KR100486994B1 - 집적회로다이를노출하는열림구를가지는집적회로장치및관련된방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지문센서 장치를 포함하며, 집적회로 다이와, 집적회로 다이를 둘러싸며 집적회로 다이 부분을 노출시키는 열림구를 가지는 외피물질체, 그리고 열림구에 인접하여 외피물질체에 마운트되는 도전성 부재 또는 프레임을 구비하는 집적회로 장치에 관한 것이다. 도전성 부재는 집적회로 다이에 접착되어 부착된다. 따라서, 접착되어 설치되는 도전성 부재는 외피층 및 다이 사이의 공간을 밀봉하는 역할을 할 수 있다. 프레임은 제조공정의 중간 단계에서 제거가능한 물질을 둘러싸는 것으로 정의될 수 있다. 제거가능한 물질층 및 그것의 프레임은 플라스틱이 사출되어 어셈블리를 둘러싸게 하기 위해 주조되는 동안에 집적회로 다이 상에 설치될 수 있다.

Description

집적회로 다이를 노출시키는 열림구를 가지는 집적회로 장치 및 관련된 방법
본 발명은 반도체분야와 관련된 것으로서, 상세하게는 집적회로 장치 및 그것을 위한 패키지에 관한 것이다.
인간이나 인간의 일부분과 직접적인 접근이 가능하게 하는 것과 같이, 몇 가지 응용예에서는 집적회로 다이의 최외부 표면이 환경에 노출되어야 할 것이 요구된다. 예컨대, 혈액 내의 화학물질을 측정하는 것과 같은, 어떤 의학적인 응용예에 있어서는 집적회로를 직접 혈액에 노출시켜 배치한다. 다행스럽게도 그러한 응용예에서는 상기 집적회로의 작동 수명은 한정되어 폐기되기 전까지 단 1회만 사용된다. 따라서, 장기간에 걸친 신뢰성은 통상적으로는 중요한 주제가 아니다.
이에 반하여, 센서소자의 집적회로 배열에 기초하는 지문센서는 집적회로 다이에 손가락이 직접 접촉될 것이 요구될 수 있다. 지문 감지 및 일치는 개인의 신원확인이나 인증을 위한 기술로서 신뢰할 만하며 널리 사용되고 있다.
통상적인 전자 지문센서는 손가락의 표면을 가시광선이나 적외선 또는 초음파 복사에 노출시키는 것에 기초되고 있다. 예컨대, 반사된 에너지는 임의의 카메라 형태에 의하여 잡히고, 그 잡힌 이미지는 조직되고, 디지털화되고 정적인 디지털 이미지로서 저장된다. 미국 특허 제4,210,899호의 명세서에, 임의의 컴퓨터 단말기에의 개인의 접근을 허가하거나 지정하는 것과 같은, 접근보안 응용예를 위하여 중앙처리국과 협력하는 광학주사지문판독기가 개시되어 있다. 미국특허 제4,525,859호의 명세서에는 지문 이미지를 잡기 위한 비디오 카메라를 개시하고 있으며 기준지문의 데이터베이스와의 일치를 결정하기 위하여 지문의 세부, 즉 지문 이랑의 가지들과 단부들의 형태를 이용하고 있다.
미국특허 제4,353,056호의 명세서에서는 살아있는 지문을 감지하는 다른 방법이 개시되어 있다.
미국특허 제5,325,442호의 명세서에서는 복수개의 센서전극을 포함하는 지문센서가 개시되어 있다.
신원확인 및 인증을 위한 지문 감지 및 일치에 있어서의 큰 진보는 컴퓨터 워크스테이션, 가전제품, 자동차, 및 기밀 자료에 대한 권한 없는 사용을 방지하기 위하여 바람직하다.
본 발명의 목적은 사용자의 손가락과 같은 감지된 매체에 의하여 집적회로 다이의 직접적인 접촉을 허락하는 집적회로 장치 및 관련된 방법을 제공하고자 하며, 상기 다이를 위한 신뢰할 수 있는 환경적 밀봉을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 큰 규모 및 상대적으로 낮은 비용의 제조를 돕는 집적회로 장치 및 관련된 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 집적회로 장치를 포함하며, 상기 장치는 :
집적회로 다이와;
상기 집적회로 다이를 둘러싸며 상기 집적회로 다이가 노출되도록 하는 열림구를 구비하는 외피물질층; 및
상기 열림구에 인접하여 상기 외피물질체에 탑재되는 프레임 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 집적회로 장치를 제조하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 :
집적회로 다이를 제공하는 단계와;
집적회로 다이 상에 제거가능한 물질체를 배치하는 단계와;
집적회로 다이와 제거 가능한 물질체 주위로 외피물질체를 형성하는 단계; 및
집적회로 다이부를 노출하기 위하여 외피물질체를 통하여 열림구를 결정하는 제거가능한 물질체를 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도전성 부재가 집적회로 다이에 접착하여 부착될 수 있는 이점이 있다. 따라서, 도전성 부재 및 접착제는 다이와 외피물질체 사이의 공간을 밀봉하는 역할을 할 수 있다. 이 도전성 부재는 제조공정의 중간단계에서 제거가능한 물질체를 둘러싸는 프레임으로서 정의될 수 있다. 더욱 상세하게는, 플라스틱이 그 조립제품을 둘러싸게 하도록 사출성형되는 동안에 제거가능한 물질체와 그것의 프레임은 집적회로 상에 배치될 수 있다. 그런 다음 제거가능한 물질체는 제거되고 그럼으로써 외피물질체내에 열림구를 형성하며 둘러싼 외피물질체를 보호하는 도전성 프레임을 남겨둔다. 이 실시예에 있어서는, 도전성 부재가 제조공정 중에 프레임을 정의하며 집적회로 다이의 인접부를 노출하는 열림구의 형성을 편리하게 한다. 도전성 부재는 또한 집적회로 장치의 회로의 한 부분일 수 있다.
집적회로 장치는 도전성 부재를 집적회로 다이에 전기적으로 연결하기 위한 내부연결 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도전성 부재 및 집적회로 사이의 도전성 접착제와, 집적회로 다이 내를 통하여 충전된 적어도 하나의 도체를 포함하는 것이 바람직하다.
편리하게는, 본 발명의 지문 센서 실시예에 있어서, 집적회로 다이는 전기장 지문센서를 구성할 수 있다. 더욱 상세하게는, 전기장 지문센서는 전기장 센서전극, 전기장 센서전극과 인접하는 유전체층, 및 전기장 센서전극이 지문 이미지 신호를 생성할 수 있도록 하기 위하여 손가락 주변부와 전기장 센서전극으로 전기장 구동 신호를 인가하는 구동 수단으로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도전성 부재는 지문센서부의 전극으로서 작동할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 지문을 감지하기 위한 것과 같이, 집적회로 장치를 사용자가 접촉하는 것에 기초하고 있다. 도전성 부재가 사용자의 손가락에 접촉되기 때문에, 정전기적 증대를 제거하기 위하여 그곳의 전압을 고정하기 위하여 도전성 부재에 전압 고정수단이 효과적으로 연결되는 것이 바람직한데, 그럼으로써 집적회로 장치를 정전기적인 방전 손상으로부터 보호하며 및/또는 사용자를 집적회로와의 접촉시 일어날 수 있는 전기적 쇼크로부터 보호하게 된다.
특히, 집적회로 다이는 복수개의 결합 패드를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 외피물질체는 상기 복수개의 결합 패드를 덮는 것이 바람직하다. 또한, 복수개의 결합 패드의 부식을 방지하기 위하여 결합 패드 밀봉수단이 제공될 수 있다. 각 결합 패드는 예컨대 알루미늄으로 구성되는 제 1 금속층을 포함할 수 있다. 따라서, 결합 패드 밀봉수단은 제 1 금속층 상에 차단 금속층을 포함할 수 있다. 결합 패드 밀봉수단은 상기 차단 금속층 상에 금박을 추가로 구비할 수 있다. 결합 패드 밀봉수단은 프레임을 제공하며 다이와의 간격을 밀봉하는 도전성 부재와 함께 사용될 수 있다. 다른 식으로, 몇몇 실시예에 있어서는 결합 패드 밀봉수단은 도전성 부재 또는 프레임 부재없이 사용될 수 있다.
적절하게는, 외피물질층은 사출성형된 플라스틱으로 구성되는 것이 바람직하다. 도전성 부재 혹은 프레임 부재 및 외피물질층 사이의 간격에서 기계적인 자물쇠를 형성하기 위하여 폐쇄수단이 정의되는 것이 바람직하다. 집적회로의 적절한 수명의 끝을 지시함에 의한 것과 같이 신뢰성을 확신하기 위한 추가 뒷받침을 하기 위하여 집적회로 다이에 부식 감지수단이 연결될 수 있다. 또한, 도전성 부재는 예컨대, 금과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 집적회로 다이는 예컨대 질화물, 탄화물 또는 다이아몬드 중의 최소한 하나로 구성되는 강인한 최외각 패시베이션층을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 있어서는, 집적회로 다이는 실리콘 기판과 같이 상대적으로 단단한 기판과, 기판상의 복수개의 금속층을 구비할 수 있다. 다이가 통상적으로 사용자에 의하여 접촉되기 때문에, 금속층은 상대적으로 얇고 집적회로에 강도를 더하여 제공할 수 있도록 상대적으로 단단한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 복수개의 금속층은 텅스텐, 몰리브덴, 또는 티탄과 같은 내화성 금속으로 구성된다. 다른 면에서, 본 발명의 이 양태에 있어서는, 복수개의 금속층의 각각은 상대적으로 부드러운 알루미늄은 함유하지 않는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 의한 방법은 집적회로 장치를 제조하기 위한 것으로서, 상기 방법에는 : 집적회로 다이를 제공하는 단계와; 집적회로 다이 상에 제거가능한 물질체를 배치하는 단계와; 집적회로 다이 및 제거가능한 물질체 주위로 외피물질체를 형성하는 단계; 및 집적회로 다이부를 노출시키기 위하여 외피물질체를 통한 열림구를 정의하기 위하여 제거가능한 물질체를 제거하는 단계가 포함된다. 집적회로 다이는 지문센서와 같은 센서 또는 다른 집적회로 장치일 수 있다.
이 방법에는 제거가능한 물질체로 프레임 부재를 고정하는 단계가 추가로 포함될 수 있다. 프레임 부재는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제거가능한 물질체를 제거하는 단계에는 프레임 부재가 외피물질체를 대체하여 남아있는 동안에 제거가능한 물질체를 제거하는 단계가 포함되는 것이 바람직하다. 제거가능한 물질체를 배치하는 단계에는 집적회로 다이에 프레임 부재를 접착제로 고정하는 단계가 포함되는 것이 바람직하다. 외피물질체를 형성하는 단계에는 제거가능한 물질체 및 집적회로 다이 주위로 플라스틱을 사출성형하는 단계가 포함될 수 있다. 또한, 제거가능한 물질체는 액체에 용해될 수 있는 물질체인 것이 바람직하며, 그것의 제거단계에는 액체용매에 물질체를 노출하는 단계가 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 양태에 따른 다른 방법은 집적회로 장치를 제조하기 위한 것으로서, 상기 방법에는 : 집적회로 다이를 제공하는 단계와; 몸체와 돌기를 가지며 돌기가 집적회로부에 접촉할 수 있도록 집적회로 상에 바깥쪽으로 연장되는 형태의 주형을 배치하는 단계; 및 상기 주형내에 외피물질을 배치하고 집적회로를 둘러싸는 단계가 포함된다. 또한 상기 방법에는 외피물질체를 통하는 열림구를 정의하고 그럼으로써 집적회로부를 노출하기 위한 돌기를 포함하는 주형을 제거하는 단계가 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명을 첨부된 도면 및 실시예에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에 의하여 본 발명에 의한 집적회로 지문센서(30)가 처음으로 기술되어 있다. 예시되어 있는 센서(30)는 하우징(51)과, 손가락이 배치되는 표면을 제공하는 상기 하우징의 상부 표면상에 노출된 유전체층(52) 및 복수개의 신호 전도체(53)를 포함한다. 유전체층(52) 주위로 도전성 스트립 또는 전극(54)이 또한 아래에 상세하게 기술되어질 손가락을 위한 접촉전극을 제공한다. 상기 센서(30)는 상기 하우징 내에 같이 동작하는 처리 수준에 의존하는 정교한 수준의 범위에서 출력신호를 제공할 수 있다.
지문센서(30)는 개인 신원확인 및 인증목적에 예컨대, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 자판(36) 및 접을 수 있는 디스플레이 화면(37)을 구비하는 노트북 컴퓨터(35)와 같은 컴퓨터 워크스테이션에의 접근을 허락하는 데에 사용된다. 다시 말해서, 노트북 컴퓨터(37)의 정보 및 프로그램에의 사용자 접근은 요구되는 지문이 먼저 감지되는 경우에만 허락될 수 있다.
센서(30)는 컴퓨터 정보 시스템(40)을 위한 고정된 워크스테이션(41)에의 접근을 허락 또는 거부하는 데에 사용될 수 있다. 상기 시스템은 근거리 통신망(LAN)(42)에 연동하는 복수개의 워크스테이션(41)을 포함할 수 있는데, 이 LAN은 차례로 지문식별 서버(43) 및 전체적인 중앙 컴퓨터(44)와 연동되어 있다.
도 4 내지 10을 참조하여 지문센서(30)를 설명하면 다음과 같다. 센서(30)는 도 4 및 5에 잘 도시되어 있는 바와 같은 배열 패턴으로 나열된 복수개의 개별 픽셀들 또는 센서소자(30a)들을 포함한다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 감지소자들은 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 통상적인 지문의 이랑(59)들과 그 사이의 고랑(60)들을 감지할 수 있을 만큼 상대적으로 작다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 전기장 센서(30)에서 살아있는 지문 판독은 광학적 판독보다 더 신뢰할 만한데, 이는 이랑과 고랑의 패턴으로 손가락의 피부의 전도는 예컨대, 기판상의 지문이나 혹은 지문의 3차원적인 모델로도 모방하기가 극히 어렵기 때문이다.
센서(30)는 기판(65)과 그 위에 하나 이상의 활성 반도체층(66)을 포함한다. 예시되어 있는 실시예에 있어서는, 활성 반도체층(66) 위로 절연층(67)을 사이에 두고 접지 평면 전극층(68)이 있다. 그 위로는 다른 절연층(70)을 사이에 두고 구동 전극층(71)이 배치되어 여기 구동 증폭기(74)에 연결되어 있다. 여기 구동신호는 통상적으로 약 1 ㎑ 내지 1 ㎒의 범위일 수 있으며 모든 배열을 통과하여 코히런트하게 전달된다. 따라서, 이렇게 하여 구동 또는 여기 전자장치는 상대적으로 덜 복잡하며 센서(30)의 총비용이 감소될 수 있는 반면에, 신뢰성은 증가된다.
또 다른 절연층(76)이 구동 전극층(71) 위에 배치되고, 예컨대 고리형의 센서전극(78)이 상기 절연층(76) 위에 배치된다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 센서전극(78)은 도식적으로 예시되어 있는 것과 같이 활성 반도체층(66) 내에 형성되는 센서전자장치(73)에 연결될 수 있다.
원형의 차폐 전극(80)이 센서전극(78) 주위의 공간에 둘러싸여 설치된다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 센서전극(78)과 그 주위의 차폐 전극(80)은 다른 모양으로 만들어질 수 있는데, 예를 들면, 센서소자(30a) 또는 픽셀들의 배열이 최적화되기 쉽도록 육각형으로 될 수도 있다. 차폐 전극(80)은 전기장 에너지의 초점을 돕기 위한 그리고 더 나아가서는 인접 전극을 구동시킬 필요성을 감소시키기 위한 증폭회로(73)의 출력부에 의하여 구동되는 능동적인 차폐장치이다. 따라서, 각각의 센서전극이 개별적으로 구동될 필요가 있는 종래 기술에 의한 센서들과는 아주 다르게, 센서(30)는 모든 센서소자들이 하나의 코히런트한 구동 신호에 의하여 구동될 수 있도록 한다.
도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 여기 전극(71)은 센서전극(78)으로 제 1 전기장을 발생시키고 센서전극(78) 및 손가락 표면(79) 사이에 제 2 전기장을 각각 d1 및 d2의 거리사이에서 발생시킨다. 다시 말해서, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 캐패시터(83)가 여기전극(71)과 센서전극(78) 사이에 설치되며, 제 2 캐패시터(85)가 손가락 표면(79)과 접지점사이에 형성된다. 제 2 캐패시터의 정전용량은 센서전극(78)이 지문의 이랑에 인접하는가 아니면 고랑에 인접하는가에 따라서 변화된다. 따라서, 센서(30)는 용량 분압기라고 생각될 수 있다. 단위 게인 전압 증폭기(73)에 의하여 감지된 전압은 상기 d2 거리가 변화함에 따라서 변화하게 되어 있다.
일반적으로, 센서소자(30a)들은 매우 낮은 전류 및 매우 높은 임피던스에서 작동한다. 예컨대, 각 센서전극(78)으로부터의 출력신호는 노이즈에 의한 효과를 줄이고 상기 신호의 후처리작업이 가능하도록 하기 위하여 약 5 내지 10 밀리볼트 정도인 것이 바람직하다. 각 센서소자(30a)의 대략적인 지름은, 차폐 전극(80)의 외부 크기에 의하여 한정되는데, 약 0.002 내지 0.005 인치일 수 있다. 여기 유전층(76) 및 표면 유전층(52)은 약 1 ㎛의 범위내의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 접지 평면 전극(68)은 여기 전극(71)으로부터 활성 전자장치들을 차폐한다. 상대적으로 두툼한 유전체층(67)은 이 두 구조 사이의 정전용량을 감소시킴으로써 여기 전극을 구동시키는데 필요한 전류를 감소시키게 된다. 활성 전자 회로들에 전극들(78, 80)을 위하여 다양한 신호 전달체들은 본 기술분야의 기술자들이 이해할 수 있는 바와 같이 쉽게 형성될 수 있다.
센서(30)에 있어서의 전체 접촉 또는 감지 표면을 약 0.5 × 0.5 인치의 크기로 쉽게 제조할 수 있으면서도 정확한 지문감지 및 식별에 충분한 넓이를 제공하는 크기인 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 센서(30)는 또한 죽은 픽셀 또는 센서 소자(30a)들에 대해서도 관대하다. 비록 본 발명에서는 다른 크기의 배열도 생각될 수 있겠으나, 통상적인 센서(30)는 대략 256 × 256 픽셀 또는 센서소자들의 배열을 포함한다. 센서(30)는 또한 기존의 통상적인 반도체 제조기술에 의하여 한 번에 제조될 수 있고 그럼으로써 제조비용을 크게 감소시킬 수 있다.
도 11에 도시된 바를 참조하여 지문센서(30)의 패키징을 더 설명하면 다음과 같다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있듯이, 지문센서 집적회로는 스캐닝될 손가락에 의하여 접촉되어야 하는 관계로 그 패키징에는 특별한 어려움이 있다. 통상적인 집적회로의 제조에 있어서는, 부분적으로, 잠재적인 오염가능성 때문에 집적회로에의 접촉은 회피되는 것이 전형적으로 요구되었다. 고려되는 주된 오염물질은 나트륨 및 다른 알칼리 금속들이다. 이러한 이온성 오염물질들은 집적회로를 보호하기 위한 패시베이션에 통상적으로 사용되는 SiO2 층내에서 이동성이 매우 크다. 그 결과적인 산화물 전하들은 특히 MOS기술에 있어서 장치의 특성을 저하시킨다.
이동가능한 이온성 오염을 제어하는 통상적인 방법들 중 하나는 집적회로 위로 인이 도프된 패시베이션층과 함께 밀봉 패키징법을 사용한다. 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있듯이, 인의 도핑에 의하여 트래핑 메카니즘에 의해 오염물질의 이동성이 저하된다. 근래에는 플라스틱 패키징이 더욱 널리 사용되며 이 플라스틱 패키징과 함께 질화실리콘 또는 탄화시리콘 패시베이션층이 사용될 수 있다. 질화실리콘이나 탄화실리콘의 사용으로 오염물질의 침투성이 크게 감소됨으로써 사용자의 손가락이 집적회로에 직접 접촉될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서(30)의 최외각의 패시베이션층으로서 질화실리콘이나 탄화실리콘이 사용되는 것이 바람직하다.
또한 지문센서(30)와 같은 집적회로 장치에는 몇 가지 독특한 패키징 요구조건이 제기되는데, 이 요구조건에는 : 패키지가 손가락과 센서 다이 접촉을 가능하게 하도록 열려질 필요가 있는 점과, 패키지는 거친 사용을 견딜 수 있도록 물리적으로 강해야만 하는 점과, 패키지 및 다이는 문지르는 것을 포함하여 세정 및/또는 살균 용액을 사용하는 반복적인 세척에 견딜 수 있어야만 하는 점과, 다이는 넓은 범위의 유기적인 및 비유기적인 다양한 오염물질과의 접촉을 견딜 수 있어야 하고 마멸에도 견딜 수 있어야 하는 점, 및 마지막으로 패키지는 상대적으로 값싼 것이어야 하는 점들이 포함된다.
도 11에 예시되어 있는 패키지(51)는 이러한 패키지 요구를 중점을 두어 다루고 있다. 패키지(51)에는 플라스틱 외피물질체(94)의 사출성형시 리드프레임(93) 위에 마운트되는 집적회로 다이(91)가 포함된다. 연결은 결합 선(97)과 리드프레임(93)을 바깥쪽으로 연장되는 리드(53)에 연결함으로써 될 수 있다. 패키지(51)의 상부 표면에는 다이(91)와의 직접적인 접촉을 가능하게 하는 전체적으로 주조된 열림구(98)가 포함된다. 보다 상세하게는, 예시되어 있는 실시예에 있어서는, 전극(54)으로서 기능하는 프레임 부재 또는 도전성 부재에 의하여 열림구(98)가 정의된다. 예시적으로 아래에서 자세하게 설명되는 바와 같은 센서(30)의 제조에 있어서 이점을 제공하는 도전성 접착제(95)에 의하여 다이(91)의 아랫면에 전극(54)이 연결되어 있다.
전극(54)의 내부로 노출되는 면은 약간 경사져 있을 수 있다. 프레임 부재 또는 전극(54)은 플라스틱 물질의 돌기와 전극내의 대응하는 홈 사이에 맞물림 접합부에 의하여 외피물질체(94) 내에 배치되어 기계적으로 유지된다. 물론, 외피물질체(94) 및 전극(54) 사이 공간에서 맞물림하는 수단의 다른 방식들은 이 분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 생각할 수 있을 것이다.
전극(54)은 집적회로(91)내의 회로에 내적으로 연결되는 것이 이점이 있을 수 있다. 특히 도 12에 도시되어 있는 바를 참조하면, 통로(104')를 통해 충전된 전도체가 전극(54')에 연결하도록 사용될 수 있다. 도 12에 의하여 또한 도시되어 있는 바와 같이, 외피물질체(94')와 전극(54')사이의 간격에서 다른 방식의 기계적인 맞물림 방식이 예시되어 있다. 예시되어 있는 전극(54')은 L-형상의 단면을 가지며 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 다른 단면 형태도 가능하고 본 발명에 의하여 고려되고 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 도 12에 의하여 도시되어 있는 바는 전극(54')이 열림구(98')와 떨어져 설치되어 있는 본 발명의 일실시예다. 보다 상세하게는, 아래에서 자세히 설명하는 바와 같이, 성형 도중에 열림구를 형성하는 제거가능한 물질체를 유지하기 위하여 버팀목(105)이 사용될 수 있다. 다시 말해서, 성형 도중에 프레임 부재 또는 전극(54')와 제거가능한 물질체 사이의 공간을 하나 이상의 버팀목(105)이 정의할 수 있다는 것이다. 따라서, 플라스틱의 내면(91a)은 사출성형 도중 전극(54')의 안쪽으로 형성된다.
도 12에 도시되어 있는 것은 전극(54')에서의 전압 고정에 관련되어 있다. 보다 상세하게는, 사용자의 손가락 상의 정전기적인 전압은, 만약 적절하게 흩어버져지지 않는다면, 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있듯이, 집적회로 다이(91')의 구성부분에 손상을 줄 수 있다. 또한, 구동 회로(109)로부터 전극(54')으로 인가되는 전압은 우연한 사용자의 쇼크를 회피하기 위하여 소정 수준를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명은 예시되어 있는 바와 같이 제너 다이오드 쌍(111) 및 저항(112)에 의하여 제공되는 전압 고정회로(108)를 포함하는 이점을 가진다. 지문센서의 임의의 실시예 혹은 다른 집적회로 장치에 있어서 접지 전극은 필수요소를 아닌데, 몸체 스스로가 지문센서를 위한 커다란 캐패시터로서 기능할 수 있기 때문이다. 그러나, 예시되어 있는 전극(54')은 고정회로(109)와 협력하여 작동하여 정전기적 방전을 흩어버리기 위한 손가락 접촉을 위한 전도체를 제공하는 이점을 가진다. 본 명세서에서 기술되어 있는 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 상기 전극(54)은 최종적인 집적회로 장치내에서 필요하지 않을 수도 있다.
도 13을 참조하여 본 발명의 다른 양태를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 어떤 실시예에 있어서는 추가적인 결합 패드의 보호가 제공된다. 예시된 구조에 있어서는, 예컨대 알루미늄으로 이루어진 결합 패드(120)가 다이의 외부면에 형성된다. 제 1 패시베이션층(122)가 다이의 상부위로 형성되어 결합 패드(120)의 모서리부분을 덥는다. 더 두꺼운 것이 바람직한 제 2 패시베이션층(123)이 제 1 패시베이션층(122) 위에 도포된다. 차단 금속층(124)이 제 2 패시베이션층(123) 내의 열림구 상에 형성되어 아래에 놓인 알루미늄 결합 패드(120)와 접한다. 차단 금속은 아래에 놓인 상대적으로 부식에 민감한 알루미늄을 보호하기 위하여 티탄/텅스텐; 질화 티탄/텅스텐; 및 티탄/텅스템의 영역으로 구성되는 합금일 수 있다. 금층(126)이 차단 금속층(124) 위에 형성될 수 있으며, 본 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있듯이 그리로 결합선(97")이 연결될 수 있다. 또한 물이나 다른 오염원에 노출되는 경우의 부식이나 열화로부터 민감한 결합 패드(120)를 보호하는 다른 유사한 구조에 대하여는 이 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
외부 패시베이션층(123)은 위에서 강조된 이유들 때문에 질화실리콘으로 구성될 수 있다. 또한, 마멸 저항 및 물리적인 보호에 장점을 가진 폴리이미드 또는 PTFE(등록상표 '테플론')과 같은 유기물질로 구성되는 다른 보호 코팅이 제공될 수 있다. 탄화실리콘이나 비정질 다이아몬드와 같은 비유기물층도 외부층(123)으로 사용될 수 있는데, 이 경우에는 마멸 저항 특히 연마성 입자들에 대한 저항이 크게 향상될 수 있다. 또한, 외부 패시베이션층(123)의 물질은 예컨대 결합 패드 에칭이 가능하게 되는 표준 IC 패턴 정의 방법과 양립가능한 것이 바람직하다.
도 13을 참조하면, 집적회로 다이(91")에는 상대적으로 견고한 실리콘 기판(132)에 의하여 지지되는 복수개의 금속층(131)과 그 사이에 낀 유전체층(130)이 포함된다. 통상적으로 어닐된 알루미늄은 전형적으로는 상대적으로 부드러우며 상대적으로 큰 두께로 증착된다. 금속층(131)은 상대적으로 얇으며 상대적으로 견고한 내화 금속 또는 합금에 의하여 제공될 수 있다. 예컨대, 내화 금속에는 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 또는 이들의 합금이 포함될 수 있다. 다른 내화 금속 및 비내와금속은 상대적으로 견고하며 상대적으로 얇은 층으로 형성될 수 있는 한 또한 사용될 수 있다. 예컨대, CVD 텅스텐에 있어서 그 두께는 약 0.1 ㎛ 이상이고 약 1.0 ㎛이하인 것이 바람직하다. 다른 식으로 생각하면, 상기 금속층은 알루미늄을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 집적회로 다이(91")는 예컨대 사용자의 손가락의 직접적이고 물리적인 접촉으로 야기될 수도 있는 손상에 저항력이 더욱 강하게 된다.
이 기술분야의 통상적인 기술자라면 여기에 기술되어 있으며 도 13에 의하여 도시되어 있는 결합 패드 밀봉수단이 접착제에 의하여 고정되는 전극(54)에 의하여 제공되는 간격 밀봉과 결합하여 사용하면 이점이 있을 것이라는 것을 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 도 14에 의하여 도시되어 있는 바와 같은 어떤 실시예에 있어서는 결합 패드 밀봉수단이 단독으로 사용될 수도 있는데, 즉 간격의 전부분이나 그 일부분에 대하여도 열림구(98")에 인접하여 남아있는 전극이 없다. 또한 도 14에 도시된 바와 같이, 결합 패드의 단락이나 다른 구성부품의 손상이 발생하기 전에 부식감지수단(135)이 집적회로 다이(91'") 상의 제어 논리를 가능하게 하거나 원격지에서 부식을 감지할 수 있도록 제공될 수 있다. 부식감지 수단(135)은 이 기술분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있득이 그 값의 변화를 주기적으로 모니터하는 보조네트워크에 의하여 제공될 수 있다.
도 15에 의하여 지문센서(30"")의 다른 변형이 도시되어 있는데, 집적회로 다이는 사용자가 가지고 다니는 카드(139)를 정의하는 플라스틱 물질내에 매몰되어 있다. 예시되어 있는 센서(30"")는 일반적으로 사각형의 열림구 부분을 따라 연장되는 단일 전극부(54"")를 포함할 뿐이다. 위에서 기술한 바와 같은 다른 실시예에 있어서, 전극 또는 프레임 부재는 사각형과 같은 닫힌 기학학적 도형으로 정의될 수 있다. 카드(139)는 예컨대 데이터를 기억하기 위해 예시된 마그네틱 스트립(138)을 포함할 수 있으며, 이 스트립(138)은 이 분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있듯이 지문센서(30"")과 협력하여 작동한다. 카드(139)에는 데이터 처리 및 저장을 가능하게 하는 다른 하나이상의 집적회로 다이가 또한 포함될 수 있다.
도 16 내지 18을 참조하여 본 발명의 다른 방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 16에 도시된 바와 같이, 전극(54), 제거가능한 물질체(151), 및 전극의 하부상의 접착층(95)을 포함하는 어셈블리(150)가 집적회로 다이(91) 상으로 얼라인 되어 배치되며, 이 다이는 리드 프레임(93)에 연결, 고정된다. 이렇게 형성된 구조는 도 17에 도시된 통상적인 집적회로 패키지 사출 성형기(160)와 외피 플라스틱 물질체(94) 내에 배치된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 사출성형기(160)로부터 제거된 후, 상기 구조는 예컨대, 물과 같은 용매(166)가 들어있는 용액조(165) 내에 배치되고 제거가능한 물질체는 용해되어 제거되고 집적회로 다이(91)의 상부에 열림구(98)를 형성한다. 또한, 제거가능한 물질을 용해하기 위하여 용매 스프레이도 사용될 수 있다.
도 19 및 20을 참조하여 도 14의 집적회로 장치(30'")를 제조하는 본 발명에 따른 다른 방법을 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에 있어서는, 성형기의 상부(171)에는 아래쪽으로 연장되는 몸체(173)와 돌기(172)가 포함된다. 성형기의 상부(171)가 성형기의 하부(174)와 결합되고, 플라스틱 외피물질(94'")이 도 20에 도시된 바와 같이 정의된 성형기 캐비티내로 사출된다. 돌기(172)는 내부에 공동이 형성될 수 있다. 다른 구성요소들은 삼중의 프라임으로 표시되어 있다.
이 분야의 통상적인 기술자라면 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 사출 성형 공정동안에 집적회로 다이(91)에 대하여 돌기(172)를 확실히 바이어스하기 위한 설비가 제공될 수 있다. 주형의 상부와 하부는 집적회로 장치(30'")를 꺼내기 위해 분리될 수 있다.
본 발명은 특히 사용자의 손가락이 직접 접촉되어 수행되는 지문센서(30)에 응용가능하다. 본 발명은 또한 가스 또는 액체 센서와 같은 다른 센서에도 사용가능한데, 여기서는 감지된 매체에 집적회로 다이의 직접적인 노출이 요구되고 그러한 노출로부터 다이의 다른 부분이 보호될 필요성이 있는 경우이다.
지문센서(30)및 그와 관련된 처리회로의 다양한 실시예는 많은 통상적인 지문일치 알고리즘 중 어느 것에 있어서도 구현될 수 있다.
지문의 세부들, 즉 지문 이랑의 가지들이나 혹은 갈라지는 모양 및 끝점들은 종종 샘플지문과 기준지문 데이터베이스 사이의 일치를 결정하기 위하여 사용된다. 그러한 세부 일치는 프로세싱 회로에 의하여 쉽게 구현될 수 있다. 미국특허 제3,859,633호 및 제3,893,080호의 명세서에는 지문의 세부들의 일치에 기초하는 지문식별법이 개시되어 있다. 미국특허 제4,151,512호의 명세서에는 추출된 이랑의 윤곽선 데이터를 사용하는 지문 분류법이 개시되어 있다. 미국특허 제4,185,270호의 명세서에는 세부에 기초하는 변환 및 인증을 위한 방법이 개시되어 있다. 미국특허 제5,040,224호의 명세서에는 세부 패턴에 의한 나중의 일치확인을 위하여 각 지문 이미지의 중심 위치를 바르게 결정하기 위한 지문처리방법이 개시되어 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 지문센서 장치를 포함하며, 집적회로 다이와, 집적회로 다이를 둘러싸며 집적회로 다이 부분을 노출시키는 열림구를 가지는 외피물질체, 그리고 열림구에 인접하여 외피물질체에 마운트되는 도전성 부재 또는 프레임을 구비하는 집적회로 장치에 관한 것이다. 도전성 부재는 집적회로 다이에 접착되어 부착된다. 따라서, 접착되어 설치되는 도전성 부재는 외피층 및 다이 사이의 공간을 밀봉하는 역할을 할 수 있다. 프레임은 제조공정의 중간 단계에서 제거가능한 물질을 둘러싸는 것으로 정의될 수 있다. 제거 가능한 물질층 및 그것의 프레임은 플라스틱이 사출되어 어셈블리를 둘러싸게 하기 위해 주조되는 동안에 집적회로 다이 상에 설치될 수 있다.
도 1은 노트북 컴퓨터와 결합되어 있는 상태인 집적회로 지문센서를 도시하고 있는 개략도.
도 2는 컴퓨터 워크스테이션 및 관련 정보처리 컴퓨터 그리고 근거리통신망(LAN)과 결합되어 있는 상태의 집적회로 지문센서를 도시하고 있는 개략도.
도 3은 집적회로 지문센서의 일실시예에 대한 도식적인 원근 조감도.
도 4는 집적회로 지문센서부 및 그 위에 있는 지문 패턴이 명확한 예시를 위해 크게 확대된 상태로 도시되어 있는 평면도.
도 5는 집적회로 지문센서부의 상부 유전체층이 제거된 모습이 명확한 예시를 위해 크게 확대된 상태로 도시되어 있는 평면도.
도 6은 집적회로 지문센서부에 대한 도식적인 원근 조감도.
도 7은 집적회로 지문센서부에 대한 도식적인 부분도.
도 8은 전기장이 표시되어 있는 부분적인 단면의 도시적인 측면도.
도 9는 지문센서부의 도식적인 회로도.
도 10은 전기장이 표시되어 있는 부분적인 단면의 확대된 도식적인 측면도.
도 11은 도 3의 11-11 선을 따라 자른 단면을 약간 확대한 도식적인 개략도.
도 12는 집적회로 장치의 다른 실시예의 단면을 크게 확대한 도식적인 개략도.
도 13은 집적회로 장치의 다른 실시예의 접촉 패드에 대한 단면을 크게 확대한 도식적인 개략도.
도 14는 집적회로 장치의 다른 실시예의 단면을 크게 확대한 도식적인 개략도.
도 15는 들고다니는 카드내에 결합되어 있는 집적회로 지문감지장치의 평면도.
도 16 내지 도 18은 제공공정 중의 집적회로 장치의 단면의 도식도.
도 19 및 도 20은 다른 제조공정 중의 집적회로 장치의 단면의 도식도.

Claims (14)

  1. 사용자의 손가락이 직접 접촉하기 위한 지문센서부로 구성된 집적회로 다이와;
    상기 집적회로 다이를 둘러싸며 상기 집적회로 지문센서부를 노출하는 열림구를 가지는 외피물질체;
    상기 외피물질체내의 열림구에 인접하여 외피물질체상에 마운트되고 전극을 포함하는 프레임 부재; 및
    상기 외피물질체내의 열림구를 통해 노출된 상기 집적회로의 제 1 지문센서부;를 포함함으로서,
    손가락이 제 1 지문센서부상에 위치하였을 때, 상기 사용자의 손가락이 상기 전극에 직접 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재는 적어도 상기 외피물질체내의 열림구부위를 정의할 수 있도록 배치되며, 닫힌 기하학적 형태를 하며, 도전성이고;
    상기 집적회로 다이에 상기 프레임 부재를 전기적으로 연결하는 내적연결 수단과, 상기 프레임 부재의 전압을 고정하기 위하여 프레임 부재에 연결된 전압 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 집적회로 다이는 복수개의 결합 패드와, 상기 복수개의 결합 패드를 부식으로부터 방지하기 위한 결합 패드 밀봉수단을 추가로 구비하며,
    상기 집적회로 다이는 : 상대적으로 단단한 기판; 및 상기 기판상에 배치되며 상기 집적회로 다이의 강도를 제공하기 위하여 상대적으로 얇으면서 상대적으로 견고한 복수개의 금속층으로 이루어지며,
    상기 집적회로 다이와 상기 프레임 부재 사이에 배치되는 접착제층과, 상기 프레임 부재와 상기 외피물질체 사이공간에 정의되어 이들 사이에서 기계적인 맞물림을 형성하기 위한 맞물림 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 결합 패드의 각각은 부식작용을 견디는 제 1 금속층을 구비하며 :
    외피물질체는 상기 집적회로 다이 부분을 노출하는 열림구를 구비하며 복수개의 결합 패드를 덮으며 상기 집적회로를 둘러싸고;
    결합 패드 밀봉수단은 부식으로부터 상기 복수개의 결합패드를 보호하며, 상기 외피물질체층내의 열림구를 통하여 노출되는 상기 집적회로 다이부분은 지문센서로 구성되는 센서부를 이루는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 결합 패드 밀봉수단은 상기 제 1 층상에 차단 금속층을 추가로 구비하며, 상기 차단 금속층은 내화금속으로 이루어지며,
    상기 결합 패드 밀봉수단의 내에 상기 제 1 층의 모서리 부분을 덮는 질화실리콘인 패시베이션층이 포함되는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 결합 패드 밀봉수단은 상기 차단 금속층 상에 배치되는 금층을 추가로 구비하며,
    상기 금층에 상기 전압 고정수단이 상기 도전성 부재를 사용자가 접촉하는 때의 사용자의 정전기적인 전하를 감소시키기 위하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 집적회로 다이는 상대적으로 견고한 기판과 상기 기판상에 설치되는 복수개의 금속층을 구비하며, 상기 금속층 각각은 상기 집적회로 다이의 강도를 제공하기 위하여 상대적으로 얇으면서 상대적으로 견고하며, 상기 외피물질체내의 열림구를 통하여 노출된 상기 집적회로 다이 부분은 센서부를 이루며, 상기 복수개의 금속층 각각은 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 중의 하나로부터 선택된 내화금속으로 이루어지고, 그리고 상기 복수개의 금속층 각각은 알루미늄이 함유되지 않은 것을 특징으로 하는 집적회로 장치.
  8. 사용자의 손가락이 직접 접촉하기 위한 지문센서부로 구성된 집적회로 다이를 제공하는 단계;
    상기 집적회로 다이상에 제거가능한 물질체를 배치하는 단계와;
    상기 집적회로 다이와 제거가능한 물질체를 둘러싸는 외피물질체를 형성하는 단계; 및
    상기 집적회로의 지문센서부를 노출하기 위한, 그리고 상기 외피물질체를 통하는 열림구를 정의하기 위하여 제거가능한 물질체를 제거하는 단계를 구비하고,
    상기 집적회로 다이를 제공하는 단계는 상기 외피물질체내의 열림구를 통하여 노촐되어지는 지문센서부를 구성하는 집적회로 다이를 제공하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 제거가능한 물질체로 프레임 부재를 고정하는 단계를 포함하며;
    제거가능한 물질체를 제거하는 단계는 외피물질체 대신에 프레임 부재가 남아있는 동안에 제거가능한 물질체를 제거하는 것으로 이루어지며,
    제거가능한 물질체를 배치하는 단계는 프레임 부재를 접착제로 집적회로 다이에 고정하는 단계를 구비하며,
    프레임 부재를 고정하는 단계는 제거가능한 물질체 주변을 완전히 감싸도록 프레임을 고정하는 단계로 이루어지며,
    외피물질체를 형성하는 단계는 제거가능한 물질체 및 집적회로 다이를 둘러싸는 플라스틱을 사출성형하는 단계로 이루어지며,
    용해가능한 물질체를 용액내에 제공하는 단계를 포함하며; 및 제거하는 단계는 용액내의 용해가능한 물질체를 용액에 노출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 사용자의 손가락이 직접 접촉하기 위한 지문센서부로 구성된 집적회로 다이를 제공하는 단계와;
    제거가능한 물질체에 도전성 부재를 고정하는 단계와;
    집적회로 다이상에 제거가능한 물질체와 도전성 부재를 배치하는 단계와;
    집적회로 다이, 제거가능한 물질체 및 도전성 부재를 둘러싸는 외피물질체를 형성하는 단계; 및
    도전성 부재가 외피물질체 대신 남아있는 동안에 집적회로 다이부분을 노출시키기 위한 외피물질체를 통하여 열림구를 정의하기 위해 제거가능한 물질체를 제거하는 단계를 구비하고,
    상기 집적회로 다이를 제공하는 단계는 외피물질체내의 열림구를 통하여 노출되어지는 지문센서부를 구비하는 집적회로 다이를 제공하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 장치를 제조하는 방법.
  11. 사용자의 손가락에 의하여 접촉되는 지문센서부를 구비하는 집적회로 다이와;
    상기 집적회로 다이를 둘러싸며 상기 집적회로 다이의 지문센서부를 노출시키는 열림구를 구비하는 외피물질체; 및
    상기 외피물질체상에 열림구에 인접하여 마운트된 도전성 부재로 이루어지며,
    상기 도전성 부재는 상기 외피물질체내의 열림구에 있어서 적어도 프레임부를 정의할 수 있도록 배치되며,
    상기 도전성 부재는 닫힌 기하학적 형상이며, 사각형이고,
    상기 집적회로 다이에 상기 도전성 부재를 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 연결장치는;
    상기 도전성 부재와 상기 집적회로 다이 사이에 배치되는 도전성 접착제와;
    상기 집적회로 내의 적어도 하나의 통로; 및
    상기 적어도 하나의 통로 내의 도전성 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지문센서부는 전기장 지문센서로 이루어지며, 상기 전기장 지문센서는;
    전기장 센서전극의 배열과;
    상기 전기장 센서전극 위에 설치되며 손가락을 받아들이기 위한 유전체층과;
    상기 전기장 센서전극에서 지문 형상 신호가 생성될 수 있도록 하기 위하여 상기 전기장 센서전극 및 상기 손가락의 인접부위로 전기장 구동 신호를 인가하는 구동수단; 및
    상기 도전성 부재에 연결되어 그 전압을 고정하기 위한 전압 고정수단, 및 사용자의 손가락이 상기 도전성 부재에 접촉되는 때에 사용자의 정전기적 전하를 감소시키기 위한 정전기 방전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 집적회로 다이에 연결된 리드 프레임을 포함하며, 상기 최외각 패시베이션층은 질화물, 탄화물, 및 다이아몬드 중에서 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
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