JP3766034B2 - 指紋センサ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
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。
【0003】
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。
【従来の技術】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、モールドフラッシュが発生しても、正常な指紋センサ機能を維持することができる指紋センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
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。
【0015】
請求項1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が露出し、該開口部の底部の端部と前記センサ部の端部との距離が0.3mm〜1.0mmであることを特徴とするものである。
【0016】
請求項1記載の発明によれば、センサ部を露出するために樹脂封止時にスペーサをセンサ部に押圧して樹脂封止した際、センサ部と半導体チップとの間に樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生しても、モールドフラッシュがセンサ部に到達することなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0017】
請求項2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が露出し、該開口部の底部は第1の面と該第1の面より高い位置にある第2の面とよりなる段差を有し、前記センサ部は前記第1の面において露出し、前記第1の面と前記第2の面との間の垂直方向距離は70μm〜150μmであることを特徴とするものである。
【0018】
請求項2記載の発明によれば、開口部の底部が2段構造であり、センサ部の周囲の封止樹脂部は上下の距離が狭くなっている。したがって、上下距離が狭くなった部分に封止樹脂が充填される際に充填圧力が低減され、モールドフラッシュの発生が抑制される。
【0019】
請求項3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を樹脂モールドするためのモールド金型の所定の位置に、前記センサ部の幅より所定寸法大きい幅を有する弾性体よりなるスペーサを取り付ける工程と、モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記スペーサ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を有することを特徴とするものである。
【0020】
請求項3記載の発明によれば、センサ部を露出するために樹脂封止時にスペーサをセンサ部に押圧して樹脂封止した際、センサ部と半導体チップとの間に樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生しても、モールドフラッシュがセンサ部に到達することなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0021】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の指紋センサ装置の製造方法であって、前記スペーサは前記センサ部の幅方向の全体を覆い、且つ前記センサ部の幅方向の一端を超えて延在する前記スペーサの部分の寸法が0.3mm〜1.0mmであることを特徴とするものである。
【0022】
請求項4記載の発明によれば、スペーサの端部から封止樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生したとしても、通常モールドフラッシュの長さは0.3mm程度であるため、モールドフラッシュがセンサ部まで到達することがなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項3記載の指紋センサ装置の製造方法であって、前記スペーサは前記センサ部の幅方向の全体を覆い、且つ前記センサ部の幅方向の一端を超えて延在する前記スペーサの部分は、前記半導体チップの表面を越えて延在することを特徴とするものである。
【0024】
請求項5記載の発明によれば、センサ部から続く半導体チップの上面が露出されるため、センサ部に接触しながら移動する指の動作を円滑に行うことができる。よって、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。
【発明の実施の形態】
【0025】
次に、本発明の実施例について図面と共に説明する。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【発明の効果】
【0053】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【0054】
請求項1記載の発明によれば、センサ部を露出するために樹脂封止時にスペーサをセンサ部に押圧して樹脂封止した際、センサ部と半導体チップとの間に樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生しても、モールドフラッシュがセンサ部に到達することなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0055】
請求項2記載の発明によれば、開口部の底部が2段構造であり、センサ部の周囲の封止樹脂部は上下の距離が狭くなっている。したがって、上下距離が狭くなった部分に封止樹脂が充填される際に充填圧力が低減され、モールドフラッシュの発生が抑制される。
【0056】
請求項3記載の発明によれば、センサ部を露出するために樹脂封止時にスペーサをセンサ部に押圧して樹脂封止した際、センサ部と半導体チップとの間に樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生しても、モールドフラッシュがセンサ部に到達することなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0057】
請求項4記載の発明によれば、スペーサの端部から封止樹脂が流れ込んでモールドフラッシュが発生したとしても、通常モールドフラッシュの長さは0.3mm程度であるため、モールドフラッシュがセンサ部まで到達することがなく、センサ部の正常な機能を維持することができる。
【0058】
請求項5記載の発明によれば、センサ部から続く半導体チップの上面が露出されるため、センサ部に接触しながら移動する指の動作を円滑に行うことができる。よって、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 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。
【図2】 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。
【図3】 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4】 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。
【図5】 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6】 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。
【図7】 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。
【図8】 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9】 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10】 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11】 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12】 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13】 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14】 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15】 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16】 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17】 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 モルード金型
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)
- 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が露出し、該開口部の底部の端部と前記センサ部の端部との距離が0.3mm〜1.0mmであることを特徴とする指紋センサ装置。 - 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が露出し、該開口部の底部は第1の面と該第1の面より高い位置にある第2の面とよりなる段差を有し、前記センサ部は前記第1の面において露出し、前記第1の面と前記第2の面との間の垂直方向距離は70μm〜150μmであることを特徴とする指紋センサ装置。 - 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を樹脂モールドするためのモールド金型の所定の位置に、前記センサ部の幅より所定寸法大きい幅を有する弾性体よりなるスペーサを取り付ける工程と、
モールド金型内に前記半導体チップを配置し、前記スペーサ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
を有することを特徴とする指紋センサ装置の製造方法。 - 請求項3記載の指紋センサ装置の製造方法であって、
前記スペーサは前記センサ部の幅方向の全体を覆い、且つ前記センサ部の幅方向の一端を超えて延在する前記スペーサの部分の寸法が0.3mm〜1.0mmであることを特徴とする指紋センサ装置の製造方法。 - 請求項3記載の指紋センサ装置の製造方法であって、
前記スペーサは前記センサ部の幅方向の全体を覆い、且つ前記センサ部の幅方向の一端を超えて延在する前記スペーサの部分は、前記半導体チップの表面を越えて延在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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