JP2010103240A - 接触センサユニット、電子装置及び接触センサユニットの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】センサ素子への外力の影響が抑制された接触センサユニット、当該接触センサユニットを備えた電子装置、及び当該接触センサユニットの製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】指紋センサ１は、導体パターンを有するフレキシブル基板１０と、被験者の指紋を検出する検出面２２を有し、検出面２２がフレキシブル基板１０に覆われるようにフレキシブル基板１０に実装され、端子が導体パターンと電気的接合されたセンサ素子２０と、フレキシブル基板１０に固定されたセンサ素子２２を囲う補強部材３０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触センサユニット、電子装置及び接触センサユニットの製造方法に関する。
指紋認証に用いられる指紋センサが知られている。指紋センサは、センサ素子を有しており、被験者がセンサ素子の検出面に指を押し付けることによって、被験者の指紋を読み取る。
特開２０００−３９３５号公報 特開平１−４４０３０号公報 特開平３−６０３６号公報 特開２００４−３０４０５４号公報 特開平１１−３４５８９０号公報 特開平９−２３２４７４号公報
接触センサの一つである指紋センサは、被験者の指から圧力を繰り返し受ける。また、指紋センサを携帯装置などの搭載した場合、携帯装置へ加えられた衝撃等によって指紋センサにも衝撃が加わる。このような外力の作用によりセンサ素子が破損する恐れがある。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、センサ素子への外力の影響が抑制された接触センサユニット、当該接触センサユニットを備えた電子装置、及び当該接触センサユニットの製造方法を提供することを目的とする。
本明細書に開示の接触センサユニットは、導体パターンを有するフレキシブル基板と、被験者の指紋を検出する検出面を有し、前記検出面が前記フレキシブル基板に覆われるように前記フレキシブル基板に実装され、端子が前記導体パターンと電気的接合されたセンサ素子と、前記フレキシブル基板に固定された前記センサ素子を囲う補強部材と、を備えている。補強部材によってセンサ素子が囲まれるので、センサ素子に直接外力が作用することが防止される。これによりセンサ素子への外力の影響が抑制される。
また、本明細書に開示の電子装置は、前記接触センサユニットと、前記接触センサユニットが取付けられた筐体と、を備えている。
また、本明細書に開示の接触センサユニットの製造方法は、フキレシブルプリント基板の一方の面にセンサ素子を実装するステップと、前記フレキシブル基板を平坦に維持した状態で、前記フレキシブル基板に前記センサ素子を囲う補強部材を接着し、前記補強部材内に前記センサ素子を覆うように樹脂をポッティングし、前記樹脂を硬化させるステップと、を含む。
センサ素子への外力の影響が抑制された接触センサユニット、当該接触センサユニットを備えた電子装置、及び当該接触センサユニットの製造方法を提供する。
また、前記フキレシブルプリント基板の導体パターンにセンサ素子の端子を電気的接合することにより、センサ素子を搭載する基板等が不要となり、接触センサユニット及び電子装置の薄型化、小型化および低コスト化が達成できる。
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。
指紋センサを接触センサユニットの一例として説明する。
図１は、実施例１の指紋センサ１の断面図である。指紋センサ１は、可撓性を有したＦＰＣ（フレキシブル基板）１０、ＦＰＣ１０に実装されたセンサ素子２０、補強部材３０を含む。ＦＰＣ１０は、導体パターンを有している。センサ素子２０は、バンプ（端子）２６がＦＰＣ１０の導体パターンと電気的に接合されている。
センサ素子２０は、被験者の指紋を検出可能な検出面２２を有している。検出面２２は、ＦＰＣ１０により覆われている。センサ素子２０は、半導体チップであるが、これに限定されない。センサ素子２０による指紋の検出方式は、静電容量方式である。
検出面２２は、センサ膜と、センサ膜の下に複数の電極がアレイ状に配置されている。センサ膜表面に被験者の指が触れることにより、指紋形状によって変わる指表面と電極との距離に応じた静電容量に電荷が溜まり、この静電容量と充電電荷に応じた電圧が電極に発生する。指紋センサ１が搭載される電子装置は、このように発生した電圧に基づいて指紋のイメージ画像を形成して指紋認証を行う。尚、センサ素子２０による指紋の検出方式は、静電容量方式であるが、電圧測定方式であってもよいし、それ以外の方式であってもよい。
補強部材３０は、センサ素子２０を囲うようにしてＦＰＣ１０上に固定されている。補強部材３０は、ケース状である。補強部材３０は、例えば合成樹脂により形成されている。補強部材３０は、柱部３１と、底部３３とを含む。
ＦＰＣ１０とセンサ素子２０の検出面２２と間にはアンダーフィル材４０が充填されている。また、センサ素子２０と補強部材３０との間には樹脂５０が充填されている。樹脂５０によって補強部材３０はＦＰＣ１０に対して固定されている。
図１においては、ＦＰＣ１０の下側の面が、被験者の指によりスイープされる面である。被験者は、ＦＰＣ１０をスイープさせることにより、センサ素子２０の検出面２２により指紋が読み取られる。
図１に例示するように、センサ素子２０が補強部材３０により囲われている。このため、センサ素子２０に直接外力が作用することを防止できる。したがって、センサ素子２０の破損が防止される。例えば、指紋センサ１を搭載した電子装置に対して衝撃が加えられた場合や、指紋センサ１を搬送する際に指紋センサ１に加えられた外力から、センサ素子２０が保護される。
また、アンダーフィル材４０により、バンプ２６がＦＰＣ１０から剥がれることが防止される。センサ素子２０と補強部材３０との間に樹脂５０が充填されているので、これによってもバンプ２６がＦＰＣ１０から剥がれることが防止されている。これらによっても、指紋センサ１に加えられた外力の影響を抑制できる。
センサ素子２０の検出面２２は、ＦＰＣ１０により覆われている。このため、検出面２２に傷などがつくことが防止される。更に検出面２２が水分や応力から保護される。ＦＰＣ１０とセンサ素子２０の検出面２２との間にアンダーフィル材４０が充填されているので、これによっても検出面２２が保護される。
また、指紋センサ１は、リジット基板より薄いＦＰＣ１０を用いている。このため指紋センサ１は薄型化が達成されている。また、補強部材３０は、ケース状であるので、補強部材３０と樹脂５０との接触面積が確保されている。
ＦＰＣ１０は、パターンが形成された導電層１６、導電層１６の一方の面を覆う保護層１２、導電層１６の他方の面を覆う保護層１４を有している。保護層１２は、導電層１６の一方の面の全面を覆う。導電層１６の一部分は、保護層１４から露出している。導電層１６の露出した部分で、センサ素子２０のバンプ２６と接合されている。導電層１６は、センサ素子２０の検出面２２との対向する部分には形成されていない。即ち、導電層１６は、検出面２２との対向を回避するように形成されている。このため、検出面２２上にはアンダーフィル材４０と保護層１２とが積層された状態である。検出面２２上に多くの層が積層されていると、指紋の検出精度が低下する恐れがある。しかしながら、検出面２２には、アンダーフィル材４０と保護層１２との２つの層が積層されているので、検出面２２の保護を図りつつ、検出面２２による指紋の検出精度を確保している。
尚、ＦＰＣ１０の厚さは、全体でおよそ２５ｕｍ程度である。導電層１６にはメッキ法などによって配線パターンが形成されている。保護層１２、１４は、ポリミイド樹脂により形成されている。バンプ２６は、例えばメッキ法、転写法等により形成されたものである。
次に、実施例２の指紋センサ１ａについて説明する。尚、実施例１と同様の部分については同様の符号を付することにより重複する説明を省略する。図２は、実施例２の指紋センサ１ａの断面図である。
補強部材３０ａは、枠状に形成されている。補強部材３０ａは、実施例１の補強部材３０と異なり底部３３を有していない。このため、指紋センサ１ａは更に薄型化が図られている。尚、樹脂５０は、柱部３１の高さを超えないように補強部材３０ａ内に充填されている。また、補強部材３０ａの内側面３２ａは、鉛直方向に延在している。
次に、指紋センサ１ａを電子装置に搭載した場合について説明する。図３（Ａ）（Ｂ）は、指紋センサ１ａを搭載した携帯電話１００の説明図である。図３（Ａ）に示すように、携帯電話１００は、折り畳み可能に連結された本体部１１０と表示部１３０とを有している。本体部１１０には、入力キー１２０が設けられている。表示部１３０にはディスプレイ１４０が設けられている。図３（Ｂ）は、折り畳まれた状態の携帯電話１００を例示している。表示部１３０の背面側に指紋センサ１ａが搭載されている。
図４は、表示部１３０の分解斜視図である。表示部１３０は、正面側ケース１５０、背面側ケース１６０、カバー１７０を含む。正面側ケース１５０には、プリント基板１５１が固定されている。プリント基板１５１には、コネクタ１５８が実装されている。背面側ケース１６０には、指紋センサ１ａが取付けられる取付部１６１が形成されている。
取付部１６１には、補強部材３０ａを逃すための逃げ孔１６２、ＦＰＣ１０を逃すための逃げ孔１６８が形成されている。ＦＰＣ１０の先端に形成された端子１８は、逃げ孔１６８を介してコネクタ１５８に接続される。これにより、指紋センサ１ａとプリント基板１５１との電気的な接続が確保される。また、カバー１７０は、指紋センサ１ａを取付部１６１に固定する。カバー１７０には、開口１７２が設けられている。被験者は、開口１７２から露出したＦＰＣ１０を指でスイープすることにより、指紋がセンサ素子２０の検出面２２により検出される。
図５は、携帯電話１００に搭載された指紋センサ１ａ周辺の断面図である。ＦＰＣ１０は、背面側ケース１６０の逃げ孔１６２を塞ぐように固定される。また、ＦＰＣ１０とカバー１７０とは、両面テープ８０により接着される。両面テープ８０は防水性を有している。このように、ＦＰＣ１０は、逃げ孔１６２と補強部材３０ａとの隙間を塞ぐ。また、カバー１７０とＦＰＣ１０との間は防水性を有した両面テープ８０により接着されている。このため、開口１７２を介して携帯電話１００内に水が侵入することが防止される。また、指紋センサ１ａ内に水が浸入することも防止される。このように指紋センサ１ａは防水性が向上している。
次に、指紋センサ１ａの製造方法について説明する。図６（Ａ）（Ｂ）、図７（Ａ）（Ｂ）、図８、図９は、指紋センサ１ａの製造方法の説明図である。図６（Ａ）（Ｂ）に例示するように導電層１６が露出した付近に、ディスペンスニードル３００によってアンダーフィル材４０を塗布する。次に、図７（Ａ）（Ｂ）に例示するように、ＦＰＣ１０をボンディングステージ４００に配置し、ボンディングツール５００によりセンサ素子２０を吸着させる。そしてＦＰＣ１０に対してセンサ素子２０を位置決めして、センサ素子２０をＦＰＣ１０にフリップチップ実装する。実装は、センサ素子２０をＦＰＣ１０へ向けて加圧した状態で、加熱することにより行われる。
次に、図８に例示するように、ＦＰＣ１０を吸着ステージ６００に吸着させる。吸着ステージ６００には、複数の吸引孔６１０が形成されている。ポンプによる吸引よって吸引孔６１０が真空状態となることにより、ＦＰＣ１０は吸着ステージ６００の面に倣わされる。これにより、ＦＰＣ１０は平坦になる。吸着状態を維持しつつ、接着剤６０により補強部材３０ａをＦＰＣ１０に固定する。尚、接着剤６０は例えばシート状の接着剤である。ポッティング時に樹脂５０がＦＰＣ１０と接着剤６０との隙間から漏れることを防ぐためである。
次に、図９に例示するように、吸着状態を維持しつつ塗布ノズル７００により補強部材３０ａ内に樹脂５０をポッティングする。次に、吸着状態を維持しつつ、樹脂５０を硬化させる。尚、樹脂５０は、例えば熱硬化性樹脂であるが、紫外線硬化樹脂であってもよい。また樹脂５０は、効果収縮の小さい材料、例えば含有フィラーが多い材料であってもよい。ＦＰＣ１０を平坦に維持するためである。
このように、ＦＰＣ１０に補強部材３０ａを固定する工程から樹脂５０を硬化させるまでの間、吸着ステージ６００にＦＰＣ１０を吸着させて、ＦＰＣ１０を平坦な状態に維持する。これにより、ＦＰＣ１０が平坦に製造されるため、被験者は円滑に指をスイープさせることができる。また、指紋センサ１ａの検出精度も向上する。また、指紋センサ１ａの外観も向上する。
尚、補強部材３０ａは枠状に形成されているので、硬化前の樹脂５０内に発生したボイドが樹脂５０内から抜け出ることが促進される。
尚、ＦＰＣ１０を平坦に維持するために吸着ステージ６００を用いたが、これに限定されず、例えば、微細な孔が複数形成されたポーラスステージを用いてもよい。
また、粘着材によってＦＰＣ１０を平坦に維持してもよい。例えば、凹凸を有した金属板上に、粘着性を有したゲル状の樹脂がコーティングされている部材上に、ＦＰＣ１０を貼り付けることにより、ＦＰＣ１０は平坦に維持される。また、両面テープにより所定のステージ上にＦＰＣ１０を固定することにより、ＦＰＣ１０を平坦に維持してもよい。
次に、実施例２の指紋センサの変形例について説明する。図１０、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、実施例２に係る指紋センサの変形例の説明図である。図１０に例示するように、補強部材３０ｂの内側面３２ｂは、鉛直方向に対して傾斜している。詳細には、内側面３２ｂは、ＦＰＣ１０側から反対側にかけて補強部材３０ｂの内側に向かって傾斜している。このように傾斜していることにより、補強部材３０ｂから樹脂５０が抜け落ちることが防止されている。尚、内側面３２ｂの傾斜角度は、例えば鉛直方向に対して１度程度〜１０度程度である。内側面３２ｂの傾斜角度が極端な場合には、内側面３２ｂ付近の樹脂５０内にボイドが発生する恐れがあるからである。ボイドの発生により樹脂５０の強度が低下する恐れがある。
また、図１１（Ａ）に例示する指紋センサ１ｃにおいては、内側面３２ｃは鉛直方向に延びた部分と傾斜した部分とを有している。このような内側面３２ｃの形状によってもボイドの発生を抑制できる。図１１（Ｂ）に例示する指紋センサ１ｄにおいては、内側面３２ｄは、ＦＰＣ１０側から反対側にかけて補強部材３０ｃの内側に突出している。このように突出した部分と突出していない部分との差は、例えば１００μｍ程度〜２ｍｍ程度である。図１１（Ｃ）に例示する指紋センサ１ｅにおいては、内側面３２ｅは、補強部材３０ｅの内側に突出した部分と突出していない部分とを繋ぐ部分が傾斜している。これによってもボイドの発生が抑制できる。
次に、実施例３の指紋センサについて説明する。図１２、図１３（Ａ）（Ｂ）は、実施例３の指紋センサの説明図である。図１２に例示する指紋センサ１ｆは、補強部材３０ａの内側面３２に嵌るように補強板７０が設けられている。補強板７０は、例えば合成樹脂で形成されている。
図１３（Ａ）は、指紋センサ１ｆの正面図である。補強板７０は、略十字状であり、補強部材３０ａの内側面３２の４面と当接している。これにより、外力による補強部材３０ａの変形が防止される。このように、指紋センサ１ｆは外力の影響を受けにくい。また、図１３（Ｂ）に例示する指紋センサ１ｇにおいては、補強板７０ａは、略矩形状であり内側面３２の互いに対向する２面と当接している。これによって、補強部材３０ａの変形が防止される。
尚、補強板７０は、樹脂５０をポッティングする前に予め補強部材３０ａに嵌め込んでおいて、補強部材３０ａをＦＰＣ１０に固定し、その後に補強板７０と補強部材３０ａとの隙間から樹脂５０をポッティングする。
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
尚、上記指紋センサは、ノート型パソコンに搭載してもよい。また、それ以外の電子装置に搭載してもよい。また、本発明は、上記指紋センサだけでなく、タッチパネルなどの接触型センサに対しても適用可能である。
実施例１の指紋センサの断面図である。 実施例２の指紋センサの断面図である。 指紋センサを搭載した携帯電話の説明図である。 携帯電話の表示部の分解斜視図である。 携帯電話に搭載された指紋センサ周辺の断面図である。 指紋センサの製造方法の説明図である。 指紋センサの製造方法の説明図である。 指紋センサの製造方法の説明図である。 指紋センサの製造方法の説明図である。 実施例２に係る指紋センサの変形例の説明図である。 実施例２に係る指紋センサの変形例の説明図である。 実施例３の指紋センサの説明図である。 実施例３の指紋センサの説明図である。
符号の説明
１〜１ｇ 指紋センサ
１０ ＦＰＣ
２０ センサ素子
２２ 検出面
３０〜３０ｅ 補強部材
３２ａ〜３２ｅ 内側面
４０ アンダーフィル
５０ 樹脂
７０ 補強板
６００ 吸着ステージ

Claims (10)

  1. 導体パターンを有するフレキシブル基板と、
    被験者の指紋を検出する検出面を有し、前記検出面が前記フレキシブル基板に覆われるように前記フレキシブル基板に実装され、端子が前記導体パターンと電気的接合されたセンサ素子と、
    前記フレキシブル基板に固定された前記センサ素子を囲う補強部材と、を備えた接触センサユニット。
  2. 前記フレキシブル基板と前記センサ素子の前記検出面との間に充填されたアンダーフィル材を備えている、請求項１の接触センサユニット。
  3. 前記補強部材内で前記センサ素子を覆うように充填された樹脂を備えている、請求項１又は２の接触センサユニット。
  4. 前記補強部材は、ケース状である、請求項１乃至３の何れかの接触センサユニット。
  5. 前記補強部材は、枠状である、請求項１乃至３の何れかの接触センサユニット。
  6. 前記補強部材は、前記フレキシブル基板側から反対側にかけて該補強部材の内側に向かって傾斜した内側面を有している、請求項１乃至５の何れかの接触センサユニット。
  7. 前記補強部材は、前記フレキシブル基板側から反対側にかけて該補強部材の内側に突出した内側面を有している、請求項１乃至５の何れかの接触センサユニット。
  8. 前記補強部材に嵌った補強板を備えている、請求項１乃至７の何れかの接触センサユニット。
  9. 請求項１乃至８の何れかの接触センサユニットと、
    前記接触センサユニットが取付けられた筐体と、を備えた電子装置。
  10. フキレシブルプリント基板の一方の面にセンサ素子を実装するステップと、
    前記フレキシブル基板を平坦に維持した状態で、前記フレキシブル基板に前記センサ素子を囲う補強部材を接着し、前記補強部材内に前記センサ素子を覆うように樹脂をポッティングし、前記樹脂を硬化させるステップと、を含む接触センサユニットの製造方法。
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