專利名稱：成像設(shè)備和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理從光檢測器輸出的亮度信號以便輸出圖像信息的成像設(shè)備，以及使用在所述成像設(shè)備中的輸出裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于通過減小因末級輸出電路中的熱量而造成的不良影響來抑制性能退化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，諸如家用攝像機和數(shù)字式靜物照相機之類的成像裝置已經(jīng)日益地普及。
這些成像裝置典型地采用固態(tài)圖像傳感器(solid-state image sensor)，利用一個以上的垂直CCD和至少一個水平CCD連續(xù)地從排列在二維平面中的光檢測器中輸出信號。
在來自松下電子工業(yè)公司的電子設(shè)備科學研究實驗室的Sone及六名其它人員所著的″New Method of Driving CPD Solid-State Image Sensor(驅(qū)動CPD固態(tài)圖像傳感器的新方法)″(日本技術(shù)報告的電視技術(shù)人員協(xié)會，1982年3月16日)中詳細描述了這類固態(tài)圖像傳感器。
此外，在日本專利2982353號(下文中稱為專利文件1)中公開了與用于固態(tài)圖像傳感器的散熱有關(guān)的傳統(tǒng)技術(shù)。
專利文件1教導了這樣的內(nèi)容輸出單元的末級輸出電路中的恒流源單元是源極跟隨電路并且位于固態(tài)圖像傳感器以外，借此將固態(tài)圖像傳感器的發(fā)熱量降低了一半。然而，外部恒流源單元仍然發(fā)熱，并且總熱量值沒變。專利文件1的技術(shù)僅僅使熱源多樣化并且沒有指出任何其它的目的和效果。
總體上講，光檢測器是位于固態(tài)圖像傳感器的中心部分的，并且不為每個光檢測器所需的電路是設(shè)置在光檢測器周圍的外圍區(qū)域上的。
因此，將具有高熱值的輸出單元置于部分外圍區(qū)域上。當固態(tài)圖像傳感器的晶片(wafer)的厚度比某個程度薄時，在輸出單元上產(chǎn)生的熱量不傳遍整個固態(tài)圖像傳感器。而是，溫度僅僅在輸出單元附近的部分光檢測器上升高。
一般趨勢就是光檢測器中的暗電流(dark current)量隨溫度增加變得較高。
由此，輸出單元附近的部分光檢測器上的升溫增加了這些光檢測器中的暗電流。這在成像質(zhì)量方面具有不利影響并且使所得到的圖像部分呈白色。
當固態(tài)圖像傳感器的晶片約500m薄時能夠觀察到這種現(xiàn)象，而當所述晶片比約400m還要薄時這種現(xiàn)象會變得尤為明顯。
為了避免上述問題而采取的其中一個普通解決手段就是，提供位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外的輸出單元。
然而，這個解決手段有這樣的問題當輸出單元位于固態(tài)圖像傳感器之外時，輸出響應(yīng)性因?qū)Ь€中的浮動電容的增加而降低，并且信噪比由于噪聲量的增加而退化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明意在提供一種成像設(shè)備和裝置，當將晶片制薄時所述成像設(shè)備和裝置能夠抑制因除位于固態(tài)圖像傳感器以外的輸出單元中的浮動電容的增加之外輸出單元附近的僅僅部分光檢測器上的升溫而造成的性能和質(zhì)量的退化。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備具有一個或多個串聯(lián)輸出電路和緩沖電路，并且處理來自光檢測器的亮度信號以輸出圖像信息，所述緩沖電路對從一個或多個輸出電路的末級輸出電路中輸出的信號執(zhí)行阻抗變換，所述末級輸出電路是具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子和基準電壓端子之間的電流源的源極跟隨電路，其中所述電流源和緩沖電路都位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，并且電流源的主要部分和緩沖電路主要部分都在單個封裝件中。
為了實現(xiàn)上述目的，一種用在根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備中的裝置，具有一個或多個串聯(lián)輸出電路和緩沖電路并且處理來自光檢測器的亮度信號以輸出圖像信息，所述緩沖電路對從一個或多個輸出電路的末級輸出電路中輸出的信號執(zhí)行阻抗變換，所述末級輸出電路是具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子和基準電壓端子之間的電流源的源極跟隨電路，其中所述電流源和緩沖電路都位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，并且所述裝置是由單個封裝件構(gòu)成的，所述單個封裝件包括電流源的主要部分和緩沖電路的主要部分。
利用上述結(jié)構(gòu)，電流源被提供給具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外。因此，就可以抑制因僅僅在部分光檢測器上的升溫而造成的圖像信息中的質(zhì)量退化。此外，因為電流源和緩沖電路的主要部分都處于單個封裝件中，因而可以縮短導線的長度，并由此改善輸出響應(yīng)性和信噪比。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的電流源的主要部分是由第一有源元件構(gòu)成的，并且緩沖電路的主要部分是由第二有源元件構(gòu)成的。
此外，上述裝置還可以是這樣的電流源的主要部分是由第一有源元件構(gòu)成的，并且緩沖電路的主要部分是由第二有源元件構(gòu)成的。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為在單個封裝件中形成一個以上的有源元件，所以就可以縮短有源元件之間的導線長度。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的在位于固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
此外，上述裝置還可以是這樣的在位于固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為在單個半導體基板上形成一個以上的有源元件，所以就可以縮短有源元件之間的導線長度。此外，還可以通過在單個制造步驟中制造有源元件來提高生產(chǎn)率。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的固態(tài)圖像傳感器是包含在封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于半導體基板。
此外，上述裝置還可以是這樣的固態(tài)圖像傳感器是包含在封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于半導體基板。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為半導體基板和固態(tài)圖像傳感器都包含在單個封裝件中并且在同一個封裝件中彼此連接，所以就可以縮短半導體基板和固態(tài)圖像傳感器之間的導線長度。此外，浮動電容利用上述結(jié)構(gòu)而得以減少，因此就可以改善輸出響應(yīng)性和信噪比。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的在位于固態(tài)圖像傳感器之外的兩個不同的半導體基板上形成第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的并且在封裝件內(nèi)彼此連接。
此外，上述裝置還可以是這樣的在位于固態(tài)圖像傳感器之外的兩個不同的半導體基板上形成第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的并且在封裝件內(nèi)彼此連接。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為在兩個半導體基板上形成一個以上的有源元件并且兩個半導體基板在封裝件內(nèi)彼此連接，所以就可以縮短有源元件之間的導線長度。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的固態(tài)圖像傳感器是包含在封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于至少其中一個半導體基板。
此外，上述裝置還可以是這樣的固態(tài)圖像傳感器是包含在封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于至少其中一個半導體基板。
利用上述結(jié)構(gòu)，兩個半導體基板和固態(tài)圖像傳感器都包含在單個封裝件中并且所述固態(tài)圖像傳感器在同一個封裝件內(nèi)連接于個兩個半導體基板的至少其中之一，從而就可以縮短固態(tài)圖像傳感器和固態(tài)圖像傳感器所連接的半導體基板之間的導線長度。此外，浮動電容利用上述結(jié)構(gòu)而得以減少，因此就可以改善輸出響應(yīng)性和信噪比。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的，所述電流源包括電阻分壓器電路，可操作用于對預(yù)定恒壓執(zhí)行電阻分割，并輸出分割后的電壓；電流源緩沖電路，可操作用于降低電阻分壓器電路的輸出阻抗；和具有基極和集電極的共發(fā)射極晶體管，所述基極被施加以從電流源緩沖電路中輸出的電壓，而集電極連接于固態(tài)圖像傳感器的輸出線，并且所述共發(fā)射極晶體管構(gòu)成電流源的主要部分。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為電阻分壓器電路的輸出阻抗是利用電流源緩沖電路來降低的，所以就可以控制基極上的電壓變動，因此源極跟隨電路中的輸出增益不會降低。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的NPN型晶體管，所述第二有源元件是由NPN型晶體管構(gòu)成的，并且在位于固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成所述三個NPN型晶體管，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為在單個封裝件中形成由NPN型晶體管構(gòu)成的三個晶體管，所以就可以在單個制造步驟中制造三個晶體管，并由此減少生產(chǎn)成本。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的NPN型晶體管，所述第二有源元件是由PNP型晶體管構(gòu)成的，并且在位于固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成所述兩個NPN型晶體管和PNP型晶體管，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為在單個封裝件中形成三個晶體管并且緩沖電路是由PNP型晶體管構(gòu)成的，所以輸出響應(yīng)性不依賴于電流量，從而就可以改善下降回轉(zhuǎn)速率，而不會比必要的情況下更多地增加發(fā)射極電流。由于CCD的輸出響應(yīng)性很大程度上取決于上升響應(yīng)特性(rising response characteristic)，因此與采用NPN型晶體管的情況下相比，還可以獲得出色的輸出響應(yīng)性。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的PNP型晶體管，并且所述NPN型晶體管和PNP型晶體管構(gòu)成電流源的主要部分。
利用上述結(jié)構(gòu)，因為兩個不同類型的晶體管彼此消除了溫度變化的影響，所以就可以抑制由溫度變化造成的特性上的變化。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的所述電流源包括具有柵電極、源極和漏極的結(jié)型場效應(yīng)晶體管，所述柵電極和源極接地，所述漏極連接于固態(tài)圖像傳感器的輸出線，并且所述結(jié)型場效應(yīng)晶體管構(gòu)成電流源的主要部分。
利用上述結(jié)構(gòu)，由于采用J-FET使偏置電阻分壓器電路成為不是必須的組件，因此就可以減少必要的組件的數(shù)目，由此來抑制源極跟隨電路的輸出增益方面的下降。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的源極經(jīng)源電阻接地。
利用上述結(jié)構(gòu)，就可以抑制由溫度變化而造成的漏極電流上的變化。
此外，上述成像裝置還可以是這樣的將源電阻設(shè)置成某一值，以便柵極-源極電壓和漏極電流之間的關(guān)系對于溫度變化而言是非易感性的。
利用上述結(jié)構(gòu)，就可以設(shè)置適當?shù)碾娮柚挡⑶乙种朴蓽囟茸兓斐傻奶匦陨系淖兓?br> 此外，上述成像裝置還可以是這樣的用于第一和第二有源元件的額定電流是在1mA到20mA的范圍內(nèi)的，并且包括1mA和20mA。
利用上述結(jié)構(gòu)，將每個有源元件的額定電流設(shè)置成在1mA到20mA的范圍內(nèi)，并且包括1mA和20mA，其小于普通的超過50mA到100mA的晶體管的額定電流，由此就可以提高每個有源元件的其它特性，例如使基極和集電極之間的寄生電容變小。


通過結(jié)合附圖閱讀下列說明書本發(fā)明的這些及其它目的、優(yōu)點和特征將變得明顯，所述附圖舉例說明了本發(fā)明的具體實施方式
。
在圖中圖1示意性地舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖2詳細地舉例說明了輸出裝置2中的電路；圖3詳細地舉例說明了輸出裝置20中的電路；圖4詳細地舉例說明了輸出裝置30中的電路；圖5為示出對于小信號結(jié)型場效應(yīng)晶體管中的不同柵極-源極電壓Vgs的漏源電壓Vds和漏極電流Id之間的關(guān)系的圖；圖6是示出對于小信號結(jié)型場效應(yīng)晶體管中的不同溫度Ta的柵極-源極電壓Vgs和漏極電流Id之間的關(guān)系的圖；圖7A、7B和7C每個都示意性地舉例說明了修改后的示例1中的輸出裝置；和圖8A、8B和8C每個都示意性地舉例說明了修改后的示例2中的輸出裝置。
具體實施例方式
盡管已經(jīng)參照附圖通過舉例的方式充分描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當注意對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言各種變化和修改將是顯而易見的。因此，除非這類變化和修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則應(yīng)把它們理解為包含在本發(fā)明中。
第一實施方式[概述]根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的成像系統(tǒng)是這樣的作為輸出單元的末級輸出電路的源極跟隨電路的電流源位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，以便抑制因輸出單元附近的僅僅部分光檢測器上的升溫而造成的圖像信息中的質(zhì)量退化，并且在單個封裝件中形成電流源和末級緩沖電路，以便抑制因位于固態(tài)圖像傳感器以外的電流源的浮動電容的增加而造成的信噪比的退化。
圖1示意性地舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在諸如攝像機和數(shù)字式靜物照相機的這類成像設(shè)備中引入第一實施方式的成像系統(tǒng)。利用這個成像系統(tǒng)，在對透鏡所聚焦的目標圖像進行光電轉(zhuǎn)換之后輸出圖像信息。如圖1所示，所述成像系統(tǒng)包括固態(tài)圖像傳感器1、輸出裝置2、信號處理單元3和驅(qū)動單元4。
所述固態(tài)圖像傳感器1是由驅(qū)動單元4驅(qū)動的半導體裝置。在固態(tài)圖像傳感器1中，將透鏡所聚焦的對象圖像(在圖中未繪出)投影到二維排列的光檢測器上，并且利用多個垂直CCD和單個水平CCD將通過各個光檢測器中的光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的亮度信號以預(yù)定次序輸出到輸出裝置2。除了刪除了源極跟隨電路的恒流源單元之外，固態(tài)圖像傳感器1的結(jié)構(gòu)類似于其中輸出單元的末級輸出電路為源極跟隨電路的常規(guī)固態(tài)圖像傳感器。所述源極跟隨電路具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子與基準電壓端子之間的電流源。
注意盡管在說明書中解釋的示例采用了單個水平CCD，但是在固態(tài)圖像傳感器中也可以采用一個以上的水平CCD。
所述輸出裝置2是連接在固態(tài)圖像傳感器1與信號處理單元3之間的單個半導體裝置，并且在單個封裝件中形成用于對從固態(tài)圖像傳感器1中輸出的信號執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換以便該信號被輸出到信號處理單元3的電路。
注意所述成像系統(tǒng)需要與水平CCD相等數(shù)目的輸出裝置2。因此，如果存在一個或多個水平CCD，則還要提供一個或多個輸出裝置2。
所述信號處理單元3指示驅(qū)動單元4驅(qū)動，在處理從輸出裝置2中輸出的亮度信號之后輸出圖像信息。
所述驅(qū)動單元4根據(jù)信號處理單元3所給出的指令來驅(qū)動固態(tài)圖像傳感器1。
圖2詳細示出了輸出裝置2中的電路。
如圖2所示，所述輸出裝置2包括電流源電路5和末級緩沖電路6。
所述電流源電路5相當于提供給常規(guī)固態(tài)圖像傳感器的恒流源單元，并且如圖2所示包括電阻7、電阻8、電阻9、緩沖晶體管10、電阻11、共發(fā)射極晶體管12和電阻13。所述電流源電路5連同固態(tài)圖像傳感器1的輸出單元中的末級輸出電路中的其余元件一起構(gòu)成源極跟隨電路。
所述末級緩沖電路6通過電流源電路5對來自固態(tài)圖像傳感器1的輸出信號執(zhí)行阻抗變換，然后輸出圖像信息。所述末級緩沖電路6包括緩沖晶體管14和電阻15。
所述電阻7、8和9構(gòu)成了電阻分壓器電路，并且通過電阻劃分來分割預(yù)定恒壓。通過分割點來輸出分割電壓(split voltage)。可以通過經(jīng)任何電阻使外部電流設(shè)置端子接地來設(shè)置電流值。
在此，所述預(yù)定恒壓為VDD＝12V，所述電阻7為18k并且連接在VDD與分割點之間，所述電阻8為4.1k并且連接在分割點與外部電流設(shè)置端子之間，而所述電阻9為8.2k并且連接在外部電流設(shè)置端子與GND之間。
所述緩沖晶體管10是由NPN型晶體管構(gòu)成的，在所述NPN型晶體管中分割電壓被施加到基極上，集電極連接于預(yù)定恒壓，并且發(fā)射極連接于共發(fā)射極晶體管12的基極端子并經(jīng)電阻11連接到GND。所述緩沖晶體管10降低電阻分壓器電路的輸出阻抗，以便抑制因晶體管中的基極和集電極之間的寄生電容而造成的輸出特性的退化。
所述共發(fā)射極晶體管12是由NPN型晶體管構(gòu)成的，在所述NPN型晶體管中緩沖晶體管10的發(fā)射極連接于基極，集電極連接于固態(tài)圖像傳感器1的輸出導線，而發(fā)射極經(jīng)電阻13接地。
在此，共發(fā)射極晶體管12的集電極和發(fā)射極之間的電流僅約為1mA到10mA。因此，即使考慮高頻驅(qū)動器和大容量負載，最大約20mA的額定電流也足夠了。由此，人們期望使用這樣的小尺寸晶體管，其額定電流在1mA到20mA范圍內(nèi)，并且由于小額定電流而具有出色的頻率特性，比如基極和集電極之間的小寄生電容。此外，因為通常使用的晶體管的額定電流約為20mA到100mA，這對于共發(fā)射極晶體管12的電路而言過大，所以最好制造為共發(fā)射極晶體管12而設(shè)計的小尺寸晶體管。
緩沖晶體管10的集電極和發(fā)射極之間的電流僅約為1mA到10mA。由此，可以利用供共發(fā)射極晶體管12使用的相同類型的小尺寸晶體管。
另外，所述電阻11在這里為4.7k，而所述電阻13在這里為1.3k。
所述緩沖晶體管14是由NPN型晶體管構(gòu)成的，在所述NPN型晶體管中來自固態(tài)圖像傳感器1的輸出信號被施加到基極上，集電極連接于預(yù)定電位，而發(fā)射極經(jīng)電阻15接地。在此，緩沖晶體管14的集電極和發(fā)射極之間的電流僅約為1mA到10mA。由此，可以利用供共發(fā)射極晶體管12使用的相同類型的小尺寸晶體管。
所述封裝件可以包括單個半導體基板，在所述基板上形成輸出裝置2的所有組件。所述封裝件還可以包括在其上形成一部分組件的單個半導體基板以及其余的組件。這類封裝件的示例是這樣的單個半導體基板，在其上形成諸如緩沖晶體管10、共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14之類的有源元件，而不在該基板上的其余組件都包含在封裝件中。此外，可以在兩或三個獨立的半導體基板上形成每一個有源元件，并且該封裝件可以包括兩或三個半導體基板和其余組件。這類封裝件的示例就是在半導體基板A上形成緩沖晶體管10，在半導體基板B上形成共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14，并且所述封裝件包括半導體基板A和B以及其余的組件。另一個示例就是在半導體基板A上形成緩沖晶體管10，在半導體基板C上形成共發(fā)射極晶體管12，而在半導體基板D上形成緩沖晶體管14，并且所述封裝件包括半導體基板A、C和D以及其余的組件。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的成像系統(tǒng)中，在具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器以外提供作為輸出單元的末級輸出電路的源極跟隨電路的電流源。由此，可以抑制因僅僅輸出單元附近的光檢測器周圍的升溫而造成的圖像信息質(zhì)量的退化，當晶片比約500m薄時會出現(xiàn)上述情況。此外，可以通過在單個封裝件中形成至少電流源的主要部分和末級緩沖電路的主要部分來縮短導線的長度，由此就可以減少浮動電容并改善信噪比。此外，因為用于降低電阻分壓器電路的輸出阻抗的緩沖電路是包含在電流源中的，所以就可以通過抑制基極的電壓變動來改善源極跟隨電路的輸出增益，其中所述電壓變動取決于輸出信號的信號頻率。
第二實施方式[概述]
根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式詳細描述了這樣的成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括PNP晶體管以作為緩沖晶體管，而代替了作為第一實施方式中的電流源電路5的緩沖晶體管10的NPN型晶體管，以便抑制由溫度變化帶來的特性上的變化。
根據(jù)第二實施方式的成像系統(tǒng)包括輸出裝置20，代替了第一實施方式的成像系統(tǒng)的輸出裝置2。給第一和第二實施方式兩者中所包含的組件指定相同的參考數(shù)字，并且在這里不對這些組件作解釋。
根據(jù)第二實施方式的成像系統(tǒng)包括固態(tài)圖像傳感器1、輸出裝置20、信號處理單元3和驅(qū)動單元4。
圖3詳細地舉例說明了輸出裝置20的電路。
如圖3所示，所述輸出裝置20包括電流源電路21和末級緩沖電路6。
所述電流源電路21是相當于常規(guī)固態(tài)圖像傳感器中所包含的恒流源單元的電路。如圖3所示，所述電流源電路21包括電阻24、電阻8、電阻9、緩沖晶體管22、電阻23、共發(fā)射極晶體管12和電阻13。固態(tài)圖像傳感器1中所包含的輸出單元中的末級輸出電路中的電流源電路21和其余元件構(gòu)成了源極跟隨電路。在這里，將電阻24設(shè)置為30k。
所述緩沖晶體管22是由PNP晶體管構(gòu)成的，在所述PNP晶體管中分割電壓被施加到基極上，集電極連接于GND，而發(fā)射極連接于共發(fā)射極晶體管12的基極端并且經(jīng)電阻23連接于預(yù)定恒壓。所述緩沖晶體管22是用于降低電阻分壓器電路的輸出阻抗的緩沖電路，以便抑制因基極和集電極之間的寄生電容而造成的輸出特性的退化。類似于緩沖晶體管10的情形，最好制造為緩沖晶體管22而設(shè)計的具有在1mA和20mA范圍內(nèi)的額定電流的小尺寸晶體管。
在這里，將電阻23設(shè)置為8.2kΩ。
所述封裝件可以包括單個半導體基板，在所述半導體基板上形成輸出裝置20的所有組件。所述封裝件還可以包括在其上形成一部分組件的單個半導體基板以及其余的組件。這類封裝件的示例是這樣的單個半導體基板，在其上形成諸如緩沖晶體管22、共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14之類的有源元件，并且其余的組件都包含在封裝件中。此外，可以在兩或三個獨立的半導體基板上形成每一個有源元件，并且所述封裝件可以包括兩或三個半導體基板和其余的組件。這類封裝件的示例就是在半導體基板E上形成緩沖晶體管22，在半導體基板F上形成共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14，并且所述封裝件包括半導體基板E和F以及其余的組件。另一個示例就是在半導體基板E上形成緩沖晶體管22，在半導體基板G上形成共發(fā)射極晶體管12，而在半導體基板H上形成緩沖晶體管14，并且所述封裝件包括半導體基板E、G和H以及其余的組件。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的成像系統(tǒng)中，電流源電路中所包含的緩沖晶體管是PNP型晶體管，而不是第一實施方式的NPN型晶體管。利用這種改變，第二實施方式的成像系統(tǒng)就生產(chǎn)成本而言沒有第一實施方式的成像系統(tǒng)有利，在所述第一實施方式中所有晶體管都是相同類型并且集成了制造步驟。然而，除生產(chǎn)成本以外，第二實施方式的成像系統(tǒng)與第一實施方式的成像系統(tǒng)具有相同的效果。此外，因為晶體管的不同類型彼此消除了溫度變化的影響，所以第二實施方式的成像系統(tǒng)在抑制因溫度變化而造成的特性上的變化上具有特別有利的效果。
第三實施方式[概述]根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的成像系統(tǒng)，類似于第一實施方式，即作為輸出單元的末級輸出電路的源極跟隨電路的電流源位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，以便抑制因僅僅輸出單元附近的部分光檢測器上的溫升而造成的圖像信息中的質(zhì)量的退化，并且在單個封裝件中形成電流源和末級緩沖電路，以便抑制因位于固態(tài)圖像傳感器以外的電流源的浮動電容的增加而造成的信噪比的退化。第三實施方式同第一實施方式相比的差別在于電流源中的電路結(jié)構(gòu)不同。
根據(jù)第三實施方式的成像系統(tǒng)包括輸出裝置30，代替了第一實施方式的成像系統(tǒng)的輸出裝置2。給第一和第三實施方式兩者中所包含的組件指定相同的參考數(shù)字，并且在這里不對這些組件作解釋。
根據(jù)第三實施方式的成像系統(tǒng)包括固態(tài)圖像傳感器1、輸出裝置30、信號處理單元3和驅(qū)動單元4。
圖4詳細地舉例說明了輸出裝置30的電路。
如圖4所示，所述輸出裝置30包括電流源電路31和末級緩沖電路6。
所述電流源電路31是相當于常規(guī)固態(tài)圖像傳感器中所包含的恒流源單元的電路。如圖4所示，所述電流源電路21包括結(jié)型場效應(yīng)晶體管(J-FET)32和源電阻33。固態(tài)圖像傳感器1中所包含的輸出單元中的末級輸出電路中的電流源電路31和其余元件構(gòu)成了源極跟隨電路。
所述J-FET 32為小信號的J-FET，在所述J-FET中基極接地，源極經(jīng)電源電阻33接地，而漏極連接于固態(tài)圖像傳感器1的輸出線。因為J-FET 32的漏極和源極之間的電流僅約為3mA，所以在這里使用漏極電流約為3mA的小信號的J-FET。
注意也可以代替小信號J-FET而使用同小信號的J-FET具有等效特性的裝置或電路。這類裝置或電路的示例包括整流二極管。
此外，盡管源電阻33并不總是必要的，但是提供源電阻33是有利的，這是因為漏極電流中的變化能夠通過源電阻33所產(chǎn)生的柵極-源極電壓得以抑制。在此，將J-FET 32的額定電流設(shè)置成大于必要的電流值，并在柵極和源極之間插入這樣的源電阻，所述源電阻可能會將所述電流設(shè)置成必要的電流值。
在這里，將源電阻33設(shè)置為160。
圖5是示出對于小信號的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(2SK1103)的不同柵極-源極電壓Vgs(0V、-0.1V、-0.2V、-0.3V和-0.4V)的漏源電壓Vds和漏極電流Id之間的關(guān)系的圖。
如圖5所示，當柵極-源極電壓Vgs為-0.4V或以上且漏源電壓Vds為3V或以上時，所述漏極電流幾乎是恒定的。當柵極和源極之間的電位差較大時，漏極電流Id能夠以較低的漏源電壓Vds而達到飽和。另外，利用自偏壓(self-bias)效應(yīng)，就可以抑制個體之間的電流的變化。
此外，還可以通過將源電阻33設(shè)置成適當?shù)闹祦硪种埔驕囟茸兓斐傻奶匦陨系淖兓?br> 圖6是示出對于小信號的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(2SK1103)的不同溫度Ta(-25℃、25℃和75℃)的柵極-源極電壓Vgs和漏極電流Id之間的關(guān)系的圖。
如圖6所示，當柵極-源極電壓Vgs等于0.45V時，漏極電流在任何的溫度下幾乎都是恒定的。
因此，就可以通過將源電阻33設(shè)置成某一值來抑制因溫度變化而造成的特性上的變化，其中在所述數(shù)值下柵極-源極電壓和漏極電流之間的關(guān)系對于溫度變化而言是非易感性的。
例如，利用小信號的J-FET，將源電阻33設(shè)置成柵極-源極電壓Vgs等于-0.45V，借此來抑制因溫度變化而造成的特性上的變化。
所述封裝件可以包括單個半導體基板，在所述半導體基板上形成輸出裝置30的所有組件。所述封裝件還可以包括在其上形成一部分組件的單個半導體基板以及其余的組件。這類封裝件的示例是這樣的單個半導體基板，在所述半導體基板上形成諸如J-FET 32和緩沖晶體管14之類的有源元件，而其余的組件是包含在封裝件中的。此外，可以在兩個獨立的半導體基板上形成每一個有源元件，并且所述封裝件可以包括兩個半導體基板和其余的組件。這類封裝件的示例就是在半導體基板X上形成J-FET 32，而在半導體基板Y上形成緩沖晶體管14，并且所述封裝件包括半導體基板X和Y以及其余的組件。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的成像系統(tǒng)中，在具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外提供作為輸出單元的末級輸出電路的源極跟隨電路的電流源。由此，就可以抑制因僅僅輸出單元附近的光檢測器的周圍溫升而造成的圖像信息的質(zhì)量的退化，所述情況是當晶片比約500m薄時產(chǎn)生的。此外，可以通過在單個封裝件中形成至少電流源的主要部分和末級緩沖電路的主要部分來縮短導線的長度，由此就可以減少浮動電容并改善信噪比。此外，通過由J-FET構(gòu)成電流源，用于設(shè)置電流的偏置電阻分壓器電路變得不必要，并且能夠減少必要的組件的數(shù)目。這改善了源極跟隨電路的輸出增益。
此外，通過使用處于適當值的源電阻，就可以使漏極電流穩(wěn)定，抑制個體之間的變化，并借此來抑制因溫度變化而造成的特性上的變化。
修改示例1[概述]在本發(fā)明的修改示例1中，不同于其中所有電流源電路和末級緩沖電路都包含在單個封裝件中的第一到第三實施方式，至少電流源的一部分和末級緩沖電路的一部分是包含在單個封裝件中的。

在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式中，電流源電路5和末級緩沖電路6兩者都包含在單個封裝件中。在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式中，電流源電路21和末級緩沖電路6兩者都包含在單個封裝件中。在根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式中，電流源電路31和末級緩沖電路6兩者都包含在單個封裝件中。然而，并不總是必須將這些組件包含在單個封裝件中。
以下描述了本發(fā)明的修改示例1，其中位于固態(tài)圖像傳感器之外的電流源電路的一部分和末級緩沖電路的一部分都包含在單個封裝件中。
與第一實施方式相對應(yīng)的修改示例1是這樣的電流源電路5的主要部分和末級緩沖電路6的主要部分都包含在封裝件中，而其余的組件是形成于位于封裝件以外的印刷電路板上的。例如，在單個半導體基板形成作為有源元件的緩沖晶體管10、共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14，而該半導體基板是包含在封裝件中的。另一個示例就是在兩或三個半導體基板上形成每一個有源元件，并且兩個半導體基板當中的兩個或三個半導體基板當中的兩或三個都是包含在封裝件中的。
與第二實施方式相對應(yīng)的修改示例1是這樣的電流源電路5的主要部分和末級緩沖電路6的主要部分都包含在封裝件中，而其余的組件是形成于位于封裝件以外的印刷電路板上的。例如，在單個半導體基板上形成作為有源元件的緩沖晶體管22、共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14，而該半導體基板是包含在封裝件中的。另一個示例就是在兩或三個半導體基板上形成每一個有源元件，并且兩個半導體基板當中的兩個或三個半導體基板當中的兩或三個都是包含在封裝件中的。
與第三實施方式相對應(yīng)的修改示例1是這樣的電流源電路5的主要部分和末級緩沖電路6的主要部分都包含在封裝件中，而其余的組件是形成于位于封裝件以外的印刷電路板上的。例如，在單個半導體基板上形成作為有源元件的J-FET 32和緩沖晶體管14，而該半導體基板是包含在封裝件中的。另一個示例就是在兩個半導體基板上形成每一個有源元件，并且兩個半導體基板都是包含在封裝件中的。
當在單個半導體基板上形成一個以上的有源元件時，所述有源元件可以在該半導體基板上彼此連接，并且可以在該半導體基板上通過蝕刻來形成電阻。
此外，當多個半導體基板都包含在封裝件中時，所述這些半導體基板可以通過利用金或鋁的導線進行引線接合(wire bonding)而相連。
給第一和第三實施方式兩者中所包含的組件指定相同的參考數(shù)字，并且在這里不對這些組件作解釋。
圖7A中所示的輸出裝置40是由共發(fā)射極晶體管12和緩沖晶體管14構(gòu)成的。
圖7B中所示的輸出裝置50是由J-FET 32和緩沖晶體管14構(gòu)成的。
圖7C中所示的輸出裝置60是由J-FET 32、源電阻33和緩沖晶體管14構(gòu)成的。
修改示例2[概述]在本發(fā)明的修改示例2中，不僅像第一到第三實施方式以及修改示例1那樣、至少電流源電路和末級緩沖電路中的有源元件是包含在單個封裝件中的，而且構(gòu)成固態(tài)圖像傳感器的半導體基板也是包含在同一個封裝件中的。
注意電流源電路和末級緩沖電路不是形成于固態(tài)圖像傳感器的半導體基板上的。
以下描述了本發(fā)明的修改示例2，其中至少部分電流源電路和末級緩沖電路以及固態(tài)圖像傳感器的半導體基板都是包含在單個封裝件中的。
與第一實施方式相對應(yīng)的修改示例2是這樣的固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板、電流源電路5的半導體基板和末級緩沖電路6的半導體基板都是形成于單個封裝件中的。
與第二實施方式相對應(yīng)的修改示例2是這樣的固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板、電流源電路21的半導體基板和末級緩沖電路6的半導體基板都是形成于單個封裝件中的。
與第三實施方式相對應(yīng)的修改示例2是這樣的固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板、電流源電路31的半導體基板和末級緩沖電路6的半導體基板都是形成于單個封裝件中的。
與修改示例1相對應(yīng)的修改示例2是這樣的固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板、以及電流源電路和緩沖電路的主要部分都是形成于單個封裝件中的，而電流源電路和緩沖電路的其余部分是形成于位于封裝件以外的印刷電路板上的。
注意固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板以及封裝件中的其余組件可以在封裝件內(nèi)通過利用金或鋁的導線進行引線接合而相連。
圖8A、8B和8C每個都示意性地舉例說明了本發(fā)明的修改示例2中的輸出裝置。給第一到第三實施方式以及修改示例1中所包含的組件指定相同的參考數(shù)字，并且在這里不對這些組件作解釋。
圖8A中所示的輸出裝置70是由固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板71、用于至少包含共發(fā)射極晶體管12的電流源電路5的半導體基板72和用于至少包含緩沖晶體管14的末級緩沖電路6的半導體基板73構(gòu)成的。
圖8B中所示的輸出裝置80是由固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板71、用于至少包含共發(fā)射極晶體管12的電流源電路21的半導體基板72和用于至少包含緩沖晶體管14的末級緩沖電路6的半導體基板73構(gòu)成的。
圖8C中所示的輸出裝置90是由固態(tài)圖像傳感器1的半導體基板81、用于至少包含J-FET 32的電流源電路31的半導體基板82和用于至少包含緩沖晶體管14的末級緩沖電路6的半導體基板83構(gòu)成的。
盡管在上面的實施方式和修改示例中NPN型晶體管是供末級緩沖電路6使用的，但是還可以用PNP型晶體管代替。一般而言，CCD的輸出響應(yīng)性很大程度上取決于上升響應(yīng)特性，因此就可以通過為末級緩沖電路6采用PNP型晶體管來改善下降回轉(zhuǎn)速率(falling slew rate)，而不會比必要的情況下更多地增加發(fā)射極電流。因此，就響應(yīng)特性而言，當末級緩沖電路6是CCD的輸出單元時為末級緩沖電路6采用PNP型晶體管是有利的。
此外，可以將約100的基極電阻插入到末級緩沖電路6的緩沖晶體管14處。通過插入這類基極電阻，就可以抑制當以高速驅(qū)動CCD的輸出信號時所引起的諸如過沖(overshoot)、下沖(undershoot)和振蕩之類的問題。
此外，盡管在上面的實施方式和修改示例中將本發(fā)明到CCD中的輸出單元的應(yīng)用作為示例加以解釋，但是當包含與CCD的輸出單元中的輸出級相似的輸出級時也可以將本發(fā)明應(yīng)用于諸如CMOS傳感器之類的MOS傳感器。
工業(yè)實用性可以將本發(fā)明應(yīng)用于諸如家用攝像機和數(shù)字式靜物照相機之類的成像裝置。本發(fā)明提供了這樣一種固態(tài)圖像傳感器，當固態(tài)圖像傳感器晶片薄時，它能夠抑制除由于位于固態(tài)圖像傳感器以外的輸出單元中的浮動電容而造成的信噪比的退化之外因僅僅輸出單元附近的部分光檢測器升溫而造成的圖像質(zhì)量的退化，并且由此提高了諸如成像裝置的圖像質(zhì)量之類的性能。
此外，本發(fā)明的應(yīng)用不限于家庭裝置，而是可以將本發(fā)明應(yīng)用于任何種類的成像裝置。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，所述成像設(shè)備具有一個或多個串聯(lián)輸出電路和緩沖電路，并且處理來自光檢測器的亮度信號以輸出圖像信息，所述緩沖電路對從所述一個或多個輸出電路的末級輸出電路中輸出的信號執(zhí)行阻抗變換，所述末級輸出電路是具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子和基準電壓端子之間的電流源的源極跟隨電路，其中所述電流源和所述緩沖電路都位于具有所述光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，并且所述電流源的主要部分和所述沖電路主要部分都在單個封裝件中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中所述電流源的所述主要部分是由第一有源元件構(gòu)成的，并且所述緩沖電路的所述主要部分是由第二有源元件構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中在位于所述固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像設(shè)備，其中所述固態(tài)圖像傳感器是包含在所述封裝件中的，并且在所述封裝件內(nèi)連接于所述半導體基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中在位于所述固態(tài)圖像傳感器之外的兩個不同的半導體基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在封裝件中的并且在所述封裝件內(nèi)彼此連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備，其中所述固態(tài)圖像傳感器是包含在所述封裝件中的，并且在所述封裝件內(nèi)連接于至少其中一個所述半導體基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中所述電流源包括電阻分壓器電路，可操作用于對預(yù)定恒壓執(zhí)行電阻分割，并輸出分割后的電壓；電流源緩沖電路，可操作用于降低電阻分壓器電路的輸出阻抗；和具有基極和集電極的共發(fā)射極晶體管，所述基極被施加以從所述電流源緩沖電路中輸出的電壓，并且所述集電極連接于所述固態(tài)圖像傳感器的輸出線，并且所述共發(fā)射極晶體管構(gòu)成所述電流源的主要部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其中所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的NPN型晶體管，所述第二有源元件是由NPN型晶體管構(gòu)成的，并且在位于固態(tài)圖像傳感器之外單個半導體基板上形成所述三個NPN型晶體管，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其中所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的NPN型晶體管，所述第二有源元件是由PNP型晶體管構(gòu)成的，并且在位于所述固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成兩個NPN型晶體管和PNP型晶體管，所述半導體基板是包含在封裝件中的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像設(shè)備，其中所述共發(fā)射極晶體管是由NPN型晶體管構(gòu)成的，所述電流源緩沖電路包括具有分割后的電壓被施加到其上的基極的PNP型晶體管，并且所述NPN型晶體管和PNP晶體管構(gòu)成所述電流源的主要部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中所述電流源包括具有柵極、源極和漏極的結(jié)型場效應(yīng)晶體管，所述柵極和源極都接地，所述漏極連接于所述固態(tài)圖像傳感器的輸出線，并且所述結(jié)型場效應(yīng)晶體管構(gòu)成所述電流源的主要部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像設(shè)備，其中所述源極經(jīng)電源電阻接地。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像設(shè)備，其中將電源電阻設(shè)置成某一值，以便柵極-源極電壓和漏極電流之間的關(guān)系對于溫度變化而言是非易感性的。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中第一和第二有源元件的額定電流處于1mA到20mA的范圍內(nèi)且包括1mA和20mA。
15.一種用在成像設(shè)備中的裝置，所述成像設(shè)備具有一個或多個串聯(lián)輸出電路和緩沖電路，并且處理來自光檢測器的亮度信號以輸出圖像信息，所述緩沖電路對從一個或多個輸出電路的末級輸出電路中輸出的信號執(zhí)行阻抗變換，所述末級輸出電路是具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子和基準電壓端子之間的電流源的源極跟隨電路，其中所述電流源和緩沖電路都位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器之外，并且所述裝置是由單個封裝件構(gòu)成的，所述單個封裝件包括所述電流源的主要部分和所述緩沖電路的主要部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述電流源的主要部分是由第一有源元件構(gòu)成的，并且所述緩沖電路的主要部分是由第二有源元件構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中在位于所述固態(tài)圖像傳感器之外的單個半導體基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在所述封裝件中的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述固態(tài)圖像傳感器是包含在所述封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于所述半導體基板。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中在位于所述固態(tài)圖像傳感器之外的兩個不同的半導體基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半導體基板是包含在所述封裝件中的并且在封裝件內(nèi)彼此連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述固態(tài)圖像傳感器是包含在所述封裝件中的，并且在封裝件內(nèi)連接于至少其中一個所述半導體基板。
全文摘要
提供了這樣一種成像設(shè)備，當將成像設(shè)備的晶片厚度制造得很薄時該成像設(shè)備能夠抑制圖像質(zhì)量和輸出特性的退化。所述成像設(shè)備具有一個或多個串聯(lián)輸出電路和緩沖電路(6)，并且處理來自光檢測器的亮度信號以輸出圖像信息，所述緩沖電路對從一個或多個輸出電路的末級輸出電路中輸出的信號執(zhí)行阻抗變換，所述末級輸出電路是具有有源元件和插入在該有源元件的源極端子和基準電壓端子之間的電流源電路(5)的源極跟隨電路，其中所述電流源電路(5)和緩沖電路(6)都位于具有光檢測器的固態(tài)圖像傳感器(1)之外，并且電流源電路(5)的主要部分和緩沖電路(6)主要部分都在單個封裝件中。
文檔編號H04N5/335GK1708105SQ20051008370
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者河野明啟, 加藤良章, 松田祐二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社