JP2005182474A - 指紋センサのセンサ面保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造に関し、センサ面の破損を簡単な構成で防止できる指紋センサのセンサ面保護構造を実現する。
【解決手段】 第１のセンサ面保護構造は、センサ面３に、このセンサ面３より先端が突出する保護壁１１，１４，１５を配設する。この保護壁１１，１４，１５は、配線層７を貫通して基板６上に形成される。第２のセンサ面保護構造は、温度センサの出力から指が載置部に置かれたことを検知すると、駆動部によって指紋センサを載置部に移動させ、指紋の非読み取り時には指紋センサを載置部から離すように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造に関する。

例えば、静電容量方式の指紋センサでは、指が当接されるセンサ面の内側（保護膜の下層）に、センサセルとして、多数の電極が二次元的に配設されている。そして、指をこのセンサ面上に置くと、指紋の凹凸に応じて、各電極に電荷がたまる。この電荷量は、指紋の凹部に対向する電極では少なく、指紋の凸部に対向する電極では多くなる。そこで、この種の指紋センサでは、この電荷量の分布を電圧に変換し、指紋画像を得ている。

上記センサセルは半導体プロセスで形成され、表面の保護膜としては、炭化珪素や窒化珪素等の薄膜が用いられている（例えば、特許文献１参照）。尚、この保護膜上に、ポリイミド等の樹脂膜が形成される場合もある。

上記指紋センサでは、センサ面への外部からの機械的衝撃（突起物の衝突等）を保護膜により防いでいる。センサ面保護構造の他の構成として、指紋センサを使用しない時には、指紋センサを外部から機械的に遮蔽し、使用する時に、指の操作により指紋センサを露出させるものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−１９６０２６公報（図３） 特開２００３−６７７３０公報（図１）

保護膜だけでセンサ面を機械的衝撃から守る保護構造の場合、保護膜が薄いことから、例えばボールペンの先端が誤って当接した場合には、センサ面が破損することがある。一方、保護膜の強度を上げるために保護膜を厚くすると、指紋の検出感度が低下するという新たな問題が生じる。

又、指紋センサを使用する時に、指の操作により指紋センサを露出させる保護構造の場合、指でセンサ面を傷つけてしまう場合がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、センサ面の破損を簡単な構成で防止できる指紋センサのセンサ面保護構造を実現しようとするものである。

上記課題を解決する請求項１に係る発明は、指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造であって、前記センサ面には、このセンサ面より先端が突出する保護壁が配設されていることを特徴とする指紋センサのセンサ面保護構造である。本発明では、保護壁の先端がセンサ面より突出しているため、外部の突起物は保護壁に衝突する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記指紋センサは、基板上に配線層が形成され、該配線層の上側に前記センサセルが形成され、前記センサセルが保護膜で覆われたものであり、前記保護壁は、前記配線層を貫通して前記基板上に形成され、前記保護膜の表面より先端が突出していることを特徴とするものである。本発明では、外部からの機械的衝撃は先ず保護壁に伝わり、この保護壁が受けた外力は、センサセルを介することなく、基板に直接伝達される。

請求項３に係る発明は、指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造であって、指紋センサを移動可能な駆動部と、指の載置部に設けられ、指が前記載置部に置かれたことを検知する温度センサと、該温度センサの出力から指が前記載置部に置かれたことを検知すると、前記駆動部によって指紋センサを前記載置部に移動させ、指紋の非読み取り時には、指紋センサを前記載置部から離す駆動制御手段とを備えたことを特徴とする指紋センサのセンサ面保護構造である。この発明では、指が載置部に置かれると、温度センサがこれを感知し、指紋センサが載置部に自動的に移動し、指紋の非読み取り時には、指紋センサが載置部から離れる。

請求項１に係る発明によれば、先端がセンサ面より突出した保護壁を配設するという簡単な構成によって、外部の突起物がセンサ面に衝突しようとした際には、保護壁に外部の突起物が当接することになり、突起物のセンサ面への衝突を防止できる。よって、センサ面の破損を防止できる。

請求項２に係る発明によれば、外部の突起物が保護壁に衝突しても、保護壁が基板に直接支えられているので、センサセルに衝撃が加わることを回避できる。

請求項３に係る発明によれば、指が載置部に置かれた時のみ、指紋センサが載置部に自動的に移動し、それ以外は、指紋センサは載置部から退避しているので、外部の突起物がセンサ面に衝突する機会がなくなり、センサ面の破損を防止できる。このセンサ面保護構造は、指紋センサの周辺にありふれた機械部品を配置するものであり、構成は簡単である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
（第１の形態例）
第１の形態例は、指紋センサそのものに保護構造を設けたものである。図１〜図３を用いて本発明の第１の形態例を説明する。本形態例は、図３に示すように、リード（端子）１がパッケージ２の２側面から取り出された表面実装タイプの指紋センサで、上面に指紋読み取り用のセンサ面３が形成されている。

指が当接されるセンサ面３には、図２に示すように、センサセル３１〜３８等の多くのセンサセルが二次元的に配設されている（以下、センサセル３１〜３８についてのみ説明する）。この指紋センサは、図１に示すように、シリコン等の基板６上に配線層７が形成され、該配線層７の上に絶縁層８を介してセンサセル３１〜３８が形成され、このセンサセル３１〜３８の上に保護膜９が形成されたもので、保護膜９の表面がセンサ面３となっている。

図２では、縦が２個、横が２個の合計４個のセンサセルを一つのブロックとし、各ブロックを囲むように、各ブロック間に保護壁が設けられている。例えば、センサセル３１，３２，３５，３６でなるブロックＢ１は、平面形状が十字状の保護壁１１〜１４で囲まれ、センサセル３３，３４，３７，３８でなるブロックＢ２は、保護壁１１，１２，１５，１６で囲まれている。ブロックＢ３，Ｂ４等についても同様である。

尚、センサセル３１〜３８の平面形状は、一辺の長さが５０μｍ程度の正方形である。上記ブロックのサイズを大きくした時には、そのブロック形状に合うように、ブロック内のセンサセル数を選択することになる。図２には、センサセル数が２×２＝４個のブロックを示した。通常、突起物の先端の外形等は０．５mm程度と考えられるので、保護壁１１〜１６としては、その対向壁面間隔が０．２〜０．３mm程度となるように、配列すればよい。

保護壁１１〜１６は、配線層７を貫通して基板６上に形成され、その先端は、保護膜９の表面より突出している。保護壁１１〜１６の厚さは、例えば、２０μｍ〜数十μｍであればよく、保護膜９の表面からの突出量は、壁面間隔に応じて設定すればよいが、数μｍ以上の厚みが好ましい。この保護壁１１〜１６は、窒化珪素や炭化珪素等のシリコン系硬質物質や、アルミニウム等の金属で形成される。

上記保護壁１１〜１６の作製は、例えば、図４に示したように、次のようなプロセスでなされる。
（ａ）配線層形成
シリコン等でなる基板６上に、十字状の保護膜形成エリア６ａを残して配線層７を形成する。ちなみに、配線層７内の配線は、電源線、アース線、センサセル間接続線を構成するものである。このため、各ブロックを囲む各保護壁は、一定の間隔をおいて連なるように配列され、各保護壁間の隙間を上記配線が通るようになっている。
（ｂ）絶縁層形成
配線層７に重なるように、配線層７の上に絶縁層８を成膜する。
（ｃ）センサセル及び保護膜形成
絶縁層８上にセンサセル３１〜３４を形成し、このセンサセル３１〜３４の上に保護膜９を形成する。
（ｄ）保護膜９に重なるように、保護膜９の上にマスク１０を成膜する。
（ｅ）保護壁材料注入
マスク１０の溝に保護壁材料を注入する。注入量は、先端が保護膜９の表面より突出するように選択する。
（ｆ）マスク除去
マスク１０を除去する。

上記作製プロセスで製造された指紋センサでは、保護壁１１〜１６の先端がセンサ面３より突出しているため、外部の突起物がセンサ面３に衝突しようとした際には、保護壁１１〜１６に外部の突起物が当接することになり、突起物のセンサ面３への衝突を防止できる。このため、先端がセンサ面より突出した保護壁１１〜１６を配設するという簡単な構成により、センサ面３の破損を防止できる。

更に、本形態例では、外部からの機械的衝撃は先ず保護壁１１〜１６に伝わり、この保護壁１１〜１６が受けた外力は、センサセル３１〜３８を介することなく、基板６に直接伝達される。このため、外部の突起物が保護壁１１〜１６に衝突しても、保護壁１１〜１６が基板６に直接支えられていることになり、センサセル３１〜３８に衝撃が加わるのを回避できる。

尚、上記形態例では、正方形のブロックを、平面形状が十字状の保護壁で囲む形態例を示したが、本発明はこれに限るものではない。図５は保護壁の他のパターンを示す図で、（ａ）は、Ｌ字状の保護壁でブロックを囲むように構成した場合を示し、（ｂ）は、Ｉ字状の保護壁を縦方向にのみ複数列配置し、縦方向に延びた帯状のブロックを横方向からＩ字状の保護壁で囲むように構成した場合を示している。更に、（ｃ）は、Ｉ字状の保護壁を縦横に配列し、矩形状のブロックをＩ字状の保護壁で囲むように構成した場合を示している。図５の何れのパターンでも、センサ面の破損を防止できる。
（第２の形態例）
第２の形態例は、指紋センサの周辺に保護構造を設けたものである。図６〜図８を用いて第２の形態例を説明する。先ず、図６及び図７を用いて、本形態例の構成を説明する。これらの図において、指紋センサ５１は、指が当接されるセンサ面５１ａの内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサであり、モジュール基板５２上に実装されている。指紋センサモジュール基板５２には下方に向けて４本の支柱５３〜５６が固着されており、これら支柱５３〜５６はベース基板６０に形成されたガイド穴に摺動可能に嵌合しており、指紋センサ５１を昇降可能に支持している。支柱５３〜５６の内、支柱５３に、指紋センサ５１を上下に昇降させる駆動部が設けられている。

すなわち、支柱５３には、ラックを構成する如く歯が刻設されており、これに噛み合うピニオン６１が、モータ６２の出力軸に取り付けられている。このモータ６２は、ギヤボックス（減速歯車列）を備えており、出力軸の回転により、指紋センサ５１を正確に昇降できるようになっている。

指紋センサ５１のセンサ面５１ａに対向する筐体（装置外壁）６５には、指の載置部６６が設けられており、載置部６６上の指の指紋読み取り位置には、開口６６ａが穿設されている。指紋センサ５１のセンサ面５１ａは、上昇時に、この開口６６ａまで到達し、指に密着できるようになっている。又、載置部６６上の指の先端位置には、指と当接できるように、温度センサ６８が設けられている。温度センサ６８は、指が載置部６６に置かれたことを検知するためのものである。

制御ＩＣ７０は、温度センサ６８の出力から指が載置部６６に置かれたことを検知すると、モータ６２によって指紋センサ５１を載置部６６に移動させ、指紋の非読み取り時には、モータ６２によって指紋センサ５１を下降させ載置部６６から離す駆動制御手段を構成するものである。

指紋センサモジュール基板５２とベース基板６０とは、夫々に実装されたコネクタ７２，７３間をフレキシブル基板（ＦＰＣ）７４で接続することにより、信号の授受を行っている。

この形態例の指紋読み取り動作を図８を参照しながら説明する。指紋読み取りがなされない通常時（非読み取り時）では、図８（ａ）に示すように、指は載置部６６上にないので、指紋センサ５１はモータ６２により載置部６６から離され、下降位置にある。

指が載置部６６に置かれると、制御ＩＣ７０は、温度センサ６８の出力から指が載置部６６に置かれたことを検知し、モータ６２を正転させ、図８（ｂ）に示すように、指紋センサ５１を載置部６６に移動させる。これにより、指紋センサ５１のセンサ面５１ａが指の指紋に密着する。

この状態で、指紋の読み取りを行い、指紋の画像データの取得が終了すると、制御ＩＣ７０は、図８（ｃ）に示すように、モータ６２を逆転させ、指紋センサ５１を載置部６６から離し、下降位置に戻す。

本形態例では、指が載置部６６に置かれると、温度センサ６８がこれを感知し、指紋センサ５１が載置部６６に自動的に移動し、指紋の非読み取り時には、指紋センサ５１を載置部６６から離す。このため、指紋読み取り時以外は、指紋センサ５１は載置部６６から退避しているので、外部の突起物がセンサ面５１ａに衝突する機会がなくなり、センサ面５１ａの破損を防止できる。このセンサ面保護構造は、指紋センサ５１の周辺にありふれた機械部品を配置するものであり、構成は簡単である。又、指紋センサ５１の移動は自動なので、特許文献２記載の構成のような操作上の煩わしさがない。

なお、上記形態例では、駆動部として、モータやラック・ピニオン機構で指紋センサ５１を昇降させるものを示したが、例えば、雄ねじが形成された支柱５３を用い、この支柱５３を指紋センサモジュール基板５２に回転自在に取り付け、ベース基板６０には、上記雄ねじに螺合する雌ねじを形成し、モータにより支柱５３を回転させることにより、指紋センサ５１を昇降させるように構成してもよい。

本発明の第１の形態例における主要部の断面図（図２におけるＡ−Ａ断面図）である。 本発明の第１の形態例における主要部の平面構成図である。 本発明の第１の形態例における全体平面図である。 保護壁の作製プロセスを示す図である。 保護壁の他のパターンを示す図である。 本発明の第２の形態例を示す正面構成図である。 本発明の第２の形態例の主要部をを示す斜視図である。 本発明の第２の形態例の作動を示す図である。

符号の説明

Ｂ１〜Ｂ４ ： ブロック
２ ： パッケージ
３ ： センサ面
６ ： 基板
７ ： 配線層
８ ： 絶縁層
９ ： 保護膜
１０ ： マスク
１１〜１６ ： 保護壁
３１〜３８ ： センサセル
５１ ： 指紋センサ
５１ａ ： センサ面
５２ ： 指紋センサモジュール基板
５３〜５６ ： 支柱
６０ ： ベース基板
６１ ： ピニオン
６２ ： モータ（駆動部）
６６ ： 載置部
６６ａ ： 開口
６８ ： 温度センサ
７０ ： 制御ＩＣ（駆動制御手段）

Claims (3)

1. 指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造であって、
   前記センサ面には、このセンサ面より先端が突出する保護壁が配設されていることを特徴とする指紋センサのセンサ面保護構造。
2. 前記指紋センサは、基板上に配線層が形成され、該配線層の上側に前記センサセルが形成され、前記センサセルが保護膜で覆われたものであり、
   前記保護壁は、前記配線層を貫通して前記基板上に形成され、先端が前記保護膜の表面より突出している
   ことを特徴とする請求項１記載の指紋センサのセンサ面保護構造。
3. 指が当接されるセンサ面の内側にセンサセルが二次元的に配設された指紋センサのセンサ面保護構造であって、
   指紋センサを移動可能な駆動部と、
   指の載置部に設けられ、指が前記載置部に置かれたことを検知する温度センサと、
   該温度センサの出力から指が前記載置部に置かれたことを検知すると、前記駆動部によって指紋センサを前記載置部に移動させ、指紋の非読み取り時には、指紋センサを前記載置部から離す駆動制御手段と
   を備えたことを特徴とする指紋センサのセンサ面保護構造。
   

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