DE102020108927A1

DE102020108927A1 - Sensoreinrichtung, Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, Trägerband, Chipkarte und Verfahren zum Bilden einer Chipkarte

Info

Publication number: DE102020108927A1
Application number: DE102020108927.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Pohl; Frank Püschner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20210303813A1; US11893821B2

Abstract

Eine Sensoreinrichtung (100) wird bereitgestellt. Die Sensoreinrichtung (100) weist einen Fingerabdruck-Sensor (109) auf, der einen Flächensensor auf Siliziumbasis, eine Sensorfläche und einen lateral benachbart zur Sensorfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (142), der eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen, aufweist, und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor gekoppelte Antenne (142) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors (109) mit einer Booster-Antenne (330).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, ein Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, ein Trägerband, eine Chipkarte und ein Verfahren zum Bilden einer Chipkarte.
Heutzutage gibt es einen klaren Trend hin zu Chipkarten bzw. Smartcards, z.B. für Bankanwendungen oder Zugangserlaubnisse, die mit biometrischen Sensoren zur Authentifizierung versehen sind, z.B. mit Fingerabdruck-Sensoren.
Diese Karten haben allerdings einen komplexen Aufbau mit mehreren Komponenten, die galvanisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der Fingerabdruck-Sensor mit einem Chip (der sicherheitsrelevante Funktionen bereitstellen kann und dann auch als Secure Element bezeichnet wird) und mit einer Antenne elektrisch leitend verbunden sein.
Für eine breite Akzeptanz müssen Anwendungen für den Massenmarkt, wie z.B. Bezahl-/Bankanwendungen, einerseits kostengünstig sein und auf der anderen Seite vorgeschriebene Zuverlässigkeits- bzw. Sicherheitsanforderungen erfüllen, z.B. den Ansprüchen des CQM-Standards hinsichtlich mechanischer Zuverlässigkeit genügen.
Im Stand der Technik wurden verschiedene Fingerabdruck-Sensoren vorgeschlagen, welche sich hinsichtlich einer Art des Sensors, einem Sensormaterial und einem Verfahren, die Smartcard zusammenzubauen, unterscheiden.
In der SE 175 836 A1 wird ein Fingerabdruck-Modul beschrieben, das einen Fingerabdruck-Sensor aufweist, der in eine Öffnung eines Substrats eingebracht und mit einer RFID-Antenne elektrisch leitend verbunden ist, welche sowohl der Kommunikation als auch der Energiegewinnung für den Sensor dient.
Gemäß einer Montagetechnologie eines Stands der Technik wird ein T-förmiges Chipmodul verwendet, welches allerdings nicht für eine kontaktlose Nutzung eingerichtet ist.
Es besteht ein Bedarf an einem kostengünstigen, zuverlässigen und leicht zu montierenden biometrischen Sensor (z.B. einem Fingerabdrucksensor) zur Integration in eine Chipkarte, z.B. in eine so genannte Smartcard.
Dieser Bedarf besteht sowohl für siliziumbasierte biometrische Sensoren, welche oben beschrieben sind, als auch für leiterplattenbasierte (PCB-basierte) biometrische Sensoren für Chipkarten.
PCB-Substrat-basierte biometrische Fingerabdrucksensoren werden typischerweise aus PCB-Panels hergestellt und daraus z.B. mittels Stanzen, Fräsen oder Schneiden vereinzelt. Danach liegen die Chipmodule als Einzelmodule vor, was keine Standardbereitstellungsform für die Herstellung einer Smartcard darstellt.
Bisher sind PCB-Substrat-basierte biometrische Fingerabdrucksensoren für biometrische Smartcards noch keine Massenware, so dass bisher noch nicht das Bedürfnis aufkam, die Herstellungskonzepte in Richtung Massentauglichkeit zu überarbeiten.
Für eine Massenproduktion besteht allerdings ein Bedarf an Herstellungsverfahren für PCB-Substrat-basierte biometrische Fingerabdrucksensoren, die dafür tauglich sind. Dafür könnte es nützlich sein, Montageverfahren verwenden zu können, die gegenwärtig genutzt werden, z.B. ein Implantieren von Modulen und Sensoren mit einer Standard-Chipkarten-Implantierausrüstung z.B. mittels einer Hotmelt-Implantierung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Sensoreinrichtung, z.B. ein Chipmodul mit einem Fingerabdrucksensor, bereitgestellt, welche leicht und massenproduktionstauglich in einen Chipkartenkörper implantierbar ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung aus einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente zusammengesetzt sein bzw. werden, welche leicht koppelbar sind. Dabei kann die erste Komponente den Fingerabdrucksensor aufweisen und wird dementsprechend auch als Sensorkomponente bezeichnet, und die zweite Komponente kann ein Träger mit einer Öffnung sein, in welcher die erste Komponente angeordnet ist bzw. wird, und wird deshalb auch als Trägerkomponente bezeichnet.
Der Träger kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Standard-35 mm-Trägerband für eine Rolle-zu-Rolle Herstellung von Chipmodulen sein. Damit kann ermöglicht werden, dass die Sensoreinrichtungs- (Chipmodul-)Implantation in den Chipkartenkörper auf Standardmaschinen erfolgen kann, beispielsweise beim Endkunden. Während der standardmäßigen Weiterverarbeitung kann die Sensoreinrichtung aus dem Trägerband vereinzelt, z.B. ausgestanzt werden und in den Chipkartenkörper implantiert werden, beispielsweise mittels eines Hotmelt-Prozesses.
Anders ausgedrückt stellt das Standard-35 mm-Trägerband die bekannte Bereitstellungsform für die Chipmodule dar und bildet (z.B. nach einem Ausstanzen) einen Teil der Sensoreinrichtung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine (z.B. komplexe) Sensorkomponente mit einem (einfachen) 35 mm-Trägerband kombiniert, um der Sensorkomponente eine weitere Funktionalität hinzuzufügen, z.B. ein Bereitstellen eines Montagebereichs zum Montieren als Standard-Chipmodul, und somit der dadurch gebildeten Sensoreinrichtung in einer Standard-Bereitstellungs form.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung (auch als Sensormodul bezeichnet) den Sensor, z.B. einen Fingerabdruck-Sensor, und eine integrierte (Koppel-)Antenne aufweisen.
Das Sensormodul kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in eine Chipkarte (z.B. einer Smartcard) eingesetzt werden, welche eine Coil-on-Module- (CoM-)Technologie verwendet. Bei der CoM-Technologie befindet sich eine große Antenne (die so genannte Booster-Antenne) für eine Kommunikation mit einem Smartcard-Lesegerät in einem Kartenkörper der Smartkarte und koppelt induktiv an eine (wesentlich kleinere) Antenne, die Teil eines Chipkartenmoduls ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Verbindung zwischen dem Sensormodul und einer in einem Chipkartenkörper angeordneten Boosterantenne mittels induktiver Kopplung hergestellt werden bzw. sein. Die induktive Kopplung kann sowohl für eine Datenübertragung als auch für eine Energieversorgung zum Betrieb des Sensors genutzt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine kostengünstige, zuverlässige und leicht zusammenzubauende Sensoreinrichtung, z.B. mit einem Fingerabdruck-Sensor, bereitgestellt. Die Sensoreinrichtung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in eine Chipkarte, z.B. eine Smartcard, integriert sein oder werden. Da auch die Integration in die Karte auf einfache und kostengünstige Weise erfolgt, ist die Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ebenfalls kostengünstig.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Coil-on-Fingerabdruck-Sensor-Modul bereitgestellt. Damit wird ermöglicht, ein komplexes Sensorsystem als ein einziges, aus zwei Komponenten zusammengesetztes Package bereitzustellen. Eine Verbesserung der Funktionalität kann erreicht werden mittels Bereitstellens einer Standard-Boosterantenne in einem Träger, in welchen das Coil-on-Fingerabdruck-Sensor-Modul eingebettet werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Sensorkomponente einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
1B eine schematische Querschnittsansicht einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
1C schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Trägerkomponente einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
1D eine Veranschaulichung eines Koppelvorgangs einer Sensorkomponente und einer Trägerkomponente zum Bilden der Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Vorder- und eine Rückseite eines Trägerbands mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen und eine schematische Draufsicht auf eine Vorder- und eine Rückseite eines Trägerbands, bei welchem die Sensorkomponenten noch nicht montiert sind;
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine schematische Draufsicht einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
5 eine schematische Draufsicht auf eine Vorderseite und eine Rückseite einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
6A bis 6C jeweils eine schematische Draufsicht mit einer Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
7A bis 7D jeweils eine schematische perspektivische Draufsicht auf die Vorderseite einer Sensoreinrichtung, welche in ein Trägerband gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen aus 8 eingesetzt wird;
8 eine schematische Draufsicht auf eine Vorder- und eine Rückseite eines Trägerbands und eine Vorderansicht eines Trägerbands mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
9 schematische perspektivische Draufsichten auf eine Vorder- und eine Rückseite einer Sensoreinrichtung (unten) und eine Trägerkomponente der Sensoreinrichtung vor dem Koppeln mit der Sensorkomponente (oben) zum Bilden eines Trägerbands gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
10 eine schematische Draufsicht auf eine Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer Querschnittsansicht eines Teilbereichs und einer Veranschaulichung eines Montagevorgangs der Sensoreinrichtung im Chipkartenkörper;
11A eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zusammen mit Ansichten von unten der zusammenzufügenden Elemente;
11B eine schematische Darstellung der Antennen der Sensoreinrichtung aus 11A;
12 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Zur Unterscheidung von Ausführungsbeispielen können manche Vorrichtungen, Einrichtungen, Bauteile usw. zusätzlich zu einem generischen Bezugszeichen noch mit einem Bezugszeichen versehen sein, das das generische Bezugszeichen und einen nachgestellten Kleinbuchstaben aufweist.
1A zeigt schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Sensorkomponente 101 einer Sensoreinrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 1B eine schematische Querschnittsansicht einer Sensoreinrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 1C schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Trägerkomponente 101 einer Sensoreinrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, und 1D eine Veranschaulichung eines Koppelvorgangs einer Sensorkomponente 101 und einer Trägerkomponente 156 zum Bilden der Sensoreinrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Außerdem zeigen 3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Chipkarte 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 4 eine schematische Draufsicht einer Chipkarte 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, und 5 eine schematische Draufsicht auf eine Vorderseite und eine Rückseite einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die Sensoreinrichtung 100 kann einen Fingerabdruck-Sensor 109 aufweisen. Der Fingerabdruck-Sensor 109 kann einen Flächensensor auf Siliziumbasis mit einer Sensorfläche 101S aufweisen und dementsprechend auch als Sensorchip 109 bezeichnet werden. Der Sensorchip 109 kann Teil einer Sensorkomponente 101 sein.
Der Fingerabdruck-Sensor 109 kann auf einer Oberseite einer Leiterplatte (PCB) 105, welche ein Substrat 105 bildet, angeordnet sein. Das Substrat 105 kann als ein mehrlagiges Substrat, beispielsweise mit einer oberen Metallschicht, einem (elektrisch isolierenden) Substratkern und einer unteren Metallschicht gebildet sein. Optional kann das Substrat weitere Lötmaskenschichten aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Sensorchip 109 mittels Drahtbonden (z.B. mittels eines Drahts 158) mit der oberen Metallschicht des Substrats 105 elektrisch leitend verbunden sein bzw. werden.
Der Sensorchip 109 kann mit einer Kappe aus Verkapselungsmaterial 102, beispielsweise einer Vergussmasse auf Epoxybasis), verkapselt sein bzw. werden.
Eine flache Oberfläche des Verkapselungsmaterials 102 kann einen Sensorbereich bilden, welchen ein Nutzer mit seinem Finger berührt zum Erfassen des Fingerabdrucks.
Dementsprechend kann der Sensorbereich des Verkapselungsmaterials 102 freiliegen, so dass der Fingerabdruck-Sensor 109 mit einem Finger berührbar ist und eingerichtet ist, Fingerabdruckmerkmale des Fingers zu erfassen.
Sofern auf der Oberseite des Substrats 105 noch freier Platz im verkapselten Bereich verfügbar ist, können weitere Komponenten, beispielsweise ein Sensor-Auswertechip 110 und/oder weitere Schaltkreiselemente 130 (die beispielsweise auch einen zweiten Chip aufweisen können), auf der Oberseite des Substrats 105 angeordnet sein oder werden. Anderenfalls können der zweite Chip 130 bzw. die Schaltkreiselemente 130 auf der Unterseite des Substrats 105 angeordnet sein bzw. werden. Dies ist beispielhaft in 1A (unten) dargestellt.
Der Sensor-Auswertechip 110 und ggf. weitere Chips können mittels Flipchip-Montage (FC-Montage) aufgebracht sein (beispielsweise gelötet als so genanntes „Surface Mounted Device“ SMD, angeklebt, etc.).
Allerdings können andere oder weitere Verbindungstechnologien wie Drahtbonden ebenfalls verwendet werden. Die zusätzlichen Schaltkreiselemente 110, 130 können beispielsweise einen Sicherheitschip (auch als Secure Element (SE) bezeichnet) 110, eine Mikrocontrollereinheit (MCU), eine Energiequelle (z.B. eine Spannungsversorgung, die Energie bereitstellt, die mittels einer Booster-Antenne aus einem elektromagnetischen Feld, das ein externes Lesegerät erzeugt, empfangen wird) und/oder zusätzliche aktive und/oder passive Bauelemente, welche beispielsweise eine Funktion des Fingerabdrucksensors 101 erleichtern oder ermöglichen, aufweisen.
Darüber hinaus kann die Sensorkomponente 101 LEDs zur Kommunikation mit dem Nutzer aufweisen, beispielsweise um mittels eines grünen Lichts anzuzeigen, dass eine Chipkarte 300, in welcher die Sensoreinrichtung 100 integriert sein kann, (z.B. wie vorgesehen) arbeitet.
Eine Höhe der zusätzlichen Bauelemente kann so ausgewählt sein, dass die Gesamtdicke der Sensorkomponente 101 etwa 550 µm nicht überschreitet, damit die Sensorkomponente 101 in die Smartcard 300 einsetzbar (d.h. implantierbar) ist.
Die obere Metallschicht auf dem Substrat 105 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ferner freiliegende (d.h. nicht verkapselte) Kontakte 103 aufweisen, welche eingerichtet sind, eine elektrisch leitende Verbindung zur Trägerkomponente 156 zu bilden, insbesondere zu den passenden Kontaktpads 174. Siehe dazu beispielsweise 1A, 1C und 1D.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können solche Kontakte als Teil der unteren Metallschicht des Substrats 105 gebildet sein bzw. werden. Eine elektrisch leitende Kontaktierung 148, 150 zur Trägerkomponente 156 kann dann beispielsweise mittels Drahtbondens gebildet sein bzw. werden. Das ist beispielhaft in 1B dargestellt.
Die Kappe aus Verkapselungsmaterial 102 kann so gebildet sein, dass es einen Randbereich mit einer Breite von etwa 200 µm bis etwa 1000 µm, z.B. zwischen 400 µm und 800 µm auf dem Substrat gibt, der frei ist vom Verkapselungsmaterial 102. Dieser (z.B. flache) Randbereich auf der Oberseite der Sensorkomponente 101 kann dafür vorgesehen sein, die Sensorkomponente 101 mit der Trägerkomponente 156 zu verbinden.
Die Sensoreinrichtung 100 kann ferner einen lateral benachbart zur Sensorfläche 101S angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktbereich 142 aufweisen. Der Kontaktbereich 142 kann beispielsweise als eine Metallfläche gebildet sein, beispielsweise als eine Metallschicht 142 auf einem elektrisch isolierenden Substrat 152. Das elektrisch isolierende Substrat 152 und der elektrisch leitfähige Kontaktbereich 142 können Teil der Trägerkomponente 156 sein.
Der Kontaktbereich 142 kann eingerichtet sein, beim Berühren der Kontaktfläche 101S mit dem Finger ebenfalls berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen, beispielsweise auf ein Erdungspotenzial. Das kann erforderlich sein für den Betrieb des siliziumbasierten, beispielsweise kapazitiven Fingerabdruck-Sensors 109.
Der Kontaktbereich 142 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit dem Sensor-Auswertechip 110 bzw. einem damit verbundenen Schaltkreis elektrisch leitend verbunden sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung 100 ferner eine mit dem Fingerabdruck-Sensor 109 gekoppelte Antenne 154 zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors 109 mit einer Booster-Antenne 330 (siehe 4) aufweisen.
Der Kontaktbereich 142 und die Antenne 154 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen vertikal übereinander angeordnet sein, durch das elektrisch isolierende Substrat 152 voneinander getrennt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können der Kontaktbereich 142 und die Antenne 154 lateral versetzt zueinander angeordnet sein. Eine elektrisch leitende Brücke 146 zum Verbinden zweier Enden der Antenne 154 können auf derselben Seite wie der Kontaktbereich 142 angeordnet sein. 1C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Trägerkomponente 156 mit der Antenne 154 auf der Unterseite und dem Kontaktbereich 142 auf der Oberseite.
Antennen-Kontaktpads 174 1 zum Bilden eines elektrisch leitenden Kontakts zwischen der Sensorkomponente 101 und der Trägerkomponente 156 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil der unteren Metallisierungsschicht der Trägerkomponente 156 sein. Die Antennen-Kontaktpads 174 1 können Kontaktpads für die Antennenkontakte LA/LB, und mindestens einen Kontaktpad 174 2 für jedes Segment des Kontaktbereichs 142.
Wegen der Antenne 154, die Teil der Trägerkomponente 156 und damit Teil der Sensoreinrichtung 100 sein kann, kann die Sensoreinrichtung 100 auch als Coil-on-Module-Einrichtung betrachtet werden.
Um eine störende Wechselwirkung des Kontaktbereichs 142 mit der Antenne 154 zu vermeiden (beispielsweise wenn gemäß einer Ausführungsform die Antenne 154 unter dem elektrisch leitfähigen Kontaktbereich 142 angeordnet ist) kann der elektrisch leitfähige Kontaktbereich 142 als unterbrochener Ring oder als eine Mehrzahl von Segmenten gebildet sein. In den beispielhaften Ausführungsformen aus 1C und 1D ist der Kontaktbereich 142 jeweils aus zwei Segmenten gebildet. Eine Lücke 172 zum Unterbrechen oder Segmentieren des Kontaktbereichs 142 kann beispielsweise mittels Ätzens gebildet werden bzw. sein.
Die Trägerkomponente 156 kann aus einem typischen Chipmodulsubstrat 152 mit einer zweilagigen Metallisierung 142, 154 (z.B. auf der Oberseite und auf der Unterseite) gebildet sein. Ein Oberflächenfinish der Metallschichten kann beispielsweise demjenigen typischer Chipkartenmetallisierungen entsprechen, beispielsweise mit Kupfer (Cu) als Basismaterial mit einer Deckschicht, die Nickel (Ni), Gold (Au), Palladium (Pd) oder beispielsweise eine CuSnZn-Legierung (z.B. MIRALLOY®) aufweist oder daraus besteht.
Eine Dicke des Substrats 152 kann so gewählt sein, dass die Kappe aus Verkapselungsmaterial 102 nach dem Zusammenfügen der Sensorkomponente 101 mit der Trägerkomponente 156 nicht über die Metallisierung der Oberseite, d.h. über den Kontaktbereich 142, hinausragt.
Der Fingerabdruck-Sensor 109 kann einen Sensor-Auswertechip 110 aufweisen, der eingerichtet sein kann zum Verarbeiten von erfassten Sensorsignalen, beispielsweise zum Erzeugen eines Bilds des Fingerabdrucks aus den Sensorsignalen oder einer anderen standardisierten Aufbereitung der erfassten Sensorsignale, die geeignet sind, mit Referenz-Sensorsignalen verglichen zu werden.
Der Sensor-Auswertechip 110 kann mit dem Fingerabdruck-Sensor 109 mittels eines Schaltkreises verbunden sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Sensor-Auswertechip 110 auf einer der Sensorfläche 101S abgewandten Seite der Sensorkomponente 101 angeordnet sein. Zusätzlich können in verschiedenen Ausführungsbeispielen weitere Schaltkreiselemente 130 bereitgestellt sein, beispielsweise auf derselben Seite der Sensorkomponente 101 wie der Sensor-Auswertechip 110. Die weiteren Schaltkreiselemente 130 können beispielsweise einen zweiten Chip, Kondensatoren (beispielsweise zum Abstimmen der Antenne für die induktive Kopplung; dafür können Kondensatoren parallel und/oder in Reihe zu induktiven Bereichen der Antenne 154 geschaltet sein), Dioden, usw. aufweisen. Die Antenne 154 kann derart abgestimmt sein bzw. werden, dass ihr Betrieb für die standardmäßig gemäß ISO14443 geforderte Frequenz von 13.56 Mhz optimiert ist.
Das aufbereitete Fingerabdrucksignal kann bereitgestellt werden zum Vergleichen mit in der Sensoreinrichtung 100 gespeicherten oder mittels einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, auch als externes Lesegerät bezeichnet, bereitgestellten Referenz-Sensor- (z.B. Fingerabdruck-Signalen). Die in der Sensoreinrichtung 100 gespeicherten Referenz-Fingerabdrucksignale können beispielsweise in einem zweiten Chip (nicht dargestellt), der als Secure Element bzw. als so genannter Security Controller eingerichtet sein kann, gespeichert sein.
Der zweite Chip kann eingerichtet sein zur kontaktlosen Kommunikation mit der Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, wobei die Antenne 154 mit dem zweiten Chip elektrisch leitend verbunden sein kann.
Ein Vergleichen des erfassten Fingerabdrucks mit den Referenz-Sensorsignalen kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in dem zweiten Chip erfolgen, oder, in verschiedenen Ausführungsbeispielen, in dem externen Lesegerät. Wird ermittelt, dass der erfasste Fingerabdruck zu einem Referenz-Sensorsignal passt, kann eine angeforderte Aktion ermöglicht werden, beispielsweise eine Geld-Transaktion ermöglicht oder ein Zutritt gewährt werden.
In 1B und 1D ist veranschaulicht, wie eine Verbindung zwischen der Trägerkomponente 156 und der Sensorkomponente 101 gebildet ist bzw. wird.
Die Trägerkomponente 156 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen als Teil eines Trägerbands 200 bereitgestellt sein. Siehe dazu 2, in welcher unten das Trägerband 200 ohne die Sensorkomponente 101 dargestellt ist, und oben mit der montierten Sensorkomponente 101, jeweils als Draufsicht von oben (links) bzw. von unten (rechts).
Das Trägerband kann ein Standard 35 mm Trägerband für eine Rolle-zu-Rolle Herstellung von Chipmodulen sein. Das ist so zu verstehen, dass das Trägerband 200 diejenigen Spezifikationen erfüllt, die erforderlich sind, damit das Trägerband 200 mittels bei der Herstellung von Chipmodulen gegenwärtig verwendeten Rolle-zu-Rolle-Herstellungseinrichtungen verwendet werden kann. Darüber hinaus kann das Trägerband 200 allerdings so gestaltet sein, dass es die hierin beschriebene Funktionalität für die Sensoreinrichtung 100 bereitstellt, beispielsweise die Metallisierung 142, die Antenne 154, gegebenenfalls Durchkontaktierungen zum Anschließen der Metallisierung 142 bzw. der Antenne 154, usw.
Das Trägerband 200 kann einen Trägerbandkörper 220 mit einer Mehrzahl von (beispielsweise gestanzten) Durchgangsöffnungen 170 aufweisen, wobei in jeder der Durchgangsöffnungen 170 einer der Fingerabdrucksensoren 109, beispielsweise eine der Sensorkomponenten 101, angeordnet ist. Ein jeweiliger Bereich um die Durchgangsöffnungen 170 kann die Trägerkomponente 156 bilden, welche nach dem Vereinzeln der Sensoreinrichtung 100 einen Teil der Sensoreinrichtung 100 bildet.
Insbesondere kann beispielsweise die Antenne 154 einer jeweiligen Sensoreinrichtung 100 der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 100 auf dem Trägerbandkörper 200 so gebildet sein, dass sie die Durchgangsöffnung 170, in welcher der Fingerabdrucksensor 109 angeordnet ist, umgibt.
Ein Zusammenfügen der Sensorkomponente 101 und der Trägerkomponente 156 zum Bilden der Sensoreinrichtung 100 findet somit gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen auf dem 35 mm Trägerband 200 statt. Dennoch sind der Übersichtlichkeit halber in 1B und 1C jeweils einzelne Sensoreinrichtungen 100 dargestellt.
Der elektrisch leitfähige Kontaktbereich 142 einer jeweiligen Sensoreinrichtung 100 der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 100 kann auf dem Trägerbandkörper 220 gebildet sein, und zwar derart, dass er die Durchgangsöffnung 170, in welcher der Fingerabdrucksensor 109 angeordnet ist, umgibt.
Nach dem Einfügen der Sensorkomponenten 101 in das Trägerband 200 weist das Trägerband 201 somit eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 100 auf, wobei jede der Sensoreinrichtungen 100 einen Fingerabdruck-Sensor 109 und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor 109 gekoppelte Antenne 154 zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors 109 mit einer Booster-Antenne 330 aufweist.
12 zeigt ein Flussdiagramm 1200 eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren weist ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der einen Flächensensor auf Siliziumbasis aufweist, mit einer Antenne auf zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf (1210), und ein Bilden eines elektrisch leitfähigen Kontaktbereichs auf dem Trägerkörper benachbart zur Durchgangsöffnung derart, dass der Kontaktbereich nach einem Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung lateral benachbart zur Sensorfläche angeordnet und eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen (1220).
Das Verbinden der Trägerkomponente 156 mit der Sensorkomponente 101 wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen auf einem Standard-35 mm-Trägerband 200 vorgenommen.
Beim Verbinden werden die Kontaktpads 174 mit den Kontakten 103 in (elektrisch leitenden) Kontakt gebracht.
Das Montieren der Sensorkomponente 101 auf der Trägerkomponente 156 (also z.B. auf dem Trägerband 200) kann auf eine von mehreren Arten erfolgen, von denen mehrere im Folgenden beispielhaft beschrieben werden.
Die Sensorkomponente 101 kann auf der Trägerkomponente 156 mittels eines nichtleitenden Klebers 153 montiert werden. Der Kleber 153 kann vor dem Montieren auf der Trägerkomponente, der Sensorkomponente 101 oder beiden aufgebracht werden, beispielsweise auf jeweiligen Kontaktbereichen, beispielsweise einem (z.B. äußeren) Randbereich der Sensorkomponente 101 und/oder einem (z.B. inneren) Randbereich der Trägerkomponente 156.
Um einen guten elektrisch leitenden Kontakt der Kontaktflächen 174 mit den Kontakten 103 kann zwischen den einander kontaktierenden Kontaktfläche/Kontakt-Paaren jeweils zusätzlich ein elektrisch leitfähiger Kleber aufgetragen werden, beispielsweise ein vollständig leitfähiger Kleber oder ein anisotroper Leitkleber.
Ein Aushärten des Klebers 153 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in-situ erfolgen, beispielsweise als so genannter snap-cure-Prozess während die beiden Komponenten 101, 156 in einer Laminiervorrichtung aufeinandergepresst werden. Alternativ kann das Aushärten beispielsweise in einem Kastenofen oder in einem Reflow-Ofen erfolgen.
Die Sensorkomponente 101 kann abweichend vom oben beschriebenen Klebeverfahren auf der Trägerkomponente 156 mittels eines leitfähigen Klebers (vollständig leitfähiger Kleber oder ein anisotroper Leitkleber) montiert werden.
Der Kleber kann vor dem Montieren auf der Trägerkomponente, der Sensorkomponente 101 oder beiden aufgebracht werden, beispielsweise auf jeweiligen Kontaktbereichen, beispielsweise einem (z.B. äußeren) Randbereich der Sensorkomponente 101 und/oder einem (z.B. inneren) Randbereich der Trägerkomponente 156, und außerdem zwischen den einander kontaktierenden Kontaktfläche/Kontakt-Paaren.
Vorteilhaft kann dabei sein, dass nur eine Art von Kleber zum Verbinden der Komponenten 101, 156 und der Kontaktfläche/Kontakt-Paare verwendet wird.
Die Sensorkomponente 101 kann auf der Trägerkomponente 156 mittels eines Lötprozesses montiert werden. Jeweilige Kontaktbereiche der Komponenten 101, 156, beispielsweise ein (z.B. äußerer) Randbereich der Sensorkomponente 101 und/oder ein (z.B. innerer) Randbereich der Trägerkomponente 156 können als lötbare Oberfläche gestaltet sein.
Vorteilhaft kann dabei sein, dass nur eine Art von Material zum Befestigen und zum elektrisch leitenden Verbinden der Komponenten 101, 156 und der Kontaktfläche/Kontakt-Paare verwendet wird.
Das Löten kann in-situ ausgeführt werden, beispielsweise in einer Löt-Laminiervorrichtung. Alternativ kann das Löten in einem Reflow-Ofen ausgeführt werden, was allerdings den Nachteil aufweisen kann, dass auch andere Lötverbindungen auf der Sensoreinrichtung erneut aufgeschmolzen werden können.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die oben beschriebenen Prozesse miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Kleber zum Anbringen der Sensorkomponente 101 an der Trägerkomponente 156 kombiniert werden mit einem Löten zum elektrisch leitenden Verbinden der Kontaktfläche/Kontakt-Paare.
Nach dem Verbinden der Sensorkomponente 101 mit der Trägerkomponente 156 kann die dadurch gebildete Sensoreinrichtung 100 in einen Chipkartenkörper 332 eingebettet werden zum Bilden einer Chipkarte 300. Das ist in 3 veranschaulicht.
Die Antenne 154 der Sensoreinrichtung 100 und die Booster-Antenne 330, genauer gesagt ein Koppelbereich 330K der Booster-Antenne 330, können in der Chipkarte 300 so zueinander ausgerichtet sein, dass eine zum Betreiben der Sensoreinrichtung 100 als Teil der Chipkarte 300 nötige Kopplungsstärke erreicht wird. Siehe dazu 4.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, kann die Chipkarte 300 in verschiedenen Ausführungsbeispielen ferner ein kontaktbasiertes Chipmodul 440 aufweisen. Das kontaktbasierte Chipmodul 440 kann ein eigenes Secure Element aufweisen zum kontaktbasierten Betreiben der Karte. Das Secure Element des kontaktbasierten Chipmoduls 440 kann unabhängig sein vom Secure Element 110 der Sensoreinrichtung 100.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorderseite und eine Rückseite der Sensoreinrichtung 100, 100b gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie in 5 dargestellt ist, kann die Sensoreinrichtung 100, 100b zusätzlich zur Sensorkomponente 101 eine kontaktbasierte Schnittstelle 440 zur kontaktbasierten Kommunikation aufweisen, die einstückig mit der Sensoreinrichtung 100 gebildet sein kann, beispielsweise indem die Trägerkomponente 156 so gebildet ist, dass sie sowohl die Sensorkomponente 101 als auch die kontaktbasierte Schnittstelle 440 aufnimmt.
Die Antenne 154 kann in dem Fall so gebildet sein, dass sie sich bis in den Randbereich unterhalb der kontaktbasierten Schnittstelle erstreckt. Damit kann die Antennenfläche vergrößert werden, was die Qualität der Kontaktlos-Übertragung verbessern kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Sensoreinrichtung 100 bereitgestellt, welche als ein Zusammenbau aus zwei unterschiedlichen Komponenten, einer Sensorkomponente 101 und einer Trägerkomponente 156, gebildet wird.
Vorteilhaft bei dieser Art der Montage ist eine Kostenoptimierung. Beim Anfertigen der Sensorkomponente 101 kann können beispielsweise höhere Dichten verwirklicht werden, wenn es auf einem PCB-Substrat (z.B. Panel oder Streifen) erfolgt, als wenn es direkt auf dem Trägerband 200 ausgeführt werden müsste.
6A bis 6C zeigen jeweils eine schematische Draufsicht mit einer Teil-Querschnittsansicht eine Sensoreinrichtung 600, welche in ein Trägerband gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt wird. 7A bis 7D zeigen jeweils eine schematische perspektivische Draufsicht auf die Vorderseite einer Sensoreinrichtung 600 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wobei in 7D zusätzlich eine schematische perspektivische Draufsicht auf die Rückseite der Sensorkomponente 601 und eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs gezeigt sind. 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorder- und eine Rückseite eines Trägerbands 800 (oben) und eine Vorderansicht eines Trägerbands 801 mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 600 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen (unten). 9 zeigt schematische perspektivische Draufsichten auf eine Vorder- und eine Rückseite einer Sensoreinrichtung 600 (unten) und eine Trägerkomponente 656 vor dem Koppeln mit der Sensorkomponente 601 zum Bilden eines Trägerbands 801 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 10 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Chipkarte 1000 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einer Querschnittsansicht eines Teilbereichs und einer Veranschaulichung eines Montagevorgangs der Sensoreinrichtung 600 im Chipkartenkörper 332.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Trägerband 801 bereitgestellt. Das Trägerband 801 weist eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 600 auf.
Ohne die Sensoreinrichtungen wird das Trägerband mit dem Bezugszeichen 800 bezeichnet und entspricht, wie oben im Zusammenhang mit 2 erläutert, einem Standard-35 mm-Trägerband für eine Rolle-zu-Rolle Herstellung von Chipcardmodulen. Unterschiede zwischen den sensoreinrichtungslosen Trägerbändern 800 und 201 bzw. den mit den Sensoreinrichtungen 100 bzw. 600 versehenen Trägerbändern 200 bzw. 801 werden im Folgenden erläutert.
Auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß 7A bis 10 wird die Sensoreinrichtung 600 mittels Koppelns einer Trägerkomponente (dem Trägerband 800) und einer Sensorkomponente 601 gebildet und zur einfachen Weiterverarbeitung mit gegenwärtig verwendeten Rolle-zu-Rolle-Einrichtungen bereitgestellt.
Abgesehen von den erläuterten Unterschieden können Eigenschaften, Materialien usw. der Sensoreinrichtungen 100 bzw. 600, der Trägerbänder 800, 201 und der Chipkarten 300, 1000 im Wesentlichen gleich oder ähnlich sein.
Jede der Sensoreinrichtungen 600 kann einen Fingerabdruck-Sensor 609 und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor 609 gekoppelte Antenne 672 zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors 609 mit einer Booster-Antenne 330 aufweisen.
Der Fingerabdruck-Sensor 609 kann eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweisen. Darin kann ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Fingerabdruck-Sensor 609, der in den Ausführungsbeispielen der 7A bis 10 verwendet wird, und dem Fingerabdruck-Sensor 109 der 1A bis 6C liegen.
Der Fingerabdruck-Sensor 609 kann eine Sensorfläche mit der Vielzahl von Sensorpads aufweisen, welche in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Die Sensorpads können somit ein X*Y Sensorarray bilden zum Erfassen von Fingerabdrücken.
Der Fingerabdruck-Sensor 609 kann auf einem PCB-Substrat 662 angeordnet sein.
In 7D ist ein Schichtenaufbau der Fingerabdruck-Komponente 601 veranschaulicht.
Unterhalb des Fingerabdruck-Sensors 609, der mit einer dünnen Schutzschicht versehen sein kann, können (beispielsweise in dieser Reihenfolge) eine obere Lötmaske 670, eine obere Metallschicht 674, ein Substrat 662 (z.B. ein PCB-Substrat) und eine untere Lötmaske 676 angeordnet sein.
Ecken der Sensorkomponente 601 können abgerundet sein. Das kann ein Einfügen der Sensorkomponente 601 in eine ausgefräste Öffnung einer Chipkarte 1000 vereinfachen.
Das (PCB-)Substrat 662 kann zusätzliche Metallschichten, Erdungs- und Spannungsversorgungsleitungen bzw. -flächen aufweisen. Außerdem können aktive und passive Schaltkreiselemente in das Substrat 662 eingebettet sein, welche hier nicht dargestellt sind.
Im Unterschied zur Sensorkomponente 101 kann die Sensorkomponente 601 selbst mit der Antenne 672 ausgestattet sein zum Koppeln an einen Koppelbereich 330K einer Booster-Antenne 330, die in einem Chipkartenkörper 332 angeordnet sein kann. Die Antenne kann beispielsweise auf einer der Sensorfläche abgewandten Seite der Sensorkomponente 601 gebildet sein, beispielsweise in einem Randbereich. Siehe dazu beispielsweise 7D.
Ferner ist es im Allgemeinen bei dem PCB-basierten Fingerabdrucksensor 601 mit der Mehrzahl von Sensorpads nicht nötig, am Finger ein Erdungspotenzial anzulegen.
Die Trägerkomponente 656 kann an ihrer Oberseite ähnlich wie die Trägerkomponente 156 eine Metallfläche 142 aufweisen, bei welcher es nicht nötig ist, sie mittels einer elektrisch leitenden Verbindung an die Sensorkomponente 601 anzuschließen.
Die Metallfläche 142 kann beispielsweise als Montagefläche, als Definition dafür, wo die aus dem Trägerband 801 zu vereinzelnde Sensoreinrichtung 600 endet, und/oder zur mechanischen Stabilisierung dienen. Optional, beispielsweise zum Schutz vor elektrostatischer Ladung, kann die Metallfläche 142 auf Erdungspotenzial gelegt sein.
Die Trägerkomponente 656, welche beispielsweise als das Trägerband 800 gebildet sein kann, kann ein Substrat 152 aufweisen, beispielsweise ein verstärktes Epoxyband oder ein Polyimid-Band, welches mit einer oberen Metallisierung 142 und einer unteren Metallisierung 661 versehen sein kann. Die obere Metallisierung 142 und die untere Metallisierung 661 können beispielsweise Kupfer (Cu) aufweisen, welches beispielsweise mit Nickel (Ni), Gold (Au), Palladium (Pd) oder beispielsweise eine CuSnZn-Legierung (z.B. MIRALLOY®) oder anderen Legierungen davon beschichtet sein kann. Die Metallisierung kann auf der Oberseite und auf der Unterseite die gleichen Materialien oder verschiedene Materialien aufweisen.
In 9 ist die Trägerkomponente 656 wegen der besseren Übersichtlichkeit als Einzel-Trägerkomponente 656 dargestellt, obwohl diese eigentlich einen Teil des Trägerbands 800 bildet.
Auch hier ist, wie oben zur Trägerkomponente 156 beschrieben, darauf zu achten, dass die Metallisierungen 142, 661 auf der Trägerkomponente 656 keine geschlossenen Ringe bilden, sondern einen offenen Ring oder Ringsegmente. Dafür können Lücken 172 gebildet werden, beispielsweise mittels Ätzens oder anderer geeigneter Verfahren, die zum Strukturieren der Metallisierung genutzt werden.
In der unteren Zeile der 9 ist die Sensoreinrichtung 600 dargestellt, welche mittels Zusammenfügens der Sensorkomponente 601 mit der Trägerkomponente 656 gebildet ist.
Zum aneinander Befestigen wird ein Befestigungsmaterial 153 genutzt. Das ist in 6A bis 6C veranschaulicht.
Abhängig davon, welches Verfahren zum Anbringen der Sensorkomponente 601 an der Trägerkomponente 656 genutzt wird, kann das Befestigungsmaterial 153 variieren und beispielsweise nichtleitende Kleber, leitende Kleber (isotrop oder anisotrop), Lötlegierungen und/oder Hotmelt-Materialien aufweisen.
Ein (z.B. äußerer) Randbereich der Sensorkomponente 601 kann an einem (z.B. inneren) Randbereich, der eine Durchgangsöffnung 170 eines Trägerbandkörper 220 begrenzt, befestigt werden. Eine Breite des jeweiligen aneinander befestigten Bereichs kann beispielsweise zwischen 0,2 mm und 1,2 mm betragen.
In 7A ist der Randbereich der Sensorkomponente 601 vollständig mit einem Lötmaskenmaterial 670 bedeckt.
In 6C ist eine Verbindung zwischen einer solchen Sensorkomponente und einer Trägerkomponente 656 dargestellt, bei welcher das Substrat 152 freiliegt und mit der Lötmaske 670 verbunden ist.
In 7B weist der Randbereich der Sensorkomponente 601 Metallstrukturen in der oberen Metallschicht 674 auf. Der Randbereich ist frei von Lötmaskenmaterial 670. Dieses Ausführungsbeispiel kann genutzt werden, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Sensorkomponente 601 und der Trägerkomponente 656 zu bilden. Um sicherzustellen, dass die induktive Kopplung der Antenne 672 nicht von den Metallstrukturen 674 gestört wird, sollten die Metallstrukturen wie oben erläutert nicht als geschlossener Ring gebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können, wie in 6A dargestellt, im Randbereich der Trägerkomponente 656 ebenfalls Metallstrukturen gebildet sein.
In 7C ist der Randbereich der Sensorkomponente 601 frei von der oberen Lötmaske 670 und auch frei von der oberen Metallschicht. Dementsprechend ist das Substrat 662 im Randbereich freigelegt. Der damit zu koppelnde Bereich der Trägerkomponente 656 kann entweder Metallstrukturen aufweisen, beispielsweise zum Bilden einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Sensorkomponente 601 und der Trägerkomponente 656, oder frei von Metall sein. Zum Befestigen kann beispielsweise ein Kleber (leitfähig oder isolierend) verwendet werden.
In 6B ist eine Verbindung von Substrat zu Substrat dargestellt. Dafür kann beispielsweise ein Kleber 153 genutzt werden.
Welche Arten von Beschichtung für die Kontaktflächen genutzt werden und welches Befestigungsmaterial 153 verwendet wird kann einen Einfluss auf den in 6A bis 6C jeweils markierten Offset zwischen einer Oberfläche des Fingerabdrucksensors 609 und einer Oberfläche der Trägerkomponente 656 haben. Der Offset wird ferner von einer Dicke der Metallschichten 142, 661 der Trägerkomponente 656 und der Dicke ihres Substrats 152 beeinflusst.
Ein Implantieren der zusammengesetzten Sensoreinheit 600 in den Chipkartenkörper 332 kann nach einem Vereinzeln der Sensoreinheit 600 aus dem Trägerband 801 erfolgen, beispielsweise (wie oben zum Trägerband 200 erläutert) mittels Stanzens, Fräsens, Schneidens o.ä.
Das Einbetten der Sensoreinheit 600 in die Chipkarte, welches in 10 veranschaulicht ist, kann beispielsweise mittels eines Hotmelt-Prozesses erfolgen. Der Hotmelt-Implantierprozess ist ein Standardprozess in der Chipkartenfertigung und somit generell verfügbar und volumentauglich.
Eine Öffnung 1010, 1012, in welche die Sensoreinheit 600 eingebracht wird, kann eine flachere Öffnung 1012 und eine tiefere Öffnung 1010 aufweisen, wobei die (dickere) Sensorkomponente 601 in die tiefere Öffnung 1010 eingebracht wird, und die Trägerkomponente 656 mittels eines Haftmittels 1014, beispielsweise mittels des Hotmelt-Prozesses, mit ihrer Unterseite am Boden der flacheren Öffnung 1010 befestigt wird. Dies ist in der Querschnittsansicht der 10 veranschaulicht.
Weitere Eigenschaften der Chipkarte 1000 entsprechen denen, die im Zusammenhang mit der Chipkarte 300 erläutert wurden.
13 zeigt ein Flussdiagramm 1300 eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist, mit einer Antenne aufweisen (1310), wobei ein induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne erfolgt (1320).
Das Verfahren kann ferner ein Bilden einer Durchgangsöffnung in einem Trägerkörper und ein Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung aufweisen.
Dabei kann der Trägerkörper ein Trägerbandkörper (beispielsweise ein Standard-35 mm-Trägerbandkörper) sein, der die Durchgangsöffnung aufweist, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet wird, und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung, in welcher mindestens ein weiterer Fingerabdrucksensor angeordnet wird.
Das Verfahren kann ferner ein Vereinzeln der Sensoreinrichtung mittels Durchtrennens des Trägerbandkörpers aufweisen.
11A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Sensoreinrichtung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Bei der Sensoreinrichtung 1100 ist die Sensorkomponente 601, welche die integrierte Antenne 672 aufweist, mit der Trägerkomponente 156, welche die Antenne 154 aufweist, kombiniert. Das ist in Ansichten, welche die beiden Komponenten 601, 156 von unten zeigen, dargestellt.
Die Antenne 672 der Sensorkomponente 601 und die Antenne 154 der Trägerkomponente 156 sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen elektrisch leitend miteinander verbunden. 11B zeigt schematisch nur die Antennen 154, 672, die eine gemeinsame Antenne 1110 bilden, als Explosionsansicht einschließlich den Verbindungen zwischen den Antennen 154, 672 (die Brücke 146, die Kontaktpads 174, die Kontakte 103 und Durchkontaktierungen, die sie verbinden und als durchbrochene Linien angedeutet sind).
Die Antenne 1110 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen bessere Übertragungseigenschaften als jede der Antennen 154, 672 allein.
Weitere Eigenschaften, Herstellungsverfahren usw. entsprechen denen, die oben zu den anderen Ausführungsbeispielen erläutert sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Im Folgenden werden zusammenfassend einige Ausführungsbeispiele angegeben.
Ausführungsbeispiel 1 ist eine Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung weist einen Fingerabdruck-Sensor auf, der einen Flächensensor auf Siliziumbasis, eine Sensorfläche und einen lateral benachbart zur Sensorfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktbereich, der eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen, aufweist, und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor gekoppelte Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne.
Ausführungsbeispiel 2 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei der Fingerabdruck-Sensor ein kapazitiver Sensor ist.
Ausführungsbeispiel 3 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei der elektrisch leitfähige Kontaktbereich als unterbrochener Ring oder als eine Mehrzahl von Segmenten gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 4 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 oder 3, wobei die Antenne unter dem elektrisch leitfähigen Kontaktbereich angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 5 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei der Fingerabdruck-Sensor einen Sensorchip aufweist, eingerichtet zum Verarbeiten von erfassten Sensorsignalen.
Ausführungsbeispiel 6 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 5, welche ferner einen zweiten Chip aufweist, wobei der zweite Chip eingerichtet ist zur Kommunikation mit einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, wobei die Antenne mit dem zweiten Chip elektrisch leitend verbunden ist.
Ausführungsbeispiel 7 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 6, wobei der zweite Chip als ein Secure Element eingerichtet ist.
Ausführungsbeispiel 8 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, welche eingerichtet ist als Coil on Module-Einrichtung.
Ausführungsbeispiel 9 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, welche ferner eine kontaktbasierte Schnittstelle zur kontaktbasierten Kommunikation aufweist.
Ausführungsbeispiel 10 ist ein Trägerband, welches eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 aufweist.
Ausführungsbeispiel 11 ist ein Trägerband gemäß Ausführungsbeispiel 10, wobei das Trägerband ein Standard 35 mm Trägerband für eine Rolle-zu-Rolle Herstellung von Chipmodulen ist.
Ausführungsbeispiel 12 ist ein Trägerband gemäß Ausführungsbeispiel 11, welche ferner einen Trägerbandkörper mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, wobei in jeder der Durchgangsöffnungen einer der Fingerabdrucksensoren angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 13 ist ein Trägerband gemäß Ausführungsbeispiel 12, wobei die Antenne einer jeweiligen Sensoreinrichtung der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen auf dem Trägerbandkörper so gebildet ist, dass sie die Durchgangsöffnung, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet ist, umgibt.
Ausführungsbeispiel 14 ist ein Trägerband gemäß Ausführungsbeispiel 12 oder 13, wobei die Sensoreinrichtung den elektrisch leitfähigen Kontaktbereich gemäß den Ausführungsbeispielen 2 bis 9 aufweist, und wobei der elektrisch leitfähige Kontaktbereich einer jeweiligen Sensoreinrichtung der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen auf dem Trägerbandkörper so gebildet ist, dass er die Durchgangsöffnung, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet ist, umgibt.
Ausführungsbeispiel 15 ist ein Trägerband. Das Trägerband weist eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen auf, wobei jede der Sensoreinrichtungen einen Fingerabdruck-Sensor und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor gekoppelte Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne aufweist, wobei der Fingerabdruck-Sensor eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist.
Ausführungsbeispiel 16 ist eine Chipkarte. Die Chipkarte weist einen Chipkartenkörper, eine in den Chipkartenkörper eingebettete Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 10 und eine in den Chipkartenkörper eingebettete Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit der Antenne der Sensoreinrichtung auf.
Ausführungsbeispiel 17 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 16, wobei der Koppelbereich um die Sensoreinrichtung herum angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 18 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 16, wobei der Koppelbereich unter der Antenne der Sensoreinrichtung angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 19 ist eine Chipkarte gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 18, wobei die Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 9 gebildet ist, und wobei die Chipkarte ferner einen in dem Chipkartenkörper angeordneten und mit der kontaktbasierten Schnittstelle elektrisch leitend gekoppelten weiteren Chip aufweist.
Ausführungsbeispiel 20 ist ein Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung. Das Verfahren weist ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der einen Flächensensor auf Siliziumbasis aufweist, mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf, und ein Bilden eines elektrisch leitfähigen Kontaktbereichs auf dem Trägerkörper benachbart zur Durchgangsöffnung derart, dass der Kontaktbereich nach einem Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung lateral benachbart zur Sensorfläche angeordnet und eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen.
Ausführungsbeispiel 21 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 20, welches ferner ein Bilden einer Durchgangsöffnung in einem Trägerkörper, ein Bilden der Antenne die Durchgangsöffnung umgebend auf oder in dem Trägerkörper und ein Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung aufweist.
Ausführungsbeispiel 22 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 21, wobei der elektrisch leitfähige Kontaktbereich als unterbrochener Ring oder als eine Mehrzahl von Segmenten gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 23 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 21 oder 22, wobei die Antenne unter dem elektrisch leitfähigen Kontaktbereich angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 24 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 20 bis 23, welches ferner ein elektrisch leitendes Verbinden eines zweiten Chips mit der Antenne aufweist, wobei der zweite Chip eingerichtet ist zur Kommunikation mit einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiel 25 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 20 bis 24, welches ferner ein Anordnen des Fingerabdrucksensors auf einem Sensorträger, derart, dass der Sensorträger einen Randbereich aufweist, der sich lateral über den Fingerabdrucksensor hinaus erstreckt, wobei das Anordnen des Fingerabdrucksensors in der Durchgangsöffnung ein Verbinden des Randbereichs des Sensorträgers mit dem Trägerkörper aufweist.
Ausführungsbeispiel 26 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 25, wobei das Verbinden ein Löten oder ein Kleben mittels eines elektrisch leitenden und/oder mittels eines elektrisch isolierenden Klebers aufweist.
Ausführungsbeispiel 27 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 26, wobei das Verbinden das Löten oder das Kleben mittels des elektrisch leitenden Klebers aufweist, und wobei das Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit der Antenne mittels des Verbindens erfolgt.
Ausführungsbeispiel 28 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 26, wobei das Verbinden das Kleben mittels des elektrisch isolierenden Klebers aufweist, und wobei das Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit der Antenne ferner ein elektrisch leitendes Verbinden des Fingerabdruck-Sensors und der Antenne mittels eines elektrisch leitenden Verbindungselements aufweist.
Ausführungsbeispiel 29 ist ein Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung. Das Verfahren weist ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist, mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf.
Ausführungsbeispiel 30 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 29, welches ferner ein Bilden einer Durchgangsöffnung in einem Trägerkörper und ein Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung aufweist.
Ausführungsbeispiel 31 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 20 bis 30, wobei der Trägerkörper ein Trägerbandkörper ist, der die Durchgangsöffnung aufweist, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet ist, und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung, in welcher mindestens ein weiterer Fingerabdrucksensor angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner ein Vereinzeln der Sensoreinrichtung mittels Durchtrennens des Trägerbandkörpers aufweist.
Ausführungsbeispiel 32 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 31, wobei das Durchtrennen Stanzen aufweist.
Ausführungsbeispiel 33 ist ein Verfahren zum Bilden einer Chipkarte. Das Verfahren weist ein Anordnen einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in einen Chipkartenkörper und ein Einfügen einer Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9 in den Chipkartenkörper auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung des Verfahrens und umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

SE 175836 A1 [0006]

Claims

Sensoreinrichtung (100), aufweisend: • einen Fingerabdruck-Sensor (109), aufweisend: o einen Flächensensor auf Siliziumbasis; o eine Sensorfläche; und o einen lateral benachbart zur Sensorfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (142), der eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen; und • eine mit dem Fingerabdruck-Sensor (109) gekoppelte Antenne (154) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors (109) mit einer Booster-Antenne (330).
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der elektrisch leitfähige Kontaktbereich (142) als unterbrochener Ring oder als eine Mehrzahl von Segmenten gebildet ist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Antenne (154) unter dem elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (142) angeordnet ist.
Trägerband (201), aufweisend: eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.
Trägerband (201) gemäß Anspruch 4, ferner aufweisend: • einen Trägerbandkörper (220) mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen (170), • wobei in jeder der Durchgangsöffnungen (170) einer der Fingerabdrucksensoren (100) angeordnet ist.
Trägerband (201) gemäß Anspruch 5, wobei die Antenne einer jeweiligen Sensoreinrichtung der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen auf dem Trägerbandkörper so gebildet ist, dass sie die Durchgangsöffnung, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet ist, umgibt.
Trägerband (201) gemäß Anspruch 5 oder 6, • wobei die Sensoreinrichtung (100) den elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (142) gemäß den Ansprüchen 3 bis 10 aufweist, und • wobei der elektrisch leitfähige Kontaktbereich (142) einer jeweiligen Sensoreinrichtung (100) der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (100) auf dem Trägerbandkörper (220) so gebildet ist, dass er die Durchgangsöffnung (170), in welcher der Fingerabdrucksensor (109) angeordnet ist, umgibt.
Trägerband (801), aufweisend: eine Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (601), wobei jede der Sensoreinrichtungen (601) aufweist: • einen Fingerabdruck-Sensor (109); und • eine mit dem Fingerabdruck-Sensor (109) gekoppelte Antenne (672) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors (109) mit einer Booster-Antenne (330), • wobei der Fingerabdruck-Sensor (109) eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist.
Chipkarte (400), aufweisend: • einen Chipkartenkörper (332), • eine in den Chipkartenkörper (332) eingebettete Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und • eine in den Chipkartenkörper (332) eingebettete Booster-Antenne (330) mit einem Koppelbereich (330K) zum induktiven Koppeln mit der Antenne (672) der Sensoreinrichtung (100).
Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, aufweisend: • Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der einen Flächensensor auf Siliziumbasis aufweist, mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne (1210); und • Bilden eines elektrisch leitfähigen Kontaktbereichs auf dem Trägerkörper benachbart zur Durchgangsöffnung derart, dass der Kontaktbereich nach einem Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung lateral benachbart zur Sensorfläche angeordnet und eingerichtet ist, beim Berühren der Kontaktfläche mit einem Finger berührt zu werden, um den Finger auf ein vorbestimmtes Potenzial zu bringen (1220).
Verfahren gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend: • Bilden einer Durchgangsöffnung in einem Trägerkörper; • Bilden der Antenne die Durchgangsöffnung umgebend auf oder in dem Trägerkörper; • Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend • Anordnen des Fingerabdrucksensors auf einem Sensorträger, derart, dass der Sensorträger einen Randbereich aufweist, der sich lateral über den Fingerabdrucksensor hinaus erstreckt; • wobei das Anordnen des Fingerabdrucksensors in der Durchgangsöffnung ein Verbinden des Randbereichs des Sensorträgers mit dem Trägerkörper aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Verbinden ein Löten oder ein Kleben mittels eines elektrisch leitenden und/oder mittels eines elektrisch isolierenden Klebers aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, • wobei das Verbinden das Löten oder das Kleben mittels des elektrisch leitenden Klebers aufweist, und • wobei das Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit der Antenne mittels des Verbindens erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, • wobei das Verbinden das Kleben mittels des elektrisch isolierenden Klebers aufweist, und • wobei das Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit der Antenne ferner ein elektrisch leitendes Verbinden des Fingerabdruck-Sensors und der Antenne mittels eines elektrisch leitenden Verbindungselements aufweist.
Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, aufweisend: Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors, der eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist, mit einer Antenne (1310) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne (1320).
Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend: • Bilden einer Durchgangsöffnung in einem Trägerkörper; und • Anordnen des Fingerabdruck-Sensors in der Durchgangsöffnung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei der Trägerkörper ein Trägerbandkörper ist, der die Durchgangsöffnung aufweist, in welcher der Fingerabdrucksensor angeordnet ist, und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung, in welcher mindestens ein weiterer Fingerabdrucksensor angeordnet ist, das Verfahren ferner aufweisend: • Vereinzeln der Sensoreinrichtung mittels Durchtrennens des Trägerbandkörpers.
Verfahren zum Bilden einer Chipkarte, aufweisend: • Anordnen einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in einen Chipkartenkörper; • Einfügen einer Sensoreinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in den Chipkartenkörper.