JP5753857B2 - 表面センサ - Google Patents

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Description

本発明は、有機体組織またはその表面の構造物および特質を検出するセンサ、特に指紋センサに関し、このセンサは、指の表面およびその組織との電気的および機械的な結合のための、指の組織もしくは表面の構造物、特性または特質のサイズと同等のサイズを有する選択された数のセンサ電極を選択された位置に備える。
近年、バイオメトリクス、特に指紋センサが、ある人物が当人であることの検証を目的として、例えば入国管理において、空港において、ならびにラップトップ型コンピュータなどに関して一般的になっている。現在の解決策にはなおいくつか不都合がある。空港および入国管理において使用される指紋センサは大きく、多数で利用するにはあまりに高価であり、携帯型デバイスに見られるより小さいセンサは、シリコンをベースとする解決策であることが多く、堅牢性が限られ、電子的相互接続が困難である。このようなセンサのための従来のシリコン製造技法は、電気的相互接続機構によりデバイスの物理的な指インターフェース部が妨げられる解決策になることが多い。民生用応用例におけるセンサの埋込搭載が、これらの短所を改善するために実施されることが多いが、美的設計に関しても、ほこりおよび湿気からの保護に関しても最適な解決策になりえない。シリコンの剛性の特質とともに、体積と面積両方のセンサのサイズにより、指紋デバイスをスマートカードなどの薄く柔軟性のある応用例に組み込むことの実現可能性が著しく制限される。
指紋センサが搭載される製品の表面と同じ平面に埋込取付けができる指紋センサが、米国特許第7251351号明細書に記載されており、この指紋センサでは、1組の第1の電極/センサ素子が、基板貫通ビア導体を備えた絶縁基板の一方の側に配置される。この基板は、ガラス、セラミック、または他の絶縁材料から作ることができる。国際公開第03/049012号には、多層または積層のプリント回路基板工程から作られる基板が、減法プリント回路基板工程に基づいて記載されており、この工程は上記の米国特許と同様に、例えばエッチングなどによって材料を除去することに基づいており、精密度が比較的低く、したがって指紋センサの小さな寸法および公差に十分には適さない。層厚などの寸法が十分に正確でない場合、その寸法が評価に影響を及ぼし、またセンサユニットの精度を低下させる可能性がある。
米国特許第7251351号明細書 国際公開第03/049012号 欧州特許第0779497号明細書 米国特許第5963679号明細書 米国特許第7606398号明細書 米国特許第7251351B2号明細書 米国特許第6512381号明細書 米国特許第6289114号明細書 米国特許第7054471号明細書 米国特許第6628812号明細書 米国特許第6683971号明細書 米国特許第7110577号明細書 米国特許第7129926号明細書 米国特許第7308121号明細書 米国特許第6881605号明細書 米国特許第6785407号明細書
したがって、本発明の目的は、十分に確立された大量で低コストの製造工程によって実現される薄く柔軟性のある指紋センサを、それが搭載されるデバイスの表面と同一平面にセンサの表面が配置されることを可能にしながらも提供することである。これは、独立請求項に記載のように特徴付けられる上記の指紋センサにより達成される。
すなわち、指紋センサは、誘電体および導体を層の形で堆積して、貫通導電路がある基板を形成する付加的または準付加的なビルドアップ工程を用いて製造され、この基板は、指表面と結合するための埋込みセンサ電極を片側に有し、反対側には適切に保護された処理ユニットがある。この基板は、スパッタ、噴霧、または他のめっき技術により堆積される導電材料の層と交互になった液体膜または乾燥膜の誘電体を使用して製造することができる。例えばガラスであるマンドレル上に堆積される誘電体層から開始すると、第1の誘電体層には高度の平坦性が確保される。後に続く導電材料および誘電体の各層が、フォトリソグラフィおよび対応するマスクセットを使用して追加されて、必要な断面フィーチャが画定される。各層をセンサの指インターフェース部側から後面処理ユニットインターフェース部側へと、マンドレルに付着したまま構築することにより基板の寸法安定性が確保され、それによってフィーチャおよび位置合わせの公差が最小になる。完成した基板は、マンドレルに付着したまま、または第1の堆積層を露わにするようにむき出しにされて、後処理されることもある。本発明の好ましい実施形態では、ポリイミドなどの液体ポリマーが平坦なガラス上に使用され、それによって、センサユニットの寸法、特に厚さの精度改善が得られ、したがって、行われる評価に対する基板構造体の寄与が得られる。
上記の工程の一代替形態は、層処理順序を反対にすることである。ガラス板の上に上部指インターフェース層をまず堆積する代わりに、1つまたは複数の層をプリント回路基板型コアの上に堆積する。このコアは、後面処理ユニットインターフェース部と、信号再分配および遮蔽のための内部層と一緒にあらかじめ作製することができる。次に、プリント回路基板型コアの前面を、上述のビルドアップ工程を用いて後処理して、指紋センサ設計に必要な小さく、高耐性のフィーチャを生成することができる。堆積されるべき最後の層は、この処理で指インターフェース部を構成する。この処理上の代替形態は、IC基板またはフリップチップ基板を製造するために利用されることが多く、またマイクロ(Micro)プリント回路基板と呼ばれることが多い。一代替工程では、乾燥膜が、Kapton(登録商標)などの金属被覆膜とともに、液体ポリイミド材料に取って代わり、その導電部は、リソグラフィおよび様々なエッチング、レーザ、およびビア充填技法を用いて処理され、それによって、上記の刊行物で論じられている導体リードまたは導体路が得られる。多層は、このような個々のシートを一緒に積層することによって得られる。コアを用いる、または用いない乾燥処理とウェット処理の組合せもまた可能である。
以下の説明では、「電圧または電流の検出」という語句は、当業者には、センサの電極の上に置かれた組織またはその表面の関連する静電容量、インピーダンス、電磁界、指紋または他のバイオメトリック、物理的、生理学的、熱的または光学的な特性もしくは特質についての情報の検出および収集の方法として理解されよう。また、結合という用語は、2つの部分間の直接の電気的接触、ならびに誘電体材料によって物理的に分離された2つの部分の容量性または誘導性の結合の両方を含むと理解されたい。
例示的に本発明を表す添付の図面を参照して、本発明を以下で詳細に論じる。
本発明の好ましい一実施形態の断面図である。 リニア指紋センサの上面視レイアウト図である。 本発明の第2の実施形態の断面図である。 本発明の第3の実施形態の断面図である。 本発明の第4の実施形態の断面図である。 本発明の第5の実施形態の断面図である。 本発明の第6の実施形態の断面図である。 本発明の第7の実施形態の断面図およびレイアウト図である。 本発明の第8の実施形態の断面図およびレイアウト図である。 本発明の第9の実施形態の断面図およびレイアウト図である。 本発明の第10の実施形態の断面図およびレイアウト図である。 本発明の第11の実施形態の断面図およびレイアウト図である。 本発明による、クレジットカードに搭載するための追加基板上に配置された指紋センサの図である。 本発明による、クレジットカードに搭載するための追加基板上に配置された指紋センサの図である。 スマートカードに搭載された指紋センサの図である。
図1は、本発明による指紋センサ21の好ましい実施形態の断面を示す。センサユニットは主に、埋込導電部1、2、3、4を有する、場合により有機物の誘電体基板8を含む可撓ユニット40で構成される。第1の電極1が第1の導電路4に接続され、第1の導電路4は、導電材料および誘電体材料の各層を順次堆積することによって作り出されて、第1の電極から基板8を貫通する導電部の切れ目のない導電路を形成し、裏面の処理ユニットインターフェース部7に接続するための結合点31に再分配される。このユニットは、指10が接触する接触面9から積層構造体として形成され、この積層構造体は、第1の電極1(前記の特許刊行物ではセンサ素子とも呼ばれる)、および誘電体材料8によって分離された第2の層内の他の(第2および第3の)電極2、3を覆う第1の誘電体層39と、結合点31に至る導体リード4、5、6を含む第3の層とで構成される。この構造は、好ましくは上記のビルドアップ工程で構築され、例えば、処理ユニットへの結合点の要求される位置が電極の位置と異なる場合には、追加層を導入するためのいくつかの追加ステップを含むことができる。
第1の電極1の、結合領域である指インターフェース部は、典型的な指表面10の構造物よりも小さくなるように選ばれ、それによって、通常ではピッチが約150〜600μmである表面の谷と稜を識別する能力が得られる。したがって、厚さが1〜30μmの基板誘電体によって隣接電極から電気的に絶縁された第1の電極の典型的な面積は、約2000〜20000μm2になりうる。電極のサイズ、形状およびピッチを変える他のバージョンも企図することができる。実現された一実施形態で、電極ピッチは、面積が6500μm2の長方形形状で67.5μmである。導電路4は、ルーティングおよび/または工程制約事項、ならびに信号完全性要件に応じて、サイズおよび形状が大きく変わりうる。現在の製造能力は、トレースの幅と厚さ(L/S)の両方が1μm未満であり、層と層の相互接続導電路の断面積が10〜2000μm2である。現在の一実施形態は、L/Sが15/15μm、層と層の相互接続部が700μm2で実現される。
本発明の好ましい実施形態は、指表面とセンサ電極の間に直流電気分離を要し、したがって、センサ電極は指インターフェース部表面の下の基板に埋め込まれ、基板誘電体8は、指表面と第1の電極の間に必要とされる誘電体媒体になる。好ましくは表面コーティング層9が、機械的および化学的保護の改善、摩擦の制御、画像品質の改善、見栄えの向上、または他の目的のために追加される。高性能コーティングは、欧州特許第0779497号明細書および米国特許第5963679号明細書に記載されているダイアモンド様炭素(Diamond Like carbon)(DLC)またはアモルファスダイアモンドなどの炭素ベース材料から作ることができる。基板誘電体層および高性能コーティング層の厚さは、例えば500nm以上の範囲で、適切な検出条件が得られるように選ぶことができる。指と直接電気的に接触する、誘電体がない露出電極は、信号レベルの向上のように、検出条件の改善のために実施されることがある。
指インターフェース部表面の反対側において、指紋センサ基板は、信号処理ユニット13を導電路に接続するための電気信号インターフェース部7を、それ自体は知られている方法で備える。これらのインターフェース部は、よく知られたアンダーバンプメタライゼーションの技術を用いて製造することができ、処理ユニットへのハンダの基部、または接着剤ベースの相互接続解決策になりうる。同様に外部入出力接続部15が設けられる。
好ましい実施形態によれば、基板はまた、第1の電極および第1の導電路と同じようにして実施されるが指表面の特徴部よりもかなり大きくなるように電極寸法を大きくした、第2の導電路5に接続される第2の電極2を備える。したがって、第2の電極と指の間の結合は、指の表面の構造によって大きく影響を受けない。この場合、処理ユニットは、第1と第2の電極によって与えられる、多数の第1の電極1のそれぞれの電圧または電流を検出するように適合される。というのは、処理ユニットはまた、静止電圧または変化する電圧を第1と第2の電極間に印加し、これらの電圧および電流をそれ自体は知られている方法で、例えば第2の電極とグランド間に電圧を印加することによって、また指から第1の電極に入る電流、またはグランドに対する第1の電極の電圧を検出することによって、検出するからである。サイズだけの相違により、第1の電極に近接する指の構造は、センサによって検知または検出される電圧または電流に影響を及ぼすことになる。本発明のこの実施形態では、電極の埋込み深さを変えることも可能であり、それ故に、センサ電極1、2および3、および/または基板8の残りのものの感度、コントラスト、ダイナミック信号レンジまたは他のパラメータのような検出条件を最適にするために、誘電体厚さおよび結合特性が変えられる。
好ましい実施形態によれば、基板はまた、第1の電極および第1の導電路と同じようにして実施される、第3の導電路6に接続される第3の電極3を備える。第3の電極はサイズが、指の表面特徴部サイズよりも小さいサイズから相当大きいサイズまで変わりうる。第3の電極は、第1または第2の電極の機能を繰り返すことができ、あるいは、米国特許第7606398号明細書で論じられているように、別個に電気的に励振し、変調し、電気的に浮動のままにし、またはグランドに接続することもできる。第3の電極はまた、米国特許第7251351B2号明細書に記載のように、個々の第1の電極との容量性結合を較正または回路試験作業に利用できるように実施することもできる。例えば、第1の導体リード/導電部に近接した第3の導体(図示せず)を有する、また米国特許第6512381号明細書に記載の解決策などの同等なサイズを有する、他の代替形態もまた企図することができる。指紋センサは、評価されるべき表面がスワイプ方向11に電極を横切ると予想されるスワイプセンサとして設計される。
図2は、本質的にセンサ電極12のリニアアレイで構成されたストライプ形指紋センサ21のレイアウトを示し、第1の電極1それぞれは、1つの第1の導電路4と結び付いている。上記の第2の導電路が結び付いた刺激電極または駆動電極2がセンサアレイ12に広がり、それによって、指全体にわたる均一な電圧分布と、主としてアレイに近接する指の構造の相違によって生じるセンサアレイからの検出電圧の変化とが確保される。
図2の好ましい実施形態で、このレイアウトにはまた、この事例では(デジタルおよびアナログ)グランド接続に使用される2つの第3の電極3が含まれ、それによってまた静電放電保護も行われる。これらの電極はまた、基板を貫通する上記の第3の導電路と結び付けることもできる。これらの電極の埋込み深さは、第1および第2の電極と同様に変えて、グランドに放電する静電放電事象の確率を高くすることができる。静電放電保護を行うための他の解決策は、基板の導電路に接続されるダイオード構造物の実装によって実現することができる。あるいは、静電放電保護ダイオードなどの個別構成要素を駆動電極とグランドの間に接続すること、基板の内部に埋め込むこと、または例えばフリップチップアセンブリによって外部に接続することもできる。
図2に示されたセンサレイアウトの一代替実施形態によれば、センサアレイは、電極の1つまたは複数のリニアアレイで構成することができ、これらの電極は、場合によりスワイプ方向と交差して移動され、それによって互い違いの構造になり、評価の精密度が改善される。複数のセンサアレイではまた、米国特許第6289114号明細書に記載されているスティッチングによる指紋画像の復元と、米国特許第7054471号明細書に記載されているセンサ上の指の動きの評価とを可能にすることもできる。
一代替実施形態によれば、第2、第3、または両方の電極は、基板外側で実施するための図1に示された外部入出力接続部15とのインターフェース部を備えることができ、これには、米国特許第6,628,812号明細書および米国特許第6,683,971号明細書で論じられているように、基板材料面積を低減するという利点がある。
例えば、米国特許第7251351号明細書および米国特許第7110577号明細書に記載されている表面全体にわたって指の相対的動きを評価するための、また米国特許第7129926号明細書および米国特許第7308121号明細書に記載されているナビゲーションまたは画面上のポインタを動かすための、あるいは生きていることの検出のような指の他のバイオメトリック特質を評価するための、追加の電極および回路をセンサ21に埋め込むことができる。
図3の一代替実施形態によれば、導電部の追加内部層14が遮蔽の目的で含まれる。遮蔽層は、電極と、処理ユニットインターフェース部への横方向信号再分配に使用されるあらゆる導電部との間に配置される。この遮蔽層のすべてまたは一部分をグランドに接続することで、処理ユニットインターフェース部および信号再分配部分を電磁妨害から保護することになり、あるいは電極および指表面からの誘導性または容量性の電気的結合を防ぐことになり、逆もまた同様である。
図4の一代替実施形態によれば、導電部の1つまたは複数の追加内部層16が、様々な埋込みフィーチャを容易にするために含まれることがある。
追加層が、導電路17をルーティングするための付加的な自由度により信号再分配の改善を容易にするために含まれることがある。
導電部の1つまたは複数の追加内部層が、様々な埋込構成要素18を容易にするために含まれることがある。個別構成要素を最後の堆積層の上に、次の誘電体層が堆積される前に、接続端子を上にして、接着剤または他の手段で固定して配置することができる。後続の導電部層堆積では、個別構成要素の必要な接続部分に開口を含むマスクが用意される。導電材料堆積工程では、適切な個別構成要素端子と融合し、適切な導電路と接続する。
図4の代替実施形態はまた、有機物または印刷可能電子回路19をどのように実施できるかを示す。パターニング可能な誘電体層16は、このような堆積工程の基礎媒体として使用することができる。これらの特別な回路は下にある導電部に、その堆積工程によって直接、あるいは後続の導電層にその堆積工程で融合することによって、接続される。
パターニング可能な誘電体を利用して内部ボイドを作り出すと、2つの導電部間のガス充填容積は、高圧放電路を形成するための、また電荷をグランドに逃がすためのスパークギャップ20として使用することができる。したがって、静電放電保護は、それが電極と処理ユニットの間の導電路に組み込まれた場合に改善される可能性がある。
図5の代替実施形態は、前に説明した図4の埋込み個別構成要素18の特別な事例である。この実施形態では、図1に描かれたフリップチップ搭載とは対照的に、処理ユニット13全体が誘電体に埋め込まれる。
図6の代替実施形態では、例えばエポキシである硬化可能ポリマー樹脂22が、センサの機械的堅牢性を改善するために使用される。アンダーフィル樹脂が、電気インターフェース部および処理ユニットを封止するために使用され、それによって、これらが湿気およびほこりなどの要因から保護され、一方ではまたセンサに剛直性が加わる。複数のセンサがあるシートは、個々のセンサに切断する前にアンダーフィルし、コーティングすることができる。完成した製品は、BGA型のボールインターフェース部15とともに封止およびパッケージされた指紋デバイスである。同様の結果を、硬化可能樹脂とは対照的にプラスチック成形工程を使用して得ることができる。
図7の代替実施形態では、追加の第2の誘電体材料23が、センサの剛直性および機械的堅牢性を改善するために、ビルドアップ基板の上に積層される。この材料は、液体または乾燥膜ハンダマスクの層とすることもでき、その導電部は、ビルドアップ基板の導電部を形成するために使用されるのと同じ工程で形成される。あるいは、剛直にする層は、ビルドアップ基板導電層にインターフェースされ結合される、あらかじめ形成されたビア付きのプリント回路基板型材料とすることもできる。
図8の代替実施形態では、外部入出力接続部として、可撓リボンケーブル24がビルドアップ基板に組み込まれる。これは、指インターフェース部とホストシステム電子回路の間の距離を任意選択で増大させることで、様々な応用例への一体化を簡単にすることができる。このリボンケーブルは、例えば、応用例の筐体のスロットに通すことができる。
図9の代替実施形態では、別の可撓リボンケーブル25がビルドアップ基板の外部入出力接続インターフェース部に接続されて、図8の実施形態について説明した利点と同様な利点が生まれる。
図10の代替実施形態では、高精密ビルドアップ基板8が、ビルドアップセンサ基板と信号処理ユニット13の間のインターポーザを構成する標準的なプリント回路基板または可撓プリント回路26への電気接続部とともに積層され、または他の方法で固定される。これは、大きい面積を必要とする回路に低コストの材料を利用しながら、固定、相互接続およびアセンブルする点で有利でありうる。信号処理ユニットおよび外部入出力接続部27は、インターポーザのどちら側にも配置することができる。
図11の代替実施形態では、高精密ビルドアップ基板8は、埋込み指紋モジュールのマザーボードを構成する標準的なプリント回路基板または可撓プリント回路28への電気接続部とともに積層され、または他の方法で固定される。高精密ビルドアップ基板を低コストの標準的な回路基板技術と組み合わせると、集積回路、ディスプレイ、LED、ボタン29、および外部電気インターフェース部30などの追加電子回路を指紋モジュールに組み込むことができる。追加電子回路は、マザーボードのどちら側にも配置することができる。
図12の代替実施形態では、高精密ビルドアップ基板8が、センサ基板として利用されるだけでなく、完全なバイオメトリックシステムの支持体および相互接続デバイスとしても実施される。第1、第2および第3の電極信号は、指インターフェース部の直下に置かれた、または任意の横方向に移動させた信号処理ユニット13に再分配される(図示せず)。マイクロコントローラ32などの追加集積回路と、コンデンサ、抵抗、ボタン、ディスプレイおよびアンテナなど他の電気構成要素33とは、フリップチップ、ワイヤボンディング、導電性接着剤または他のものによって一体化することができる。外部入出力接続部15は、露出導電パッド、ヘッダ、コネクタまたは他のものとして一体化することができる。指インターフェース部分は、適切な厚さおよび材料の積層補強材プレート34によって機械的に保持することができる。完成したバイオメトリックアセンブリは、適切な筐体内部に搭載し、または型成型し、あるいは、例えばIDカードまたは金融取引カードの内部に積層することができる。
図13aおよび図13bでは、指紋センサ21を備えた可撓ユニット40が、図7のように第2の誘電体材料23の上に搭載される。この第2の誘電体ユニット23は回路基板を構成し、この基板は、指紋センサ21の後面の結合点31と接続するボンディングインターフェース部41、ならびに第2の誘電体ユニットを通って反対側の、プロセッサ13を配置できるハンダ面42に至る導体リードを含み、それによって指紋センサ21に接続される。この解決策は、指紋センサユニットを収容するように適合された開口部または凹部を有するスマートカードに搭載するのに特に適している。次に、センサユニットは、積層工程または接着剤を使用して凹部または孔に固定してから封止して、スマートカードの一部を成す部分を構成することができる。
スマートカードは、少なくとも3層を有する積層構造体として作られることが多く、中間層が、カード内の他の回路に接続できるようにする導体リードを含む。このタイプの接続を示す一例が米国特許第6881605号明細書に示されている。指紋センサはカード内の凹部または孔に配置されるべきであるので、導電カード層に接続するのに適した位置にある接点43は、カード内の電気導体を覆う外部層の厚さに適合する適切な位置に設けられる。
図14は、スマートカード47内に配置された指紋センサ21を示し、このスマートカードはまた、電気導体44ならびにマイクロチップ45および、例えば無線認証または近接場通信用のアンテナ46も備える。上記のように、これらの導体44は、スマートカード内部の中間層に埋め込まれ、一方マイクロチップ45および指紋センサ21のコネクタインターフェース部はカード表面まで延びる。
すなわち本発明は特に、センサ電極と、誘電体基板内に埋め込まれた付属導電路とを有する指紋プリントセンサの実現に関係する。
要約すると、本発明は、有機体組織の対象物の表面によって構造および特質を評価するセンサユニット、特に指紋センサに関連する。このセンサユニットは、
前記対象物と機械的に接触するように適合された接触面と、
選択された厚さを有する第1の誘電体層と、
所定のサイズおよび位置を有する複数の導電性の第1の電極1を含む第2の層であって、センサ素子が誘電体材料によって分離されている第2の層と、
複数の導電部を含む第3の層であって、各導電部が第1の電極に直流的に結合された第1の端部、および所定の位置を有する第3の層の反対側にある第2の端部を有し、導電部が誘電体材料によって分離されている第3の層と、
信号処理ユニットへの直流接続用導電部の前記第2の端部の前記所定の位置にある導電性接続手段とを備える。
このようにしてプロセッサユニットを搭載するための基板が得られ、この基板は、所定のパターンの第1の電極と、場合により追加の電極の両方をポリマー材料の中に含む。誘電体材料は、好ましくはポリイミドであり、センサは、第1の層が液体として平坦なガラス面に堆積されるビルドアップ工程を使用して構築される。
すなわち本発明は、主として有機体組織およびその表面の特質および構造を検出するセンサ、特に指紋センサに関連し、そのセンサ面は、クレジットカードなどに含まれるのに適した可撓ユニットの一部である。したがってその可撓性は、好ましくはクレジットカードのISO標準ISO-IEC 781.0に準じるものでありうる。物理的特性は、ISO-IEC 10373-1 IDカード--試験法による試験手順で試験される。他の目的では、プロセッサおよび他の構成要素がない基板層の可撓性は、例えば曲げ半径が1mmに至るまで大きいことがある。可撓ユニットは、評価されるべき表面に結合するための選択された位置に、選択された数の第1の電極またはセンサ素子を備える。指紋の稜と谷などの様々な種類の特徴部を識別できるように、第1の電極のサイズ、および好ましくは第1の電極間の距離は、組織またはその表面の特質または構造物のサイズ以下でなければならない。処理ユニットが、電極の電圧または電流を検出する電子回路を有して含まれることがあり、それによって、組織またはその表面の関連する静電容量、インピーダンス、電磁界、指紋、構造物、組織の生きていることまたは他のバイオメトリック、物理的、生理学的、熱的または光学的な特性もしくは特質についての情報の検出および収集が行われる。この回路は、前記特性、特質または構造物の検出を行う前記第1の電極に接続され、処理ユニットは基板の片側に搭載され、第1の電極は前記基板の内部埋込層に配置される。すなわち基板は、前記センサ電極と前記評価回路の間の貫通する第1の導電路を含み、基板は、ポリイミドなどの可撓性の単一層または複数層の誘電体ポリマー材料で作製され、前記第1の導電路は、選択されたサイズおよび材料の貫通基板部によって構成される。
基板は、好ましくは可撓性材料で作製され、また、評価されるべき表面の構造物よりもサイズがかなり大きい、少なくとも1つの第2の電極を含む。第2の電極は、基板の貫通導電部でやはり構成される第2の導電路を用いて接地すること、または前記処理ユニットに接続することができ、処理ユニットは、第1および第2の電極の電圧または電流を検出するように適合される。本発明の好ましい実施形態では、変化する電圧を処理ユニットまたは外部発振器によって第2の電極と第1の電極の間に加えることができ、処理ユニットは、第1の電極と第2の電極の間のインピーダンスを測定または計算する。
基板はまた、前記表面に結合され、かつ前記処理ユニットに結合される電極になる少なくとも1つの第3の電極を、基板の貫通導電リードによってやはり構成される第3の導電路とともに含むこともできる。第3の電極は接地することができ、あるいは処理ユニットは、第3の電極の電圧または電流を検出するように適合させることができる。
第1、第2および第3の電極は、評価されるべき表面に対して同じ平面に、または様々な深さに埋め込むことができ、あるいは前記表面に完全に露出することができ、それによって、前記表面構造評価のための個々の誘電性結合特性が得られる。すなわち第1の層は、少なくともいくつかの電極の上に、厚さが低減された、または開口がある領域を含むことができ、それによってまた、指と電極の間の静電容量を調整する手段が得られ、あるいは電極と評価されるべき指/対象物との間の直流接触が可能になる。
センサユニット表面を保護するために、例えばアモルファスダイアモンドである炭素ベース材料で作られた外側保護層で、表面センサの評価面インターフェース部を覆う。
基板はまた、表面の構造物よりもかなり大きい基板外側の外部電極との少なくとも1つの外部インターフェース部を含むこともでき、それによって、評価されるべき前記表面に結合されるとともに前記処理ユニットに接続された外部電極が得られる。
センサユニットの第3の層はまた、前記第1、第2または第3の導電路の信号再配分目的のための少なくとも1つの埋込みパターニング可能サブ層を、処理ユニットへの結合用接続点の所定の位置に含むこともできる。このサブ層はまた、少なくとも1つの電子デバイスが前記第1、第2または第3の導電路のうちの少なくとも2つの導電部の間に実装される、埋め込まれた能動および受動電子デバイスを含むこともできる。
前記第1、第2または第3の導電路のうちの少なくとも2つの導電部の間に接続された評価回路を有する処理ユニットはまた、基板構造体の中に埋め込むこともできる。
基板はまた、少なくとも1つの電子デバイスが前記第1、第2または第3の導電路のうちの少なくとも2つの導電部の間に実装される、少なくとも1つの埋込み有機電子回路層、およびまたは、前記第1、第2または第3の導電路のうちの少なくとも2つの導電部の間にスパークギャップを形成するために少なくとも1つのボイドが作り出される、少なくとも1つの埋込みパターニング可能誘電体層を含むこともできる。
図10〜12を参照して上で述べたように、信号処理ユニットに結合するために設けられる結合手段は、可撓箔、プリント回路基板またはプリント回路の上の導体に接続することができ、この導体は、結合手段と、この結合手段から横方向に分離された位置に配置された信号処理ユニット上の対応するインターフェース部との間の接続部になる。このようにして処理ユニットは、箔、プリント回路基板もしくはプリント回路の同じ側または反対側の、センサ面と異なる位置に配置することができる。プリント回路またはプリント回路基板は、他の回路、または外部機器とのインターフェース部を備えることもできる。
本発明によるセンサユニットは、好ましくは
平坦なガラス表面に液体のポリイミドを堆積し、このポリイミド材料を硬化させるステップと、
導電材料のパターンを付けることによって前記第1の層の上に第2の層を堆積して第1の層の上に第1の電極を構成し、また液体ポリイミド層を堆積し、それによって第1の電極間に絶縁体を設け、ポリイミド材料を硬化させるステップと、
導電材料のパターンを付けることによって第3の層を堆積し、液体ポリイミド層を堆積し、それによって第1の電極間に絶縁体を設け、ポリイミド材料を硬化させ、ユニットを硬化させた後にユニットをガラスプレートから取り外し、それによって積層可撓膜または積層可撓箔を生成するステップとを含む方法によって生成される。
この一連のステップは反対の順番で実施し、それによって、工程の必要とされる精度およびセンサ電極の配置に応じて、ガラスプレートを箔の反対側に残すこともできる。
この方法はまた、接続手段を設けるために導電部の第2の端部に導電材料を適用するステップを含むこともできる。
センサの表面は、用途および動作条件に応じていくつかの方法で処理することができる。例えば基板は、外観、反射などのためにポリイミド構造物をパターニングおよびイメージングすることによって光学的特質が得られるように、あるいは疎水性、摩擦、耐摩耗性などの表面の特性が得られるように変更することができる。
基板はまた、埋込み処理ユニットを収容するように変更することができ、あるいは硬化させた硬化性樹脂を用いて処理ユニット側でコーティングして、ボールグリッドアレイ型外部入出力インターフェース部を有する封止デバイスを形成することもできる。基板をより耐久性にするために、基板はまた、剛性の付加およびプリント回路基板などの相互接続目的のために、別の面の上に積層することもできる。
結合特性を改善するために、あるいは、評価されるべき面が湾曲している場合に、基板は、例えば米国特許第6785407号明細書に記載されているスワイプセンサと類似の解決策が得られるように、湾曲した面の上に積層することができる。
本発明に伴う一利点は、相互接続のための可撓リボンケーブルの一部として機能できる、あるいは相互接続のための可撓フラットケーブルの上に積層できる可撓基板が得られることである。この可撓基板はまた、積層すること、または他の方法でプリント回路基板または可撓回路に電気的に接続することができ、それによって、アセンブリと埋込指紋モジュールの相互接続部またはマザーボードとのレイアウトに関する付加的な自由度を得るための、前記センサ基板と処理ユニットの間のインターフェース部になる、前記基板と前記処理ユニットの間のインターポーザが構成され、一方で追加の電子回路と構成要素が一体化できるようになる。
1 埋込導電部、第1の電極
2 埋込導電部、第2の電極
3 埋込導電部、第3の電極
4 埋込導電部、第1の導電路、導体リード
5 導体リード
6 導体リード
7 処理ユニットインターフェース部
8 基板、誘電体材料、ビルドアップ基板
9 接触面
10 指
11 スワイプ方向
12 センサ電極、センサアレイ
13 処理ユニット
14 追加内部層
15 外部入出力接続部
16 追加内部層、パターニング可能な誘電体層
17 導電路
18 埋込構成要素
19 印刷可能電子回路
20 スパークギャップ
21 指紋センサ
22 硬化可能ポリマー樹脂
23 第2の誘電体材料、第2の誘電体ユニット
24 可撓リボンケーブル
25 可撓リボンケーブル
26 プリント回路基板または可撓プリント回路
27 外部入出力接続部
28 プリント回路基板または可撓プリント回路
29 ボタン
30 外部電気インターフェース部
31 結合点
32 マイクロコントローラ
33 電気構成要素
34 積層補強材プレート
39 第1の誘電体層
40 可撓ユニット
41 ボンディングインターフェース部
42 ハンダ面
43 接点
44 電気導体
45 マイクロチップ
46 アンテナ
47 スマートカード

Claims (16)

  1. 有機体組織の対象物の表面によって構造および特質を評価するセンサユニットであって、特に指紋センサであり、
    前記対象物と機械的に接触するように適合された接触面と、
    選択された厚さを有する第１の誘電体層（３９）と、
    前記第１の層によって覆われた第２の誘電体層（４０）であって、
    前記第１の層と同じ層側に所定のサイズおよび位置を有する複数の導電性の第１および第２の電極（１、２）、ならびに
    前記第１および第２の電極（１、２）の一方に直流結合された第１の端部、ならびに前記層（４０）の反対側に所定の位置を有する第２の端部をそれぞれが有する、前記層内の誘電体材料によって分離された複数の導電部４、５
    をさらに含む第２の誘電体層と、
    前記導電部の前記第２の端部の前記所定の位置で前記導電部に接続された、信号処理ユニット（１３）に直流接続するための導電接続手段（３１）であって、前記電極の位置から横方向に分離された位置に配置される導電接続手段（３１）とを備え、
    前記処理ユニット（１３）が、前記第１および第２の電極の電圧または電流を検出するように適合され、
    前記層の材料が可撓性材料であり、
    前記第２の電極の少なくとも１つが、評価されるべき表面の構造物よりも大きい寸法を有するセンサユニット。
  2. 前記誘電体材料がポリイミドである、請求項１に記載のセンサユニット。
  3. 少なくとも２つのサブ層によって構成された追加層をさらに備え、少なくとも一方が、第２の導体端部の位置を処理ユニットへの接続点の必要とされる位置に適合させる導電部のパターンを有する、請求項１に記載のセンサユニット。
  4. 前記接触面が、例えば炭素ベース材料である保護コーティングを備える、請求項１に記載のセンサユニット。
  5. 前記接触面に対して反対側が、例えば樹脂材料である硬化材料でコーティングされる、請求項１に記載のセンサユニット。
  6. 前記硬化材料がまた搭載処理ユニットを覆う、請求項５に記載のセンサユニット。
  7. 前記追加層が、前記電極から前記センサユニットの反対側まで延びる導電部を含む、請求項３に記載のセンサユニット。
  8. 前記第２の電極が前記反対側に、前記処理ユニットに結合するための接続点を備える、請求項７に記載のセンサユニット。
  9. 少なくとも１つの第２の電極の上の前記第１の層の厚さが低減される、請求項７に記載のセンサユニット。
  10. 前記第１の層が、前記電極のうちの少なくとも１つの上に開口を備え、前記電極と前記対象物の間の直流接触を提供する、請求項１に記載のセンサユニット。
  11. 前記導電接続手段が可撓性のプリント回路基板またはプリント回路の上の導体に接続され、前記導体が、前記導電接続手段と、前記導電接続手段から横方向に分離された位置に配置された信号処理ユニット上の対応するインターフェース部との間の接続部を提供する、請求項１に記載のセンサユニット。
  12. 前記処理ユニットが、前記導電接続手段に対して前記可撓性のプリント回路基板またはプリント回路の同じ側に配置される、請求項１１に記載のセンサユニット。
  13. 前記処理ユニットが、前記導電接続手段に対して前記可撓性のプリント回路基板またはプリント回路の反対側に配置される、請求項１１に記載のセンサユニット。
  14. 前記可撓性のプリント回路基板またはプリント回路が、複数の構成要素、および外部機器との結合インターフェース部を備える、請求項１１に記載のセンサユニット。
  15. 請求項１に記載のセンサユニットを製作する方法であって、
    平坦なガラス表面に液体のポリイミドを堆積し、前記ポリイミド材料を硬化させるステップと、
    導電材料のパターンを付けることによって前記第１の層の上に第２の層を堆積して前記第１の層の上に第１の電極を構成し、液体ポリイミド層を堆積し、前記第１の電極間に絶縁体を設け、前記ポリイミド材料を硬化させるステップと、
    導電材料のパターンを付けることによって第３の層を堆積して、前記第２の層内の導電材料の前記パターンに一方の端部が電気的に接続された複数の導電部を構成し、液体ポリイミド層を堆積し、前記第１の電極間に絶縁体を設け、前記ポリイミド材料を硬化させるステップと、
    前記ガラス面と前記第１の層との間の以前の接触面で前記接触面を検査するために、前記層を前記ガラス面から除去するステップとを含む、方法。
  16. 接続手段を設けるために前記導電部の第２の端部上に導電材料を適用するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
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