KR101011572B1 - 유연회로를 포함하는 핑거 센서 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

핑거센서는, 핑거 감지 영역과 그에 근접한 적어도 하나의 본드 패드를 가지는 핑거 감지 집적회로(IC)와, IC 핑거센서에 연결된 유연회로를 포함할 수 있다. 유연회로는, 핑거 감지 집적회로의 적어도 하나의 본드 패드와, 핑거 감지 영역을 덮는 유연층과, 유연층에 구비되고, 적어도 하나의 본드 패드에 연결된 하나 이상의 도전 트레이스를 포함할 수 있다. 유연층은 그것을 통해 핑거 감지를 허용한다. 유연회로는 핑거 감지 영역과 적어도 하나의 본드 패드를 넘어 뻗은 적어도 하나의 커넥터 부분으로 이루어진다. 예를 들어, 커넥터부는 탭 커넥터부 및/또는 볼 그리드 어레이 커넥터부로 이루어질 수 있다. 충진물, 예컨대, 에폭시가 IC 핑거센서와 유연회로 사이에 제공될 수도 있다.
핑거센서, 핑거 감지 영역, 본드 패드, 핑거 감지 집적회로, 유연층, 도전 트레이스, 커넥터부

Description

유연회로를 포함하는 핑거 센서 및 관련 방법{FINGER SENSOR INCLUDING FLEXIBLE CIRCUIT AND ASSOCIATED METHODS}
본 발명은 전자 분야, 특히 핑거(finger) 감지 집적회로를 포함한 핑거 센서 분야, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
대상체(object)의 물리적 특성을 센서 환경에서 직접적으로 감지하는 집적회로(IC)를 포함하는 센서는 전자 장치에서 폭넓게 활용되고 있다. 이 IC는 이들이 측정하는 외부 환경에 매우 근접해 있는 것이 바람직하지만, 외부 환경이 적용될 수 있는 기계 및/또는 전자적 환경에 의해 손상되지 않아야 한다.
그러한 감지의 하나의 타입으로 핑거 감지가 있으며, 개인 인증 및 확인을 위한 신뢰성을 가지고 폭넓게 사용되는 기술인 결합 매칭(associated matching)이 있다. 특히 지문 인증에 대한 통상적인 방식은 샘플 지문 또는 이들의 이미지를 스캐닝하고 그리고, 이미지 및/또는 지문 이미지의 독특한 특성을 저장하는 것으로 이루어진다. 샘플 지문의 특징은 이미 데이터베이스에 있는 대조 지문에 대한 정보와 비교하여, 확인 목적으로, 사람을 적절하게 인증하여 판단하도록 하는 것이다.
지문 감지에 대한 특히 바람직한 방식은 U.S. 특허 제 5,963,679 호 및 제 6,259,804 호에 기재되어 있으며, 이는 본원 발명의 출원인에게 양도되었고, 이것 의 전체 내용은 본원에 참조에 된다. 지문 센서는 집적회로 센서로서 이는 사용자의 손가락을 전기장으로 유도하고 집적회로 기판상의 전기장 감지 픽셀의 어레이로 전기장을 감지한다. 또 다른 핑거 감지 집적회로 및 방법은 "전기장 감지 픽셀을 포함하는 멀티-바이오메트릭 핑거 센서 및 그 방법"이라는 명칭의 U.S 특허 출원 공개 제 2005/0089202 호에 기재되어 있으며, 이 또한 본 발명의 출원인에게 양도되었으며, 이 전체 내용은 본 발명에 참조된다.
다수의 종래 기술의 참조 문헌은 IC 센서의 다양한 타입의 패키징을 기술하고 있다. 예를 들어, 우(Wu) 등의 U.S 특허 제 6,646,316 호는 이들의 상면 상에 본드 패드를 가지는 감지 다이(sensing die)를 포함하는 광학 센서를 기술하고 있다. 유연회로 기판이 본드 패드에 결합되고 감지 표면 위에 개구를 갖는다. 투명 유리층이 유연회로 기판 내의 개구를 덮는다. 마난사라(Manasala)의 U.S 특허 제 6,924,496 호는 지문 센서에 대한 유연회로 부착물을 기술하고 있지만, 표면 개구 위에 그 면적을 남기게 된다.
카수가(Kasuga) 등의 U.S 특허 제 7,090,139 호에는 배선 막에 부착된 본드 패드를 구비하고 감지 표면 위에 윈도우 또는 개구를 갖는 지문 센서를 구비한 스마트 카드를 기술하고 있다. 코즈라이(Kozlay) 등의 U.S. 특허 출원 공개 제 2005/0139685 호는 지문 센서에 대한 유사 구조물을 기술하고 있다.
일부 지문 센서는 버스트젠스(bustgens) 등의 U.S. 출원 공개 제 2006/0050936 호에 기재된 것과 같은, 박막 기술을 토대로 한다. 다른 지문 센서는, 벤크리(Benkley) 3세의 U.S. 특허 제 7,099,496 호에 기술된 것과 같은, 유연 기판에 감지 부재를 포함할 수 있다. 이 센서들은 다소 강한 집적회로 기초 센서가 될 수 있지만, 성능이 짧아질 수 있다.
리하넨(Ryhanen) 등의 U.S. 특허 출원 공개 제 2005/0031174 호는 용량성 전극 지문 감지를 위해 ASIC를 덮는 유연회로 기판을 기술하고 있으며, 여기서 감지 전극은 유연 기판의 표면상에 있으며, 얇은 보호 폴리머로 덮인다. 일부 실시예에서, 센서는 SAIC의 배면 둘레로 유연회로를 랩핑하여 볼 그리드(ball grid) 형태로 회로 기판에 부착하도록 한다.
본원발명의 출원인에게 양도된 U.S. 특허 제 5,887,343 호는 핑거 감지 IC의 핑거 감지 영역 위에 투명층을 포함하는 지문 센서 패키지의 실시예를 기술하고 있다. 감지 영역을 위한 개구가 구비된 칩 캐리어는 투명 층의 외주 영역에 의해 IC상에 본드 패드에 용량적 또는 전기적으로 연결된다.
핑거 감지 IC는 통상적으로 일부 셀룰러 폰 핸드셋에서 사용자 인증을 위한 지문 포착 및 메뉴 탐색을 위한 손가락 움직임을 수집하도록 하는데 사용된다. 실리콘 칩을 완전히 차폐하는 표준 IC 패키징 방법은 이들 센서와 함께 사용되지 않는데, 그 이유는 지문을 측정하기 위해 사용하는 감지장(sensing fields) 센서(예컨대, 전기장, 열장(thermal fields) 등)가 패키지를 통해 효과적으로 통과하지 않기 때문이다. 현재의 시스템에서의 이들 센서에 있어서, IC 또는 칩들은 전형적으로 핑거가 판독 조작을 하는 동안 칩 표면상에서 패시베이션(passivation) 층에 직접적으로 접촉할 수 있도록 패키징될 수 있다. 저장 및 운반하는 동안(포켓 및 지갑에서) 물리적 손상으로부터 보호하기 위해서, 핸드셋은 전형적으로 접혀서 닫히 도록 디자인되어, 접힘 장치의 내측 표면상에 실장된 센서 조립체를 보호하도록 한다.
그러나, 센서를 핸드셋의 보호되지 않은 외측 표면에 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있는 많은 상황이 있다. 이는 크램쉘(clamshell) 핸드셋을 열지않고서도 센서를 사용할 수 있도록 하고, IC 센서를 접어서 닫는 않는, 소위 "캔디 바아" 폰과 같은 핸드셋에서 사용될 수 있도록 한다.
바람직하지 않게도, 장치의 외측 표면상에 노출된 핑거 감지 IC를 사용하면 저장하는 동안 그 위에 폴딩 커버를 갖는 센서에 의해 탐지되지 않는 기계적 및/또는 전기적 스트레스를 센서가 받게 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 포켓 또는 지갑내의 장치는 긁힘, 마모, 내충격(point impact), 연속 점압력, 및 전단 충격력을 받게 될 것이다. 닫는 것이 가능한 케이스에서 센서를 위해 사용되는 패키징 기술은 실리콘 칩을 적절히 보호하는데는 바람직하지 않다.
이에 따라, 전술한 종래 기술을 고려하여, 본 발명의 목적은 패키징 특징 및 관련 방법을 개선시킨 핑거센서를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 핑거 감지 영역 및 적어도 하나의 그것에 인접해 있는 본드 패드를 구비한 핑거 감지 집적회로(IC), IC 핑거센서에 연결된 유연회로로 이루어진 핑거센서에 의해 제공된다. 보다 바람직하게는, 유연회로는 IC 핑거센서의 적어도 하나의 본드 패드 및 핑거 감지 영역 모두를 덮는 유연층, 및 상기 유연층에 구비되고 적어도 하나의 본드 패드에 연결된 적어도 하나의 도전 트레이스를 구비할 수도 있다. 유연층은 그것을 통해 핑거 감지를 할 수 있도록 한다. 유연회로는 핑거 감지 영역 및 적어도 하나의 본드 패드를 넘어 뻗은 적어도 하나의 커넥터부로 이루어진다. 예를 들어, 커넥터부는 탭 커넥터부 및/또는 볼 그리드 어레이 커넥터 부로 이루어질 수 있다. 충진물, 예컨대, 에폭시가 IC 핑거센서와 유연회로 사이에 제공될 수도 있다. 이에 따라, IC 핑거센서가 외장 회로 소자에 용이하게 연결될 수도 있으며, 또한 IC 핑거센서의 감지 영역에 대한 손가락 또는 다른 대상체 접촉에 의한 잠재적 손상에 대한 강성을 개선시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 핑거센서는 추가로 IC 핑거센서를 내부에 수용하는 캐비티(cavity)를 구비한 IC 캐리어를 구비할 수 있다. 적어도 하나의 구동 전극이 유연 측의 외부 및/또는 내부 표면에 구비될 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 정전기 방전(electrostatic discharge)(ESD) 전극이 유연층에 구비될 수도 있다.
핑거센서는 유연층에 구비되는 적어도 하나의 전자 부품을 구비할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 전자 부품은 개별 소자, 광원부, 광 검출기, 및 또다른 IC 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 또다른 IC는 예를 들어, 적어도 하나의 다른 핑거 감지 IC로 이루어질 수 있다.
IC 핑거센서는 상면을 갖는 반도체 기판으로 이루어질 수도 있다. 핑거 감지 영역은 예를 들어, 전기장 핑거 감지와 같은 반도체 기판의 상면에 구비되는 감지 전극의 어레이를 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법은 핑거센서를 제조하는 것에 관한 것이다. 이 방법은 핑거 감지 영역 및 이것에 인접해 있는 적어도 하나의 본드 패드로 이루어진 핑거 감지 집적회로(IC)의 제공단계, 및 유연회로의 유연층으로 IC 핑거센서의 적어도 하나의 본드 패드 및 핑거 감지 영역을 모두 덮는 단계를 포함한다. 유연층은 그것을 통해 핑거 감지를 실행할 수 있게 한다. 이 방법은 추가로 유연회로의 유연층에 구비된 적어도 하나의 도전 트레이스를 적어도 하나의 본드 패드에 연결시키는 연결 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 핑거센서를 포함하는 셀룰러 폰의 개략적으로 예시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 예시된 바와 같은 핑거센서의 일부를 확대하여 예시한 사시도이다.
도 3은 다른 실시예의 커넥터부를 예시한 도 1에 예시된 바와 같은 핑거센서의 일부를 예시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 예시된 바와 같은 핑거센서의 일부를 통해 확대하여 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 5는 도 3에 예시된 바와 같은 본 발명에 따른 핑거센서의 일부를 예시한 것으로서, 다른 실시예의 커넥터부를 예시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실장된 핑거센서를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예의 실장된 핑거센서를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 실장된 핑거센서를 개략적으로 예시한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 예시된 핑거센서의 일부 제조 단계를 개략적으로 예시한 다이어그램이다.
본 발명은 바람직한 본 발명의 실시예를 예시한 첨부 도면을 참조로 다음에 충분히 더 기술할 것이다. 그러나, 본 발명은 다수의 다른 형태로 구현될 수 있으며, 이후에 제기될 실시예에 제한되는 것으로 파악되어서는 안된다. 그 보다는 이들 실시예는 이들의 설명을 통해 완성되도록 하기 위해서 제공된 것이며 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 본 발명의 범위가 충분히 전달될 것이다. 전체를 통해 유사 번호는 유사 부재를 언급하였으며 프라임 표시(prime notation)는 다른 실시예의 유사 부재를 지시하는데 사용하였다.
먼저, 도 1-4를 참조로, 본 발명에 따른 실시예의 핑거센서(30)를 기술하였다. 상기 핑거센서(30)는 예시한 바와 같이 캔디 바아형 셀룰러 폰(20)의 노출 표면에 실장된다. 예시된 캔디 바아형 셀룰러 폰(20)은 상대적으로 소형이며 플립 커버 또는 다른 타입의 셀룰러 폰에서 행하여 질 수 있는 핑거센서(30)를 보호하도록 하는 다른 구성을 포함하지는 않는다. 물론, 핑거센서(30)는 당해 기술분야의 숙련자에 의해 인식될 수 있는 이러한 하나 이상의 다른 셀룰러 폰의 보호 타입과 함께 사용될 수 있다. 핑거센서(30)는 또한 다른 이동식 및 고정 전자 장치와 함께 사용될 수 있다. 핑거센서(30)의 내구성 및 강도의 증가는 노출될 때라도 이것의 용도 를 확대할 수 있도록 한다.
셀룰러 폰(20)은 하우징부(21), 하우징부에 구비되는 디스플레이(22), 및 또한 하우징부에 구비되고 디스플레이부 및 핑거센서(30)에 연결된 프로세서/구동 회로 소자를 구비한다. 입력 키이(24)가 예시된 바와 같이 제공되고 통상적인 셀룰러 폰의 다이얼링 및 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 예측될 수 있는 다른 응용작업을 위해 사용된다. 또한 예시된 바와 같이 프로세서/구동 회로 소자(23)는 다음에 보다 상세하게 설명될 핑거센서(30)에 대한 구동 전압을 증가시키도록 소정 실시예에서 사용될 수 있는 마이크로 스텝 업 트랜스포머(25)를 구비한다.
핑거센서(30)는 사용자의 손가락(26)이 손가락 이미지의 순서를 생성할 수 있도록 감지 영역 위로 슬라이딩되는 슬라이드 타입으로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 핑거센서(30)는 사용자가 핑거 이미지를 생성하도록 단순히 그의 손가락(26)을 감지 표면에 둘 수 있는 고정 배치(placement) 타입으로 이루어질 수 있다. 물론, 핑거센서(30)는 내부에 실장되고 및/또는 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 예측될 수 있는 선택 기능 및 메뉴 탐색을 제공하도록 프로세서/구동 회로(23)과 연동되는 회로 소자를 구비할 수도 있다.
도 2 및 3에 최적으로 예시한 바와 같이, 핑거센서(30)는 핑거 감지 영역(33) 및 그에 인접해 있는 복수의 본드 패드(34)를 구비한 핑거 감지 집적회로(IC)를 포함하는 것으로 예시되어 있다. 특히, 핑거 감지 IC(32)는 상부 기판을 갖는 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 그리고 핑거 감지 영역(33)은 예를 들어, 전기장 핑거 감지와 같은 반도체 기판의 상면에 구비되는 감지 전극의 어레이 를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 용량 및/또는 열 감지 픽셀이 사용될 수도 있다.
핑거센서(30)는 또한 IC 핑거센서에 연결된 유연회로(35)를 구비한다. 보다 바람직하게는, 유연회로(35)는 IC 핑거센서(32)의 본드 패드(34) 및 핑거 감지 영역(33) 양측을 덮는 유연층(36)을 구비한다. 또한 유연회로(32)가 유연층(36)에 의해 구비되고 본드 패드(34)에 연결된 도전 트레이스(37)를 구비한다. 물론, 유연층(36)은 그것을 통해 핑거 감지를 수행할 수 있도록 하는 재료 및 재료의 혼합물로 이루어질 수 있다. 이러한 적절한 재료의 하나로 캡톤(kapton)을 들 수 있지만, 당해 기술 분야의 숙련자들은 다른 적절한 재료를 용이하게 인식할 수 있을 것이다. 또한 켑톤은 소수성으로 손가락이 부분적으로 젖어있거나 또는 땀이 난 것을 용이하게 판독해낼 수 있는 장점을 제공하며, 소정의 수분은 당해 기술분야의 숙련자에 의해 용이하게 예측할 수 있는 바와 같이 이미지를 가로질러 오염되는 것을 막을 수 있는 경향이 있다.
도 3에 최적으로 예시된 바와 같이, 유연회로는 핑거 감지 영역(33) 및 본드 패드(34)를 넘어 뻗은 하나 이상의 커넥터부로 이루어질 수 있다. 예시된 바와 같이, 예를 들어, 도 3의 좌측 부분에서, 커넥터부는 커넥터 트레이스(37)가 확대된 폭 부분 또는 탭(41)에서 종결되는 탭 커넥터부(40)로 이루어질 수 있다. 도 3의 우측을 참조로, 추가의 또는 다른 커넥터부는 예시된 바와 같은 볼 그리드 어레이 커넥터부(42)로 이루어질 수 있으며, 여기서 도전 트레이스(37)는 당해 기술 분야의 숙련된 자에 의해 용이하게 예측될 수 있는 범프(bump) 또는 볼(43)에서 종결된다.
실시예로 예시된 바와 같이, 핑거센서(30)는 추가로 그 내부에 핑거 감지 IC(32)를 수용하는 캐비티를 갖춘 IC 캐리어(45)를 구비한다(도 4). 용어 IC 캐리어는 핑거 감지 IC(32)가 설치될 수 있는 받침 재료 또는 소정 타입의 기판을 포함하는 것을 의미한다. 충진물, 예컨대 에폭시는 또한 예시된 바와 같이 IC 핑거센서(32)와 유연회로(35) 사이에 제공된다. 이에 따라, IC 핑거센서(32)는 외장 회로 소자에 용이하게 연결될 수 있으며, IC 핑거센서의 감지 영역에 대한 핑거 또는 다른 대상체 접촉에 의한 잠재적인 기계적 손상에 대해 강성을 개선시킬 수 있다.
또한 센서(30)는 도 2 및 3에 최적으로 예시된 바와 같은 유연층(36)의 외측 및/또는 내측 표면상에서 구비되는 한 쌍의 구동 전극(50)을 구비한다. 구동 전극(50)은 당해 기술분야의 숙련된 자들이 예측할 수 있는 커넥터부(40 또는 42)에 사용되는 도전 트레이스(37)와 동일한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 단지 단일 구동 전극(50) 또는 2개 이상의 구동 전극이 사용될 수 있다. 구동 전극(50)이 유연층(36)의 내부 표면상에 위치될지라도, 이들은 조작되기에 충분한 신호 강도로 피구동될 수 있다. 예를 들어 도 1에 예시된 바와 같은 전압-부스팅 마이크로 트랜스포머(25)가 사용되어 일부 실시예에 있어 약 20 볼트 이하가 될 수 있는 구동 전극(50)에 대한 바람직한 구동전압을 달성할 수 있도록 한다.
또한, 핑거센서(30)는 예시된 바와 같이 유연회로(35)의 유연층(36)의 외측 표면에서 구비된 하나 이상의 정전기 방전(ESD) 전극(53)을 구비한다. 다시, ESC 전극(53)은 당해 기술분야의 숙련자에 의해 예측될 수 있는 도전 트레이스(37)에 유사한 유연층(36)에 적용되거나 또는 배치된 도전성 재료로 형성될 수 있다. ESD 전극(53)은 예시되지는 않았지만, 하나 또는 그 이상의 도전 트레이스(37)에 의해 장치 그라운드에 연결될 수 있다.
예시된 실시예에서 알 수 나타난 바와 같이, IC 캐리어(45)는 도 2에 최적으로 예시된 바와 같은 4개의 상부 경사 에지(55)를 갖는 장방형 형태를 갖는다. 경사 에지(55)는 ESD 전극(53)의 하부에 위치하거나 또는 인접해 있다. 물론, 다른 구현예에서, 다른 수 또는 단지 단일한 경사 에지(55) 및 인접한 EDS 전극(53)이 사용될 수 있다.
명료하게는 도 5를 참조로, 핑거센서(30)에 대해 적절한 다른 실시예의 유연회로(35')를 기술한다. 이 실시예에서, 탭 커넥터부(40')는 도 3에 예시된 단부와는 다르게 유연층(36')의 측면으로부터 뻗어있다. 예시를 명료하게 하기 위해서, 유연층(36)의 우측 부분은 예시하지 않았다. 특별히 언급하지는 않았지만, 도 5의 다른 소자들은 도 3을 참조로 상기 언급된 대응 소자들과 유사하고 추가의 논의는 필요 없을 것이다.
다시 도 6을 참조로, 핑거센서(30)의 설치를 기술한다. 예시된 실시예에서, 하우징부의 부분들은 유연회로(35)의 상부 외주를 둘러싸는 일체식 프레임(21)을 규정한 것으로서, 유연회로(35)는 차례로 IC 캐리어(45)에 구비된다. 이것은 ESD 전극(53)을 IC 캐리어(45)의 경사 에지 상에 위치시킨다. 나아가, 일체식 프레임(21)는 IC 캐리어(45)의 경사 에지에 대응하는 경사 표면을 가진다. 이는 당해 기술분야의 숙련된 자에 의해 예측될 수 있는 ESD 전극에 ESD 통로(63)를 형성한다. 즉, 이 패키징 배치는 프레임과 유연층(36) 사이의 작은 갭(63)을 통해 그리고 센서(30)의 상면에 직접적으로 노출되는 ESD 전극(53) 없이 ESD를 효과적으로 배출시킬 수 있다.
핑거센서(30)는 추가로 도 6에 참조로 설명되는 유연층에 구비되는 적어도 하나의 전극 부품(64)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 전기 부품(64)은 개별 부품, 광원부, 광 검출기 및 또 다른 IC 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 만약 광원부 또는 광 검출기가 사용된다면, 센서의 상면에 있도록 위치될 수 있을 것이다. U.S. 공개 출원 제 2005/0069180 호는 본 발명의 출원인에게 양도되었으며, 전체 내용이 본 발명에 참조되었으며, 본원에 기재된 패키징 특징와 조합하여 사용될 수 있는 다양한 적외선 및 광학 센서 및 소스를 기술하고 있다. 이와 유사하게, 다른 IC가 예를 들어 다른 핑거 감지 IC로 이루어진다면, 이는 당해 기술분야에 숙련자에 의해 예측될 수 있는 IC 캐리어의 상면 상에서 IC(32)에 인접하게 위치될 것이다. 칩 자체가 엇갈려 배치되더라고, 예를 들어, 한끝과 다른 끝을 이어 이미지를 캡처링할 수 있도록 2 개 또는 그 이상의 이러한 IC가 배치될 수 있다. 처리 회로 소자는 이 실시예에서 폭별로 이미지를 서로 스티칭할 수 있다.
도 6의 실장 배치 또한 또 다른 패키징 측면을 도시한 것으로써, 발포체 등의 탄성 물질(62)의 본체 형태에서 편향부재는 도시된 장치 회로기판(60)과 IC 캐리어(45) 사이에서 위치된다. 탄성본체의 물질(62)은 핑거센서(30)가 하향으로 또는 장치 내로 충격이나 타격을 흡수하도록 하고 , 그리고 센서가 소망하는 정렬로 탄성있게 뒤로 눌러지게 될 수 있도록 한다. 일체 프레임의 경사면과 IC 캐리어(45)의 경사 에지(55)의 적당한 정렬은, 기술분야의 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 그 상부 위치가 복원되도록 구현된다.
도 7을 더 참조하여 핑거센서(30')에 대해 다소 다른 실장 배열을 설명하며, 개별적 프레임(21')은 인접 하우징부(29')에 근접하게 구비된다. 도시된 프레임(21')은 추가 보호용으로 인접 하우징부(29')의 레벨 아래 핑거 감지 IC(32')도 구비한다. 또한, 편향부재는 모든 측면에 부착되지 않은 하판(62')의 형태로 있어서, 기술분야의 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 스프링 힘이 복원될 수 있는 공간이 있다. 하판은 회로 트레이스를 구비하여 기술분야의 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 회로기판으로서 역할을 한다. 도 7의 다른 요소는 도 6을 참조하여 나타내고 기술한 것과 유사하며, 더 이상 여기에서는 언급하지 않겠다.
핑거센서(30")의 또 다른 실시예에는 도 8을 참조하여 설명한다. 이 실시예에에서, 인접 하우징부는 IC 캐리어(45")의 하나 이상의 측을 따라 프레임(21")을 정한다. 프레임(21")은 상부(69")와, 내부 계단형 또는 숄더(shoulder)(67")를 정하는 상부로부터 분지되어 하향으로 연장된 가이드부(66")를 포함한다. 이 계단형 또는 숄더(67")는 상향 스톱(stop) 배치를 정하는 IC 캐리어 측면 돌출부 또는 탭(tab)(68")과 순서대로 맞물린다. 이 탭(68")은, 기술분야의 당업자가 이해하는 바와 같이, IC 캐리어(45)"와 일체적으로 형성될 수 있고, 또한, 캐리어의 주요부에 연결된 각 부를 포함할 수도 있다. 따라서, IC 캐리어(45")는 하향으로 굽을 수 있으며, 가이드부(66")를 따라 소망하는 그 동작 위치로 후면 상향으로 편향될 수 있다.
도 8의 좌측부는 실시예를 도시한 것으로서, 상향 스톱 배치는 하나의 측면 을 따라 구비되어 있지 않아 연결부(40")의 통로를 쉽게 수용할 수 있다. 다른 실시예에서, 슬롯은 돌출되기 위해, 그리고 상향 스톱 배치로 구비되기 위해, 탭(68")을 수용하는 유연회로(35")에 구비될 수 있다. 기술분야의 당업자라면 다른 스톱 배치 및 장치의 구성을 이해할 수 있다.
도 9를 참조하여, 핑거센서(30)를 구현하는 방법 절차를 설명한다. 도면의 상부를 시작하여, 핑거 감지 IC(32)는 에폭시나 다른 적합한 구비 물질(46) 등을 사용하여 유연회로(35) 상에 배치되고 연결된다. 그 후, 도면의 중앙에서 도시된 바와 같이, IC 캐리어(45)는 조립체에 첨가되어 거꾸로 도시된 바와 같이 회전된다. 마지막으로 도 8의 맨 밑에 도시된 바와 같이, 핑거센서(30)는 프레임(21)과 밑에 있는 회로기판(60) 사이에서 실장된다. 볼 그리드 어레이 커넥터부(42)(도 3)가 사용될 수 있다면, 이 부분은 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, IC 캐리어(45) 아래에서 싸여지고 확보될 수 있다. 이는 가능한 하나의 조립 철자에 의한 것이 아니며, 기술분야의 당업자는 이와 유사한 다른 조립 절차도 이해할 수 있을 것이다.
에폭시 또는 접착제(46)는 Z-축 도전 접착제일 수 있으며, 그리고/또는 탄성력 흡수 속성을 가질 수 있다. 이방성 도전 물질의 사용은 다이(die)로부터 이격된 픽셀의 효과적인 전기 경계면을 물리적으로 연장할 수 있다. 도전 물질은 손가락 경계면 그 자체로 접촉될 수 있거나, 감지 어레이 위해 상위 보호층의 물질의 밑면에서 종결될 수 있다. 동일한 이방성 도전 물질은 칩의 외부 경계면 본드 패드(34)를 유연층(36) 상의 도전 트레이스(37)에 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있 다.
IC 캐리어(45)는, 탄성력 흡수 속성을 가진, 플라스틱 몰딩 또는 다른 보호 물질일 수 있다. 다른 물질의 다중층을 사용할 수 있거나 또는 적합한 강성 등의 하나 이상의 다른 물리적 속성을 가진 등급물질을 사용할 수 있다. 칩면(32)의 상부 모두에 있는 연성인 탄성물질(46) 상에 (캡톤과 같은) 뻣뻣(비-신축성)하지만 유연한 물질층(36)은 칩면의 큰 영역에 대향하여 탄착점의 에너지를 퍼지게 할 수 있다. 칩을 회로 기판에 연결하는 탄성 물질은 힘이 가해질 시 칩이 회로 기판에 대해 다소 이동되게 하여 칩 상에 응력을 감소시킬 수 있다. IC 캐리어(45)와 프레임(21) 사이에 물리적 힘에 기울어진 경계면은 응력을 완화하도록 일반 및 기울기 방향 양 방향으로 이동시킬 수 있다. 유연회로(35)는 도시되어 있지 않지만, RF 영상 성능을 향상시키도록 감지 어레이 상의 영역에 있는 도전 패턴이나 트레이스를 포함할 수도 있다.
에폭시 또는 접착제(46)는 더 뻣뻣한 유연층(36)과 매우 뻣뻣한 실리콘 칩면 사이에서 부드러운 탄성층이다. 이는 유연층(36)이 첨단점으로부터 스크래칭을 감소시키기 위해 내부로 구부려지도록 하게 하며, 그리고 첨단점력이 실리콘으로 이동됨을 감소시키기도 한다.
IC 캐리어(45)와 여러 편향부재(62)는 응력하에 크랙으로부터 보호하기 위해 실리콘 칩을 지지할 수 있으며, 그리고 핑거 감지 IC(32)와 환경으로부터의 그 에지를 막을 수 있다. IC 캐리어(45)와 회로기판(60) 사이의 편향부재(62)는 수직 및 기울기 방향 향 방향으로 충격 에너지를 흡수할 수 있다.
반도체 칩의 상면은 다층으로 이루어진 약한 실리콘 산화막과 연성 알루미늄으로 구성된다. 이 구조형태는, 힘이 그 표면 상에 작은 지점에 가해질 시, 스크래치, 크랙, 그리고 다른 손상이 쉽게 입혀질 수 있다. 절연 표면 산화막에 가해진 압력이 그 바로 아래에 있는 알루미늄 배선 물질을 통해 전달될 시 손상은 전형적으로 일어난다. 알루미늄은 산화물 아래로부터 착탈 지지물을 변형하여, 구부려지고 크랙이 발생된다. 힘이 충분히 가해질 시, 이 과정은 여러 개의 교호층의 실리콘 산화막과 알루미늄을 통하여 계속되어, 알루미늄 배선을 단락시키고, 그리고 칩의 기능을 저하시킨다.
여기에서 기재된 패키지 실시예에서, 센서에 근접한 예리한 대상체는 우선 기판 층을 연결한다(전형적으로 캡톤 형). 기판 물질은 탄성 접착제 물질로 변형 및 눌림이 가해지게 되어 큰 영역 상에 힘이 퍼지고 전달된 최대 힘당 영역을 감소시킨다. 탄성 접착제를 통해 전달되어 퍼지고 약해진 힘은, 칩이 충격이 가해진 대상체로부터 하향으로 탄성 후면물질로 이동시키게 한다. 몇몇의 충격 에너지는 칩을 이동시키게 하여, 그 결과 탄성 후면물질을 압박한다. 마지막으로, 탄성 후면으로 칩이 아래로 힘이 가해질시, 칩은 센서에서 한쪽으로 비끼게 되어 예리한 대상체와 종종 맞물려 기울어질 수 있다. 탄성 물질의 다양한 층은 가능한 한 최대 힘에 대향하여 실리콘 칩의 알루미늄 배선을 보호하기 위해 선택된다.
상술된 패키징 개념은, 휴대형 전자 장비의 외부면 상에 오래 견딜 수 있는, 그리고 우수한 감지 신호 전달을 유지하는 패키지를 구현하여, 그 결과 우수 품질의 센서 데이터를 만들어낸다. 본 실시예는 상대적으로 비용이 적게 들고, 대량 제 조하기에 수월하다.
여기에 기술된 핑거센서의 다양한 이점 및 특징을 살펴보면, 스크래치 저항력에 있어서, 상대적으로 뻣뻣하고 쉽게 손상되지 않는 캡톤과 같은 물질인 표면에 하부의 연성 접착제를 조합하여, 상당한 개선책을 이룰 수 있다. 이 구조로, 예리하게 지점된 대상체가 접촉될 시, 표면 물질은 움푹 들어가게 되어 초기 충격을 감소시키고, 큰 영역에 가해진 힘을 퍼지게 하고, 표면에 그 지점이 관통됨을 막는다. 대상체가 제거될 시, 탄성 물질은 그 본래의 형상대로 복원된다.
부드러운 표면과, 낮은 마찰 계수 등을 가진 유연 기판(캡톤 형)은 마모를 견디게 한다. 상술된 탄성 물질은 연마분 입자가 표면으로 잘려나가는 것을 방지하여 마모 저항력도 향상시킬 수 있다. 상술된 탄성 구조는 다양한 충격 강도에 대해 여러의 보호층도 구비한다.
휴대 전화와 같은 휴대 장치가 떨어질 시, 전단력은 내부 회로 기판과 케이스에 상호연결된 구조에 가해지게 된다. 내부 회로 기판과 케이스의 구멍을 통한 돌출부에 연결된 센서에 있어서, 최대 전단력이 그 센서와 회로 기판 배선에 가해지게 된다. 상술된 패키지에서, 전단력은 센서에 회로 기판을 연결할 수 있는 탄성 물질에 의해 흡수된다. 전단력이 최대일 경우, 경사진 센서는 케이스 아래로 미끄러지게 되어, 전단력은 탄성 후면물질의 일반 압력으로 전환된다. 충격이 센서에 가해질 시, 센서는 그 본래의 위치로 복원된다.
기술된 패키지는 연이어진 압력에 대향하여 보호할 수도 있다. 압력이 가해질 시, 탄성 후면 압력은 센서가 표면으로부터 약간 이격되도록 한다. 많은 상황에 있어서, 이는 케이스가 힘을 더 견딜 수 있도록 하게 하며 센서에 가해진 힘을 감소시킨다.
여기에 기재된 패키징에서, 유연 기판 물질은 칩과 그 환경 사이에서 ESD(정전기 방전)으로서 역할하며, 칩 상의 민감한 전자 장치에 ESD가 접근하는 것을 방지한다. 따라서, 누설전류는 현저하게 감소 또는 제거된다. 1 밀(mil) 캡톤층은 8.6 Kv에 견디는 성능을 제공한다. ESD 전극은 더 높은 전압에서 방전을 잡아낼 수 있다. ESD 전극에 대해 공간방전(air breakdown)에 앞서 구동 전극에 관한 최대 전압은 7.5 Kv이다. 구동 전극의 최대 지점에서 ESD 포획 전극까지의 간격은 2.5 ㎜이고, 그리고 건조 공기 유전체 브레이크 다운(dry air dielectric breakdown)은 3 Kv/㎜이다. 깨끗한 표면(최악의 경우)일지라도, ESD는 캡톤 유전체층을 통과하기 전에, ESD 포획 전극으로 방전될 수 있다. 게다가, 1 밀의 캡톤, 추가적으로 1 밀의 에폭시, 추가적으로 2.5 마이크론의 SiN으로 어레이가 이루어진다. 이는 약 14.1 Kv 유전체에 견디는 픽셀 어레이를 제공할 수 있다. 이는 외부 ESD 차단기와 그에 연관된 회로에 대한 필요조건을 제거할 수 있다.
기계적 내구성에 관한 데이터가 하기 [표 1]에 제시된다. 특히, 3 개의 장치가 비교된다. 3 개의 장치는: 질화물로 코팅되어 접착성이 없는 모델 1510 소형 슬라이드 IC와, 폴리이미드로 코팅되어 접착성이 없는 1510 IC와, 그리고 캡톤 층과 아크릴 접착성/필러(filler)를 가진 모델 2501 대형 슬라이드 IC이다. 드릴 로드 스크래치(drill rod scratch)와 펜실 스크래치(pencil scratch) 테스트는 ANSI 테스트이다. 나머지 3 개의 테스트는 자체적으로 비교를 위한 것이며, 캡톤/필러 장치가 기계적 강도 항목에서 상당한 이점을 가진다.
기판 비가공 질화물 7 ㎛ 폴리이미드 25 ㎛ 캡톤
접착성 N/A N/A 아크릴
테스트 다이 1510 1510 2501 Ni
드릴 로드 스크래치(grams) <50 225 350
펜실 스크래치(견고성)(5) N/A HB 6H
6.5 ㎜ 볼 충격 (gr ㎝) 234 234 488
1.0 ㎜ 볼 충격 (gr ㎝) <75 <13 195
록 텀블러(hrs) N/A <8 67
소망하는 회로의 모든 또는 일부는 유연회로 상에 포함 및 실장될 수 있다. 커스토머 인터페이스는 USB 커넥터 인터페이스 등의 간단한 규격 인터페이스일 수 있다. LED는 유연회로에 포함될 수 있거나, 발광원은 인쇄된 막에 첨가될 수 있다. 유기 LED는 유연회로의 아래에 막으로서 찍힐 수 있다.
본 발명에 따른 다른 특징 및 이점은 공동-계류 중인 출원 제목은: 대리인 문헌 번호 제 51639 호인 개선된 ESD 보호를 포함하는 핑거센서 및 그에 대한 방법(FINGER SENSOR INCLUDING ENHANCED ESD PROTECTION AND ASSOCIATED METHODS)와, 그리고 본 명세서에 참조로서 병합되고 동시에 제출된 대리인 문헌 번호 제 51640 호인 개선된 실장으로 이루어진 핑거감지 및 그에 대한 방법(FINGER SENSING WITH ENHANCED MOUNTING AND ASSOCIATED METHODS)이다. 따라서, 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 많은 변형과 다른 실시예는 선행 기술 자료와 그에 연관된 도면으로부터 발생될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 개시된 특정 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 기술 영역 내에 있는 다른 변형 및 실시예도 포함할 수 있다.

Claims (31)

  1. 핑거센서로서:
    핑거 감지 영역과 그에 근접한 적어도 하나의 본드 패드를 포함하는 핑거 감지 집적회로(IC); 및
    유연회로를 포함하며,
    상기 유연회로는,
    상기 핑거 감지 집적회로의 적어도 하나의 본드 패드와 상기 핑거 감지 영역을 덮으며, 핑거감지를 허용하는 유연층과,
    상기 유연층에 구비되고, 적어도 하나의 상기 본드 패드에 연결된 하나 이상의 도전 트레이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 핑거 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연회로는 상기 핑거 감지 영역과 적어도 하나의 상기 본드 패드를 넘어 뻗은 하나 이상의 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 커넥터부는 적어도 하나의 탭(tab) 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 커넥터부는 적어도 하나의 볼 그리드 어레이 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로와 상기 유연회로 사이에 충진물을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 충진물은 에폭시를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로를 수용하는 캐비티(cavity)를 가진 IC 캐리어를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연층의 외부면 상에 구비된 적어도 하나의 구동 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연층의 내부면 상에 구비된 적어도 하나의 구동 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 정전기 방전(ESD) 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 전자 소자를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자 소자는 개별 소자와, 광원부와, 광 검출기와, 그리고 또 다른 IC 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 또 다른 IC는 적어도 하나의 다른 핑거 감지 IC를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로는 상면을 가진 반도체 기판을 포함하며; 그리고
    상기 핑거 감지 영역은 상기 반도체 기판의 상면에 구비된 감지 전극의 어레이를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  15. 핑거센서로서:
    핑거 감지 영역과 그에 근접한 복수의 본드 패드를 포함하는 핑거 감지 집적회로(IC);
    상기 핑거 감지 집적회로의 복수의 본드 패드와 상기 핑거 감지 영역을 덮는 유연층과, 그리고 상기 유연층에 구비되고, 복수의 상기 본드 패드 중 해당하는 패드에 연결된 복수의 도전 트레이스를 포함하는 유연회로; 및
    상기 핑거 감지 집적회로와 상기 유연회로 사이의 충진물을 포함하며, 그리고
    상기 유연층과 상기 충진물은 핑거 감지를 허용함을 특징으로 하는 핑거센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유연회로는 상기 핑거 감지 영역과 복수의 상기 본드 패드를 넘어 뻗은 하나 이상의 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로를 수용하는 캐비티를 가진 IC 캐리어를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 구동 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 정전기 방전(ESD) 전극을 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 전자 소자를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로는 상면을 가진 반도체 기판을 포함하며; 그리고
    상기 핑거 감지 영역은 상기 반도체 기판의 상면에 구비된 감지 전극의 어레이를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서.
  22. 핑거 감지 영역과 그에 근접한 적어도 하나의 본드 패드를 포함하는 핑거 감지 집적회로(IC)를 제공하는 제공단계;
    상기 핑거 감지 집적회로의 적어도 하나의 본드 패드와 상기 핑거 감지 영역을 유연회로의 유연층에 덮는 피복단계; 및
    상기 유연회로의 유연층에 구비된 적어도 하나의 도전 트레이스를 적어도 하나의 상기 본드패드에 연결하는 연결단계를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 유연회로는 상기 핑거 감지 영역과 적어도 하나의 상기 본드 패드를 넘어 뻗은 하나 이상의 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 커넥터부는 적어도 하나의 탭(tab) 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 커넥터부는 적어도 하나의 볼 그리드 어레이 커넥터부를 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로와 상기 유연회로 사이에 충진물을 위치시키는 위치설정 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로를 IC 캐리어의 캐비티에 위치시키는 위치설정 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 구동 전극을 형성하는 형성단계를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 정전기 방전(ESD) 전극을 형성하는 형성단계를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 유연층에 구비된 적어도 하나의 전자 소자를 위치시키는 위치단계를 더 포함함을 특징으로 하는 핑거센서 제조방법.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 핑거 감지 집적회로는 상면을 가진 반도체 기판을 포함하며; 그리고
    상기 핑거 감지 영역은 상기 반도체 기판의 상면에 구비된 감지 전극의 어레이를 포함함을 특징으로 하는 핑거 센서 제조방법.
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