小大约0.3mm。于是限制了陶瓷片板的分布电容的增大量。因此，典型的印刷电路板或陶瓷片板不允许产生足够的分布电容来去除高频噪声。
为了去除这一高频噪声，本发明在传感器板50中采用多层印刷电路板16。
图2表示传感器板50的剖面透视图。多层印刷电路板16是传感器板50的底基。多层印刷电路板16包括衬底20、第一导体层21、内绝缘层200、第二导体层24、和表面绝缘层25。传感器芯片100a至100n放在多层印刷电路板16上。
图3是传感器板50的分解图。
图4是根据本发明的制造传感器板50的方法的流程图；
在步骤S10，在衬底20上形成第一导体层21。第一导体层21最好由电解铜箔构成。
在步骤S12，形成模拟地线12。模拟地线12由第一导体层21的电解铜箔构成。模拟地线12在第一导体层21的几乎整个区域或略小于整个区域上延伸。模拟地线12通过化学蚀刻由电解铜箔构成。模拟地线12可以在第一导体层21的整个区域或仅在部分区域上延伸。如果模拟地线12在第一导体层21的部分区域上延伸，那么该部分区域必须是一个面对信号线11和电源线(称为VDD线)的区域。
在步骤S14，在第一导体层21上紧接着形成内绝缘层200。内绝缘层200由厚度大约为10μm的树脂构成。
在步骤S16，在内绝缘层200上紧接着形成第二导体层24。第二导体层24最好也由电解铜箔构成。
在步骤S18，由第二导体层24构成CLK线、信号线11、VDD线(电源线)和SI线。这些线是由电解铜箔构成的，并且是通过对第二导体层24进行化学蚀刻形成的。在图2和3中，所示的线的位置仅仅作为一个例子。例如，SI线和CLK线可改换位置，其它线也可改换位置。
在步骤S20，紧接第二导体层24形成表面绝缘层25。表面绝缘层25是一层绝缘层，它通过涂覆一层用于表面保护的抗焊剂形成。
在步骤S22，将电路部分安装在表面绝缘层25上。如图2所示的焊接区26形成区域，用于与第一导体层21或第二导体层24进行导线连接。焊接区26用软金材料进行电镀处理。焊接区26形成的孔穿过表面绝缘层25到达第二导体层24，如图2所示。焊接区26具有穿过表面绝缘层25、第二导体层24和内绝缘层200到达第一导体层21的孔，如图2所示。传感器芯片100a至100n安装在表面绝缘层25上。如果需要，可以在表面绝缘层25上安装其它电路部分，如电容和电阻。
在步骤S24，进行导线连接。金线27连接焊接区26和传感器芯片100a至100n的端子上的每个片。
传感器芯片100a至100n安装在多层印刷电路板16上，以形成完整的传感器板50。
内绝缘层200的厚度大约为10μm。
图5是本发明的示意性框图。模拟地线12位于第一导体层21中，而信号线11位于第二导体层24中。在第一导体层21和第二导体层24之间有内绝缘层200，于是在这些线11、12之间产生了一个分布电容Cd。
在传感器芯片100a至100n之中的信号线L1中产生噪声。传感器芯片100a至100n之中的信号线L1与传感器板50中的信号线11相连。因此传感器芯片100a至100n之中产生的噪声进入传感器板50中的信号线11。然而，分布电容Cd的功能是去除信号线11中的噪声。这意味着在传感器芯片100a至100n之中产生的噪声被由本发明的多层印刷电路板产生的分布电容Cd消除了。
根据本发明，在传感器芯片100a至100n中产生的内部高频噪声被传感器板50上的信号线和模拟地线之间的分布电容Cd吸收了。因为内绝缘层200的厚度非常小，所以分布电容Cd的容量足够大，以便吸收高频噪声。
实施例2：
本实施例包括具有在信号线和模拟地之间产生的大的分布电容的CIS，这是通过根据本发明为传感器板采用多层印刷电路板实现的。此处还提出了对本实施例的性能的测量。
图6表示本实施例的传感器板51的剖面透视图。
图7是传感器板51的分解图。
下面将参照图6和图7描述图6和图2之间的不同点。类似的参考号表示类似的部件，因此省略对它们的描述。
1)传感器芯片100a至100n和电源电容器30排列在多层印刷电路板17上。在图7中，电源电容器30位于模拟地线12和用于输送电源的VDD线之间。电源电容器30用于吸收VDD线中否则进入模拟地线12的噪声。如图7所示，提供了电部件安装区域31，用于安装电部件如电容器6b和放大器6c(示于图19)以及电阻器和电容。还提供了连接器焊接区(或连接器)32，用于与其它电路(未示出)相连接。
2)多层印刷电路板17具有两内绝缘层即第一绝缘层22和第二绝缘层23，以代替图2所示的内绝缘层200。第一绝缘层22由树脂构成。第二绝缘层23由不同于第一绝缘层22的具有不同的介电常数的树脂构成。
3)如图7所示，有两条模拟地线12和12′。一条模拟地线12位于第一导体层21中，与图2所示相同。该模拟地线12在第一导体层21的几乎整个区域上延伸。另一条模拟地线12′位于第二导体层24中，如图7所示。这些模拟地线12和12′通过孔28相连，如图6所示。所以这些模拟地线12和12′能够起到一个模拟地的作用。传感器芯片100a至100n的端子AGND与第二导体层24中的模拟地线12′相连。模拟地线12′与模拟地12相连，因此可以在信号线11和第一导体层21中的模拟地12之间产生分布电容。通孔28的位置在模拟地线12和12′之间。此外，在它们之间需要许多通孔28。
下面将说明在该多层印刷电路板17中有两层内绝缘层和两条模拟地线12和12′的原因。为了改善导线的连接，第二绝缘层23最好由聚丙烯树脂构成。模拟地线12′位于第二绝缘层23的上面，因此改善了与第二导体层24的模拟地线12′的导线连接。
第二绝缘层23不仅将导线连接进行绝缘，而且也改善了这种连接。第一绝缘层22主要用于绝缘。
第二绝缘层23最好由聚丙烯树脂构成。聚丙烯树脂的弹性改善了导线连接的连接特性。当不需要较好的连接特性，即导线连接的劣质率为100ppm或以下，那么绝缘层可以包括一层，如实施例1中的内绝缘层200，它由聚酰亚胺树脂构成。
图8是根据本发明的制造传感器板51的方法的流程图。
在步骤S10，在衬底20上形成第一导体层21。第一导体层21最好由电解铜箔构成。
在步骤S12，形成模拟地12。模拟地12由第一导体层21上的电解铜箔构成。
在步骤S13，在第一导体层21上紧接着形成第一绝缘层22。
在步骤S15，在第一绝缘层22上紧接着形成第二绝缘层23。
在步骤S26，在第一导体层21的模拟地12和第二导体层24的模拟地线12′之间制成通孔28。
在步骤S16，在第二绝缘层23上紧接着形成第二导体层24。第二导体层24最好也由电解铜箔构成。
在步骤S17，形成模拟地线12′、电源线、信号线11、和其它线。这些线，CLK线、信号线11、模拟地线12′、VDD线(电源线)和SI线是通过化学蚀刻由第二导体层24上的电解铜箔构成的。
在步骤S20，紧接第二导体层24形成表面绝缘层。
在步骤S22，将电路部分安装在表面绝缘层25上。
在步骤S24，进行导线连接。
在图8中与图4中标号相同的步骤其内容也相同，因此省略对这些步骤的详细说明。
在本实施例中，由衬底20上的电解铜箔叠层构成的印刷电路板用作多层印刷电路板17的底基。电解铜箔叠层称为第一导体层21。
通过化学蚀刻由第一导体层21的电解铜箔形成模拟地12。模拟地12几乎是第一导体层21的整个区域，或是略小于整个区域的一个区域，如图7所示。
第一绝缘层22由聚酰亚胺树脂构成，它叠在上述印刷电路板板上。
第二绝缘层23由聚丙烯树脂构成，它叠在第一绝缘层22上。聚丙烯树脂改善了导线的连接。
电解铜箔层叠在第二绝缘层23上。由电解铜箔构成的该层称为第二导体层24。
CLK线、信号线11、模拟地线12′、VDD线和SI线是通过化学蚀刻由第二导体层24的电解铜箔构成的。在图6和7中，线的位置是作为一个例子示出的。应懂得SI线和CLK线的位置是可改换的，并且其它线的位置也是可改换的。
通过涂覆一层用于表面保护的抗焊剂，紧接第二导体层24形成表面绝缘层25。
第一绝缘层22的厚度大约为25μm。第二绝缘层23的厚度大约为15μm。
模拟地12位于第一导体层21中，而信号线11位于第二导体层24中。在第一导体层21和第二导体层24之间有绝缘层22和23，于是在这些线11、12之间产生了一个分布电容Cd。
假如印刷电路板所具有的厚度为0.3mm，并且信号线和模拟地位于印刷电路板的相对侧，那么分布电容大约为60PF。
另一方面，本发明的上述多层印刷电路板17的厚度大约为25μm+15μm=40μm，并且分布电容大约为380PF。因此，在本发明的多层印刷电路板17中分布电容增大许多。
传感器板51也包含有电路部件，如传感器芯片100a至100n和电源电容器30。这些电路部件安装在多层印刷电路板17上，并通过金线27连接。
图9表示为本实施例的传感器板51测量空载电压。
图9中纵轴表示空载电压Vd的值。横轴表示传感器板51中光电转换器件的位置。虚线表示当传感器板51复位时的电压。
曲线(1)是为本发明的传感器板51测量的空载电压。曲线(2)是图25所示的现有技术的空载电压。比较曲线(1)和曲线(2)，看出本发明的传感器板51的空载电压下降了许多。
在采用上述多层印刷电路板17的本实施例的CIS中，第一绝缘层22和第二绝缘层23的总体厚度大约为40μm。因此，线11、12产生的分布电容是380PF。它比现有技术的印刷电路板的分布电容(60PF)大许多。其主要原因是绝缘层(例如图2中的层200或图7中的结合层22和23)的厚度“d”小于现有技术的印刷电路板。
下面的公式(2)用于分布电容：
C=K1×er×s/d……(2)
C：分布电容
er：板的相对介电常数
K1：常数
d：绝缘层的厚度
s：相对面的面积
根据本发明的分布电容变得大许多。主要由模拟开关15a至15n、11a至11n和10a至10n的切换产生的高频噪声下降了，并且空载电压下降了。
实施例3：
在本实施例中，绝缘层是高介电常数的混合材料。绝缘层的相对介电常数增大了，分布电容便也增大了，因此空载电压进一步降低。
在本实施例中，具有高介电常数的材料是钛酸钡。
图10表示第三实施例的传感器板52的剖面透视图。
多层印刷电路板18形成传感器板52的底基。第一绝缘层122由聚酰亚胺树脂粉末与钛酸钡粉末混合而成。聚酰亚胺树脂与钛酸钡的混合比例是50(重量百分比)∶50(重量百分比)。
图10的其它部分与图6的第二实施例相同。在图10中，线的位置仅仅是作为一个例子示出的。例如，SI线和CLK线的位置是可改换的，并且其它线的位置也是可改换的。
多层印刷电路板18与实施例2中的多层印刷电路板17几乎相同。然而，第一绝缘层122采用不同的形成工艺形成。下面说明不同的工艺。
采用在衬底20上用电解铜箔叠成的印刷电路板。
第一绝缘层122由聚酰亚胺树脂和钛酸钡粉末的混合物构成，并叠在上述印刷电路板上。
第二绝缘层23由聚丙烯树脂构成，并叠在第一绝缘层122上。
第一绝缘层122的厚度大约为25μm。第二绝缘层23的厚度大约为15μm。
模拟地12位于第一导体层21中，而信号线11位于第二导体层24中。在信号线11和模拟地12之间产生了一个分布电容。
多层印刷电路板18的分布电容大约为1830PF。
传感器板52也包含有电路部件，如传感器芯片100a至100n和安装在多层印刷电路板18上的电容器30。这些电路部件通过金线27连接。
为传感器板52测量空载电压。其结果示于图11。
传感器板52的空载电压在整体上低于图9所示的实施例2的空载电压。
下面说明传感器板52的空载电压在整体上低于实施例2的空载电压的原因。
如公式(2)所示，分布电容取决于绝缘层的相对介电常数。包括钛酸钡的绝缘层122的相对介电常数er是800。另一方面，聚丙烯树脂或聚酰亚胺树脂的相对介电常数er是大约3至3.5。
由于绝缘层122由聚酰亚胺树脂粉末和钛酸钡粉末混合制成，所以绝缘层122的相对介电常数极大地增大了。结果，信号线11和模拟地12之间的分布电容增大到1830PF。因此，由模拟地12更多地吸收了信号线11的噪声，这就是空载电压变低的原因。
当通过其它方式而不是用将钛酸钡与绝缘材料混合的方式获得高介电常数的绝缘层时，得到的效果是相同的。
实施例4：
本实施例的目的是消除空载电压的波动。
以上实施例说明在传感器芯片100a至100n之中出现的噪声。这里还有另一噪声源。信号线11中的噪声也来自电源线。
因此，电源线(VDD线)和信号线11位于第二导体层24中，如图13所示。模拟地12位于第一导体层21中。电源线的宽度是均匀的，并且尺寸较宽。结果是在电源线和模拟地12之间产生了分布电容Cp。
下面先说明实施例2的问题。
图7是传感器板51的分解图。
在图7中，电源电容器位于模拟地12′和提供电源的VDD线之间。电源电容器30用于吸收否则进入模拟地12′的VDD线的噪声。提供了电部件安装区域31，用于安装电部件如电容器6b和放大器6c(示于图19)。还提供了连接器焊接区(或连接器)32，用于与其它电路(未示出)相连接。
图12表示实施例2的传感器板51的顶视平面图。D1是传感器芯片100a至100n和电部件安装区域31之间的距离。在图12中，D1是3mm。
如图7所示，VDD线位于多层印刷电路板17的第二导体层24中。模拟地12位于第一导体层21中。于是在VDD线和模拟地12之间产生分布电容Cp。
VDD线和模拟地12之间的分布电容Cp用下式(2)表示：
Cp=K1×er×s/d……(2)
Cp：分布电容
er：板的相对介电常数
K1：常数
d：绝缘层的厚度
s：相对面的面积
在这种情况下，这些物理参数中的“s”是最重要的参数。
如图7所示，VDD线的宽度是变化的，从W1变到W2和从W2变到W1，以便避开电部件安装区域31。通常在传感器板上有各种电部件，于是设计VDD线以避开这些电部件。因此如图所示VDD线的宽度是变化的。这意味着在电部件安装区域位置相对面的面积“s”是变化的。因此VDD线和模拟地12之间的分布电容Cp沿VDD线的长度方向是不恒定的。
信号线11中的电源噪声来自VDD线。在这种情况下，电源电容器30和分布电容Cp吸收否则进入模拟地12的来自VDD线的噪声。在电容器30处噪声被大量地吸收。因此在电容器30安放位置空载电压变得较低，在远离电容器30处空载电压仍较高。
在VDD线较宽处即宽度为W1处噪声也被吸收，并且空载电压变得较低，这是因为在相对面的面积“s”较大的地方分布电容Cp也较大。在VDD线较窄处即宽度为W2处空载电压较高，这是因为在相对面的面积“s”较小的地方分布电容Cp也较小。
这造成了图9所示的空载电压的波动，即曲线(1)具有低坡的形式。
传感器板53改善了上述问题，现在予以说明。
图13是传感器板53的分解图，它被设计用来去除空载电压的波动。
多层印刷电路板19包括衬底20、第一导体层21、第一绝缘层22、第二绝缘层23、第二导体层24、和表面绝缘层25。多层印刷电路板19是传感器板53的底基。传感器芯片100a至100n安装在多层印刷电路板19上，以便形成传感器板53。然而，可以用上述复合材料构成的第一绝缘层122来代替第一绝缘层22。
图8是根据本发明的制造传感器板53的方法的流程图。
传感器板51和传感器板53的主要不同之处在于VDD线的形状和安装在传感器板上的电路部分。因此，制造传感器板53的过程与制造传感器板51的过程相同。
通过对第二导体层24进行化学蚀刻由电解铜箔形成模拟地12′。通过对第一导体层21进行化学蚀刻由电解铜箔形成模拟地12，如图7所示。然而，只有模拟地12可以位于第一导体层21中，如作为另一例的图3所示。
通过对第二导体层24进行化学蚀刻形成VDD线、信号线11、SI线、CLK线和模拟地线12′。
图14表示传感器板53的顶视平面图。在本实施例中，没有电部件安装区域(如图12中的31)。在本实施例中没有电源电容器30。在本实施例中电部件安装在另外的板上(未示出)。
D2是从连接器焊接区32到传感器芯片100a至100n的距离。在本实施例中D2大约为7mm，大于D1(3mm)。
可以在第二导体层24上的D2区域下形成V线。
如图13所示，VDD线的宽度是W3。W3小于D2。于是VDD线的宽度可以恒定，并相对较宽，因为在传感器板53上没有如图12所示的电容器30也没有电部件安装区域31。较大的W3意味着可以形成较大的相对面的面积“s”，这意味着分布电容Cp较大。在图13中，SI线、信号线11、模拟地线12′、VDD线和CLK线的位置仅仅是举例。例如，SI线和CLK线的位置是可改换的。其它线的位置也是可改换的。如果CLK线移到SI线一侧，那么VDD线的宽度可以大于W3。
然而，板的尺寸有一个限制，因此在本实施例中D2选择大约为7mm。
电部件也可以安装在传感器板53上。应安装这些电部件使它们与传感器芯片100a至100n保持相同的距离D2。在这一实施例中，也可以使较宽的VDD线保持恒定的宽度。
图15是该进一步实施例的示意性框图。VDD线和模拟地12之间的距离做得均匀，并且VDD线的宽度也做得均匀。这导致产生于VDD线和模拟地12之间的分布电容Cp的均匀分布，如图15所示。
传感器芯片100a至100n之中出现的噪声被信号线11和模拟地12之间产生的分布电容Cd吸收。来自VDD线的噪声被V线和模拟地12之间产生的分布电容Cp吸收。VDD线的宽度可以恒定，所以分布电容Cp沿线的每一点的电容量都相等，如图15所示。
图16表示采用传感器板53测量的空载电压。虚线表示传感器板53复位时的电压。实线表示传感器板53的空载电压。
可以看到空载电压与复位电压几乎相同。
如上所述，VDD线位于第二导体层24上，而模拟地12位于第一导体层21上。在第一导体层21和第二导体层24之间的绝缘层22、23的厚度恒定。因此，VDD线和模拟地12之间的距离基本恒定。如上所述，VDD线的宽度也恒定。
这样形成的分布电容Cp的分布均匀。这就是空载电压几乎与复位电压相同的原因，即在相邻光电转换器件之间空载电压是相等的。
VDD线的宽度沿其整个长度方向也都保持较宽，所以分布电容Cp增大，这意味着VDD线中的噪声被更有效地吸收。这就是空载电压较低的原因。
此外，由于较宽的VDD线形成较大的分布电容Cp，所以电源电容器30可以省略。因此通过降低电部件的数量降低了生产成本。
实施例5：
在上述实施例4中，VDD线位于第二导体层24上，而模拟地12位于第一导体层21上。而在另一实施例中，VDD线可以位于第一导体层21上，而模拟地12可以位于第二导体层24上。
在上述实施例4中，D2设计大约为7mm。然而，D2越大，分布电容Cp也越大。因此，如果需要D2可以设计成大于7mm。
实施例6：
上述实施例说明绝缘层可以或者一层或者两层。然而，绝缘层可以由三层或更多层构成。三层或更多层的绝缘层可以由不同材料构成。此外，每层绝缘层可以由具有不同介电常数的不同材料的混合物构成。
图17表示具有三层绝缘层的实施例。
图17表示传感器板55的剖视图，它具有三层绝缘层22、23和203。
内绝缘层分成两层绝缘层，如第一绝缘层22和第二绝缘层23。第三绝缘层203位于第一导体层21之下。绝缘层203和第二绝缘层23最好由聚丙烯树脂构成。聚丙烯树脂的弹性改善了第一导体层21和第二导体层24中的导线连接的连接特性。第一导体层21中只有一条模拟地12。然而，模拟地12的导线连接的连接特性得到了改善。
以上描述了本发明的几个具体实施例，对本领域的一般技术人员来说将很容易作出各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进将视为本公开的一部分，并包括在本发明的精神和范围内。因此，以上描述仅仅是举例性的，不是对本发明的限制。本发明仅受以下所附权利要求的规定的限制。
Claims (22)
1．一种图像传感器包括：
用于检测一幅图像并输出一个信号以形成一部分并行信号的多个传感器芯片，其中每个传感器芯片具有多个光电转换器件，一条与多个光电转换器件相连的内部信号线，一条与多个光电转换器件相连的内部地线，以及用于连接信号线和地线的多个开关；
用于在上面安装多个传感器芯片并形成信号电路的印刷电路板，其中信号电路接收来自多个传感器芯片的并行信号，将并行信号转换成串行信号，并且输出串行信号；
其中印刷电路板是多层印刷电路板，并具有作为底基的衬底，第一导体层放在衬底的一侧，具有与内部信号线相连的外部地线，第二导体层具有与内部信号线相连的外部信号线，在第一和第二导体层之间有一层绝缘层，用于在外部信号线和外部地线之间产生一个增大的平行极板电容。
2．权利要求1的图像传感器，其中第二导体层包括一条输送电源的电源线。
3．权利要求1的图像传感器，进一步包括其它电路部分，其中其它电路部分安装在印刷电路板上与电源线和地线隔开的一个区域中。
4．权利要求1的图像传感器，其中绝缘层具有由不同组分的材料构成的第一和第二绝缘层。
5．权利要求4的图像传感器，其中第一绝缘层包括具有高介电常数的一种树脂。
6．一种多层印刷电路板包括：
衬底；
放在衬底的一侧上的第一导体层，用于形成地；
用于形成信号线的第二导体层；
位于第一和第二导体层之间的一层绝缘层，用于在信号线和地之间产生一个增大的平行极板电容；
一层表面绝缘层；以及
安装在表面绝缘层上的电路，具有多个与信号线和地电连接的芯片。
7．权利要求6的多层印刷电路板，其中第二导体层包括一条输送电源的电源线。
8．权利要求7的多层印刷电路板，其中绝缘层包括多层子绝缘层。
9．权利要求8的多层印刷电路板，其中多层子绝缘层的每一层由不同组分的材料构成。
10．权利要求9的多层印刷电路板，其中电路通过导线与第二导体层上的信号线相连，并且其中与第二导体层相邻的一层子绝缘层包括一种改善了与信号线导线连接的特性的材料。
11．权利要求10的多层印刷电路板，其中材料包括一种聚丙烯树脂。
12．权利要求6的多层印刷电路板，其中绝缘层包括一种高介电常数材料。
13．权利要求12的多层印刷电路板，其中高介电常数材料包括钛酸钡。
14．权利要求7的多层印刷电路板，其中信号线和电源线面对绝缘层的地，并且
其中电源线和地相对面的面积大于信号线和地相对面的面积。
15．权利要求7的多层印刷电路板，其中电源线具有恒定的宽度。
16．权利要求6的多层印刷电路板，其中电路包括光传感器，并且其中多层印刷电路板的功能是作为一个图像传感器。
17．权利要求6的多层印刷电路板，其中第二导体层包括与地相连的地线。
18．一种制造多层板的方法，包括以下步骤：
形成第一导体层；
通过化学蚀刻在第一导体层上形成地；
紧接第一导体层形成一层内绝缘层；
紧接绝缘层形成第二导体层；
通过化学蚀刻在第二导体层上形成一条信号线；
紧接第二导体层形成一层表面绝缘层；
将芯片安装在表面绝缘层上；以及
将芯片与信号线和地进行电连接；
其中在信号线和地之间能够形成增大的平行极板电容。
19．权利要求18的方法，其中内绝缘层形成步骤包括以下步骤：形成第一绝缘层，并形成材料组分与第一绝缘层不同的第二绝缘层。
20．权利要求19的方法，其中第一绝缘层的形成步骤包括将高介电常数材料与树脂混合的步骤。
21．权利要求19的方法，其中第二绝缘层由聚丙烯树脂构成。
22．权利要求18的方法，其中第二导体层形成步骤包括在第二导体层上形成电源线的步骤。
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