CN101208587A - 表面压力分布传感器 - Google Patents

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CN101208587A CNA2006800229688A CN200680022968A CN101208587A CN 101208587 A CN101208587 A CN 101208587A CN A2006800229688 A CNA2006800229688 A CN A2006800229688A CN 200680022968 A CN200680022968 A CN 200680022968A CN 101208587 A CN101208587 A CN 101208587A
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Abstract

本发明的目的在于提供一种即便是具有弯曲部分的结构布线的可靠性也高、可以正确且稳定地检测表面压力分布、且能以简单的构成低成本制造的表面压力分布传感器。本发明在第一基板上与第一布线组邻接形成第一引出布线组，在第二基板上形成与第二布线组连接的第二引出布线组，第二引出布线组经边界部延伸形成，与第一基板侧的第一引出布线组连接，与第一布线组的导体的宽度和第二布线组的导体的宽度相比，第一引出布线组的导体的宽度更小，位于边界部的弯曲部分的第二引出布线组的导体的宽度比第一引出布线组的导体的宽度大。

Description

表面压力分布传感器
技术领域
本发明涉及对被测定物的微细凹凸等进行测定的表面压力分布传感器。
背景技术
众所周知，将被按压在检测面上的被测定物的表面的微细的凹凸作为按压力的分布进行检测的表面压力分布传感器，将粗糙面的表面形状数据化。(例如，参照专利文献1)
以往公知的该种表面压力分布传感器例如图8所示，在基板上将半导体开关元件101配置成矩阵状，形成有与这些各半导体开关元件101的一个端子侧相连接的电极102。在半导体基板的对置面侧配置有具有导电膜的挠性膜，并使其相对于上述电极102侧空开一定的间隔与上述电极102相对。向该导电膜施加一定的电压，向挠性薄膜按压例如表面具有微细的凹凸的被测定物，此时该挠性薄膜仿照被测定物的凹凸而弯曲变形。如此，通过已弯曲变形的部分的导电膜与半导体基板的电极接触，顺次起动该部分的半导体开关元件101的矩阵而读取表面压力。
已知上述的以往的表面压力分布传感器使用了半导体基板，但这样的半导体基板一般价格较高。特别是在使用表面压力分布传感器作为指纹检测传感器的情况下，需要充分按压手指的较宽的表面积，只要使用如此大表面积的半导体基板，就很难以低成本制造表面压力分布传感器。另外，为了检测表面的微细凹凸，半导体开关元件的露出部和导电膜必须在长时间内即便是较小的按压力也稳定地保持接触状态，但就以往的表面压力分布传感器而言，难以保持半导体开关元件的露出部和导电膜的接触部分的的长时间内的清洁性。
基于这些背景，本申请人研发出如下所示的表面压力分布传感器并提出了专利申请，其是在一方的基板上具备向第一方向延伸的行布线，在另一方的基板上具备向第二方向延伸的列布线而构成整体，由挠性薄膜基板构成上述一方的基板，弯曲上述基板使上述行布线和上述列布线对置配置，根据上述行布线和上述列布线的交叉部分的静电电容的变化，可以测定表面压力的分布。(参照专利文献2)
专利文献1：特公平7-58234号公报
专利文献2：特开2004-317403号公报
前面的专利文献2所述的表面压力分布传感器的构成是：在图9所示的一个基板110上纵向并排形成多条行布线111，在另一基板112上横向并排形成多条列布线113...，并且沿着基板112的一个边缘侧形成多条引出布线115，各引出布线115延伸形成至基板110的一个边缘侧成为引出布线116，这些引出布线116...和来自上述的行布线111...的引出布线117被集中布线而与驱动用的元件118连接。
此外，上述多条行布线111或者多条列布线113的至少一方被绝缘层覆盖，相对于上述的一个基板110，上述另一基板112沿着图9所示的折线114如图10所示那样被折叠，通过使上述多条行布线111和上述多条列布线113对置配置且大致成直角，构成表面压力分布传感器D。就该构成的表面压力分布传感器D而言，将多条行布线111和上述多条列布线113大致成直角地俯视下对置配置的矩形区域作为感测区域120。
上述构成的表面压力分布传感器D未使用半导体基板，具有可以低价制造地优点，但由于采用相对于一个基板110而将另一基板112折叠而构成的结构，需要使布线部分弯曲，存在向布线的弯曲部分施加应力的问题。例如，即便是在制造时的弯曲下布线不会马上发生断线的情况下，弯曲后的布线115...也时常受应力作用，所以在长时间使用期间，表面压力分布传感器D的布线有可能出现部分断线。
为了消除这样的布线应力问题，考虑如下所述的布线结构，即在基板的弯曲部分形成较粗的布线，即使有或多或少的应力作用于布线，布线也不会断线。但是，由于该种表面压力传感器要求小型化、轻量化，所以需要构成表面压力传感器的基板的大小和布线的宽度或空隙尽可能地小，希望感测区域120的周围部分的基板的大小尽可能地小。
另外，为了根据指纹传感器等的用途准确测定微小区域的表面压力，需要使上述行布线111和上述列布线113为微细布线，并且尽可能地抑制基板面积，也需要使上述引出布线115、116也微细布线化，如果成为微细布线，在弯曲时的应力作用下，布线的耐久性容易产生问题，存在布线的可靠性降低的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，提供一种如下所述的表面压力分布传感器：即便是为了构成表面压力分布传感器而具有基板的弯曲部分的结构，布线的可靠性也高，可以长时间正确且稳定地检测出表面压力的分布，而且能够以简单的构成低成本地制造。
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，本发明的表面压力分布传感器具备：第一基板，形成有并排形成多个导体而成的第一布线组；第二基板，形成有并排形成多个导体而成的第二布线组；和边界部，连接所述第一基板和第二基板；通过所述边界部的弯曲，按照使所述第一基板的第一布线组和所述第二基板的第二布线组配置成对置交叉状态的方式来连接所述第一基板和所述第二基板，基于所述第一布线组的导体和所述第二布线组的导体的各交叉部的静电电容的变化来检测表面压力的分布，在所述第一基板上形成与所述第一布线组邻接且与所述第一布线组独立的第一引出布线组，在所述第二基板上形成与所述第二布线组连接的第二引出布线组，所述第二引出布线组经所述边界部而延伸形成，与所述第一基板侧的第一引出布线组连接，并且，与所述第一布线组的导体的宽度和所述第二布线组的导体的宽度相比，所述第一引出布线组的导体的宽度更小，位于所述边界部的弯曲部分的所述第二引出布线组的导体的宽度比所述第一引出布线组的导体的宽度大。
在成为弯曲部分的边界部形成的第二引出布线组的导体宽度比第一引出布线组的导体宽度大，所以可以提供位于弯曲部分的第二引出布线组的导体的耐久性高且弯曲应力强的布线结构。上述第一引出布线组的导体与第二引出布线组的导体相比更细，所以当在形成于第一基板上的第一布线组的侧方配置第一引出布线组时，能够在狭小的范围内高密度地设置布线，这些第一引出布线组的导体不会弯曲，所以不会向成为微细布线的第一引出布线组的导体施加应力。
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，本发明的表面压力分布传感器的特征在于，在上述第一基板上与所述第一布线组并排地形成所述第一引出布线组，与所述第一布线组的各导体宽度相比，所述第一引出布线组的各导体宽度更细，与所述第一布线组的整体宽度相比，所述第一引出布线组的整体宽度更小，并且在所述第一布线组的侧方侧经所述边界部与所述第二基板连接，在与所述第一引出布线组的各导体交叉的方向上排列有所述第二布线组和所述第二引出布线组。
可以使第一引出布线组的整体宽度小于第一布线组的整体宽度，结果在基板上即便是第一布线组侧方的狭小区域也能够配置第一引出布线组，所以能够尽可能地减小基板的浪费部分，结果可以伴随基板的小型化实现表面压力分布传感器整体的小型化、轻量化。
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，本发明的表面压力分布传感器的特征在于，在所述第一基板上的一部分，所述第一布线组的一侧被集中布线而形成第一元件连接区域，在所述第一基板的其他部分，所述第一引出布线组的一侧被集中布线而形成第二元件连接区域，所述第一元件连接区域和所述第二元件连接区域邻接配置，在这些元件连接区域连接有共用或分别独立的传感用驱动元件。
可以容易地在基板的集中布线的区域配置驱动元件。
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，本发明的表面压力分布传感器的特征在于，所述第二基板侧的第二布线组的各导体以其原有的宽度通过所述边界部并延伸形成至所述第一基板上，在所述第一引出布线组的各导体中，靠近所述第一布线组的一侧的导体长，远离所述第一布线组的一侧的导体顺次变短，所述第一引出布线组的各导体的前端部的位置在所述第一引出布线组的长度方向上顺次错开而配置，各位置错开而配置的所述第一引出布线组的各导体的前端部与通过所述边界部后的所述第二引出布线组的各导体连接。
(发明效果)
根据本发明，可以提供如下所述的表面压力分布传感器，即在基板的弯曲部分，第二引出布线组的各导体宽度较粗，所以不会向弯曲部分的第二引出布线组的各导体作用过大的应力，即便随着时间的推移一直使用，断线的可能性也小且可靠性高。
附图说明
图1是本发明的表面压力分布传感器的一个实施方式的构成的等效电路图。
图2是表示将图1所示的表面压力分布传感器的第一基板和第二基板展开的状态的图。
图3是表示上述表面压力分布传感器的布线结构的俯视图。
图4是图3所示的表面压力分布传感器的沿着A-A’线的截面图。
图5是图3所示的表面压力分布传感器的沿着B-B’线的截面图。
图6是表示上述表面压力分布传感器的凹凸检测时的情形的说明图。
图7是表示上述表面压力分布传感器中使用的电容检测电路的一例的电路图。
图8是表示现有的表面压力分布传感器的一例的等效电路图。
图9是表示将表面压力分布传感器的其他现有例展开的状态的电路图。
图10是表示表面压力分布传感器的其他现有例的布线的图。
图中：1—表面压力分布传感器，2—第一布线组(行布线)，2A—导体，3—第一基板，3a—第一元件连接区域，3b—第二元件连接区域，5—第二布线组(列布线)，5A—导体，6—第二基板，7—边界部，8—驱动元件，9—第一引出布线组，9A—导体，10—绝缘层，11—第二引出布线组，11A—导体。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式，但本发明不限于以下说明的实施方式。另外，在以下的附图中，关于各构成部分的显示比例，为了便于用图来表示对每一构成部分改变显示比例进行记载。
图1是表示本实施方式的表面压力分布传感器的等效电路的说明图，图2是图1所示的表面压力分布传感器的具体结构在组装前的展开图，图3是表示图1所示的表面压力分布传感器在组装后的平面构成的图，图4是图3所示的表面压力分布传感器沿着A-A’线的截面图，图5是图3所示的表面压力分布传感器沿着B-B’线的截面图。
该实施方式的表面压力分布传感器1，其为形成有第一布线组(行布线组)2的第一基板3和形成有第二布线组(列布线组)5的第二基板6经兼作弯曲部的边界部7如图2所示以左右相邻的方式接合的展开结构，弯曲先前的边界部7使第一基板3和第二基板6如图3所示以重叠的方式对置而进行组装，由此如图3～图5所示成为一体结构。
上述基板3、6中在第一基板3上重叠的第二基板6，当向其表面按压数μm～数10μm左右大小的凹凸面时，具有仿照该凹凸形状变形的程度的柔软性即可，例如，适合使用厚1～30μm左右的聚酯薄膜等挠性薄膜。
上述第一基板3和第二基板6和边界部7，在该状态下都是由用挠性薄膜形成的柔性基板构成，如图2所示，第一基板3和第二基板6都形成为矩形形状，在第一基板3的一个侧缘部侧，经边界部7有第二基板6延伸形成。上述第一基板3的横向宽度和第二基板6的横向宽度大致相等，第一基板3的上缘和第二基板6的上缘被配置在同一直线上，第一基板3的纵向长度比第二基板6的纵向长度长出若干，所以经上述边界部7弯曲使第二基板6相对于第一基板3重叠，由此如图3所示可以使第一基板3的上缘以及侧缘与第二基板的上缘以及侧缘相互一致，此时，以第一基板3的一部分从第二基板6露出一部分的形式进行配置，该露出的第一基板3的一部分作为元件连接区域部3A。
在上述第一基板3上形成的第一布线组2，是由如图2所示在第一基板3上向上下延伸且在左右方向上排列多条的长方形状的多个导体2A的集合体构成，这些各导体2A延伸至第一基板3的元件连接区域部3A侧，在第一元件连接区域3a处集中布线，在该部分上连接有驱动元件8的右侧一半左右的端子。
接着，在第一基板3上第一布线组2和第一基板3的侧缘部3B之间的部分，沿着上述侧缘部3B形成向图2的上下方向延伸且在左右方向上排列多个的导体9A，从这些导体9A形成第一布线组9，这些导体9A延伸至第一基板3的元件连接区域部3A侧，在与先前的第一元件连接区域3a邻接的第二元件连接区域3b处集中布线，在该部分有驱动元件8的左侧一半左右的端子相连接。
其中，在图2和图3中，第一布线组2被配置在第一基板3的右侧2/3左右的面积部分，第一引出布线组9被配置在第一基板3的左侧1/3左右的面积部分，当在将该实施方式的表面压力分布传感器1用于指纹传感器等用途时，优选按照占据基板3的尽可能宽的区域的方式配置第一布线组2，按照占据基板3的侧缘部的极小一部分的宽度的部分的方式配置第一引出布线组9。
例如，在用作指纹传感器时，以40～50μm左右的间距(导体间空隙为10μm)配置30～40μm左右的宽度的导体2A数100根、例如200根左右，构成第一布线组2，第一引出布线组9是配置10～20μm左右例如15μm的宽度的导体9A数100根、例如200根左右，并使导体间空隙为10μm左右而成。因此，具体而言，第一引出布线组9在第一布线组2的数分之一左右的宽度的区域(在图2中是二分之一左右的宽度的区域)布线。
就构成上述第一引出布线组9的多个导体9A而言，接近上述第一布线组2的一侧的导体9A长，远离上述第一布线组2的一侧的导体9A顺次缩短，上述第一引出布线组9的各导体9A的前端部的位置在上述第一引出布线组9的长度方向上顺次错开而配置。另外，在第一基板3上被覆有覆盖该基板3的上面、上述第一布线组2以及第一引出布线组9的绝缘层10(参照图4、图5)。其中，绝缘层10在元件连接区域3a、3b的区域被省略，以不阻碍各导体2A、9A与驱动元件8的连接。上述各导体2A、9A例如是由0.1μm厚度左右的铝膜等形成，先前的绝缘层10例如是由Si3O4或SiO2等绝缘材料的层叠体形成。
接着，在上述的第二基板6上形成有多个在图2的左右方向(与第一布线组2的导体2A大致成直角的方向)上延伸的导体5A，这些导体5A在第二基板6的上下方向上并排形成有多个，形成第二布线组5。构成该第二布线组5的各导体5A的宽度与构成先前的第一布线组2的各导体2A大致相等，这些导体5A也是以同等程度的间距形成。这些各导体5A各自具有相同的宽度和间距，并作为第二引出布线组11的导体11A向边界部7侧延伸形成，通过边界部7延伸至第一基板3侧而形成，各导体11A与第一基板2侧的第一引出布线组9的各导体9A的前端部连接。
根据以上的构成，经第二引出布线组9的各导体9A和第一基板3侧的第一引出布线组9的导体9A，使得构成第二基板6侧的第二布线组5的各导体5A与驱动元件8的端子连接。因此，与第二布线组5连接的第二引出布线组9的各导体9A在边界部7上具有与第二布线组5的各导体5A相同的粗细，并直接以该粗细延伸至第一基板3侧而形成，成为第一引出布线组9的导体9A之后其宽度和间距减小，所以在比第二布线组5的排列方向的宽度(图2中为上下方向的长度)小的宽度的区域内排列有第一引出布线组9。
另外，在第二基板6上被覆有覆盖该基板6的上面、上述第二布线组5和第二引出布线组11的绝缘层20。上述各导体5A、11A例如是由0.1μm厚度左右的铝膜等形成，先前的绝缘层20例如是由Si3O4或SiO2等绝缘材料的层叠体形成。
上述构成的第二基板6在上述第一基板3上折叠，但就该实施方式的表面压力分布传感器1而言，在第一基板3和第二基板6的重叠部分，有隔离物21介于其间以包围其周缘部，在第一基板3侧的第一布线组2和与其对置的第二基板6侧的第二布线组5之间，形成与隔离物21的厚度相对应的空气层22，并且在第二基板6的背面侧添设由不锈钢板等形成的刚性高的加强板23，在第二基板6的外面侧按照俯视下包围第二布线组5的方式贴附有框体24。因此，该框体24的内侧的区域、即在俯视下第一布线组2的多个导体2A和第二布线组5的多个导体5A以大致90°交叉而对置配置的区域成为表面压力分布传感器1的感测区域S。
上述第一布线组2的各导体2A和第二布线组5的各导体5A如图1所示与在驱动元件8中内置的电容检测电路25和列选择电路26连接，可以用电容检测电路25检测第一布线组2的各导体2A和第二布线组5的各导体5A交叉形成的感测区域S中的、与分离距离的变化相对应的静电电容的变化。如此，检测出向由挠性薄膜形成的第二基板6的外面按压微细的凹凸时产生的多个交叉部的静电电容的变化，由此可以将被测定物的凹凸面的形状例如图6所示的手指30的指纹的形状作为信号数据输出。
在该实施方式中使用的电容检测电路25例如使用如图7所示的电路，除了测定时由列选择电路26选择的第二布线组5的导体5A之外，全部与接地侧连接，并且，同一第一布线组2的导体2A上的测定对象之外的静电电容全部作为寄生电容被并联输入到测定系统中，寄生电容的相反侧的电极与接地侧连接，由此可以进行取消。通过这样的构成，能以良好的精度检测微细的凹凸面即微小的静电电容的变化。
其中，在本实施方式中，在挠性薄膜的第二基板6侧形成有第二布线组5，但可以在第二基板6侧形成第一布线组2。但是，从难以受静电影响的关系出发，更优选在第二基板6侧形成与作为低输出阻抗的列选择电路26连接的第二布线组5。
对于以上结构的表面压力分布传感器1，并不特别限定其用途，例如如图6所示可以用作指纹传感器。当向第二基板6的表面按压指纹等微细的凹凸17时，通过检测此时发生的在第一布线组2的导体2A和第二布线组5的导体5A的交叉部分的、与分离距离的变化相对应的静电电容的变化，可以准确地检测出手指30的指纹等微细的凹凸27的形状，并作为信号数据输出。
作为将该实施方式的表面压力分布传感器1用于例如指纹传感器的例子，例如可以用于移动电话的所有者认证系统等。近年来，考虑到用移动电话等进行结帐等，通过在移动电话中形成表面压力分布传感器1，可以准确地检测出按压在表面压力分布传感器1上的指纹，通过与预先登记的指纹数据相对照而可以正确地对所有者进行认证。
就上述结构的表面压力分布传感器1而言，第二基板6侧的第二布线组5的导体5A以其原有的粗细经边界部7向第一基板3侧延伸而形成，尽可能粗地形成弯曲应力所作用的导体部分，所以在作为弯曲部分的边界部7上形成的导体11A对抗弯曲应力的能力强，有助于提高表面压力分布传感器1的布线的可靠性。
与此相对，在图9、图10所示的结构的表面压力分布传感器D中，沿着感测区域120的侧方配置与表面压力分布传感器1的第一引出布线组9的导体9A...相当的导体116...、以及与第二引出布线组11的导体11A相当的导体115，并沿着该方向延伸形成，引出布线115、116的粗细直接影响感测区域120的外部区域的宽度方向，所以为了缩小表面压力分布传感器D的基板尺寸，需要较细地且以窄间距形成引出布线115、116，但问题是，如果引出布线115、116细，则引出布线116的弯曲部分变弱。
与此相对，在本实施方式的结构中，第二引出布线组11的导体11A配置在其与第一布线组2的多个导体2A交叉的方向上，而且，可以在导体11A的布线区域利用纵向宽度与图3所示的感测区域S的纵向宽度相同的边界部3B，由此可以以与导体5A的各导体宽度和根数相同的导体宽度和根数形成导体11A，所以能够不减小导体11A的粗细且以与导体5A相同的粗细和间距在基板3上和基板6上形成导体11A，由此可以提高布线可靠性。
从这些各导体的配置结构可知，与如图2所示在基板3的左侧配置基板6的结构相对，在基板3的右侧配置基板6，左右对称地形成图2所示的各布线的配置结构，这样的结构当然也能实现本发明的目的。
(工业上的可利用性)
本发明的表面压力分布传感器可用作移动电话的所有者认证系统的指纹传感器，另外，还可广泛应用于带指纹认证系统的IC卡、便携式信息设备、便携式音乐播放器、汽车的电子锁的所有者认证系统等的电子设备中。

Claims (4)

1.一种表面压力分布传感器，具备：
第一基板，形成有并排形成多个导体而成的第一布线组；
第二基板，形成有并排形成多个导体而成的第二布线组；和
边界部，连接所述第一基板和第二基板；
通过所述边界部的弯曲，按照使所述第一基板的第一布线组和所述第二基板的第二布线组配置成对置交叉状态的方式来连接所述第一基板和所述第二基板，基于所述第一布线组的导体和所述第二布线组的导体的各交叉部的静电电容的变化来检测表面压力的分布，
在所述第一基板上形成与所述第一布线组邻接且与所述第一布线组独立的第一引出布线组，在所述第二基板上形成与所述第二布线组连接的第二引出布线组，所述第二引出布线组经所述边界部而延伸形成，与所述第一基板侧的第一引出布线组连接，并且，与所述第一布线组的导体的宽度和所述第二布线组的导体的宽度相比，所述第一引出布线组的导体的宽度更小，位于所述边界部的弯曲部分的所述第二引出布线组的导体的宽度比所述第一引出布线组的导体的宽度大。
2.如权利要求1所述的表面压力分布传感器，其特征在于，
在所述第一基板上，与所述第一布线组并排地形成所述第一引出布线组，与所述第一布线组的各导体宽度相比，所述第一引出布线组的各导体宽度更细，与所述第一布线组的整体宽度相比，所述第一引出布线组的整体宽度更小，并且在所述第一布线组的侧方侧经所述边界部与所述第二基板连接，在与所述第一引出布线组的各导体交叉的方向上排列有所述第二布线组和所述第二引出布线组。
3.如权利要求2所述的表面压力分布传感器，其特征在于，
在所述第一基板上的一部分，所述第一布线组的一侧被集中布线而形成第一元件连接区域，在所述第一基板的其他部分，所述第一引出布线组的一侧被集中布线而形成第二元件连接区域，所述第一元件连接区域和所述第二元件连接区域邻接配置，在这些元件连接区域连接有共用或分别独立的传感用驱动元件。
4.如权利要求2所述的表面压力分布传感器，其特征在于，
所述第二基板侧的第二布线组的各导体以其原有的宽度通过所述边界部并延伸形成至所述第一基板上，在所述第一引出布线组的各导体中，靠近所述第一布线组的一侧的导体长，远离所述第一布线组的一侧的导体顺次变短，所述第一引出布线组的各导体的前端部的位置在所述第一引出布线组的长度方向上顺次错开而配置，各位置错开而配置的所述第一引出布线组的各导体的前端部与通过所述边界部后的所述第二引出布线组的各导体连接。
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