JP2006158976A - 指紋センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スウィープタイプの指紋センサにおいて、センサ部の周囲の樹脂部の高さを抑えて指を移動しやすくした指紋センサ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】指を接触させながら移動して指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置は、センサ部４が表面に形成された半導体チップ２と、半導体チップ２を封止する封止樹脂部１０とを有する。封止樹脂部１０に形成された開口部の底部においてセンサ部４及び半導体チップ２の表面が露出する。開口部を画成する封止樹脂部１０のうち指を移動する方向における部分は、半導体チップ２の露出した面と同一面上にある平面である。
【選択図】図８

Description

本発明は指紋センサ装置に係り、特に半導体素子上に形成された指紋センサ素子が表面に露出した状態でパッケージされた指紋センサ装置に関する。

電子情報通信が普及するなかで、個人情報の機密性を守るために電子機器において個人認識を行うという要求が高まっている。個人認識手段として様々な技術が開発され実用化されているが、その中で、指紋を判別する技術が注目されている。

指紋センサ装置は、人間の指の指紋のパターンを認識するための装置である。小型の指紋センサ装置を開発するために、半導体チップ上に指紋センサ部を形成した指紋センサ用半導体チップが開発されている。指紋センサ部は一般的に圧力センサや静電容量センサからなり、センサ部からの情報を半導体チップにより処理して指紋の識別、判定を行う。このような指紋センサ用半導体チップは、一般の半導体チップのように樹脂封止されてパッケージングされ、指紋センサ用半導体装置として電子機器に組み込まれる。

図１は従来の指紋センサ装置の製造工程において、樹脂封止工程を示す断面図である。指紋センサ用半導体素子２は、回路形成面にセンサ部４を有しており、センサ部の周囲に電極が配置される。電極は金ワイヤ６等によりインターポーザとしての回路基板８の電極パッド８ａにワイヤボンディングされる。回路基板８上で半導体チップ２と金ワイヤは封止樹脂によりモールドされて封止樹脂部１０が形成される。

センサ部４は指を直接接触させて指紋を認識する部分であり、封止樹脂部１０から露出している必要がある。したがって、図１に示すように、モールド金型１２により半導体チップ２をモールドする際に、モールド金型１２とセンサ部４との間にスペーサ１４を配置して封止樹脂がセンサ部４の表面を覆わないようにスペーサ１２をセンサ部４に押し付けている。

スペーサ１２は例えばゴムやプラスチックのようなある程度弾性を有する材料により形成され、モールド金型１２によりセンサ部４に対して押圧される。これにより、モールド時に封止樹脂がセンサ部４の表面に流れ込まないようにしている。

上述のように樹脂モールド時にスペーサ１４を押し付けることによりセンサ部４を露出した状態とする方法では、スペーサ部１４はある程度弾力性を有していないと、センサ部４に押し付けられたときにセンサ部４に損傷を与えるおそれがある。ところが、センサ部４が弾力性を有すると、モールド時の樹脂圧力により封止樹脂がセンサ部４とスペーサ１４との間に入り込んでしまう。

図２は封止樹脂がセンサ部４とスペーサ１４との間に入り込んだ状態でモールドされた指紋センサ装置の断面図である。樹脂モールド時にスペーサ１４が配置されていた部位には、封止樹脂部１０の開口部１０ａが形成されており、開口部１０ａ内でセンサ部４が露出している。

ところが、図２に示すように、センサ部４とスペーサ１４との間に入り込んだ封止樹脂は、モールドフラッシュ１６となってセンサ部４の表面に付着する。このため、センサ部４の一部表面がモールドフラッシュ１６により覆われてしまい、その部分はセンサ部としての機能を失ってしまう。すなわち、センサ部４として機能する部分の面積が減少してしまう。

センサ部４の面積が比較的大きいいわゆるエリアタイプの指紋センサであれば、モールドフラッシュにより覆われるセンサ部の割合は小さいので、残りの部分でセンサ部の機能を維持することができる。しかし、指でセンサ部４を拭うように移動して指紋を読み取るいわゆるスウィープタイプの指紋センサの場合、センサ部４の幅Ｈは例えば１ｍｍと非常に小さい。一般的にモールドフラッシュの長さＬは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであり、センサ部４の大部分がモールドフラッシュにより覆われてしまい、センサ部として機能しなくなってしまうおそれがある。

また、スウィープタイプの指紋センサの場合、センサ部４が露出した部分の周囲の樹脂の高さが高いと（すなわち、開口部１０ａが深いと）、センサ部４に指を接触させながら指を拭う（スウィープする）動作が難しくなるといった問題もある。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、スウィープタイプの指紋センサにおいて、センサ部の周囲の樹脂部の高さを抑えて指を移動しやすくした指紋センサ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、指を接触させながら移動して指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置であって、センサ部が表面に形成された半導体チップと、該半導体チップを封止する封止樹脂部とを有し、該封止樹脂部に形成された開口部の底部において前記センサ部及び前記半導体チップの表面が露出し、且つ前記開口部を画成する前記封止樹脂部のうち指を移動する方向における部分は、前記半導体チップの露出した面と同一面上にある平面であることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の指紋センサ装置であって、前記半導体チップの露出した面と前記封止樹脂部の前記平面との境界を跨いで前記封止樹脂部の一部として該境界に沿って突起が形成されたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、指を接触させながら移動して指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置であって、センサ部が表面に形成された半導体チップと、該半導体チップを封止する封止樹脂部とを有し、該封止樹脂部に形成された開口部の底部において前記センサ部及び前記半導体チップの表面が露出し、且つ前記開口部を画成する前記封止樹脂部のうち指を移動する方向における部分は、他の部分より低いが前記半導体チップの露出した面よりは高いことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、指を接触させて指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置の製造方法であって、センサ部が表面に形成された半導体チップの、該センサ部と該表面の一部とにまたがって所定の厚みを有する保護テープを貼り付ける工程と、モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記保護テープが前記半導体チップのセンサ部を覆った状態で、前記半導体チップを樹脂モールドする工程と、樹脂モールド後に前記保護テープを剥離して除去し、前記センサ部と前記半導体チップの表面の一部とを露出させる工程とを有することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、指を接触させて指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置の製造方法であって、センサ部が表面に形成された半導体チップの、該センサ部と該表面の一部とにまたがって所定の厚みを有する感光性樹脂膜を形成する工程と、モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記感光性樹脂フィルムが前記半導体チップのセンサ部を覆った状態で、前記半導体チップを樹脂モールドする工程と、樹脂モールド後に前記感光性樹脂フィルムを露光して除去し、前記センサ部と前記半導体チップの表面の一部とを露出させる工程とを有することを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、センサ部に指を接触させながら移動（走査）する際に、移動の妨げとなるような封止樹脂部が存在しないため、円滑に指紋の認識動作を行うことができ、精度の高い認識を維持することができる。

請求項２記載の発明によれば、半導体チップの端部が封止樹脂部の突起により覆われるため、欠けや割れが生じ易い半導体チップの端部を保護することができる。

請求項３記載の発明によれば、封止樹脂部のうち指を移動する方向における部分は他の部分より低く形成されるため、センサ部に指を接触させながら移動（走査）する際に、円滑に指紋の認識動作を行うことができ、精度の高い認識を維持することができる。

請求項４記載の発明によれば、保護テープをセンサ部及びその周囲に貼り付けて樹脂モールドするだけで、容易にセンサ部と半導体チップの上面を露出させることができる。

請求項５記載の発明によれば、感光性樹脂膜をセンサ部及びその周囲に形成して樹脂モールドするだけで、容易にセンサ部と半導体チップの上面を露出させることができる。

次に、本発明の実施例について図面と共に説明する。

図３は本発明の第１実施例による指紋センサ装置の断面図である。図３において、図２示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

本発明の第１実施例による指紋センサ装置は、図２に示す指紋センサ装置の封止樹脂部１０の上面に形成された開口部１０ａより大きな開口部１８を有する点で図２に示す指紋センサとは異なっている。

図３に示す指紋センサ装置の基本的な構造は、図２に示す指紋センサの構造と同じであり、回路基板上にダイ付け材２２を介して固定された半導体チップ２が、封止樹脂によりモールドされる。封止樹脂部１０には開口部１８が形成され、開口部１８の底面において、半導体チップ２のセンサ部４が露出する。

図４は図３に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップ２を樹脂封止する工程を示す断面図である。封止樹脂部１０の開口部１８は、モールド金型内にスペーサ２０を配置することにより形成される。本実施例による指紋センサ装置は、例えば４．５ｍｍ×１４ｍｍの平面形状を有し、半導体チップ２の平面形状は、３ｍｍ×１３ｍｍである。そして、センサ部４は幅約１ｍｍの細長い領域に形成される。図３及び図４において示されるセンサ部４は、幅方向の断面として示されている。

図４に示すように、半導体チップ２を樹脂封止する際に、モールド金型１２にスペーサ２０を取り付けて、スペーサ２０をモールド金型１２とセンサ部４との間に配置する。スペーサ２０により封止樹脂が流れ込まない部分が、封止樹脂部１０の開口部１８となり、封止樹脂部をモールド金型１２から取り出すと、スペーサがあった部分に開口部１８が形成され、その底部にセンサ部４が露出する。

スペーサ２０は、例えばポリイミド等の耐熱性プラスチックやシリコンゴム等の耐熱性ゴムのように弾力性を有する材料により形成され、予めモールド金型１２の所定の部分に取り付けられる。樹脂封止部１０の開口１８の深さは、約０．２ｍｍであり、スペーサ２０の厚みは、圧縮率を考慮して０．２ｍｍより僅かに大きい値に設定される。

ここで、スペーサ２０の幅（センサ部の幅方向と同じ方向の寸法）は、センサ部４の幅の２倍程度である。したがって、センサ部４の幅方向には、その両側にセンサ部４の周辺部分が露出することになる。具体的には、スペーサ２０の幅方向の寸法は、センサ部４の幅方向の一端とスペーサの一端との間の距離Ｓが図４に示すように０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとなるように設定される。

上記寸法のスペーサ２０により開口部１８を形成する場合であっても、図２に示すようなモールドフラッシュが発生するおそれがある。しかし、上述のようにモールドフラッシュの長さは、スペーサの端部から０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であるため、モールドフラッシュが発生しても、図３に示すようにモールドフラッシュがセンサ部４に達することは無い。したがって、モールドフラッシュ１６によりセンサ部４が覆われてセンサ部としての機能が損なわれることが防止される。

なお、半導体チップの幅は４ｍｍ程度であるので、上述の距離Ｓが１ｍｍを超えるような大きな値となると、センサ部４と同じ面に形成されている半導体チップ２の電極を樹脂封止することができなくなってしまう。このような寸法上の制約に基づいて、上記距離Ｓは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定することが好ましい。

ここで、距離Ｓの起算点は、開口部１８の底部の端部は、スペーサ２０の端部に対応する位置、すなわち、モールドフラッシュが発生しないときの開口部１８の底部の端部として規定される。

次に、本発明の第２実施例について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は本発明の第２実施例による指紋センサ装置の断面図であり、図６は図５に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップ２を樹脂封止する工程を示す断面図である。

本発明の第２実施例による指紋センサ装置は、図３に示す第１実施例による指紋センサ装置と同様な構成であるが、樹脂封止部に形成された開口部の形状が異なる。本実施例では、開口部の形状は図５に示すように底部に段差が付けられており、センサ部４が露出した面の周囲に高さ７０μｍ〜１５０μｍの段差部１８Ａが形成されている。

段差部１８Ａを形成するには、図６に示すように、スペーサ２０Ａを２段形状とすればよい。すなわち、スペーサ２０Ａの上側の段の面がセンサ部４に接触して押圧され、上側の段の周囲の面は、７０μｍ〜１５０μｍ低い位置にある。このようなスペーサ２０Ａを用いて樹脂モールドした場合、封止樹脂は下側の段と半導体チップ２の上面との間に形成された７０μｍ〜１５０μｍの間隙Ｇに流れ込んで図５に示される段差部１８Ａが形成される。

ここで、間隙Ｇに封止樹脂が流れ込む際、間隙Ｇが小さいため流入する圧力が急激に減少し、間隙の最深部、すなわちセンサ部４の端部付近に到達したときは、圧力が非常に弱まって、スペーサ２０Ａとセンサ部４との間に入り込むことはできない。したがって、モールドフラッシュが発生することを防止することができる。

間隙Ｇの幅、すなわちセンサ部４からの段差部１８Ａの高さは、あまり小さいと封止樹脂が流れ込まなくなり、また、大きすぎると圧力損失が小さくなってモールドフラッシュが発生する。通常のトランスファモールドに用いられる封止樹脂の場合、上述のように間隙Ｇが７０μｍ〜１５０μｍであれば、間隙Ｇに流れ込む封止樹脂の圧力を適度に弱めつつ、封止樹脂が間隙の最深部まで到達させることができる。したがって、封止樹脂部１０の開口部１８の底面にモールドフラッシュを生じることなく、センサ部４を残して半導体チップ２の全面を樹脂封止することができる。

次に、本発明の第３実施例による指紋センサ装置について説明する。第３実施例による指紋センサ装置は特にスウィープタイプの指紋センサに関る。まず、スウィープタイプの指紋センサについて図７を参照しながら説明する。

スウィープタイプの指紋センサ装置は、指などの指紋がある部分をセンサ部分に接触させながら移動することにより、指紋のパターンを認識するセンサである。センサ部として静電容量センサが用いられ、指を移動したとき（指をスウィープしたとき）の指紋の凹凸部の移動による静電容量の変化データを演算処理することにより、個別の指紋パターンを認識するものである。したがって、センサ部が露出する開口部の周囲の高さが大きいと、指をセンサ部に接触させながら移動することが難しくなる。このため、開口部の周囲のうち、少なくとも指の移動方向（走査方向）の周囲部分はなるべく低くすることが好ましい。

図８は本発明の第３実施例による指紋センサ装置の断面図であり、図９は図８に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップ２を樹脂封止する工程を示す断面図である。図８及び図９において、図５及び図６に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

本発明の第３実施例によるスウィープタイプの指紋センサは、センサ部４の走査方向の下流側において、半導体チップ２の表面が露出した状態で樹脂封止されている。すなわち、センサ部４の走査方向の下流側における開口部１８Ｂの周囲を取り除いた状態にして半導体チップ２を樹脂封止する。なお、半導体チップの上面の露出部には、予め保護膜を形成しておくことが好ましい。

上述の開口部１８Ｂは、図９に示すように、センサ部４の走査方向の下流側に延在するスペーサ２４をモールド金型１２に取り付けることにより形成することができる。スペーサ２４は、樹脂封止される半導体チップ２の上面を覆い、更に下流側に延在するような形状である。したがって、指紋認識の際に指を走査するときに何の抵抗もなく滑らかに移動することができ、指紋認識精度が向上する。

図１０は上述の第３実施例による指紋センサ装置の変形例を示す断面図であり、図１１は図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。

図１０に示す指紋センサ装置は、半導体チップ２と封止樹脂部１０との境界部分に僅かに封止樹脂を突出して形成した突起部２６を設けたものである。突起部２６は、図１１に示すようにスペーサ２４の一部に突出部の形状に対応した切り欠きを設けることにより容易に形成することができる。突起部２６は半導体チップ２の端部を覆うような位置に設けられ、半導体チップ２の端部が欠けたり損傷したりすることを防止する機能を果たす。

次に、本発明の第４実施例による指紋センサ装置について、図１２乃至１４を参照しながら説明する。図１２は本発明の第４実施例による指紋センサ装置の断面図である。また、図１３は図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する前の準備工程を示す断面図であり、図１４は図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。

本発明の第４実施例による指紋センサ装置は、図８に示す指紋センサ装置と同様に半導体チップ２の表面の一部が露出した構成となっており、センサ部４を指で走査しやすくなっている。ただし、本実施例では、半導体チップ２の端部を保護するために、封止樹脂部１０は半導体チップ２の露出面より僅かに高く設定されている。

封止樹脂部１０の面を半導体チップ２の面より僅かに高くするには、まず、図１３に示すように、樹脂封止する前の半導体チップ２の上面に保護テープ３０を貼り付ける。保護テープ３０の材質は、上述のスペーサと同様な材質が好ましい。そして、図１４に示すように、保護テープ３０がセンサ部４と半導体チップ２の露出すべき面とに渡って貼り付けられた状態で樹脂モールドを行う。モールド後に保護テープ３０を剥離して取り除くことにより、図１２に示す指紋センサ装置となる。したがって、封止樹脂部１０の上面と半導体チップ２の上面との間に、保護テープ３０の厚み分の高さの違いが生じる。これにより半導体チップ２の端部を保護することができる。

また、保護テープ３０の代わりに半導体チップ２の上面とセンサ部４とに渡って感光性樹脂を塗布してもよい。すなわち、図１５に示すように、センサ部４と半導体チップ２の露出すべき面とに、感光性樹脂膜３２を形成する。感光性樹脂膜３２は、半導体チップ製造技術において用いられるような、レジストをパターン化してエッチングする技術を用いて形成することができる。

そして、図１６に示すように、感光性樹脂膜３２がセンサ部４と半導体チップ２の露出すべき面とに渡って形成された状態で樹脂モールドを行う。モールド後に、図１７に示すように、感光性樹脂膜３２を露光して洗浄することにより取り除き、図１２に示す指紋センサ装置となる。したがって、封止樹脂部１０の上面と半導体チップ２の上面との間に、感光性樹脂膜３２の厚み分の高さの違いが生じる。これにより半導体チップ２の端部を保護することができる。

指紋センサ装置の製造工程において、樹脂封止工程を示す断面図である。 封止樹脂がセンサ部とスペーサとの間に入り込んだ状態でモールドされた指紋センサ装置の断面図である。 本発明の第１実施例による指紋センサ装置の断面図である。 図３に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。 本発明の第２実施例による指紋センサ装置の断面図である。 図５に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。 スウィープタイプの指紋センサ装置を説明するための断面図である。 本発明の第３実施例による指紋センサ装置の断面図である。 図８に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップ２を樹脂封止する工程を示す断面図である。 本発明の第３実施例による指紋センサ装置の変形例を示す断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。 本発明の第４実施例による指紋センサ装置の断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する前に保護テープを貼り付ける工程を示す断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する前に感光性樹脂膜を形成する工程を示す断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止する工程を示す断面図である。 図１０に示す指紋センサ装置の製造工程において、半導体チップを樹脂封止した後の露光工程を示す断面図である。

符号の説明

２ 半導体チップ
４ センサ部
６ 金ワイヤ
８ 回路基板
１２ モールド金型
１６ モールドフラッシュ
１８ 開口部
１８Ａ 段差部
２０，２０Ａ，２４ スペーサ
２２ ダイ付け材
２６ 突起部
３０ 保護テープ
３２ 感光性樹脂膜

Claims (5)

1. 指を接触させながら移動して指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置であって、
   センサ部が表面に形成された半導体チップと、該半導体チップを封止する封止樹脂部とを有し、
   該封止樹脂部に形成された開口部の底部において前記センサ部及び前記半導体チップの表面が露出し、且つ前記開口部を画成する前記封止樹脂部のうち指を移動する方向における部分は、前記半導体チップの露出した面と同一面上にある平面であることを特徴とする指紋センサ装置。
2. 請求項１記載の指紋センサ装置であって、
   前記半導体チップの露出した面と前記封止樹脂部の前記平面との境界を跨いで前記封止樹脂部の一部として該境界に沿って突起が形成されたことを特徴とする指紋センサ装置。
3. 指を接触させながら移動して指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置であって、
   センサ部が表面に形成された半導体チップと、該半導体チップを封止する封止樹脂部とを有し、
   該封止樹脂部に形成された開口部の底部において前記センサ部及び前記半導体チップの表面が露出し、且つ前記開口部を画成する前記封止樹脂部のうち指を移動する方向における部分は、他の部分より低いが前記半導体チップの露出した面よりは高いことを特徴とする指紋センサ装置。
4. 指を接触させて指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置の製造方法であって、
   センサ部が表面に形成された半導体チップの、該センサ部と該表面の一部とにまたがって所定の厚みを有する保護テープを貼り付ける工程と、
   モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記保護テープが前記半導体チップのセンサ部を覆った状態で、前記半導体チップを樹脂モールドする工程と、
   樹脂モールド後に前記保護テープを剥離して除去し、前記センサ部と前記半導体チップの表面の一部とを露出させる工程と
   を有することを特徴とする指紋センサ装置の製造方法。
5. 指を接触させて指紋のパターンを認識するための指紋センサ装置の製造方法であって、
   センサ部が表面に形成された半導体チップの、該センサ部と該表面の一部とにまたがって所定の厚みを有する感光性樹脂膜を形成する工程と、
   モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記感光性樹脂フィルムが前記半導体チップのセンサ部を覆った状態で、前記半導体チップを樹脂モールドする工程と、
   樹脂モールド後に前記感光性樹脂フィルムを露光して除去し、前記センサ部と前記半導体チップの表面の一部とを露出させる工程と
   を有することを特徴とする指紋センサ装置の製造方法。

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