JP2003535668A - 特に指紋センサのための小型化センサチップ - Google Patents
特に指紋センサのための小型化センサチップInfo
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Abstract
Description
サチップに関するものである。
状)との間のAC信号の容量性結合をベースとした指紋センサは、例えば国際特
許出願No.PCT/NO98/00182により周知である。米国特許明細書
第5,963,679号は、異なる測定原理をベースとするとともに2次元セン
サマトリクスを有した同様のセンサを開示している。
うな特別の応用のためには、これらセンサをできる限り小さくかつ軽量化するこ
とが重要である。そのような小型化センサは、また、大量生産に適した製造プロ
セスを使用して製造された場合には、コスト的に有利なものとなる。
センサアレイ内のキャパシタンス検出部材に対してできる限り近接配置すること
によって、シリコン回路とセンサ部材との間の電気導体の長さを最小化しようと
する際には、ノイズに配慮することが重要である。
ングやセラミックハウジング内にシリコン回路を取り付けるという標準的パッキ
ング技術を使用した場合には、実現が困難である。同時に、ハウジングが外部影
響からセンサを効果的に保護していることにより、そのような構成は、センサの
寸法を比較的大きなものとしてしまうとともに、ハウジングの『脚部』が、指に
対しての不適切なインターフェースをもたらしてしまう。
スのための付加的な機能性を付与するとともに、信号品質を最適化することが、
強く要望されている。よって、そのような素子がセンサ自体の中に一体化するこ
とができれば、大いに好都合である。
指に対してのインターフェースをなす表面を有した積層であって金属も有した積
層を付加することに基づいて、コスト的に有利な小型化センサを提供することで
ある。原理は、複数の像形成用センサ部材からなるアレイを、シリコン表面上の
上部金属層の一部として配置することをベースとしている。
ード付きの複数の金属層が設けられる。これら金属層どうしは、薄い誘電体層に
よって隔離される。加えて、積層構造上に付加的な金属層と付加的な誘電体層と
を設けることによって、いわゆるサンドイッチ構造を形成することができる。A
SICの上層内に指紋検出用の機能構造を設けることにより、上述したような小
型化センサを、製造することができる。
8号、および、米国特許明細書第5,963,679号には、上記技術をベース
とした指紋センサが開示されている。しかしながら、これら手段は、構成におい
て実質的に相違しており、そのため、各層の機能が相違している。これら手段は
、各画素に対応した複数の駆動電極を使用してインピーダンスを局所的に測定す
るような非常に複雑な2次元センサ構造に関するものである。このような場合に
は、一般に、電子回路に対して厳しい要求が課せられる。
ある。
サ電極に対しての表面との間のインピーダンス測定が得られる。これにより、実
質的に直線状のセンサ構造であることに加えて、大いに単純化されたセンサがも
たらされる。本発明によるセンサチップは、公知の構成と比較して、例えば、製
造が容易であるとともに、小さな携帯装置内において容易に使用することができ
る。
るものであることにより、大量生産に適した非常にコスト的に有利なセンサがも
たらされる。
に説明する。
を設けることなく、ハウジング(7)内において露出されたシリコンチップ(6
)から構成され(あるいは、可能であれば、回路基板やセラミック基板上に設置
されたシリコンチップから構成され)、シリコンチップには、金属からなる複数
の層または例えばポリシリコンといったような他の電気伝導材料からなる複数の
層と、使用者の指に対してのインターフェースを構成する誘電体からなる複数の
層と、が設けられている。原理は、複数の像形成用センサ部材を、シリコン回路
上の電気伝導層(1)をなす第3上部層または第4上部層の一部として構成する
とともに、複数の導体リードを、各センサ部材を起点として延出しその後シリコ
ンチップの表面上の増幅器回路にまで互いに個別的に延在させることをベースと
している。
ベースのハウジング内において蓋を設けることなく、あるいは、回路基板やセラ
ミック基板上に、取り付けられていることにより、ASIC製造およびパッキン
グのための標準的方法によって工業的に製造することができる。シリコンチップ
は、いわゆるワイヤボンディングによって、回路基板やハウジングに対して電気
的に接続される。
えば図1に示されたような所定の電気機能を有した様々な構造に対して、ASI
C上において3つまたは4つの上部金属層を、使用しなければならない。図面は
、可能な構成を例示しているだけであって、複数の層に関する他の組合せを排除
するものではない。
して基板上に設けられているとともに金属や誘電体から形成されている各層につ
いて、以下、説明する。シリコンチップ上に金属層や誘電体層を形成するプロセ
スは、周知の技術であるものの、個々の層の機能性や各層の組合せは、特に、国
際特許出願No.PCT/NO98/00182に記載されているような図3に
示すように本質的に直線状とされたセンサアレイ(8)とされたセンサの変形例
としての指紋センサを目的としているという点において、本発明に帰属するもの
である。図2および図3には、さらに、上記文献に記載されているように、速度
計算のために使用し得るような、二次的センサグループが示されている。ライン
形状センサは、同様の構成の2次元センサと比較して、必要とする空間が極めて
小さくかつただ1つのチャネルしか必要としないという点において、さらに、そ
のために低コストで製造できるという点において、極めて有利である。
成している。上述したように、各センサ部材は、国際特許出願No.PCT/N
O98/00182において特許となった構成の変形例として図3に示されたよ
うにして、配置することができる。
導層(3)内の接地面と、の間の絶縁層として機能する。誘電体層(2)は、ま
た、指とセンサ部材との間における合計誘電体厚さ(絶縁)の一部を構成する。
の直接結合から遮蔽する接地面を構成する。接地層(3)は、好ましくは、下に
位置する第1電気伝導層(1)上のすべての導体リードをカバーし得るような形
状とされている。しかしながら、接地層(3)は、複数のセンサ部材(8)の上
方においては、それぞれウィンドウ(開口部)を有していなければならない。接
地面(3)のうちの、複数のセンサ部材(8)の上方に設けられた各開口部は、
『レンズ』効果によって電界の整形に寄与し、したがって、指とセンサ部材との
間の容量性結合に寄与する。センサ部材(8)と第2電気伝導層内の開口部との
構成は、センサの幾何学的解像度を低減することなく信号強度を最大化させ得る
ように、最適化することができる。
気伝導層を使用することにより、得ることができる。この構成は、単一層を使用
する場合よりも、より改良された遮蔽効果とレンズ効果とをもたらす。
絶縁を行うことができる。第2誘電体層(4)は、エレクトロニクスに対して信
号をAC結合させるものとして機能する。第2誘電体層(4)は、また、(上述
したように)指とセンサ部材(8)との間の合計誘電体厚さ(絶縁)の一部を構
成している。外側電気伝導層(5)がセンサ部材(8)の上方領域を被覆してい
ないことにより、指は、第2誘電体層(4)に対してコンタクトすることとなる
。よって、第2誘電体層(4)は、硬質でなければならいとともに、摩耗や破損
に耐え得るようまた外部環境からの化学的影響に耐え得るようさらに使用者の指
や他の対象物からの影響に耐え得るよう、摩耗耐性を有していなければならない
。これは、例えばSi3N4やSiO2 といったような硬質かつ不透過性の誘電体
を使用することによって、得ることができる。
体層との間の結合によって構成することができる。この場合には、電子回路と第
1誘電体層とを、互いに個別的に製造することができる。これら2つの部材は、
いわゆるフリップチップ技術を使用して製造することができる。
)を備えている。この下部電気伝導層(11)は、回路に対しての共通接地面を
構成している。
において言及されているように、信号品質を向上させるため、図4に示すように
して指内へと刺激信号をもたらすことを目的とした上部層である。したがって、
外部電気伝導層(5)は、電気伝導性であって指に対して良好な接続を行い得る
ものでなければならない。また、外部電気伝導層(5)は、硬質でなければなら
ないとともに、摩耗や破損に耐え得るようまた外部環境からの化学的影響に耐え
得るようさらに使用者の指からの影響に耐え得るよう、摩耗耐性を有していなけ
ればならない。クロムが、この目的のために可能な1つの金属である。
るための駆動回路に対して接続される。
ができるような容量性活性化セルと組み合わせることができる。よって、この構
成を使用すれば、休止モードから活性使用状態にわたってのセンサの活性化(あ
るいは、起動)を制御することができる。これにより、センサの電力消費が最小
化される。
い2つの『カム構造』(電極)(10)からなる互いに噛み合ったフィンガー構
造として形成することができる。例えば指といったような導通対象物が、この構
造に近接したときには、両電極間のインピーダンスが増大し、この変化は、例え
ば低電力消費で動作し得る発振回路といったようなものを使用することによって
、検出することができる。
センサに近接した指や他の帯電対象物からのESD(electrostatic discharge,
静電放電)に対しての有効な保護をもたらす。この場合には、放電は、直接的に
接地へと流れることとなる。一方の電極が接地に接続されていない場合であって
も、外側電気伝導層(5)内の構造は、この外側電気伝導層内の構造と接地との
間にESD保護回路が接続されていれば、ESD保護という重要な機能を有する
ことができる。
性となるように、薄い誘電性フィルムによって電気伝導性材料を被覆することで
ある。このことは、結合が、すべての人に対して一様となるという点において、
また、指の湿気に対する依存性が少なくなるという点において、有利である。
とのために、各センサ部材からの応答を校正できることは、極めて重要である。
これは、センサ部材がなすラインの近傍にあるいはセンサ部材に接続されている
導体の近傍に、例えば接地層(3)の一部としてあるいは接地層(3)の下に位
置する他の電気伝導層として、横断電極を設けることによって、得ることができ
る。電極上に校正信号を供給することによって、指や導体対象物がセンサの近く
に存在していなくても、センサ部材を容量的に励起することができる。増幅器お
よび信号処理回路から得られた信号に基づいて、各センサ部材からの応答を均等
化することができる。
ようなデバイスに関するものである。対応技術は、また、例えばマウスナビゲー
ションに関連した目的といったような、表面上にわたっての指の移動の認識を必
要とする他の応用において使用することができる。
を(概略的に)示す断面図である。
へのセンサチップの取付方法を示している。
である。
との組合せを示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 特に指表面内の構造を測定するのためのセンサチップといっ
たようなセンサチップであって、 キャパシタンス測定のための複数の測定電極が設けられている電気チップを具
備している場合において、 前記チップには、第1電気伝導層が設けられ、 この第1電気伝導層が、前記センサチップ内におけるセンサの配置を規定する
複数のセンサポイントを備え、 これらセンサポイントが、前記電子チップ内の前記測定電極に対して接続され
、 第1誘電体層が、前記第1電気伝導層を実質的に被覆し、 さらに、外側電気伝導層を具備し、 この外側電気伝導層が、前記チップ内の前記センサ部材の少なくとも上方位置
に、前記構造に対しての電気的コンタクトをもたらすための開口部を有している
ことを特徴とするセンサチップ。 - 【請求項2】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記第1電気伝導層が、前記測定電極に対して容量結合されていることを特徴
とするセンサチップ。 - 【請求項3】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記外側電気伝導層が、前記電子チップに対して結合され、前記外側電気伝導
層に対して可変電流または可変電圧が印加可能とされていることを特徴とするセ
ンサチップ。 - 【請求項4】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記第1誘電体層上に、第2電気伝導層を具備し、 この第2電気伝導層上に、第2誘電体層を具備し、 この第2誘電体層上に、前記外側電気伝導層が取り付けられ、 前記第2電気伝導層が、接地面を構成していることを特徴とするセンサチップ
。 - 【請求項5】 請求項4記載のセンサチップにおいて、 前記第2電気伝導層が、前記第1電気伝導層内の前記センサ部材の上方に位置
した開口部を有した実質的に連続な層を構成していることを特徴とするセンサチ
ップ。 - 【請求項6】 請求項4記載のセンサチップにおいて、 前記2つの誘電体層の厚さが、前記第1電気伝導層内の前記センサポイントの
中心どうしの間隔を超えない厚さとされていることを特徴とするセンサチップ。 - 【請求項7】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記電子チップの下方に配置された下部電気伝導層を具備していることを特徴
とするセンサチップ。 - 【請求項8】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記外側電気伝導層が、指との間においてコンタクトを形成し得るように構成
され、さらに、電気変調器に対して接続されていることを特徴とするセンサチッ
プ。 - 【請求項9】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記外側電気伝導体が、電気伝導性対象物に対して近接したときにはインピー
ダンス(例えば、キャパシタンス)が変化するような構造を有し、 この構造に関連した適切な回路が、測定対象をなす表面が前記センサに対して
近接したときに、前記センサを活性化し得るものとされていることを特徴とする
センサチップ。 - 【請求項10】 請求項1記載のセンサチップにおいて、 前記センサアレイが、実質的に直線状とされるとともに、前記センサアレイと
指表面との間の相対移動を測定し得るように構成された1つまたは複数のセンサ
を具備していることを特徴とするセンサチップ。
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