CN109769084A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种图像感测装置，包含衬底、传感器阵列以及第一电极结构。传感器阵列具有多个感测单元，且安置在衬底上。第一电极结构安置在衬底上，且与传感器阵列的第一侧相邻，并沿传感器阵列的第一侧延伸。其中，第一电极结构被配置成当在传感器阵列的感测单元当中的第一多个感测单元上进行感测操作时接收第一补偿信号。

Description

图像感测装置
技术领域
本发明涉及一种图像感测装置，且更具体地涉及用于感测指纹图像的图像感测装置。
背景技术
请参考图1，其示出常规技术的图像感测装置。所述图像感测装置100为集成电路(integrated circuit；IC)，且包含安置在衬底上的传感器阵列110。传感器阵列110通过密封件SEAR及切割道SCL包封。基于图像感测装置100的衬底耦合至参考电压(即接地电压)，在传感器阵列110的边缘与密封件SEAR及切割道SCL之间形成寄生电容CGND。基于寄生电容CGND，由图像感测装置100感测的感测图像的边缘的亮度可能较低，且降低感测图像的质量。
请参考图2A及图2B，其分别示出理想感测图像及实际感测图像。将理想感测图像210及实际感测图像220进行比较，在实际感测图像220的边缘上存在不需要的黑色环，且实际感测图像220的分辨率降低。
发明内容
本发明提供一种用于降低寄生电容对感测图像的边缘的影响的图像感测装置。
所述图像感测装置包含衬底、传感器阵列以及第一电极结构。传感器阵列具有多个感测单元，且安置在衬底上。第一电极结构安置在衬底上，与传感器阵列的第一侧相邻，且沿传感器阵列的第一侧延伸。其中，第一电极结构被配置成当在传感器阵列的感测单元当中的第一多个感测单元上进行感测操作时接收第一补偿信号。
在本发明的例示性实施例中，其中通过绝缘结构将第一电极结构与传感器阵列的第一侧分隔开。
根据本发明的例示性实施例中，其中第一电极结构安置在绝缘结构与图像感测装置的密封环结构之间。
在本发明的例示性实施例中，其中第一多个感测单元靠近传感器阵列的第一侧安置。
在本发明的例示性实施例中，所述图像感测装置还包含多个电荷放大器，且所述电荷放大器分别耦合至传感器阵列的感测单元。
在本发明的例示性实施例中，其中当在第一多个感测单元上进行感测操作时，第一补偿信号的相位与驱动信号的相位相同，所述驱动信号耦合至每一个电荷放大器的非反相端子。
在本发明的例示性实施例中，图像感测装置还包含第二电极结构。第二电极结构安置在衬底上，与传感器阵列的第二侧相邻，且沿传感器阵列的第二侧延伸。其中，第二电极结构被配置成当在传感器阵列的感测单元当中的第二多个感测单元上进行感测操作时接收第二补偿信号。
在本发明的例示性实施例中，其中第一电极结构及第二电极结构以物理方式隔离。
在本发明的例示性实施例中，图像感测装置还包含第二电极结构。第二电极结构安置在衬底上，与第一电极结构相邻，且沿传感器阵列的第一侧延伸。
在本发明的例示性实施例中，其中第一电极结构安置在传感器阵列与第二电极结构之间。
在本发明的例示性实施例中，其中第一多个感测单元比第二多个感测单元相对更接近传感器阵列的第一侧。
在本发明的例示性实施例中，其中第一补偿信号的相位与第二补偿信号的相位相同。
在本发明的例示性实施例中，其中第一电极结构为屏蔽结构。
在本发明的例示性实施例中，其中第一电极结构安置在传感器阵列与图像感测结构的密封环结构之间。
综上所述，本发明提供第一电极结构，其与传感器阵列的第一侧相邻且沿传感器阵列的第一侧延伸。通过在进行感测操作时将第一补偿信号施加至第一电极结构，可降低寄生电容对传感器阵列的第一侧的影响，且可提高感测图像的质量。
附图说明
包含附图以提供对本发明内容的进一步理解，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为常规技术的图像感测装置的示意图；
图2A、图2B分别为理想感测图像及实际感测图像的示意图；
图3为本发明的实施例的图像感测装置的示意图；
图4为对应于图像感测装置300的每一个感测单元SCE的有效电路图；
图5为本发明的实施例的驱动信号及补偿信号的波形曲线图；
图6为本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图；
图7为本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图；
图8为本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图；
图9为本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图；
图10为本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。
附图标号说明
100：图像感测装置；
110：传感器阵列；
210：理想感测图像；
220：实际感测图像；
300：图像感测装置；
320：电极结构；
330：绝缘结构；
600：图像感测装置；
610：传感器阵列；
620：电极结构；
621：传感线；
622：传感线；
623：传感线；
624：传感线；
700：图像感测装置；
710：传感器阵列；
711：电极结构；
712：电极结构；
713：电极结构；
721：传感线；
722：传感线；
723：传感线；
724：传感线；
800：图像感测装置；
810：传感器阵列；
830：电路区域；
900：图像感测装置；
910：传感器阵列；
920：电极结构；
1000：图像感测装置；
1001：集成电路；
1100：传感器阵列；
1210：电极结构；
1220：电极结构；
1230：电极结构；
1240：电极结构；
8211：第一电极结构；
8212：第一电极结构；
8221：第二电极结构；
8222：第二电极结构；
8231：第三电极结构；
8232：第三电极结构；
CCOMP：寄生电容；
CGND：寄生电容；
CF：电容器；
CL1：寄生电容；
CL4：寄生电容；
E1：补偿信号；
E2：补偿信号；
E3：补偿信号；
FS：第一侧/第一边缘；
FS1：第一侧；
FS3：第三侧；
GND：参考接地；
IT：反相端子；
L1：传感线；
L2：传感线；
LN：传感线；
L(N-1)：传感线；
NIT：非反相端子；
OP1：电荷放大器；
OT：输出端子；
PSUB：封装衬底；
S1：驱动信号；
S2：补偿信号；
SC：感测单元；
SCE：感测单元；
SCE1：感测单元；
SCE2：感测单元；
SCE3：感测单元；
SCE4：感测单元；
SCL：切割道；
SD：扫描方向；
SEAR：密封件；
SUB：基底；
VS1：电压电平
VS2：电压电平
具体实施方式
应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可利用其它实施例，且可作出结构性改变。此外，应理解本文所使用的措词和术语是出于描述的目的且不应被视为是限制性的。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”及其变体意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及额外项目。除非另有限制，否则术语“连接”、“耦合”以及“安装”及其在本文中的变体是广义上使用的并且涵盖直接和间接连接、耦合和安装。
请参考图3，其示出根据本发明的实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置300包含衬底SUB、多个感测单元SCE及感测单元SC以及电极结构320。感测单元SCE及感测单元SC安置在衬底SUB上，且形成传感器阵列310，其中感测单元SCE比感测单元SC相对更接近传感器阵列310的第一侧FS。电极结构320安置在衬底SUB上，且与传感器阵列310的第一侧FS相邻。此外，电极结构320沿传感器阵列310的第一侧FS延伸。在传感器阵列310的第一侧FS与电极结构320之间安置有绝缘结构330。在电极结构320的另一侧上，密封环SEAR及切割道SCL依序安置在衬底SUB上。也就是说，密封环SEAR安置在切割道SCL与电极结构320之间，电极结构320安置在密封环SEAR与绝缘结构330之间。
基于图3的结构，在切割道SCL与传感器阵列310之间形成有寄生电容CGND，且在电极结构320与传感器阵列310的感测单元SCE(最接近第一边缘FS)之间形成有寄生电容CCOMP。
关于图像感测装置300的感测操作，请参考图3及图4，其中图4示出对应于图像感测装置300的每一个感测单元SCE的有效电路图。当在最接近传感器阵列310的第一边缘FS的感测单元上进行感测操作时，将补偿信号S2施加至电极结构320。在图4中，针对感测操作，图像感测装置300包含电荷放大器OP1。电荷放大器OP1具有反相端子IT、非反相端子NIT以及输出端子OT。电荷放大器OP1的非反相端子NIT接收驱动信号S1。电容器CF耦接于电荷放大器OP1的输出端子OT与反相端子IT之间，其中电容器CF为与感测单元SCE对应的电荷放大器OP1的反馈电容器。寄生电容CGND形成于反相端子IT与参考接地GND之间。寄生电容CCOMP形成于第一电荷放大器OP1的反相端子IT与补偿信号S2之间，换言之，寄生电容CCOMP的第一端子耦合至电荷放大器OP1的反相端子IT，且寄生电容CCOMP的第二端子接收补偿信号S2。在此实施例中，寄生电容CCOMP被用作补偿电容，且用于取消感测单元SCE与参考接地GND之间的寄生电容CGND。当在感测单元SCE进行感测操作时，尽管感测单元SCE可能通过寄生电容CGND流失电荷，但寄生电容CCOMP可作为使补偿电荷注入返回至感测单元SCE的路径。可见，可降低寄生电容CGND的影响，且可提高感测图像的质量。
请参考图5，其示出根据本发明的实施例的驱动信号及补偿信号的波形曲线图。在此实施例中，驱动信号S1及补偿信号S2为脉冲信号，且可具有相同相位。可根据寄生电容CGND及寄生电容CCOMP来测定驱动信号S1的驱动信号的启用电压电平VS1及补偿信号S2的启用电压电平VS2。详细地说，可根据以下示出的等式1来测定启用电压电平VS1及启用电压电平VS2。
Ccomp×VS2＝CGND×VS1 等式1.
在此实施例中，驱动信号S1的启用电压电平VS1低于补偿信号S2的启用电压电平VS2。在另一实施例中，驱动信号S1的启用电压电平VS1可高于或等于补偿信号S2的启用电压电平VS2。
另一方面，可在已制得图像感测装置300的硬件之后测定启用电压电平VS2。
请参考图6，其示出根据本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置600包含传感器阵列610及电极结构620。传感器阵列610及电极结构620安置在衬底上。传感器阵列610由多个感测单元SCE1至感测单元SCE4构成，且感测单元SCE1至感测单元SCE4分别布置在多个传感线621至传感线624中。电极结构620与传感器阵列610的第一侧FS相邻，且沿传感器阵列610的第一侧FS延伸。在图6中，感测单元SCE1至感测单元SCE4为传感器阵列610中的感测单元的部分，且感测单元SCE1至感测单元SCE4靠近传感器阵列610的第一侧FS布置。
在此应注意，在传感线621至传感线624与电极结构620之间存在多个不同距离。也就是说，传感线621至传感线624其中各个传感线与电极结构620之间的寄生电容是不同的。以感测单元SCE1及感测单元SCE4为例，在感测单元SCE1与电极结构620之间形成的寄生电容CL1大于在感测单元SCE4与电极结构620之间形成的寄生电容CL4。
在此实施例中，通过在感测单元进行感测操作时，将补偿信号施加至电极结构620，寄生电容CL1及寄生电容CL4两者均可作为将不同的补偿电荷量注入到感测单元SCE1及感测单元SCE4的路径，且可提高感测图像的质量。
请参考图7，其示出根据本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置700包含传感器阵列710及多个电极结构711至电极结构713。在图7中，传感器阵列710由多个感测单元SCE1至感测单元SCE4构成，且感测单元SCE1至感测单元SCE4分别布置在多个传感线721至传感线724中。此外，电极结构711至电极结构713邻近于传感器阵列710的第一侧FS依序布置，且电极结构711至电极结构713沿传感器阵列710的第一侧FS延伸。在图7中，感测单元SCE1至感测单元SCE4为传感器阵列710中的感测单元的部分，且感测单元SCE1至感测单元SCE4靠近传感器阵列710的第一侧FS布置。此外，电极结构711至电极结构713可并行布置。
当在感测单元进行感测操作时，可将补偿信号施加至电极结构711至电极结构713中的至少一个。举例来说，如果在传感线724上进行感测操作，那么可将补偿信号施加至所有电极结构711至电极结构713；如果在传感线723上进行感测操作，那么可将补偿信号施加至电极结构711至电极结构712，且电极结构713可以不施加补偿信号(例如电极结构713可为浮动的)；如果在传感线722上进行感测操作，那么可将补偿信号施加至电极结构711及电极结构713，且电极结构712可以不施加补偿信号(例如电极结构712可为浮动的)；且，如果在传感线721上进行感测操作，那么可将补偿信号施加至电极结构711，且电极结构712及电极结构713可以不施加补偿信号(例如电极结构712及电极结构713可为浮动的)。
在一些实施例中，电极结构711至电极结构713可分别接收多个补偿信号E3至补偿信号E1。所有补偿信号E3至补偿信号E1可具有相同相位。补偿信号E3至补偿信号E1的启用电压电平可相同，或可不同。通过上述补偿方案，传感线721至传感线724之间的补偿电容可几乎为相同的。
在本文中应注意，图7中的电极结构711至电极结构713的数目仅为范例。在某一实施例中，可由设计者决定电极结构的数目，在本文中无特别限制。
请参考图8，其示出根据本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置800包含传感器阵列810、多个第一电极结构8211至8212、多个第二电极结构8221至8222、多个第三电极结构8231至8232以及电路区域830，上述多个电极结构在图8中以二个为示范例，然而数目不限於此，可多於二个。传感器阵列810包含多个感测单元，且感测单元形成多个传感线L1至传感线LN。第一电极结构8211和第一电极结构8212邻近于传感器阵列810的第一侧FS1安置，第二电极结构8221和第二电极结构8222邻近于传感器阵列810的第二侧FS2安置，且第三电极结构8231和第三电极结构8232邻近于传感器阵列810的第三侧FS3安置。第一电极结构8211和第一电极结构8212、第二电极结构8221和第二电极结构8222以及第三电极结构8231和第三电极结构8232分别沿第一侧FS1、第二侧FS2以及第三侧FS3延伸。第二电极结构8221和第二电极结构8222与第一电极结构8211和第一电极结构8212隔离，第一电极结构8211和第一电极结构8212与第三电极结构8231和第三电极结构8232隔离，且第二电极结构8221和第二电极结构8222与第三电极结构8231和第三电极结构8232隔离。
当进行感测操作时，根据扫描方向SD依序扫描传感线L1至传感线LN。如果在传感线L1或传感线L2上进行感测操作，那么可将一或多个补偿信号施加至对应的第二电极结构8221和第二电极结构8222中的至少一个以用于补偿操作。如果在传感线L(N-1)或传感线LN上进行感测操作，那么可将一或多个补偿信号施加至对应的第三电极结构8231和第三电极结构8232中的至少一个以用于补偿操作。此外，在传感器阵列810进行感测操作的期间，可将一或多个补偿信号施加至邻近于传感器阵列810的第三侧FS3的第一电极结构8211至第一电极结构8212中的至少一个以用于补偿操作。当传感器阵列810其中远离第一侧FS1、第二侧FS2以及第三侧FS3的感测单元进行感测操作时，第一电极结构8211和第一电极结构8212、第二电极结构8221和第二电极结构8222以及第三电极结构8231和第三电极结构8232可以不施加补偿信号(例如可为浮动的)。
在此实施例中，电路区域830耦合至传感器阵列810。电路区域830包含多个电荷放大器，且每个电荷放大器可在图4中可见。电荷放大器被配置成在进行感测操作时根据驱动信号及补偿信号生成感测图像，其中感测图像可为指纹图像。
本发明实施例不限制设置于传感器阵列的各侧的电极结构的数目。设计者可根据对应侧的感测单元的寄生电容来调节各侧的电极结构的数目。
请参考图9，其示出根据本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置900包含衬底SUB、传感器阵列910、电极结构920、密封环SEAR以及切割道SCL。传感器阵列910安置在衬底SUB上，且传感器阵列910包含多个感测单元SCE及感测单元SC，其中感测单元SCE比感测单元SC相对更接近传感器阵列910的第一侧FS。
在此实施例中，电极结构920可为屏蔽结构，且安置在衬底SUB上以及密封环SEAR与传感器阵列910之间。屏蔽结构可为金凸块结构(Gold Bump)或任何其它导电结构，且可被构造成具有预定高度的屏蔽墙。密封环SEAR安置在衬底SUB上，以及切割道SCL与电极结构920之间。
如果在图像感测装置900上进行感测操作，那么可将补偿信号施加至电极结构920。补偿信号的相位与感测操作的驱动信号的相位相同。当将补偿信号施加至电极结构920时，电极结构920的作用是切断感测单元SCE与切割道SCL之间形成寄生电容的电力线，由此可消除感测单元SCE至参考接地之间的寄生电容。在一些实施例中，电极结构920的高度可能不高于10微米。
请参考图10，其示出根据本发明的另一实施例的图像感测装置的示意图。图像感测装置1000包含封装衬底PSUB、集成电路1001、传感器阵列1100以及多个电极结构1210至电极结构1240。集成电路1001安置在封装衬底PSUB上。传感器阵列1100安置在集成电路1001上，且电极结构1210至电极结构1240安置在集成电路1001上。电极结构1210至电极结构1240形成包围传感器阵列1100的封闭的屏蔽墙。当进行感测操作时，可将一或多个补偿信号施加至电极结构1210至电极结构1240中的至少一个。如此，可根据补偿方案来消除寄生电容对参考接地的影响。
在上述实施例中已描述了补偿方案的有关细节，且此处不再重复描述。
在此实施例中，电极结构1210至电极结构1240彼此接触，且形成封闭的屏蔽墙。在另一实施例中，电极结构1210至电极结构1240可彼此隔离，且不必形成封闭的屏蔽墙。
综上所述，本发明的实施例提供邻近于感测单元安置的电极结构。通过在进行感测操作时将补偿信号施加至电极结构，可消除感测单元与参考接地之间的寄生电容的影响，从而提高感测图像的质量。
所属领域的技术人员将明白，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对所揭露的实施例的结构进行各种修改和变化。鉴于前述内容，希望本发明涵盖属于所附权利要求书和其等效物的范围内的本发明的修改及变化。

Claims (14)

1.一种图像感测装置，其特征在于，包括：
衬底；
传感器阵列，具有多个感测单元，且安置在所述衬底上；以及
第一电极结构，安置在所述衬底上，与所述传感器阵列的第一侧相邻，且沿所述传感器阵列的所述第一侧延伸，
其中，所述第一电极结构被配置成当在所述传感器阵列的所述感测单元当中的第一多个感测单元上进行感测操作时接收第一补偿信号。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中通过绝缘结构将所述第一电极结构与所述传感器阵列的所述第一侧分隔开。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中所述第一电极结构安置在所述绝缘结构与所述图像感测装置的密封环结构之间。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中所述第一多个感测单元靠近所述传感器阵列的所述第一侧安置。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，还包括多个电荷放大器，所述多个电荷放大器分别耦合至所述传感器阵列的所述感测单元。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中当在所述第一多个感测单元上操作所述感测操作时，所述第一补偿信号的相位与驱动信号的相位相同，所述驱动信号耦合至所述电荷放大器中的每一个的非反相端子。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，还包括：
第二电极结构，安置在所述衬底上，与所述传感器阵列的第二侧相邻，且沿所述传感器阵列的所述第二侧延伸，
其中，所述第二电极结构被配置成当在所述传感器阵列的所述感测单元当中的第二多个感测单元上操作所述感测操作时接收第二补偿信号。
8.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中所述第一电极结构及所述第二电极结构以物理方式隔离。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，还包括：
第二电极结构，安置在所述衬底上，与所述第一电极结构相邻，且沿所述传感器阵列的所述第一侧延伸，
其中，所述第二电极结构被配置成当在所述传感器阵列的所述感测单元当中的第二多个感测单元上操作所述感测操作时接收第二补偿信号。
10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中所述第一电极结构安置在所述传感器阵列与所述第二电极结构之间。
11.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中所述第一多个感测单元比所述第二多个感测单元相对更接近所述传感器阵列的所述第一侧。
12.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中所述第一补偿信号的相位与所述第二补偿信号的相位相同。
13.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中所述第一电极结构为屏蔽结构。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中所述第一电极结构安置在所述传感器阵列与所述图像感测结构的密封环结构之间。
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