KR100384360B1 - 이미지센서칩과그제조방법및이미지센서 - Google Patents

Abstract

밀착형 이미지센서를 구성할 경우에 사용하는 이미지센서칩으로서 이를 탑재하는 기판의 제작을 현저하게 간략화 할 수 있고 또한 아날로그출력에 잡음이 타지않도록 하는 것을 과제로 한다.

이를 해결하기 위해 수광부로서의 소정개수의 광전변환소자(28)와, 각 광전변환소자(28)에 각각 직렬적으로 접속되는 아날로그 스위치(29)와, 클락신호에 의해 상기 아날로그 스위치(29)를 순차적으로 온하는 변환회로(30)와, 상기 각 광전변환소자(28)와 이에 대응하는 아날로그 스위치(29)로 이루어지는 각 셋트에 직렬적으로 또한 공통적으로 접속되는 출력부하(31)(40)와, 상기 출력부하의 광전변화소자측의 전위를 증폭하는 증폭회로(32)와, 바람직하게는 이 증폭회로(32)의 게인조정용 저항(R)이 일체적으로 마련된다. 이 경우 상기 게인조정용 저항(R)은 직렬로 접속된 다수의 저항(Ra_1,Ra_2,Ra_3,Ra_4,Rb_1,Rb_2,Rb_3,Rb₄)과, 상기 다수의 저항 전부 또는 일부의 각각에 마련한 절단가능한 바이패스배선(50)을 갖추어 형성된다.

Description

이미지센서칩과 그 제조방법 및 이미지센서

팩시밀리장치의 화상판독부나 이미지 스캐너장치에 이용되는 종전의 이미지센서(10)의 일반적 구성을 도 11에 도시한다.

수지 등으로 만든 케이스(11)의 바닥면에 배치한 기판(12)에는 판독폭과 대응한 길이로 다수개의 이미지센서칩(13)이 부착된다. 케이스(11)의 윗면에는 투명한 커버유리(14)가 부착되고, 이 커버유리(14)에 설정한 판독라인(L)과 상기 이미지센서칩(13) 사이에는 상기 판독라인(L)을 따르는 명암화상을 정립등배하게 이미지센서칩열 위에 집속시키기 위한 로드렌즈어레이(15)가 배치된다. 케이스(11)의 내부공간에는 상기 커버유리(14)의 뒤쪽에서 원고(D)를 조명하기 위한 광원으로서 다수개의 LED(16)가 기판(17)에 탑재된 모양으로 배치된다.

예를들면 A4폭의 원고를 8화소(畵素)/mm로 판독하도록 이런 종류의 이미지센서를 구성할 경우 1728비트의 수광부를 배열할 필요가 있지만 하나의 이미지센서칩위에 예를들면 96비트의 수광부를 배치할 경우 18개의 이미지센서칩(13)이 기판(12)위에 부착되게 된다. 이 경우 하나의 이미지센서칩(13)의 길이는 약 12mm가 된다.

이미지센서칩(13)에는 상기 수광부에 상당하는 다수의 포토트랜지스터, 각 포토트랜지스터와 직렬로 접속된 아날로그 스위치, 클락 펄스에 의해 상기 아날로그 스위치를 순차로 선택하여 온구동하기 위한 시프트 레지스터가 일체로 마련되었으며, 상기 각 아날로그 스위치의 출력측은 칩의 출력단자로 인회된다.

각 포토트랜지스터는 판독주기동안의 수광량에 따른 전류를 흐르게 한다. 이 이미지센서칩이 선택되면 예를들어 클락 펄스가 하강하는 동안 상기 아날로그 스위치가 온으로 되고, 그 결과 칩의 출력단자에는 각 포토트랜지스터의 수광량에 상당하는 아날로그 미소전류데이터가 시리얼 방식으로 출력된다. 칩의 단자출력은 기판 위의 부하저항에 접속되고, 이 부하저항의 일단에서 전위차가 기판 위에 탑재된 증폭회로에 의해 증폭된다.

상기와 같이 종래 이런 종류의 이미지센서 및 이에 탑재하는 이미지센서칩은 이미지센서칩에서의 미소출력전류를 기판 위의 부하로 흐르게 하고, 이 부하 단부의 전위를 증폭회로에 따라 증폭하도록 하는 것이다.

따라서 첫째, 이미지센서칩에서 출력되는 상기의 아날로그 데이터신호는 미소신호로서 또한 고임피던스출력이기 때문에 기본적으로 잡음이 들어오기 쉬워 이미지센서로서의 판독성능이 악화된다는 문제가 있다. 특히 상기의 이미지센서칩(13)이 탑재된 기판(12)에는 상기와 같은 데이터시프트용의 수백 kHz의 클락 펄스 신호가 입력되기 때문에 도 12와 같이 이와 같은 클락 펄스신호가 교류성분으로서 상기 아날로그 데이터신호에 편승하여 출력성능이 나빠진다.

상기와 같은 잡음의 영향을 될 수 있는 한 없애기 위해 통상 행해지는 방법은 기판에 아날로그 데이터배선을 접지배선으로 둘러싸거나 클락신호배선을 기판의 뒷면에서 될 수 있는 한 센서칩으로부터 먼 위치에 배치하는 것이다.

그렇게 하기 위해서는 도 11에 나타내는 것과 같이 기판(12)으로서 표리양면에 배선패턴이 마련된 것을 이용해야 하기 때문에 그 작성 및 부품의 탑재작업이 번잡해지고, 기판(12)의 뒷면에 상술한 각종 부품에 의해 요철이 생기게 되어 이미지센서로서의 외관이 나빠짐과 동시에 이 이미지센서를 배치하는 두께방향의 공간이 보다 필요하게 되어 이와 같은 이미지센서를 집어넣는 기기의 소형화를 저해하게 된다.

둘째, 기판 위에는 상기 이미지센서칩과는 별도로 증폭회로를 구성하기 위한 IC, 콘덴서, 저항, 또는 증폭회로의 게인을 조정하기 위한 가변저항기 등 다수개의 전자부품을 탑재할 필요가 있어 이미지센서용 기판의 제조공정이 번잡해지는 문제가 있다. 즉 각종 전자부품 그 자체에 원가가 들뿐아니라 이들 전자부품을 기판위에 탑재하기 위한 설비가 필요하며, 게다가 사용자의 요구에 맞추어 증폭회로의 게인을 조정하기 위해서는 증폭회로의 출력을 계속 계측하고 가변저항기를 따로 따로 조정할 필요가 있다.

본 발명은 이미지센서칩과 그 제조방법 및 이미지센서에 관한 것이다.

도 1은 본원발명에 관한 이미지센서의 일실시예의 분해사시도.

도 2는 도 1에 도시하는 이미지센서의 조립상태의 단면도.

도 3은 본원발명에 관한 이미지센서칩의 일실시예의 확대평면도.

도 4는 본원발명에 관한 이미지센서용 기판의 부분 확대평면도.

도 5는 본원발명에 관한 이미지센서칩의 일실시예의 등가회로도.

도 6은 도 5의 회로구성을 갖는 이미지센서칩의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트.

도 7은 도 5의 회로구성을 갖는 이미지센서칩의 작용을 설명하기 위한 그래프.

도 8은 도 5의 회로구성을 갖는 이미지센서칩의 작용을 설명하기 위한 출력파형도.

도 9는 본원발명에 관한 이미지센서칩의 다른 실시예의 등가회로도.

도10은 본원발명에 관한 이미지센서칩의 또 다른 실시예의 등가회로도.

도11은 종래예에 관한 이미지센서의 단면도.

도12는 종래예의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트.

그래서 본 발명의 목적은 밀착형 이미지센서를 구성할 경우에 사용되는 이미지센서칩으로서 이를 탑재하는 기판의 제작을 현저하게 간략화할 수 있음과 동시에 기판 위의 잡음대책을 필요로 하지 않고 편면(片面)배선기판을 채용할 수 있는 보다 소형화, 박형화된 이미지센서를 제공하는 데에 있다.

본원 발명의 제 1의 측면에 의하면 수광부로서의 소정개수의 광전변환소자와, 각 광전변환소자에 각각 직렬적으로 접속되는 아날로그 스위치와, 클락신호에 따라 상기 아날로그 스위치를 순차적으로 온하는 변환회로가 일체로 마련된 이미지센서칩으로서,

상기 각 광전변환소자와 이에 대응하는 아날로그 스위치로 이루어지는 각 셋트에 직렬적으로 또한 공통적으로 접속되는 출력부하와, 상기 출력부하의 광전변환소자측의 전위를 증폭하는 증폭회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩이 제공된다.

바람직한 실시예에 의하면 상기 이미지센서칩은 전원단자와 접지단자와, 클락신호 입력단자와, 아날로그신호 출력단자와, 각각 일단이 상기 전원단자에 접속되고 소정 간격으로 일렬로 배치된 광전변환소자와, 각 광전변환소자의 출력단에 각각 접속된 아날로그 스위치와, 클락신호에 따라 상기 아날로그 스위치를 순차적으로 온하는 변환회로와, 상기 각 아날로그 스위치의 출력단과 접지단자 사이에 공통적으로 끼워져 장착된 출력부하와, 상기 출력부하의 광전변환소자측의 전위를 증폭하는 증폭회로를 갖추며, 상기 증폭회로의 출력이 아날로그신호 출력단자에 출력되도록 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서는 상기 출력부하는 부하저항이 이용된다.

바람직한 다른 실시예에 있어서는 상기 출력부하는 콘덴서부하가 이용된다.

바람직한 다른 실시예에 있어서는 상기 출력부하는 서로 병렬로 접속된 부하저항 및 콘덴서부하가 이용된다.

바람직한 실시예에 있어서는 상기 증폭회로의 게인조정용 저항이 일체적으로 마련되고, 상기 게인조정용 저항은 직렬로 접속된 다수의 저항과, 상기 다수의 저항 전부 또는 일부의 각각에 마련한 절단가능한 바이패스배선을 갖추어 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서 상기 증폭회로는 연산증폭기로서, 상기 게인조정용 저항은 상기 연산증폭기의 반전입력과 연산증폭기의 출력 사이에 끼워져 장착되는 저항군과, 상기 연산증폭기의 반전입력과 접지 사이에 끼워져 장착되는 저항군으로 이루어지며, 각 저항군은 직렬로 접속된 다수의 저항과, 이들 저항의 전부 또는 일부의 각각에 마련한 절단가능한 바이패스배선을 갖추어 형성된다.

본원 발명에 관한 상기 이미지센서칩은 상기와 같이 수광부로서의 소정개수의 광전변환소자, 각 광전변환소자에 각각 직렬적으로 접속되는 아날로그 스위치, 클락신호에 따라 상기 아날로그 스위치를 순차적으로 온하는 변환회로로 이루어지는 이미지센서칩으로서의 기본적 구성에 덧붙여 각 광전변환소자를 위한 출력부하와, 이 출력부하의 일단전위를 증폭하기 위한 증폭회로가 1칩안에 일체로 마련된 것으로서 바람직한 실시예에 있어서는 상기 증폭회로의 게인을 조정하기 위한 저항이 1칩안에 일체로 마련된다.

이와같은 이미지센서칩에 있어서는 화상판독신호로서 각 광전변환소자에서 출력되는 미소전류신호는 센서칩 밖으로 나오지 않고 상기 출력부하의 광전변환소자측의 전위가 증폭회로에 따라 증폭된 아날로그 전압신호로서 외부로 출력된다. 따라서 종래와 같이 클락신호에 기인하는 잡음에 의해 화상판독성능이 악화된다는 문제는 현저히 감소되거나 해소된다. 그 결과 이 이미지센서칩을 탑재하기 위한 기판에는 증폭회로나 그에 관련되는 부품을 탑재할 필요가 없어짐과 동시에 잡음대책을 위한 특별한 배선패턴을 채용할 필요도 없어지고 기판의 한쪽 면에 상기 이미지센서칩외에 이미지센서를 구성하기 위한 광원을 배치할 수도 있게 된다.

그렇게 하면 상기와 같이 이미지센서칩과 광원용의 발광소자를 한쪽 면에 탑재한 기판을 케이스의 바닥면쪽에 부착하고 케이스의 윗면쪽에 커버유리를 부착하여 상기 발광소자에 의해 조명되는 커버유리위에 있는 원고에서의 반사광을 상기 각 이미지센서칩의 광원변환소자에 집속시키도록 하여 이미지센서를 구성할 경우 이 이미지센서의 뒤쪽에 있는 상기 기판의 뒷면에는 전자부품에 의한 요철이 형성되는 경우가 없어져 외관이 깔끔하게 정돈된다. 이에 따라 이미지센서 그 자체의 두께를 보다 단축할 수 있음과 동시에 이 이미지센서를 집어넣야 하는 기기에 있어서 이미지센서 점유스페이스도 경감되며 이들을 종합하여 이와같은 이미지센서가 들어가는 기기의 소형화에 크게 기여할 수 있다.

증폭회로의 출력부하로서 저항부하를 이용할 경우에는 그 저항치를 선택함으로써 원하는 아날로그 출력파형을 얻을 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 즉 아날로그 출력파형이라고 해도 출력레벨을 정확하게 검출하기 위해서는 직사각형 파에 가까운 출력파형 즉 정상부가 수평 또는 수평이 되는 출력파형이 바람직하지만 저항부하의 저항치를 적절히 선택하는 것에 의해 이와같은 바람직한 출력파형을 얻을 수 있다.

증폭회로의 출력부하로서 콘덴서부하를 이용할 경우에는 이 콘덴서용량을 적절히 설정함으로써 수광량에 따라 각 광전변환소자에 축적된 전하는 각 광전변환소자가 판독선택될 때 한 번에 이 콘덴서부하로 유입하는 것과 같이 작용하기 때문에 암레벨의 판독이 보다 잘 행해지게 된다. 즉 출력신호가 나오는 단계에 있어서 광전변환소자에 잔류하는 전하량을 저감할 수 있고, 광전변환소자가 빛을 받지 않는 암레벨의 판독주기에 있어서 그보다 이전의 명레벨의 판독주기에 있어서 광전변환소자에 잔류한 전하에 의해 마치 약한 빛을 받는 것과 같은 출력이 발생하는 것을 줄일 수 있다. 이는 백지에 가는 횡괘선이 그려진 원고를 판독하는 경우 이와같은 횡괘선을 정확하게 판독할 수 있다는 것을 의미한다.

그리고 증폭회로의 출력부하로서 서로 병렬접속된 저항부하 및 콘덴서부하를 이용할 경우에는 상기한 저항부하를 이용할 경우의 이점과 콘덴서부하를 이용할 경우의 이점 모두를 얻을 수 있다.

또 바람직한 실시예에 관한 이미지센서칩에 있어서는 상술한 것과 같이 여기에 일체로 마련되는 증폭회로를 위한 게인조정 저항으로서 특히 직렬로 접속된 다수의 저항과, 상기 다수의 저항 전부 또는 일부의 각각에 마련한 절단가능한 바이패스배선을 갖춘 구성이다. 이 저항의 구성은 증폭회로로서 연산증폭기를 채용할 경우 그 반전입력과 접지 사이에 끼워져 장착되는 저항과, 반전입력과 연산증폭기의 출력단 사이에 끼워져 장착되는 저항의 한쪽 또는 쌍방에 채용할 수 있다. 예를들면 20kΩ,40kΩ,80kΩ,160kΩ의 4개의 저항을 직렬로 접속하고, 그 각각에 바이패스배선을 마련하여 저항군을 구성할 경우 상기 4개의 저항중 어떤 저항에 대한 바이패스 배선을 절단할 지를 선택함으로써 저항군 전체로서 0Ω부터 20kΩ씩 300kΩ까지의 저항치를 선택할 수 있다. 상기 바이패스배선의 절단은 뒤에 설명하는 것과 같이 웨이퍼 단계에 있어서 레이저컷의 방법에 의해 극히 간편하게 행할 수 있다.

이와같은 실시예에 관한 이미지센서칩에 의하면 내장되는 증폭회로의 게인까지도 미리 조정된 것으로 할 수 있기 때문에 종래와 같이 기판위에 가변저항기를 설치하여 기판마다 소정의 조건으로 아날로그출력을 감시하고, 상기 가변저항기를 조정하여 증폭회로의 게인을 조정해야 하는 번거로움을 없애므로 이미지센서용 기판의 제작을 보다 간단히 할 수 있게 된다.

본원 발명의 제 2의 측면에 의하면 상기 제 1의 측면에 관한 이미지센서칩의 제조방법이 제공된다. 이 제조방법은 상기 제 1의 측면에 의해 제공되는 이미지세서칩을 단위로 하여 이 단위가 다수개 일체로 형성된 웨이퍼를 제작하고, 이 웨이퍼의 상태에 있어서 각 칩단위에 대해 상기 게인조정용 저항을 구성하는 다수의 저항중, 선택된 저항에 대해 그 바이패스배선을 레이져컷함에 따라 상기 증폭회로의 게인의 조정을 행하고 상기 웨이퍼를 다이싱하여 각 이미지센서칩으로 분할하는 것을 특징으로 하는 것이다.

웨이퍼에 대한 마스크가공물에 의해 상기 제 1의 측면에 대해 설명한 회로적 특징을 갖는 이미지센서칩이 수백개 일괄되어 마련된다. 마스크가공물 조건의 미묘한 오차에 의해 웨이퍼마다 특성이 달라지는 경우가 있다. 웨이퍼상태에 있어서 각 칩영역에 대해 소정의 조명조건에서의 아날로그출력을 체크한다. 한편 사용자 요구에 따라 아날로그출력 전압조건이 설정된다. 체크된 아날로그출력에서 상기 출력전압조건을 얻기 위한 증폭회로의 게인이 결정된다. 이렇게 게인이 결정되면 게인조정용 저항의 조정치도 결정되기 때문에 이와같은 조정치를 갖도록 상기한 저항군을 구성하는 다수의 저항중 어떤 저항을 활용할지를 선택하고, 그 저항에 대응하는 바이패스배선을 절단한다. 이와같은 바이패스배선의 절단은 예를들면 엑시머레이져의 빔을 키거나 끄면서 웨이퍼위를 조사시킴으로써 간편하고 신속하게 행할 수 있다. 이와같이 하여 증폭회로나 그 게인까지도 적정하게 조정된 상술의 이미지센서칩이 완성된다.

그리고 이와같은 이미지센서칩을 다수개 탑재하여 이미지센서를 구성할 경우 각 이미지센서칩마다 증폭회로의 게인이 조정되어 출력레벨이 평준화되기 때문에 칩마다 출력레벨의 차이에 기인하는 주요 주사방향의 출력 불균형에 의해 판독성능이 악화되는 것을 피할 수 있다.

본원 발명의 그 외의 특징 및 이점은 도면을 참조하여 다음에 행하는 상세한 설명에서 보다 명백해 질 것이다.

다음 본원 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

우선 본원발명에 관한 이미지센서(20)의 전체 구성에 대해 주로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시하는 것과 같이 이 이미지센서(20)는 조명광원으로서의 다수개의 LED(21)와, 화상판독소자로서의 다수개의 이미지센서칩(22)을 탑재하는 기판(23)을 케이스(24)의 바닥부에 배치함과 동시에 케이스(24)의 윗면에는 투명유리커버(25)를 부착하고, 케이스(24)의 내부에는 상기 광원으로서의 LED(21)에서의 빛을 효율적으로 상기 유리커버(25)위의 원고면(D)에 조사하기 위한 도광판(26)과, 원고면(D)에서의 반사광을 정립등배하게 상기 이미지센서칩(22)에 집속시키기 위한 로드렌즈어레이(27)를 마련하여 구성된다. 예를들면 A4 폭의 원고를 8화소/mm의 주요 주사밀도로 판독하도록 구성할 경우 1728개의 수광소자를 등간격의 일렬로 배열할 필요가 있다. 이와같은 수광소자는 다수개의 수광소자(28)를 마련한 이미지센서칩(22)을 다수개 병렬하여 실현된다. 예를들면 96개의 수광소자를 마련한 이미지센서칩(22)을 이용할 경우 모든 수광소자의 핏치가 일정해지도록 18개의 이미지센서칩(22)을 긴쪽 방향으로 밀접시켜 기판(23) 위에 탑재하게 된다.

도 3에 상기 이미지센서칩(22)의 평면상태를 모식적으로 도시한다. 이 이미지센서칩(22)은 실리콘 웨이퍼위에 마스크가공물을 실시함에 따라 소정의 소자나 단자를 일체로 마련한 후 타이밍에 의해 단위칩으로 분할한 것으로서 그 윗면 한쪽 테두리를 따라 상기 수광소자(28)가 8개/mm의 핏치로 등간격으로 배치됨과 동시에 윗면 다른쪽 테두리를 따라 시리얼· 인(SI), 클락(CLK), 로직전원(VDD), 접지(GND), 아날로그· 아웃(AO), 시리얼· 아웃(SO) 등의 단자패드가 배열된다. 이들 단자패드는 뒤에 설명하는 상기 이미지센서칩(22)이 탑재되는 기판(23) 위의 소정의 배선패턴에 대해 와이어본딩으로 결선된다.

도 5에 상기 이미지센서칩(22)의 등가회로구성을 나타낸다. 수광소자로서의 다수개(예를들면 96개)의 광전변환소자, 보다 구체적으로는 포토트랜지스터(28)가 그 에미터 등을 로직전원(VDD)에 공통접속하도록 하여 배치된다. 각 포토트랜지스터(28)의 콜렉터에는 아날로그 스위치(29)가 각각 직렬로 접속된다. 이들 아날로그 스위치(29)는 이 이미지센서칩(22)이 선택된 상태에서 클락신호에 의해 작동하는 변환회로(30)에 의해 순차적으로 온된다. 이와같은 변환회로로서는 시프트 레지스터가 적절히 채용된다. 따라서 이 시프트 레지스터(30)에는 시리얼· 인(SI)신호 및 클락(CLK)신호가 입력된다.

각 아날로그 스위치(29)의 출력단과 접지(GND)단자 사이에는 소정의 저항치를 갖는 저항부하(31)가 직렬적 또는 공통적으로 접속된다. 그리고 이 저항부하(31)에 병렬로 콘덴서부하(40)가 끼워져 장착된다. 이 실시예에 있어서는 이들 저항부하(31)와 콘덴서부하(40)가 협동하여 포토트랜지스터(28)를 위한 출력부하를 구성한다. 즉 이들 저항부하(31) 및 콘덴서부하(40)의 광전변환소자측의 단부는 증폭회로로서의 연산증폭기(32)의 비반전 입력에 접속된다. 이 연산증폭기(32)의 반전입력에는 접지와의 사이에 끼워져 장착된 저항군(Ra)과, 연산증폭기(32)의 출력단 사이에 끼워져 장착된 저항군(Rb)으로 이루어지는 게인조정용 저항(R)이 접속된다. 주지한 것과 같이 연산증폭기(32)의 게인(G)은 G=1+(Rb/Ra)의 관계에 의해 결정된다.

상기 게인조정용 저항(R)은 보다 구체적으로는 다음과 같이 구성된다. 즉 상기 저항군(Ra)은 20kΩ의 기준저항(Ra₀)에 2kΩ,4kΩ,8kΩ 및 16kΩ의 4개의 조정용 저항(Ra_1,Ra_2,Ra_3,Ra₄)이 직렬로 접속되고, 각 조정용 저항에는 바이패스배선(50)이 각각 병렬로 마련된 구성이다. 또 상기 저항군(Rb)은 200kΩ의 기준저항(Rb₀)에 20kΩ,40kΩ,80kΩ 및 160kΩ의 4개의 조정용 저항(Rb_1,Rb_2,Rb_3,Rb₄)이 직렬로 접속되고, 각 조정용 저항에는 바이패스배선(50)이 각각 병렬로 마련된다. 상기 바이패스배선(50)은 실리콘 웨이퍼 위에 형성된 미세한 알루미늄배선이다. 상기 저항군(Ra)에 대해 말하면 모든 바이패스배선(50)이 연결된 상태에 있어서, 상기 기준저항(Ra₀)만이 활용되고 있으며 따라서 이 저항군(Ra)의 전 저항은 20kΩ이다. 마찬가지로 상기 저항군(Rb)에 대해 말하면 모든 바이패스배선(50)이 연결되어있는 상태에 있어서, 전 저항은 200kΩ이다. 따라서 이 상태에서의 연산증폭기(32)의 게인(G)은 G=1+(200/20) = 11이 된다.

상기의 게인(G)을 높이기 위해서는 상기 저항군(Rb)의 전 저항을 높인다. 상기 게인(G)을 낮추기 위해서는 상기 저항군(Ra)의 전 저항을 높게한다. 각 저항군(Ra)(Rb)의 전 저항을 높이기 위해서는 그것 들을 구성하는 직렬접속의 조정저항(Ra_1,Ra_2,Ra_3,Ra_4,Rb_1,Rb_2,Rb_3,Rb₄)중 어느 것을 활용할 지를 선택하고, 그 선택된 저항의 바이패스배선(50)을 절단한다. 도면에 도시하는 실시예에 있어서는 예를들어 저항군(Ra)에 대해서는 그 조정저항(Ra_1,Ra_2,Ra_3,Ra₄)이 2kΩ,2²kΩ,2³kΩ,2⁴kΩ의 4개의 저항으로 이루어지기 때문에 조정저항 중 어떤 저항을 선택하는 가에 따라 20kΩ부터 2kΩ씩 50kΩ까지의 저항치를 선택할 수 있다. 마찬가지로 저항군(Rb)에 대해서는 20kΩ부터 20kΩ씩 500kΩ까지의 저항치를 선택할 수 있다. 게인의 조정은 다이싱에 의한 칩 분할전의 웨이퍼의 상태에 있어서 소정의 조명조건을 기초로 각 칩영역에 대해 아날로그출력을 체크하고, 이 단계에서의 아날로그출력에 대해 사용자 등에 의해 요구되는 아날로그 출력레벨을 얻기 위해 필요한 증폭기(32)의 게인을 연산하며, 이렇게 연산된 게인이 되도록 상기 저항군(Ra) 및 저항군(Rb)의 전 저항을 설정하기 위해 선택한 조정저항의 바이패스배선(50)을 레이져 컷으로 절단함으로써 행해진다. 이와 같은 레이저 컷은 예를들면 엑시머레이저의 빔을 켜거나 끄면서 웨이퍼 위를 주사시키는 것으로 간편하게 행할 수 있다.

한편 상기 저항부하(31) 및 콘덴서부하(40)로 이루어지는 출력부하와 병렬로 아날로그 스위치(35)가 끼워져 장착되며, 이 아날로그 스위치(35)는 칩 선택회로(36)에서의 신호에 의해 온· 오프된다. 또 상기 연산증폭기(32)의 출력단과 아날로그· 아웃(AO)단자 사이에는 아날로그 스위치(37)가 끼워져 장착되며 이 아날로그 스위치(37)는 상기 칩 선택회로(36)에서의 신호에 의해 온· 오프된다. 상기 시프트 레지스터(30)의 일단은 시리얼· 아웃(SO)단자 및 상기 칩 선택회로(36)에 접속되고, 상기 칩 선택회로(36)에는 시리얼· 인(SI)신호 및 클락(CLK)신호가 입력된다.

상기 칩 선택회로(36)는 상기 시리얼· 인(SI)에서의 펄스신호가 입력되거나서 시프트 레지스터(30)의 출구에서 펄스신호가 출력하는 동안 상기 아날로그 스위치(37)를 온하며, 클락펄스가 상승하는 동안 상기 아날로그스위치(35)를 온한다.

상기와 같이 형성된 이미지센서칩(22)은 다음과 같은 방식으로 기판(23) 위에 본딩된다. 즉 도 4와 같이 각 이미지센서칩(22)의 로직전원(VDD) 단자는 기판(23)위의 로직전원 배선패턴(38_VDD)에, 접지(GND)단자는 기판위의 접지 배선패턴(38_GND)에, 클락신호(CLK)단자는 기판 위의 클락신호 배선패턴(38_CLK)에, 아날로그· 아웃(AO) 단자는 기판 위의 아날로그· 아웃배선패턴(38_AO)에 각각 와이어본딩으로 공통접속됨과 동시에 인접하는 이미지센서칩의 시리얼· 인(SI)단자와 시리얼· 아웃(SO단자사이는 기판 위의 배선패턴(38_S)을 통해 캐스케이드접속된다.

상기 기판(23)에는 또한 조명광원으로서 다수개의 LED칩(21)을 배치하기 위한 배선패턴(38_LED)도 형성되어있고, 이들 배선패턴을 이용하여 상기 다수개의 LED칩(21)이 소정간격을 두고 배치된다.

상기 기판(23)은 예를들면 알루미늄 세라믹제의 기판재료 위에 상기의 각종 배선패턴을 형성하는 것에 의해 얻어진다. 배선패턴의 형성은 예를들면 금 페이스트를 이용한 스크린인쇄법에 의해 적절히 형성할 수 있다. 각 배선패턴은 기판(23)의 일정부위에 모아지고, 예를들면 적당한 커넥터를 장착해 두어 외부접속에 갖춰지게 된다.

다음은 상기 이미지센서칩(22)의 동작을 중심으로 하여 이미지센서(20)의 동작을 설명한다.

유리커버(25)에 설정된 판독라인(L)위에 있는 원고(D)의 명암화상이 1728개의 수광소자(28)에 집속되게 된다. 즉 판독라인(L) 위의 명암화상에 대응하는 강도의 빛이 일렬로 나열되는 상기 1728개의 수광소자의 각각에 조사된다.

도 6의 타이밍챠트에 도시하는 것과 같이 이 칩에 시리얼· 인(SI)단자에서의 펄스신호가 입력된 시점에서 상기 칩 선택회로(36)는 아날로그· 아웃(AO)단자에서 아날로그 스위치(37)를 온하고, 이 상태는 시프트 레지스터(30)에서 펄스신호가 출력(SO)될 때까지 계속한다. 즉 상기 아날로그 스위치(37)가 온되고 있는 동안 아날로그· 아웃(AO) 단자에서 화상판독데이터가 시리얼하게 출력된다.

시프트 레지스터(30)의 일단에 입력된 펄스신호는 클락펄스에 의해 순차로시프트되고, 이에 따라 각 포토트랜지스터(28)에 직렬 접속되는 아날로그 스위치(29)가 순차적으로 온 된다. 이리하여 판독신호를 꺼내야하는 포토트랜지스터(28)가 순차적으로 선택된다. 한편 상기 칩 선택회로(36)는 또한 클락 펄스가 각각 상승하는 동안 상기 아날로그 스위치(35)를 온하고, 클락 펄스가 하강하는 동안 상기 아날로그 스위치(35)를 오프하기 때문에 도 6의 타이밍챠트에 도시하는 것과 같이 클락 펄스가 각각 하강하는 동안 상기와 같이 순차적으로 선택되는 포토트랜지스터(28)에 의해 소정의 판독주기동안에 이 포토트랜지스터가 받은 빛의 강도에 따른 전하가 상기 저항부하(31) 및 콘덴서부하(40)로 이루어지는 출력부하를 흐르게 한다. 이 때 미소전류신호는 상기 출력부하(31)(40)의 포토트랜지스터측의 전위로서 검출되며 이는 상기 연산증폭기(32)에 의해 전압파형으로 변환됨과 동시에 소정의 게인에 의해 증폭되고, 이와같은 전압파형으로 이루어지는 아날로그 데이터가 상기 아날로그· 아웃(AO)단자에서 출력된다. 시프트 레지스터(30)의 출구에서 출력된 펄스신호는 시리얼· 아웃(SO) 단자에서 기판위의 패턴을 통해 인접하는 칩으로 보내지고, 인접하는 칩에서는 상술한 것과 마찬가지로 각 포토트랜지스터에 의해 검출된 신호가 시리얼 데이터로서 읽혀지게 된다.

도 6에는 또한 상기 실시예에 관한 이미지센서칩(22)에 대해 조명 빛의 강도를 변경한 경우의 출력파형이 도시된다. 이 도면에서 알 수 있는 것과 같이 빛을 조사하지 않는 암레벨에 있어서 도 11 및 도 12에 도시한 종래예와 같이 클락 펄스가 교류성분으로서 출력파형을 타는 경우는 없다. 이는 상기의 이미지센서칩(22)에 있어서는 출력부하(31)(40) 및 증폭회로(32)가 이미지센서칩(22) 내에 일체로 들어가 있기 때문에 종래예와 같이 잡음이 들어오기 쉬워 고임피던스출력이 기판으로 인출되는 경우가 없기 때문이다. 따라서 출력파형은 각 포토트랜지스터가 받는 빛의 강도에 대응하는 알맞는 것으로 그 결과 이 이미지센서칩에 의한 화상판독성능은 비약적으로 높아진다.

그러나 상기 실시예에 있어서는 수광소자로서의 포토트랜지스터(28)의 부하로서 저항부하(31)와 콘덴서부하(40)를 협동시킨 구성을 채용하고 있다. 상술한 것과 같이 포토트랜지스터(28)는 판독주기 동안 받은 빛의 양에 따른 전류를 상기 아날로그 스위치(35)가 오프된 기간에 출력하지만, 이 때 출력부하중 콘덴서로서의 특징으로부터 포토트랜지스터(28)에 체류하고 있던 전하가 한 번에 이 콘덴서에 유입하여 상기 아날로그 스위치(35)의 오프기간이 종료된 시점에서 특히 포토트랜지스터(28)의 베이스에 잔류하는 전하량을 저감할 수 있다.

도 7은 원고(D)에 「백」부분과 「흑」부분을 마련하고, 「백」부분에 이어 「흑」부분을 판독한 경우의 아날로그출력에 대해 포토트랜지스터(28)의 출력부하로서 여러 가지를 설정한 경우에 대해 실험한 결과를 정리한 것이다. 즉 도 7(a)은 상기 출력부하로서 47kΩ의 저항을 마련한 경우 도 7(b)은 상기 출력부하로서 100kΩ의 저항을 마련한 경우, 도 7(c)은 상기 출력부하로서 용량 33pF의 콘덴서를 마련한 경우, 도 7(d)은 상기 출력부하로서 용량 100pF의 콘덴서를 마련한 경우, 도 7(e)은 상기 출력부하로서 200pF의 콘덴서를 마련한 경우에 대해 각각 「백」판독시의 출력과 「흑」판독시의 출력을 양적으로 나타내고 있다. 또 이 경우의 전원전압은 5V, 조명광원의 빛의 양은 0.796μW, 판독주기는 5ms, 연산증폭기의 게인은10배이다. 이 도면에서 알 수 있는 것과 같이 이상적으로는 출력레벨이 0인 「흑」판독시에도 어느 정도의 레벨의 출력이 일어난다. 이는 「백」판독시에 포토트랜지스터에서 특히 베이스에 잔류한 전하가 「흑」판독시에 출력된 결과이다. 즉 「흑」판독시의 아날로그출력은 그 직전의 「백」판독시의 잔류전하량에 상당한다.

도 7에서 알 수 있는 것과 같이 출력부하로서 저항을 마련한 경우에는 상기 잔류전하량의 「백」판독시의 출력에 대한 비율을 26%를 넘지만 출력부하로서 콘덴서를 마련한 경우에는 상기 비율은 보다 낮고, 용량의 설정에 따라서는 16%가까이 까지 내릴 수 있다. 이와 같은 잔류전하량의 비율이 낮아지는 만큼 가는 횡괘선의 판독이 알맞게 행해짐에 따라 실시예에 관한 이미지센서칩에 의하면 횡괘선의 판독이라는 관점에서 보아도 그 성능이 향상된다.

또 출력부하 중에 저항부하(31)를 상기와 같이 포함시킴에 따라 이 저항부하의 저항치를 선택함으로써 도 8에 도시하는 것과 같이 아날로그· 아웃(AO)단자에서 출력되는 명(明)출력파형을 변경할 수 있다. 즉 저항부하가 상대적으로 큰 경우에는 도8(a)에 도시하는 것과 같이 출력파형은 오른쪽으로 올라가는 톱니모양을 나타내고, 저항부하를 작게해감에 따라 파형 정상부의 종단부가 내려가는 경향이 된다. 화상판독데이터의 최적 처리에 있어서는 도 8(b)에 도시하는 것과 같이 이와같은 명출력파형이 가능한 한 직사각형 파에 가깝고, 정상부에 수평부 또는 대략 수평부가 형성되는 파형인 것이 바람직하지만 이러한 파형은 상기 저항부하의 저항치를 적절히 선택함으로써 얻을 수 있다.

그래서 상기와 같이 본원 발명에 있어서 이미지센서칩에서의 출력은 잡음이들어오지 않는 상태에서 이미 원하는 게인으로 증폭된 전압파형이기 때문에 기판에 있어서 잡음대책이 필요없고 또한 증폭회로나 게인조정용의 가변저항 등의 전자부품을 기판위에 탑재할 필요도 없다. 따라서 기판은 배선패턴을 편면에 형성한 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 기판의 제작은 알루미늄 세라믹재료 기판 위에 스크린 인쇄에 의해 배선패턴을 형성하는 간단한 공정으로 행할 수 있고 또한 배선패턴의 형성이 편면이면 되므로 그 제작은 더욱 쉬워진다. 또한 각 이미지센서칩은 칩마다 그 출력레벨이 조정되므로 주요 주사방향의 각 장소에 있어서 칩마다 판독레벨의 불균일에 의한 판독성능이 악화되는 것을 피할 수 있다.

이와같기 때문에 도 1 또는 도 2에 도시한 것과 같이 본원 발명에 관한 이미지센서칩(22) 또는 상기와 같이 편면에 상기 이미지센서칩 및 광원으로서의 LED칩을 탑재한 기판(23)을 채용하여 구성한 이미지센서(20)는 그 뒷면에 바깥으로 부착한 부품에 의한 요철이 없는 외관 및 취급에 뛰어난 것이 되며 또한 두께치수가 단축되게 된다.

물론 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 각 광전변환소자에 직렬로 접속되는 아날로그 스위치는 각 광전변환소자에 대해 전원측단에 접속할 수도 있다. 또 콘덴서부하(40) 및 저항부하(31)는 실시예와 같이 광전변환소자에 대해 접지 쪽에 공통접속하는 외에 전원측에 공통접속하고, 그 단부 사이의 전위차를 증폭회로에 의해 증폭하도록 해도 좋다.

상기의 실시예에서는 포토트랜지스터의 출력부하로서 저항부하(31)와 콘덴서부하(40)를 병렬접속하여 구성했지만 도 9에 도시하는 것과 같이 저항부하(1)로만또는 도 10에 도시하는 것과 같이 콘덴서부하(40)만으로 구성할 수도 있다.

본원 발명의 이미지센서칩은 팩시밀리나 이미지스캐너 등의 화상판독부에 있어서 이미지센서를 구성하는 소자로서 적절히 이용할 수 있다.

Claims (9)

1. 소정개수의 광전변환소자와, 각 광전변환소자에 각각 직렬적으로 접속되는 아날로그 스위치와, 클락신호에 의해 상기 아날로그 스위치를 순차적으로 온하는 변환회로와, 상기 각 광전변환소자 및 이에 대응하는 아날로그 스위치로 이루어지는 각 셋트에 직렬적으로 또한 공통적으로 접속되는 출력부하와, 상기 출력부하의 광전변환소자측의 전위를 증폭하는 증폭회로를 일체적으로 포함하는 이미지센서칩으로서,

   상기 출력부하는 부하저항 및 콘덴서부하로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.
2. 제1항에 있어서,

   전원단자와, 접지단자와, 클락신호 입력단자와, 아날로그신호 출력단자를 일체적으로 포함하고, 상기 광전변환소자는 소정 간격으로 일렬로 배치됨과 동시에 그 일단은 상기 전원단자에 접속되고, 상기 아날로그 스위치는 상기 광전변환소자의 출력단에 각각 접속되고, 상기 출력부하는 상기 각 아날로그 스위치의 출력단과 접지단자 사이에 공통적으로 끼워져 장착되며, 상기 증폭회로의 출력은 아날로그 신호 출력단자에 출력되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 증폭회로의 게인조정용 저항이 일체적으로 마련되고 상기 게인조정용 저항은 직렬로 접속된 다수의 저항과, 상기 다수의 저항 중 최소한 하나에 마련한 절단가능한 바이패스배선을 갖춘 구성인 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.
4. 소정개수의 광전변환소자와, 각 광전변환소자에 각각 직렬적으로 접속되는 아날로그 스위치와, 클락신호에 의해 상기 아날로그 스위치를 순차적으로 온하는 변환회로와, 상기 각 광전변환소자 및 이에 대응하는 아날로그 스위치로 이루어지는 각 셋트에 직렬적으로 또한 공통적으로 접속되는 출력부하와, 상기 출력부하의 광전변환소자측의 전위를 증폭하는 증폭회로와, 상기 증폭회로의 게인조정용 저항을 일체적으로 포함하는 이미지센서칩으로서,

   상기 증폭회로는 연산증폭기로서, 상기 게인조정용 저항은 상기 연산증폭기의 반전입력과 같은 연산증폭기의 출력 사이에 끼워져 장착되는 저항군과, 상기 연산증폭기의 반전입력과 접지 사이에 끼워져 장착되는 저항군으로 이루어지며, 각 저항군은 직렬로 접속된 다수의 저항과, 이들 저항중 최소한 하나에 배치한 절단가능한 바이패스 배선을 갖추어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.
5. 이미지센서칩의 제조방법으로서,

   각 이미지센서칩은 증폭회로와, 이 증폭회로의 게인조정용 저항을 포함하고 있으며, 이 게인조정용 저항은 직렬로 접속된 다수의 저항과 이 다수의 저항 중 최소한 하나에 배치된 절단가능한 바이패스 배선을 구비하는 구성에 있어서,

   다수의 상기 이미지센서칩을 일체로 형성한 웨이퍼를 제작하고,

   상기 각 칩에 대해 상기 다수의 저항 중 선택된 저항에 대해 그 바이패스배선을 레이저 컷 함으로써 상기 증폭회로의 게인의 조정을 행하며,

   상기 웨이퍼를 다이싱하여 상기 다수의 이미지센서칩을 개별로 분할하는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩의 제조방법.
6. 제 1항 또는 제 4항에 기재한 이미지센서칩 다수와, 최소한 하나 이상의 발광소자가 한면에 탑재되어있는 것을 특징으로 하는 이미지센서용 기판.
7. 케이스의 바닥면측에 청구항 6에 기재한 이미지센서용 기판을 부착함과 동시에 케이스의 윗면쪽에 커버유리를 부착하고, 상기 발광소자에 의해 조명되는 커버유리위의 원고에서의 반사광을 상기 각 이미지센서칩의 광전변환소자에 집속시키도록 한 것을 특징으로 하는 이미지센서.
8. 제 3항에 있어서,

   상기 증폭회로는 연산증폭기로서, 상기 게인조정용 저항은 상기 연산증폭기의 반전입력과 같은 연산증폭기의 출력 사이에 끼워져 장착되는 저항군과, 상기 연산증폭기의 반전입력과 접지 사이에 끼워져 장착되는 저항군으로 이루어지며, 각 저항군은 직렬로 접속된 다수의 저항과, 이들 저항중 최소한 하나에 배치한 절단가능한 바이패스배선을 갖추어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.
9. 제4항에 있어서,

   상기 출력부하는 서로 병렬로 접속된 부하저항 및 콘덴서부하인 것을 특징으로 하는 이미지센서칩.