DE10325863A1

DE10325863A1 - Verfahren zum Herstellen eines integrierten Fingerabdrucksensors sowie Sensorschaltungsanordnung und Einspritzanordnung

Info

Publication number: DE10325863A1
Application number: DE10325863A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wörz; Christine Lindner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2005-01-05
Also published as: WO2004109584A1

Abstract

Erläutert wird unter anderem ein Verfahren zum Herstellen eines Fingerabdrucksensors mit schmutzabweisender Schutzschicht. Zum Aufbringen der Schutzschicht wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Ausgangsmaterial für die Schutzschicht in einen Spalt zwischen einem Substrat des Sensors und einer Druckplatte eingespritzt wird, siehe Verfahrensschritt (112). Auf diese Weise lassen sich stark schmutzabweisende Schutzschichten ohne Fototechnik und ohne Schleifprozesse strukturieren.

Description

Verfahren zum Herstellen eines integrierten Fingerabdrucksensors sowie Sensorschaltungsanordnung und Einspritzanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Fingerabdruck-Sensorschaltungsanordnung mit dem ohne Beschränkung durch die angegebene Reihenfolge ausgeführten Verfahrensschritten:

– Bereitstellen eines Substrats,
– Erzeugen eines Sensorzellenfeldes mit einer Vielzahl von Sensorzellen auf dem Substrat,
– Erzeugen von Anschlüssen auf dem Substrat, und
– Aufbringen einer Schutzschicht auf das Sensorzellenfeld und im Bereich der Anschlüsse.

Beispielsweise ist aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 889 521 A2 ein Herstellungsverfahren für einen Fingerabdrucksensor bekannt, bei dem eine Schutzschicht auf das Sensorzellenfeld und auf Anschlussflächen aufgebracht wird. Die Schicht hat eine Anzahl von Öffnungen, in denen Bondflächen oder Lötkugeln mit Hilfe von elektro-chemischen Abscheidungen eingebracht werden. Die Schutzschicht besteht aus einem Nitrid und hat eine Dicke von beispielsweise 0,3 μm.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Fingerabdrucksensors mit verbesserten Erfassungseigenschaften anzugeben, insbesondere hinsichtlich der Vermeidung von Fehlerfassungen. Außerdem soll eine Sensorschaltungsanordnung angegeben werden.

Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die bisher eingesetzten Schutzschichten eine Quelle von Fehlern sind, weil sie Schmutz, der bei der Betätigung des Sensors aufgebracht wird, nicht in ausreichendem Maße abweisen. Andererseits geht die Erfindung aber auch von der Überlegung aus, dass eine Schutzschicht, die stark schmutzabweisend ist, auch nur unter Schwierigkeiten mit Hilfe einer Fototechnik zu strukturieren ist. Ein Fotolack wird nämlich ebenso abgewiesen wie der Schmutz.

Deshalb werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten die folgenden Schritte ausgeführt:

– Erzeugen von Anschlussvorsprüngen, die über das Sensorzellenfeld hinausragen oder die weiter über das Substrat hinausragen als das Sensorzellenfeld, auf dem Substrat,
– Auflegen einer Druckfläche, vorzugsweise unter Zwischenlegen einer Folie, auf die Anschlussvorsprünge und Bilden eines Spalts zwischen Druckfläche und Substrat bzw. zwischen Folie und Substrat,
– Auffüllen des Spalts mit einem fließfähigen Material,
– Aushärten oder Anhärten des Materials unter Bildung der Schutzschicht, insbesondere mittels UV-Licht (ultraviolett). und
– Entfernen der Druckfläche nach dem Aushärten oder dem Anhärten.

Aufgrund dieser Verfahrensführung ist es ohne weiteres möglich, ohne Fototechnik und ohne ganzflächiges Schleifen Schutzschichten zu strukturieren, die extrem schmutzabweisend sind. Aufgrund der Strukturierung werden auch die Seiten der Anschlussflächen durch die Schutzschicht geschützt. Aufgrund der schmutzabweisenden Schutzschicht kommt es beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Sensors auf dem Sensorzellenfeld nicht oder nur in einem sehr geringem Maße zu Ablagerungen, die das Erfassungsergebnis beeinträchtigen. Beispielsweise wird der Effekt vermieden, bei dem der Fingerabdruck einer Person erfasst wird, die den Fingerabdruck vor einer den Sensor danach benutzenden Person genutzt hat. Solche Effekte kommen insbesondere dann zustande, wenn die erste Person im Vergleich zur zweiten Person einen erheblich fettigeren Finger hat.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels einer elektromagnetischen Strahlung oder mittels einer Teilchenstrahlung ausgehärtet. Die elektromagnetische Strahlung kann gleichmäßig im ganzen Volumen in das fließfähige Material eingestrahlt werden und führt zu einem gut kontrollierbaren Aushärten oder Anhärten. Alternativ kann mittels Wärmeleitung ausgehärtet werden, beispielsweise durch Auflegen des Substrats auf eine Heizfläche.

Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schutzschicht aus Verbindungen des fließfähigen Materials gebildet, die unter dem Einfluss der elektromagnetischen Strahlung einer Stoffumsetzung unterliegen, d.h. es werden chemische Bindungen aufgespaltet und/oder neu gebildet. Durch das Anwenden eines zu füllenden Spaltes wird eine ganze Stoffklasse von Schutzschichten für Fingerabdruck-Sensoren einsetzbar, insbesondere von Materialien, die den sogenannten Lotus-Effekt aufweisen, der weiter unten noch näher erläutert wird. Bspw. auf der Grundlage von Materialien gemäß EP 0 587 667 B1 oder gemäß WO 98/51747.

Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mit der Schutzschicht bedeckte Substrat in eine Chipkarte eingebaut, wobei vorzugsweise Leitkleber verwendet wird. Eine thermische Belastung der Schutzschicht wird also vermieden. Eine solche thermische Belastung würde beispielsweise bei einem Lötvorgang auftreten. Auch wird die Schutzschicht im Bereich der Anschlussvorsprünge durch das Kleben nicht geschädigt. So kann beispielsweise keine Feuchtigkeit im Bereich der Anschlussvorsprünge eindringen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Schutz schicht nämlich allseitig um die Anschlussvorsprünge herum und dichtet diese ab. Bei einem Lötvorgang, insbesondere auch beim Aufbringen von Lotkügelchen, würde die Abdichtwirkung erheblich beeinträchtigt werden.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird vor dem Auflegen der Deckfläche eine Folie auf die Anschlussvorsprünge aufgelegt. Die Folie ist beispielsweise eine Kunststofffolie aus Polyethylen (PE) oder aus Polyethylenterephthalaten (PET). Die Folie wird nach dem Entfernen der Druckfläche wieder abgezogen. Durch das Verwenden der Folie wird ein Anhaften der Schutzschicht an der Druckfläche vermieden. Die Folie ist außerdem transparent für die zum Aushärten eingesetzte Strahlung.

Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schutzschicht nur angehärtet. Die Deckfläche und gegebenenfalls auch die Folie werden bei noch zähflüssiger Schutzschicht entfernt. Anschließend werden Mikroteilchen aufgebracht, insbesondere Mikroteilchen mit Erhebungen und Vertiefungen im Nanometerbereich. Erst danach wird die Schutzschicht vollständig ausgehärtet. Zum Aufbringen der Mikroteilchen lassen sich beispielsweise die aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 101 18 352 A1 bekannten Verfahren einsetzen. Auch lassen sich die dort erwähnten Mikroteilchen verwenden. Beim Aufbringen der Mikroteilchen sind hinsichtlich der Reinraumbedingungen gesonderte Schutzmaßnahmen zu ergreifen, insbesondere eine Aufbringung erst nach Abschluss aller Reinraumprozesse bezüglich der Sensoranordnung.

Bei einer anderen Weiterbildung hat die Folie an der dem Substrat zugewandten Seite eine im Mikrometerbereich strukturierte Oberfläche, beispielsweise mit Strukturen bzw. Erhebungen mit Abmessungen kleiner als 100 μm oder 10 μm und größer als 5 μm oder 1 μm. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass ein Lotus-Effekt auch ohne zusätzliche Verfahrensschritte erreicht wird. Der Lotus-Effekt einer ganzen Materialklasse beruht darauf, dass sich Wassertropfen oder auch Öltropfen nur auf Vorsprüngen absetzen, die im Mikrometerbereich liegen und somit schwer anhaften bzw. sich auch leicht wieder lösen. Zusätzliche Strukturierungen im Nanometerbereich verbessern die Wirkung des Effektes weiter. beispielsweise haben die zusätzlichen Strukturen Abmessungen kleiner als 100 nm (Nanometer).

Bei einer Weiterbildung wird die Druckfläche mit einem Druck größer als 40 bar oder größer als 60 bar an die Anschlussvorsprünge angedrückt, beispielsweise mit einem Druck von 80 bar. Die Schutzschicht wird mit einem Druck verdichtet, der größer als 5 bar oder größer als 7 bar ist, beispielsweise mit einem Druck von 10 bar.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird das Material zum Auffüllen durch mindestens eine Düse eingespritzt. Beispielsweise sind mehrere Düsen in Umfangsrichtung des Substrats angeordnet. Bei einer nächsten Weiterbildung ist das Material bereits vor dem Einbringen in die Düsen fließfähig. Dadurch lassen sich ganze Stoffklassen als Schutzschicht verwenden, die jedoch nicht als sogenannte Pellets, d.h. in fester Form hergestellt werden können. Insbesondere lassen sich eine Vielzahl von lichtempfindlichen Stoffen einbeziehen, die bei Lichtbestrahlung aushärten. Die Verwendung von lichtempfindlichen Substanzen bietet den Vorteil, dass keine Wärmebehandlung zum Aushärten erforderlich ist. Insbesondere lassen sich Verbindungen gemäß WO 98/51747 verwenden.

Bei einer anderen Weiterbildung ist das Substrat ein Wafer, der beispielsweise einen Durchmesser von größer 150 mm oder größer 200 mm oder größer 300 mm hat. Der Wafer trägt eine Vielzahl von Sensorzellenfeldern. Erst nach dem Aufbringen der Schutzschicht werden die Sensoren vereinzelt.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Fingerabdrucksensor. Insbesondere enthält der Sensor eine Schutzschicht, die an den Seiten der Anschlussvorsprünge allseitig angrenzt, wie es bei einer Herstellung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fall ist. Außerdem enthält die Sensorschaltungsanordnung eine Schutzschicht mit Verbindungen, die aus Ausgangsverbindungen beim Auftreffen einer elektromagnetischen Strahlung auf die Schutzschicht entstanden sind. Mit anderen Worten sind die Verbindungen durch Stoffumsetzung entstanden, beispielsweise durch Aufspaltung chemischer Verbindungen und/oder durch die Bildung von chemischen Bindungen.

Damit gelten für die Fingerabdruck-Sensorschaltungsanordnung die oben für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. für seine Weiterbildungen genannten technischen Wirkungen ebenfalls.

Bei einer Weiterbildung sind die Anschlussvorsprünge frei von seitlichen Abstufungen, wie es beispielsweise bei Anschlussvorsprüngen der Fall ist, die aus homogenem Metall gebildet sind, beispielsweise aus geätztem Metall oder als galvanisch aufgebrachtem Metall.

Als Materialien für die Schutzschicht der Sensorschaltungsanordnung werden bei einer Weiterbildung perfluorierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt, insbesondere Polytetrafluorethylen, das auch unter dem Namen Teflon bekannt ist. Bei einer nächsten Weiterbildung enthält die Schutzschicht eine mikrostrukturierte Oberfläche, die vorzugsweise im Nanometerbereich strukturiert ist. Jedoch lassen sich auch andere Schutzschichten einsetzen, z.B. die Schutzschichten (vgl. WO 98/51747), die vom Institut für neue Materialien gem. GmbH (INM), Im Helmerswald 2, 66121 Saarbrücken, Bereich Anwenderzentrum NMO, oder einem anderen der zahlreichen Anbieter von schmutzabweisenden Materialien angeboten werden.

Bei einer nächsten Weiterbildung erfassen die Sensorzellen des Sensorzellenfeldes den Fingerabdruck kapazitiv. Beispielsweise enthält das Sensorzellenfeld eine Matrix aus Kondensatoren bzw. aus Kondensatorplatten. Beispielsweise wird durch den Finger der Abstand zwischen Kondensatorplatten verringert. Andererseits lassen sich Teilbereiche des Fingers als Gegenelektrode nutzen. Insbesondere kapazitiv arbeitende Sensoren sind besonders empfindlich gegen Ablagerungen, die von einem zuvor erfassten Fingerabdruck stammen. Ein Beispiel für ein kapazitives Sensorzellenfeld ist beispielsweise in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 100 10 888 A1 angegeben. Dieses Sensorzellenfeld ist hochempfindlich, so dass bereits kleinste Ablagerungen zu Fehlerfassungen führen können.

Bei einer alternativen Weiterbildung erfassen die Sensorelemente des Sensorzellenfeldes den Fingerabdruck aufgrund von Licht, das vom Fingerabdruck kommt. Die Sensorzellen arbeiten beispielsweise nach dem CCD-Prinzip (Charged Coupled Device). Auch bei der Erfassung mittels Lichtes sind Ablagerungen auf der Schutzschicht die Ursache für Fehler.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Einspritzanordnung, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen bzw. zum Herstellen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder einer deren Weiterbildung geeignet ist. Damit gelten die oben genannten technischen Wirkungen auch für die Einspritzanordnung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1 eine Anordnung zum Aufbringen einer Schutzschicht auf eine Vielzahl von Fingerabdrucksensoren,
2 Verfahrensschritte beim Betrieb der in 1 dargestellten Anordnung, und
3 eine Draufsicht auf einen in eine Chipkarte eingebauten Fingerabdrucksensor.
1 zeigt eine Einspritzanordnung 10 zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einen Wafer 12. Die Einspritzanordnung 10 enthält von unten nach oben:

– eine ebene Grundplatte 14,
– den auf der Grundplatte 14 aufliegenden Wafer 12, auf dem sich eine Vielzahl von Anschlussvorsprüngen 16 und ggf. auch ESD-Ableitungen (Electro Statical Charge) befinden, die etwa 500 μm über den Wafer 12 hinausragen, siehe Abstand A,
– eine insbesondere für UV-Strahlung transparente Kunststofffolie 18, die auf den Anschlussvorsprüngen 16 aufliegt,
– eine ebene Druckplatte 20, die gegen die Kunststofffolie 18 durch eine nicht dargestellte Pressvorrichtung gepresst wird,
– ein durch einen Pfeil dargestelltes Einspritzsystem 22, und
– eine durch Pfeile symbolisierte UV-Lampe 24 (ultraviolett), die Licht im Wellenlängenbereich zwischen 3 nm (Nanometer) und 400 nm ausstrahlt.

Außerdem enthält die in 1 dargestellte Einspritzanordnung 10 eine nicht dargestellte seitliche Abdichtung, die verhindert, dass die Ausgangsmasse 26 zur Seite hin entweicht.
Die Druckplatte 20 und die Kunststofffolie 18 sind für ultraviolettes Licht der UV-Lampe 24 durchlässig, so dass das Licht in den Spalt zwischen der Kunststofffolie 18 und dem Wafer 12 dringt. Mit Hilfe des Einspritzsystems 22 wird in den Spalt eine fließfähige Ausgangsmasse 26 gespritzt, die aufgrund des UV-Lichtes sehr schnell aushärtet, beispielsweise innerhalb von 10 Sekunden oder weniger als 10 Sekunden. Die ausgehärtete Ausgangsmasse bildet eine Schutzschicht, die stark schmutzabweisend ist, aber dennoch auf dem Substrat 12 gut anhaftet.
2 zeigt Verfahrensschritte bei der Herstellung eines in 3 weiter unten näher erläuterten Fingerabdrucksensors und insbesondere beim Betrieb der in 1 dargestellten Einspritzanordnung. Das Verfahren beginnt in einem Verfah rensschritt 100. In einem Verfahrensschritt 102 werden nach der Herstellung einer Vielzahl von Sensorzellenfeldern auf dem Wafer 12 Anschlusspads erzeugt, die beispielsweise etwa 400 μm über die Oberfläche der Zellenfelder hinausragen. Die Anschlusspads wurden beispielsweise mit Hilfe einer elektrochemischen, d. h. galvanischen, Abscheidung aufgewachsen oder auf andere Art erzeugt. Nach dem Verfahrensschritt 102 kann gleich ein Verfahrensschritt 106 ausgeführt werden. Im Verfahrensschritt 106 wird der Wafer 12 auf die Grundplatte 14 aufgelegt. In einem folgenden Verfahrensschritt 108 wird die Kunststofffolie 18 auf die Anschlusspads aufgelegt oder auflaminiert.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt 110 die Druckplatte 20 von oben her gegen die Kunststofffolie 18 gedrückt. Der Druck beträgt beispielsweise 80 bar. Der Druck ist so stark, dass die Kunststofffolie 18 alle Durchkontaktierungen bzw. Anschlussvorsprünge 16 von oben her abschließt und seitlich abdichtet und leicht eingedrückt wird, z.B. um einige Mikrometer.
In einem Verfahrensschritt 112 wird die Ausgangsmasse 26 mit Hilfe des Einspritzsystems 22 in den Spalt eingespritzt. In einem fakultativen Verfahrensschritt 114 wird anschließend die Ausgangsmasse 26 durch eine Erhöhung des Einspritzdrucks verdichtet, z.B. unter einem Druck von 10 bar. Bei einem alternativen Verfahren wird die Ausgangsmasse 26 unter Vakuum eingespritzt, um ein vollständiges Auffüllen des Spaltes sicher zu stellen.
In einem Verfahrensschritt 116 wird die UV-Lampe 24 eingeschaltet, so dass die Ausgangsmasse 26 bestrahlt wird. Die UV-Strahlung löst chemische Reaktionen aus, die zum schnellen Aushärten der Ausgangsmasse 26 und zur Bildung einer schmutzabweisenden Schutzschicht führen. Beispielsweise härtet die Ausgangsmasse in weniger als 10 Sekunden aus.
In einem Verfahrensschritt 118 wird die Druckplatte 20 entfernt und die Kunststofffolie 18 wird von der aus der Ausgangsmasse 26 entstandenen Schutzmasse abgezogen. Damit ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens beendet, siehe Verfahrensschritt 122.
Bei einer alternativen Verfahrensführung wird nach dem Verfahrensschritt 118 noch ein Verfahrensschritt 120 ausgeführt. Im Verfahrensschritt 120 werden nach dem Abziehen der Kunststofffolie 18 Partikel auf die Oberfläche der Schutzschicht aufgebracht. Die Partikel erhöhen die schmutzabweisende Wirkung. Erst danach wird das Verfahren im Verfahrensschritt 122 beendet.
Bei einer weiteren alternativen Verfahrensführung wird im Verfahrensschritt 116 die Ausgangsmasse nur vorgehärtet. Dann folgt im Verfahrensschritt 118 das Abziehen der Kunststofffolie 18. In die noch weiche Ausgangsmasse werden in einem Verfahrensschritt 120 dann die Partikel eingebracht. Danach erfolgt die vollständige Aushärtung durch nochmaliges Einschalten der UV-Lampe 24.
Nach der Durchführung des an Hand der 1 und 2 erläuterten Verfahrens werden die einzelnen Fingerabdrucksensoren des Wafers 12 vereinzelt und in Chipkarten eingebaut.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Fingerabdrucksensor 150, der in eine Chipkarte 152 eingebaut worden ist, die eine Dicke kleiner als 3 mm hat. Die Chipkarte 152 besteht beispielsweise aus Kunststoff und hat eine zentrale Aussparung 154, die das Auflegen einer Fingerkuppe auf ein Sensorzellenfeld 156 des Fingerabdrucksensors 150 ermöglicht. Das Sensorzellenfeld enthält beispielsweise 40.000 Zellen (vierzigtausend), die durch einen Spaltendecoder 158 sowie durch einen nicht dargestellten Zeilendecoder angesteuert werden. Außerdem trägt der Fingerabdrucksensor 150 Anschlusselemente 160 bis 174, die links und rechts des Sensorzellenfeldes 156 angeordnet sind. Beispielsweise trägt der Fingerabdrucksensors 150 sechszehn Anschlusselemente. Die Anschlusselemente 160 bis 174 wurden mit Hilfe von Leitklebern mit nicht dargestellten Leitbahnen innerhalb der Chipkarte 152 verklebt. Die Leitbahnen führen beispielsweise zu einem in der Chipkarte enthaltenen Prozessor oder zu Anschlussflächen für einen Lesekopf zum Lesen der Chipkarte 152. Auf dem Fingerabdrucksensor 150 befinden sich ebenfalls Leitbahnen 180, 182, beispielsweise zum Anschluss des Spaltendecoders 158. Der Sensor wird bei anderen Ausführungsbeispielen in ein Gehäuse eines Mobilfunkgerätes oder in die Armatur eines Kraftfahrzeuges oder in ein anderes Gerät eingebaut.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird eine schmutzabweisende Schutzschicht aufgebracht, die mit Hilfe einer beheizten Grundplatte 14 ausgehärtet wird. Die UV-Lampe 24 ist in diesem Fall nicht oder zusätzlich in der Einspritzanordnung 10 vorgesehen. Auch ist ein gleichzeitiges Aushärten unter Strahlung und Wärmeleitung möglich.
Bei einem nächsten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren nicht auf einem Wafer bezogen sondern für einzelne Sensorzellenfelder durchgeführt. Auch lassen sich andere Wellenlängen zur Bestrahlung einsetzen, z.B. sichtbares Licht, Infrarotlicht oder Wärmestrahlung.
Durch die Anwendung der erläuterten Verfahren lassen sich stark schmutzabweisende Schutzschichten ohne Fototechnik und ohne Schleifprozesse strukturieren.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Schutzschicht gemäß WO 98/51747 hergestellt durch die Schritte:

a) Bereitstellung einer fließfähigen Masse, die nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren organischen Oberflächengruppen enthält,
b) Einbringen der Masse von Stufe a) in den Spalt (A),
c) Polymerisation und/oder Polykondensation der Oberflächengruppen der Feststoffteilchen unter Bildung einer gehärteten Schicht.

Dabei sind "nanoskalige anorganische Feststoffteilchen" insbesondere solche Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße bzw. einem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 200 nm, vorzugsweise nicht mehr als 100 nm, und insbesondere nicht mehr als 70 nm. Ein besonders bevorzugter Teilchengrößenbereich liegt bei 5 bis 50 nm.
Die nanoskaligen anorganischen Feststoffteilchen können aus beliebigem Material bestehen, bspw. aus Metallen oder aus Metallverbindungen. Insbesondere werden Teilchen aus SiO₂, Zro₂, ZnO, Ta₂O₅, SnO₂ und Al₂O₃ (in allen Modifikationen, insbesondere als Böhmit) sowie Mischungen aus diesen Teilchen verwendet.
Insbesondere wird ein Sol gemäß WO 98/51747 verwendet, das wie folgt hergestellt wird:
86,861 g TiO₂-Sol (3,5 Gew.-% TiO₂ in Isopropanol; Teilchengröße: 5 nm) werden mit 1,989 g Phosphorsäuretributylester versetzt und 1 Stunde gerührt. Das Sol wird anschließend bei 100°C tropfenweise mit einer Lösung von 1,2 g destilliertem γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GPTS) in 100 g 2-Isopropoxyethanol versetzt. Nach 1-stündigem Rühren wird der Ansatz auf Raumtemperatur abgekühlt und es werden 0,8775 g hydrolysiertes GPTS zugegeben, das durch Versetzen von 23,63 g destilliertem GPTS mit 2,70 g 0,1 N HCL und 24-stündigem Rühren sowie anschließendem Abdestillieren von niedermolekularen Reaktionsprodukten bei bspw. 3mbar hergestellt wird. Nach 15-minüntigem Rühren wird der Ansatz unter Vakuum, z.B. bei 3 mbar, destilliert und anschließend mit 120 g 2-Isopropoxyethanol verdünnt. So wird ein transparentes, agglomeratfreies Sol erhalten.
Das Sol wird mit 0,08 g Cyracure^® UVI-6974 (Ciba-Geigy) und 0,02 g 1-Methylimidazol versetzt. Nach intensivem Rühren wird die Mischung filtriert und ist dann als Beschichtungslack einsetzbar. Der Wafer mit den Fingerprintsensoren wird vor der Beschichtung mit 2-Propanol gereinigt und an der Luft getrocknet.
Der Beschichtungslack wird ggf. nach vorherigem Andicken in den Spalt A eingespritzt. Für die Aushärtung der Schicht werden zwei Quecksilberdampflampen mit einer Leistung von jeweils 400 mW/m² eingesetzt. Zusätzlich lässt sich auch eine IR-Lampe zur Erwärmung z.B. auf 120°C einsetzen. Nach dem Aushärten wird bspw. 15-minütige thermische Nachbehandlung in einem Umlufttrockenschrank ausgeführt, wobei die Druckplatte und die Deckplatte bspw. vorher entfernt werden.
Die Oberflächengruppen sind bspw. ausgewählt aus organischen Resten, die über eine (Meth)acry-, Vinyl-, Allyl oder Epoxygruppe verfügen. Die in Stufe a) eingesetzten Feststoffteilchen sind insbesondere durch Oberflächenmodifizierung von nanoskaligen Feststoffteilchen mit den entsprechenden Oberflächengruppen bzw. unter Verwendung mindestens einer Verbindung mit entsprechenden polymerisierbaren/polykondensierbaren Gruppen hergestellt worden. Insbesondere wird zur Herstellung der Feststoffteilchen das sogenannte Sol-Gel-Verfahren eingesetzt.
Vorzugsweise weisen die Feststoffteilchen von Stufe a) zusätzlich fluorierte Oberflächengruppen auf, insbesondere solche der Formel R_f-CH₂-CH₂- worin R_f einen Perfluoralkylrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt. Stufe c) wird vorzugsweise in Anwesenheit von nicht an die Feststoffteilchen gebundenen polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren monomeren oder oligomeren Spezies durchgeführt.

10: Einspritzanordnung
12: Wafer
14: Grundplatte
16: Anschlussvorsprung
A: Abstand
18: Kunststofffolie
20: Druckplatte
22: Einspritzsystem
24: UV-Lampe
26: Ausgangsmasse
100: Start
102: Pads erzeugen
106: Wafer auf Grundplatte legen
108: Folie auflegen
110: Druckplatte andrücken
112: Einspritzen der Schutzschicht
114: Verdichten
116: Bestrahlung
118: Folie abziehen
120: Partikel aufbringen
122: Ende
150: Fingerabdrucksensor
152: Chipkarte
154: Aussparung
156: Sensorzellenfeld
158: Spaltendecoder
160 bis 174: Anschlusselement
180, 182: Leitbahn

Claims

Verfahren zum Herstellen einer integrierten Fingerabdruck-Sensorschaltungsanordnung, mit den ohne Beschränkung durch die angegebene Reihenfolge ausgeführten Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Substrats (12), Erzeugen eines Sensorzellenfeldes (156) mit einer Vielzahl von Sensorzellen auf dem Substrat (12), Erzeugen von Anschlussvorsprüngen (16, 160), die weiter über das Substrat (12) hinausragen als das Sensorzellenfeld (156), auf dem Substrat (12), Andrücken (110) einer Druckfläche (20) auf die Anschlussvorsprünge (16, 160) und Bilden eines Spaltes (A) zwischen Druckfläche (20) und Substrat (12), Einbringen eines fließfähigen Material (26) in den Spalt (A), Aushärten (116) oder Anhärten des Materials (26) unter Bildung einer Schutzschicht, und Entfernen (118) der Druckfläche (20) nach dem Aushärten oder Anhärten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels elektromagnetischer Strahlung oder mittels einer Teilchenstrahlung oder mittels einer Wärmeübertragung über Wärmeleitung ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus Verbindungen des fließfähigen Materials (26) gebildet wird, die unter dem Einfluss der elektromagnetischen Strahlung Stoffumsetzungen unterliegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Einbau des mit der Schutzschicht bedeckten Substrats in eine Chipkarte (152) oder in ein Gerätegehäuse oder in eine Kraftfahrzeugarmatur, insbesondere unter Verwendung von Leitkleber zum Herstellen der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Anschlussvorsprüngen (16, 160) und einer Metalllage der Chipkarte (152) oder des Gerätes oder der Kraftfahrzeugarmatur, und dass zwischen den Anschlussvorsprüngen (16, 160) und der Metalllage keine Lötkügelchen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Auflegen (108) einer Folie (18) vor dem Andrücken (110) der Druckfläche (20), Auffüllen (112) des Spaltes (A) zwischen Folie (18) und Substrat (12), Abziehen (118) der Folie (18) nach dem Entfernen (118) der Druckfläche (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Anhärten (116) der Schutzschicht, Entfernen (118) der Druckfläche (20) bei noch zähflüssiger Schutzschicht, Mikrostrukturierung der Schutzschicht und/oder Aufbringen von Mikroteilchen (120), insbesondere mit Erhebungen und Vertiefungen im Nanometerbereich, vollständiges Aushärten der Schutzschicht nach dem Aufbringen der Mikroteilchen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (18) an der dem Substrat (12) zugewandten Seite eine im Mikrometerbereich strukturierte Oberfläche hat, und/oder Andrücken (110) der Druckfläche (20) mit einem Druck größer als 40 bar oder größer als 60 bar, und/oder Verdichten (114) der Schutzschicht mit einem Druck größer als 5 bar oder größer als 7 bar.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zum Auffüllen des Spaltes durch mindestens eine Düse (22) eingespritzt wird, und/oder dass das fließfähige Material (26) bereits vor dem Einbringen in die Düse fließfähig ist, und/oder dass das Substrat (12) ein Wafer ist, der eine Vielzahl von Sensorzellenfeldern (156) trägt, und/oder dass die Schutzschicht nanoskalige anorganische Feststoffteilchen enthält und insbesondere unter Durchführung der folgenden Schritte hergestellt worden ist: a) Bereitstellung einer fließfähigen Masse, die nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren organischen Oberflächengruppen enthält, b) Einbringen der Masse von Stufe a) in den Spalt (A), c) Polymerisation und/oder Polykondensation der Oberflächengruppen der Feststoffteilchen unter Bildung einer gehärteten Schicht.
Integrierte Fingerabdruck-Sensorschaltungsanordnung (150), insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellte Sensorschaltungsanordnung (150), mit einem Substrat (12), mit einem am Substrat (12) ausgebildeten Sensorzellenfeld (156), das eine Vielzahl von Sensorzellen enthält, mit Anschlussvorsprüngen (160) bis (174), die mit den Sensorzellen des Sensorzellenfeldes (156) elektrisch leitfähig verbunden sind und sich weiter weg vom Substrat (12) erstrecken als die Sensorzellen des Sensorzellenfeldes (156), und mit einer Schutzschicht (26), die das Sensorzellenfeld (156) bedeckt und die Anschlussvorsprünge seitlich umschließt, wobei die Schutzschicht (26) an die Seiten der Anschlussvorsprünge allseitig angrenzt, und wobei die Schutzschicht (26) Verbindungen enthält, die durch chemische Stoffumsetzung aus Ausgangsverbindungen beim Auftreffen einer elektromagnetischen Strahlung auf die Schutzschicht entstanden sind.
Sensorschaltungsanordnung (150) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht wasserabweisend und ölabweisend ist, und/oder dass nach dem einmaligen oder mehrmaligen bestimmungsgemäßen Gebrauch des Sensors keine Rückstände auf der Schutzschicht verbleiben, insbesondere keine eiweißhaltigen Substanzen und/oder keine fetthaltigen Substanzen und/oder keine wasserhaltigen Substanzen und/oder keine für das bloße Auge sichtbaren Rückstände, und/oder dass die Schutzschicht eine Lotus-Schutzschicht ist, die den aus der Natur bekannten Lotuseffekt besitzt, insbesondere eine selbstreinigende Schicht.
Sensorschaltungsanordnung (150) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussvorsprünge (160 bis 174) frei von seitlichen Abstufungen sind, oder dass die Anschlussvorsprünge (160 bis 174) auf vorstehenden Anschlussflächen aufgebrachte Lötkugeln enthalten, und/oder dass die Anschlussflächen (160 bis 174) mit der Oberfläche der Schutzschicht (26) abschließen.
Sensorschaltungsanordnung (150) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (26) perfluorierte Kohlenwasserstoffe enthält oder aus perfluorierten Kohlenwasserstoffen besteht, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, oder dass die Schutzschicht nanoskalige anorganische Feststoffteilchen enthält und insbesondere unter Durchführung der folgenden Schritte hergestellt worden ist: a) Bereitstellung einer fließfähigen Masse, die nanoskalige anorganische Feststoffteilchen mit polymerisierbaren und/oder polykondensierbaren organischen Oberflächengruppen enthält, b) Einbringen der Masse von Stufe a) in eine Form, c) Polymerisation und/oder Polykondensation der Oberflächengruppen der Feststoffteilchen unter Bildung einer gehärteten Schicht, und/oder dass die Schutzschicht mit einer mikrostrukturierten Oberfläche versehen ist, insbesondere mit einer mikrostrukturierten Oberfläche, die ihrerseits im Nanometerbereich strukturiert ist.
Sensorschaltungsanordnung (150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorzellen des Sensorzellenfeldes (156) den Fingerabdruck kapazitiv erfassen, oder dass die Sensorelemente des Sensorzellenfeldes (156) den Fingerabdruck aufgrund vom Fingerabdruck kommenden Lichtes erfassen.
Einspritzanordnung (10), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder zum Herstellen einer Sensorschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit einer Grundplatte (14), mit einer Druckplatte (20), mit einer Pressvorrichtung zum aneinander Pressen von Grundplatte (14) und Druckplatte (20), und mit einem Einspritzsystem 22 zum Füllen eines Spaltes zwischen Druckplatte (20) und einem auf der Grundplatte (14) aufliegenden Substrat (12), wobei eine Bestrahlvorrichtung (24) vorhanden ist, die elektromagnetische Strahlung oder eine Teilchenstrahlung erzeugt, und wobei die Druckplatte (20) und/oder die Grundplatte (14) für die von der Bestrahlvorrichtung erzeugte Strahlung durchlässig ist.