DE69811361T2

DE69811361T2 - Fingerabdrucksensor mit einer anisotropen dielektrischen schicht und dazugehörige verfahren

Info

Publication number: DE69811361T2
Application number: DE69811361T
Authority: DE
Inventors: Mike Newton; M. Salatino; R. Setlak; W. Van Vonno
Original assignee: Authentec Inc
Current assignee: Authentec Inc
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: US6376393B1; KR20010012636A; EP0983572B1; JP2002502517A; AU7565198A; WO1998052145A1; DE69811361D1; JP4082467B2; CN1278347A; EP0983572A1; US6088471A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Personen-Identifikation und -Verifikation und im Speziellen auf den Bereich der Fingerabdruck-Sensorik und -Verarbeitung.
Das sensorische Abtasten und Vergleichen auf Übereinstimmung von Fingerabdrücken ist eine verlässliche und weit verbreitete Technik zur Personenidentifikation und -Verifikation. Im Speziellen bringt ein herkömmlicher Ansatz zur Identifikation von Fingerabdrücken das Scannen eines Muster-Fingerabdrucks mit sich oder ein Abbild davon und das Abspeichern des Abbildes und/oder einzigartiger Merkmale des Fingerabdruck-Abbildes. Die Merkmale des Muster-Fingerabdrucks können verglichen werden mit Informationen von Referenz-Fingerabdrücken, die bereits in Datenbanken vorhanden sind, um die richtige Identifikation einer Person festzustellen, wie beispielsweise zu Zwecken der Verifikation.
Ein typischer elektronischer Fingerabdruck-Sensor basiert auf der Beleuchtung der Fingeroberfläche durch Einsatz von sichtbarem Licht, Infrarotlicht, oder Ultraschallstrahlung. Die reflektierte Energie wird zum Beispiel mit einer Art Kamera eingefangen, und das daraus sich ergebende Abbild wird gerahmt, digitalisiert und gespeichert als ein statisches Digitalbild. Die Spezifikation der Patentschrift US-A-4,210,899 offenbart einen optischen Scanner eines Fingerabdruck-Lesegerätes, welcher mit einer Zentralprozessor-Station zusammen arbeitet, zu einer Zugangssicherheitsanwendung, wie beispielsweise der Zugangserlaubnis einer Person zu einem Ort oder das Breitstellen eines Zugriffs auf ein Computer-Terminal. Die Spezifikation der Patentschrift US-A-4,525,859 offenbart eine Video-Kamera zur Aufnahme eines Fingerabdruck-Abbildes und nutzt die Einzelheiten eines Fingerabdruckes, das sind die Verzweigungen und Endungen der Fingerabdruck- Fingerhaut-Leisten, um einen Übereinstimmungsvergleich anzustellen mit einer Datenbank von Referenz-Fingerabdrücken.
Unglücklicher Weise kann die optische Sensorik beeinträchtigt werden durch Andrücken verformter Finger oder ein optischer Sensor kann getäuscht werden durch Vorlage einer Fotografie oder eines gedruckten Abbildes eines Fingerabdrucks, anstatt eines wahren lebenden Fingerabdrucks. Zusätzlich dazu können optische Systeme relativ große Abstände zwischen den Fingerkontakt- Oberflächen und den zugehörigen Abbildungskomponenten erfordern. Und weiter noch erfordern solche Sensoren typischer Weise eine präzises Ausrichten/Abgleichen und ein komplexes Scannen optischer Strahlen.
Die Spezifikation der Patentschrift US-A-4,353,056 offenbart einen anderen Ansatz zur sensorischen Aufnahme eines lebenden Fingerabdrucks. Im Speziellen offenbart diese Patentschrift eine Anordnung/Matrix von extrem kleinen Kapazitäten, die in einer Ebene parallel zur sensorischen Oberfläche der Vorrichtung angeordnet sind. Wenn ein Finger die sensorischen Oberfläche berührt und die Oberfläche deformiert kann eine Spannungsverteilung in einer seriellen Schaltungsverbindung von Kapazitäten sich ändern. Die Spannungen jeder der Kapazitäten ist durch eine Multiplex-Technik bestimmt. Unglücklicherweise können die für den Sensor geforderten elastisch federnden Materialien langfristig an Zuverlässigkeitsproblemen leiden. Zusätzlich ist die Multiplextechnik für das Betreiben und das Scannen von jedem individuellen Kondensator relativ langsam und Schwerfällig. Im Weiteren können Lärm und Streukapazitäten nachteilig die Vielzahl der relativ kleinen und dicht beabstandeten Kondensatoren beeinflussen.
Die Spezifikation der Patentschrift US-A-5,325,442 offenbart einen Fingerabdruck- Sensor, beinhaltend eine Vielzahl von Sensorelektroden. Eine aktive Adressierung der Sensorelektroden wird ermöglicht durch eine Schaltvorrichtung, die verbunden ist mit jeder der Sensorelektroden. Eine Kapazität wird effektiv gebildet durch jede Elektrode in Kombination mit dem jeweiligen darüber liegenden Teil der Finger- Oberfläche, welche selbst wiederum auf Erdpotential liegt. Der Sensor ist hergestellt durch Einsatz eines Halbleiter-Wafers und der Technologie der Integrierten Schaltkreise. Das dielektrische Material, auf dem der Finger platziert wird, kann durch Silikon-Nitrid oder einem Polyimid bereit gestellt werden, welche als kontinuierliche Schicht geliefert werden kann über einer Anordnung/Matrix von Sensorelektroden.
Unglücklicherweise kann das Betreiben der Anordnung/Matrix von dicht beabstandeten Sensorelektroden, wie es in dem Knapp et al. Patent offenbart ist, schwierig sein, da benachbarte Elektroden sich gegenseitig beeinflussen können. Eine andere Schwierigkeit mit solch einem Sensor kann seine Fähigkeit sein, die Leisten und Täler eines Fingerabdrucks zu unterscheiden, da die Leitfähigkeit der Haut und jede Verunreinigung in weiten Bereichen von Person zu Person variieren kann und sogar über einen einzigen Fingerabdruck. Noch eine weitere Schwierigkeit mit solchen Sensoren, wie mit vielen optischen Sensoren, liegt darin, dass unterschiedliche Teile der Fingerabdrücke relativ komplizierte Sammlungen älterer Abbildungen erfordern, für die Zurverfügungstellung von brauchbaren Signalpegeln und Kontrasten, um dadurch eine rasche Bestimmung der Leisten und Täler des Fingerabdruckes zu ermöglichen. Die Spezifikation der Patentschrift US-A-4,811,414 offenbart Verfahren zur Rausch-Glättung, Beleuchtungs-Angleichung, gerichteten Filterung, Kurven-Anpassung und Maßstabs-Korrektur, für ein optisch erzeugtes Abbild eines Fingerbadrucks. Unglücklicherweise sind die unterschiedlichen Schritte des Prozessablaufes komplex, und sie erfordern beträchtliche Computerleistung in einem nachgeschaltetem Prozessor. Die einzelnen Verarbeitungen der Fingerabdrücke können ebenso relativ kompliziert sein, und deshalb teuer und/oder langsam.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen Fingerabdrucksensor, umfassend einen würfelförmigen, integrierten Schaltkreis, umfassend wenigstens eine leitfähige Schicht, definierend eine Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes für die Erfassung eines Fingerabdruckes, eine dielektrische Schicht, unmittelbar benachbart angrenzend an die Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes von besagtem, würfelförmigen, integrierten Schaltkreis, und für die Berührung durch einen Finger, dadurch gekennzeichnet, dass besagte dielektrische Schicht eine in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, aniosotrope, dielektrische Schicht für die Fokussierung eines elektrischen Feldes an jeder der Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes aufweist, in welcher die Z- Achse rechtwinklig ausgerichtet ist zu besagter, wenigstens einer leitfähigen Schicht, und besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, aniosotrope, dielelektrische Schicht die äußerste, schützende Oberfläche für besagten würfelförmigen Schaltkreis darstellt.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Fingerabdrucksensors, umfassend die Schritte des:
Bildens eines würfelförmigen, integrierten Schaltkreises, umfassend wenigstens eine leitfähige Schicht und definierend eine Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes für die Erfassung eines Fingerabdrucks, des Bildens einer dielektrischen Schicht unmittelbar angrenzend angeordnet an die Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes des würfelförmigen, integrierten Schaltkreises und für die Berührung durch einen Finger, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht eine in Z-Achsenrichtung sich erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht für die Fokussierung eines elektrischen Feldes an jeder der Elektroden für die Erfassung eines elektrischen Feldes aufweist, in welcher die Z-Achse im rechten Winkel zu besagter, wenigstens einer leitfähigen Schicht ausgerichtet ist, und den Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht, welche umfasst, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achse erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht die äußerste, schützende Oberfläche für den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis definiert.
Der Sensor für den Fingerabdruck der die vorliegenden Erfindung verkörpert umfasst eine dielektrische Beschichtung, beinhaltend eine in der z-Achse ausgerichtete dielektrische Schicht, welche eine Schutzschicht ausbildet, und es deshalb ermöglicht Signale und Energie auszutauschen, mit dem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis des Sensors.
In anderen Worten gesagt, kann die dielektrische Schicht relativ dick sein, aber nicht in Defokusierung des elektrischen Feldes resultieren, welches sich durch die dielektrische Beschichtung fortpflanzt, auf Grund des anisotropen Materials in der z- Achse.
So weist z. B. die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,0025 mm bis 0,102 mm (0,0001 bis 0,004 inches) auf. Natürlich ist die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht chemisch resistent und mechanisch fest ausgebildet, und dem Kontakt mit den Fingern zu widerstehen, und periodischen Reinigungen mit Lösungsmitteln zu widerstehen.
Die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht definiert vorzugsweise eine äußerste Schutzschicht für den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis. Dementsprechend kann die dielektrische Schutzschicht weiters beinhalten, wenigstens eine relativ dünne Schicht eines Oxydes, Nitrites, Karbides und/oder Diamantes auf besagtem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis, und unter besagter, in Z-Achsenrichtung ausgerichteter, anisotropischer, dielektrischer Schicht.
Die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht kann durch eine Vielzahl von orientiert ausgerichteten, dielektrischen Partikeln in einer geschützten Matrix hergestellt sein. So kann z. B. die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht Barium-Titanat in einer polyimiden Matrix aufweisen. Die in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope Schicht kann ebenfalls eine Reihe von hoch dielektrischen Abschnitten aufweisen, fluchtend mit den korrespondierenden Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes, und einer Matrix von niedrig dielektrischen Abschnitten, welche die hoch dielektrischen Abschnitte umgeben.
Die gesamte obere Oberfläche des würfelförmigen, integrierten Schaltkreises kann vollständig beschichtet sein, während eine elektrische Verbindung zu den externen Vorrichtungen und Schaltkreisen ermöglicht ist. Die leitfähige Schicht beinhaltet vorzugsweise eine Vielzahl von kapazitiven Kopplungs-Pads zur Ermöglichung der kapazitiven Kopplung mit besagtem, würfelförmigen integrierten Schaltkreis. Dementsprechend erstreckt sich die dielektrische Schicht kontinuierlich über besagte kapazitive Kopplungs-Pads und die Reihe von Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes. Die sich in Z-Achse erstreckende, dielektrische Schicht reduziert vorteilhafter Weise ebenfalls ein Quer-Sprechen zwischen unmittelbar benachbart angeordneten, kapazitiven Kopplungs-Pads. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung präsentiert keine Durchdringung durch die dielelektrische Beschichtung für Feuchtigkeit, so dass diese eindringen und den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis könnte.
Der Sensor für den Fingerabdruck umfasst vorzugsweise eine Umhüllung für den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis und die dielektrische Beschichtung. Für den Sensor für den Fingerabdruck weist die Umhüllung vorzugsweise eine Öffnung auf, die fluchtend ist, mit den korrespondierenden Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes. Ein oder mehrere Finger kontaktierende Elektroden können getragen werden durch die Umhüllung, und elektrisch verbunden sein mit dem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis.
Die Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Fingerabdrucksensors ist;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Schaltungsteiles des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 3 eine stark vergrößerte Draufsicht auf den Sensorteil des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines anderen Schaltungsteiles des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 5 eine stark vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Teils des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 6 eine stark vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Teils einer alternativen Ausführungsform des Fingerabdrucksensors ist;
Fig. 7 eine stark vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines anderen Teils des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm eines noch anderen Schaltungsteils des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 9 ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines Teiles des Schaltkreises ist, wie in Fig. 8 gezeigt;
Fig. 10 ein schematisches Blockdiagramm wiederum eines anderen Schaltungsteils des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 11 ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Schaltungsteils ist, wie in Fig. 10 gezeigt;
Fig. 12 ein schematisches Blockdiagramm eines zusätzlichen Schaltungsteiles des Fingerabdrucksensors ist, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 13 ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Schaltungsteiles ist, wie in Fig. 12 gezeigt;
Die Fig. 1-3 zeigen einen Fingerabdrucksensor 30, welcher ein Gehäuse oder ein Bausteinpaket 51 beinhaltet, eine dielektrische Schicht 52, die an einer oberen Oberfläche des Bausteinpakets nach außen hin ausgesetzt ist, welche eine Auflagefläche für den Finger bildet, und eine Vielzahl von Ausgangs-Pins, die nicht gezeigt sind. Ein erster leitfähiger Streifen oder eine erste externe Elektrode 54 um die Peripherie der dielektrischen Schicht 52, und eine zweite externe Elektrode 53 liefern Kontaktelektroden für den Finger 79. Der Sensor 30 liefert Ausgangssignale in einem hoch auflösendenden Bereich, in Abhängigkeit des Niveaus der Verarbeitung.
Der Sensor 30 beinhaltet eine Vielzahl von individuellen Pixeln oder Sensorelementen 30a, die in einem Muster einer Matrix angeordnet sind, was vielleicht am besten in Fig. 3 zu sehen ist. Diese Abtastelemente sind relativ klein, so dass sie die Fähigkeit besitzen, die Fingerhaut-Leisten 59 und die dazwischen liegenden Fingerhaut-Täler 60 eines typischen Fingerabdruckes sensorisch abzutasten. Die Abtastsignale von lebenden Fingerabdrücken wie von dem Elektrischen-Feld-Sensor 30 sind weniger zuverlässig als ein optisches sensorisches Abtasten, weil die Impedanz der Haut eines Fingers in einem Muster aus Fingerhaut- Leisten und Fingerhaut-Tälern extrem schwer zu simulieren ist. Im Gegensatz dazu kann ein optischer Sensor beispielsweise ohne weiteres durch eine Fotografie oder andere ähnliche Abbilder eines Fingerabdruckes getäuscht werden.
Der Sensor 30 beinhaltet ein Substrat 65 und ein oder mehrere Halbleitervorrichtungen, die darauf gebildet sind, wie beispielsweise den schematisch gezeigten Verstärker 73. Eine erste Metallschicht 66 verbindet die aktiven Halbleitervorrichtungen. Eine zweite oder Basis-Erdungs-Flächen-Elektrodenschicht 68 ist über der ersten Metallschicht 66 angeordnet und getrennt davon durch eine Isolierschicht 67. Ein dritte Metallschicht 71 ist über einer anderen dielektrischen Schicht 70 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste externe Elektrode 54 mit einem Erregungsantriebs-Verstärker 74 verbunden, welcher selbst den Finger 79 mit einem Signal beaufschlagt, von angenommen typisch im Bereich von ungefähr 1 KHz bis 1 MHz. Die Antriebs- oder Erregungselektroniken sind damit relativ unkompliziert und die Gesamtkosten des Sensors 30 können relativ niedrig sein, währen die Zuverlässigkeit groß ist.
Eine kreisförmig geformte Sensorelektrode 78 für ein elektrisches Feld ist auf der Isolierschicht 70 angeordnet. Die Sensorelektrode 78 kann mit einer integrierten Abtastelektronik verbunden sein, wie beispielsweise dem Verstärker 73, der neben dem Substrat 65 gebildet ist, wie schematisch dargestellt ist.
Eine ringförmig geformte Abschirmelektrode 80 umgibt die Sensorelektrode 78, in beabstandetem Verhältnis davon. Die Sensorelektrode 78 und ihre umgebende Abschirmelektrode 80 können andere Formen haben, so zum Beispiel hexagonal, beispielsweise, um eine dicht gepackte Anordnung oder Matrix von Pixeln oder Abtastelementen 30a zu erleichtern. Die Abschirmelektrode 80 ist eine aktive Abschirmung, die durch einen Teil des Ausgangs des Verstärkers 74 betrieben wird, um zu helfen, die Energie des elektrischen Feldes zu fokussieren und weiterhin hierdurch die Erfordernis des Betreibens benachbarter Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld zu reduzieren.
Obwohl der Sensor 30 eine Matrix von Sensorelemente 30a beinhaltet, wie dargestellt in Fig. 3, ist in der Fig. 2 lediglich ein einziges Element dargestellt, welches eine Sensorelektrode und ihre damit verbundene Schutzelektrode 80, und in einem sehr vergrößertem Maßstab zu Zwecke einer besseren Klarheit. Der Sensor 30 beinhaltet nur drei Metallschichten oder elektrisch leitfähige Schichten 66, 68 und 71. Der Sensor 30 kann ohne die Erfordernis zusätzlicher Metallschichten gebildet werden, die ansonsten die Herstellungskosten erhöhen würden und vielleicht den Wirkungsgrad oder die Erfolgsrate erniedrigen würden. Demgemäss ist der Sensor 30 weniger kostenintensiv und kann robuster und zuverlässiger sein als ein Sensor, der vier oder mehr Metallschichten beinhaltet.
Der Verstärker 73 kann unter einer Verstärkung von größer als ungefähr eins betrieben werden, um die Abschirmelektroden 80 zu beaufschlagen. Stabilitätsprobleme beeinträchtigen nicht nachteilig den Betrieb des Verstärkers 73. Weiterhin werden der Gleichtakt und die allgemeine Rauschunterdrückung stark erhöht gemäß dieses Merkmales der Erfindung. Zusätzlich dazu neigt der Betrieb unter einer Verstärkung größer als 1 dazu, das elektrische Feld zu fokussieren im Bezug auf die Sensorelektrode 78.
Die Sensorelemente 30a arbeiten bei sehr niedrigen Strömen und unter sehr hohen Impedanzen. Beispielsweise ist das Ausgangssignal jeder Sensorelektrode 78 wünschenswert bei 5 bis 10 Millivolt, um die Wirkung des Rauschens zu unterdrücken und um die weitere Verarbeitung des Signals zu erlauben. Der ungefähre Durchmesser jedes Sensorelementes 30a, wie definiert durch die äußeren Abmessungen der Abschirmelektrode 80, kann ungefähr 0,051 bis 0,127 mm (0,002 bis 0,005 inches) im Durchmesser sein. Die Basis-/Erdungs-Flächen-Elektrode 68 schützt die aktiven Elektronikvorrichtungen vor ungewollter Erregung. Die verschiedenartigen Signaldurchgangsleitungen für die Elektroden 78, 80 zu dem aktiven elektronischen Schaltkreis können leicht gebildet werden.
Die gesamte Kontakt- oder Abtastoberfläche für den Sensor 30 kann wünschenswert bei ungefähr 1,27 mal 1,27 cm (0,5 mal 0,5 inches) liegen - eine Größe, welche leicht hergestellt werden kann und immer noch eine genügend große Oberfläche bereitstellt zur genauen sensorischen Abtastung und Identifikation eines Fingerabdruckes. Der Sensor 30 gemäß der Erfindung ist ebenso ziemlich tolerant mit toten Pixeln oder Sensorelementen 30a. Ein typischer Sensor 30 beinhaltet eine Matrix von ungefähr 256 · 256 Pixeln oder Sensorelementen, obwohl andere Matrixgrößen ebenso durch die vorliegende Erfindung erwogen werden. Der Sensor 30 kann ebenso durch Einsatz primärer herkömmlicher Halbleiter- Herstellungstechniken auf einmal gleichzeitig hergestellt werden, um hierdurch signifikant die Herstellungskosten zu reduzieren.
Weitergehend zu Fig. 4, kann der Sensors 30 eine Energieüberwachungseinheit beinhalten, für die Überwachung des Betriebs der aktiven Schaltungsteile 100 aufgrund der Abtastung eines Fingerkontaktes mit der ersten externen Elektrode 54, wie bestimmt ist durch den Fingersensor-Block oder -Schaltkreis 101. Zum Beispiel kann der Fingersensor-Schaltkreis 101 betrieben werden aufgrund einer Änderung in der Impedanz in einem Schwingkreis, um hierdurch den Fingerkontakt festzustellen. Natürlich werden andere Ansätze für den Abtastkontakt mit dem Finger ebenso durch die Erfindung in Erwägung gezogen. Die Energieregelmittel können Aufwachmittel beinhalten, um nur aktive Schaltungsteile zu betreiben, wenn Fingerkontakt mit einer ersten externen Elektrode herrscht, um hierdurch Energie einzusparen. Die Energieregelmittel beinhalten Schutzmittel zur Erdung aktiver Schaltungsteile, wenn kein Fingerkontakt mit der ersten externen Elektrode herrscht. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Kombination eines Aufwach- und Schutz-Regelschaltkreises 101 dargestellt.
Der Fingerabdrucksensor 30 beinhaltet weiterhin Fingerladungsableitmittel zum Ableiten einer Ladung von einem Finger oder anderen Objekten aufgrund eines Kontaktes damit. Die Fingerladungsableitmittel können durch die zweite externe Elektrode 53 bereit gestellt werden, getragen durch das Bausteinpaket 51 zum Kontakt durch einen Finger und durch einen Ladungsableitwiderstand 104, verbunden zwischen der zweiten externen Elektrode und einer Erdung. Wie schematisch im oberen rechten Teil von Fig. 4 gezeigt ist, kann die zweite Elektrode alternativ durch eine bewegbare elektrisch leitfähige Abdeckung 53' bereitgestellt werden, die gleitend bewegbar mit dem Bausteinpaket 51 verbunden ist, zur Abdeckung der Öffnung der nach außen ausgesetzten oberen dielektrischen Schicht 52. Eine drehbare verbundene Abdeckung wird ebenso durch die vorliegende Erfindung in Erwägung gezogen. Demgemäss würde unter normalen Bedingungen die Ladung von dem Finger abgezogen werden, wenn die Abdeckung 53' bewegt wird, um den Abtastteil des Sensors 30 frei zu legen.
Zusätzlich dazu können die Fingerladungsableitmittel und die Energieregelmittel so ausgeführt sein, dass die aktiven Teile geerdet bleiben bis die Ladungsableitmittel die Ladung von dem Finger ableiten können, bevor die aktiven Schaltungsteile mit Energie beaufschlagt werden, so beispielsweise durch Vorsehen einer kurzen Verzögerungszeit während des Aufwachens, die genügend ist, um der Ladung zu erlauben über den Widerstand 104 abgeleitet zu werden. Demgemäss kann Energie in dem Sensor 30 eingespart werden und ein ESD-Schutz durch den Sensor geliefert werden, so dass der Sensor relativ kostengünstig ist, immer noch aber robust und Energie einspart.
Fig. 5 bezieht sich auf ein weiteres signifikantes Merkmal des Sensors 30. Die dielektrische Beschichtung 52 beinhaltet eine dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse, zur Fokussierung eines elektrischen Feldes, welches durch die dargestellten Feldlinien gezeigt ist, bei jeder der Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld. Mit anderen Worten kann die dielektrische Schicht 110 relativ dick ausgebildet sein, aber nicht in einer Defokussierung des elektrischen Feldes resultieren, propagierend dadurch, auf Grund der anisotropen Z-Achse des Materials. Typischerweise würde ein Kompromiss zwischen einem Feldfokus und einem mechanischen Schutz getroffen werden. Unglücklicherweise kann ein Film, welcher wünschenswert für die Fokussierung wäre, es ermöglichen, dass der darunterliegende Schaltkreis einer Zerstörung ausgeliefert wird.
Die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse der vorliegenden Erfindung, kann beispielsweise eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,0025 bis 0,102 mm (0,0001 bis 0,004 inches) aufweisen. Natürlich ist die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse ebenso bevorzugt chemisch resistent und mechanisch stark genug um den Kontakt mit Fingern zu widerstehen und um eine periodische Reinigung mit Reinigungsmitteln zu erlauben. Die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse kann bevorzugt eine äußerste Schutzoberfläche für das integrierte Schaltkreis-Gussstück 120 definieren. Demgemäss kann die gesamte dielektrische Beschichtung 52 weiterhin beinhalten mindesten eine relativ dünne Oxid-, Nitrit-, Carbid-, oder Diamantschicht 111 auf dem integrierten Schaltkreis- Gussstück 120 und unterhalb der dielektrischen Schicht 110 mit anisotroper Z- Achse. Die dünne Schicht 111 wird typischer Weise relativ hart sein und die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse ist wünschenswerter Weise weicher um hierbei mehr mechanische Aktivitäten aufzufangen.
Die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse kann durch eine Vielzahl von orientierten dielektrischen Partikeln in einer ausgehärteten Matrix ausgeführt sein. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse Bariumtitanat in einer Polyamid-Matrix beinhalten.
Fig. 6 zeigt eine andere Variation einer dielektrischen Z-Achsen-Beschichtung 52' durch eine Vielzahl von hoch dielektrischen Teilen 112, fluchtend mit damit zusammen arbeiteten Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld, und eine umgebende Matrix von niedrig dielektrischen Teilen 113. Diese Ausführungsform der dielektrischen Beschichtung 52' kann in einer Anzahl von Wegen hergestellt sein, so beispielsweise durch Bilden einer Schicht von entweder hoch-dielektrischen oder niedrig-dielektrischen Teilen, selektives Ätzen dieser Teile und Füllen der Öffnungen mit dem Gegenmaterial. Ein anderer Ansatz kann sein, dass polarisierbare Mikrokapseln eingesetzt werden und diese einem elektrischen Feld während der Aushärtung des Matrix-Materials unterworfen werden. Ein Material kann zusammen gedrückt werden, um die Z-Achsenanisotropie zu verursachen. Laser und andere selektive Verfahrenstechniken können ebenso verwendet werden.
Die dritte Metallschicht 71 (Fig. 2) beinhaltet bevorzugt weiterhin eine Vielzahl von kapazitiven Kupplungspolstern 115a bis 118a, um eine kapazitive Kopplung des integrierten Schaltkreisgussstücks 120 zu ermöglichen. Demgemäss ist die dielektrische Beschichtung 52 bevorzugt kontinuierlich über den kapazitiven Kopplungspolster 115a bis 118a ausgeführt und der Matrix der Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld der Pixel 30a (Fig. 1). Es ist bekannt, Öffnungen durch eine äußere Beschichtung herzustellen, um die verbundenen Polster elektrisch zu verbinden. Unglücklicherweise würden diese Öffnungen Durchgänge für Wasser und/oder andere Kontaminationen bilden und somit in Kontakt mit dem Gussstück kommen und den Würfel beschädigen.
Ein Teil des Bausteinpaketes 51 beinhaltet eine gedruckte Schaltkreisleiterplatte 122, welche entsprechende Polster 115b-118b trägt. Ein Energiemodulationsschaltkreis 124 ist mit den Polstern 115b-116b verbunden, während ein Signalmodulationsschaltkreis 126 zur Veranschaulichung mit den Polstern 117b-118b gekoppelt ist. Es wird von den sogenannten Fachleuten verstanden werden, dass sowohl die Energie, wie auch die Signale einfach zwischen der gedruckten Schaltkreisleiterplatte 122 und dem integrierten Schaltkreisgussstück 120 gekoppelt werden können, und diese weiterhin den dargestellten Energiedemodulations- /Regelschaltkreis 127 und den Signaldemodulationsschaltkreis 128 einsetzen. Die dielektrische Schicht 110 mit anisotroper Z-Achse reduziert ebenso vorteilhafter Weise ein Quersprechen zwischen den benachbarten kapazitiven Kopplungspolstern. Diese Ausführungsform des Sensors 30 stellt für Feuchtigkeit keine Durchgänge durch die dielektrische Beschichtung 52 dar, um einzudringen und das integrierte Schaltkreis-Gussstück 120 zu zerstören. Zusätzlich dazu ist zwischen dem integrierten Schaltkreis und der externen Umgebung ein anderes Isolationsniveau vorgesehen.
Bei dem Fingerabdrucksensor 30 besitzt das Bausteinpaket 51 bevorzugt eine Öffnung, welche mit der Matrix der Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld fluchtet (Fig. 1-3). Die kapazitive Kopplung und die Schicht 110 stellt einen kontinuierlichen Film zur Verfügung, der die obere Oberfläche des integrierten Schaltkreisgussstücks 120 und die Polster 115a-118a bedeckt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen nun Impedanz-Matrix-Filteraspekte in welchen der Fingerabdrucksensor 30 so angesehen werden kann, als ob er eine Matrix von Fingerabdrucksensorelementen 130 beinhaltet und zugehörige aktive Schaltkreise 131 zur Erzeugung von Signalen, die auf das Fingerabdruckabbild bezogen sind. Der dargestellte Sensor 30 beinhaltet ebenso eine Impedanz-Matrix 135, die mit den aktiven Schaltkreisen verbunden ist zur Filterung der davon stammenden Signale.
Die Fig. 9 bezieht sich auf eine Impedanz-Matrix 135, welche eine Vielzahl von Impedanz-Elementen 136 beinhaltet, mit einem jeweiligen Impedanz-Element, das zwischen jedem aktiven Schaltkreis des jeweiligen Fingerabdrucksensorelementes, wie durch den Zentralknoten 138 angedeutet ist, und den anderen aktiven Schaltkreisen (äußeren Knoten 140) geschaltet werden kann. Die Impedanz-Matrix 135 beinhaltet ebenso eine Vielzahl von Schaltern 137 mit einem jeweiligen Schalter, der in Serie verbunden ist mit dem Impedanz-Element 136. Ein Eingangssignal kann dem zentralen Knoten 138 über den dargestellten Schalter 142 und seinem zugehörigen Impedanz-Element 143 zugeführt werden. Das Impedanz-Element kann einen oder mehrere Widerstände haben und eine Kapazität 134, wie dargestellt.
Filterkontrollmittel können die Schalter 137 betreiben, um die Verarbeitung der Signale durchzuführen, die durch die aktiven Schaltkreise 131 erzeugt werden. In einer Ausführungsform können die Fingerabdrucksensorelemente 130 Sensorelektroden 78 für ein elektrisches Feld sein, und die aktiven Schaltkreise 131 können Verstärker 73 (Fig. 2) sein.
Ein Bestimmungsmittel 145 des Verlaufs der Fingerhaut-Leisten kann zur selektiven Betreibung der Schalter 137 der Matrix 135 vorgesehen sein, um die Richtungen der Verläufe der Fingerhaut-Leisten des Fingerabdruckabbildes zu bestimmen. Etwas spezieller kann das Bestimmungsmittel 145 für den Fingerhaut-Leisten-Verlauf selektiv die Schalter 137 betreiben zur Bestimmung der Signalstärkevektoren, die auf die Richtungen des Fingerhaut-Leisten-Verlaufs des Fingerabdruckabbildes bezogen sind. Die Richtungen des Fingerhaut-Leisten-Verlaufs kann bestimmt werden, basierend auf bekannten, rotierenden Teilungsverfahren.
Der Sensor 30 kann ein Bestimmungsmittel 146 zur Bestimmung des Kernortes beinhalten, das mit dem Bestimmungsmittel 145 zur Bestimmung des Fingerhaut- Leisten-Verlaufes zusammen arbeitet, zur Bestimmung eines Kernortes eines Fingerabdruckabbildes. Die Position des Kerns ist hilfreich zum Beispiel, beim Extrahieren und Verarbeiten von Einzelheiten aus dem Fingerabdruckabbild.
Ein Binärfilter 150 kann vorgesehen sein, um selektiv die Schalter 137 zu betreiben, um ein grau-skaliertes Fingerabdruckabbild in ein binäres Fingerabdruckabbild zu wandeln. Auf andere Weise betrachtet, kann die Impedanz-Matrix 135 eingesetzt werden um dynamische Abbildkontrastverstärkungen zu bilden. Zusätzlich dazu kann ein Randglättungsfilter 155 einfach implementiert werden, um das Abbild zu verbessern. Wie ebenfalls schematisch dargestellt ist, können andere Raumfilter 152 ebenso implementiert werden, die die Impedanz-Matrix benutzen zur selektiven Betreibung der Schalter 137, um räumlich das Fingerabbild zu filtern. Demgemäss kann die Verarbeitung des Fingerabdruckabbildes beim Sensor 30 ausgeführt werden und hierbei zusätzliche abwärts des Datenstroms befindliche Anforderungen der Berechnung reduzieren.
Fig. 9 zeigt die Impedanz-Matrix 135, die eine Vielzahl von Impedanz-Elementen beinhaltet, mit einem jeweiligen Impedanz-Element 136, welches zwischen jedem aktiven Schaltkreis eines vorgegebenen Fingerabdrucksensorelements 130 und acht anderen aktiven Schaltkreisen der jeweiligen benachbarten Fingerabdrucksensorelemente geschaltet werden kann.
Das Regelmittel 153 ist zur sequentiellen Ansteuerung eines Satzes von aktiven Schaltkreisen 131 vorgesehen, um hierbei Energie einzusparen. Natürlich sind die jeweiligen Impedanz-Elemente 136 wünschenswerterweise ebenso sequentiell verbunden, um die Filterfunktion durchzuführen. Die betriebenen aktiven Schaltkreise 131 können angesehen werden, als ob sie eine Wolke oder einen Kern definieren. Die Energieregelmittel 153 können auf eine sich anpassende Art und Weise betrieben werden, wobei die Größe des Bereiches, die zur Filterung eingesetzt wird, dynamisch verändert wird für bevorzugte Abbild-Eigenschaften. Zusätzlich dazu können die Energieregelmittel 153 ebenso nur bestimmte der aktiven Schaltkreise betreiben, die mit einem vorgegebenen Bereich der Matrix der Sensorelemente 130 korrespondieren.
Ein Lese-Regelmittel 154 kann ebenso bereitgestellt werden, um nur vorgegebene Teilmengen jedes Satzes der aktiven Schaltkreise 131 zu lesen, so dass ein Beitrag der benachbarten aktiven Schaltkreise zur Filterung genutzt wird. Mit anderen Worten wird nur eine Teilmenge aktiver Schaltkreise 131 typischer Weise gleichzeitig ausgelesen, obwohl benachbarte aktive Schaltkreise 131 und damit verbundene Impedanz-Elemente 136 ebenso betrieben werden und entsprechend verbunden sind. Beispielsweise könnten 16 Impedanz-Elemente 136 eine Teilmenge definieren und einfach gleichzeitig ausgelesen werden.
Demgemäss kann die Matrix des Sensorelementes 130 schnell ausgelesen werden und der Energieverbrauch wesentlich gesenkt werden, da nicht alle der aktiven Schaltkreise 131 betrieben werden müssen, um einen vorgegebenen Satz aktiver Schaltkreise auszulesen. Für einen typischen Sensor kann die Kombination der Energieregelung und Impedanz-Matrix Merkmale wie hierin beschrieben Energieeinsparungen ermöglichen, durch einen Faktor von ungefähr 10, im Vergleich zur Energieversorgung der vollen Matrix.
Der Fingerabdrucksensor 30 ist gegen Betrug oder Täuschung des Sensors geschützt, durch nicht-korrekte Behandlung eines simulierten Abbildes im Vergleich zu einem lebenden Fingerabdruckabbild. Beispielsweise können optische Sensoren getäuscht oder betrogen werden durch Einsatz eines Papiers mit einem Fingerabdruckabbild darauf. Die einzigartige Sensorik des Fingerabdrucksensors 30 für ein elektrisches Feld liefert einen wirksamen Ansatz um einen Betrug zu vermeiden, der auf der komplexen Impedanz eines Fingers basiert.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist kann der Fingerabdrucksensor 30 angesehen werden als ob er eine Matrix von die Impedanz abtastenden Elemente 160 beinhaltet, zur Erzeugung von Signalen, die einem Finger 79 oder einem anderen Objekt, das benachbart hierzu positioniert ist, bezogen ist. Die die Impedanz abtastenden Elemente 160 sind durch Elektroden 78 für die Erfassung von elektrischen Feldern zur Verfügung gestellt, und durch Verstärker 73 (Fig. 2), die damit verbunden sind. Zusätzlich dazu kann ein Führungsschild 80 jeder Sensorelektrode 78 für ein elektrisches Feld zugeordnet werden und mit einem jeweiligem Verstärker 73 verbunden werden. Ein Betrugs-Reduzierungs-Mittel 161 ist vorgesehen um zu bestimmen, ob oder ob nicht eine Impedanz eines Objektes, welches benachbart zu der Matrix des Impedanz-Sensorelementes 160 angeordnet ist, mit einem lebenden Finger 79 übereinstimmt, um hierbei einen Betrug eines Fingerabdrucksensors zu reduzieren durch ein anderes Objekt als ein lebender Finger. Ein Betrug kann angezeigt werden, wie beispielweise durch die schematisch dargestellte Lampe 163 und/oder dazu genutzt werden, eine weitere Bearbeitung zu blockieren. Alternativ dazu kann eine Bestimmung eines lebenden Fingerabdrucks ebenso durch eine Lampe 163 angezeigt werden und/oder dazu genutzt werden, um eine Weiterverarbeitung des Fingerabdruckabbildes zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform kann das Betrugs-Reduzierungs-Mittel 161 ein Impedanz- Bestimmungs-Mittel 165 beinhalten, um eine komplexe Impedanz zu bestimmen, die einen Phasenwinkel im Bereich von 10 bis 60 Grad, korrespondierend zu einem lebenden Finger 79, besitzt. Alternativ dazu kann das Betrugs-Reduzierungs-Mittel 161 eine Impedanz ermitteln, welche einen Phasenwinkel von ungefähr 0 Grad besitzt, korrespondierend zu einigen Objekten, die andere als lebende Finger sind, so beispielsweise ein Blatt Papier, dass zum Beispiel ein Abbild darauf hat. Zusätzlich dazu kann das Betrugs-Reduzierungs-Mittel 161 eine Impedanz von 90 Grad ermitteln, korrespondierend zu anderen Objekten.
Es wird nun auf die Fig. 11 Bezug genommen, wo eine andere Ausführungsform eines Betrugs-Reduzierungs-Mittels erläutert wird. Der Fingerabdrucksensor 30 kann bevorzugt Antriebsmittel besitzen, zum Betrieb der Matrix der Impedanz- Sensorelemente 160, wie beispielsweise der dargestellte Erregungsverstärker 74 (Fig. 2). Der Sensor beinhaltet ebenso Synchrondemodulatormittel 170 zur synchronen Demodulation von Signalen aus der Matrix der Impedanz- Sensorelemente 160. Demgemäss beinhaltet das Betrugs-Reduzierungs-Mittel, in einer bestimmten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, ein Mittel zum Betrieb der Synchrondemodulatormittel 170 unter mindestens einem vorgegebenen Phasendrehwinkel. Beispielsweise könnte das Synchrondemodulatormittel 170 im Bereich von ungefähr 10 bis 60 Grad betrieben werden und die Amplitude, verglichen mit einem vorgegebenen Schwellenwert, zeigt einen lebenden Fingerabdruck an. Ein lebender Fingerabdruck hat typischer Weise komplexe Impedanzen innerhalb eines Bereichs von 10 bis 60 Grad.
Alternativ dazu kann ein Verhältnis erzeugendes und vergleichendes Mittel 172 vorgesehen sein, zur Zusammenwirkung mit dem Synchrondemodulatormittel 170, zur synchronen Demodulation der Signale unter ersten und zweiten Phasenwinkeln θ&sub1;, θ&sub2;, wobei hierdurch ein Amplitudenverhältnis davon erzeugt wird und dieses Amplitudenverhältnis vergleichen wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert, um zu bestimmen, ob das Objekt ein lebender Fingerabdruck ist, oder ein anderes Objekt ist. Demgemäss kann der Synchrondemodulator 170 einfach dazu genutzt werden, um die Impedanz-Information zu erzeugen, welche gewünscht wird zur Reduzierung eines Betruges des Sensors 30 durch ein anderes Objekt als lebende Finger. Der erste Winkel 61 und der zweite 62 können beispielsweise eine Differenz im Bereich von ungefähr 45 bis 90 Grad haben.
Der Fingerabdrucksensor 30 beinhaltet ebenso eine automatische Verstärkungsregelungsfunktion, um einer Differenz in der Intensität des Abbildsignals, welches durch verschiedene Finger oder unter verschiedenen Bedingungen erzeugt wird, Rechnung zu tragen, und ebenfalls Unterschieden im Sensor, die durch Prozessvariationen verursacht, sind Rechnung zu tragen. Es ist wichtig zur exakten Erstellung eines Fingerabdruckabbildes, dass der Sensor zwischen den Fingerhaut-Leisten und den Fingerhaut-Tälern eines Fingerabdruckes unterscheiden kann. Demgemäss beinhaltet der Sensor 30 eine Verstärkungsregelfunktion, welche in einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 12 verstanden werden kann.
Wie in Fig. 12 gezeigt ist, beinhaltet der dargestellte Teil des Fingerabdrucksensors 30 eine Matrix von Fingerabdrucksensorelementen in Form von Sensorelektroden 78 für das elektrische Feld und umgebende Abschirmelektroden 80, die mit den Verstärkern 73 verbunden sind. Andere Fingerabdrucksensorelemente können ebenso von dem nachfolgenden automatischen Verstärkungsregelungs- Implementationen profitieren.
Der Aufbau der Signalverarbeitungsschaltkreise des Sensors 30 beinhaltet eine Vielzahl von analog-zu-digital (A/D) Wandlern 180, wie dargestellt. Weiterhin kann jeder dieser A/D-Wandler 180 eine regelbare Skala aufweisen. Scannmittel 182 verbindet sequentiell verschiedene Elemente zu der Gruppe von A/D-Wandlern 180. Der dargestellte Verstärkungsprozessor 185 liefert ein Mittel zur Bestimmung und Festsetzung des Bereiches zur Regelung des Bereiches der A/D-Wandler 180, basierend auf vorhergehenden A/D-Wandlungen, um hierbei eine verstärkte Wandlungsauflösung zu erreichen. Die A/D-Wandler 180 können den dargestellten Referenzspannungseingang Vref beinhalten und den Offset- (Verschiebungs-) Spannungseingängen Voffset um das Vorgeben des Bereiches zu ermöglichen. Demgemäss kann das Mittel zur Bestimmung und Festsetzung ebenso einen ersten digital-zu-analog (D/A) Wandler 186 beinhalten, welcher zwischen dem Verstärkungsprozessor 185 und den Referenzspannungs-Eingängen Vref des A/D- Wandlers 180 verbunden ist, wie dies von den sogenannten Fachleuten einfach nachvollzogen werden kann. Zusätzlich dazu ist ebenfalls ein zweiter D/A-Wandler 189 verbunden mit den Offset-Spannungseingängen Voffset des Spannungsprozessors 185.
Der Spannungsprozessor 185 kann ein Histogrammerzeugungs-Mittel zur Erzeugung eines Histogrammes beinhalten, wie oben beschrieben, und basierend auf vorhergehenden A/D-Wandlungen. Der Graph benachbart zum Verstärkungsprozessor 185 in Fig. 12 stellt ein typisches Histogramm-Diagramm 191 dar. Das Historgramm-Diagramm 191 beinhaltet zwei Spitzen, die mit den aufgenommenen Fingerhaut-Leisten und Fingerhaut-Tälern des Fingerabdruckes korrespondieren. Durch Vorgeben des Bereiches für den A/D-Wandler 180 können die Spitzen wie gewünscht einfach positioniert werden, um hierbei den Variationen Rechnung zu tragen, die oben diskutiert wurden, und das Ausnutzen der vollen Auflösung der A/D-Wandler 180.
Fig. 13 zeigt den A/D-Wandler 180 der einen zugehörigen Eingangsverstärker beinhaltet, zur Ermöglichung des Voreinstellens des Bereiches. In dieser Variation kann das Mittel zum Bestimmen und Vorgeben des Bereiches ebenfalls den dargestellten Verstärkungsprozessor 185 beinhalten und worin der Verstärker einprogrammierbare Verstärker (PGA) 187 ist, der mit dem Prozessor verbunden ist. Ein digitaler Wortausgang zwischen dem Verstärkungsprozessor 185 setzt die Verstärkung des PGA 187 so, dass voll Gebrauch gemacht werden kann von der Auflösung des A/D-Wandlers 180, zur besten Exaktheit. Ein zweiter digitaler Wortausgang aus dem Verstärkungsprozessor 185 und gekoppelt mit dem Verstärker 187 über den dargestellten D/A-Wandler 192 kann ebenso den Offset des Verstärkers regeln.
Das Mittel zum Bestimmen und Einstellen des Bereiches des Verstärkungsprozessors 185 kann Fehlereinstellmittel beinhalten zum Vorgeben eines Fehlerbereiches für erste der Fingerabdrucksensorelemente. Die automatische Verstärkungsregelungsfunktion erlaubt dem D/A-Wandler 180 über seinen vollen Auflösungsbereich betrieben zu werden, um hierdurch die Exaktheit der Signalverarbeitung der Abbildung zu erhöhen.
Der Fingerabdrucksensor beinhaltet einen würfelförmigen integrierten Schaltkreis und eine schützende Beschichtung in der Form eines dielektrischen Materials mit anisotroper Z-Achse, und beinhaltet eine leitfähige Schicht welche eine Anordnung/Matrix von Fingerabdruck-Sensorelementen definiert. Die dielektrische Schicht mit anisotroper Z-Achse fokussiert ein elektrisches Feld an jeder der Sensorelektroden für das elektrische Feld. Die dielektrische Schicht ist relativ dick, resultiert aber nicht in einer Defokusierung des elektrischen Feldes, welches sich durch die dielektrische Beschichtung fortpflanzt, auf Grund des anisotropen Materials in der z-Achse. Die dielektrische Schicht mit anisotroper Z- Achse wird durch eine Vielzahl von orientierten dielektrischen Partikeln in einer ausgehärteten Matrix ausgebildet. Die dielektrische Schicht mit anisotroper Z-Achse beinhaltet Barrium Titanat in einer polymiden Matrix. Die leitfähige Schicht beinhaltet eine Vielzahl von kapazitiven Kopplungspads um eine kapazitive Einkopplung in den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis zu ermöglichen.

Claims

1. Fingerabdrucksensor (30), umfassend einen würfelförmigen, integrierten Schaltkreis (120), umfassend wenigstens eine leitfähige Schicht, definierend eine Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (30a) für die Erfassung eines Fingerabdruckes, eine dielektrische Schicht (52), unmittelbar benachbart angrenzend an die Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes von besagtem, würfelförmigen, integrierten Schaltkreis, und für die Berührung durch einen Finger, dadurch gekennzeichnet, dass besagte dielektrische Schicht eine in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, aniosotrope, dielektrische Schicht (110) für die Fokussierung eines elektrischen Feldes an jeder der Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes aufweist, in welcher die Z-Achse rechtwinklig ausgerichtet ist zu besagter, wenigstens einer leitfähigen Schicht, und besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, aniosotrope, dielelektrische Schicht die äußerste, schützende Oberfläche für besagten würfelförmigen Schaltkreis darstellt.

2. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in Anspruch 1, wobei besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,0025 mm bis 0,102 mm (0,0001 bis 0,004 inches) aufweist, und besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht chemisch ressistent und mechanisch fest ausgebildet ist.

3. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in Anspruch 1 oder 2, wobei besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht eine Vielzahl von orientiert ausgerichteten, dielektrischen Partikeln in einer geschützten Matrix aufweist.

4. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in Anspruch 3, wobei besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope, dielektrische Schicht Barium-Titanat in einer polyimiden Matrix aufweist.

5. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei besagte, in Z-Achsenrichtung ausgerichtete, anisotrope Schicht eine Reihe von hochdielektrischen Abschnitten (112) aufweist, fluchtend mit den korrespondierenden Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes, und einer Matrix von niedrigdielektrischen Abschnitten (113), welche die hochdielektrischen Abschnitte umgeben.

6. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, in welchen besagte, dielektrische Schicht weiters umfasst, wenigstens eine relativ dünne Schicht (111) eines Oxydes, Nitrites, Karbides und/oder Diamantes auf besagtem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis, und unter besagter, in Z-Achsenrichtung ausgerichteter, anisotropischer, dielektrischer Schicht.

7. Ein Fingerabdrucksensor, wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei besagte, wenigstens eine leitfähige Schicht beinhaltet eine Vielzahl von kapazitiven Kopplungs-Pads (115a bis 118a) zur Ermöglichung der kapazitiven Kopplung mit besagtem, würfelförmigen integrierten Schaltkreis; und wobei besagte, dielektrische Schicht sich kontinuierlich über besagte kapazitive Kopplungs-Pads und die Reihe von Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes erstreckt, wobei die sich in Z-Achse erstreckende, dielektrische Schicht ein Quer-Sprechen zwischen unmittelbar benachbart angeordneten, kapazitiven Kopplungs- Pads reduziert.

8. Ein Verfahren zur Herstellung eines Fingerabdrucksensors, umfassend die Schritte des:

Bildens eines würfelförmigen, integrierten Schaltkreises (120), umfassend wenigstens eine leitfähige Schicht und definierend eine Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes (30a) für die Erfassung eines Fingerabdrucks, des Bildens einer dielektrischen Schicht (52) unmittelbar angrenzend angeordnet an die Reihe von Elektroden zur Erfassung eines elektrischen Feldes des würfelförmigen, integrierten Schaltkreises und für die Berührung durch einen Finger, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht eine in Z-Achsenrichtung sich erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht (110) für die Fokussierung eines elektrischen Feldes an jeder der Elektroden für die Erfassung eines elektrischen Feldes aufweist, in welcher die Z-Achse im rechten Winkel zu besagter, wenigstens einer leitfähigen Schicht ausgerichtet ist, und den Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht, welche umfasst, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achse erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht die äußerste, schützende Oberfläche für den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis definiert.

9. Ein Verfahren wie beansprucht in Anspruch 8, wobei der Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht beinhaltet, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achsenrichtung erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,0025 mm bis 0,102 mm (0,0001 bis 0,004 inches) aufweist, wobei die dielelektrische Schicht beinhaltet, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achse erstreckende, anisotrope dielektrische Schicht chemisch resistent und mechanisch fest ist, und den Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht, umfassend die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achse erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht umfasst, eine Vielzahl von orientierten, dielektrischen Partikeln in einer geschützten Matrix.

10. Ein Verfahren wie beansprucht in Anspruch 9, wobei der Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht umfasst, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achsenrichtung erstreckende, anisotrope, dielektrische Schicht umfasst, Barium-Titanat in einer polyimiden Matrix, der Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht ebenfalls umfasst, die Bildung derselben, so dass die sich in Z-Achsenrichtung erstreckende, anisotrope Schicht umfasst, eine Reihe von hochdielektrischen Abschnitten (112), fluchtend mit korrespondierenden Elektroden für die Erfassung eines elektrischen Feldes, und eine Matrix von niedrigdielektrischen Abschnitten (110), umgebend die hochdielektrischen Abschnitte und weiters umfassend, wenigstens eine relativ dünne Schicht (111) eines Oxides, Nitrites, Karbides und Diamantes auf dem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis und unterhalb der sich in Z-Achse erstreckenden, anisotropen, dielektrischen Schicht.

11. Ein Verfahren wie beansprucht in einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, wobei der Schritt der Bildung von wenigstens einer leitfähigen Schicht weiters umfasst, die Bildung derselben zur Einschließung einer Vielzahl von kapazitiven Kopplungs-Pads (115a bis 118a) für die Ermöglichung der kapazitiven Kopplung mit dem würfelförmigen, integrierten Schaltkreis; und wobei der Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht umfasst, die Bildung derselben, so dass diese kontinuierlich über den kapazitiven Kopplungs-Pads und der Reihe von Elektroden zur Erfassung des elektrischen Feldes sich erstreckt, wobei die sich in Z-Achse erstreckende dielektrische Schicht Quer-Sprechen zwischen unmittelbar benachbart angeordneten kapazitiven Kopplungs-Pads reduziert, ebenfalls umfassend den Schritt der Bildung einer Umhüllung (51), welche den würfelförmigen, integrierten Schaltkreis und die dieelektrische Schicht umschliesst und wobei die Umhüllung eine Öffnung aufweist, welche mit den Elektroden für die Erfassung des elektrischen Feldes fluchtend ausgerichtet ist.