DE19833928A1 - Biometric sensor device with electronic components integrated in a flexible conductor strip - Google Patents
Biometric sensor device with electronic components integrated in a flexible conductor stripInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen, insbesondere Fingerminutien, ge mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a sensor device for detection of biometric features, especially finger minutiae, ge according to the preamble of claim 1.
Zur Authentifizierung bzw. Identifikation von Personen können zusätzlich oder alternativ zu einer Codenummer (PIN) auch biometrische personenspezifische Merkmale verwendet werden. Derartige Merkmale können charakteristische Formen der Haut sein, die beim Fingerabdruck Minutien genannt werden. Eine derartige Authentifizierung von Personen mittels biometri scher Daten kann beispielsweise bei Bankautomaten, Handys und Computer eingesetzt werden. Hierbei ist ein elektrisch akti ves Sensorfeld, auf das ein Finger aufgelegt werden muß, bei spielsweise im Gehäuse des Handys, im Schalter eines Autos oder in der PC-Tastatur zu integrieren.For authentication or identification of people in addition or as an alternative to a code number (PIN) biometric person-specific characteristics are used. Such features can be characteristic forms of the skin be called minutiae in the fingerprint. A such authentication of people using biometri shear data can be found, for example, at ATMs, cell phones and Computers are used. Here is an electrically active ves sensor field, on which a finger must be placed, at for example in the housing of the cell phone, in the switch of a car or to integrate into the PC keyboard.
Es ist bekannt, einen Sensorchip, auf dem das aktive Sensor feld vorgesehen ist, über ein Flexleiterband mit entfernt an geordneten Leiterplatten elektrisch zu verbinden. Auf einer derartigen Leiterplatte können dann weitere Bauelemente, wie Spannungswandler, Auswerteelektronik, Digitalwandler oder Zentralrechner angeordnet sein. Ein Flexleiterband besteht üblicherweise aus einem biegsamen Trägerband aus Kunststoff, auf dem eine Vielzahl nebeneinanderliegender Leiterbahnen aufgebracht sind. Aufgrund seiner hohen Flexibilität kann ein derartiges Flexleiterband auch um enge Kurven gelegt werden und ist daher zur Verbindung des Sensorchips mit einer star ren Leiterplatte besonders geeignet. Ein weiterer Vorteil ei nes derartigen Flexleiterbandes liegt darin, daß der Abstand zwischen Sensorchip und starrer Leiterplatte variiert werden kann. It is known a sensor chip on which the active sensor field is provided, via a flexible conductor with orderly interconnect circuit boards. On a Such circuit board can then other components, such as Voltage converter, evaluation electronics, digital converter or Central computer to be arranged. There is a flexible conductor tape usually from a flexible plastic carrier tape, on which a large number of adjacent conductor tracks are upset. Because of its high flexibility, a Such flexible conductor tape can also be placed around tight curves and is therefore for connecting the sensor chip with a star Ren particularly suitable circuit board. Another advantage Nes such flexible conductor tape is that the distance can be varied between the sensor chip and the rigid circuit board can.
Die Anordnung von aktiven und passiven elektronischen Bauele menten auf einer starren Leiterplatte, die mittels des Flex leiterbandes mit dem Sensorchip verbunden ist, hat zur Folge, daß das Flexleiterband viele analoge Ausgänge aufweisen und daher entsprechend breit ausgebildet sein muß. Dies führt weiterhin zu entsprechend großen und breiten Steckersockeln, was im Hinblick auf die angestrebte Miniaturisierung auf die sem Gebiet besonders nachteilig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die biometrische Sensoreinrichtung, beste hend aus Sensorchip und Flexleiterband, nicht bereits bei der Herstellung dieser Komponenten zusammen mit den aktiven und passiven elektronischen Bauelementen getestet werden kann. Vielmehr ist ein Gesamttest dieser Komponenten erst in einem späteren Stadium nach dem Verbinden des Flexleiterbandes mit der Leiterplatte möglich.The arrangement of active and passive electronic components elements on a rigid circuit board, which is connected by means of the Flex conductor strip is connected to the sensor chip, that the flexible conductor tape has many analog outputs and therefore must be designed accordingly wide. this leads to continue to correspondingly large and wide connector bases, which in terms of the miniaturization aimed at is particularly disadvantageous in this area. Another disadvantage is that the biometric sensor device, best consisting of sensor chip and flexible conductor tape, not already with the Manufacture of these components together with the active and passive electronic components can be tested. Rather, an overall test of these components is only in one later stage after connecting the flexible conductor tape with the PCB possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biometrische Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine möglichst geringe Anzahl von Flexleiterband-Aus gängen aufweisen kann und eine möglichst geringe Baugröße der biometrischen Sensoreinrichtung und der damit verbundenen Komponenten, insbesondere der nachgeschalteten Leiterplatte, ermöglicht.The invention has for its object a biometric To create sensor devices of the type mentioned at the outset, which has the smallest possible number of flexible conductor strip off can have gears and the smallest possible size of the biometric sensor device and the associated Components, in particular the downstream circuit board, enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin dung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the features of the An Proverb 1 solved. Advantageous embodiments of the invention tion are described in the further claims.
Bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind auf dem Flexleiterband elektronische Bauelemente angeordnet und dort mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden.In the sensor device according to the invention are on the Flexible conductor tape arranged electronic components and there electrically connected to the conductor tracks.
Erfindungsgemäß werden somit elektronische Bauelemente, die bisher üblicherweise auf nachgeschalteten starren Leiterplat ten angeordnet wurden, direkt auf dem Flexleiterband mon tiert. Hierzu wird ein Leiterbahn- und Bauelemente-Anschluß bild derart hergestellt, daß diese elektronischen Bauele mente - ähnlich wie SMD-Bauelemente auf einer starren Leiterplat te - fixiert und elektrisch kontaktiert werden können. Es wird somit ein Flexleiterband mit integrierten elektronischen Zu satzfunktionen geschaffen.According to the invention, electronic components that previously usually on downstream rigid circuit boards ten were arranged directly on the flexible conductor tape mon animals. For this purpose, a conductor track and component connection picture produced in such a way that these electronic components elements - similar to SMD components on a rigid circuit board te - can be fixed and electrically contacted. It will thus a flexible conductor tape with integrated electronic access sentence functions created.
Die erfindungsgemäße Ausführung bietet den Vorteil, daß die Anzahl der Ausgänge des Flexleiterbandes, d. h. die Anzahl der abgehenden Leiterbahnen, wesentlich verringert werden kann. Die Breite des Flexleiterbandes kann daher hinter den elek tronischen Bauelementen bedeutend verringert werden. Dies führt auch zu wesentlich kleineren Steckersockeln am Ausgang des Flexleiterbandes. Diese Vorteile werden erreicht, ohne daß der Sensorchip oder das Chipgehäuse, in welches der Sen sorchip eingesetzt ist, vergrößert werden müßte. Das erfin dungsgemäße Flexleiterband ermöglicht ferner eine möglichst kleine Bauweise der nachfolgenden Leiterplatte. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die komplette Funk tionsfähigkeit der Sensoreinrichtung zusammen mit den dazu erforderlichen passiven und aktiven elektronischen Bauelemen ten bereits bei der Herstellung der Sensoreinrichtung als Ge samtsystem geprüft, abgestimmt und optimiert werden kann. Durch die Komplettmontage kann somit vor Auslieferung der Sensoreinrichtung ein umfassender Funktionstest durchgeführt werden.The embodiment of the invention has the advantage that the Number of outputs of the flexible conductor tape, d. H. the number of outgoing interconnects, can be significantly reduced. The width of the flexible conductor tape can therefore be behind the elec tronic components can be significantly reduced. This also leads to much smaller connector sockets at the output of the flexible conductor tape. These advantages are achieved without that the sensor chip or the chip housing in which the Sen sorchip is inserted, should be enlarged. That invented In addition, flexible conductor tape according to the invention enables one as possible small design of the subsequent circuit board. Another The main advantage is that the complete radio ability of the sensor device together with the required passive and active electronic components already in the manufacture of the sensor device as a Ge entire system can be checked, coordinated and optimized. Due to the complete assembly, the A comprehensive function test was carried out by the sensor device become.
Zweckmäßigerweise werden die elektronischen Bauelemente mit einem leitfähigen Kleber oder einer Lötverbindung mit den Leiterbahnen verbunden.The electronic components are expediently used a conductive adhesive or a solder joint with the Interconnects connected.
Die elektronischen Bauelemente, die auf der Flexleiterbahn montiert werden, können beispielsweise Kondensatoren und/oder digitale Signalprozessoren (DSP) umfassen.The electronic components on the flex circuit can be mounted, for example, capacitors and / or digital signal processors (DSP).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen bei spielhaft näher erläutert. The invention is described below with reference to drawings explained in a playful way.
Fig. 1 zeigt einen mittigen Längsschnitt durch die erfin dungsgemäße Sensoreinrichtung. Fig. 1 shows a central longitudinal section through the sensor device according to the inven tion.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Sensoreinrichtung von Fig. 1. FIG. 2 shows a top view of the sensor device from FIG. 1.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit III von Fig. 1. FIG. 3 shows an enlarged section of detail III from FIG. 1.
Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit IV von Fig. 2. FIG. 4 shows an enlarged section of the detail IV from FIG. 2.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Fig. 5 shows a plan view of an alternative embodiment of the sensor device according to the invention.
Aus den Fig. 1 bis 3 ist ein Sensorchip 1 ersichtlich, der in eine Vertiefung 2 eines aus Kunststoff bestehenden Chipge häuses 3 eingebettet ist. Die Vertiefung 2 ist derart auf die Höhe des Sensorchips 1 abgestimmt, daß die obere Fläche des Chipgehäuses 3 und diejenige des Sensorchips 1 zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Die obere Fläche des Sensorchips 1 ist zumindest zum weitaus größten Teil als aktive Sensorfläche 4 ausgebildet, auf die ein Finger auf gelegt werden kann. Diese aktive Sensorfläche 4 ist derart ausgebildet, daß sie Fingerminutien erkennen kann, die dann in Form von elektrischen Signalen zur weiteren Bearbeitung weitergegeben werden.From FIGS. 1 to 3, a sensor chip 1 is seen, the one made of plastic Chipge into a depression 2 is embedded häuses. 3 The depression 2 is matched to the height of the sensor chip 1 in such a way that the upper surface of the chip housing 3 and that of the sensor chip 1 lie at least essentially in the same plane. The upper surface of the sensor chip 1 is at least for the most part designed as an active sensor surface 4 , on which a finger can be placed. This active sensor surface 4 is designed such that it can recognize finger minutiae which are then passed on in the form of electrical signals for further processing.
Die aktive Sensorfläche 4 ist von einem umlaufenden Masserah men 5 in Form einer dünnen leitfähigen Schicht umgeben. Die ser Masserahmen 5 gewährleistet eine sichere Massekontaktie rung des Fingers, wenn dieser auf die aktive Sensorfläche 4 aufgelegt wird.The active sensor surface 4 is surrounded by a circumferential frame 5 in the form of a thin conductive layer. The water frame 5 ensures a safe ground contact of the finger when it is placed on the active sensor surface 4 .
Um die elektrischen Signale vom Sensorchip 1 zu einer ent fernt liegenden, nicht dargestellten starren Leiterplatte oder anderen elektronischen Einrichtungen weiterleiten zu können, ist der Sensorchip 1 mittels Anschlußdrähten 6 mit Leiterbahnen 7 elektrisch verbunden, welche sich auf einem Flexleiterband 8 befinden. Das Flexleiterband 8 besteht in bekannter Weise aus einem hochflexiblen, nichtleitenden Trä germaterial, auf dem in gleicher oder ähnlicher Weise, wie dies bei Leiterplatten der Fall ist, die Leiterbahnen 7 in einem bestimmten Muster aufgebracht sind.In order to be able to forward the electrical signals from the sensor chip 1 to a distant, not shown rigid circuit board or other electronic devices, the sensor chip 1 is electrically connected by means of connecting wires 6 to conductor tracks 7 , which are located on a flexible conductor strip 8 . The flexible conductor strip 8 consists in a known manner of a highly flexible, non-conductive carrier material on which the conductor tracks 7 are applied in a certain pattern in the same or a similar manner as is the case with printed circuit boards.
Das Flexleiterband 8 liegt mit seinem vorderen Ende und über seine gesamte Breite auf dem in den Fig. 1 bis 3 darge stellten rechten Randbereich 10 des Chipgehäuses 3 auf, so daß sich das Chipgehäuse 3 und das Flexleiterband 8 in diesem Randbereich 10 überlappen. Das Flexleiterband 8 kann in die sem Überlappungsbereich beispielsweise mittels einer Klebe verbindung mit dem Randbereich 10 des Chipgehäuses 3 verbun den sein.The flexible conductor strip 8 lies with its front end and over its entire width on the right edge region 10 of the chip housing 3 shown in FIGS . 1 to 3, so that the chip housing 3 and the flexible conductor strip 8 overlap in this edge region 10 . The flexible conductor 8 can be connected to the sem overlap region, for example by means of an adhesive connection to the edge region 10 of the chip housing 3 .
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, erstreckt sich das vordere Ende des Flexleiterbandes 8 bis nahe zum Beginn der Vertiefung 2, so daß die Anschlußdrähte 6, welche sich von den entsprechen den Anschlußstellen des Sensorchips 1 zu den Leiterbahnen 7 des Flexleiterbandes 8 erstrecken, möglichst kurz gehalten werden können.As seen from Fig. 3, the front end of the flexible conductor strip 8 extends to near the beginning of the recess 2, so that the lead wires 6 which extend from the correspond to the connection sites of the sensor chip 1 to the conductor tracks 7 of the flexible printed circuit ribbon 8 as short as possible can be held.
Die Anschlußdrähte 6 sind zum Schutz und zur gegenseitigen elektrischen Isolierung in eine nichtleitende Kunststoffmasse 11 (globe top) eingegossen.The connecting wires 6 are cast into a non-conductive plastic mass 11 (globe top) for protection and for mutual electrical insulation.
Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich, sind auf dem Flex leiterband 8 zwei elektronische Bauelemente 12 in der Form von Kondensatoren angeordnet, die jeweils mit zwei Leiterbah nen 7 elektrisch kontaktiert sind. An der Kontaktierungsstel le weisen die beiden betreffenden Leiterbahnen 7 voneinander einen größeren Abstand auf, der an die Größe des elektroni schen Bauelementes 12 angepaßt ist und ein einfaches Kontak tieren der Anschlüsse des elektronischen Bauelementes 12 an den Leiterbahnen 7 ermöglicht. Zu diesem Zweck können die Leiterbahnen 7 auch verbreiterte leitfähige Bereiche 13 auf weisen.As can be seen from FIGS . 2 and 4, two electronic components 12 in the form of capacitors are arranged on the flexible conductor strip 8 , each of which is electrically contacted with two conductor tracks 7 . At the Kontaktierungsstel le, the two conductor tracks 7 in question are at a greater distance from one another, which is adapted to the size of the electronic component's 12 and allows simple contact of the connections of the electronic component 12 to the conductor tracks 7 . For this purpose, the conductor tracks 7 can also have widened conductive regions 13 .
Die Kontaktierung der elektronischen Bauelemente 12 mit den Leiterbahnen 7 kann beispielsweise mittels leitfähigem Kleber oder einer Lötverbindung erfolgen.The electronic components 12 can be contacted with the conductor tracks 7 , for example by means of conductive adhesive or a soldered connection.
Es ist ersichtlich, daß der Verlauf der Leiterbahnen 7 an die darauf zu kontaktierenden elektronischen Bauelemente 12 ange paßt ist.It can be seen that the course of the conductor tracks 7 is fitted to the electronic components 12 to be contacted thereon.
Aus Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei welcher auf dem Flexleiterband 8 zusätzlich zu den beiden Kondensatoren ein weiteres elektronisches Bau element 14 in Form eines digitalen Signalprozessors (DSP) an geordnet ist. Das elektronische Bauelement 14 ist eingangs seitig mit den vom Sensorchip 1 kommenden Leiterbahnen 7 kon taktiert. Wie ersichtlich, ist die Anzahl der Leiterbahnen 7 nach dem elektronischen Bauelement 14 entsprechend der ver ringerten Anzahl von Ausgängen wesentlich geringer als zwi schen dem elektronischen Bauelement 14 und dem Sensorchip 1. Das Flexleiterband 8 ist daher nach dem elektronischen Bau element 14 entsprechend schmäler ausgebildet.From Fig. 5 a further embodiment of the invention can be seen, in which on the flexible conductor 8 in addition to the two capacitors, another electronic construction element 14 in the form of a digital signal processor (DSP) is arranged. The electronic component 14 is clocked on the input side with the conductor tracks 7 coming from the sensor chip 1 . As can be seen, the number of conductor tracks 7 after the electronic component 14 corresponding to the reduced number of outputs is substantially less than between the electronic component 14 and the sensor chip 1 . The flexible conductor 8 is therefore narrower according to the electronic construction element 14 .
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, die elektronischen Bauelemente 12, 14 mög lichst nahe dem Chipgehäuse 3 anzuordnen, um über eine mög lichst weite Strecke ein schmales Flexleiterband 8 zu erhal ten.In the embodiment shown in FIG. 5, it may be appropriate to arrange the electronic components 12 , 14 as close as possible to the chip housing 3 in order to obtain a narrow flexible conductor strip 8 over the greatest possible distance.
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