DE112018005258T5

DE112018005258T5 - Doppelseitiges Sensormodul, das zur Integration in elektronische Geräte geeignet ist

Info

Publication number: DE112018005258T5
Application number: DE112018005258.3T
Authority: DE
Inventors: G. Benkley Fred III; David N. Light
Original assignee: Idex Biometrics ASA
Current assignee: Idex Biometrics Asa No
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-10-22
Also published as: WO2019058259A1; CN111344714B; US20190087622A1; US10713461B2; CN111344714A; TWI705384B; TW201921286A

Abstract

Eine Sensorbaugruppe umfasst ein flexibles Substrat mit Leiterbahnen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats gebildet und quer zueinander ausgerichtet sind. Das Substrat ist um einen Kern gewickelt, so dass die auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Teils des Substrats gebildeten Spuren eine erste Sensorfläche auf einer Oberfläche des Kerns bilden, und die auf gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Teils des Substrats gebildeten Spuren eine zweite Sensorfläche auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Kerns bilden. Der Kern kann ein Einkapselungsmittel umfassen, das auf die Leiterbahnen auf einer Oberfläche des ersten Teils des Substrats aufgespritzt ist, und der zweite Teil des Substrats ist über das Einkapselungsmittel gefaltet. Die Sensoranordnung kann eine integrierte Schaltung enthalten, die auf dem flexiblen Substrat angeordnet ist, wobei eine oder mehrere der Leiterbahnen mit jeder integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind.

Description

BEREICH DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein vom Aufbau her robustes Fingerabdruck-Sensormodul zur Integration in elektronische Geräte wie z.B. Chipkarten, Smartphones, Computer (z.B. Laptop, Desktop- oder Tablet-Computer), elektronische Geräte des „Internet der Dinge“ (IOT), Automobilanwendungen, Schlösser, Konsumgüter und Industriegeräte.
HINTERGRUND
Fingerabdrucksensoren sind in allen Arten von Geräten wie PCs, Tablets, Smartphones und Smart Cards zu finden, um die Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit zu gewährleisten. Die weit verbreitete Verwendung von Fingerabdrucksensoren kann auch ein Sicherheitsproblem darstellen, da die Fingerabdrucksensoren durch gefälschte Fingerabdrücke, die aus latenten Fingerabdrücken hergestellt wurden, getäuscht werden. Die dem derzeitigen Stand der Technik entsprechenden Fingerabdrucksensoren versuchen in der Regel, dieses Problem durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, wie z.B. die Erkennung von lebenden Fingern, zu mildern, wobei der Nachteil durch die erhöhte falsche Ablehnung von Fingerabdrücken und die geringere Benutzerfreundlichkeit in Kauf genommen wird.
Daher besteht in der Industrie Bedarf an einem verbesserten Fingerabdrucksensor, der speziell dafür ausgelegt ist, den Schutz gegen Betrug zu verbessern, ohne die Benutzerfreundlichkeit des Fingerabdrucksensors zu beeinträchtigen.
Das US-Patent Nr. 8.421.890 „Elektronisches Bild unter Verwendung eines Impedanzsensor-Gitterfeldes und Verfahren zur Herstellung“, dessen Offenbarung hiermit durch Verweis aufgenommen wird, beschreibt die Prinzipien des Fingerabdruck-Tastsensors, der mit sich kreuzenden Sende-(Tx) und Empfangsleitungen (Rx) implementiert wird.
U.S. Offenlegungsschrift Nr. 2016-0379035 „Double-sided fingerprint sensor“, deren Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird, beschreibt einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor.
US Offenlegungsschrift Nr. 2017-0147852 „Elektronischer Sensor auf starrem Substrat“, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt einen flexiblen Fingerabdrucksensor, der um ein starres Substrat gewickelt ist.
US Offenlegungsschrift Nr. 2018-0213646 „Konfigurierbares, verkapseltes Sensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung“, deren Offenlegung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt einen verkapselten, umwickelten Fingerabdrucksensor.
U.S. Patent Nr. 9,396,379 „Oberflächensensor“, dessen Offenlegung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt die Aufnahme eines Fingerabdrucksensors in einen Hohlraum in einer Chipkarte.
Die Internationale Patentveröffentlichung Nr. WO/2003/049012 „Verpackungslösung, insbesondere für Fingerabdrucksensor“, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschreibt einen flexiblen Fingerabdrucksensor, der für eine Chipkarte geeignet ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung gegeben, um ein grundlegendes Verständnis einiger hier beschriebener Aspekte zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick über den beanspruchten Gegenstand. Sie soll weder Schlüssel- oder kritische Elemente des beanspruchten Gegenstandes identifizieren noch den Umfang des beanspruchten Gegenstandes abgrenzen. Sie dient lediglich dazu, einige Konzepte in vereinfachter Form als Auftakt zu der weiter unten vorgelegten ausführlicheren Beschreibung darzustellen.
In einer Ausführungsform wird eine Gestaltung eines zweiseitigen flexiblen Substrats zur Herstellung eines doppelseitigen Fingerabdrucksensors beschrieben, der von einem einzigen ASIC gesteuert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Wickeltechnik verwendet, um einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor zu erzeugen. In dieser Ausführung wird ein zweiseitiges flexibles Substrat um einen Kern gewickelt.
In einer anderen Ausführungsform wird der doppelseitige Fingerabdrucksensor mit zwei Leiterplatten hergestellt. In einer anderen Ausführungsform wird der doppelseitige Fingerabdrucksensor mit Hilfe von mehrschichtigen Leiterplatten hergestellt.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Methode zur Verpackung des doppelseitigen Fingerabdrucksensors beschrieben, um ein doppelseitiges Sensormodul zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform wird ein doppelseitiges Sensormodul beschrieben, das sich besonders für den Einbau in eine Chipkarte eignet. Das doppelseitige Sensormodul ist so konstruiert, dass es kostengünstig in der Herstellung und robust genug ist, um ISO-Stresstests für Chipkarten zu bestehen. Das doppelseitige Modul kann mit bestehenden Fertigungsmethoden in Smart Cards eingebaut werden.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Methode zum Einsetzen und sicheren Fixieren eines doppelseitigen Sensormoduls in die Smartcard beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann ein doppelseitiges Sensormodul aus zwei verkapselten Einzelsensormodulen bestehen. Jedes verkapselte Einzelsensormodul (z.B. Baugruppe) kann eine Steuerschaltung (z.B. eine integrierte Schaltung wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC“)) enthalten. In einigen Ausführungsformen können die beiden verkapselten Einzelsensormodule übereinander gestapelt werden, wobei einer der beiden verkapselten Einzelsensoren in derselben Ebene in Bezug auf den anderen verkapselten Einzelsensor gedreht wird, um die Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls zu erleichtern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Sensor um 180 Grad relativ zum ersten Sensor gedreht, wobei jeder Grad der Drehung möglich ist. In einigen Ausführungsformen kann das doppelseitige Fingerabdrucksensormodul in einen Leiterplattenrahmen eingebaut werden, um jedes der beiden gekapselten Einzelsensormodule mit einem Steuerprozessor zu verbinden. Der Leiterplattenrahmen kann je nach Ausführung die Verbindung zu einem Host-Gerät herstellen.
In einigen Ausführungsformen kann das doppelseitige Sensormodul aus einem einzelnen Stück eines doppelseitigen flexiblen Substrats bestehen. Das einzelne Stück des doppelseitigen flexiblen Substrats kann zwei Sensorbereiche umfassen, wobei jeder Sensorbereich mit einem separaten ASIC verbunden ist. In einigen Ausführungen kann das doppelseitige flexible Substrat um einen Kern gewickelt werden, um das doppelseitige Sensormodul zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann jeder Sensorbereich und das entsprechende ASIC verkapselt werden, um zwei einzelne Sensormodule auf dem einzelnen Substrat zu erzeugen. In solchen Ausführungsformen kann das doppelseitige flexible Substrat zwei einzelne Sensormodule auf einer Oberseite des Substrats umfassen. Das doppelseitige flexible Substrat kann gefaltet werden, um die beiden Einzelsensormodule zu stapeln und das doppelseitige Sensormodul zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann das doppelseitige Sensormodul in einen Leiterplattenrahmen mit einem Steuerprozessor (z.B. eine Mikrocontrollereinheit) eingebaut werden.
In einigen Ausführungsformen kann das doppelseitige Fingerabdrucksensormodul aus einem einseitigen Fingerabdrucksensor bestehen.
Andere Merkmale und Eigenschaften des Gegenstandes dieser Offenbarung sowie die Betriebsverfahren, die Funktionen verwandter Bauelemente und der Kombination von Teilen und Einsparungen bei der Herstellung werden deutlicher, wenn man die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet, die alle Teil dieser Spezifikation sind, wobei die gleichen Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen Abbildungen bezeichnen.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen, die hier aufgenommen wurden und die alle Teil der Spezifikation sind, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen des Gegenstandes dieser Offenbarung, wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren darstellen.

1A-1 B veranschaulichen eine Ausführungsform eines doppelseitigen Fingerabdrucksensors.
2A-2C zeigen Draufsichten eines doppelseitigen flexiblen Substrats, das zur Bildung eines doppelseitigen Fingerabdrucksensors verwendet wird.
3 zeigt das doppelseitige flexible Substrat, das um einen quaderförmigen Kern gewickelt ist, um den doppelseitigen Fingerabdrucksensor zu bilden.
4A-4C zeigen Schnittdarstellungen von Ausführungsformen des doppelseitigen Fingerabdrucksensors.
5A-5H zeigen Ausführungsformen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren, die verschiedene Kernformen umfassen.
6A-6D zeigen ein Verfahren zum sicheren Wickeln eines flexiblen Substrats um einen Verkapselungskern.
7A-7H zeigen alternative Verfahren zum sicheren Wickeln eines flexiblen Substrats um einen Einkapselungskern.
8A-8B zeigen Schnittdarstellungen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren mit einem geteilten Kern.
9A-C zeigen Schnittdarstellungen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren, die aus zwei oder mehr separaten Leiterplatten bestehen.
10A-10C zeigen Schnittdarstellungen eines doppelseitigen Sensormoduls.
11 zeigt eine Schnittdarstellung eines doppelseitigen Sensormoduls, das in eine Chipkarte eingesetzt ist.
12A zeigt eine Schnittdarstellung eines doppelseitigen Sensormoduls, das in eine Chipkarte eingesetzt und mit einem Versteifungsrahmen sicher befestigt wird.
12B zeigt eine Draufsicht und eine Untersicht eines doppelseitigen Sensormoduls, das in eine Chipkarte eingebaut und mit einem Versteifungsrahmen sicher befestigt ist.
13A-13B zeigen eine Explosionsansicht des Versteifungsrahmens, des doppelseitigen Sensormoduls und der Chipkarte.
14A - 14C zeigen eine beispielhafte Darstellung einer in das doppelseitige flexible Substrat integrierten Verbindungskomponente.
15A-15D zeigen alternative Ausführungsformen der Verbindung von doppelseitigen Sensormodulen mit dem Host-Gerät.
16-18 zeigen einen doppelseitig gewickelten flexiblen Sensor, der in einen Leiterplattenrahmen eingefügt ist.
19A-19B zeigen ein gekapseltes doppelseitiges Sensormodul.
20 zeigt ein doppelseitiges Sensormodul, das in ein Host-Gerät eingebaut ist.
21 zeigt eine Ausführungsform eines doppelseitigen Sensormoduls, das in einem Gerät montiert ist, wobei das doppelseitige Sensormodul zwei Leiterplatten für den doppelseitigen Sensor umfasst.
22A-22C zeigen eine perspektivische Ansicht, Draufsichten und eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des doppelseitigen Sensormoduls.
23A-23B zeigen eine Chipkarte, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt worden ist, mit einem durch die Chipkarte gefrästen Hohlraum zur Aufnahme des doppelseitigen Sensormoduls.
24A-24F veranschaulicht ein Verfahren zum Einsetzen des doppelseitigen Sensormoduls in die Chipkarte.
25 ist eine perspektivische Ansicht, die eine einseitige Fingerabdrucksensor-Baugruppe zeigt.
26 ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt (Zwischenbaugruppe) zur Herstellung eines doppelseitigen Sensormoduls aus zwei einseitigen Fingerabdruck-Baugruppen zeigt.
27A-27B sind perspektivische Explosionsansichten, die einen zweiten Schritt zur Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls zeigen.
28 ist eine perspektivische Ansicht eines doppelseitigen Fingerabdrucksensors, die Aspekte der vorliegenden Offenlegung verkörpert.
29 ist eine perspektivische Ansicht eines Leiterplatten-„PCB“-Rahmens, der zur Aufnahme und zum Einbau des doppelseitigen Fingerabdrucksensors ausgebildet ist.
30A ist eine perspektivische Ansicht von oben eines doppelseitigen Sensormoduls, das einen doppelseitigen Sensor umfasst, der in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung in den Leiterplatten-Rahmen integriert ist.
30B ist eine perspektivische Ansicht des doppelseitigen Sensormoduls von unten.
31 ist eine perspektivische Ansicht des doppelseitigen Sensormoduls von oben mit einem flexiblen Verbindungskabel, das mit dem Leiterplatten-Rahmen verbunden ist.
32 ist eine Draufsicht auf ein faltbares Substrat mit zwei räumlich getrennten Erfassungsbereichen und einem ASIC, der mit jedem Erfassungsbereich verbunden ist, wobei ein starrer Kern über einem der Erfassungsbereiche positioniert ist.
33 ist eine perspektivische Ansicht des faltbaren Substrats, das über den starren Kern gefaltet ist.
34 ist eine Draufsicht auf ein alternatives faltbares Substrat mit zwei räumlich getrennten Sensorbereichen und einem ASIC, das jedem Sensorbereich zugeordnet ist, wobei zum Verkapseln jeder der Sensorbereiche und der zugehörigen ASICs umspritzt ist.
35A-35B zeigen Querschnitts-Seitenansichten von alternativen doppelseitigen Sensormodulen, die einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor auf einer Leiterplatte umfassen.
36 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht eines alternativen doppelseitigen Sensormoduls, das Aspekte der vorliegenden Offenbarung verkörpert.
37 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht eines alternativen doppelseitigen Sensormoduls, das Aspekte der vorliegenden Offenbarung verkörpert.
38A-38B zeigen eine alternative Faltanordnung, um ein doppelseitiges Sensormodul zu erzeugen, das Aspekte der gegenwärtigen Offenbarung verkörpert.
39 zeigt eine Seitenansicht eines alternativen doppelseitigen Sensormoduls, das Aspekte der vorliegenden Offenbarung verkörpert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Während Aspekte des Gegenstands dieser Offenbarung in verschiedenen Formen dargestellt werden können, sollen die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen lediglich einige dieser Formen als spezifische Beispiele für den Gegenstand offenbaren. Dementsprechend soll der Gegenstand dieser Offenbarung nicht auf die so beschriebenen und erläuterten Formen oder Ausführungsformen beschränkt werden.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten Fachausdrücke, Anmerkungen und andere Fachbegriffe oder Terminologie dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem normalen Fachmann in dem Fachbereich, zu dem diese Offenbarung gehört, verstanden wird. Alle Patente, Anmeldungen, veröffentlichten Anmeldungen und anderen Veröffentlichungen, auf die hier Bezug genommen wird, werden durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen. Wenn eine Definition in diesem Abschnitt im Widerspruch zu einer Definition in den Patenten, Anmeldungen, veröffentlichten Anmeldungen und anderen Veröffentlichungen steht, auf die hier durch Verweis Bezug genommen wird, hat die in diesem Abschnitt enthaltene Definition Vorrang vor der Definition, auf die hier durch Verweis Bezug genommen wird.
Sofern nicht anders angegeben oder der Kontext nichts anderes vermuten lässt, bedeutet „ein“ oder „eine“, wie hier verwendet, „mindestens eine“ oder „eine oder mehrere“.
Diese Beschreibung kann relative Raum- und/oder Orientierungsbegriffe verwenden, um die Position und/oder Orientierung eines Bauelements, eines Apparates, eines Ortes, eines Merkmals oder eines Teils davon zu beschreiben. Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder anderweitig durch den Kontext der Beschreibung vorgeschrieben, werden solche Begriffe, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, oben, unten, oberhalb, unterhalb, aufwärts, abwärts, links, rechts, vor, hinter, neben, angrenzend, zwischen, horizontal, vertikal, diagonal, längs, quer, radial, axial usw., zur Vereinfachung der Bezugnahme auf diese Komponente, diesen Apparat, diesen Ort, dieses Merkmal oder einen Teil davon in den Zeichnungen verwendet und sollen nicht einschränkend sein.
Darüber hinaus sind, sofern nicht anders angegeben, alle in dieser Beschreibung genannten spezifischen Abmessungen lediglich repräsentativ für eine beispielhafte Ausführung einer Vorrichtung, die Aspekte der Offenbarung verkörpert, und sollen nicht einschränkend sein.
In der hier verwendeten Form bezieht sich der Begriff „benachbart“ auf die Nähe bzw. das Nebeneinander. Benachbarte Objekte können voneinander beabstandet sein oder in tatsächlichem oder direktem Kontakt miteinander stehen. In einigen Fällen können benachbarte Objekte miteinander gekoppelt oder einstückig miteinander ausgebildet sein.
In der hier verwendeten Form beziehen sich die Begriffe „wesentlich“ und „substanziell“ auf einen erheblichen Grad oder Umfang. Wenn sie beispielsweise in Verbindung mit einem Ereignis, einem Umstand, einem Merkmal oder einer Eigenschaft verwendet werden, können sich die Begriffe auf Fälle beziehen, in denen das Ereignis, der Umstand, das Merkmal oder die Eigenschaft genau eintritt, sowie auf Fälle, in denen das Ereignis, der Umstand, das Merkmal oder die Eigenschaft in enger Annäherung eintritt, wie z.B. die Berücksichtigung typischer Toleranzschwellen oder Variabilität der hier beschriebenen Ausführungsformen.
In der hier verwendeten Form bedeuten die Begriffe „optional“ und „wahlweise“, dass die nachfolgend beschriebene Komponente, Struktur, Element, Ereignis, Umstand, Merkmal, Eigenschaft usw. enthalten sein kann oder nicht enthalten ist oder auftritt und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen die Komponente, Struktur, Element, Ereignis, Umstand, Merkmal, Eigenschaft usw. enthalten ist oder auftritt und Fälle, in denen dies nicht der Fall ist oder nicht zutrifft.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung umfasst ein „Fingerabdruck“ ein einzigartiges Muster von Rillen an den Fingerspitzen einschließlich des Daumens. Dementsprechend umfasst der Begriff „Fingerabdruck“, wie er hier verwendet wird, auch einen Daumenabdruck.
Fingerabdrucksensoren finden sich in allen Arten von Geräten wie PCs, Tablets, Smartphones und Smart Cards, um die Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit zu gewährleisten. Die weit verbreitete Verwendung von Fingerabdrucksensoren kann ebenfalls ein Sicherheitsproblem darstellen, da die Fingerabdrucksensoren durch gefälschte Fingerabdrücke, die aus latenten Fingerabdrücken hergestellt wurden, gefälscht wurden. Die herkömmlichen Fingerabdrucksensoren versuchen in der Regel, dieses Problem durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, wie z.B. die Erkennung von lebenden Fingern, zu mildern, zum Preise einer erhöhten falschen Ablehnung von Fingerabdrücken und einer geringeren Benutzerfreundlichkeit. Daher besteht in der Industrie Bedarf an einem verbesserten Fingerabdrucksensor, der speziell dafür ausgelegt ist, den Schutz gegen Betrug zu verbessern, ohne die Benutzerfreundlichkeit des Fingerabdrucksensors zu beeinträchtigen. Ein Fingerabdrucksensor, der mit einem Daumen in Kombination mit einem Vorderfinger gleichzeitig zwei Abdrücke in einer Einklemmbewegung erfassen könnte, wäre viel schwieriger zu täuschen.
Eine mögliche Vorgehensweise zur Bereitstellung eines Fingerabdrucksensors, der zwei Fingerabdrücke gleichzeitig erfassen kann, ist die Verwendung von zwei Fingerabdrucksensoren. Die Verwendung von zwei Fingerabdrucksensoren führt jedoch zu doppelt so hohen Herstellungskosten, doppelter Dicke und doppelter Leistung, die für den Betrieb der Fingerabdrucksensoren erforderlich sind. Darüber hinaus führen Komplikationen bei der Montage der beiden Fingerabdrucksensoren auf dem Host-Gerät, beim Anschluss der beiden Sensoren an das Host-Gerät und bei der Koordinierung der verschiedenen Aktionen eines Prozessors, der die beiden getrennten Fingerabdrucksensoren steuert, zu praktischen Problemen bei den bestehenden Herstellungsverfahren und Geräten.
Eine weitere mögliche Vorgehensweise zur Bereitstellung eines Fingerabdrucksensors, der zwei Fingerabdrücke gleichzeitig erfassen kann, ist die Schaffung eines einzigen Sensors mit zwei Erfassungsbereichen. Die U.S. Offenlegungsschrift Nr. 2016-0379035 „Double-sided fingerprint sensor“, deren Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird, beschreibt einen Fingerabdrucksensor mit zwei Erfassungsbereichen als eingebettetes Chip-Paket. Ein solches Gehäuse kann in der Herstellung teuer sein, da ein Abstand der Treiber- und Empfangsleitungen sehr klein sein muss.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an alternativen Herstellungs- und Verpackungsmethoden, um einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor mit einem flexiblen Substrat bereitzustellen, der mit den vorhandenen Herstellungsmethoden und Ausrüstungen praktisch herstellbar ist. Der doppelseitige Fingerabdrucksensor ist, wie im Folgenden näher beschrieben wird, in der Lage, zwei Abtastbereiche bereitzustellen, die nicht auf eine parallele Anordnung beschränkt sind.
Ein solcher doppelseitiger Fingerabdrucksensor eignet sich besonders für den Einsatz in Chipkartenanwendungen, um das Sicherheitsniveau zu erhöhen und Betrug zu verhindern.
Eine Chipkarte ist gemäß der Definition der Secure Technology Alliance (formal die SmartCard Alliance) ein Gerät, in das ein integrierter Schaltkreis oder Chip eingebettet ist. Die Chipkarten-Technologie entspricht internationalen Normen, einschließlich ISO/IEC 7816 und ISO/IEC 14443. Dementsprechend wird eine Person mit gewöhnlichen Kenntnissen verstehen, dass eine Chipkarte nicht auf eine Plastikkarte beschränkt ist. Während die Plastikkarte die ursprüngliche Erscheinungsform der Chipkarte war, ist die für die Chipkarte verwendete Technologie heute in einer Vielzahl von Erscheinungsformen erhältlich, einschließlich Plastikkarten, Schlüsselanhänger und Teilnehmeridentifizierungsmodule (SIMs), die in GSM-Mobiltelefonen, Uhren, elektronischen Reisepässen und USB-basierten Token verwendet werden. Zu den Anwendungen der Chipkarte gehören unter anderem Bankkarten, SIM-Karten (Subscriber Identification Module), Gesundheitskarten, ID-Karten von Behörden und Unternehmen, Sozialversicherungs- und Sozialhilfekarten, Führerscheine, Karten für den physischen und logischen Zugang, Karten für den öffentlichen Nahverkehr (Ticketing) und Karten, die mehrere Anwendungen auf einer einzigen Karte kombinieren.
Chipkarten bestehen in der Regel aus Schichten eines flexiblen Materials, die unter Verwendung von Hitze und Druck zusammenlaminiert werden, um die fertigen Karten zu formen. Eine oder mehrere innere Schichten können eine Schaltung tragen, die es ermöglicht, Bauelemente innerhalb der Karte miteinander zu verbinden. Bei kontaktlosen Karten kann eine Antenne um die Karte herum laufen, um eine HF-Verbindung mit einem externen Kartenlesegerät herzustellen und Energie an die Bauelemente innerhalb der Karte zu übertragen.
Bankkarten haben üblicherweise ein Sicherheits-Bauelement, um den Kontakt mit den Anschlüssen eines externen Kartenlesers, eines POS-Terminals oder eines Geldautomaten herzustellen. Wenn ein biometrischer Sensor, wie z.B. ein Fingerabdrucksensor, in eine Chipkarte eingesetzt ist, muss der Sensor in der Lage sein, mit dem Sicherheitselement und dem vorhandenen Schaltkreis (und der Antenne) innerhalb der Karte zusammen zu wirken.
Smart Cards sind vorzugsweise robust genug, um dem alltäglichen Gebrauch zu widerstehen, z.B. raue Handhabung durch den Benutzer, wiederholtes Einführen in den Kartenleser und/oder die Brieftasche oder den Geldbeutel und Einführen in die Rollen eines Geldautomaten. Die Karte muss eine ausreichende Lebensdauer haben, um zu vermeiden, dass der Kartenanbieter sie häufig neu ausgeben muss.
Chipkarten werden in hohen Stückzahlen mit Standardprozessen und -maschinen hergestellt. Es ist bevorzugt, dass ein doppelseitiger Fingerabdrucksensor leicht in ein vom Aufbau her robustes Fingerabdrucksensormodul oder -gehäuse eingebaut werden kann und dass das einzelne Modul oder Gehäuse leicht in die Chipkarte eingebaut werden kann, ohne dass größere Änderungen an den Standardfertigungsverfahren erforderlich sind.
Wie hier verwendet, bildet jeder elektronische Sensor ein Gitter, um Oberflächenmerkmale eines proximal gelegenen Objekts (z.B. eines Fingerabdrucks) an mehreren Stellen zu erkennen. In einer Ausführungsform enthält das Gitter eine Vielzahl von leitfähigen Treiberspuren oder -leitungen (oder Sende-„Tx“-Leitungen), die jeweils mit einer Steuerquelle verbunden werden können, die in der Lage ist, eine einzige Frequenz, eine mehrtönige Frequenz oder eine binäre Folge von Impulsen mit fester oder variabler Amplitude zu erzeugen, sowie eine Vielzahl von leitfähigen Aufnahmespuren oder -leitungen (oder Empfangs-„Rx“-Leitungen), die quer (vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht) zu den Treiberleitungen ausgerichtet sind. Die Treiberleitungen sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander, und die Aufnahmeleitungen sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander. Die Treiberleitungen sind von den Aufnahmeleitungen durch eine isolierende (z.B. dielektrische) Schicht getrennt. In verschiedenen Ausführungen besteht die isolierende dielektrische Schicht, die die Treiberleitungen von den Aufnahmeleitungen trennt, aus einer oder mehreren flexiblen, isolierenden dielektrischen Schichten.
Jede Treiberleitung kann somit kapazitiv durch die dielektrische Schicht an eine Aufnahmeleitung gekoppelt werden. Die Treiberleitungen können eine Achse (z.B. X-Achse) des Gitters bilden, während die Aufnahme-Leitungen eine andere Achse (z.B. Y-Achse) des Gitters bilden. Jede Stelle, an der sich eine Treiberleitung und eine Aufnahmeleitung überlappen, kann ein impedanzempfindliches Elektrodenpaar bilden, wobei die überlappenden Teile der Treiber- und Aufnahmeleitungen gegenüberliegende Platten eines Kondensators bilden, die durch eine oder mehrere dielektrische Schichten getrennt sind. Dieses impedanzempfindliche Elektrodenpaar kann als ein Pixel (z.B. eine X-Y-Koordinate) behandelt werden, an dem ein Oberflächenmerkmal des benachbart gelegenen Objekts durch Variationen eines an jeder Aufnahmeleitung erfassten Signals aufgrund einer Kapazitätsänderung, die durch den Kontakt mit der oder in der Nähe der Aufnahmeleitung verursacht wird, erfasst wird. Das Gitter bildet eine Vielzahl von Pixeln, die gemeinsam eine Karte der Oberflächenmerkmale des benachbart gelegenen Objekts erstellen können. So können die Pixel des Gitters z.B. Stellen abbilden, an denen sich Berg- und Talmerkmale der Fingeroberfläche befinden, die den elektronischen Sensor berühren. Die Karte kann als Identifizierungsmuster verwendet werden, das mit in einer Datenbank gespeicherten Grat-/Talmustern übereinstimmt. Weitere Einzelheiten eines Fingerabdrucksensors mit überlappenden Treiber- und Aufnahmeleitungen sowie der Treiber-, Sensor- und Abtastelektronik werden in den US-Patenten Nr. 8,421,890 mit dem Titel „Electronic Imager using an impedance sensor grid array and method of making“ und Nr. 8,866,347 mit dem Titel „Biometrie sensing“ erörtert, deren jeweilige Offenbarungen durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden. Weitere Verbesserungen und Erweiterungen der Vorrichtungen, Methoden und Schaltungen, die zur Verbesserung der Empfindlichkeit des Messprinzips verwendet werden, das ein Sensorgitter aus überlappenden Treiberleitungen und Aufnahmeleitungen verwendet, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, einschließlich der Antriebs-, Abtast-, Scan- und Rauschunterdrückungselektronik, sind in der U.S. Offenlegungsschrift Nr. 2016/0188951 mit dem Titel „Fingerprint Sensor Employing an Integrated Noise Rejection Structure“ beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung umfasst ein „Sensorelement“ eine Anordnung aus einer oder mehreren Komponenten, die so ausgebildet sind, dass sie ein Signal auf der Grundlage eines messbaren Parameters (z.B. Kapazität, Licht/Optik, Wärme/Thermik, Druck usw.) erzeugen, dessen Eigenschaften je nach Vorhandensein oder Fehlen eines Objekts, das sich in örtlicher Nähe des Sensorelements befindet, variieren. Ein Fingerabdrucksensor besteht aus einer Anordnung solcher Sensorelemente, die so gestaltet sind, dass sie ein Signal auf der Grundlage eines Teils der Oberfläche eines Fingers erzeugen, der auf oder nahe dem Fingerabdrucksensor platziert ist. Die Empfindlichkeit jedes der Sensorelemente des Fingerabdrucksensors ist derart, dass die Eigenschaften des an jedem Sensorelement erzeugten Signals auf der Grundlage von Oberflächenmerkmalen des Teils des Fingers, der auf oder nahe dem Array platziert ist, variieren, und die variierenden Eigenschaften der an jedem Sensorelement erzeugten Signale können kombiniert oder anderweitig verarbeitet werden, um eine Datei mit einem tatsächlichen oder virtuellen „Bild“ des Fingerabdrucks des Teils der Fingeroberfläche, der auf oder nahe dem Array platziert ist, zu bilden.
Spezifische Beispiele für solche Sensorelemente können kapazitive, optische, thermische und Drucksensorelemente sein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Zur Veranschaulichung: Zwei Arten von kapazitiven Sensorelementen, die in einem Fingerabdrucksensor verwendet werden können, sind kapazitive Sensorelemente mit gegenseitiger Kapazität und selbstkapazitive Sensorelemente. Ein Array von Sensorelementen mit gegenseitiger Kapazität umfasst mehrere voneinander beabstandete Treiberleitungen und mehrere voneinander beabstandete Aufnahmeleitungen die quer zu den Treiberleitungen angeordnet und von den Treiberleitungen durch ein dielektrisches Material beabstandet sind. Jeder Schnittpunkt der Aufnahmeleitungen und der Treiberleitungen bildet ein Sensorelement mit gegenseitiger Kapazität, das so konfiguriert ist, dass es ein Signal erzeugt, das eine Kapazitätsänderung aufgrund der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Teils eines Objekts anzeigt, das sich in lokaler Nähe des Sensorelements mit gegenseitiger Kapazität befindet. Ein Array von Selbstkapazitäts-Sensorelementen umfasst eine erste Mehrzahl von beabstandeten Leiterbahnen und eine zweite Mehrzahl von beabstandeten Leiterbahnen, die quer zu der ersten Mehrzahl von beabstandeten Leiterbahnen angeordnet sind. Jede Leiterbahn der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen ist so gestaltet, dass sie ein Signal an die in erfassbarer Nähe angeordnete Fingeroberfläche sendet und ein resultierendes Signal empfängt. Dementsprechend stellt jede Leiterbahn ein Selbstkapazitäts-Sensorelement dar, das so gestaltet ist, dass es ein Signal erzeugt, das eine Kapazitätsänderung aufgrund der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Teils eines Objekts anzeigt, das sich in lokaler Nähe des Selbstkapazitäts-Sensorelements befindet.
Während Aspekte dieser Offenbarung im Zusammenhang mit bestimmten Arten von Sensorelementen und Fingerabdrucksensorkonfigurationen dargestellt werden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Implementierungen dieser Aspekte nicht notwendigerweise auf einen bestimmten Typ von Sensorelementen der Fingerabdrucksensorkonfiguration oder den hier beschriebenen bestimmten Typ von Sensorelementen von Fingerabdrucksensoren beschränkt sind.
Gewickelter flexibler Sensor mit zwei Sensorbereichen
1A-1 B zeigen einen doppelseitigen Sensor, wie in der US-Offenlegungsschrift Nr. 2016-0379035 beschrieben. Wie in 1A dargestellt, verwendet der doppelseitige Sensor 102 die Technologie mit einem eingebetteten Chip und enthält einen Substratkern, der zwischen den oberen Modulschichten und den unteren Modulschichten angeordnet ist, sowie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC“), die mit dem oberen Sensorgitter und einem unteren Sensorgitter verbunden ist (nicht in 1A dargestellt). 1B veranschaulicht einen vergrößerten Bereich des doppelseitigen Sensors und zeigt, dass enge Toleranzen erforderlich sind, um die Treiberleitungen (Tx) und die Aufnahmeleitungen (Rx) zu erhalten. Derart enge Toleranzen sind mit der traditionellen Technologie für mehrschichtige starre Leiterplatten nur schwer zu erreichen. Insbesondere besteht die Herausforderung darin, sowohl eine Feinverdrahtung, d.h. eine schmale Leitungsbreite (Schaltkreisleitungsbreite) und einen engen Raum (Luftspalt) zwischen benachbarten Leitungen (Schaltkreisleitungen) zu erreichen, als auch die Toleranzen für die kleinen Abmessungen der Treiber- (Tx) Leitungen, der Aufnahme- (Rx) Leitungen, der Durchkontaktierungen und der Routing-Leitungen, wie in 1B dargestellt. In einer nicht einschränkenden Ausführung kann der doppelseitige Sensor 15 µm Leiterbahnbreite und 20 µm Luftspalt aufweisen, mit +/- 10-20% Toleranz auf die kleinen Abmessungen der Treiber-(Tx)-Leitungen, Aufnahme-(Rx)-Leitungen, Durchkontaktierungen und Routing-Leitungen.
Eine alternative Gehäuselösung für einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor besteht in der Verwendung eines flexiblen Substrats mit leitenden Treiber-und Aufnahmebahnen, die darauf gebildet sind, das um ein starres Substrat gewickelt ist, wie z.B. in der U.S. Offenlegungsschrift Nr. 2017-0147852 „Electronic sensor supported on rigid substrate“ beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
2A-2C zeigen ein doppelseitiges flexibles Substrat 202, das zur Bildung eines doppelseitigen Fingerabdrucksensors verwendet wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das doppelseitige flexible Substrat 202 umfasst ein flexibles dielektrisches Substrat, das ein Substrat auf Polymerbasis (z.B. Polyimid) wie Kapton® oder Upilex® sein kann, und Sensorelemente, die eine Vielzahl von Leiterbahnen aus einem geeigneten leitfähigen Material wie Kupfer, Zinn, Silber, Nickel, Aluminium oder Gold umfassen, die auf jeder Oberfläche oder Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 gebildet, geätzt, abgeschieden, plattiert, gedruckt oder anderweitig darauf aufgebracht oder darin eingebettet sind. Die Vielzahl der Leiterbahnen kann als Treiber- und Aufnahmeleitungen des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 verwendet werden. Wie in 2A dargestellt, kann eine erste Oberfläche 201A des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) 206, einen ASIC 208 und zusätzliche passive Komponenten einschließlich der Kondensatoren 210A-E und der Induktivitäten 212A-B umfassen. Jede der Vielzahl von Aufnahmeleitungen 206 wird separat an den ASIC 208 angeschlossen. 2B zeigt eine zweite Oberfläche 201B des doppelseitigen flexiblen Substrats 202. Die zweite Oberfläche 201B des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 kann eine erste Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) 204A und eine zweite Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) 204B umfassen. Jede Treiberleitung ist auf der ersten Fläche 201A durch die Verbindungsleitungen 218A-B elektrisch mit dem ASIC 208 verbunden (der Einfachheit halber sind nur vier Verbindungsleitungen dargestellt). Obwohl nur vier Treiberleitungen als mit dem ASIC 208 verbunden dargestellt sind, ist jede Treiberleitung der ersten und zweiten Vielzahl von Treiberleitungen 204A-B separat mit dem ASIC 208 auf der ersten Oberfläche 201A durch Durchkontaktierungen 219A-B verbunden, die sich durch das doppelseitige flexible Substrat 202 erstrecken. In einer anderen Ausführung können der ASIC 208, die Kondensatoren 210A-E und die Induktivitäten 212A-B auf der zweiten Oberfläche 201B des doppelseitigen flexiblen Substrats montiert werden. In dieser Ausführung ist jede der ersten Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) 204A und der zweiten Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) 204B direkt mit dem ASIC 208 verbunden, und jede der Aufnahmeleitungen (Rx) 206 ist separat mit dem ASIC 208 auf der zweiten Oberfläche 201B durch Durchkontaktierungen verbunden, die sich durch das doppelseitige flexible Substrat 202 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Oberfläche 201A des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 eine Vielzahl von Treiber-(Tx)-Leitungen, den ASIC 208 und zusätzliche passive Komponenten einschließlich der Kondensatoren 210A-E und der Induktivitäten 212A-B umfassen. Jede der mehreren Treiberleitungen wird separat mit dem ASIC 208 verbunden. In dieser Ausführung kann die zweite Oberfläche 201B des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 eine erste Mehrzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) und eine zweite Mehrzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) umfassen. Jede Pickup-Leitung ist auf der ersten Oberfläche 201A durch Verbindungsleitungen und Durchkontaktierungen, die durch das doppelseitige flexible Substrat 202 verlaufen, elektrisch mit dem ASIC 208 verbunden. In einigen Ausführungsformen können der ASIC 208, die Kondensatoren 210A-E und die Induktivitäten 212A-B auf der zweiten Oberfläche 201B des doppelseitigen flexiblen Substrats montiert werden. In dieser Ausführung ist jede der ersten Mehrzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) und der zweiten Mehrzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) direkt mit dem ASIC 208 verbunden und jede der Treiberleitungen (Tx) ist separat mit dem ASIC 208 auf der zweiten Oberfläche 201B durch Durchkontaktierungen verbunden, die durch das doppelseitige flexible Substrat 202 verlaufen.
2C ist eine Draufsicht auf das doppelseitige flexible Substrat 202, wobei die erste und zweite Vielzahl von Treiberleitungen 204A-B auf der Vielzahl von Aufnahmeleitungen 206 mit einer dielektrischen Schicht (d.h. dem flexiblen Substrat) überlagert ist, die die Treiberleitungen und die Aufnahmeleitungen trennt. Wie in 2C gezeigt, werden zwei getrennte Abtastbereiche 214A-B an den Abschnitten des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 gebildet, wo die Aufnahmeleitungen 206 mit der ersten und zweiten Vielzahl von Treiberleitungen 204A-B überlappen. In einer alternativen Ausführungsform kann das doppelseitige flexible Substrat 202 eine erste und eine zweite Vielzahl von Aufnahmeleitungen mit einer gemeinsamen Vielzahl von Treiberleitungen umfassen, um die ersten und zweiten Abtastbereiche 214A-B zu bilden. Dementsprechend werden die beiden getrennten Abtastbereiche 214A-B an den Abschnitten des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 gebildet, an denen sich die Treiberleitungen mit der ersten und der zweiten Vielzahl von Aufnahmeleitungen überlappen. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Abtastbereiche 214A-B jeweils einen Abtastbereich von 9 x 9 mm umfassen. In einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Abtastbereich 214A-B jeweils einen Abtastbereich von 4,5 x 9 mm umfassen. Diese Werte sind jedoch nicht erforderlich, und der erste und zweite Erfassungsbereich 214A-B können in alternativen Ausführungsformen unterschiedliche Erfassungsbereiche umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Länge des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 in Richtung B zwischen 45-55 mm und die Breite des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 in Richtung C zwischen 15-25 mm betragen. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Abtastbereich 214A-B entlang der Richtung B zwischen 6-7 mm liegen. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen der ersten Abtastfläche 214A und einem Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 entlang der Richtung B zwischen 3-4 mm liegen. Diese Werte sind jedoch nicht erforderlich, und die Länge, Breite und Abstände können bei alternativen Ausführungsformen variieren. In einigen Ausführungsformen kann die Gesamtfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 reduziert werden, indem der ASIC 208 und die passiven Komponenten einschließlich der Kondensatoren 210A-E und der Induktivitäten 212A-B auf eine separate Leiterplatte (PCB) verlegt werden, die über einen anisotropen leitenden Film (ACF) verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen sind die erste Mehrzahl von Leitungen 204A und die zweite Mehrzahl von Leitungen 204B (seien es Treiberleitungen oder Aufnahmeleitungen) nicht räumlich getrennt, wie in 2A gezeigt, und bilden eine durchgehende Anordnung von Leitungen. Der Abstand zwischen der ersten Mehrzahl von Leitungen 204A und der zweiten Mehrzahl von Leitungen 204B kann in alternativen Ausführungsformen variieren.
Um einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor herzustellen, wird das doppelseitige flexible Substrat 202 zumindest teilweise um einen Kern gewickelt. In einer Ausführungsform wird der Kern auf der Oberseite eines Teils des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, das den Erfassungsbereich 214B enthält, näher am ASIC 208 angeordnet, und ein Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, das den anderen Erfassungsbereich 214A enthält, wird entlang der Faltlinie 216 in Richtung A über den Kern gefaltet. In den abgebildeten Ausführungsformen ist der Abstand zwischen dem Abtastbereich 214A und dem Abtastbereich 214B größer als die Höhe der kurzen Kante des Kerns zwischen der Ober- und Unterseite, so dass das doppelseitige flexible Substrat 202, das in Richtung A teilweise um den Kern gewickelt ist, einen Abtastbereich 214A bildet, der über der Oberseite des Kerns positioniert ist, und den anderen Abtastbereich 214B, der über der Unterseite des Kerns positioniert ist. In einigen Ausführungsformen kann das doppelseitige flexible Substrat 202 einen einzigen Abtastbereich enthalten (d.h. es gibt keine räumliche Trennung zwischen Gruppen von Leiterbahnen 204A, 204B). In dieser Ausführung ist das doppelseitige flexible Substrat 202 um den Kern in Richtung A gewickelt, so dass ein Teil des einzelnen Erfassungsbereichs über einer Unterseite des Kerns liegt, ein Teil des einzelnen Erfassungsbereichs über einer Oberseite des Kerns und ein Teil des einzelnen Erfassungsbereichs um den Kern gewickelt ist. In einigen Ausführungsformen wird eine Vergussmasse zum Einkapseln des ASIC 208 und zur Bildung des Kerns auf der Oberseite des Teils des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, der den Erfassungsbereich 214B enthält, verwendet. Dementsprechend ist ein Abtastbereich 214A auf einer ersten Oberfläche des Kerns angeordnet, während der andere Abtastbereich 214B auf einer zweiten Oberfläche des Kerns angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Außenfläche des zumindest teilweise umwickelten doppelseitigen flexiblen Substrats 202 eine Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) umfassen, wie in 2A-2B beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann die Außenfläche des zumindest teilweise umwickelten doppelseitigen flexiblen Substrats 202 eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen (Rx) umfassen, wie in 2A-2B beschrieben. In einigen Ausführungsformen ist das doppelseitig flexible Substrat 202 so gewickelt, dass die erste Oberfläche 201A über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und diesen zugewandt ist. In einigen Ausführungsformen ist das doppelseitige flexible Substrat 202 so gewickelt, dass die zweite Oberfläche 201 B über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und dieser zugewandt ist. Die erste und zweite Oberfläche kann eine obere und untere (d.h. parallele) Oberfläche bilden, oder die erste und zweite Oberfläche können nicht parallel sein.
In einer Ausführungsform kann der Kern starr oder halbstarr sein, z.B. Glas, Kunststoff, Keramik, Leiterplatte, oder er kann flexibel sein, z.B. Polyester, FR4, ein Polymer. Der Kern hat eine Versteifungsfunktion, kann aber so gewählt werden, dass sich der umwickelte doppelseitige Fingerabdrucksensor je nach Endbenutzeranwendung biegen und/oder verwinden kann. Bei einer Ausführungsform muss der Kern nicht durchgehend sein. Der Kern kann beispielsweise Ausschnitte enthalten, um die Montage von Komponenten wie z.B. Verbindungselementen zu ermöglichen, wie im Folgenden näher beschrieben wird. In einer anderen Ausführungsform wird ein Einkapselungsmaterial, z.B. ein nichtleitendes dielektrisches Material, direkt auf eine Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 aufgetragen, um einen Einkapselungskern zu bilden, wie weiter unten beschrieben wird.
In einer Ausführungsform wird das doppelseitige flexible Substrat 202 um einen quaderförmigen Kern 302 gewickelt, um den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 304 zu bilden, wie in 3 dargestellt. Dementsprechend ist ein Abtastbereich 214A auf der Oberseite des Kerns 302 und der andere Abtastbereich 214B auf der Unterseite des Kerns 302 angeordnet. In dieser dargestellten Ausführungsform ist ein Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, das den ASIC 208 enthält, nicht um den Kern 302 gewickelt und kann als Anschlusslasche für ein Host-Gerät verwendet werden, um den Sensor mit einem Host-Gerät zu verbinden.
4A-4C zeigen Schnittdarstellungen anderer Ausführungsformen des doppelseitigen Fingerabdrucksensors. Wie in 4A dargestellt, wird ein Vergussmaterial 402, wie z.B. eine nichtleitende dielektrische Formmasse, auf einen Teil der Oberseite des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 aufgetragen (z.B. umspritzt), um den ASIC 208, die Kondensatoren 210A-E und die Induktivitäten 212A-B zu verkapseln und einen Vergusskern 402 zu bilden. Der Einkapselungskern 402 bedeckt die obere Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats 202, das den Erfassungsbereich 214B, der näher am ASIC 208 gelegen ist, enthält. Eine Oberseite eines Teils des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, das den anderen Erfassungsbereich 214A enthält, wird nicht von der Verkapselung bedeckt, und dieser Teil wird über den Verkapselungskern 402 entlang einer Faltachse 404 in Richtung A gefaltet, um den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 406 mit den Erfassungsbereichen 214A, 214B zu bilden, die auf gegenüberliegenden Seiten des Verkapselungskerns 402 angeordnet sind. Eine beispielhafte Ausführungsform des gefalteten doppelseitigen Fingerabdrucksensors 406 ist in 4B dargestellt. Wie in 4B gezeigt, ist ein Abtastbereich 214A auf einer Oberseite des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 406 und der andere Abtastbereich 214B auf einer Unterseite des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 406 angeordnet.
Wie in 4C dargestellt, muss in einer Ausführungsform ein umgefalteter Teil 408 des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 nicht die gesamte obere Fläche des Verkapselungskerns 402 bedecken. Zum Beispiel kann der umgefaltete Teil 408 des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 kürzer als die Länge des Verkapselungskerns 402 in Richtung B sein, während sich ein Teil 410 des doppelseitigen flexiblen Substrats 202, der vom Verkapselungskern 402 bedeckt ist, entlang der Länge des Verkapselungskerns 402 in Richtung B erstreckt, wie in 4C dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann der umgefaltete Teil 408 des doppelseitigen flexiblen Substrats 202 länger als die Länge des Verkapselungskerns 402 in Richtung B sein.
5A-5C zeigen Ausführungsformen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren 500 mit unterschiedlichen Kernformen, die geschaffen werden können, wenn eine Vergussmasse zur Bildung des Verkapselungskerns 502A-B verwendet wird. 5A zeigt einen Verkapselungskern 502A mit einem abgewinkelten Schritt 504A. 5B zeigt eine weitere Ausführungsform des Verkapselungskerns 502B, die zwei abgewinkelte Stufen umfasst. In dieser Ausführungsform umfasst der Verkapselungskern 502B eine abgewinkelte Stufe 504A auf der Unterseite des Verkapselungskerns 502B und eine abgewinkelte Stufe 504B auf der Oberseite des Verkapselungskerns 502B. Die abgewinkelte Stufe 504A in 5A-5B hebt den ASIC 514 und die passiven Komponenten 516, wie Kondensatoren und Induktivitäten, leicht an, die auf der Innenfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 518 montiert sind, so dass eine Versteifungsschicht 506 unter der Außenfläche eines Teils des doppelseitigen flexiblen Substrats 518, der die Komponenten umfasst, platziert werden kann. Die Versteifungsschicht 506 bietet eine zusätzliche Schutzschicht für den ASIC 514 und die passiven Komponenten 516.
5G-5H zeigen eine Draufsicht auf einen verkapselten Kern 502G, der zwei Zinken 508A-B mit einem doppelseitigen flexiblen Substrat 518 umfasst. In einigen Ausführungsformen ist der gekapselte Kern 502G verlängert und speziell geformt, um die beiden Zinken 508A-B weiterhin zu umfassen. Die beiden Zinken 508A-B können verwendet werden, um die Montage des Fingerabdrucksensors 500 in einem Host-Gerät zu erleichtern. 5G zeigt den Aufbau, bevor das doppelseitige flexible Substrat 518 über die obere Fläche des Kerns 502G gewickelt wird, und 5H zeigt den Aufbau, nachdem das doppelseitige flexible Substrat 518 über die obere Fläche des Kerns 502G gewickelt wird.
5C zeigt eine Ausführungsform des Verkapselungskerns 502C mit einem oder mehreren integrierten Montagestiften und einem oder mehreren Aussparungen. Die integrierten Montagestifte 510A-B werden zur Befestigung eines flexiblen Substrats verwendet, wenn sie um den Verkapselungskern 502C gewickelt werden, und die Aussparungen 512A-D werden verwendet, um die Montage des gewickelten doppelseitigen Fingerabdrucksensors auf einem Host-Gerät unter Verwendung von Verbindungsbauteilen zu erleichtern, wie in 6A-6D näher beschrieben wird. In einer Ausführungsform kann eine beliebige Anzahl von integrierten Montagestiften und Aussparungen vorhanden sein, je nach Anwendung des gewickelten doppelseitigen Fingerabdrucksensors.
Entsprechend kann das flexible Substrat um einen Kern verschiedener Formen und Größen gewickelt werden. Es gibt zahlreiche „Internet der Dinge“-Geräte aus dem wirklichen Leben, die einen doppelseitigen Sensor enthalten könnten, der um einen Kern mit nichtparallelen Seiten gewickelt ist, wie z.B. Wearables, Stylus-Geräte, intelligente Uhren, Türschlösser, Vorhängeschlösser, USB-Module, Automobilkomponenten, Haushaltsgeräte, Hebel, Joysticks, Knöpfe und andere. Ein entsprechend geformter Kern kann doppelseitige Umhüllungen ermöglichen, die an einem Türknauf (5D), einem Armband eines tragbaren elektrischen Geräts (5E) und einem USB-Stick (5F) angebracht werden.
6A-6D veranschaulichen ein System und ein Verfahren zum sicheren Wickeln eines flexiblen Substrats 608 um einen Verkapselungskern 602, der dem in 5C dargestellten Kern 502C ähnlich sein kann. Wie in 6A gezeigt, umfasst der Verkapselungskern 602 einstückig gegossene und auf einer oberen Fläche positionierte Befestigungsstifte 604A-B zur Befestigung eines flexiblen Substrats 608, wenn es um den Kern 602 gewickelt wird. Das flexible Substrat 608 umfasst Ausrichtungslöcher 606AB, die so positioniert sind, dass sie sich an den Befestigungsstiften 604A-B ausrichten, wenn das flexible Substrat 608 über den Kern 602 in Richtung A gefaltet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 602 integral ausgebildete Ausrichtungslöcher umfassen und das flexible Substrat 608 kann Befestigungsstifte umfassen. In dieser Ausführungsform sind die Befestigungsstifte auf dem flexiblen Substrat 608 so angeordnet, dass sie sich mit den integral ausgebildeten Ausrichtungslöchern des Verkapselungskerns 602 ausrichten und in diese passen, wenn das flexible Substrat 608 über den Kern 602 in Richtung A gefaltet wird. In einigen Ausführungsformen kann das flexible Substrat 608 mindestens einen Befestigungsstift und mindestens ein Ausrichtungsloch aufweisen. In dieser Ausführungsform kann der Verkapselungskern 602 mindestens ein integral ausgebildetes Ausrichtungsloch und mindestens einen integral ausgebildeten Befestigungsstift aufweisen, der so positioniert ist, dass das mindestens eine integral ausgebildete Ausrichtungsloch den mindestens einen Befestigungsstift des flexiblen Substrats 608 aufnimmt und der mindestens eine integral ausgebildete Befestigungsstift in das mindestens eine Ausrichtungsloch des flexiblen Substrats 608 passt, wenn das flexible Substrat 608 über den Kern 602 gefaltet wird. In einer Ausführungsform wird Klebstoff auf einen Bereich 610 einer oberen Oberfläche des Verkapselungskerns 602 aufgetragen, der von dem flexiblen Substrat 608 bedeckt werden soll. 6B zeigt das gefaltete flexible Substrat 608 (ohne den Verkapselungskern) und 6C zeigt den Verkapselungskern 602 (ohne das gefaltete flexible Substrat), um zu veranschaulichen, wie die Ausrichtungslöcher 606A-B auf dem gefalteten flexiblen Substrat 608 in Bezug auf die Befestigungsstifte 604A-B auf dem Verkapselungskern 602 positioniert sind. 6D zeigt das flexible Substrat 608, das über den Einkapselungskern 602 gefaltet und durch die Ausrichtungslöcher 606A-B, die über den Befestigungsstiften 604A-B befestigt sind, befestigt ist. In einer Ausführungsform wird, sobald das flexible Substrat 608 sicher über den Verkapselungskern 602 gefaltet ist, ein Klebewerkzeug Temperatur und leichten Druck auf den Teil der Oberseite des Verkapselungskerns 602 mit dem aufgetragenen Klebstoff aufbringen, um den Klebstoff schnellzuhärten. Dadurch wird die Ebenheit der Sensoroberfläche gewährleistet. Bei einigen Ausführungsformen kann das flexible Substrat 608 ein einseitig flexibles Substrat oder ein doppelseitig flexibles Substrat sein.
In einigen Ausführungen können Ausschnitte 612 im Kern 602 um eine oder mehrere leitende Pads 614 auf dem flexiblen Substrat 608 gebildet werden. In einigen Ausführungsformen sind die Ausschnitte 612 so gestaltet, dass sie in Größe und Position um elektrische Verbindungen wie komprimierbare leitende Höcker, z.B. ACA-Höcker (aus anisotop leitendem Klebstoff), die auf die leitenden Pads 614 aufgebracht werden, passen, wie in den 15A-15D, 22A-22B und 23B näher beschrieben wird.
7A-7E zeigen alternative Systeme und Verfahren zum sicheren Wickeln eines flexiblen Substrats um einen Kern. In einer Ausführungsform kann das flexible Substrat, das in einem der in 7A-7E beschriebenen Verfahren verwendet wird, ein einseitiges flexibles Substrat oder ein doppelseitiges flexibles Substrat sein. 7A zeigt einen Verkapselungskern 702A, der auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats 704 platziert oder geformt ist. In dieser Ausführung ist eine obere Fläche des Verkapselungskerns 702A, auf den der unbedeckte Teil des flexiblen Substrats 704 umgefaltet wird, durchgehend und flach. Klebstoff 706 wird auf die Oberfläche des Verkapselungskerns 702A aufgetragen und der unbedeckte Teil des flexiblen Substrats 704 wird anschließend über den Kern 702A in Richtung A gefaltet. In einer Ausführungsform übt, sobald das flexible Substrat 704 sicher über den Einkapselungskern 702A gefaltet ist, ein Klebewerkzeug Temperatur und leichten Druck auf den Teil der oberen Oberfläche des Einkapselungskerns 702A mit dem aufgetragenen Klebstoff aus, um den Klebstoff schnellzuhärten. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702A einen ersten Teil 705, der einen ASIC 722 und die passiven Komponenten 724 verkapselt, und eine Stufe 728 mit einer anderen Dicke (z.B. einer geringeren Dicke) als der erste Teil 705 enthalten. Die Öffnungen 730 können optional in die Stufe 728 eingegossen werden. In einer Ausführungsform stellen diese Öffnungen 730 leitende Pads auf dem flexiblen Substrat 704 dar, um die elektrische Verbindung mit dem Host-Gerät zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702A von gleichmäßiger Dicke sein, und die Öffnungen 730 können optional in einen Teil des Verkapselungskerns 702A eingegossen sein.
7B zeigt ein weiteres System und Verfahren zum sicheren Wickeln eines flexiblen Substrats um einen Verkapselungskern. In dieser Ausführungsform werden ein Verkapselungskern 702B und ein Haltestab 710 auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats 704 gebildet oder daran befestigt. Der Haltestab 710 ist am Rand des unbedeckten Teils des flexiblen Substrats 704 ausgebildet. Der Verkapselungskern 702B umfasst einen integrierten Schlitz 708 parallel zum Haltestab 710 auf der Oberseite. Der integrale Schlitz 708 ist auf der Oberseite des Einkapselungskerns 702B so angeordnet, dass er mit dem Haltestab 710 ausgerichtet ist und diesen aufnimmt, wenn das flexible Substrat 704 über den Einkapselungskern 702B in Richtung A gefaltet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Einkapselungskern 702B einen einstückig ausgebildeten Stab umfassen, der von der Oberseite vorsteht, und das flexible Substrat 704 kann einen Halteschlitz umfassen, der einer Länge und Breite des integral geformten Stabs entspricht. Der Schlitz kann z.B. ein Ausschnitt des flexiblen Substrats 704 sein. In dieser Ausführung ist der einstückig ausgebildete Stab des Einkapselungskerns 702B so positioniert, dass er in den Halteschlitz des flexiblen Substrats 704 passen kann, wenn das flexible Substrat 704 über den Einkapselungskern 702B in Richtung A gefaltet wird, um den umgefalteten Teil des flexiblen Substrats 704 sicher auf der Oberfläche des Einkapselungskerns 702B zu fixieren. In einer Ausführungsform ermöglicht eine Presspassung zwischen dem Haltestab 710 und dem integrierten Schlitz 708, wobei die Abmessung des Haltestabs 710 die Abmessung des integrierten Schlitzes 708 leicht übersteigt, sodass der unbedeckte Teil des flexiblen Substrats 704 ohne Verwendung von Klebstoffen sicher auf der Oberfläche des Einkapselungskerns 702B befestigt wird. Alternativ kann ein Klebstoff verwendet werden, um den Haltestab 710 in dem Schlitz 708 zu befestigen. In einer Ausführungsform kann eine Form mit zwei Formhohlräumen verwendet werden, um den Haltestab 710 und den Einkapselungskern 702B gleichzeitig auf der Oberfläche des flexiblen Substrats 704 zu formen. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702B einen ersten Teil 705, der einen ASIC 722 und die passiven Komponenten 724 verkapselt, und eine Stufe 728 mit einer anderen Dicke (z.B. einer geringeren Dicke) als der erste Teil 705 enthalten. Die Öffnungen 730 können optional in die Stufe 728 eingegossen werden. In einer Ausführungsform stellen diese Öffnungen 730 leitende Pads auf dem flexiblen Substrat 704 dar, um die elektrische Verbindung mit dem Host-Gerät zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702B von gleichmäßiger Dicke sein, und die Öffnungen 730 können optional in einen Teil des Verkapselungskerns 702B eingegossen sein.
7C veranschaulicht eine weitere Methode, ein flexibles Substrat sicher um einen Verkapselungskern zu wickeln. Bei dieser Ausführungsform werden ein abgestufter Einkapselungskern 702C und eine Umspritzplatte 712 auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats 704 gebildet. Der gestufte Einkapselungskern 702C besteht aus einem ersten Teil 714 und einem zweiten Teil 716. In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des ersten Teils 714 geringer als (z.B. die Hälfte) der Dicke des zweiten Teils 716, wodurch die Stufe im gestuften Verkapselungskern 702C entsteht. Die Umspritzplatte 712 wird auf der Oberfläche des flexiblen Substrats 704 gebildet, die nicht von dem gestuften Einkapselungskern 702C bedeckt ist.
In einigen Ausführungsformen können die physischen Abmessungen der Umspritzplatte 712 im Wesentlichen den physischen Abmessungen des ersten Teils 714 entsprechen. Zum Beispiel kann die Dicke der Umspritzplatte 712 die Hälfte der Dicke des zweiten Teils 716 betragen. Wenn die Umspritzplatte 712 über den abgestuften Einkapselungskern 702C gefaltet wird, wird die Umspritzplatte 712 dementsprechend auf den ersten Teil 714 gestapelt und die Stufe zwischen dem ersten Teil 714 und dem zweiten Teil 716 aufgehoben. Die gestapelte Umspritzplatte 712 kann in Kombination mit dem zweiten Teil 716 eine flache Oberseite für den gestuften Einkapselungskern 702C bilden. In einigen Ausführungsformen können sich die physischen Abmessungen der Umspritzplatte 712 von den physischen Abmessungen des ersten Teils 714 unterscheiden. So kann beispielsweise die Umspritzplatte 712 dicker oder dünner sein als die Dicke des zweiten Teils 716. Wenn die Umspritzplatte 712 über den gestuften Einkapselungskern 702C gefaltet wird, wird die Umspritzplatte 712 dementsprechend auf den ersten Teil 714 gestapelt und reduziert die Stufe zwischen dem ersten Teil 714 und dem zweiten Teil 716 oder erzeugt eine Stufe, die über die Oberfläche des zweiten Teils 716 hinausragt. Bei einer Ausführungsform wird Klebstoff auf die Oberfläche der Umspritzplatte 712 oder des ersten Teils 714 aufgetragen, bevor die Umspritzplatte 712 über den gestuften, eingekapselten Kern 702C gefaltet wird. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Klebstoffschicht 736 auf eine Oberfläche der Umspritzplatte 712 aufgetragen, wie in 7F dargestellt. Rückblickend auf 7C kann zwischen der Umspritzplatte 712 und dem gestuften Einkapselungskern 702C ein Faltspalt 720 entlang einer Faltachse 718 vorhanden sein, um das Falten der Umspritzplatte 712 über den ersten Teil 714 des Einkapselungskerns 702C in Richtung A zu erleichtern. Die bis zeigen eine nicht einschränkende Ausführungsform eines Verfahrens zum Falten der Umspritzplatte 712 über den ersten Abschnitt 714 in Richtung A, beginnend mit Schritt 1 (7G(1) bis (7G(2)) über Schritt 2 (7G(2) bis (7G(3)) zu Schritt 3 ( 7G(3) bis (7G(4)). In einigen Ausführungsformen wird die Umspritzplatte 712 mit dem Verkapselungskern 702C verbunden, sobald die Umspritzplatte 712 über den ersten Teil von 714 gefaltet wird, wie in 7H(1) und 7H(2) gezeigt. Rückblickend auf 7C kann in einer Ausführungsform ein Dübel in den Faltspalt 720 gesetzt werden, um sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht zu eng um die Ränder der Umspritzplatte 712 und den Einkapselungskern 702C gewickelt wird, wodurch eine Beschädigung des flexiblen Substrats 704 durch die Kanten verhindert wird. In einer anderen Ausführungsform kann ein Elastomer in den Faltspalt 720 eingebracht werden, um sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht zu eng um die Ränder der Umspritzplatte 712 und des Einkapselungskerns 702C gewickelt wird. In einigen Ausführungen kann der Faltspalt 720 mit Schaumstoff, wie z.B. Rogers Poron®, gefüllt werden, um einen konstanten Biegeradius für den umwickelten Teil des flexiblen Substrats 704 aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht zu eng um die Ränder der Umspritzplatte 712 und den Einkapselungskern 702C gewickelt wird. In einer Ausführungsform kann eine Form mit zwei Formhohlräumen verwendet werden, um die Umspritzplatte 712 und den gestuften Einkapselungskern 702C gleichzeitig auf der Oberfläche des flexiblen Substrats 704 zu formen.
In einigen Ausführungsformen können die Umspritzplatte 712 und der erste Teil 714 Ausrichtungsmerkmale zur Befestigung der Umspritzplatte 712 auf der Oberfläche des ersten Teils 714 aufweisen, wie in 7E gezeigt. Wie in 7E dargestellt, kann der erste Teil 714 aus integral geformten und auf einer Oberseite positionierten Befestigungspfosten 734AB bestehen, um die Umspritzplatte 712 zu befestigen, wenn sie über den eingekapselten Kern 702C gefaltet wird. Die Umspritzplatte 712 kann Ausrichtungslöcher 732A-B aufweisen, die integral geformt und so positioniert sind, dass sie sich mit den Befestigungspfosten 734A-B ausrichten, wenn die Umspritzplatte 712 über den ersten Teil 714 gefaltet wird.
In einigen Ausführungsformen kann der erste Teil 714 Ausrichtungslöcher aufweisen, die integral geformt und auf einer Oberseite positioniert sind, um die Umspritzplatte zu befestigen, wenn sie über den eingekapselten Kern 702C gefaltet wird, und die Umspritzplatte 712 kann die einstückig hergestellten Befestigungspfosten umfassen, die angeordnet sind, um in die Ausrichtungslöcher zu passen, wenn die Umspritzplatte 712 über den ersten Teil 714 gefaltet wird. In einigen Ausführungsformen kann der erste Teil 714 mindestens ein Ausrichtungsloch und mindestens einen integral gegossenen Montagepfosten umfassen. In dieser Ausführungsform kann die Umspritzplatte 712 mindestens einen Befestigungspfosten und mindestens ein Ausrichtungsloch aufweisen, die integral geformt und so angeordnet sind, dass der mindestens eine Befestigungspfosten in das mindestens eine Ausrichtungsloch des ersten Teils 714 passt und das mindestens eine Ausrichtungsloch mit mindestens einem Befestigungspfosten des ersten Teils 714 ausgerichtet ist, wenn die Umspritzplatte 712 über den ersten Teil 714 gefaltet wird.
In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702C eine zweite Stufe 728 mit einer anderen Dicke (z.B. einer geringeren Dicke) als der zweite Teil 716 umfassen. Die Öffnungen 730 können optional in die zweite Stufe 728 eingeformt werden. In einer Ausführungsform stellen diese Öffnungen 730 leitende Pads auf dem flexiblen Substrat 704 dar, um die elektrische Verbindung mit dem Host-Gerät zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702C von gleichmäßiger Dicke sein, und die Öffnungen 730 können optional in einen Teil des Verkapselungskerns 702C eingegossen sein.
7D veranschaulicht eine weitere Methode, ein flexibles Substrat sicher um einen Verkapselungskern zu wickeln. Bei dieser Ausführungsform werden ein Einkapselungskern 702D und eine Umhüllungsfolie 722 auf einer Oberfläche des flexiblen Substrats 704 gebildet. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702D einen ersten Teil 726, der einen ASIC 722 und die passiven Komponenten 724 verkapselt, und eine Stufe 728 mit einer anderen Dicke (z.B. einer geringeren Dicke) als der erste Teil 726 umfassen. Bei einigen Ausführungsformen sind der äußere Umfang der Oberfläche der Umspritzplatte 722 und des ersten Teils 726 im Wesentlichen ähnlich. Wenn die Umspritzplatte 722 über den Einkapselungskern 702D gefaltet wird, wird die Umspritzplatte 712 auf den ersten Teil 726 gestapelt. In einigen Ausführungsformen kann der äußere Umfang der Umspritzplatte 722 so bemessen sein, dass eine Variation der Dicke entsteht, wenn die Umspritzplatte 722 über den ersten Teil 726 gefaltet wird. Zum Beispiel kann die umgefaltete Umspritzplatte 722 eine Stufe erzeugen, die über die Oberfläche des ersten Teils 726 hinausragt. In einigen Ausführungsformen kommt die Dickenvariation des umhüllten Einkapselungskerns dem Einbau des umhüllten Einkapselungskerns in ein Host-Gerät entgegen. Die Öffnungen 730 können optional in die Stufe 728 eingegossen sein. In einer Ausführungsform legen diese Öffnungen leitende Pads auf dem flexiblen Substrat 704 frei, um die elektrische Verbindung mit dem Host-Gerät zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 702D von gleichmäßiger Dicke sein, und die Öffnungen 730 können optional in einen Teil des Verkapselungskerns 702D eingegossen sein. In einer Ausführungsform wird Klebstoff entweder auf die Oberfläche der Umspritzplatte 722 oder auf den ersten Teil 726 des Verkapselungskerns 702D aufgetragen, bevor die Umspritzplatte 712 über den verkapselten Kern 702D gefaltet wird. Zwischen der Umspritzplatte 722 und dem Verkapselungskern 702D befindet sich ein Faltspalt 720 entlang einer Faltachse 718, um das Falten der Umspritzplatte 722 über den Verkapselungskern 702D in Richtung A zu erleichtern. In einer Ausführungsform kann ein Dübel in den Faltspalt 720 gesetzt werden, um sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht eng um die Kanten der Umspritzplatte 722 und des Einkapselungskerns 702D gewickelt wird, wodurch eine Beschädigung des flexiblen Substrats 704 durch die Kanten verhindert wird. In einer anderen Ausführungsform kann ein Elastomer in den Faltspalt 720 eingebracht werden, um sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht zu eng um die Ränder der Umspritzplatte 722 und den Verkapselungskern 702D gewickelt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Faltspalt 720 mit Schaumstoff, wie z.B. Rogers Poron®, gefüllt werden, um einen konstanten Biegeradius für den umwickelten Teil des flexiblen Substrats 704 aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass das flexible Substrat 704 nicht zu eng um die Ränder der Umspritzplatte 722 und den Verkapselungskern 702D gewickelt wird. In einer Ausführungsform kann eine Form mit zwei Formhohlräumen verwendet werden, um die Umspritzplatte 722 und den Verkapselungskern 702D gleichzeitig auf der Oberfläche des flexiblen Substrats 704 zu formen.
8A-8B zeigen Ausführungsformen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren mit einem geteilten Kern. Wie in 8A dargestellt, erklärt das in der US-Offenlegungsschrift Nr. 2017-0147852 beschriebene Prinzip des geteilten Kerns den Aufbau einer Sensorbaugruppe, die durch Falten eines ersten starren Substratteils 822 und einer Sensorkeule 820 über einen zweiten starren Substratteil 824 und eine Schaltungskeule 826 und Befestigen des ersten starren Substratteils 822 am zweiten starren Substratteil 824 vervollständigt werden kann (der Einfachheit halber sind die Treiberleitungen (Tx) und Aufnahmeleitungen (Rx) in 8A und 8B nicht dargestellt). Die US-Offenlegungsschrift Nr. 2017-0147852 beschreibt das Konzept des geteilten Kerns in Bezug auf ein einseitiges flexibles Substrat, und dasselbe Prinzip des geteilten Kerns kann mit dem doppelseitigen flexiblen Substrat verwendet werden, um einen doppelseitigen Sensor mit den Keulen 820 und 826 zu erzeugen, die gegenüberliegende Sensorflächen bilden.
Dementsprechend zeigt 8B ein Beispiel für einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor 800, der einen geteilten Kern 802 umfasst, der in einem Kartenkörper 840 installiert ist. In einer Ausführung besteht der geteilte Kern 802 aus zwei verschiedenen Materialien. Das erste Material bzw. die erste Schicht ist eine Leiterplatte 804 und das zweite Material ist ein Verkapselungsmaterial (z.B. Formmasse), wie z.B. ein nichtleitendes dielektrisches Material, das direkt auf eine Oberfläche der Leiterplatte 804 aufgebracht wird, um eine geformte Beilage 806 zu bilden. Ein doppelseitiges flexibles Substrat 808 wird um die Leiterplatte 804 und die geformte Beilage 806 gewickelt. In einer beispielhaften Ausführungsform hat der geteilte Kern 802 abgerundete Ecken 810, um sicherzustellen, dass das doppelseitige flexible Substrat 808 durch die Kanten des geteilten Kerns 802 nicht beschädigt wird. In einer anderen Ausführung ist ein Klebekissen 812 (z.B. ein UV-härtendes, nachgiebiges Klebekissen) zwischen einem Ende des geteilten Kerns 802 und dem um den Teil 814 des doppelseitigen flexiblen Substrats 808 gewickelten Teil vorgesehen. Durch Einlegen des Klebekissens 812 wird das doppelseitige flexible Substrat 808 nicht fest um die Kanten des geteilten Kerns 802 gewickelt, wodurch eine Beschädigung des Substrats 808 durch die Kanten verhindert wird. Ein Hohlraum 842 im Kartenkörper 840 ermöglicht es dem Klebekissen 812, sich beim Biegen der Karte zu bewegen. In einer alternativen Ausführungsform wird das direkt auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgetragene Verkapselungsmittel auch auf ein Ende der Leiterplatte 804 aufgetragen, um einen Höcker 816 als Ersatz für das Klebekissen 812 zu bilden. Dementsprechend wird das doppelseitig flexible Substrat 808 um den äußeren Umfang des Höcker 814 gewickelt, um eine Beschädigung des Substrats durch die Kanten des geteilten Kerns 802 zu verhindern.
In einer Ausführungsform bedeckt die geformte Beilage 806 die Leiterplatte 804 nicht vollständig, und ein Teil des Substrats 808 (z.B. mit einem ASIC) ragt über die Beilage hinaus, wird an einer Oberseite der Leiterplatte 804 befestigt und mit einem Verkapselungsmittel 818 umspritzt. Ein hochelastischer Polymerfilm 830, 832 kann an den gegenüberliegenden Sensorflächen 834, 836 befestigt oder auf diesen geformt werden.
Alternative doppelseitige Sensorkonstruktionen
9A-9C veranschaulichen Ausführungsformen von doppelseitigen Fingerabdrucksensoren, die aus zwei separaten Leiterplatten bestehen. In diesen Ausführungsformen werden zwei getrennte Leiterplatten statt eines doppelseitigen flexiblen Substrats verwendet. Wie in 9A dargestellt, sind eine erste Platine 902A und eine zweite Platine 902B über eine Kombination aus anisotrop leitendem Film (ACF) oder anisotrop leitendem Klebstoff (ACA) 910 und nichtleitendem Klebefilm oder Paste 912 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Platine 902A größer als die Platine 902B, und in einem Bereich, in dem sich die Platinen 902A, 902B nicht überlappen, kann ein Umspritzungs-Kapselungsmaterial vorgesehen werden. Filmbeschichtungen 916, 918 (z.B. etwa 50 µm dick) können über den unteren und oberen Sensorbereich aufgebracht werden.
Wie in 9B dargestellt, erfolgt die Verbindung zwischen den beiden Platinen durch eine flexible (oder starre) elektrische Verbindung 904. In einigen Ausführungsformen besteht die elektrische Verbindung 904 aus einer flexiblen gedruckten Schaltung, die die beiden Platinen 902A-B miteinander verbindet. Die flexible gedruckte Schaltung kann auf jeder Platine 902A-B mit ACF, ACA, Lötmittel oder einem anderen Haftmittel befestigt werden.
Wie in 9C dargestellt, wird ein weiterer alternativer Entwurf für einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor gezeigt. 9C zeigt einen mehrlagigen doppelseitigen Sensor aus gedruckten Leiterplatten. Die Leiterplatte 902c kann z.B. die Lagen 920, 930, die obere und untere Signalempfangsfunktionen unterstützen, die Lagen 922, 928, die obere und untere Signalübertragungsfunktionen unterstützen, die Lage 924, die eine Routing-Funktion unterstützt, und eine Masse-Lage 926 enthalten. In dieser Ausführungsform besteht die mehrlagige Leiterplatte aus einem Verbindungselement 932 zum Host-Gerät (z.B. Karte), einer Stufe oder einem Hohlraum 934.
Doppelseitiges Sensormodul
10A-10C stellen Ausführungsformen eines doppelseitigen Sensormoduls 1000 dar. Wie in 10A-10C dargestellt, können eine oder mehrere Schichten einer Schutzschicht auf einer Ober- und einer Unterseite eines umhüllten doppelseitigen flexiblen Sensors angebracht werden, um das doppelseitige Sensormodul zu schaffen. Wie in 10A dargestellt, besteht der umwickelte doppelseitige flexible Sensor 1010 aus einem doppelseitigen flexiblen Substrat 1006, das um einen Kern 1008 gewickelt ist. In einigen Ausführungsformen kann ein ASIC 1001 auf einer Oberfläche des doppelseitig flexiblen Substrats 1006 angeordnet sein, die nicht um den Kern 1008 gewickelt ist. In einer Ausführungsform kann der Kern 1008 ein geteilter Kern sein, wie in 8A-8B beschrieben. Eine obere Abdeckplatte 1002A wird über einem Abtastbereich 1004A auf der Oberseite des umwickelten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 angebracht. Eine untere Abdeckplatte 1002B wird über einem Abtastbereich 1004B auf der Unterseite des umhüllten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 angebracht. Die Dicke und das Material der Abdeckplatten 1002A-B werden so gewählt, dass die Empfindlichkeit des umwickelten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 nicht beeinträchtigt wird. In einer Ausführungsform können Schutzbeschichtungen verwendet werden, um die Sensorbereiche 1004A-B abzudecken. Die Abdeckplatten 1002A-B können aus Glas, Keramik, Polycarbonat, Polyimid oder Gewebe bestehen. In einer Ausführungsform können die Abdeckplatten 1002A-B je nach den ästhetischen Anforderungen der Anwendung des Sensors 1010 transparent oder farbig sein. In einer anderen Ausführungsform können die Abdeckplatten 1002A-B tastbar sein.
Wie in 10B dargestellt, ist es nicht notwendig, dass die obere Abdeckplatte 1002A und die untere Abdeckplatte 1002B gleich sind. Beispielsweise können die obere Abdeckplatte 1002A und die untere Abdeckplatte 1002B aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder unterschiedliche Längen, Formen, Farben und/oder Strukturen aufweisen. Der in 10B dargestellte Sensor besteht aus einem flexiblen Substrat 1006, das eine Polyimidschicht (oder eine ähnliche Schicht) mit voneinander beabstandeten und gegenseitig quer verlaufenden Treiberleitungen (Tx) und Aufnahmeleitungen (Rx) aufweist, die um einen geformten Verbundkern 1008 gewickelt sind, wobei eine Lötmaske 1014 über der Außenfläche des flexiblen Substrats angeordnet ist. In einer in 10B dargestellten Ausführung kann die untere Abdeckplatte 1002B einen größeren Teil der unteren Oberfläche des umwickelten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 bedecken als die obere Oberfläche, die von der oberen Abdeckplatte 1002A bedeckt wird. In einer Ausführungsform kann die Größe der Sensorbereiche 1004A-B unterschiedlich sein. Im Allgemeinen können die Deckflächen 1002A, 1002B aus Polycarbonat, Polyimid oder einem anderen robusten Material bestehen und eine Dicke von weniger oder gleich etwa 50 µm haben. Dementsprechend kann die Größe und das Material der Abdeckplatten 1002A-B auf der Grundlage der Größe der Erfassungsbereiche 1004A-B bestimmt werden.
In einer alternativen Ausführung kann eine Schutzbeschichtung 1012, wie z.B. eine fotobildfähige Polyimidschicht, die gesamte Fläche der Außenfläche des umhüllten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 bedecken, wie in 10C gezeigt. In einer Ausführungsform ist die fotobildgebende Polyimidschicht 1012 25 µm dick, um die Störung der Erfassungsmöglichkeiten des umwickelten doppelseitigen flexiblen Sensors 1010 zu minimieren.
Wie oben erwähnt, kann das doppelseitige flexible Sensormodul in zahlreichen „Internet der Dinge“-Geräten des praktischen Lebens und Smart Cards eingesetzt werden. Ein wichtiger Gesichtspunkt für einige Anwendungen, wie z.B. Smart Cards, ist, dass die Smart Card im täglichen Gebrauch erheblichen Biegungen und Verwindungen ausgesetzt ist und dem Schieben und Ziehen unter Rollen in Geldautomaten standhalten muss. Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, den ASIC und die passiven Komponenten des doppelseitigen Sensormoduls zusätzlich zu schützen, insbesondere wenn diese Komponenten nicht in den Kern integriert sind. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere Versteifungslagen unter oder über dem ASIC und den passiven Komponenten vorgesehen sein, um die Komponenten vor Beschädigung zu schützen, wie in 5A-5B, 12A und 13A-13B dargestellt. In einer anderen Ausführungsform wird ein Vergussmaterial verwendet, um das ASIC und die passiven Komponenten zu verkapseln, wie in 11 dargestellt.
Unter dem ASIC 514 und den passiven Komponenten 516 ist eine Versteifungsschicht 506 angebracht, wie in 5A-5B dargestellt. Geeignete Versteifungsmaterialien können aus einer Schicht aus Edelstahl mit einer Dicke von 100 µm bestehen. Einige alternative Ausführungsformen können andere Materialien mit unterschiedlicher Dicke verwenden.
11 zeigt den Querschnitt eines doppelseitigen Sensormoduls 1100, das in eine Chipkarte 1140 eingebaut ist, entsprechend einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der ASIC 1104 nicht Teil des Verkapselungskerns 1108. Der Verkapselungskern 1108 besteht aus einer Leiterplatte 1112 und einem Einkapselungsmaterial 1110, welches um einen Teil der oberen Fläche der Leiterplatte 1112, die gesamte untere Fläche der Leiterplatte 1112 und ein Ende der Leiterplatte 1112 gespritzt ist und so ein gestufter Kern gebildet ist. Das doppelseitige flexible Substrat 1114 wird um den Verkapselungskern 1108 gewickelt, und der auf dem flexiblen Substrat montierte ASIC 1104 wird auf einem Teil der Leiterplatte 112 angeordnet, der nicht vom Verkapselungskern 1108 bedeckt ist. In einigen Ausführungsformen kann ein Damm 1102, der ein erstes Epoxidmaterial enthält, auf der unteren Stufe der oberen Oberfläche des umwickelten doppelseitigen flexiblen Substrats 1114 angebracht werden, um einen Schutz-Bereich um den ASIC 1104 zu schaffen. In einigen Ausführungsformen kann der Damm 1102 einen Schutz-Bereich um den ASIC 1104 und alle passiven Komponenten, die sich auf der unteren Stufe der oberen Oberfläche des umwickelten doppelseitigen flexiblen Substrats 1114 befinden, erzeugen. Ein zweites Epoxidharz-Material kann in den resultierenden abgedämmten Bereich um den ASIC 1104 eingespritzt werden, um den ASIC 1104 zu verkapseln und einen Schutzschild 1106 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen ist das erste Epoxidmaterial und das zweite Epoxidmaterial unterschiedlich. Zum Beispiel kann das erste Epoxidmaterial eine höhere Viskosität haben als das zweite Epoxidmaterial. In einigen Ausführungsformen können das erste Epoxidmaterial und das zweite Epoxidmaterial zu einer ähnlichen Familie von Epoxidmaterialien gehören.
Eine erste (obere) Deckplatte 1118 bedeckt einen ersten Sensorbereich des Sensors und eine zweite (untere) Deckplatte 1116 bedeckt einen zweiten Sensorbereich des Sensors. Eine in dem Kartenkörper ausgebildete Öffnung zur Aufnahme des Sensors umfasst einen ersten Abschnitt 1122 mit einer Ausdehnung (Querabmessungen), die der Größe der ersten Abdeckplatte 1118 entspricht, und einen zweiten Abschnitt 1124 mit einer Ausdehnung, die der Größe der zweiten Abdeckplatte 1116 entspricht. Ein erster Sensorbereich, der von der ersten Platte 1118 abgedeckt wird, ist durch die erste Öffnung 1122 zugänglich, die sich durch eine erste Oberfläche (oben) des Kartenkörpers erstreckt, und der zweite Sensorbereich, der von der zweiten Abdeckplatte 1116 abgedeckt wird, ist durch die zweite Öffnung 1124 zugänglich, die sich durch eine zweite Oberfläche (unten) des Kartenkörpers erstreckt. Der Größenunterschied zwischen der ersten Öffnung 1122 und der zweiten Öffnung 1124 definiert einen Teilverschluss oder eine Decke 1126 und einen Innenraum 1120, der den ASIC 1104 und die Abschirmung 1106 aufnimmt.
12A zeigt eine Querschnittsansicht des doppelseitigen Sensormoduls, das in die Chipkarte eingesetzt wird, entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein Versteifungsrahmen 1204, auch „Bilderrahmen“ genannt, eine dünne Schicht Edelstahl mit einem Ausschnitt 1214 darin. Der Versteifungsrahmen 1204 umgibt einen der Sensorbereiche 1206B des doppelseitigen Sensormoduls 1202, während er das Modul 1202 im Hohlraum der Chipkarte 1208 fixiert und den ASIC 1210 und die passiven Komponenten 1212 vor Beschädigung schützt. Eine Draufsicht und eine Draufsicht auf das doppelseitige Sensormodul 1202, das in die Chipkarte 1208 eingesetzt und durch den Versteifungsrahmen 1204 befestigt wird, ist in 12B dargestellt. Eine Explosionsdarstellung dieser Ausführungsform ist in 13A dargestellt. Wie in 13A dargestellt, ist das doppelseitige Sensormodul 1202 in einen Hohlraum 1302 in der Chipkarte 1208 eingesetzt. Ein unterer Sensorbereich 1206B wird von dem Versteifungsrahmen 1204 umgeben, wenn der Rahmen 1204 über die untere Fläche des doppelseitigen Sensormoduls 1202 gelegt wird, um das Modul 1202 sicher in dem Hohlraum 1302 zu halten. In einigen Ausführungsformen kann eine Schicht Klebstoff 1314 auf eine Oberseite des doppelseitigen Moduls 1202 oder eine Innenfläche des Hohlraums 1302 aufgetragen werden, bevor das doppelseitige Sensormodul 1202 in den Hohlraum 1302 eingesetzt wird, wie in 13B dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann eine Schicht Klebstoff 1312 auf eine Unterseite des doppelseitigen Moduls 1202 oder eine Oberfläche des Rahmens 1204, die die Unterseite des doppelseitigen Moduls 1202 berührt, aufgetragen werden, bevor der Rahmen 1204 über das doppelseitige Sensormodul 1202 gelegt wird, um das Modul 1202 sicher in dem Hohlraum 1302 fest zu halten, wie in 13B gezeigt. In einigen Ausführungen können zwei Versteifungsrahmen verwendet werden, wobei jeder Rahmen einen oberen und unteren Sensorbereich umgibt und das Modul 1202 sicher an seinem Platz hält. Da eine Funktion des Versteifungsrahmens darin bestehen kann, das Sensormodul innerhalb des Hohlraums zu halten, kann der Versteifungsrahmen auch als Halterahmen bezeichnet werden.
Die Öffnung 1302 enthält einen Mittelteil 1310, der den Sensor 1202 aufnimmt. Eine Durchgangsöffnung 1304 stimmt mit einem Sensorbereich 1206A überein (siehe 12A). Eine Leiste 1306, die den Mittelteil 1310 umgibt, hat eine Tiefe, die der Dicke des Rahmens 1204 entspricht, und unterstützt den Umfang des Rahmens. Für den Anschluss des Sensors 1202 an die Karte können die Kartenverbindungen 1308 (z.B. auf einer Querleiste) vorgesehen werden. Der Rahmen 1204 kann mit einem geeigneten Klebstoff an der Leiste 1306 befestigt werden.
Rückblickend auf 12A bleibt der Sensorbereich 1206B durch den Versteifungsrahmen 1204 wegen des Ausschnitts 1214 unbedeckt, aber alle anderen Komponenten des doppelseitigen Sensormoduls 1202 werden durch den Versteifungsrahmen abgedeckt und bieten Schutz vor jeglicher auf die Chipkarte 1208 ausgeübten Kraft. Der Ausschnitt 1214 ermöglicht es, den Sensorbereich 1206B gegenüber einer Außenfläche des Versteifungsrahmens 1204 zurückzusetzen. Diese Aussparung bietet den Vorteil, dass ein Benutzer den Sensor ertasten kann, ohne sehen zu müssen, wo sich der Sensorbereich 1206B befindet. Wenn sich der Sensorbereich 1206B beispielsweise auf der Unterseite des Host-Gerätes befindet, kann der Benutzer den Sensorbereich 1206B genau positionieren, indem er mit einem Finger über den Versteifungsrahmen 1204 fährt. Bei einer Ausführungsform ist die Tiefe dieser Aussparung durch die Gestaltung der Dicke des Versteifungsrahmens 1204 einstellbar. In einer Ausführungsform kann das Material für den Versteifungsrahmen 1204 aufgrund seiner Farbe und seines allgemeinen Aussehens in Bezug auf das Host-Gerät ausgewählt werden, z.B. um die Abtastbereiche 1206A-B des eingebauten Sensors hervorzuheben (oder alternativ zu tarnen).
Verfahren zum Anschließen des doppelseitigen Sensormoduls an ein Host-Gerät
Verbindungsbauteile für den Anschluss an ein Host-Gerät sind ein integraler Bestandteil des doppelseitigen Sensormoduls. 14A zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Verbindungsbauteils 1402, das in das doppelseitige flexible Substrat 1404 integriert ist. Die Position des Verbindungsbauteils 1402 kann geändert werden, um die Leitungsführung zu optimieren. Wie in 14B und 14C gezeigt, ist das Verbindungsbauteil 1402 in einen Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 1404 eingebettet, der über die Abmessungen eines Verkapselungskerns 1406 hinausragt, wenn das doppelseitige flexible Substrat 1404 über den Kern 1406 gefaltet wird. Der herausragende Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 1404 läuft über eine Kante des Einkapselungskerns 1406 und bildet eine Host-Baustein-Verbindungslasche 1410, die das Verbindungsbauteil 1402 umfasst. Die Host-Baustein-Anschlusslasche 1410 und das Verbindungsbauteil verbinden den Sensor mit dem Host-Baustein 1412. In einer Ausführungsform kann die Position des Verbindungsbauteils 1402 je nach Anwendungsfall des doppelseitigen Sensormoduls variieren.
15A-15D zeigen alternative Ausführungsformen für die Bereitstellung von Verbindungen für doppelseitige Sensormodule mit dem Host-Gerät. Wie in 15A und 15B dargestellt, umfasst ein nicht durchgehender Verkapselungskern 1502A eine abgewinkelte Stufe 1504 und einen oder mehrere Ausschnitte 1503. Die abgewinkelte Stufe 1504 hebt den ASIC 1514 und die passiven Komponenten 1516 leicht an, die auf der Innenfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 1506 montiert sind, so dass eine Versteifungsschicht 1508 unter die Außenfläche eines Teils des doppelseitigen flexiblen Substrats 1506 gelegt werden kann, der die Komponenten umfasst. In dieser Ausführung haben die Verbindungskomponenten die Form von einem oder mehreren Gold-Kontaktstift-Höckern 1510, und die Höcker 1510 werden auf die Innenfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats unter Verwendung eines Drahtbondverfahrens für die anschließende ACF-Verbindung mit einem Host-Gerät aufgebracht. Der eine oder die mehreren Gold-Kontaktstift-Höcker oder der ACA-Klebstoff 1510 erstrecken sich durch Aussparungen 1503, die während des Formens des Verkapselungskerns 1502A gebildet wurden. Wie in 5C erläutert, werden die Aussparungen 1503 während eines Verkapselungsprozesses des ASIC und der passiven Komponenten zur Bildung des Verkapselungskerns 1502A erzeugt. Die Aussparungen 1503 ermöglichen das Einsetzen der Gold-Kontaktstift-Höcker 1510 (15A) und/oder die Injektion von anisotropem Leitkleber 1512 (15B), um den Anschluss des doppelseitigen Sensormoduls an das Host-Gerät zu ermöglichen.
15C, ein Querschnitt eines Sensormoduls, veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Bereitstellung von Verbindungen zum Host-Gerät. Ein nicht durchgehender Verkapselungskern 1502B umfasst einen oder mehrere Ausschnitte 1503. Bei dieser Ausführungsform werden flexible Höcker, wie z.B. „MB FB 6000 Flexible Bump“ von Mühlbauer, in die eine oder mehrere Aussparungen 1503 eingesetzt, um eine Verbindung zwischen dem doppelseitigen Sensormodul 1501 und dem Host-Gerät herzustellen. Die flexiblen Höcker 1512 sind ein leitfähiger Klebstoff mit sehr niedrigem Elastizitätsmodul, der eine hohe Leitfähigkeit und eine hohe Dehnbarkeit der Elastomerbasis aufweist. Die Poissonzahl erhält die elektrische Leitfähigkeit des Höckers, wenn er gedehnt wird. 15D zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des Verkapselungskerns 1502B, der aus einem oder mehreren flexiblen Höckern 1512 besteht, die in einen oder mehrere Ausschnitte 1503 eingesetzt sind. Eine Schutzbeschichtung 1522, wie z.B. eine fotobildfähige Polyimidschicht, kann den gesamten Bereich der Außenfläche des umhüllten doppelseitigen flexiblen Sensors 1501 bedecken.
In einer anderen Ausführungsform kann ein doppelseitig gewickelter flexibler Sensor 1602 in einen Leiterplattenrahmen 1604 eingesetzt werden, wie in 16 gezeigt. Der Leiterplattenrahmen 1604 ist größer als der doppelseitig gewickelte flexible Sensor 1602 und hat einen Ausschnitt 1606, um Platz für den Einbau des doppelseitig gewickelten flexiblen Sensors 1602 zu schaffen. Der doppelseitig flexible Sensor 1602 besteht aus zwei Erfassungsbereichen, einem Erfassungsbereich auf jeder Oberfläche des Sensors 1602, wie z.B. dem Erfassungsbereich 1608 auf der Oberseite, und einer Host-Gerät-Anschlusslasche 1610. Die Host-Gerät-Anschlusslasche 1610 umfasst den ASIC 1612 und wird zur Herstellung des elektrischen Kontakts mit einer Seite des Leiterplattenrahmens 1604 verwendet. Wie in 17 dargestellt, wird der doppelseitig gewickelte flexible Sensor 1602 in den Leiterplattenrahmen 1604 eingesetzt, so dass die beiden Erfassungsbereiche durch den Ausschnitt zugänglich sind. In einer Ausführungsform können weitere Komponenten, wie z.B. zusätzliche passive Komponenten 1702 und Verbindungspads 1704 auf dem Leiterplattenrahmen 1604 montiert werden. In einer Ausführungsform wird ein Vergussmaterial 1802 (z.B. Formmasse) verwendet, um den ASIC 1612 und die passiven Komponenten 1702 in einer Schutzmasse, wie z.B. nichtleitendes dielektrisches Material, zu verkapseln, wie in 18A-18B gezeigt. In dieser Ausführungsform sind der obere Erfassungsbereich 1804A und der untere Erfassungsbereich 1804B nicht durch die Vergussmasse 1802 eingekapselt und auf der Ober- und Unterseite des doppelseitig umwickelten flexiblen Sensors 1602 freiliegend.
In einer anderen Ausführungsform kann die Vergussmasse 1802 zu den Rändern des Leiterplattenrahmens 1604 fließen, wie in 19A-19B gezeigt. Wie in der US-Offenlegungsschrift Nr. 2018-0213646 „Configurable, Encapsulated Sensor Module and Method for Making Same“ beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird, wird erklärt, dass vor dem Verkapselungsprozess eine Abdeckplatte 1902 hinzugefügt werden kann, so dass die Kanten von der Verkapselungsmasse 1802 umgeben werden können, um ein robustes, homogenes doppelseitiges Sensormodul 1904 zu schaffen. Dadurch kann das doppelseitige Sensormodul 1904 in einer bestimmten Form, wie z.B. einem Knopf oder einem Schalter für das Host-Gerät, geformt werden. 19A zeigt eine Draufsicht auf das homogene, doppelseitige Sensormodul 1904. Wie in 19A dargestellt, ist der obere Erfassungsbereich 1804A unterhalb der Abdeckplatte 1902 freiliegend (z.B. durch Ausbilden einer Öffnung in der Abdeckplatte 1902 über dem Erfassungsbereich 1804A oder durch Herstellen mindestens eines Teils der Abdeckung über dem Erfassungsbereich in einer Weise, die die Erfassung von Fingerabdrücken durch die Abdeckplatte (Dicke und/oder Material) ermöglicht). 19B zeigt eine Ansicht des homogenen doppelseitigen Moduls 1904 von unten. Wie in 19B dargestellt, umfasst die Leiterplatte 1604 einen Ausschnitt 1606, und der untere Erfassungsbereich 1804B ist durch den Ausschnitt 1606 freigelegt. Wie in 19B dargestellt, kann das Sensormodul 1904 ein oder mehrere Land Grid Arrays-Pads (LGA) 1906 enthalten.
Einbau eines doppelseitigen Sensormoduls in ein Gerät
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein doppelseitiges Sensormodul 2002, das aus einem doppelseitigen flexiblen Sensorsubstrat 2012 bestehen kann, das um einen starren Kern 2010 gewickelt ist, in ein Host-Gerät 2004 (z.B. Smartphone, Computer, Zugangskontroll-Element (Türschloss), loT-Gerät usw.) in einer geeigneten Position eingebaut, so dass ein Benutzer beide Sensorbereiche 2008A-B bequem berühren kann, wie in 20 gezeigt. In einer Ausführungsform kann eine Öffnung im Host-Gerät 2004 geschaffen werden, um das doppelseitige Sensormodul 2002 einzusetzen und auf das Host-Gerät 2004 zu montieren. Ein Verbindungsabschnitt 2014 des Substrats 2012 verbindet das Sensormodul 2002 mit dem Host-Gerät 2004. Obere und untere Abdeckplatten oder Schutzbeschichtungen 2016A, 2016B können vorgesehen werden, um die Sensorbereiche 2008A bzw. 2008B abzudecken. In einer anderen Ausführungsform kann das doppelseitige Sensormodul 2002 an einer Kante oder Ecke des Host-Gerätes 2004 montiert werden. In einer Ausführungsform kann ein Rahmen 2006, eine Füllung oder eine Einfassung das doppelseitige Sensormodul 2002 umgeben, um es in Bezug auf das Host-Gerät 2004 an seinem Platz zu halten. In einer Ausführungsform können die Sensorflächen 2008A-B mit einer Außenfläche des Host-Gerätes 2004 bündig sein, gegenüber der Außenfläche des Host-Gerätes 2004 zurückgesetzt sein, gegenüber der Außenfläche des Host-Gerätes 2004 vorstehen oder gegenüber dem Montagerahmen 2006 vorstehen. In einigen Ausführungsformen kann ein doppelseitiges Fingerabdrucksensormodul 2102, das aus zwei separaten Leiterplatten 2106A-B besteht, in ein Host-Gerät 2104 montiert werden (z.B. Smartphone, Computer, Zugangskontroll-Element (Türschloss), IoT-Gerät usw.), wie in 21 dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die beiden separaten Leiterplatten 2106A-B des doppelseitigen Fingerabdrucksensormoduls 2102 wie in 9A-9C beschrieben verbunden werden.
Verfahren zum Einsetzen eines doppelseitigen Sensormoduls in eine Chipkarte
22A-22B erläutern eine beispielhafte Ausführungsform eines doppelseitigen Sensormoduls, das sich für den Einbau in eine Chipkarte eignet. Ein doppelseitiges flexibles Substrat umfasst eine oder mehrere Ausrichtungslöcher und eine Vielzahl von Treiber- und Aufnahmeleitungen, um zwei getrennte Erfassungsbereiche für das doppelseitige Sensormodul zu bilden, wie in 2A-2C beschrieben. Wie in 6A dargestellt, wird ein Einkapselungsmaterial, wie z.B. nichtleitendes dielektrisches Material, auf einen Teil der Oberseite des doppelseitigen flexiblen Substrats aufgebracht, das ein ASIC und passive Komponenten enthält, um die Komponenten einzukapseln und einen Verkapselungskern 602 zu bilden. 6A zeigt, dass der Verkapselungskern 602 zwei gegenüberliegende flache Oberflächen hat und einen oder mehrere integrierte Montagestifte 604A, 604B auf der Oberseite umfasst. Die integralen Montagestifte werden auf der Oberseite des Verkapselungskerns 602 so positioniert, dass sie mit den ein oder mehreren Ausrichtungsbohrungen 606A, 606B auf dem doppelseitigen flexiblen Substrat 608 ausgerichtet werden, wenn das flexible Substrat um den Kern gewickelt wird. Wie in 6A dargestellt, werden die ein oder mehrere Ausschnitte 612 um die leitenden Pads 614 auf dem flexiblen Substrat 608 gebildet. In einigen Ausführungsformen werden ein oder mehrere flexible ACA-Höcker durch die Ausschnitte 612 auf jedem der leitenden Pads 614 angebracht, um eine Verbindung zwischen dem doppelseitigen flexiblen Substrat 608 und der Chipkarte herzustellen. In einer bevorzugten Ausführung werden vier flexible ACA Höcker als Verbindungskomponenten zur Verbindung mit der Chipkarte verwendet. In einer Ausführungsform ist der Verkapselungskern 608 abgestuft und umfasst einen oder mehrere Ausschnitte 612 von geeigneter Größe und Position, um die ACA-Flex-Höcker aufzunehmen.
6D zeigt eine Draufsicht auf das doppelseitige Sensormodul 600 (die Deckplatte und/oder der Schutzüberzug ist nicht dargestellt). 22A zeigt eine „Röntgen“-Draufsicht des doppelseitigen Sensormoduls 2214 (ähnlich oder identisch mit dem Modul 600 in 6D). Die „Röntgen“-Draufsicht veranschaulicht die Position der Komponenten, wie z.B. des ASIC 2216 und der passiven Komponenten 2218, die im Verkapselungskern 2208 eingekapselt sind. 22A und 22B veranschaulichen die Lage der Sensorbereiche 2220A-B (nur der obere Sensorbereich 2220A ist in 22A dargestellt) und der ein oder mehreren flexiblen ACA-Höcker 2206 innerhalb des doppelseitigen Sensormoduls 2214.
22B zeigt eine Schnittdarstellung des doppelseitigen Sensormoduls 2214. Wie in 22B gezeigt, sind der ASIC 2216 und die passiven Komponenten 2218 im Verkapselungskern 2208 eingekapselt. Das doppelseitige flexible Substrat 2202 ist um den Verkapselungskern 2208 gewickelt, so dass sich ein oberer Erfassungsbereich 2220A auf dem Verkapselungskern 2208 und ein unterer Erfassungsbereich 2220B unter dem Verkapselungskern 2208 befindet. Eine Schutzbeschichtung 2222 kann die gesamte Außenfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 2202 bedecken, und die eine oder mehrere flexible ACA-Höcker 2206 befinden sich innerhalb des einen oder der mehreren Ausschnitte 2212 des Verkapselungskerns 2208.
In einigen Ausführungsformen kann der Verkapselungskern 2208 eine Schutzschicht über einer Oberseite des verkapselten ASIC 2216 und der passiven Komponenten 2218 bilden. Wie in 22C dargestellt, kann der Verkapselungskern 2208 einen minimalen Formspalt 2230, d.h. eine Schicht Vergussmasse, von 0,090 mm über der Oberseite des verkapselten ASIC 2216 und der passiven Komponenten 2218 bilden. Die Dicke des minimalen Formspalts kann bei alternativen Ausführungsformen variieren. In einigen Ausführungsformen können der verkapselte ASIC 2216 und die passiven Komponenten 2218 330 µm Komponenten sein. In einigen Ausführungsformen kann das Einkapselungsmaterial, wie z.B. nichtleitendes dielektrisches Material, das auf einen Teil der Oberseite des doppelseitigen flexiblen Substrats, das den ASIC und die passiven Komponenten enthält, um die Komponenten einzukapseln und einen Einkapselungskern zu bilden, aufgetragen wird, eine durchsichtige Umspritzung oder eine feste Umspritzung sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird das doppelseitige Sensormodul 2214 in eine Chipkarte eingesetzt, die mit Standardverfahren und -maschinen hergestellt wird. 23A zeigt eine Chipkarte 2302, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt ist, mit einem Hohlraum 2304, der in und teilweise durch die Chipkarte 2302 gefräst wird, um das in 22A-22B beschriebene doppelseitige Sensormodul 2214 aufzunehmen. Der Hohlraum 2304 besteht aus einer Hohlraumöffnung 2308B und einer Durchgangsbohrung 2308A. Die Hohlraumöffnung 2308B auf einer Seite der Chipkarte 2302 stellt einen ausreichend großen Bereich zur Verfügung, um das doppelseitige Sensormodul 2214 praktisch einzubauen. Die Durchgangsöffnung 2308A auf der anderen Seite der Chipkarte 2302 ist flächenmäßig kleiner, um nur den Erfassungsbereich des doppelseitigen Sensormoduls freizulegen und eine Schicht der Chipkarte 2302 zu belassen, um das doppelseitige Sensormodul beim Einsetzen in den Hohlraum 2304 zu schützen. Eine Leiste 2308C umgibt die Hohlraumöffnung 2308B und wird nicht so tief in die Chipkarte 2302 gefräst wie die Hohlraumöffnung 2308B.
Die Kontakte 2306 sind an einer Kante des Hohlraums 2304 ausgebildet und können auf einer erhöhten Leiste 2308D angeordnet werden. Die Kontakte 2306 können für die elektrische Verbindung zwischen dem Sensormodul 2214 und den vorhandenen Schaltungen der Chipkarte 2302, wie z.B. eine oder mehrere Antennen, einen EMV-Chip und in die Chipkarte 2302 eingebettete Prozessoren, verwendet werden. In einer Ausführungsform sind die Kontakte 2306 in einer Reihe parallel zu einer kurzen Kante der Chipkarte 2302 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Rand des Hohlraums 2304 aus vier Kontakten 2306. In einer Ausführungsform wird das doppelseitige Sensormodul 2214 in den Hohlraum 2304 eingesetzt, so dass die vier flexiblen ACA-Höcker 2206, wie in 22A beschrieben, mit den vier Kontakten 2306 ausgerichtet sind. 23B zeigt einen perspektivischen Schnitt durch den Hohlraum 2304, der die Kontakte 2306 und die leitfähigen Höcker umfasst. In einigen Ausführungsformen werden die ein oder mehreren flexiblen ACA-Höcker 2206 auf die Kontakte 2306 der Chipkarte 2302 aufgebracht, wie in 23B dargestellt. In dieser Ausführungsform wird das doppelseitige Sensormodul 2214 auf den Hohlraum 2304 ausgerichtet und so eingesetzt, dass die vier flexiblen ACA-Höcker 2206, die sich auf den Kontakten 2306 der Chipkarte 2302 befinden, in die im Kern 602 ausgebildeten Aussparungen 612 passen und die leitenden Pads 614 kontaktieren, um eine Verbindung zwischen dem doppelseitigen flexiblen Substrat 608 und der Chipkarte herzustellen. In einigen Ausführungen werden ein oder mehrere flexible ACA-Höcker 2206 auf die Kontakte 2306 der Chipkarte 2302, wie in 23B dargestellt, und auf jedes der leitfähigen Pads 614 durch die Aussparungen 612, wie in 6A dargestellt, aufgebracht, um eine Verbindung zwischen dem doppelseitigen Sensormodul 2214 und der Chipkarte herzustellen.
Wie in 24A, einer explodierten Schnittdarstellung des Kartenkörpers und des Sensormoduls, dargestellt, wird das doppelseitige Sensormodul 2214 durch die größere Hohlraumöffnung 2308B in die Smartcard 2302 eingeführt. Eine Draufsicht auf die Unterseite der Chipkarte 2302 mit dem doppelseitigen Sensormodul 2214 ist in 24B dargestellt.
24C zeigt eine Schnittdarstellung der Chipkarte 2302 mit dem eingesetzten doppelseitigen Sensormodul 2214. Unter Bezugnahme auf 24A und 24C umfasst eine Aufnahmefläche eines Hohlraums 2408 die Stufen 2408 B-D, die den Konturen einer oberen Fläche des doppelseitigen Sensormoduls 2214 entsprechen, um die gestufte Bauform des doppelseitigen Sensormoduls 2214 aufzunehmen. Der Hohlraum 2408 kann einen abgerundeten Abschnitt 2408F enthalten, der einem abgerundeten, umwickelten Ende des Moduls 2214 entspricht, und eine Durchgangsbohrung 2408E ermöglicht den Zugang zur oberen Sensorfläche 2220A. Die Kontakte 2306 am Rand des Hohlraums 2408 sind mit den flexiblen Höckern 2404 ausgerichtet, die sich im doppelseitigen Sensormodul 2214 befinden (die flexiblen Höcker 2404 sind sowohl im Querschnitt als auch in der Teildarstellung in 24A dargestellt).
In der bevorzugten Ausführungsform entsprechen die physikalischen Abmessungen der Chipkarte 2302 einer Chipkarte im ID-1 ISO/IEC 7810-Format. In einer anderen Ausführungsform können die physischen Abmessungen der Chipkarte 2302 in der bevorzugten Ausführungsform relativ für Karten im ID-2-, ID-3-, ID-00- oder einem anderen Format skaliert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Höhe einer Stufe 2402 im Verkapselungskern, die die Verbindung zwischen den flexiblen Höckern 2404 und den Chipkartenkontakten 2306 erleichtert, ungefähr in der Mitte des Querschnitts der Chipkarte 2302. Die Verbindung zwischen den flexiblen Höckern 2404 und den Smartcard-Kontakten 2306 ist in 24D dargestellt und weiter beschrieben.
In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberseite 2406 des doppelseitigen Sensormoduls 2214 gegenüber der Oberseite der Chipkarte 2302 vertieft (z.B. um ca. 150 µm). Die Aussparung (definiert durch Schritt 2408D) bietet eine geeignete Menge an Kartenmaterial, das einen oberen Erfassungsbereich 2220A umgibt, und ermöglicht es dem Benutzer, den oberen Erfassungsbereich 2220A durch Ertasten leicht zu lokalisieren und bietet zusätzlich Schutz für die Sensoroberfläche. Es muss darauf geachtet werden, dass die Aussparung nicht zu tief ist, um zu verhindern, dass ein Finger ausreichend Kontakt mit dem oberen Sensorbereich 2220A hat. In der bevorzugten Ausführung wird eine Schicht des Materials der Chipkarte 2302 (z.B. ca. 205 µm) über dem Verkapselungskern, der den ASIC 2414 und passive Komponenten 2416 enthält, vorgesehen. Die Schicht der Smartcard 2302 (definiert durch Stufe 2408C) schützt den ASIC 2414 und die passiven Komponenten 2416 vor äußeren Kräften. Die Stufen 2408C und 2408D (und möglicherweise Stufe 2408B) bieten Oberflächen zum Halten des Sensormoduls 2214 innerhalb des Hohlraums, auf die das Sensormodul mit einem geeigneten Klebstoff geklebt werden kann. Wie in 24E dargestellt, hat ein Teil des Verkapselungskerns, der nicht vom überlappenden Teil des flexiblen Substrats bedeckt ist, eine reduzierte Dicke und kann eine Dicke haben, die der Dicke des Teils entspricht, in dem die Öffnungen für die Kontakte 2306 ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform kann die Dicke der Schicht der Chipkarte 2302 über dem Verkapselungskern, der den ASIC 2414 und die passiven Komponenten 2416 enthält, erhöht werden, so dass sie mit der ungefähren Mitte des Querschnitts der Chipkarte 2302 und den Kontakten 2306 übereinstimmt, wie in 24E dargestellt.
In der bevorzugten Ausführung wird ein Versteifungsrahmen 2410, auch als „Bilderrahmen“ bezeichnet, unter das eingesetzte doppelseitige Sensormodul 2214 gelegt, um das Modul 2214 im Hohlraum 2304 sicher zu fixieren. Der Versteifungsrahmen 2410 besteht aus einer Schicht aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 100 um. Der Versteifungsrahmen 2410 umfasst einen Ausschnitt 2412, um einen unteren Erfassungsbereich 2220B des eingesetzten doppelseitigen Sensormoduls 2214 freizulegen und gleichzeitig die Hohlraumöffnung abzudecken, um das doppelseitige Modul sicher im Hohlraum 2304 zu befestigen. Der Rahmen 2410 kann in die Stufe oder Leiste 2408A gesetzt werden, die den Hohlraum 2304 umgibt. 13A-13B zeigt eine Explosionsdarstellung des Versteifungsrahmens 1204, des doppelseitigen Sensormoduls 1202 und der Chipkarte 1208.
24D zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils der Chipkarte 2302, die mit dem eingesetzten doppelseitigen Sensormodul 2214 verbunden ist. Wie in 24D dargestellt, verbindet beim Einsetzen des doppelseitigen Sensormoduls 2214 ein flexibler Höcker 2404 das doppelseitige flexible Substrat 2202 innerhalb des doppelseitigen Sensormoduls 2214 elektrisch mit einem Kartenkontakt 2306. Der flexible Höcker 2404 bietet den wesentlichen Vorteil, dass das doppelseitige Sensormodul 2214 von jeder Bewegung der Chipkarte 2302 entkoppelt wird, während die elektrische Verbindung erhalten bleibt. In einer Ausführungsform wird der „MB FB 6000 Flexible Bump“ von Mühlbauer als flexibler Höcker 2404 eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführung sind die Kontakte 2306 parallel zur kurzen Kante der Chipkarte 2302 aufgereiht und die flexiblen Höcker 2404 haben eine Höhe von etwa 200 µm. Zur Befestigung des Sensormoduls in dem Hohlraum der Karte wird ein Heißschmelz-Klebeband mit niedrigem Modul (z.B. „MB CMA 6000 Chipmodule Adhesive“ von Muehlbauer) verwendet. Bei einigen Ausführungen wird das Heißschmelz-„Klebeband“ um den Umfang des doppelseitigen Sensormoduls 2214 zur mechanischen Befestigung auf der Chipkarte 2302 angebracht. Wenn sowohl die Biegestellen 2404 als auch das Heißklebeband als Verbindungskomponenten zur sicheren Befestigung des doppelseitigen Sensormoduls 2214 in der Chipkarte 2302 verwendet werden, ist der resultierende Biegeradius des doppelseitigen Sensormoduls 2214 viel größer als der Biegeradius der Chipkarte 2302. Dementsprechend wird die Chipkarte 2302, die das eingesetzte doppelseitige Sensormodul 2214 enthält, den strengen, dem Industriestandard entsprechenden Verwindungs- und Biegetests für Chipkarten standhalten.
24F zeigt eine Schnittdarstellung der Chipkarte 2302, die ein eingestecktes doppelseitiges Sensormodul enthält. In dieser Ausführungsform besteht das doppelseitige Sensormodul aus einem umhüllten Verkapselungskern 2422, der einen Kern wie in 7C dargestellt enthalten kann. Wie in 7C beschrieben, wird die auf der Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 704 gebildete Umspritzplatte 712 über den ersten Teil 714 des gestuften Einkapselungskerns 702C gefaltet, um den umhüllten Einkapselungskern 2422 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann der gestufte Einkapselungskern 702C integral geformte Ausschnitte 2426 enthalten, die leitende Pads auf dem flexiblen Substrat 704 freilegen. Der umhüllte Einkapselungskern 2422 wird ausgerichtet und durch die größere Hohlraumöffnung 2308B in die Chipkarte 2302 eingeführt. In einigen Ausführungsformen verbinden die flexiblen leitfähigen Höcker 2404 die freiliegenden leitfähigen Pads des doppelseitigen flexiblen Substrats 704 elektrisch mit den Smartcard-Kontakten 2306. Der Versteifungsrahmen 2410 kann über den eingelegten gewickelten Einkapselungskern 2422 gelegt werden, um den gewickelten Einkapselungskern 2422 sicher zu fixieren. In einigen Ausführungsformen wird eine Klebeschicht 2420 auf eine Oberfläche des Versteifungsrahmens 2410 aufgetragen, die dem umhüllten Einkapselungskern 2422 zugewandt ist, bevor der Versteifungsrahmen 2410 über den umhüllten Einkapselungskern 2422 gelegt wird. Der Versteifungsrahmen 2410 kann einen Ausschnitt 2412 aufweisen, um einen ersten Erfassungsbereich des eingelegten umhüllten Einkapselungskerns 2422 freizulegen. In einigen Ausführungsformen wird ein zweiter Erfassungsbereich des eingeführten umhüllten Einkapselungskerns 2422 durch das in der Chipkarte 2302 gebildete Durchgangsloch 2308A freigelegt. In alternativen Ausführungsformen kann das doppelseitige Sensormodul aus dem umhüllten Vergusskern 2422 bestehen, wie in einer der und beschrieben.
Doppelseitiges Sensormodul, bestehend aus zwei einzelnen Sensormodulen
25 zeigt eine einzelne Fingerabdrucksensor-Baugruppe 2500, die auf einem doppelseitigen Substrat 2502 aufgebaut ist. Wie in 25 dargestellt, kann der einseitige Fingerabdrucksensor 2500 aus einem doppelseitigen flexiblen Substrat 2502, einem ASIC (oder einem anderen Mikrochip oder einer integrierten Schaltung) 2508, einem oder mehreren passiven Bauteilen 2510 (z.B. Kondensatoren und Induktivitäten) und Verbindungspads 2512 bestehen, die so konfiguriert sind, dass sie die einzelne Fingerabdrucksensor-Baugruppe 2500 mit einem Steuerprozessor verbinden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der ASIC 2508 die Funktionen der einzelnen Fingerabdrucksensor-Baugruppe 2500 steuern. So kann der ASIC 2508 beispielsweise Funktionen der einzelnen Fingerabdrucksensor-Baugruppe 2500 steuern, wie z.B. die Verwaltung des Bilderfassungsprozesses, die Durchführung der Bildverarbeitung, den Abgleich und die Erfassung von Fingerabdrücken und die Authentifizierung von Fingerabdrücken, um nur einige zu nennen. In einigen Ausführungsformen können die Verbindungspads 2512 für die Verwendung mit anisotropem leitfähigem Film (ACF), leitfähigen Höckern und anderen gestaltet werden. Die Baugruppe 2500 enthält einen Abtastbereich 2504, der eine Anordnung von Sensorelementen umfasst, wobei eine Oberfläche der Anordnung (eine Abtastfläche) so gestaltet ist, dass sie Signale erzeugt, die das Vorhandensein oder die Eigenschaften eines die Oberfläche kontaktierenden Objekts anzeigen, wie z.B. Signale, die Merkmale eines Fingerabdrucks eines die Abtastfläche der Anordnung berührenden Fingers anzeigen. In einigen Ausführungsformen kann eine erste Oberfläche 2502a des doppelseitigen flexiblen Substrats 2502 eine Vielzahl von Aufnahme-(Rx)-Leitungen (nicht in 25 dargestellt), den ASIC 2508, die passiven Komponenten 2510 und die Verbindungspads 2512 umfassen. Jede der Vielzahl von Aufnahme-Leitungen ist durch die Verbindungsleitungen 2506a oder 2506b (z.B. Leiterbahnen) elektrisch mit dem ASIC 2508 verbunden (der Einfachheit halber sind die einzelnen Verbindungsleitungen nicht dargestellt). In einigen Ausführungsformen kann eine zweite Oberfläche 2502b (nicht in 25 dargestellt) des doppelseitigen flexiblen Substrats 2502 eine Vielzahl von Treiberleitungen (Tx) umfassen, die in einer Richtung senkrecht zu der Vielzahl von Aufnahmeleistungen und diese überlappend ausgebildet sind. Jede der Treiberleitungen ist durch die Verbindungsleitungen 2506a oder 2506b (z.B. Leiterbahnen) elektrisch mit dem ASIC 2508 verbunden (der Einfachheit halber sind die einzelnen Verbindungsleitungen nicht dargestellt). Teile der Verbindungsleitungen 2506a und/oder 2506b können sich auf der Oberfläche 2502b befinden. Dementsprechend umfasst in einer Ausführungsform der Erfassungsbereich 2504 des Fingerabdrucksensors 2500 ein Gitter aus der Vielzahl von Aufnahmeleitungen und der Vielzahl von Treiberleitungen, die ein Array von Sensorelementen bilden, wobei jedes Sensorelement durch eine überlappende Treiberleitung und Aufnahmeleitung gebildet wird. In einigen Ausführungsformen kann die erste Fläche 2502a des doppelseitigen flexiblen Substrats 2502 die Vielzahl von Treiberleitungen umfassen. In solchen Ausführungsformen umfasst die zweite Oberfläche 2502b des doppelseitigen flexiblen Substrats 2502 die Vielzahl von Aufnahmeleitungen. Das doppelseitige flexible Substrat 2502 kann ein dielektrisches Substrat umfassen und kann ein flexibles dielektrisches Substrat umfassen, das ein Substrat auf Polymerbasis (z.B. Polyimid) wie Kapton® oder Upilex® sein kann, und die Treiberleitungen und Aufnahmeleitungen, die die Sensoroberfläche 2504 bilden, können eine Vielzahl von leitfähigen Spuren aus einem geeigneten leitfähigen Material wie Kupfer, Zinn, Silber, Nickel, Aluminium oder Gold umfassen, die auf jeder Oberfläche oder Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 2502 gebildet, geätzt, abgeschieden, plattiert, gedruckt oder anderweitig auf jede Oberfläche oder Seite aufgebracht oder darin eingebettet sind.
26-28 zeigen ein Verfahren zur Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls unter Verwendung des einzelnen Fingerabdrucksensors 2500, wie z.B. in 25 beschrieben, nach einigen Ausführungsformen.
26 zeigt eine Zwischenbaugruppe 2600 eines ersten Schritts zur Erstellung des doppelseitigen Sensormoduls. Wie in 26 gezeigt, können Komponenten auf der Oberfläche 2502a des Fingerabdrucksensors 2500 mit einer Umspritzung 2602 (z.B. Vergussmasse) zu einem einseitigen Fingerabdrucksensormodul 2600 (z.B. einseitige Sensorbaugruppe) vergossen werden. In einigen Ausführungsformen können die Treiberleitungen (Tx) des Erfassungsbereichs 2504, die Verbindungsleitungen 2506a und 2506b sowie der ASIC 2508 auf der ersten Fläche 2502a in der Umspritzung 2602 eingekapselt werden. Mit anderen Worten, das Umspritzwerkzeug 2602 verkapselt die nicht messende Seite des Sensorarrays, das den Messbereich 2504 bildet (gestrichelte Linien in 26). In einigen Ausführungen kann die Umspritzung 2602, wie oben beschrieben, aus einem nichtleitenden, spritzgießbaren dielektrischen Material hergestellt und gemäß eines angemessenen Grades an Flexibilität ausgewählt werden. Wie in 26 gezeigt, müssen die passiven Komponenten 2510 nicht durch die Umspritzung 2602 eingekapselt werden. In einigen anderen Ausführungsformen können die passiven Komponenten 2510 durch die Umspritzung 2602 eingekapselt werden. Die Verbindungspads 2512 an einer Kante des flexiblen Substrats 2502 sind nicht eingekapselt und/oder von der Umspritzung 2602 bedeckt. In einigen Ausführungsformen kann die Umspritzung 2602 Befestigungspfosten und/oder Ausrichtungslöcher 2604a-d enthalten, die an einer Oberseite der Umspritzung 2602 angegossen sind. Jede Kombination von Befestigungspfosten und/oder Ausrichtungslöchern 2604a-d kann auf der Oberseite einstückig gegossen sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Umspritzung 2602 zwei Montagepfosten 2604a, 2604d umfassen, wobei jeder Montagepfosten in zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken ausgebildet ist. In solchen Ausführungsformen kann die Umspritzung 2602 zwei Ausrichtungslöcher 2604b, 2604c in den verbleibenden beiden Ecken aufweisen.
Wie in 26 dargestellt, kann die Umspritzung 2602 eine flache Oberseite (abgesehen von den Befestigungsstiften/Ausrichtungslöchern 2604a-d) aufweisen, wie in einigen Ausführungsformen dargestellt. Die flache Oberseite ist jedoch nicht erforderlich, und die Umspritzung 2602 kann verschiedene Formen und Größen aufweisen, um ein doppelseitiges Sensormodul in jeder geeigneten Form gemäß alternativen Ausführungsformen herzustellen.
27A-27B zeigen einen zweiten Schritt zur Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls. Wie in 27A gezeigt, werden ein erstes umspritztes Einzelfingerabdruck-Sensormodul 2600a und ein zweites umspritztes Einzelfingerabdruck-Sensormodul 2600b wie oben beschrieben vorbereitet, z.B. in 26. In einigen Ausführungen kann das erste Einzelfingerabdrucksensormodul 2600a um 180 Grad gegenüber dem zweiten Sensormodul 2600b gedreht und umgedreht werden, so dass eine Oberseite der jeweiligen Umspritzungen 2704a und 2704b des ersten und zweiten Einzel-Sensormoduls 2600a und 2600b einander zugewandt ist und sich der Erfassungsbereich 2706b (nur einer der beiden Erfassungsbereiche ist in 27B und 28 dargestellt) auf gegenüberliegenden Seiten der Umspritzungsmodule befindet. In solchen Ausführungsformen kann das erste Einzelsensormodul 2600a gedreht und umgedreht werden, so dass sich die Verbindungspads 2702a auf einem ersten doppelseitigen flexiblen Substrat 2712a und die Verbindungspads 2702b auf einem zweiten doppelseitigen flexiblen Substrat 2712b des ersten bzw. zweiten Einzelsensormoduls 2600a, 2600b an entgegengesetzten Enden befinden. Die Oberseite der zweiten Umspritzung 2704b kann mit der Oberseite der ersten Umspritzung 2704a ausgerichtet und zusammengefügt werden, wodurch die zweite Umspritzung 2704b über die erste Umspritzung 2704a gestapelt wird. In einigen Ausführungsformen kann die erste Umspritzung 2704a einstückig geformte Montagepfosten und/oder Ausrichtungslöcher 2708a-d aufweisen, die den einstückig geformten Ausrichtungslöchern und/oder Montagepfosten 2710a-d der zweiten Umspritzung 2704b entsprechen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die erste Umspritzung 2704a zwei Befestigungspfosten 2708a, 2708d und zwei Ausrichtungslöcher 2708b, 2708c und die zweite Umspritzung 2704b zwei Befestigungspfosten 2710b, 2710c und zwei Ausrichtungslöcher 2710a, 2710d umfassen, so dass, wenn die Umspritzungen 2704a und 2704b um 180 Grad gedreht und umgekehrt werden, die Befestigungspfosten einer der Umspritzungen mit den Ausrichtungslöchern der anderen Umspritzung ausgerichtet werden. Dementsprechend kann das umspritzte EinzelFingerabdruck-Sensormodul 2600a, 2600b identisch zueinander geformt werden, wodurch die Herstellung vereinfacht wird. Alternativ kann eine beliebige Kombination von Montagepfosten und/oder Ausrichtungslöchern 2708a-d, 2710a-d auf der Oberseite der ersten und zweiten Umspritzung 2704a-b integral geformt werden. Dementsprechend werden das erste und das zweite Einzelsensormodul 2600a-b unter Verwendung der Montagepfosten und Ausrichtungsbohrungen 2708a-d, 2710a-d übereinander montiert, um einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 (z.B. doppelseitige Fingerabdrucksensor-Baugruppe) zu schaffen, der einen ersten Erfassungsbereich (nicht abgebildet) und einen zweiten Erfassungsbereich 2706b auf einer Unter- bzw. Oberseite umfasst, wie in 28 dargestellt.
Wie in 27A-27B gezeigt, können die beiden Fingerabdrucksensormodule 2600a, 2600b von im Wesentlichen ähnlicher Größe und Abmessung sein. Die Größe und Abmessungen der beiden Fingerabdrucksensormodule 2600a, 2600b können jedoch bei alternativen Ausführungsformen variieren. In solchen Ausführungsformen kann die Position der Befestigungsstifte und der Ausrichtungslöcher 2708a-d, 2710a-d auf den Umspritzungen 2704a-b entsprechend angeformt werden, um das Zusammenfügen der beiden Fingerabdrucksensormodule 2600a, 2600b zu erleichtern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann es vorteilhaft sein, einen Sensor (z.B. erstes Einzelfingerabdruck-Sensormodul 2600a) mit einem größeren Erfassungsbereich auf einer Seite zu haben, wo ein Daumen Kontakt haben kann, und einen kleineren Sensor (z.B. zweites Einzelfingerabdruck-Sensormodul 2600b), wo ein Finger auf der anderen Seite Kontakt haben kann.
Wie in 28 dargestellt, kann ein Teil des ersten und zweiten doppelseitigen flexiblen Substrats 2712a, 2712b, das die Verbindungspads 2702a, 2702b (2702b nicht in 28 dargestellt) umfasst, für jedes Einzelfingerabdrucksensormodul 2600a, 2600b über jedes Ende der zusammengesteckten Umspritzungen 2704a, 2704b des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 hinausragen. In einigen Ausführungsformen kann der Teil des ersten und zweiten doppelseitigen flexiblen Substrats 2712a, 2712b, der über jedes Ende der Umspritzungen hinausragt, passive Komponenten für jedes einzelne Fingerabdrucksensormodul 2600a, 2600b enthalten.
29 zeigt einen Leiterplattenrahmen 2900, der so gestaltet ist, dass er den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 gemäß einigen Ausführungsformen aufnimmt und einbaut. Der PCB-Rahmen 2900 kann einen Ausschnitt 2902 enthalten. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 2902 groß genug sein, um die Erfassungsbereiche des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 freizulegen. In einigen Ausführungen kann der Ausschnitt 2902 groß genug sein, um auch die passiven Komponenten aufzunehmen, die auf dem doppelseitigen flexiblen Substrat montiert sind, das die Verbindungspads 2702a, 2702b für jedes einzelne Fingerabdrucksensormodul 2600a, 2600b enthält, wie in Bezug auf 30A-30B weiter unten beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann der Leiterplattenrahmen 2800 mehrschichtig sein, z.B. zwei oder mehr Schaltungsebenen haben, und kann entsprechend platzierte Durchkontaktierungen, Verbindungspads 2910a-b (2910b nicht in 29 dargestellt) und Verbindungsleitungen enthalten (z.B. Leiterbahnen) (der Einfachheit halber sind die Verbindungsleitungen nicht dargestellt) auf beiden Oberflächen, um sicherzustellen, dass die beiden Einzelfingerabdrucksensormodule 2600a-b des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 mit einer Mikrocontroller-Einheit (MCU) 2906, z.B. einem Steuerprozessor, verbunden werden können, die auf dem Leiterplattenrahmen 2900 montiert ist. In einigen Ausführungsformen können andere unterstützende Komponenten 2908, wie z.B. ein Low-Dropout-Regler (LDO), auf dem Leiterplattenrahmen 2900 montiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Leiterplattenrahmen 2900 Verbindungspads 2904 enthalten, die für den Anschluss an ein Host-Gerät konfiguriert sind. In einigen Ausführungen kann der Leiterplattenrahmen 2900 entweder direkt über die Interconnect-Pads 2904 oder über ein flexibles Kabel, das mit dem Host-Gerät verbunden ist, mit dem Host-Gerät verbunden werden.
30A-30B zeigen einen dritten Schritt zur Erstellung eines doppelseitigen Sensormoduls 3000. 30A zeigt eine Draufsicht auf das doppelseitige Sensormodul 3000, das den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 umfasst, der in den Ausschnitt 2902 eingesetzt und mit dem Leiterplattenrahmen 2900 verbunden ist. 30B zeigt eine Ansicht des doppelseitigen Sensormoduls 3000 von unten, bestehend aus dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800, der in den Ausschnitt 2902 eingesetzt und mit dem Leiterplattenrahmen 2900 verbunden ist. Wie in 30A-30B dargestellt, kann der Teil des ersten und zweiten doppelseitigen flexiblen Substrats 2712a-b, der über jedes Ende des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 hinausragt und die Verbindungspads 2702a-b umfasst, mit Verbindungspads auf der Ober- bzw. Unterseite des Leiterplattenrahmens 2900 verbunden werden, wodurch das erste und zweite Fingerabdrucksensormodul 2600a-b mit dem Leiterplattenrahmen 2900 verbunden wird. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Verbindung zwischen den Verbindungspads 2702a-b auf dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 und den Verbindungspads auf dem Leiterplattenrahmen 2900 mit einem elektrisch leitenden Klebstoff oder Film, mit Heißschienenlötung oder durch andere Verbindungsmittel hergestellt werden. In einigen Ausführungen kann ein mechanischer Verbindungskleber zwischen den Interconnect-Pads auf dem Leiterplattenrahmen 2900 und/oder den Interconnect-Pads 2702a-b auf dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 aufgetragen werden, um den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 weiter mechanisch am Leiterplattenrahmen 2900 zu befestigen. In einigen Ausführungen werden die passiven Komponenten 2510 für jedes einzelne Fingerabdrucksensormodul 2600a-b des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 innerhalb des Ausschnitts 2902 im Leiterplattenrahmen 2900 angeordnet, wie in 30A dargestellt.
In einigen Ausführungsformen können ein erster ASIC des ersten Fingerabdrucksensormoduls 2600a und ein zweiter ASIC des zweiten Fingerabdrucksensormoduls 2600b über die Verbindungsleitungen (nicht in 30A-30B dargestellt) der Leiterplatte 2900 mit der MCU 2906 verbunden werden. In solchen Ausführungsformen kann die MCU 2906 so konfiguriert werden, dass sie die beiden Fingerabdrucksensormodule 2600a, 2600b steuert. In einigen Ausführungsformen kann die MCU 2906 jeden der beiden ASICs steuern und koordinieren, um den zeitlichen Betriebsablauf des ersten und zweiten Sensormoduls 2600a, 2600b zu steuern. So kann die MCU 2906 beispielsweise steuern, welche Prozesse ausgeführt werden sollen, und koordinieren, wann die Prozesse für jedes Sensormodul 2600a, 2600b ausgeführt werden sollen, um einen „Pinch“-Abdruck zu authentifizieren und/oder zu registrieren, d.h. eine Kombination aus einem ersten, vom ersten Sensormodul 2600a erfassten Fingerabdruck und einem zweiten, vom zweiten Sensormodul 2600b erfassten Fingerabdruck. In einigen Ausführungsformen kann die MCU 2906 bestimmen, wann sie einem Host-Gerät eine Rückmeldung über den Betrieb des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 geben soll. In einigen Ausführungsformen können die Funktionen des ersten ASIC, des zweiten ASIC und der MCU 2906 auf verschiedene Weise aufgeteilt und zugewiesen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der doppelseitige Fingerabdrucksensor 2800 auf einer Chipkarte integriert sein. In einer solchen Ausführung können einige der Funktionen einer Sicherheitskomponente der Chipkarte dem ersten ASIC, dem zweiten ASIC und der MCU 2906 zugeordnet werden. In einigen Ausführungsformen können einige der Funktionen der ersten ASIC, der zweiten ASIC und der MCU 2906 der Komponente des sicheren Elements zugewiesen werden.
In alternativen Ausführungsformen können sich eine oder beide Umspritzungen über eine oder mehrere Kanten des flexiblen Substrats hinaus erstrecken, und der/die überhängende(n) Teil(e) der Umspritzung(en) kann/können an der Leiterplatte neben dem Ausschnitt befestigt werden, um den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 an der Leiterplatte 2900 zu befestigen.
In einigen Ausführungsformen kann der dritte Schritt, der in 30A-30B beschrieben wird, wo der doppelseitige Fingerabdrucksensor 2800 in den Ausschnitt 2902 eingeführt und mit dem Leiterplattenrahmen 2900 verbunden wird, weggelassen werden. In solchen Ausführungsformen kann der doppelseitige Fingerabdrucksensor 2800 mit einem flexiblen Verbindungskabel oder einem anderen geeigneten Steckverbinder an eine Mikrocontroller-Einheit (MCU), z.B. einen Steuerprozessor, angeschlossen werden. Dementsprechend können der erste ASIC des ersten Fingerabdrucksensormoduls 2600a und der zweite ASIC des zweiten Fingerabdrucksensormoduls 2600b über das flexible Verbindungskabel oder einen anderen geeigneten Steckverbinder mit der MCU verbunden werden. In einigen Ausführungsformen können das erste und das zweite EinzelFingerabdrucksensormodul 2600a-b, die im doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 enthalten sind, übereinander gestapelt werden, so dass die Verbindungspads 2702a-b für den Anschluss an den Leiterplattenrahmen 2900 von einem gleichen Ende des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 ausgehen und nicht von gegenüberliegenden Seiten, wie oben in 28 beschrieben. In solchen Ausführungsformen können die Zwischenverbindungs-Pads 2702a-b des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 mit den Zwischenverbindungs-Pads 2910a-b am gleichen Ende des Leiterplattenrahmens 2900 auf gegenüberliegenden Oberflächen verbunden werden. In solchen Ausführungsformen kann der Leiterplattenrahmen 2900 noch den Ausschnitt 2902 für die Erfassungsbereiche des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 enthalten oder der Ausschnitt 2902 kann gegenüber den Erfassungsbereichen versetzt sein. In einigen Ausführungsformen sind das erste und das zweite Fingerabdrucksensormodul 2600a-b in Größe und Abmessung möglicherweise nicht wesentlich ähnlich.
Wie in 31 dargestellt, kann ein flexibles Verbindungskabel 3102 an die Anschlusspads 2904 des Leiterplattenrahmens 2900 angeschlossen werden. Das flexible Kabel 3102 kann an ein Host-Gerät angeschlossen werden, wodurch das doppelseitige Sensormodul 3000 mit dem Host-Gerät verbunden wird. In einigen Ausführungsformen können unterstützende Komponenten auf dem flexiblen Verbindungskabel 3102 montiert werden.
Wichtig ist, dass das doppelseitige Sensormodul 3000, das gemäß den oben in 25-31 beschriebenen Ausführungsformen hergestellt wurde, jede Größe, Form oder Dimension haben kann. In einer beispielhaften Ausführung kann das doppelseitige Sensormodul 3000 entsprechend der oben beschriebenen und in 13B dargestellten Größe für den Einbau in eine Chipkarte geeignet sein. Wie in 13B gezeigt, wird das doppelseitige Sensormodul 3000 in einen Hohlraum 1302 in einer Chipkarte 1208 eingesetzt. Ein unterer Sensorbereich wird von dem Versteifungsrahmen 1204 umgeben, wenn der Rahmen 1204 über die untere Fläche des doppelseitigen Sensormoduls 3000 gelegt wird, um das Modul sicher in der Vertiefung 1302 zu halten. In einigen Ausführungen kann eine Schicht des Klebstoffs 1314 auf eine Oberseite des doppelseitigen Moduls 3000 oder eine Innenfläche des Hohlraums 1302 aufgetragen werden, bevor das doppelseitige Sensormodul 1202 in den Hohlraum 1302 eingesetzt wird, wie in 13B dargestellt. In einigen Ausführungen kann eine Schicht des Klebstoffs 1312 auf eine Unterseite des doppelseitigen Moduls 3000 oder eine Oberfläche des Rahmens 1204, die die Unterseite des doppelseitigen Moduls 3000 berührt, aufgetragen werden, bevor der Rahmen 1204 über das doppelseitige Sensormodul 3000 gelegt wird, um das Modul 3000 sicher in dem Hohlraum 1302 zu halten.
Es kann eine Herausforderung sein, ein ausreichend flaches doppelseitiges Sensormodul zu erreichen, da zwei ASICs und zwei Sätze passiver Komponenten innerhalb des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 2800 erforderlich sind. Dementsprechend kann die Tiefe der Umspritzung für das erste und zweite einzelne Fingerabdrucksensormodul 2600a-b, das im doppelseitigen Fingerabdrucksensor 2800 enthalten ist, so dick gestaltet werden, dass die ASICs geschützt werden, aber nicht so dick, dass das resultierende doppelseitige Sensormodul 3000 zu dick wird, um in die Chipkarte integriert werden zu können. In einigen Ausführungsformen können die passiven Komponenten des ersten und zweiten Einzelfingerabdrucksensormoduls 2600a-b die höchsten Elemente auf den doppelseitigen flexiblen Substraten 2712a-b sein, die daher am schwierigsten in das doppelseitige Sensormodul 3000 zu integrieren sind. Dementsprechend können die passiven Komponenten bei den in 26 beschriebenen Ausführungsformen aus der Umspritzung herausgenommen und stattdessen in der Aussparung 2902 im Leiterplattenrahmen 2900 untergebracht werden, wie in 30A-30B gezeigt.
Doppelseitiges Sensormodul mit einem einzigen Substrat hergestellt
32 zeigt ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines doppelseitigen Sensormoduls, entsprechend einigen Ausführungsformen. 32 zeigt ein doppelseitiges flexibles Substrat 3202. Ein erstes Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 kann einen ersten aufgedruckten Fingerabdrucksensor 3204a enthalten. Der erste Fingerabdrucksensor 3204a kann einen ersten Abtastbereich (oder eine Sensoranordnung) 3206a umfassen, der einen Satz von Treiber- (Tx) und Aufnahmeleitungen (Rx) umfasst, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 3202 angeordnet sind. Der Satz von Treiber- und Aufnahmeleitungen kann über Leiterbahnen 3216a mit einem ersten ASIC 3208a verbunden werden (der Einfachheit halber sind einzelne Leiterbahnen - von denen jede typischerweise mit einer Treiberleitung oder einer Aufnahmeleitung verbunden wäre - nicht dargestellt). In einigen Ausführungsformen ist der Satz der Treiber- und Aufnahme-Leitungen auch mit passiven Komponenten 3210a verbunden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der erste ASIC 2108a die Funktionen des ersten Fingerabdrucksensors 3204a steuern. So kann der erste ASIC 3208a beispielsweise Funktionen des ersten Fingerabdrucksensors 3204a steuern, wie z.B. die Verwaltung des Bilderfassungsprozesses, die Durchführung der Bildverarbeitung, den Abgleich und die Erfassung von Fingerabdrücken sowie die Authentifizierung von Fingerabdrücken, um nur einige zu nennen. Der erste Fingerabdrucksensor 3204a kann ferner Verbindungspads 3212a umfassen, die nahe einer Kante des ersten Endes des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 positioniert sind, wie in 32 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann ein zweites Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 einen zweiten Fingerabdrucksensor 3204b enthalten, der darauf aufgedruckt ist. Der zweite Fingerabdrucksensor 3204b kann einen zweiten Erfassungsbereich (oder ein Sensorarray) 3206b umfassen, der einen separaten Satz von Treiber- (Tx) und Aufnahmeleitungen (Rx) umfasst, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 3202 angeordnet sind. Der separate Satz von Treiber- und Aufnahmeleitungen kann über Leiterbahnen 3216b mit einem zweiten ASIC 3208b verbunden sein (der Einfachheit halber sind die Leiterbahnen als Schattenbereiche dargestellt). In einigen Ausführungsformen ist der Satz von Treiber- und Aufnahme-Leitungen auch mit passiven Komponenten 3210b verbunden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite ASIC 3208b die Funktionen des zweiten Fingerabdrucksensors 3204b steuern. So kann der zweite ASIC 3208b beispielsweise Funktionen des zweiten Fingerabdrucksensors 3204b steuern, wie z.B. die Verwaltung des Bilderfassungsprozesses, die Durchführung der Bildverarbeitung, den Abgleich und die Erfassung von Fingerabdrücken sowie die Authentifizierung von Fingerabdrücken, um nur einige zu nennen. Der zweite Fingerabdrucksensor 3204b kann ferner Verbindungspads 3212b umfassen, die nahe an einer Kante des zweiten Endes des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 positioniert sind, wie in 32 dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die Verbindungspads 3212a-b für die Verwendung mit anisotrop leitendem Film (ACF), leitfähigen Höckern und anderen Steckverbindern konfiguriert werden.
Das doppelseitige flexible Substrat 3202 kann ein dielektrisches Substrat umfassen und kann ein flexibles dielektrisches Substrat umfassen, das ein Substrat auf Polymerbasis (z.B. Polyimid) sein kann, wie Kapton® oder Upilex®, und die Treiberleitungen und Aufnahmeleitungen, die die Sensorabtastbereiche (Sensorarrays) 3206a, 3206b bilden, können eine Vielzahl von Leiterbahnen aus einem geeigneten leitenden Material wie Kupfer, Zinn, Silber, Nickel, Aluminium oder Gold umfassen, die auf jeder Oberfläche oder Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 gebildet, geätzt, abgeschieden, plattiert, gedruckt oder anderweitig darauf aufgebracht oder darin eingebettet sind.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Fingerabdrucksensor 3204b so angeordnet sein, dass er ein Spiegelbild des ersten Fingerabdrucksensors 3204a in Bezug auf eine Falzlinie 3214 ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass der zweite Fingerabdrucksensor 3204b ein Spiegelbild des ersten Fingerabdrucksensors 3204a ist, und andere Anordnungen sind je nach alternativen Ausführungsformen möglich.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere ASICs 3208a-b, passive Komponenten 3210a-b und Verbindungspads 3212a-b auf der zu den Erfassungsbereichen 3206a-b gegenüberliegenden Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 montiert werden. In einigen Ausführungsformen können ein ASIC 3208a und/oder eine oder mehrere der passiven Komponenten 3210a oder Verbindungspads 3212a auf einer Seite des flexiblen Substrats 3202 und der andere ASIC 3208b und/oder eine oder mehrere der anderen passiven Komponenten 3210b oder Verbindungspads 3212b auf der gegenüberliegenden Seite des flexiblen Substrats 3202 angeordnet sein.
Wie in 32 dargestellt, kann ein Kern mit einem der Sensorbereiche 3206a-b ausgerichtet werden, wie durch den schattierten Bereich 3218 angezeigt wird. Der Kern 3218 kann aus einem allgemein starren Substrat bestehen, das vorzugsweise aus einem geeigneten starren, im Wesentlichen unflexiblen, thermisch und dimensionsmäßig stabilen Material gebildet wird, das leicht bearbeitet oder anderweitig in einer gewünschten Weise geformt werden kann. Der Kern kann entgegengesetzte, im Allgemeinen parallele, ebene Oberflächen haben. In einigen Ausführungsformen kann der Kern auf einer Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 angeordnet werden, wie durch den schattierten Bereich 3218 angezeigt wird, wodurch der Kern über dem zweiten Erfassungsbereich 3206b angeordnet wird. In solchen Ausführungsformen kann das erste Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202, das den ersten Fingerabdrucksensor 3204a umfasst, um den Kern in Richtung A an der Faltlinie 3214 gewickelt werden, um das doppelseitige Sensormodul zu bilden. Dementsprechend kann sich der erste Erfassungsbereich 3206a auf einer Oberfläche des Kerns befinden, während sich der zweite Erfassungsbereich 3206b auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Kerns 3302 befinden kann, wie in 33 dargestellt. In einer Ausführung sind die Treiberleitungen (Tx) auf der Oberseite des Substrats 3202 so angeordnet, dass, wenn das Substrat um den Kern 3218 gewickelt ist, die Treiberleitungen den Oberflächen des Kerns zugewandt sind oder mit diesen in Kontakt stehen und die Aufnahmeleitungen (Rx) auf einer äußeren Oberfläche des Substrats relativ zu den Oberflächen des Kerns 3218 liegen.
33 zeigt den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300, der durch Wickeln eines doppelseitigen flexiblen Substrats um den Kern 3302 wie oben beschrieben erzeugt wird. Wie in 33 gezeigt, befindet sich der erste Erfassungsbereich 3206a auf der Oberseite des Kerns 3302, während sich der zweite Erfassungsbereich 3206b auf der Unterseite des Kerns 3302 befindet. Beide Erfassungsbereiche 3206a-b sind nach außen gerichtet, so dass ein Benutzer den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 „einklemmen“ und zwei Fingerabdrücke, d.h. einen Fingerabdruck von jedem Erfassungsbereich, aufnehmen kann. Die ASICs 3208a, 3208b in 32 sind auf dem Substrat so positioniert, dass sie nach außen zeigen, wenn das Substrat um den Kern 3302 gewickelt wird (im Gegensatz zu der in 32 gezeigten Konfiguration, bei der die ASICs 3208a, 3208b auf der Oberseite des flexiblen Substrats 3202 positioniert sind und nach innen zeigen würden, wenn das Substrat 3202 um den Kern 3218 gewickelt wird). In einigen Ausführungsformen können der erste ASIC 3208a und der zweite ASIC 3208b mit einer Mikrocontroller-Einheit (MCU), z.B. einem Steuerprozessor, verbunden werden, der zur Steuerung der beiden Fingerabdrucksensoren 3204a-b konfiguriert ist. In solchen Ausführungsformen kann die MCU so konfiguriert werden, dass sie die beiden Fingerabdrucksensoren 3204a-b steuert. In einigen Ausführungsformen kann die MCU jeden der beiden ASICs 3208a, 3208b steuern und koordinieren, um den zeitlichen Betriebsablauf des ersten und zweiten Fingerabdrucksensors 3204a-b zu steuern. Die MCU kann beispielsweise steuern, welche Prozesse ausgeführt werden sollen, und koordinieren, wann die Prozesse für jeden Fingerabdrucksensor 3204a-b ausgeführt werden sollen, um einen „Pinch“-Abdruck zu authentifizieren und/oder zu registrieren, d.h. eine Kombination aus einem ersten Fingerabdruck, der vom ersten Fingerabdrucksensor 3204a erfasst wird, und einem zweiten Fingerabdruck, der vom zweiten Fingerabdrucksensor 3204b erfasst wird. In einigen Ausführungsformen kann die MCU bestimmen, wann sie einem Host-Gerät eine Rückmeldung über die Funktion des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 3300 geben muss. In einigen Ausführungsformen können die Funktionen des ersten ASIC 3208a, des zweiten ASIC 3208b und der MCU auf verschiedene Weise aufgeteilt und zugewiesen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der doppelseitige Fingerabdrucksensor 3300 auf einer Chipkarte montiert sein. In einer solchen Ausführung können einige der Funktionen einer Sicherheitskomponente der Chipkarte dem ersten ASIC 3208a, dem zweiten ASIC 3208b und der MCU zugeordnet werden. In einigen Ausführungsformen können einige der Funktionen des ersten ASIC 3208a, des zweiten ASIC 3208b und der MCU der Komponente des sicheren Elements zugewiesen werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein doppelseitiges Sensormodul durch den Einbau des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 3300 in einen Leiterplattenrahmen erstellt werden, wie oben z.B. in 29-30 beschrieben und auch oben in einer ähnlichen Anordnung in 16 beschrieben. In solchen Ausführungsformen kann die MCU auf dem Leiterplattenrahmen montiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Kern 3302 aus einem Polymer oder einem Glas bestehen und eine quaderförmige oder unregelmäßige Form haben. In einigen Ausführungen kann das doppelseitige Sensormodul aus einem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 bestehen, der über ein flexibles Verbindungskabel mit der MCU verbunden ist.
Das doppelseitige Sensormodul, das durch die oben beschriebenen Ausführungsformen gebildet wird, z.B. in 32 und 33, kann jede Größe, Form oder Dimension haben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das doppelseitige Sensormodul entsprechend der oben beschriebenen und in 13B dargestellten Methode für den Einbau in eine Chipkarte geeignet dimensioniert sein.
34 zeigt ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines doppelseitigen Sensormoduls, entsprechend einigen Ausführungsformen. Wie in 34 gezeigt, werden, anstatt, wie oben in 32-33 beschrieben, einen Kern auf einer Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 zu platzieren, die Stellen, die den berührungslosen Oberflächen der Sensorbereiche 3206a-b, der Leiterbahnen 3216a-b und der ASICs 3208a-b jedes Fingerabdrucksensors 3204a-b entsprechen, separat in einer Umspritzung gekapselt. Bei einigen Ausführungen kann die Umspritzung aus einem Material wie oben beschrieben bestehen, das aufgrund seiner angemessenen Flexibilität ausgewählt wurde. 34 zeigt einen ersten Bereich 3402a, in dem die Umspritzung über eine Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3302 geformt werden kann, um einen ersten Kern 3404a zu bilden, wie es bei einigen Ausführungsformen der Fall ist. Die Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202, auf der die Umspritzung gebildet wird, wird nicht mit einem Finger berührt. Das heißt, dass die über dem ersten Bereich 3402a gebildete Umspritzung die Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 bedeckt, die der Kontaktfläche gegenüberliegt, die vom Finger berührt wird. Die über dem ersten Bereich 3402a gebildete Umspritzung kann über einem Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 angeordnet werden, der der Nichtkontaktseite des ersten Abtastbereichs 3206a entspricht und den ersten ASIC 3208a und die Leiterbahnen 3216a verkapseln.
34 zeigt einen zweiten Bereich 3402b, in dem die Umspritzung über die Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 zur Bildung eines zweiten Kerns 3404b erfolgen kann. Die Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202, auf der die Umspritzung gebildet wird, wird nicht mit dem Finger berührt. Das heißt, dass die über dem zweiten Bereich 3402b gebildete Umspritzung die Oberfläche des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 bedeckt, die der Kontaktfläche gegenüberliegt, die vom Finger berührt wird. Die über dem zweiten Bereich 3402b gebildete Umspritzung kann über einen Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 angeordnet werden, der der kontaktlosen Seite des zweiten Erfassungsbereichs 3206b entspricht und den zweiten ASIC 3208b und die Leiterbahnen 3216b verkapseln. In einigen Ausführungsformen können die passiven Komponenten 3210a-b von der Umspritzung ausgeschlossen werden. In einer anderen Ausführung können die passiven Komponenten 3210a-b in der Umspritzung gekapselt werden. Wie in 34 dargestellt, können die Verbindungspads 3212a-b, die sich an den beiden Rändern des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 befinden, von der Umspritzung ausgeschlossen werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Teil des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202, der den ersten Fingerabdrucksensor 3204a umfasst, über den zweiten Fingerabdrucksensor 3204b gefaltet werden, so dass der erste Kern 3404a und der zweite Kern 3404b aufeinander ausgerichtet sind, um einen doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3502 zu bilden, wie in 35A-35B gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Abtastbereich 3206a auf eine Oberseite der Umspritzung 3404a ausgerichtet und überlagert diese, während der zweite Abtastbereich 3206b auf eine Unterseite der Umspritzung 3404b ausgerichtet ist und diese überlagert. Beide Abtastbereiche 3206a-b können nach außen zeigen, so dass ein Benutzer den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 „einklemmen“ und zwei Fingerabdrücke erfassen kann, d.h. einen Fingerabdruck von jedem Abtastbereich. Der erste Abtastbereich (oder die Sensoranordnung) 3206a und der zweite Abtastbereich 3206b können jeweils einen Satz von Treiberleitungen (Tx) 3510a und Aufnahmeleitungen (Rx) 3510b umfassen, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 1002 angeordnet sind. Jede der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b ist separat über Routing-Leitungen (nicht abgebildet) mit dem jeweiligen ASIC 3208a-b verbunden. Die zeigen zwar die auf der Innenseite des Substrats 3202 angeordneten Treiberleitungen 3510a und die auf der Außenseite des Substrats 3202 angeordneten Aufnahmeleitungen 3510b, dies ist jedoch nicht erforderlich und die Lage der Treiberleitungen 3510a und der Aufnahmeleitungen 3510b kann umgetauscht werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Oberfläche des ersten Kerns 3404a und des zweiten Kerns 3404b Montagepfosten und entsprechende Ausrichtungslöcher oder Haltestangen und entsprechende Schlitze enthalten, um die korrekte Ausrichtung der beiden Kerne 3404a-b der beiden Sensoren zu erleichtern, wenn sie gefaltet sind, wie oben in 7B-7E beschrieben. 35A-35B zeigen alternative Ausführungsformen zur Befestigung des doppelseitigen Fingerabdrucksensors 3502 an einer Leiterplatte 3506, die eine MCU 3508 zur Steuerung des ersten und zweiten ASICs 3208a-b enthält. 35A-35B zeigen ein doppelseitiges Sensormodul 3504a-b mit dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3502, wie z.B. in 34 beschrieben, der an der Leiterplatte 3506 befestigt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 3506 zusätzliche Komponenten 3510 tragen, die in einer Chipkarte eingesetzt werden, wie z.B. ein Sicherungselement oder eine Antenne. In einigen Ausführungen kann die Leiterplatte 3506 einen Ausschnitt aufweisen, der groß genug ist, um die passiven Komponenten 3210a-b (nicht in 35A-35B dargestellt) aufzunehmen, um die Höhe, d.h. die Dicke, des doppelseitigen Sensormoduls 3504a-b auf ein Minimum zu reduzieren. 35A zeigt das doppelseitige Sensormodul 3504a mit dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3502, wobei ein Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 an der Leiterplatte 3506 befestigt ist. In einigen Ausführungsformen kann das eine Ende des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 auf der Leiterplatte 3506 mit einem anisotrop leitenden Film (ACF) befestigt werden, wodurch der erste ASIC 3208a mit der auf der Leiterplatte 3506 montierten MCU 3508 elektrisch verbunden wird. Der ASIC 3208b in 35A kann mit der Leiterplatte 3506 durch Durchkontaktierungen verbunden werden, die durch das Substrat 3202 verlaufen, und durch Leiterbahnen, die sich über die Länge des Substrats 3202 erstrecken. 35B zeigt das doppelseitige Sensormodul 3504b mit dem doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3502, wobei beide Enden des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 an der Leiterplatte 3506 befestigt sind. In einigen Ausführungsformen können die beiden Enden des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 auf der Leiterplatte 3506 mit einem anisotrop leitenden Film (ACF) befestigt werden.
Wie oben erwähnt, ist ein wichtiger Punkt zu beachten, dass das doppelseitige Sensormodul 3504a-b jede Größe und Form haben kann. Je nach bevorzugter Ausführungsform kann das doppelseitige Sensormodul 3504a-b entsprechend der oben beschriebenen und in 13b dargestellten Methode für den Einbau in eine Chipkarte geeignet sein. Es kann schwierig sein, ein ausreichend flaches doppelseitiges Sensormodul 3504a-b zu erreichen, aufgrund der beiden ASICs 3208a-b und zwei Sätze passiver Komponenten 3210a-b (nur ein Satz passiver Komponenten 3510 ist in 35A-35B dargestellt). Dementsprechend kann die Tiefe des ersten und zweiten Kerns 3404a-b so gestaltet werden, dass der Schutz für den ersten bzw. zweiten ASIC 3208a-b gewährleistet ist. Das heißt, der erste und zweite Kern 3404a-b kann so konfiguriert werden, dass er tief genug ist, um die Umspritzung mit einer Standardumspritzanlage praktisch durchführen zu können, aber nicht so sehr, dass der resultierende erste und zweite Kern 3404a-b zu tief ist, wodurch ein doppelseitiges Modul 3504a-b entsteht, das zu dick ist, um in eine Chipkarte eingebaut zu werden. In einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsform können der erste und der zweite Kern 1304a-b aus einer Umspritzung bestehen, die eine Oberseite des ersten bzw. des zweiten ASIC 3208a-b mit etwa 20 µm bedeckt, wobei das doppelseitige flexible Substrat 3202 eine Dicke von 130 µm hat, jeder ASIC 3208a-b eine Dicke von 150 µm hat und jeder ASIC 3208a-b mit einem Matrizen-Höcker (z.B. Au-Höcker) mit einer Höhe von 15 µm an dem doppelseitigen flexiblen Substrat 3202 befestigt ist.
36 und 37 zeigen weitere Variationen der alternativen Methode zur Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls, wie oben in 34 beschrieben. Wie in 36 gezeigt, kann die Leiterplatte 3506 vor der Bildung des ersten und zweiten Kerns 3504a-b mit ACF an den Verbindungspads 3212a auf einer Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 befestigt werden. Der ASIC 3208b in 35 kann mit der Leiterplatte 3506 durch Durchkontaktierungen verbunden werden, die durch das Substrat 3202 verlaufen, und durch Leiterbahnen, die sich über die Länge des Substrats 3202 erstrecken. In solchen Ausführungsformen kann die Umspritzung über den ersten Bereich 3402a (siehe 34) zusätzlich zur Leiterplatte 3506 hinzugefügt werden und Bauelemente tragen, die in einer Chipkarte eingesetzt werden, wie z.B. ein Sicherungselement oder eine Antenne, um den ersten Kern 3504a zu bilden. Die Umspritzung kann die PCB 3506 und die Hilfs-Bauelemente verkapseln. In einigen Ausführungsformen kann der erste Kern 3504a zur Erleichterung der Ausrichtung wie bei 3512 abgestuft oder geneigt sein, wenn der zweite Kern 3504b, der eine entsprechende Stufe oder Neigung aufweisen kann, auf den ersten Kern 3504a gefaltet wird, um das doppelseitige Sensormodul 3602 zu bilden. Wie in 36 dargestellt, stellt der erste Kern 3504a eine starre Verbindung zwischen der Leiterplatte 3506 und mindestens einem der ASICs 3208a-b her. Dementsprechend ist das doppelseitige Sensormodul 3602, das durch den ersten Kern 3504a und den zweiten Kern 3504b gebildet wird, im gesamten Modul 3602 starr, was die Handhabung und Montage des Moduls 3602 auf einem Host-Gerät erleichtert.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Sensorbereich 3206a auf eine Oberseite der Umspritzung 3504a ausgerichtet und überlagert diese, während der zweite Sensorbereich 3206b auf eine Unterseite der Umspritzung 3504b ausgerichtet ist und diese überlagert. Beide Abtastbereiche 3206a-b können nach außen zeigen, so dass ein Benutzer den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 „einklemmen“ und zwei Fingerabdrücke erfassen kann, d.h. einen Fingerabdruck von jedem Abtastbereich. Der erste Abtastbereich 3206a (oder Sensorarray) 3206a und der zweite Abtastbereich 3206b können jeweils einen Satz von Treiberleitungen (Tx) 3510a und Aufnahmeleitungen (Rx) 3510b umfassen, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 3202 angeordnet sind. Jede der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b ist separat über Routing-Leitungen (nicht abgebildet) mit dem jeweiligen ASIC 3208a-b verbunden. Während 36 die auf der Innenseite des Substrats 3202 angeordneten Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und die auf der Außenseite des Substrats 3202 angeordneten Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b zeigt, ist dies nicht erforderlich, und die Lage der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b kann vertauscht werden.
In 37 können die Form des ersten und zweiten Kerns 3604a-b, die Faltposition, das doppelseitige flexible Substrat 3202 und die Anordnung der Komponenten auf dem doppelseitigen flexiblen Substrat 3202 so gestaltet werden, dass die ASICs 3208a-b nicht direkt ausgerichtet sind, wenn der zweite Kern 3604b über den ersten Kern 3604a gefaltet wird, um das doppelseitige Sensormodul 3702 zu erzeugen. Wie in 37 dargestellt, kann die Leiterplatte 3506 an den Verbindungspads 3212a auf einer Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 mit ACF befestigt werden. Der ASIC 3208b in 37 kann mit der Leiterplatte 3506 durch Durchkontaktierungen verbunden werden, die durch das Substrat 3202 verlaufen, und durch Leiterbahnen, die sich über die Länge des Substrats 3202 erstrecken. In solchen Ausführungsformen können die für das doppelseitige Sensormodul 3702 erreichten Abmessungen der doppelseitigen Sensormodule im wesentlichen ähnliche Abmessungen wie die doppelseitigen Sensormodule aufweisen, die gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen, z.B. in 34-36, hergestellt wurden, wobei eine erhöhte Menge an Umspritzungen gegenüber dem ersten und zweiten ASIC 3208a-b im ersten bzw. zweiten Kern 3604a-b vorgesehen ist. Dementsprechend kann die erhöhte Menge an Umspritzungen gegenüber dem ersten und zweiten ASIC 3208a-b einen erhöhten Schutz bieten und gleichzeitig die Unterbringung der Umspritzung zur Bildung des ersten und zweiten Kerns 3604a-b erleichtern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Abtastbereich 3206a auf die Oberseite der Umspritzung 3604a ausgerichtet und überlagert diese, während der zweite Abtastbereich 3206b auf die Unterseite der Umspritzung 3604b ausgerichtet ist und diese überlagert. Beide Abtastbereiche 3206a-b können nach außen zeigen, so dass ein Benutzer den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 „einklemmen“ und zwei Fingerabdrücke erfassen kann, d.h. einen Fingerabdruck von jedem Abtastbereich. In einigen Ausführungen kann die Größe der Abtastbereiche 3206a-b unterschiedlich sein, wie in 37 dargestellt. Der erste Abtastbereich 3206a kann zum Beispiel erweitert werden, um eine größere obere Fläche der Umspritzung 3604a abzudecken. Der erste Abtastbereich 3206a (oder Sensorarray) 3206a und der zweite Abtastbereich 3206b können einen Satz von Treiber- (Tx) Leitungen 3510a und Aufnahme- (Rx) Leitungen 3510b umfassen, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 3202 angeordnet sind. Jede der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510n ist separat über Routing-Leitungen (nicht abgebildet) mit dem jeweiligen ASIC 3208a-b verbunden. Während 37 die auf der Innenseite des Substrats 3202 angeordneten Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und die auf der Außenseite des Substrats 3202 angeordneten Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b zeigt, ist dies nicht erforderlich und die Lage der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b kann vertauscht werden.
38A-38B zeigen eine alternative Faltanordnung, die in 32 und 34 beschrieben ist. Anstatt die Fingerabdrucksensoren 3204a-b „horizontal“ auf das doppelseitige flexible Substrat 3202 aufzudrucken, wie in 32 und 34 gezeigt, zeigen 38A-38B die Fingerabdrucksensoren 3204a-b „vertikal“ auf das doppelseitige flexible Substrat 3202 aufgedruckt. Ähnlich wie die in 32 und 34 beschriebene Faltanordnung zeigt 38A-38B, dass der erste Fingerabdrucksensor 3204a in Richtung B entlang der Faltlinie 3802 gefaltet werden kann, um den ersten Fingerabdrucksensor 3204a mit dem zweiten Fingerabdrucksensor 3204b auszurichten und den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3804 zu bilden.
39 zeigt eine weitere alternative Methode zur Herstellung des doppelseitigen Sensormoduls, wie oben in 34 beschrieben. Wie in 39 gezeigt, kann ein Leiterplattenrahmen 3902, der einen Ausschnitt 3906 umfasst, an den Anschlussflächen 3212a auf einer Seite des doppelseitigen flexiblen Substrats 3202 mit ACF befestigt werden, um ein doppelseitiges Sensormodul 3904 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 3906 des Leiterplattenrahmens 3902 den ersten und zweiten Kern 3404a-b einschließlich des ersten und zweiten ASIC 3208a-b umgeben. Ein Teil des Leiterplattenrahmens 3902 kann als Versteifung unter einem ersten Erfassungsbereich auf einer ersten Oberfläche des doppelseitigen Sensormoduls 3904 und einem zweiten Erfassungsbereich auf einer zweiten Oberfläche des doppelseitigen Sensormoduls 3904 fungieren. In einigen Ausführungsformen kann der Leiterplattenrahmen 3902 die MCU 3508 und zusätzliche Komponenten 3510 enthalten. In einigen Ausführungsformen können die MCU 3508 und die zusätzlichen Komponenten 3510 in den Leiterplattenrahmen 3902 eingebettet sein.
In verschiedenen Ausführungen ist der erste Abtastbereich 3206a auf eine Oberseite der Leiterplatte 3902 ausgerichtet und liegt über dieser, während der zweite Abtastbereich 3206b auf eine Unterseite der Leiterplatte 3902 ausgerichtet ist und über dieser liegt. Beide Erfassungsbereiche 3206a-b können nach außen zeigen, so dass ein Benutzer den doppelseitigen Fingerabdrucksensor 3300 „einklemmen“ und zwei Fingerabdrücke, d.h. einen Fingerabdruck von jedem Erfassungsbereich, erfassen kann. Der erste Abtastbereich 3206a (oder Sensorarray) und der zweite Abtastbereich 3206b können jeweils einen Satz von Treiberleitungen (Tx) 3510a und Aufnahmeleitungen (Rx) 3510b umfassen, die jeweils auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 3202 angeordnet sind. Jede der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b ist separat über Routing-Leitungen (nicht abgebildet) mit dem jeweiligen ASIC 3208a-b verbunden. Während 39 die auf der Innenseite des Substrats 3202 angeordneten Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und die auf der Außenseite des Substrats 3202 angeordneten Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b zeigt, ist dies nicht erforderlich und die Lage der Treiber-(Tx)-Leitungen 3510a und der Aufnahme-(Rx)-Leitungen 3510b kann vertauscht werden.
Figurenliste

Ausführungsform 1. Eine Sensorbaugruppe bestehend aus:
- einem Kern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche;
- ein flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen;
- erste leitende Spuren, die auf einem ersten Teil der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats gebildet sind, wobei die ersten leitenden Spuren im allgemeinen parallel zueinander sind;
- zweite leitende Spuren, die auf einem zweiten Teil der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats gebildet sind, wobei die zweiten leitenden Spuren im allgemeinen parallel zueinander sind und wobei die zweiten leitenden Spuren im allgemeinen parallel zu den ersten leitenden Spuren sind; und
- dritte Leiterbahnen, die auf der zweiten Oberfläche des flexiblen Substrats ausgebildet sind, wobei die dritten Leiterbahnen quer zu den ersten und zweiten Leiterbahnen ausgerichtet sind, und wobei ein erster Teil der dritten Leiterbahnen über den ersten Leiterbahnen liegt und ein zweiter Teil der dritten Leiterbahnen über den zweiten Leiterbahnen liegt;
- wobei das flexible Substrat zumindest teilweise um den Kern gewickelt ist, so dass die ersten Leiterbahnen und der erste Teil der dritten Leiterbahnen über der ersten Oberfläche des Kerns liegen und die zweiten Leiterbahnen und der zweite Teil der dritten Leiterbahnen über der zweiten Oberfläche des Kerns liegen.
Ausführungsform 2. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 1, die ferner mindestens eine auf dem flexiblen Substrat angeordnete integrierte Schaltung aufweist, wobei eine oder mehrere der ersten, zweiten und dritten Leiterbahnen mit jeder integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind.
Ausführungsform 3. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 1 oder der Ausführungsform 2 umfasst ferner eine leitende Verbindungsleitung, die jede der ersten leitenden Spuren, der zweiten leitenden Spuren und der dritten leitenden Spuren mit einer integrierten Schaltung verbindet.
Ausführungsform 4. Die Sensoranordnung einer beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei eine erste Vielzahl von Sensorelementen die ersten leitfähigen Spuren und die dritten leitfähigen Spuren umfaßt, die von den ersten leitfähigen Spuren durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind,
- wobei eine zweite Vielzahl von Sensorelementen die zweiten Leiterbahnen und die dritten Leiterbahnen umfasst, die von den zweiten Leiterbahnen durch die Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, und
- wobei jedes der ersten und zweiten Vielzahl von Sensorelementen so ausgebildet ist, dass es ein Signal als Reaktion auf eine Fingeroberfläche erzeugt, die in erfassbarer Nähe des Sensorelements platziert ist.
Ausführungsform 5. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen Treiberleitungen sind, die so konfiguriert sind, daß sie ein Signal übertragen, und wobei die dritten Leiterbahnen Aufnahmeleitungen sind, die so konfiguriert sind, daß sie zumindest einen Teil des von den Treiberleitungen übertragenen Signals empfangen.
Ausführungsform 6. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei die dritten Leiterbahnen Treiberleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie ein Signal übertragen, und die ersten und zweiten Leiterbahnen Aufnahmeleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie mindestens einen Teil des von den Treiberleitungen übertragenen Signals empfangen.
Ausführungsform 7. Die Sensoranordnung einer beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei eine erste Vielzahl von Sensorelementen die ersten Leiterbahnen und die dritten Leiterbahnen, die von den ersten Leiterbahnen durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, umfasst, wobei jede der ersten und dritten Leiterbahnen so konfiguriert ist, dass sie ein Signal an eine Fingeroberfläche, die in erfassbarer Nähe platziert ist, sendet und ein resultierendes Signal empfängt.
Ausführungsform 8. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 7, wobei eine zweite Vielzahl von Sensorelementen die zweiten leitfähigen Spuren und die dritten leitfähigen Spuren umfaßt, die von den zweiten leitfähigen Spuren durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, wobei jede der zweiten und dritten leitfähigen Spuren so gestaltet ist, daß sie ein Signal an eine in erfassbarer Nähe angeordnete Fingeroberfläche sendet und ein resultierendes Signal empfängt.
Ausführungsform 9. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei die erste und zweite Oberfläche des Kerns parallel zueinander sind.
Ausführungsform 10. Die Sensoranordnung einer beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei der Kern ein Einkapselungsmittel umfaßt, das auf den ersten Teil des flexiblen Substrats aufgespritzt ist und die ersten Leiterbahnen und den ersten Abschnitt der dritten Leiterbahnen bedeckt, und wobei der zweite Teil des flexiblen Substrats über das Einkapselungsmittel gefaltet ist.
Ausführungsform 11. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei der Kern einen oder mehrere Befestigungsstifte auf der zweiten Oberfläche des Kerns und das flexible Substrat ein oder mehrere Ausrichtungslöcher aufweist, die auf dem zweiten Teil des flexiblen Substrats ausgebildet sind, und wobei sich jeder der Befestigungsstifte in eines der Ausrichtungslöcher erstreckt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Ausführungsform 12. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 10, die ferner einen an dem zweiten Teil des flexiblen Substrats befestigten Haltestab umfaßt, und wobei der Kern einen in seiner zweiten Oberfläche ausgebildeten Schlitz umfaßt, der so konfiguriert ist, daß er den Haltestab aufnimmt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Ausführungsform 13. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 9, die ferner ein zweites Einkapselungsmittel umfaßt, das auf den zweiten Teil des flexiblen Substrats aufgespritzt ist und den zweiten Teil der dritten Leiterbahnen bedeckt.
Ausführungsform 14. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 12, wobei der Kern eine Stufe aufweist, die in seiner zweiten Oberfläche ausgebildet und so konfiguriert ist, daß sie das zweite Einkapselungsmittel aufnimmt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt wird.
Ausführungsform 15. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 13 oder 14, wobei der Kern einen oder mehrere Befestigungspfosten auf der in der zweiten Oberfläche des Kerns gebildeten Stufe umfaßt und die zweite Einkapselung ein oder mehrere integral geformte Ausrichtungslöcher umfaßt, und wobei sich jeder der Befestigungspfosten in die Ausrichtungslöcher erstreckt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Ausführungsform 16. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 15, wobei das flexible Substrat so gewickelt ist, daß die erste Oberfläche des flexiblen Substrats über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und diesen zugewandt ist.
Ausführungsform 17. Die Sensoranordnung einer der Ausführungsformen 1 bis 15, wobei das flexible Substrat so gewickelt ist, daß die zweite Oberfläche des flexiblen Substrats über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und diesen zugewandt ist.
Ausführungsform 18. Die Sensorbaugruppe einer der Ausführungsformen 1 bis 17, die ferner leitende Pads umfaßt, die auf dem flexiblen Substrat gebildet und auf die im Kern gebildeten Öffnungen ausgerichtet sind.
Ausführungsform 19. Die Sensorbaugruppe einer beliebigen der Ausführungsformen 1 bis 18, wobei der Kern aus zwei getrennten Materialien besteht.
Ausführungsform 20. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 19, wobei ein erstes Material eine gedruckte Leiterplatte (PCB) und ein zweites Material ein auf einen Teil der PCB aufgespritztes Einkapselungsmaterial ist, wobei die PCB die erste Oberfläche des Kerns und das Einkapselungsmaterial die zweite Oberfläche des Kerns umfasst.
Ausführungsform 21. Ein Sensormodul, bestehend aus:
- eine umhüllte Sensorbaugruppe, bestehend aus:
- ein flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen und folgendes umfassen:
- räumlich getrennte erste und zweite Sensorbereiche;
- eine integrierte Schaltung, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und
- eine oder mehrere leitende Pads, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind, und
- einen Einkapselungskern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die auf die erste Oberfläche des flexiblen Substrats aufgespritzt sind und Öffnungen aufweisen, die darin ausgebildet sind und mit den leitenden Pads ausgerichtet sind, wobei das flexible Substrat teilweise um den Einkapselungskern gewickelt ist, so dass die erste Oberfläche des flexiblen Substrats die erste und die zweite Oberfläche des Einkapselungskerns berührt, der erste Erfassungsbereich über der ersten Oberfläche des Einkapselungskerns liegt und der zweite Erfassungsbereich über der zweiten Oberfläche des Einkapselungskerns liegt.
Ausführungsform 22. Das Sensormodul der Ausführungsform 21, wobei der Einkapselungskern die integrierte Schaltung und das eine oder mehrere passive Bauelement(e) einkapselt.
[00218] Ausführungsform 23. Das Sensormodul der Ausführungsform 22, das ferner eine Versteifungsplatte umfaßt, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats einen Teil des Einkapselungskern umfaßt, der die integrierte Schaltung einkapselt.
Ausführungsform 24. Das Sensormodul der Ausführungsform 21 oder 22 umfasst ferner eine Versteifungsplatte, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats die integrierte Schaltung umfasst.
Ausführungsform 25. Das Sensormodul einer der Ausführungsformen 21 bis 24, wobei der erste und der zweite Erfassungsbereich auf jeweils parallelen Oberflächen ausgebildet sind.
Ausführungsform 26. Das Sensormodul einer der Ausführungsformen 21 bis 25, wobei der erste und der zweite Erfassungsbereich oder beide mit einer Schutzschicht bedeckt sind.
Ausführungsform 27. Das Sensormodul einer beliebigen der Ausführungsformen 21 bis 26, wobei die umhüllte Sensoranordnung ferner eine oder mehrere passive Komponenten umfasst, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind.
Ausführungsform 28. Das Sensormodul der Ausführungsform 27, wobei der Einkapselungskern die eine oder mehrere passive Komponente(n) einkapselt.
Ausführungsform 29. Das Sensormodul der Ausführungsform 28, das ferner eine Versteifungsplatte umfaßt, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats einen Teil des Einkapselungskerns umfaßt, der das eine oder die mehreren passiven Komponenten einkapselt.
Ausführungsform 30. Verfahren zum Einsetzen eines Sensormoduls in eine Chipkarte, wobei das Verfahren umfasst:
- Ausbilden eines Hohlraums in einem Kartenkörper der Chipkarte, wobei die Karte gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen aufweist, wobei der Hohlraum eine erste Hohlraumöffnung in der ersten Oberfläche des Kartenkörpers und eine zweite Hohlraumöffnung in der zweiten Oberfläche des Kartenkörpers bildet, und wobei der Hohlraum eine Vielzahl von elektrischen Kontakten freilegt;
- Einsetzen des Sensormoduls in den Hohlraum durch die erste Hohlraumöffnung, wobei das Sensormodul gegenüberliegende erste und zweite Sensorflächen und eine Vielzahl von leitenden Verbindungen aufweist, und wobei beim Einsetzen des Sensormoduls: (i) die Vielzahl von leitenden Verbindungen mit der Vielzahl von elektrischen Kontakten verbunden werden, (ii) die erste Sensorfläche mit der ersten Hohlraumöffnung ausgerichtet und durch diese freigelegt wird, und (iii) die zweite Sensorfläche mit der zweiten Hohlraumöffnung ausgerichtet und durch diese freigelegt wird; und
- Anbringen eines starren Rahmens auf der ersten Oberfläche des Kartenkörpers, um die erste Hohlraumöffnung abzudecken und das eingesetzte Sensormodul innerhalb des Hohlraums zu sichern, wobei der starre Rahmen einen Ausschnitt zur Freilegung der ersten Abtastfläche aufweist.
Ausführungsform 31. Die Methode der Ausführungsform 30, bei der die erste Hohlraumöffnung größer ist als die zweite Hohlraumöffnung.
Ausführungsform 32. Die Methode der Ausführungsformen 30 oder 31, wobei die Vielzahl der leitenden Verbindungen komprimierbare leitende Höcker umfasst.
Ausführungsform 33. ein Host-Gerät mit einem integrierten Sensor, das Folgendes umfasst:
- einen Host-Gerätekörper mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche;
- eine operative Schaltung, die in den Host-Gerätekörper eingebettet ist, wobei der Host-Gerätekörper einen darin ausgebildeten Sensorhohlraum enthält, wobei der Sensorhohlraum durch einen zentralen Hohlraum, der zur zweiten Oberfläche des Host-Gerätekörpers offen ist, und ein Durchgangsloch vom zentralen Hohlraum und durch die erste Oberfläche des Host-Gerätekörpers definiert ist; und
- ein Sensormodul, das im Gehäuse des Host-Gerätes montiert ist, wobei das Sensormodul Folgendes umfasst:
- einen ersten Erfassungsbereich auf einer ersten Oberfläche des Sensormoduls; und
- einen zweiten Erfassungsbereich auf einer zweiten Fläche des Sensormoduls;
- wobei das Sensormodul innerhalb des mittleren Hohlraums des Sensorhohlraums angeordnet ist und der erste Erfassungsbereich mit dem Durchgangsloch des Sensorhohlraums ausgerichtet und durch dieses zugänglich ist.
Ausführungsform 34. Die Host-Vorrichtung der Ausführungsform 33, wobei die erste Oberfläche des Sensormoduls unter der ersten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers ausgespart, koplanar mit der ersten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers angeordnet ist oder über diese hinausragt und die zweite Oberfläche des Sensormoduls unter der zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers ausgespart, koplanar mit der zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers angeordnet ist oder über diese hinausragt.
Ausführungsform 35. Die Host-Vorrichtung gemäß entweder der Ausführungsform 33 oder 34 umfasst ferner einen ersten Rahmen, der über dem zentralen Hohlraum des Sensorhohlraums angeordnet und an dessen Umfang an einem Abschnitt der zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers befestigt ist, der den zentralen Hohlraum peripher umgibt, wobei der erste Rahmen einen darin ausgebildeten Ausschnitt aufweist, wobei der zweite Erfassungsbereich mit dem Ausschnitt des ersten Rahmens ausgerichtet und durch diesen zugänglich ist.
Ausführungsform 36. Die Host-Vorrichtung der Ausführungsform 35 umfasst ferner einen zweiten Rahmen, der über dem Durchgangsloch angeordnet und an dessen Umfang an einem Abschnitt der ersten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers befestigt ist, der das Durchgangsloch peripher umgibt, wobei der zweite Rahmen einen darin ausgebildeten Ausschnitt aufweist, wobei der erste Erfassungsbereich mit dem Ausschnitt des zweiten Rahmens ausgerichtet und durch diesen zugänglich ist.
Ausführungsform 37. Die Host-Vorrichtung der Ausführungsform 36, wobei die Host-Vorrichtung eine Chipkarte ist.
Ausführungsform 38. Die Sensoranordnung der Ausführungsform 1, wobei die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen räumlich durch einen Abstand getrennt sind, der größer ist als die Höhe einer Kante, die die erste und die zweite Oberfläche des Kerns verbindet.
Ausführungsform 39. Ein Sensormodul mit zwei Sensorflächen und mit:
- einer ersten einseitigen Sensoranordnung mit einer ersten integrierten Schaltung, einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung einen ersten Erfassungsbereich aufweist; und
- eine zweite einseitige Sensoranordnung mit einer zweiten integrierten Schaltung, einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung einen zweiten Erfassungsbereich umfasst;
- wobei die erste einseitige Sensoranordnung umgekehrt und relativ zur zweiten einseitigen Sensoranordnung gedreht ist und die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung befestigt ist, um eine doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung zu bilden, wobei die doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung eine erste Erfassungsfläche mit dem ersten Erfassungsbereich und eine zweite Erfassungsfläche mit dem zweiten Erfassungsbereich aufweist.
Ausführungsform 40. Das Sensormodul der Ausführungsform 39, wobei die erste und die zweite integrierte Schaltung jeweils mit einem Steuerprozessor verbunden sind.
Ausführungsform 41. Das Sensormodul einer beliebigen der Ausführungsformen 39 bis 40, ferner mit einer Leiterplatte (PCB), die einen Ausschnitt aufweist, wobei die doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung in den Ausschnitt eingesetzt ist und die erste und zweite integrierte Schaltung elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist.
Ausführungsform 42. Das Sensormodul einer der Ausführungsformen 39 bis 41, wobei die erste einseitige Sensoranordnung eine erste Umspritzung umfasst, die die erste integrierte Schaltung einkapselt, und die zweite einseitige Sensoranordnung eine zweite Umspritzung umfasst, die die zweite integrierte Schaltung einkapselt.
Ausführungsform 43. Das Sensormodul der Ausführungsform 42, wobei eine Oberfläche der ersten Umspritzung die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung umfasst, die ferner mindestens eine oder mehrere integral geformte Bauelemente aufweist: (i) Befestigungsstift und (ii) Ausrichtungsbohrung.
Ausführungsform 44. Das Sensormodul der Ausführungsform 43, wobei eine Oberfläche der zweiten Umspritzung die erste Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung umfasst, die mindestens eine oder mehrere integral geformte Bauelemente aufweist: (i) Befestigungsstift und (ii) Ausrichtungsbohrung,
- wobei der mindestens eine oder mehrere integral geformte Befestigungsstift(e) an der zweiten Umspritzung so gestaltet ist (sind), dass er (sie) in das mindestens eine oder mehrere integral an der ersten Umspritzung geformte Ausrichtungsloch(e) passt (passen), wenn die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensorbaugruppe an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensorbaugruppe befestigt ist, und
- wobei das mindestens eine oder mehrere einstückig ausgebildete Ausrichtungsloch(e) auf der zweiten Umspritzung so gestaltet ist (sind), dass es (sie) den mindestens einen oder die mehreren einstückig auf der ersten Umspritzung ausgebildeten Befestigungsstift(e) aufnimmt (aufnehmen), wenn die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung befestigt ist.
Ausführungsform 45. Das Sensormodul der Ausführungsform 40, wobei sich der Steuerprozessor auf der Leiterplatte befindet.
Ausführungsform 46. Das Sensormodul der Ausführungsform 39,
- wobei die erste einseitige Sensoranordnung ein erstes flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Treiberleitungen, die auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet sind, eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen, die auf der zweiten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet sind und quer zu den Treiberleitungen angeordnet sind und den ersten Erfassungsbereich definieren, und eine Vielzahl von Leiterbahnen, die auf mindestens einer der ersten und zweiten Oberflächen des ersten Substrats ausgebildet sind und die Treiberleitungen und die Aufnahmeleitungen der ersten einseitigen Sensoranordnung mit der ersten integrierten Schaltung verbinden, umfasst, und
- wobei die zweite einseitige Sensoranordnung ein zweites flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Treiberleitungen, die auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet sind, eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen, die auf der zweiten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet sind und quer zu den Treiberleitungen angeordnet sind und den zweiten Erfassungsbereich definieren, und eine Vielzahl von Leiterbahnen, die auf mindestens einer der ersten und zweiten Oberflächen des zweiten Substrats ausgebildet sind und die Treiberleitungen und die Aufnahmeleitungen der zweiten einseitigen Sensoranordnung mit der zweiten integrierten Schaltung verbinden, umfasst.
Ausführungsform 47. Das Sensormodul der Ausführungsform 46, das weiterhin eine Vielzahl von ersten Verbindungskontaktstellen, die auf dem ersten Substrat gebildet sind, und eine Vielzahl von zweiten Verbindungskontaktstellen, die auf dem zweiten Substrat gebildet sind, umfaßt.
Ausführungsform 48. Das Sensormodul der Ausführungsform 46 oder der Ausführungsform 47, wobei die erste integrierte Schaltung auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist, und wobei die erste einseitige Sensoranordnung eine erste Umspritzung umfaßt, die mindestens einen Teil der ersten Oberfläche des ersten Substrats, die Treiberleitungen und die erste integrierte Schaltung einkapselt, und wobei die zweite integrierte Schaltung auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist, und wobei die zweite einseitige Sensoranordnung eine zweite Umspritzung umfaßt, die mindestens einen Teil der ersten Oberfläche des zweiten Substrats, die Treiberleitungen und die zweite integrierte Schaltung einkapselt.
Ausführungsform 49. Ein Sensormodul mit zwei Sensorflächen und mit:
- einem flexiblen Substrat mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen;
- erste und zweite Abtastbereiche, die auf räumlich getrennten Abschnitten des flexiblen Substrats angeordnet sind;
- eine erste integrierte Schaltung, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet und mit dem ersten Erfassungsbereich verbunden ist,
- eine zweite integrierte Schaltung, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet und mit dem zweiten Erfassungsbereich verbunden ist; und
- einen starren Kern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, wobei das flexible Substrat zumindest teilweise um den Kern gewickelt ist, so dass der zweite Erfassungsbereich über der zweiten Oberfläche des Kerns liegt.
Ausführungsform 50. Das Sensormodul der Ausführungsform 49, ferner umfassend:
- erste Verbindungspads, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet sind; und
- zweite Zwischenverbindungspads, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet sind, wobei die Teile des flexiblen Substrats, auf denen die ersten und zweiten Zwischenverbindungspads angeordnet sind, über den Kern hinausragen.
Ausführungsform 51. Das Sensormodul der Ausführungsform 50, ferner mit einem Steuerprozessor, wobei die erste und zweite integrierte Schaltung elektrisch mit dem Steuerprozessor verbunden sind.
Ausführungsform 52. Das Sensormodul der Ausführungsform 51, ferner mit einer Leiterplatte (PCB), die den Steuerprozessor enthält.
Ausführungsform 53. Das Sensormodul der Ausführungsform 52, bei dem mindestens eine der ersten und zweiten Zwischenschaltungskontaktstellen mit der Leiterplatte verbunden ist.
Ausführungsform 54. Das Sensormodul einer der Ausführungsformen 49 bis 53, wobei der Kern ein starres Stück aus Polymer oder Glas mit gegenüberliegenden flachen Oberflächen umfaßt, die die erste und zweite Oberfläche des Kerns definieren.
Ausführungsform 55. Das Sensormodul einer der Ausführungsformen 49 bis 53, wobei der Kern eine erste Umspritzungsform, die über einem ersten Abschnitt der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet ist, der einer kontaktlosen Oberfläche des ersten Erfassungsbereichs entspricht und den ersten ASIC einkapselt, und eine zweite Umspritzungsform umfaßt, die über einem zweiten Abschnitt der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet ist, der einer kontaktlosen Oberfläche des zweiten Erfassungsbereichs entspricht und den zweiten ASIC einkapselt, und wobei die erste und die zweite Umspritzungsform übereinander gefaltet sind.
Ausführungsform 56. Das Sensormodul der Ausführungsform 55, wobei der erste ASIC und der zweite ASIC einander überlappen, wenn die erste und die zweite Umspritzungsform aufeinander gefaltet werden.
Ausführungsform 57. Das Sensormodul der Ausführungsform 55, wobei der erste ASIC und der zweite ASIC einander nicht überlappen, wenn die erste und die zweite Umspritzungsform aufeinander gefaltet werden.
Ausführungsform 58. Das Sensormodul der Ausführungsform 49 umfasst ferner eine Leiterplatte (PCB) mit einer Steuereinheit, wobei mindestens eine der ersten und zweiten integrierten Schaltungen elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, wobei der Kern eine erste Umspritzung, die den ersten ASIC und die Leiterplatte einkapselt, und eine zweite Umspritzung, die den zweiten ASIC einkapselt, umfasst, und wobei die erste und zweite Umspritzung aufeinander gefaltet sind.
Ausführungsform 59. Das Sensormodul der Ausführungsform 55, wobei die erste Umspritzung eine Stufe umfasst, die in einer ersten Oberfläche davon ausgebildet und konfiguriert ist, um die zweite Umspritzung aufzunehmen, wenn die erste und zweite Umspritzung aufeinander gefaltet werden.

Während der Gegenstand dieser Offenbarung in beträchtlichem Detail beschrieben und gezeigt wurde, mit Bezug auf bestimmte erläuternde Ausführungsformen, einschließlich verschiedener Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, werden diejenigen, die sich in der Technik auskennen, andere Ausführungsformen und Variationen und Modifikationen davon, wie sie im Rahmen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, leicht zu schätzen wissen. Darüber hinaus sollen die Beschreibungen solcher Ausführungsformen, Kombinationen und Unterkombinationen nicht vermitteln, dass der beanspruchte Gegenstand andere als die in den Ansprüchen ausdrücklich genannten Merkmale oder Merkmalskombinationen erfordert. Dementsprechend soll der Umfang dieser Offenbarung alle Änderungen und Variationen umfassen, die im Geist und Umfang der folgenden beigefügten Ansprüche enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8421890 [0004, 0042]
US 20160379035 [0005, 0033, 0046]
US 20170147852 [0006, 0047, 0072]
US 20180213646 [0007, 0092]
US 9396379 [0008]
WO /2003/049012 [0009]
US 2016/0188951 [0042]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/IEC 7816 [0036]
ISO/IEC 14443 [0036]

Claims

Eine Sensorbaugruppe bestehend aus: einem Kern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche; einem flexiblen Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen; ersten leitenden Spuren, die auf einem ersten Teil der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats gebildet sind, wobei die ersten leitenden Spuren im allgemeinen parallel zueinander sind; zweiten Leiterbahnen, die auf einem zweiten Teil der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats gebildet sind, wobei die zweiten Leiterbahnen im Allgemeinen parallel zueinander sind und wobei die zweiten Leiterbahnen im Allgemeinen parallel zu den ersten Leiterbahnen sind; und dritten Leiterbahnen, die auf der zweiten Oberfläche des flexiblen Substrats ausgebildet sind, wobei die dritten Leiterbahnen quer zu den ersten und zweiten Leiterbahnen ausgerichtet sind, und wobei ein erster Teil der dritten Leiterbahnen über den ersten Leiterbahnen und ein zweiter Teil der dritten Leiterbahnen über den zweiten Leiterbahnen liegt; wobei das flexible Substrat zumindest teilweise um den Kern gewickelt ist, so dass die ersten Leiterbahnen und der erste Teil der dritten Leiterbahnen über der ersten Oberfläche des Kerns liegen und die zweiten Leiterbahnen und der zweite Teil der dritten Leiterbahnen über der zweiten Oberfläche des Kerns liegen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, die ferner mindestens eine auf dem flexiblen Substrat angeordnete integrierte Schaltung aufweist, wobei eine oder mehrere der ersten, zweiten und dritten Leiterbahnen mit jeder integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine leitende Verbindungsleitung aufweist, die jede der ersten Leiterbahnen, der zweiten Leiterbahnen und der dritten Leiterbahnen mit einer integrierten Schaltung verbindet.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Vielzahl von Sensorelementen die ersten leitfähigen Spuren und die dritten leitfähigen Spuren umfasst, die von den ersten leitfähigen Spuren durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, wobei eine zweite Vielzahl von Sensorelementen die zweiten Leiterbahnen und die dritten Leiterbahnen umfasst, die von den zweiten Leiterbahnen durch die Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, und wobei jedes der ersten und zweiten Vielzahl von Sensorelementen so konfiguriert ist, dass es ein Signal als Reaktion auf eine Fingeroberfläche erzeugt, die in erfassbarer Nähe des Sensorelements angeordnet ist.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen Treiberleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie ein Signal übertragen, und wobei die dritten Leiterbahnen Aufnahmeleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie zumindest einen Teil des von den Ansteuerleitungen übertragenen Signals empfangen.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dritten Leiterbahnen Treiberleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie ein Signal übertragen, und wobei die ersten und zweiten Leiterbahnen Aufnahmeleitungen sind, die so konfiguriert sind, dass sie mindestens einen Teil des von den Treiberleitungen übertragenen Signals empfangen.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Vielzahl von Sensorelementen die ersten Leiterbahnen und die dritten Leiterbahnen umfasst, die von den ersten Leiterbahnen durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, wobei jede der ersten und dritten Leiterbahnen so konfiguriert ist, dass sie ein Signal an eine in erfassbarer Nähe angeordnete Fingeroberfläche sendet und ein resultierendes Signal empfängt.
Sensoranordnung nach Anspruch 7, wobei eine zweite Vielzahl von Sensorelementen die zweiten leitfähigen Spuren und die dritten leitfähigen Spuren umfasst, die von den zweiten leitfähigen Spuren durch eine Schicht aus dielektrischem Material getrennt sind, wobei jede der zweiten und dritten leitfähigen Spuren so konfiguriert ist, dass sie ein Signal an eine Fingeroberfläche, die in erfassbarer Nähe angeordnet ist, sendet und ein resultierendes Signal empfängt.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und zweite Oberfläche des Kerns parallel zueinander sind.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kern ein Verkapselungsmittel umfaßt, das auf den ersten Teil des flexiblen Substrats aufgespritzt ist und die ersten Leiterbahnen und den ersten Teil der dritten Leiterbahnen bedeckt, und wobei der zweite Teil des flexiblen Substrats über das Verkapselungsmittel gefaltet ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kern einen oder mehrere Befestigungsstifte auf der zweiten Oberfläche des Kerns und das flexible Substrat ein oder mehrere Ausrichtungslöcher aufweist, die auf dem zweiten Teil des flexiblen Substrats ausgebildet sind, und wobei sich jeder der Befestigungsstifte in eines der Ausrichtungslöcher erstreckt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner einen an dem zweiten Teil des flexiblen Substrats befestigten Haltestab aufweist, und wobei der Kern einen in seiner zweiten Oberfläche ausgebildeten Schlitz aufweist, der so konfiguriert ist, daß er den Haltestab aufnimmt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 9, die ferner ein zweites Einkapselungsmittel umfasst, das auf den zweiten Teil des flexiblen Substrats aufgespritzt ist und den zweiten Abschnitt der dritten Leiterbahnen bedeckt.
Sensoranordnung nach Anspruch 12, wobei der Kern eine Stufe umfasst, die in seiner zweiten Oberfläche ausgebildet und so konfiguriert ist, dass sie das zweite Einkapselungsmittel aufnimmt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt wird.
Sensoranordnung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Kern einen oder mehrere Befestigungspfosten auf der in der zweiten Oberfläche des Kerns ausgebildeten Stufe und die zweite Einkapselung ein oder mehrere integral geformte Ausrichtungslöcher aufweist und wobei sich jeder der Befestigungspfosten in die Ausrichtungslöcher erstreckt, wenn der zweite Teil des flexiblen Substrats teilweise über die zweite Oberfläche des Kerns gewickelt ist.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das flexible Substrat so gewickelt ist, dass die erste Oberfläche des flexiblen Substrats über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und diesen gegenüberliegt.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das flexible Substrat so gewickelt ist, dass die zweite Oberfläche des flexiblen Substrats über der ersten und zweiten Oberfläche des Kerns liegt und diesen zugewandt ist.
Die Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, die ferner leitende Pads umfaßt, die auf dem flexiblen Substrat gebildet und auf die im Kern gebildeten Öffnungen ausgerichtet sind.
Die Sensorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Kern aus zwei getrennten Materialien besteht.
Die Sensoranordnung nach Anspruch 19, wobei ein erstes Material eine gedruckte Leiterplatte (PCB) und ein zweites Material ein auf einen Teil der Leiterplatte aufgegossenes Einkapselungsmaterial ist, wobei die Leiterplatte die erste Oberfläche des Kerns und das Einkapselungsmaterial die zweite Oberfläche des Kerns umfasst.
Ein Sensormodul, bestehend aus: einer umhüllten Sensorbaugruppe, die Folgendes umfasst: ein flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen und folgendes umfassen: räumlich getrennte erste und zweite Sensorbereiche; eine integrierte Schaltung, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; und eine oder mehrere leitende Pads, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind, und einen Einkapselungskern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die auf die erste Oberfläche des flexiblen Substrats aufgespritzt sind und Öffnungen aufweisen, die darin ausgebildet sind und mit den leitenden Pads ausgerichtet sind, wobei das flexible Substrat teilweise um den Einkapselungskern gewickelt ist, so dass die erste Oberfläche des flexiblen Substrats die erste und die zweite Oberfläche des Einkapselungskerns berührt, der erste Erfassungsbereich über der ersten Oberfläche des Einkapselungskerns liegt und der zweite Erfassungsbereich über der zweiten Oberfläche des Einkapselungskerns liegt.
Sensormodul nach Anspruch 21, bei dem der Verkapselungskern die integrierte Schaltung und das eine oder die mehreren passiven Komponenten einkapselt.
Sensormodul nach Anspruch 22, das ferner eine Versteifungsplatte umfasst, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats einen Teil des Verkapselungskerns umfasst, der die integrierte Schaltung einkapselt.
Sensormodul nach Anspruch 21 oder 22, das ferner eine Versteifungsplatte umfasst, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats die integrierte Schaltung umfasst.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der erste und der zweite Erfassungsbereich auf jeweils parallelen Oberflächen ausgebildet sind.
Das Sensormodul nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei der erste und der zweite Erfassungsbereich oder beide mit einer Schutzschicht bedeckt sind.
Das Sensormodul nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei die umhüllte Sensoranordnung ferner eine oder mehrere passive Komponenten umfasst, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind.
Das Sensormodul nach Anspruch 27, wobei der Verkapselungskern die eine oder mehrere passive Komponente(n) einkapselt.
Sensormodul nach Anspruch 28, das ferner eine Versteifungsplatte umfasst, die an der zweiten Oberfläche eines Teils des flexiblen Substrats befestigt ist, wobei die erste Oberfläche des Teils des flexiblen Substrats einen Teil des Einkapselungskerns umfasst, der die eine oder mehrere passive Komponente(n) einkapselt.
Verfahren zum Einsetzen eines Sensormoduls in eine Chipkarte, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Hohlraums in einem Kartenkörper der Chipkarte, wobei die Karte gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen aufweist, wobei der Hohlraum eine erste Hohlraumöffnung in der ersten Oberfläche des Kartenkörpers und eine zweite Hohlraumöffnung in der zweiten Oberfläche des Kartenkörpers bildet, und wobei der Hohlraum eine Vielzahl von elektrischen Kontakten freilegt; Einsetzen des Sensormoduls in den Hohlraum durch die erste Hohlraumöffnung, wobei das Sensormodul gegenüberliegende erste und zweite Sensorflächen und eine Vielzahl von leitenden Verbindungen aufweist, und wobei beim Einsetzen des Sensormoduls: (i) die Vielzahl von leitenden Verbindungen mit der Vielzahl von elektrischen Kontakten verbunden werden, (ii) die erste Sensorfläche mit der ersten Hohlraumöffnung ausgerichtet und durch diese freigelegt wird, und (iii) die zweite Sensorfläche mit der zweiten Hohlraumöffnung ausgerichtet und durch diese freigelegt wird; und Anbringen eines starren Rahmens auf der ersten Oberfläche des Kartenkörpers, um die erste Hohlraumöffnung abzudecken und das eingesetzte Sensormodul innerhalb des Hohlraums zu befestigen, wobei der starre Rahmen einen Ausschnitt aufweist, um die erste Sensorfläche freizu legen.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die erste Hohlraumöffnung größer als die zweite Hohlraumöffnung ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 30 oder 31, wobei die Mehrzahl der leitenden Verbindungen komprimierbare leitende Höcker umfasst.
Eine Host-Vorrichtung mit einem integrierten Sensor, umfassend: einen Host-Vorrichtungskörper mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche; eine operative Schaltung, die in den Host-Vorrichtungskörper eingebettet ist, wobei der Host-Vorrichtungskörper einen darin ausgebildeten Sensorhohlraum enthält, wobei der Sensorhohlraum durch einen zentralen Hohlraum, der zur zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörper offen ist, und ein Durchgangsloch vom zentralen Hohlraum und durch die erste Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers definiert ist; und ein Sensormodul, das innerhalb des Gehäuses des Host-Geräts montiert ist, wobei das Sensormodul Folgendes umfasst: einen ersten Erfassungsbereich auf einer ersten Oberfläche des Sensormoduls; und einen zweiten Erfassungsbereich auf einer zweiten Oberfläche des Sensormoduls; wobei das Sensormodul innerhalb des mittleren Hohlraums des Sensorhohlraums angeordnet ist und der erste Erfassungsbereich mit dem Durchgangsloch des Sensorhohlraums ausgerichtet und durch dieses zugänglich ist.
Host-Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die erste Oberfläche des Sensormoduls unter der ersten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers ausgespart, koplanar mit dieser angeordnet oder über diese hinausragend ist und die zweite Oberfläche des Sensormoduls unter der zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers ausgespart, koplanar mit dieser angeordnet oder über diese hinausragend ist.
Host-Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, die ferner einen ersten Rahmen aufweist, der über dem zentralen Hohlraum des Sensorhohlraums angeordnet und an dessen Umfang an einem Teil der zweiten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers befestigt ist, der den zentralen Hohlraum peripher umgibt, wobei der erste Rahmen einen darin ausgebildeten Ausschnitt aufweist, wobei der zweite Erfassungsbereich mit dem Ausschnitt des ersten Rahmens ausgerichtet und durch diesen zugänglich ist.
Host-Vorrichtung nach Anspruch 35, die ferner einen zweiten Rahmen aufweist, der über dem Durchgangsloch angeordnet und an seinem Umfang an einem Abschnitt der ersten Oberfläche des Host-Vorrichtungskörpers befestigt ist, der das Durchgangsloch peripher umgibt, wobei der zweite Rahmen einen darin ausgebildeten Ausschnitt aufweist, wobei der erste Erfassungsbereich mit dem Ausschnitt des zweiten Rahmens ausgerichtet und durch diesen zugänglich ist.
Die Host-Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Host-Vorrichtung eine Chipkarte ist.
Die Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen räumlich durch einen Abstand getrennt sind, der größer ist als die Höhe einer Kante, die die erste und die zweite Oberfläche des Kerns verbindet.
Ein Sensormodul mit zwei Abtastflächen und mit: einer ersten einseitigen Sensoranordnung mit einer ersten integrierten Schaltung, einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung einen ersten Erfassungsbereich umfasst; und einer zweiten einseitigen Sensoranordnung mit einer zweiten integrierten Schaltung, einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung einen zweiten Erfassungsbereich umfasst; wobei die erste einseitige Sensoranordnung umgekehrt und relativ zu der zweiten einseitigen Sensoranordnung gedreht ist und die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung angebracht ist, um eine doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung zu bilden, wobei die doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung eine erste Erfassungsfläche, die den ersten Erfassungsbereich umfasst, und eine zweite Erfassungsfläche, die den zweiten Erfassungsbereich umfasst, aufweist.
Sensormodul nach Anspruch 39, wobei die erste und die zweite integrierte Schaltung jeweils mit einem Steuerprozessor verbunden sind.
Das Sensormodul nach einem der Ansprüche 39 bis 40, das ferner eine Leiterplatte (PCB) mit einem Ausschnitt umfasst, wobei die doppelseitige Fingerabdrucksensoranordnung in den Ausschnitt eingesetzt ist und die erste und zweite integrierte Schaltung elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist.
Das Sensormodul nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei die erste einseitige Sensoranordnung eine erste Umspritzung umfasst, die die erste integrierte Schaltung einkapselt, und die zweite einseitige Sensoranordnung eine zweite Umspritzung umfasst, die die zweite integrierte Schaltung einkapselt.
Sensormodul nach Anspruch 42, wobei eine Oberfläche der ersten Umspritzung die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung umfasst, die ferner mindestens eine oder mehrere integral geformte Bauelemente umfasst: (i) Befestigungsstift und (ii) Ausrichtungsloch.
Sensormodul nach Anspruch 43, wobei eine Oberfläche der zweiten Umspritzung die erste Oberfläche der zweiten einseitigen Sensorbaugruppe umfasst, die mindestens ein oder mehrere einstückig geformte Elemente umfasst: (i) Befestigungsstift und (ii) Ausrichtungsbohrung, wobei der mindestens eine oder mehrere integral geformte Befestigungsstift(e) an der zweiten Umspritzung so konfiguriert ist (sind), dass er (sie) in das mindestens eine oder mehrere integral an der ersten Umspritzung geformte Ausrichtungsloch(e) passt (passen), wenn die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensorbaugruppe an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensorbaugruppe befestigt ist, und wobei das mindestens eine oder mehrere integral ausgebildete Ausrichtungsloch/löcher auf der zweiten Umspritzung so konfiguriert ist/sind, dass es/er den mindestens einen oder mehrere integral auf der ersten Umspritzung ausgebildete(n) Befestigungsstift(e) aufnimmt/aufnehmen, wenn die erste Oberfläche der ersten einseitigen Sensoranordnung an der ersten Oberfläche der zweiten einseitigen Sensoranordnung angebracht ist.
Das Sensormodul nach Anspruch 40, wobei sich der Steuerprozessor auf der Leiterplatte befindet.
Das Sensormodul nach Anspruch 39, wobei die erste einseitige Sensoranordnung ein erstes flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Treiberleitungen, die auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet sind, eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen, die auf der zweiten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet sind und quer zu den Treiberleitungen angeordnet sind und den ersten Erfassungsbereich definieren, und eine Vielzahl von Leiterbahnen, die auf mindestens einer der ersten und zweiten Oberflächen des ersten Substrats ausgebildet sind und die Treiberleitungen und die Aufnahmeleitungen der ersten einseitigen Sensoranordnung mit der ersten integrierten Schaltung verbinden, umfasst, und wobei die zweite einseitige Sensoranordnung ein zweites flexibles Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Treiberleitungen, die auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet sind, eine Vielzahl von Aufnahmeleitungen, die auf der zweiten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet sind und quer zu den Treiberleitungen angeordnet sind und den zweiten Erfassungsbereich definieren, und eine Vielzahl von Leiterbahnen aufweist, die auf mindestens einer der ersten und zweiten Oberflächen des zweiten Substrats ausgebildet sind und die Treiberleitungen und die Aufnahmeleitungen der zweiten einseitigen Sensoranordnung mit der zweiten integrierten Schaltung verbinden.
Sensormodul nach Anspruch 46, das ferner eine Vielzahl von ersten Verbindungskontaktstellen, die auf dem ersten Substrat ausgebildet sind, und eine Vielzahl von zweiten Verbindungskontaktstellen, die auf dem zweiten Substrat ausgebildet sind, umfasst.
Sensormodul nach Anspruch 46 oder 47, wobei die erste integrierte Schaltung auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist, und wobei die erste einseitige Sensoranordnung eine erste Umspritzung umfasst, die mindestens einen Teil der ersten Oberfläche des ersten Substrats, die Treiberleitungen und die erste integrierte Schaltung einkapselt, und wobei die zweite integrierte Schaltung auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist, und wobei die zweite einseitige Sensoranordnung eine zweite Umspritzung umfasst, die mindestens einen Teil der ersten Oberfläche des zweiten Substrats, die Treiberleitungen und die zweite integrierte Schaltung einkapselt.
Ein Sensormodul mit zwei Sensorflächen und mit: einem flexiblen Substrat mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen; ersten und zweiten Abtastbereichen, die auf räumlich getrennten Abschnitten des flexiblen Substrats angeordnet sind; einer ersten integrierten Schaltung, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet und mit dem ersten Erfassungsbereich verbunden ist, einer zweiten integrierten Schaltung, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet und mit einem zweiten Erfassungsbereich verbunden ist; und einem starren Kern mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, wobei das flexible Substrat zumindest teilweise um den Kern gewickelt ist, so dass der zweite Erfassungsbereich über der zweiten Oberfläche des Kerns liegt.
Das Sensormodul nach Anspruch 49, weiter umfassend: erste Verbindungspads, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet sind; und zweite Zwischenverbindungspads, die auf der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet sind, wobei die Abschnitte des flexiblen Substrats, auf denen die ersten und zweiten Zwischenverbindungspads angeordnet sind, über den Kern hinausragen.
Sensormodul nach Anspruch 50, das ferner einen Steuerprozessor aufweist, wobei die erste und die zweite integrierte Schaltung elektrisch mit dem Steuerprozessor verbunden sind.
Sensormodul nach Anspruch 51, das ferner eine Leiterplatte (PCB) mit dem Steuerprozessor umfasst.
Sensormodul nach Anspruch 52, bei dem mindestens eine der ersten und zweiten Verbindungskontaktstellen mit der Leiterplatte verbunden ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 49 bis 53, wobei der Kern ein starres Stück aus Polymer oder Glas mit gegenüberliegenden flachen Oberflächen umfasst, die die erste und zweite Oberfläche des Kerns definieren.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 49 bis 53, wobei der Kern eine erste Umspritzung, die über einem ersten Abschnitt der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet ist, der einer kontaktlosen Oberfläche des ersten Erfassungsbereichs entspricht und die erste ASIC einkapselt, und eine zweite Umspritzung umfasst, die über einem zweiten Abschnitt der ersten Oberfläche des flexiblen Substrats angeordnet ist, der einer kontaktlosen Oberfläche des zweiten Erfassungsbereichs entspricht und die zweite ASIC einkapselt, und wobei die erste und die zweite Umspritzung übereinander gefaltet sind.
Sensormodul nach Anspruch 55, wobei der erste ASIC und der zweite ASIC einander überlappen, wenn die erste und die zweite Umspritzungsform aufeinander gefaltet werden.
Sensormodul nach Anspruch 55, wobei der erste ASIC und der zweite ASIC sich nicht überlappen, wenn die erste und die zweite Umspritzungsform aufeinander gefaltet werden.
Sensormodul nach Anspruch 49, das ferner eine Leiterplatte (PCB) mit einer Steuereinheit umfasst, wobei mindestens eine der ersten und zweiten integrierten Schaltungen elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, wobei der Kern eine erste Umspritzung, die den ersten ASIC und die Leiterplatte einkapselt, und eine zweite Umspritzung, die den zweiten ASIC einkapselt, umfasst, und wobei die erste und zweite Umspritzung aufeinander gefaltet sind.
Sensormodul nach Anspruch 55, wobei die erste Umspritzung eine Stufe umfasst, die in einer ersten Oberfläche davon ausgebildet und so konfiguriert ist, dass sie die zweite Umspritzung aufnimmt, wenn die erste und die zweite Umspritzung aufeinander gefaltet werden.