JP2004241752A - 指紋入力装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板を薄く加工することができ、製造工程中及び使用中の基板の破損が防止され、部品点数が少なく、また、指紋画像の鮮鋭さを確保する。
【解決手段】光線を指に照射して、指先内部からの散乱光２ｂを固体撮像素子１ａで受光する指紋入力装置において、表面に複数の固体撮像素子１ａが形成され、前記散乱光２ｂが表面とほぼ平行な裏面１ｂから前記固体撮像素子１ａへ入射される基板１を有し、前記基板１の厚みｔが固体撮像素子画素ピッチｐの半分乃至３倍程度である。基板１の裏面１ｂには、透明導電膜１ｃを設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】光線を指に照射して、指先内部からの散乱光２ｂを固体撮像素子１ａで受光する指紋入力装置において、表面に複数の固体撮像素子１ａが形成され、前記散乱光２ｂが表面とほぼ平行な裏面１ｂから前記固体撮像素子１ａへ入射される基板１を有し、前記基板１の厚みｔが固体撮像素子画素ピッチｐの半分乃至３倍程度である。基板１の裏面１ｂには、透明導電膜１ｃを設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線及び／又は近赤外線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等の経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。
【０００３】
個人認証電子化の手法として、従来から指紋を画像入力する方法が多く用いられているが、例えば下記特許文献１等に記載される全反射プリズムを利用するものは形状が大きくなり、また、樹脂等で型取りをした偽造指紋を判別することができない等の難点があった。
【０００４】
かかる点を改善した小型でかつ信頼性の高い指紋入力装置として、下記特許文献２に記載されるように、二次元固体撮像素子の表面近傍に指を接触させておき、近赤外光線を照射し、指先内部からの散乱光を受光する方法が提案されている。
【０００５】
図１１は、このような従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。
【０００６】
１は基板、１ａは基板１の表面に形成された固体撮像素子であり、通常は二次元配列の撮像センサが用いられ、配列のピッチはｐである。１５は固体撮像素子１ａを保護するカバーガラスであり、その厚さはｔである。
【０００７】
指紋を撮像センサに入力するには、カバーガラス１５の表面に密着して置かれた指２０に向けてＬＥＤ２より近赤外光線及び／又は赤外光線から成る光線を照射する。この光線は、指２０に対する入射光２ａとなり、指２０の内部で散乱し、指紋２０ａ等の部分から射出する。この散乱光２ｂを固体撮像素子１ａで光電変換して、指紋２０ａの画像を得る。
【０００８】
指紋入力では、固体撮像素子１ａのピッチｐは、下記特許文献２に記載されているように、５０マイクロメートルかそれ以下が望ましい。従って、散乱光２ｂによる指紋３ａの画像が鮮明に固体撮像素子１ａに到達するには、カバーガラス１５の厚さｔも５０マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０００９】
ここで、図１２は、他の従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。図１２において、通常は半導体である基板１の表面には二次元配列の固体撮像素子１ａが形成され、その上にカバーガラス１５が透明な封止樹脂１４で接着固定されている。そして、これらは配線基板３に固定され、かつ、ワイヤ１３によって電極３ａと電気的に接続されている。また、照明用のＬＥＤチップ１０もワイヤ１２によって電極３ａに接続され、封止樹脂１１で保護されている。
【００１０】
このＬＥＤ２から照射される入射光２ａは指２０に入射し、その内部で拡散されて、指紋２０ａからカバーガラス１５に散乱光２ｂとなって入射し、固体撮像素子１ａに到達することで光電変換され、指紋画像の電気信号を得る。
【００１１】
カバーガラス１５は、固体撮像素子１ａに指２０等が触れて電気的、機械的にこれを破壊することから保護する目的と同時に、指紋画像以外の外乱光を除去するための光学フィルタ機能を持たせることも必要である。
【００１２】
しかし、鮮明な指紋画像を得るためにカバーガラス１５の厚さｔは極めて薄いことが求められ、これを避けるためにファイバーオプティックスプレート等の高価な材料を使わなければならなかった。
【００１３】
他方、このカバーガラスが不要となる技術として、固体撮像素子チップ（半導体基板）の裏面から指紋画像を入力する方法も提案されている。例えば、下記特許文献３等がある。
【００１４】
図１３は、このような他の従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。
【００１５】
図１３において、Ｓｉ基板８１はその表面に受光部８３が形成され、層間絶縁膜８２で覆われている。８４は周辺ＭＯＳＦＥＴ、８５は配線である。ＭＯＳイメ−ジセンサチップ８０の裏面に指２０を接触させ、例えば近赤外光を指２０に照射し、指紋３ａからの光が受光部８３に入射される。チップ８０表面の固体撮像素子側に直接指が接触することがなく、チップ８０の裏面に指を接触させるので、チップ８０の破損、劣化等を防ぐことができる。しかし、Ｓｉ基板８１を薄型化することについては、特に認識されていない。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−１１１４２号公報（三菱電機株式会社）
【特許文献２】
特許第３１５０１２６号公報（静岡日本電気株式会社）
【特許文献３】
特開２００２−３３４６９号公報（日本電気株式会社）
【特許文献４】
特開２００１−８１５４１号公報（セイコーエプソン株式会社）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単結晶シリコンを始めとして、半導体素子を形成する半導体基板は一般的に脆性材料であり、人の指が頻繁に接触ないし押圧すると破損する場合があった。
【００１８】
また、製造工程中でもこのように薄い基板の取扱は困難で、特に電極から外部に電気的接続を行う際に破損する危険性も大きい。
【００１９】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、基板は通常の厚さ（０．３乃至０．８ミリメートル程度）のままで固体撮像素子の形成等の加工を行い、しかる後に基板を薄く加工することができ、製造工程中及び使用中の基板の破損が防止され、部品点数が少なく、また、指紋画像の鮮鋭さを確保した新規な指紋入力装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子が形成され、前記散乱光が表面とほぼ平行な裏面から前記固体撮像素子へ入射される基板を有し、前記基板の厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板を有し、
前記半導体基板と前記配線基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光線が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された第一の半導体基板と、配線基板上に、前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する第二の半導体基板を有し、
前記第一、第二の半導体基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記第一、第二の半導体基板の間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記第一の半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明の指紋入力装置の製造方法は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置の製造方法において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板、又は前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板に突起電極を設け、
前記半導体基板と前記配線基板を、フリップチップ接続し、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙を絶縁性の樹脂で充填し硬化せしめ、前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する面を裏面とし、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍となるように研削加工後、研磨を行い、
前記配線基板上に電子部品を実装することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明における指紋入力装置の実施の形態を説明する。
【００２５】
〔実施形態１〕
図１は、本発明における実施形態１の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００２６】
同図において、１は基板、１ａは基板１の表面に形成された複数の固体撮像素子であり、通常は二次元配列の撮像センサが用いられる。基板１は単結晶シリコンウエハのような半導体基板であり、既知の半導体プロセス技術によってＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子１ａが作製される。単結晶シリコンは、波長がおよそ１２００ナノメートル以上の近赤外線をよく透過するため、基板１の裏面１ｂ側から入射した光線も固体撮像素子１ａにおいて光電変換することが可能である。
【００２７】
１ｃは基板１の裏面１ｂに設けられたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の透明導電膜であり、指２０に帯電した静電気等により固体撮像素子１ａ等の半導体素子が誤動作もしくは破損しないよう設けられる。透明導電膜１ｃを不図示の端子に接地することもある。
【００２８】
また、２は近赤外光線及び／又は赤外光線から成る入射光２ａを照射するＬＥＤである。
【００２９】
指紋２０ａを撮像センサに入力するには、基板１の裏面１ｂに設けられた透明導電膜１ｃに密着して置かれた指２０に向けて、ＬＥＤ２より近赤外光線及び／又は赤外光線を照射する。この光線は、指２０に対する入射光２ａとなり、指先内部で散乱して指紋３ａ等の部分から射出し、その散乱光２ｂが透明導電膜１ｃ及び基板１を透過して固体撮像素子１ａで光電変換されることにより、指紋２０ａの画像を得ることができる。
【００３０】
ここで、図中ｔは基板１と透明導電膜１ｃと合計の厚さ、ｐは固体撮像素子１ａの配列ピッチを表す。厚さｔは２５マイクロメートルから１５０マイクロメートル以下であると充分な性能が得られる。特に２５マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲内であると指紋画像のコントラストが大きくとれるためより好適である。なお、透明導電膜１ｃとしては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられるため、実用上厚みｔは基板１によって定まると考えて差し支えない。
【００３１】
さらに、基板１を３０マイクロメートルから２０マイクロメートル以下に薄層化すると、可視光線の透過率も高くなるため、安価な赤色光源でも実用に供することができる。このように薄い基板１は、まず通常の厚さ、即ちおよそ０．５ミリメートルから０．８ミリメートル程度のシリコンウエハに、既知の半導体プロセスで固体撮像素子１ａ及び周辺回路（図示せず）を作製した後、砥石による研削工程、フッ酸等によるウエットエッチング工程或いはプラズマ等によるドライエッチング工程を施すことにより加工する。必要に応じてこれらの工程を組み合わせても良い。加工能率は研削工程が最も高いが、基板１内部に微小なクラックが発生するため、最後はドライ又はウエットエッチング工程により仕上げることが望ましい。
【００３２】
また、基板１の厚さｔが固体撮像素子１ａの画素ピッチｐの半分から３倍程度であることが望ましい。
【００３３】
その点について、図２を用いて説明する。
【００３４】
図２は、図１の光線経路部分を拡大した模式的断面図である。
【００３５】
ＬＥＤ２から発した光線２ａは基板１に密着して置かれた指２０に入射し、指内部で散乱された後、指紋２０ａ部から散乱光２ｂとなって基板１に入射する。
【００３６】
前述のように基板１は単結晶シリコンであり、近赤外から赤外の波長域では良好な光線透過率を示すため、散乱光２ｂは固体撮像素子１ａに到達する。指紋２０ａと基板裏面１ｂが密着している部分では、指２０の内部から角度θ１で到達した散乱光２ｂは、指２０と基板１双方の屈折率で定まる角度θ２で基板１に入り、固体撮像素子１ａに到達する。
【００３７】
一方、指紋２０ａと基板裏面１ｂが密着しない部分では、屈折率がほぼ１である空気中に、θ２より大きな角度θ３で射出する。その結果、散乱光２ｂの多くは基板裏面１ｂで反射し、基板１に入射しにくくなる。
【００３８】
また、θ３が小さい場合でも、散乱光２ｂは指紋２０ａと空気、空気と基板１という屈折率の異なる二つの界面を通過するため、固体撮像素子１ａに到達するまでの損失はより大きくなる。
【００３９】
以上の結果、固体撮像素子１ａに指紋２０ａの画像が投影される。
【００４０】
その際、隣り合う固体撮像素子１ａのピッチｐと、基板１の厚さｔで定まる角度θが小さくなると、隣り合う固体撮像素子に入射する光量がほぼ等しくなるため、指紋画像の鮮鋭さが失われる。
【００４１】
ここで、図３を用いてさらに詳細に説明する。
【００４２】
図３は、厚さ／ピッチ比と光量比を示した図である。
【００４３】
隣接する素子に入射する光量の比をｒ、指紋の接触点から隣接する素子を見込む角度をθとすると、ｒ＝ｃｏｓ４θである。すなわち、隣接する素子に入射する光量は概ね、ｃｏｓ４θに比例すると見積もられる（コサイン４乗則）。
【００４４】
ここで θ＝ｔａｎ−１（ｐ／ｔ）となる（シリコン基板中の光量減衰は無視）。
【００４５】
良好な指紋画像を得るためには隣接する画像に入射する光量に違いのあることが必要である。
【００４６】
鮮鋭な指紋画像を得るためにはｒ≦０．８であることが望ましく、図３からもｔ／ｐが３以内が望ましいことが示されている。従って、θは概ね２０°以上、厚さｔとピッチｐとの比は３以内であることが望ましい。しかしながら、基板１の厚さを２０乃至３０マイクロメートル以下にすると、極めて脆弱で、実使用に耐えないものとなる。従って実用上、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００４７】
〔実施形態２〕
図４は、本発明における指紋入力装置の実施形態２の模式的断面図である。
【００４８】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００４９】
図４において、３は配線基板、４は配線基板３上の突起電極、半導体素子等を表面近傍に形成した単結晶シリコンから成る基板１は突起電極４を介して配線基板３とフリップチップ接続されている。３ａ，３ｂは配線基板３上の電極である。
【００５０】
突起電極４は、高さが概ね数マイクロメートルから数十マイクロメートルであり、基板１上の電極１ｅ又は配線基板３上の電極３ａ，３ｂの一方又は両方に設けられている。
【００５１】
突起電極４の形成方法にはメッキによるもの、金属細線や金属球を圧着するもの、或いは半田を印刷して加熱溶融させるもの等、公知の技術を適宜用いることができる。
【００５２】
さらには、前記特許文献４に開示されるように、錫又は錫合金の粒状体をフッ化処理したのち、電極１ｅに加熱圧着しても良い。
【００５３】
配線基板３は、指２０による押圧に耐える剛性を有すること、シリコン単結晶である基板１と熱膨張率が近いことが求められる。また、フリップチップ接続の加熱加圧に耐える必要もあることから、ガラス、セラミック等の無機材質が有利である。
【００５４】
コストの面からはガラスエポキシ基板に代表される有機材料が望ましいが、一般的には熱膨張率が基板１より大きいため、フリップチップ接続の際に比較的低温で接続する工程との組み合わせが必要である。
【００５５】
フリップチップ接続は、異方性導電樹脂によるもの、半田付によるもの等、配線基板３の材質を考慮して公知の技術を適宜用いることができる。
【００５６】
配線基板３上には、光線、特に赤外線及び／又は近赤外線を照射するＬＥＤ（発光ダイオード）２や、不図示のその他電子部品を搭載することができるが、後述するように、基板１を薄く削る必要があるため、これらの部品は工程の最後に搭載する必要がある。ＬＥＤチップ１０、ワイヤ１２等の部品は、封止樹脂１１により固定される。
【００５７】
基板１の厚みｔは実施形態１において述べたように、概ね１５０マイクロメートル以内と極めて薄い必要がある。このため、基板１と配線基板３の間隙には絶縁性の樹脂５が充填され、指２０が押し付けられることによって基板１が撓んで破損することを防止している。
【００５８】
反面、フリップチップ実装を行うにあたっては、基板１の厚みｔが数百マイクロメートル以上であることが望ましい。従って、フリップチップ実装を行い、樹脂５を充填した後、基板１の裏面１ｂを研削によって所定の厚さｔとする。
【００５９】
シリコン単結晶基板は研削加工によるマイクロクラックで抗折力が低下しやすいため、上記加工を行った後は、ケミカルエッチング、プラズマエッチング、或いは研磨等で鏡面仕上げをすることが望ましい。
【００６０】
実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００６１】
次に、本発明の指紋入力装置の製造工程の概略を述べる。
【００６２】
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明における実施形態２の指紋入力装置の製造工程を示した模式的断面図である。
【００６３】
図５（ａ）基板１には予め突起電極４を公知の技術で形成しておき、配線基板３の電極３ａと位置決めしたのち、加熱、加圧して公知のフリップチップ接続を行う。このとき、基板１の厚さｔは、特別な理由のない限り０．３乃至０．８ミリメートル程度である。また、突起電極４は配線基板３側の電極３ａ，３ｂの上に設けても良い。
【００６４】
図５（ｂ）基板１と配線基板３との間に絶縁性の樹脂５を注入し、硬化する。フィラーを充填した熱硬化性エポキシ樹脂が一般には適当であるため、加熱硬化が推奨される。
【００６５】
図５（ｃ）基板１の厚さを所望の値ｔに加工する。前述の如くｔは５０マイクロメートルから１５０マイクロメートル程度の薄さに仕上げる必要がある。まずダイヤモンド砥石で研削加工を行った後、研削で生じたマイクロクラック（数マイクロメートル程度の微小なクラック）層を除去する目的で、フッ酸等によるケミカルエッチング、プラズマエッチング等のドライプロセス、又は機械的研磨、化学−機械的研磨等を行う。これにより、基板１の抗折力をより大きくすることができる。
【００６６】
必要に応じて基板の裏面１ｂには透明導電膜、光学薄膜フィルタ等を堆積しても良い。
【００６７】
図５（ｄ）最後に配線基板３上にその他の電子部品、例えばＬＥＤチップ１０等を実装する。図ではワイヤ１２によって配線し、封止樹脂１１で保護する形態を例示したが、これ以外の方法、例えば予めパッケージされた部品の端子半田付等も可能である。
【００６８】
以下、実施形態３〜５について述べるが、基板１と配線基板３（実施形態５では、第一の半導体基板１と第二の半導体基板７）がフリップチップ接続され、その間隙が絶縁性の樹脂５で充填される点は、実施形態２と同様である。
【００６９】
〔実施形態３〕
図６は、本発明における実施形態３の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００７０】
基板１と配線基板３の間隙には絶縁フィルム６が挿入されているため、指２０の押圧による破損の危険をより軽減できる。
【００７１】
この絶縁フィルム６は、感光性ドライフィルム、感光性ポリイミド等を基板１、配線基板３の一方、又は両方に塗布又は貼付したのち、所定の露光、現像工程を経て形成したものか、粘着性を付与したポリイミド、エポキシ樹脂等のフィルムを基板１、或いは配線基板３の一方、又は両方に貼付したものが望ましい。
【００７２】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００７３】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００７４】
〔実施形態４〕
図７は、本発明における実施形態４の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００７５】
配線基板３には固体撮像素子１ａの形成される範囲とほぼ対応した部分に段差３ｃが設けられている。段差３ｃの寸法は突起電極４の高さに等しいか、やや小さい値であり、突起電極４による接続の妨げにならず、かつ、指２０の押圧によって基板１が撓んで破損することを防止している。
【００７６】
このような段差を設けるには、配線基板３をＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅ 立体配線基板）技術によって加工することが有利である。
【００７７】
図に示すように、段差３ｄ部も同時に形成できるため、装置全体をコンパクトにまとめられるほか、基板１の研削加工前にＬＥＤチップ１０等を実装しておくことも可能となる。
【００７８】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００７９】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００８０】
〔実施形態５〕
図８は、本発明における実施形態５の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００８１】
ここで、配線基板３上において、固体撮像素子１ａを形成した基板１を第一の半導体基板とし、信号処理等の機能を持つ半導体素子７ｃと電極７ｂを形成した半導体基板を第二の半導体基板７とし、両半導体基板が突起電極４を介して接続されている。配線基板３上の電極３ａは、ワイヤ１３によって第二の半導体基板７上の電極７ａと接続される。
【００８２】
両半導体基板１及び７はともに単結晶シリコンであり、両者の熱膨張率は均しいため、フリップチップ接続に伴う加熱を行っても熱膨張率差による応力等が発生する虞はない。
【００８３】
さらに固体撮像素子１ａで得られた指紋の画像信号を、半導体素子７ｃによって所定の画像処理や指紋認証等の処理を行うことができる。
【００８４】
このようなシリコン・オン・シリコン方式のマルチチップ実装を行うことで、より高機能な指紋入力装置を構成することができる。
【００８５】
なお、図では絶縁性樹脂５が充填されているが、ここに前述の絶縁フィルム６を配置しても良い。
【００８６】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００８７】
また、実施形態１と同様に、第一の半導体基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００８８】
〔実施形態６〕
図９（ａ），（ｂ）は、本発明における実施形態６の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００８９】
上記第２の実施形態で説明した工程で得られた薄い基板１は可撓性があり、脆性材料である単結晶シリコンでも容易に湾曲することができる。従って、散乱光２ｂの入射面である裏面１ｂを内側にして基板１が指先の形状に近い曲率、すなわち、曲率半径数センチメートル程度で湾曲するようにしておけば、より広い面で指先と密着することができ、正確な指紋２０ａの形状を入力することができる。
【００９０】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００９１】
また、１ｃは透明導電膜である、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられる。
【００９２】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００９３】
〔実施形態７〕
図１０は、本発明における実施形態７の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００９４】
基板１はガラス、石英、ポリイミド樹脂等の透明絶縁基板であり、固体撮像素子１ａは非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜等から成る半導体素子である。これらは単結晶シリコン基板に比べ、大面積で作成することが容易であり、より低価格な指紋入力装置を得ることができる。
【００９５】
また、１ｃは透明導電膜である、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられる。
【００９６】
また、基板１を、赤外線近傍を透過し、可視光を吸収する着色フィルタとすれば、不要な外乱光を除去することができる。
【００９７】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００９８】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００９９】
上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の好適な実施の態様を以下のとおり列挙する。
［実施態様１］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子が形成され、前記散乱光が表面とほぼ平行な裏面から前記固体撮像素子へ入射される基板を有し、前記基板の厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様２］ 前記基板は、半導体基板であることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様３］ 前記基板は、単結晶シリコンウエハであることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様４］ 前記基板の裏面に、赤外線及び／又は近赤外線を透過する導電性薄膜が設けられていることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様５］ 前記基板は、前記散乱光の入射面である裏面を内側にして湾曲していることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様６］ 前記基板は、透明絶縁基板であり、前記固体撮像素子は、非晶質シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜から成ることを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載の指紋入力装置。
［実施態様７］ 前記透明絶縁基板は、ガラス、石英、ポリイミド樹脂のいずれかであることを特徴とする実施態様６に記載の指紋入力装置。
［実施態様８］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板を有し、
前記半導体基板と前記配線基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光線が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様９］ 前記半導体基板と前記配線基板の間隙には、絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１０］ 前記配線基板には、前記固体撮像素子の形成される範囲とほぼ対応した部分に段差が設けられていることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１１］ 前記配線基板は、熱膨張率が前記基板とほぼ等しい材料から成ることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１２］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された第一の半導体基板と、配線基板上に、前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する第二の半導体基板を有し、
前記第一、第二の半導体基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記第一、第二の半導体基板の間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記第一の半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様１３］ 前記第一、第二の半導体基板の間隙には絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする実施態様１２に記載の指紋入力装置。
［実施態様１４］ 前記光線は、赤外線及び／又は近赤外線であることを特徴とする実施態様１，８，１２のいずれかに記載の指紋入力装置。
［実施態様１５］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置の製造方法において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板、又は前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板に突起電極を設け、
前記半導体基板と前記配線基板を、フリップチップ接続し、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙を絶縁性の樹脂で充填し硬化せしめ、前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する面を裏面とし、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍となるように研削加工後、研磨を行い、
前記配線基板上に電子部品を実装することを特徴とする指紋入力装置の製造方法。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板は通常の厚さ（０．３乃至０．８ミリメートル程度）のままで固体撮像素子の形成等の加工を行い、しかる後に基板を薄く加工することができ、製造工程中及び使用中の基板の破損が防止され、部品点数が少なく、また、指紋画像の鮮鋭さを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態１の指紋入力装置の模式的断面図
【図２】図１の光線経路部分を拡大した模式的断面図
【図３】厚さ／ピッチ比と光量比を示した図
【図４】本発明における実施形態２の指紋入力装置の模式的断面図
【図５】本発明における実施形態２の指紋入力装置の製造工程を示した模式的断面図
【図６】本発明における実施形態３の指紋入力装置の模式的断面図
【図７】本発明における実施形態４の指紋入力装置の模式的断面図
【図８】本発明における実施形態５の指紋入力装置の模式的断面図
【図９】本発明における実施形態６の指紋入力装置の模式的断面図
【図１０】本発明における実施形態７の指紋入力装置の模式的断面図
【図１１】従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【図１２】他の従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【図１３】他の従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【符号の説明】
１ 基板
１ａ 固体撮像素子
１ｂ 裏面
１ｃ 透明導電膜
２ ＬＥＤ
２ａ 入射光
２ｂ 散乱光
３ 配線基板
４ 突起電極
５ 絶縁性樹脂
６ 絶縁フィルム
７ 第二の半導体基板
２０ 指
２０ａ 指紋
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線及び／又は近赤外線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等の経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。
【０００３】
個人認証電子化の手法として、従来から指紋を画像入力する方法が多く用いられているが、例えば下記特許文献１等に記載される全反射プリズムを利用するものは形状が大きくなり、また、樹脂等で型取りをした偽造指紋を判別することができない等の難点があった。
【０００４】
かかる点を改善した小型でかつ信頼性の高い指紋入力装置として、下記特許文献２に記載されるように、二次元固体撮像素子の表面近傍に指を接触させておき、近赤外光線を照射し、指先内部からの散乱光を受光する方法が提案されている。
【０００５】
図１１は、このような従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。
【０００６】
１は基板、１ａは基板１の表面に形成された固体撮像素子であり、通常は二次元配列の撮像センサが用いられ、配列のピッチはｐである。１５は固体撮像素子１ａを保護するカバーガラスであり、その厚さはｔである。
【０００７】
指紋を撮像センサに入力するには、カバーガラス１５の表面に密着して置かれた指２０に向けてＬＥＤ２より近赤外光線及び／又は赤外光線から成る光線を照射する。この光線は、指２０に対する入射光２ａとなり、指２０の内部で散乱し、指紋２０ａ等の部分から射出する。この散乱光２ｂを固体撮像素子１ａで光電変換して、指紋２０ａの画像を得る。
【０００８】
指紋入力では、固体撮像素子１ａのピッチｐは、下記特許文献２に記載されているように、５０マイクロメートルかそれ以下が望ましい。従って、散乱光２ｂによる指紋３ａの画像が鮮明に固体撮像素子１ａに到達するには、カバーガラス１５の厚さｔも５０マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０００９】
ここで、図１２は、他の従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。図１２において、通常は半導体である基板１の表面には二次元配列の固体撮像素子１ａが形成され、その上にカバーガラス１５が透明な封止樹脂１４で接着固定されている。そして、これらは配線基板３に固定され、かつ、ワイヤ１３によって電極３ａと電気的に接続されている。また、照明用のＬＥＤチップ１０もワイヤ１２によって電極３ａに接続され、封止樹脂１１で保護されている。
【００１０】
このＬＥＤ２から照射される入射光２ａは指２０に入射し、その内部で拡散されて、指紋２０ａからカバーガラス１５に散乱光２ｂとなって入射し、固体撮像素子１ａに到達することで光電変換され、指紋画像の電気信号を得る。
【００１１】
カバーガラス１５は、固体撮像素子１ａに指２０等が触れて電気的、機械的にこれを破壊することから保護する目的と同時に、指紋画像以外の外乱光を除去するための光学フィルタ機能を持たせることも必要である。
【００１２】
しかし、鮮明な指紋画像を得るためにカバーガラス１５の厚さｔは極めて薄いことが求められ、これを避けるためにファイバーオプティックスプレート等の高価な材料を使わなければならなかった。
【００１３】
他方、このカバーガラスが不要となる技術として、固体撮像素子チップ（半導体基板）の裏面から指紋画像を入力する方法も提案されている。例えば、下記特許文献３等がある。
【００１４】
図１３は、このような他の従来技術の指紋入力装置を示す模式的断面図である。
【００１５】
図１３において、Ｓｉ基板８１はその表面に受光部８３が形成され、層間絶縁膜８２で覆われている。８４は周辺ＭＯＳＦＥＴ、８５は配線である。ＭＯＳイメ−ジセンサチップ８０の裏面に指２０を接触させ、例えば近赤外光を指２０に照射し、指紋３ａからの光が受光部８３に入射される。チップ８０表面の固体撮像素子側に直接指が接触することがなく、チップ８０の裏面に指を接触させるので、チップ８０の破損、劣化等を防ぐことができる。しかし、Ｓｉ基板８１を薄型化することについては、特に認識されていない。
【００１６】
【特許文献１】
特開２０００−１１１４２号公報（三菱電機株式会社）
【特許文献２】
特許第３１５０１２６号公報（静岡日本電気株式会社）
【特許文献３】
特開２００２−３３４６９号公報（日本電気株式会社）
【特許文献４】
特開２００１−８１５４１号公報（セイコーエプソン株式会社）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単結晶シリコンを始めとして、半導体素子を形成する半導体基板は一般的に脆性材料であり、人の指が頻繁に接触ないし押圧すると破損する場合があった。
【００１８】
また、製造工程中でもこのように薄い基板の取扱は困難で、特に電極から外部に電気的接続を行う際に破損する危険性も大きい。
【００１９】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、基板は通常の厚さ（０．３乃至０．８ミリメートル程度）のままで固体撮像素子の形成等の加工を行い、しかる後に基板を薄く加工することができ、製造工程中及び使用中の基板の破損が防止され、部品点数が少なく、また、指紋画像の鮮鋭さを確保した新規な指紋入力装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子が形成され、前記散乱光が表面とほぼ平行な裏面から前記固体撮像素子へ入射される基板を有し、前記基板の厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板を有し、
前記半導体基板と前記配線基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光線が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の指紋入力装置は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された第一の半導体基板と、配線基板上に、前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する第二の半導体基板を有し、
前記第一、第二の半導体基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記第一、第二の半導体基板の間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記第一の半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明の指紋入力装置の製造方法は、光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置の製造方法において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板、又は前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板に突起電極を設け、
前記半導体基板と前記配線基板を、フリップチップ接続し、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙を絶縁性の樹脂で充填し硬化せしめ、前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する面を裏面とし、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍となるように研削加工後、研磨を行い、
前記配線基板上に電子部品を実装することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明における指紋入力装置の実施の形態を説明する。
【００２５】
〔実施形態１〕
図１は、本発明における実施形態１の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００２６】
同図において、１は基板、１ａは基板１の表面に形成された複数の固体撮像素子であり、通常は二次元配列の撮像センサが用いられる。基板１は単結晶シリコンウエハのような半導体基板であり、既知の半導体プロセス技術によってＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子１ａが作製される。単結晶シリコンは、波長がおよそ１２００ナノメートル以上の近赤外線をよく透過するため、基板１の裏面１ｂ側から入射した光線も固体撮像素子１ａにおいて光電変換することが可能である。
【００２７】
１ｃは基板１の裏面１ｂに設けられたＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の透明導電膜であり、指２０に帯電した静電気等により固体撮像素子１ａ等の半導体素子が誤動作もしくは破損しないよう設けられる。透明導電膜１ｃを不図示の端子に接地することもある。
【００２８】
また、２は近赤外光線及び／又は赤外光線から成る入射光２ａを照射するＬＥＤである。
【００２９】
指紋２０ａを撮像センサに入力するには、基板１の裏面１ｂに設けられた透明導電膜１ｃに密着して置かれた指２０に向けて、ＬＥＤ２より近赤外光線及び／又は赤外光線を照射する。この光線は、指２０に対する入射光２ａとなり、指先内部で散乱して指紋３ａ等の部分から射出し、その散乱光２ｂが透明導電膜１ｃ及び基板１を透過して固体撮像素子１ａで光電変換されることにより、指紋２０ａの画像を得ることができる。
【００３０】
ここで、図中ｔは基板１と透明導電膜１ｃと合計の厚さ、ｐは固体撮像素子１ａの配列ピッチを表す。厚さｔは２５マイクロメートルから１５０マイクロメートル以下であると充分な性能が得られる。特に２５マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲内であると指紋画像のコントラストが大きくとれるためより好適である。なお、透明導電膜１ｃとしては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられるため、実用上厚みｔは基板１によって定まると考えて差し支えない。
【００３１】
さらに、基板１を３０マイクロメートルから２０マイクロメートル以下に薄層化すると、可視光線の透過率も高くなるため、安価な赤色光源でも実用に供することができる。このように薄い基板１は、まず通常の厚さ、即ちおよそ０．５ミリメートルから０．８ミリメートル程度のシリコンウエハに、既知の半導体プロセスで固体撮像素子１ａ及び周辺回路（図示せず）を作製した後、砥石による研削工程、フッ酸等によるウエットエッチング工程或いはプラズマ等によるドライエッチング工程を施すことにより加工する。必要に応じてこれらの工程を組み合わせても良い。加工能率は研削工程が最も高いが、基板１内部に微小なクラックが発生するため、最後はドライ又はウエットエッチング工程により仕上げることが望ましい。
【００３２】
また、基板１の厚さｔが固体撮像素子１ａの画素ピッチｐの半分から３倍程度であることが望ましい。
【００３３】
その点について、図２を用いて説明する。
【００３４】
図２は、図１の光線経路部分を拡大した模式的断面図である。
【００３５】
ＬＥＤ２から発した光線２ａは基板１に密着して置かれた指２０に入射し、指内部で散乱された後、指紋２０ａ部から散乱光２ｂとなって基板１に入射する。
【００３６】
前述のように基板１は単結晶シリコンであり、近赤外から赤外の波長域では良好な光線透過率を示すため、散乱光２ｂは固体撮像素子１ａに到達する。指紋２０ａと基板裏面１ｂが密着している部分では、指２０の内部から角度θ１で到達した散乱光２ｂは、指２０と基板１双方の屈折率で定まる角度θ２で基板１に入り、固体撮像素子１ａに到達する。
【００３７】
一方、指紋２０ａと基板裏面１ｂが密着しない部分では、屈折率がほぼ１である空気中に、θ２より大きな角度θ３で射出する。その結果、散乱光２ｂの多くは基板裏面１ｂで反射し、基板１に入射しにくくなる。
【００３８】
また、θ３が小さい場合でも、散乱光２ｂは指紋２０ａと空気、空気と基板１という屈折率の異なる二つの界面を通過するため、固体撮像素子１ａに到達するまでの損失はより大きくなる。
【００３９】
以上の結果、固体撮像素子１ａに指紋２０ａの画像が投影される。
【００４０】
その際、隣り合う固体撮像素子１ａのピッチｐと、基板１の厚さｔで定まる角度θが小さくなると、隣り合う固体撮像素子に入射する光量がほぼ等しくなるため、指紋画像の鮮鋭さが失われる。
【００４１】
ここで、図３を用いてさらに詳細に説明する。
【００４２】
図３は、厚さ／ピッチ比と光量比を示した図である。
【００４３】
隣接する素子に入射する光量の比をｒ、指紋の接触点から隣接する素子を見込む角度をθとすると、ｒ＝ｃｏｓ４θである。すなわち、隣接する素子に入射する光量は概ね、ｃｏｓ４θに比例すると見積もられる（コサイン４乗則）。
【００４４】
ここで θ＝ｔａｎ−１（ｐ／ｔ）となる（シリコン基板中の光量減衰は無視）。
【００４５】
良好な指紋画像を得るためには隣接する画像に入射する光量に違いのあることが必要である。
【００４６】
鮮鋭な指紋画像を得るためにはｒ≦０．８であることが望ましく、図３からもｔ／ｐが３以内が望ましいことが示されている。従って、θは概ね２０°以上、厚さｔとピッチｐとの比は３以内であることが望ましい。しかしながら、基板１の厚さを２０乃至３０マイクロメートル以下にすると、極めて脆弱で、実使用に耐えないものとなる。従って実用上、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００４７】
〔実施形態２〕
図４は、本発明における指紋入力装置の実施形態２の模式的断面図である。
【００４８】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００４９】
図４において、３は配線基板、４は配線基板３上の突起電極、半導体素子等を表面近傍に形成した単結晶シリコンから成る基板１は突起電極４を介して配線基板３とフリップチップ接続されている。３ａ，３ｂは配線基板３上の電極である。
【００５０】
突起電極４は、高さが概ね数マイクロメートルから数十マイクロメートルであり、基板１上の電極１ｅ又は配線基板３上の電極３ａ，３ｂの一方又は両方に設けられている。
【００５１】
突起電極４の形成方法にはメッキによるもの、金属細線や金属球を圧着するもの、或いは半田を印刷して加熱溶融させるもの等、公知の技術を適宜用いることができる。
【００５２】
さらには、前記特許文献４に開示されるように、錫又は錫合金の粒状体をフッ化処理したのち、電極１ｅに加熱圧着しても良い。
【００５３】
配線基板３は、指２０による押圧に耐える剛性を有すること、シリコン単結晶である基板１と熱膨張率が近いことが求められる。また、フリップチップ接続の加熱加圧に耐える必要もあることから、ガラス、セラミック等の無機材質が有利である。
【００５４】
コストの面からはガラスエポキシ基板に代表される有機材料が望ましいが、一般的には熱膨張率が基板１より大きいため、フリップチップ接続の際に比較的低温で接続する工程との組み合わせが必要である。
【００５５】
フリップチップ接続は、異方性導電樹脂によるもの、半田付によるもの等、配線基板３の材質を考慮して公知の技術を適宜用いることができる。
【００５６】
配線基板３上には、光線、特に赤外線及び／又は近赤外線を照射するＬＥＤ（発光ダイオード）２や、不図示のその他電子部品を搭載することができるが、後述するように、基板１を薄く削る必要があるため、これらの部品は工程の最後に搭載する必要がある。ＬＥＤチップ１０、ワイヤ１２等の部品は、封止樹脂１１により固定される。
【００５７】
基板１の厚みｔは実施形態１において述べたように、概ね１５０マイクロメートル以内と極めて薄い必要がある。このため、基板１と配線基板３の間隙には絶縁性の樹脂５が充填され、指２０が押し付けられることによって基板１が撓んで破損することを防止している。
【００５８】
反面、フリップチップ実装を行うにあたっては、基板１の厚みｔが数百マイクロメートル以上であることが望ましい。従って、フリップチップ実装を行い、樹脂５を充填した後、基板１の裏面１ｂを研削によって所定の厚さｔとする。
【００５９】
シリコン単結晶基板は研削加工によるマイクロクラックで抗折力が低下しやすいため、上記加工を行った後は、ケミカルエッチング、プラズマエッチング、或いは研磨等で鏡面仕上げをすることが望ましい。
【００６０】
実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００６１】
次に、本発明の指紋入力装置の製造工程の概略を述べる。
【００６２】
図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明における実施形態２の指紋入力装置の製造工程を示した模式的断面図である。
【００６３】
図５（ａ）基板１には予め突起電極４を公知の技術で形成しておき、配線基板３の電極３ａと位置決めしたのち、加熱、加圧して公知のフリップチップ接続を行う。このとき、基板１の厚さｔは、特別な理由のない限り０．３乃至０．８ミリメートル程度である。また、突起電極４は配線基板３側の電極３ａ，３ｂの上に設けても良い。
【００６４】
図５（ｂ）基板１と配線基板３との間に絶縁性の樹脂５を注入し、硬化する。フィラーを充填した熱硬化性エポキシ樹脂が一般には適当であるため、加熱硬化が推奨される。
【００６５】
図５（ｃ）基板１の厚さを所望の値ｔに加工する。前述の如くｔは５０マイクロメートルから１５０マイクロメートル程度の薄さに仕上げる必要がある。まずダイヤモンド砥石で研削加工を行った後、研削で生じたマイクロクラック（数マイクロメートル程度の微小なクラック）層を除去する目的で、フッ酸等によるケミカルエッチング、プラズマエッチング等のドライプロセス、又は機械的研磨、化学−機械的研磨等を行う。これにより、基板１の抗折力をより大きくすることができる。
【００６６】
必要に応じて基板の裏面１ｂには透明導電膜、光学薄膜フィルタ等を堆積しても良い。
【００６７】
図５（ｄ）最後に配線基板３上にその他の電子部品、例えばＬＥＤチップ１０等を実装する。図ではワイヤ１２によって配線し、封止樹脂１１で保護する形態を例示したが、これ以外の方法、例えば予めパッケージされた部品の端子半田付等も可能である。
【００６８】
以下、実施形態３〜５について述べるが、基板１と配線基板３（実施形態５では、第一の半導体基板１と第二の半導体基板７）がフリップチップ接続され、その間隙が絶縁性の樹脂５で充填される点は、実施形態２と同様である。
【００６９】
〔実施形態３〕
図６は、本発明における実施形態３の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００７０】
基板１と配線基板３の間隙には絶縁フィルム６が挿入されているため、指２０の押圧による破損の危険をより軽減できる。
【００７１】
この絶縁フィルム６は、感光性ドライフィルム、感光性ポリイミド等を基板１、配線基板３の一方、又は両方に塗布又は貼付したのち、所定の露光、現像工程を経て形成したものか、粘着性を付与したポリイミド、エポキシ樹脂等のフィルムを基板１、或いは配線基板３の一方、又は両方に貼付したものが望ましい。
【００７２】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００７３】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００７４】
〔実施形態４〕
図７は、本発明における実施形態４の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００７５】
配線基板３には固体撮像素子１ａの形成される範囲とほぼ対応した部分に段差３ｃが設けられている。段差３ｃの寸法は突起電極４の高さに等しいか、やや小さい値であり、突起電極４による接続の妨げにならず、かつ、指２０の押圧によって基板１が撓んで破損することを防止している。
【００７６】
このような段差を設けるには、配線基板３をＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅ 立体配線基板）技術によって加工することが有利である。
【００７７】
図に示すように、段差３ｄ部も同時に形成できるため、装置全体をコンパクトにまとめられるほか、基板１の研削加工前にＬＥＤチップ１０等を実装しておくことも可能となる。
【００７８】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００７９】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００８０】
〔実施形態５〕
図８は、本発明における実施形態５の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００８１】
ここで、配線基板３上において、固体撮像素子１ａを形成した基板１を第一の半導体基板とし、信号処理等の機能を持つ半導体素子７ｃと電極７ｂを形成した半導体基板を第二の半導体基板７とし、両半導体基板が突起電極４を介して接続されている。配線基板３上の電極３ａは、ワイヤ１３によって第二の半導体基板７上の電極７ａと接続される。
【００８２】
両半導体基板１及び７はともに単結晶シリコンであり、両者の熱膨張率は均しいため、フリップチップ接続に伴う加熱を行っても熱膨張率差による応力等が発生する虞はない。
【００８３】
さらに固体撮像素子１ａで得られた指紋の画像信号を、半導体素子７ｃによって所定の画像処理や指紋認証等の処理を行うことができる。
【００８４】
このようなシリコン・オン・シリコン方式のマルチチップ実装を行うことで、より高機能な指紋入力装置を構成することができる。
【００８５】
なお、図では絶縁性樹脂５が充填されているが、ここに前述の絶縁フィルム６を配置しても良い。
【００８６】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００８７】
また、実施形態１と同様に、第一の半導体基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００８８】
〔実施形態６〕
図９（ａ），（ｂ）は、本発明における実施形態６の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００８９】
上記第２の実施形態で説明した工程で得られた薄い基板１は可撓性があり、脆性材料である単結晶シリコンでも容易に湾曲することができる。従って、散乱光２ｂの入射面である裏面１ｂを内側にして基板１が指先の形状に近い曲率、すなわち、曲率半径数センチメートル程度で湾曲するようにしておけば、より広い面で指先と密着することができ、正確な指紋２０ａの形状を入力することができる。
【００９０】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００９１】
また、１ｃは透明導電膜である、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられる。
【００９２】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００９３】
〔実施形態７〕
図１０は、本発明における実施形態７の指紋入力装置の模式的断面図である。
【００９４】
基板１はガラス、石英、ポリイミド樹脂等の透明絶縁基板であり、固体撮像素子１ａは非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜等から成る半導体素子である。これらは単結晶シリコン基板に比べ、大面積で作成することが容易であり、より低価格な指紋入力装置を得ることができる。
【００９５】
また、１ｃは透明導電膜である、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等の、通常厚さが１マイクロメートル以下のものが用いられる。
【００９６】
また、基板１を、赤外線近傍を透過し、可視光を吸収する着色フィルタとすれば、不要な外乱光を除去することができる。
【００９７】
なお、既に前述した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００９８】
また、実施形態１と同様に、基板１の厚さは、素子ピッチを概ね５０マイクロメートル以下とした場合、これの半分乃至３倍程度の範囲が適当である。
【００９９】
上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の好適な実施の態様を以下のとおり列挙する。
［実施態様１］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子が形成され、前記散乱光が表面とほぼ平行な裏面から前記固体撮像素子へ入射される基板を有し、前記基板の厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様２］ 前記基板は、半導体基板であることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様３］ 前記基板は、単結晶シリコンウエハであることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様４］ 前記基板の裏面に、赤外線及び／又は近赤外線を透過する導電性薄膜が設けられていることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様５］ 前記基板は、前記散乱光の入射面である裏面を内側にして湾曲していることを特徴とする実施態様１に記載の指紋入力装置。
［実施態様６］ 前記基板は、透明絶縁基板であり、前記固体撮像素子は、非晶質シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜から成ることを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載の指紋入力装置。
［実施態様７］ 前記透明絶縁基板は、ガラス、石英、ポリイミド樹脂のいずれかであることを特徴とする実施態様６に記載の指紋入力装置。
［実施態様８］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板を有し、
前記半導体基板と前記配線基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光線が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様９］ 前記半導体基板と前記配線基板の間隙には、絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１０］ 前記配線基板には、前記固体撮像素子の形成される範囲とほぼ対応した部分に段差が設けられていることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１１］ 前記配線基板は、熱膨張率が前記基板とほぼ等しい材料から成ることを特徴とする実施態様８に記載の指紋入力装置。
［実施態様１２］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された第一の半導体基板と、配線基板上に、前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する第二の半導体基板を有し、
前記第一、第二の半導体基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記第一、第二の半導体基板の間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記第一の半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。
［実施態様１３］ 前記第一、第二の半導体基板の間隙には絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする実施態様１２に記載の指紋入力装置。
［実施態様１４］ 前記光線は、赤外線及び／又は近赤外線であることを特徴とする実施態様１，８，１２のいずれかに記載の指紋入力装置。
［実施態様１５］ 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置の製造方法において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板、又は前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板に突起電極を設け、
前記半導体基板と前記配線基板を、フリップチップ接続し、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙を絶縁性の樹脂で充填し硬化せしめ、前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する面を裏面とし、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍となるように研削加工後、研磨を行い、
前記配線基板上に電子部品を実装することを特徴とする指紋入力装置の製造方法。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板は通常の厚さ（０．３乃至０．８ミリメートル程度）のままで固体撮像素子の形成等の加工を行い、しかる後に基板を薄く加工することができ、製造工程中及び使用中の基板の破損が防止され、部品点数が少なく、また、指紋画像の鮮鋭さを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態１の指紋入力装置の模式的断面図
【図２】図１の光線経路部分を拡大した模式的断面図
【図３】厚さ／ピッチ比と光量比を示した図
【図４】本発明における実施形態２の指紋入力装置の模式的断面図
【図５】本発明における実施形態２の指紋入力装置の製造工程を示した模式的断面図
【図６】本発明における実施形態３の指紋入力装置の模式的断面図
【図７】本発明における実施形態４の指紋入力装置の模式的断面図
【図８】本発明における実施形態５の指紋入力装置の模式的断面図
【図９】本発明における実施形態６の指紋入力装置の模式的断面図
【図１０】本発明における実施形態７の指紋入力装置の模式的断面図
【図１１】従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【図１２】他の従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【図１３】他の従来技術における指紋入力装置を示す模式的断面図
【符号の説明】
１ 基板
１ａ 固体撮像素子
１ｂ 裏面
１ｃ 透明導電膜
２ ＬＥＤ
２ａ 入射光
２ｂ 散乱光
３ 配線基板
４ 突起電極
５ 絶縁性樹脂
６ 絶縁フィルム
７ 第二の半導体基板
２０ 指
２０ａ 指紋
Claims (15)
- 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子が形成され、前記散乱光が表面とほぼ平行な裏面から前記固体撮像素子へ入射される基板を有し、前記基板の厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。 - 前記基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の指紋入力装置。
- 前記基板は、単結晶シリコンウエハであることを特徴とする請求項１に記載の指紋入力装置。
- 前記基板の裏面に、赤外線及び／又は近赤外線を透過する導電性薄膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の指紋入力装置。
- 前記基板は、前記散乱光の入射面である裏面を内側にして湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の指紋入力装置。
- 前記基板は、透明絶縁基板であり、前記固体撮像素子は、非晶質シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜から成ることを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載の指紋入力装置。
- 前記透明絶縁基板は、ガラス、石英、ポリイミド樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の指紋入力装置。
- 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光線を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板を有し、
前記半導体基板と前記配線基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光線が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。 - 前記半導体基板と前記配線基板の間隙には、絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする請求項８に記載の指紋入力装置。
- 前記配線基板には、前記固体撮像素子の形成される範囲とほぼ対応した部分に段差が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の指紋入力装置。
- 前記配線基板は、熱膨張率が前記基板とほぼ等しい材料から成ることを特徴とする請求項８に記載の指紋入力装置。
- 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された第一の半導体基板と、配線基板上に、前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する第二の半導体基板を有し、
前記第一、第二の半導体基板が前記両電極によりフリップチップ接続しており、
前記第一、第二の半導体基板の間隙が絶縁性の樹脂で充填されており、
前記第一の半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する裏面を有し、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍程度であることを特徴とする指紋入力装置。 - 前記第一、第二の半導体基板の間隙には絶縁フィルムが挿入されていることを特徴とする請求項１２に記載の指紋入力装置。
- 前記光線は、赤外線及び／又は近赤外線であることを特徴とする請求項１，８，１２のいずれかに記載の指紋入力装置。
- 光線を指に照射して、指先内部からの散乱光を固体撮像素子で受光する指紋入力装置の製造方法において、
表面に複数の固体撮像素子と複数の電極が形成された半導体基板、又は前記半導体基板の電極と相対する複数の電極を有する配線基板に突起電極を設け、
前記半導体基板と前記配線基板を、フリップチップ接続し、
前記半導体基板と前記配線基板との間隙を絶縁性の樹脂で充填し硬化せしめ、前記半導体基板は、前記表面とほぼ平行で、指先内部からの散乱光が入射する面を裏面とし、その厚みが固体撮像素子画素ピッチの半分乃至３倍となるように研削加工後、研磨を行い、
前記配線基板上に電子部品を実装することを特徴とする指紋入力装置の製造方法。
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