JP2010122015A - センサユニット及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型であり取り扱いが容易なセンサユニット、及び当該センサユニットを備えた電子装置の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本実施例の指紋センサ１は、指紋の検出面２２を有したセンサ素子２０と、センサ素子２０を実装したＦＰＣ１０と、ＦＰＣ１０のセンサ素子２０の実装面の裏面に、剥離可能に貼り付けられた支持板３０と、を備えている。また、センサ素子２０の検出面２２は、ＦＰＣ１０により覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサユニット及び電子装置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。このようなセンサ素子は、プリント基板上に実装されている。

特開２００５−７９４５７号公報 特開２００１−１２７１９１号公報 特開２００５−３００１９３号公報 特開２００４−１７２４６７号公報 特開平１１−１１１８８２号公報 特開２００４−１４６７５１号公報

プリント基板としてフレキシブル基板を採用することにより、指紋センサの薄型化を図ることができる。しかしながらフレキシブル基板を採用することにより、強度が低下する恐れがある。強度が低下すると、指紋センサの取り扱いが難しくなる。例えば指紋センサを電子装置に搭載する際には、指紋センサが破損するおそれがある。

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、薄型であり取り扱いが容易なセンサユニット、及び当該センサユニットを備えた電子装置の製造方法を提供することを目的とする。

本明細書に開示のセンサユニットは、指紋の検出面を有するセンサ素子と、前記センサ素子を実装したフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記センサ素子の実装面の裏面に、剥離可能に貼り付けられた支持板と、を備えている。フレキシブル基板の裏面に支持板が貼り付けられているので、センサユニットの強度を確保し、取り扱いが容易となる。また、センサユニットを電子装置に搭載した後に、支持板をフレキシブル基板から剥離することができる。これにより、薄い状態でセンサユニットが電子装置に搭載される。

本明細書に開示の電子装置の製造方法は、センサ素子、前記センサ素子を実装したフレキシブル基板、前記フレキシブル基板の前記センサ素子の実装面の裏面に剥離可能に貼り付けられた支持板、を含むセンサユニットを、該センサユニットが搭載される電子装置の筐体に前記支持板を上側にして、前記フレキシブル基板と前記筐体とを接着する第１ステップと、前記フレキシブル基板と前記筐体とが接着した状態で前記支持板を前記フレキシブル基板から剥離する第２ステップと、を有している。

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。

センサユニットの一例として指紋センサを説明する。
図１（Ａ）は、指紋センサの説明図であり、指紋センサの断面を例示している。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、支持板３０を含む。

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。これにより、センサ素子２０とＦＰＣ１０とは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。

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。

支持板３０は、センサ素子２０が実装されたＦＰＣ１０の実装面の裏面に貼り付けられている。支持板３０は、接着剤３２によりＦＰＣ１０に貼り付けられている。支持板３０は、例えば合成樹脂製である。支持板３０は、例えば厚さが０．５ｍｍ以上である。支持板３０は、可撓性を有している。支持板３０の最小曲げ半径は、例えば５０ｍｍ以下である。詳しくは後述するが、支持板３０は、指紋センサ１を電子装置に搭載後、ＦＰＣ１０から剥がされる。

図１（Ａ）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。即ち、ＦＰＣ１０の裏面側が被験者の指によりスイープされる。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。

次に、指紋センサ１の製造方法について説明する。図１（Ｂ）は、指紋センサ１の製造方法の説明図である。
まず、支持板３０を所定のステージ上に配置して、支持板３０の上面に接着剤３２を塗布し、ＦＰＣ１０を支持板３０の上面に接着する。詳細には、図１（Ｂ）に例示するように、ＦＰＣ１０の導電層１６が露出している側を上面にしてＦＰＣ１０を支持板３０上に接着する。次に、導電層１６が露出した付近に、アンダーフィル材４０を塗布する。次に、ＦＰＣ１０をボンディングステージに配置し、ボンディングツールによりＦＰＣ１０に対してセンサ素子２０を位置決めする。そして、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。これにより、指紋センサ１が完成する。

このように、指紋センサ１にＦＰＣ１０を採用した場合であっても、ＦＰＣ１０の裏面に支持板３０が貼り付けられているので、指紋センサ１の強度が向上する。

例えば支持板３０が設けられていない場合、ＦＰＣ１０に撓みが生じ、ＦＰＣ１０からセンサ素子２０が剥がれたり、またはＦＰＣ１０が撓むことによりセンサ素子２０に負荷がかかりセンサ素子２０が破損する恐れがある。このため、指紋センサ１を出荷、搬送する際や、または指紋センサ１を電子装置の搭載する際の取り扱いが困難である。しかしながら、ＦＰＣ１０の裏面に支持板３０を貼り付けることにより、ＦＰＣ１０が撓むことを防止でき、指紋センサ１の強度が向上する。これにより、指紋センサ１の取り扱いが容易となる。

また、センサ素子２０の検出面２２がＦＰＣ１０により覆われ、支持板３０はＦＰＣ１０の裏面側に貼り付けられている。このため、被験者によりスイープされるＦＰＣ１０の面に傷がつくことが防止される。これにより、ＦＰＣ１０に傷が付くことによる指紋センサ１の検出精度の低下が防止される。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。

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。

前述したように、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。

次に、指紋センサ１を電子装置に搭載する場合について説明する。
図２（Ａ）（Ｂ）は、指紋センサ１を搭載した携帯電話１００の説明図である。図２（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２（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１が搭載されている。

図３は、表示部１３０の説明図である。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、背面側ケース１６０は、指紋センサ１が搭載される筐体に相当する。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１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、センサ素子２０を収納する凹部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１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１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４（Ａ）（Ｂ）、図５は、指紋センサ１を搭載した携帯電話１００の製造方法の説明図である。まず、ＦＰＣ１０の実装面側のセンサ素子２０の周囲に両面テープ７０を貼り付ける。次に、図４（Ａ）に示すように、支持板３０が上方を向くように取付部１６１に指紋センサ１を取付ける。詳細には、凹部１６２にセンサ素子２０が収納されるように取付ける。この際に、支持板３０を背面側ケース１６０側へ押し付ける。これにより、両面テープ７０によるＦＰＣ１０と取付部１６１との接着が強固になる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、ＦＰＣ１０と背面側ケース１６０とが接着した状態で、支持板３０をＦＰＣ１０から剥離する。尚、両面テープ７０のピール強度は、接着剤３２のピール強度よりも大きい。例えば、両面テープ７０のピール強度は、接着剤３２のピール強度の２倍以上である。接着剤３２のピール強度は、例えば０．１ｋｇｆ／ｍｍ以下であり、両面テープ７０のピール強度は、例えば０．２ｋｇｆ／ｍｍ以上である。これにより、ＦＰＣ１０から支持板３０を剥離する際に、指紋センサ１が取付部１６１から剥がれることが防止される。

次に、図５に例示するように、両面テープ８０によりＦＰＣ１０の裏面にカバー１７０を固定する。これにより、背面側ケース１６０に指紋センサ１が固定される。このようにして、指紋センサ１は携帯電話１００へ搭載される。上述したように、搭載された状態での指紋センサ１は支持板３０が剥がされている。このため、指紋センサ１は、リジット基板を用いた指紋センサよりも薄型化が達成されている。

例えば、ＦＰＣが撓むことを防止し、又はセンサ素子を衝撃から保護するために、ＦＰＣの実装面側に何らかの補強部材を設けた場合を想定する。この場合、本実施例に係る指紋センサ１と同様に、薄型の状態で携帯電話１００に搭載するためには、補強部材をＦＰＣから剥離する必要がある。ＦＰＣの実装面側に補強部材が貼り付けられている場合には、指紋センサを携帯電話に搭載する前に補強部材をＦＰＣから剥がし、指紋センサを携帯電話の取付部に固定する必要がある。この場合、補強部材をＦＰＣから剥がした状態でＦＰＣが撓む恐れがある。また、補強部材の剥がしかたによっては、ＦＰＣに負荷がかかり、それに伴ってセンサ素子がＦＰＣから剥がれる恐れもある。

しかしながら、本実施例の指紋センサ１は、指紋センサ１を携帯電話１００に搭載した後に支持板３０をＦＰＣ１０から剥離することにより、ＦＰＣ１０を平坦に維持しつつ携帯電話１００へ指紋センサ１を搭載できる。これにより、ＦＰＣ１０が撓むことに伴う指紋の検出精度の低下を防止できる。また、ＦＰＣ１０が平坦な状態で指紋センサ１が携帯電話１００へ搭載されるので、指紋センサ１の外観も向上する。

また、支持板３０がＦＰＣ１０から剥がされる直前まで、ＦＰＣ１０の裏面は支持板３０により保護されているので、指紋センサ１を携帯電話１００へ搭載するための作業中においても、ＦＰＣ１０は保護される。また、前述したように、支持板３０の最小曲げ半径は、例えば５０ｍｍ以下である。これにより、支持板３０を曲げやすくなり、ＦＰＣ１０から支持板３０を剥離することが容易となる。

次に、指紋センサ１を搭載した電子装置の変形例について説明する。
図６は、指紋センサ１を搭載した携帯電話の変形例の説明図である。図６に例示するように、凹部１６２内には樹脂１６４が充填されている。背面側ケース１６０へ指紋センサ１を取付ける前に、予め凹部１６２内に樹脂１６４を充填しておき、その状態で凹部１６２内にセンサ素子２０が収納されるように指紋センサ１を背面側ケース１６０に接着固定する。次に、樹脂１６４の硬化後に、ＦＰＣ１０から支持板３０を剥離する。センサ素子２０は、樹脂１６４により覆われているので、耐衝撃性が向上する。また、樹脂１６４によりセンサ素子２０は凹部１６２に接着されているので、支持板３０をＦＰＣ１０から剥離する際に、指紋センサ１が背面側ケース１６０から剥がれることが防止される。尚、樹脂１６４は、例えば熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂でもよい。

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。

図１（Ａ）は、指紋センサの説明図であり、図１（Ｂ）は、指紋センサの製造方法の説明図である。 図２（Ａ）（Ｂ）は、指紋センサを搭載した携帯電話の説明図である。 図３は、表示部の説明図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、指紋センサを搭載した携帯電話の製造方法の説明図である。 図５は、指紋センサを搭載した携帯電話の製造方法の説明図である。 図６は、指紋センサを搭載した携帯電話の変形例の説明図である。

符号の説明

１ 指紋センサ
１０ ＦＰＣ
２０ センサ素子
２２ 検出面
３０ 支持板
３２ 接着剤
４０ アンダーフィル
７０ 両面テープ
１００ 携帯電話（電子装置）

Claims (5)

1. 指紋の検出面を有するセンサ素子と、
   前記センサ素子を実装したフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板の前記センサ素子の実装面の裏面に、剥離可能に貼り付けられた支持板と、を備えたセンサユニット。
2. 前記検出面は、前記フレキシブル基板により覆われている、請求項１のセンサユニット。
3. 前記支持板は、最小曲げ半径が５０ｍｍ以下である、請求項１又は２のセンサユニット。
4. センサ素子、前記センサ素子を実装したフレキシブル基板、前記フレキシブル基板の前記センサ素子の実装面の裏面に剥離可能に貼り付けられた支持板、を含むセンサユニットを、該センサユニットが搭載される電子装置の筐体に前記支持板を上側にして、前記フレキシブル基板と前記筐体とを接着する第１ステップと、
   前記フレキシブル基板と前記筐体とが接着した状態で前記支持板を前記フレキシブル基板から剥離する第２ステップと、を有している電子装置の製造方法。
5. 前記フレキシブル基板と前記筐体との接着の強度は、前記フレキシブル基板と前記支持板との接着の強度よりも強い、請求項４の電子装置の製造方法。
   
   

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