KR101453017B1 - 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 센싱 감도를 가지는 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 모듈은 지문센서, 제1브라켓 그리고 제2브라켓을 포함하여 이루어진다.여기서, 지문센서는 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 센싱부와 전기적으로 연결된 센서회로부를 가진다. 제1브라켓은 센싱부를 지지하도록 지문센서를 수용한다. 그리고, 제2브라켓은 센싱부 상면에 지지층을 형성하고, 지문센서 및 제1브라켓을 고정한다.

Description

지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법{FINGERPRINT SENSOR MODULE, PORTABLE ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 센싱 감도를 가지는 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

지문센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 최근에는 휴대폰(mobile terminal)이나 태블릿 피씨(tablet PC) 등의 휴대용 전자기기에서 보안성을 강화하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 즉, 지문센서를 통해 사용자등록이나 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안사고를 미연에 방지하게 된다.

한편, 휴대용 전자기기에서는 커서와 같은 포인터의 조작을 수행하는 내비게이션 기능을 지문센서에 통합하기도 하는데, 이러한 형태의 지문센서를 바이오매트릭 트랙패드(BTP: Biometric Track Pad)라 한다. 그 외에도, 사용자로부터 정보를 입력받는 스위칭 기능을 지문센서에 통합하기도 한다.

이러한 지문센서는 지문센서와 IC, 베젤 등을 통합한 형태의 모듈로 제조되어 전자기기에 장착된다.

한편, 지문센서를 각종 전자기기에 장착하기 위하여, 지문센서를 주변 부품이나 구조를 포함하는 모듈의 형태로 제조하게 되는데, 지문센서 모듈이 장착되는 전자기기의 색상과 지문센서의 색상을 일치시키기 위해, 또는 기타의 이유로 인해, 지문센서를 포함하는 지문센서 모재 상에 색상을 구현해야 할 필요가 있다.

이러한 지문센서 모재 상의 색상 구현을 위하여, 종래에는 유색 도료를 이용한 도장, 자외선(UV) 증착 등의 방법이 사용되었다. 그런데, 종래의 방법으로 지문센서 모재 상에 색상을 구현하는 경우, 도막의 층간 구성 및 두께를 적절히 보장해야 하는 제한이 생기게 된다. 도막이 충분한 두께로 형성되지 않을 경우, 색상 구현이 어려울 뿐만 아니라, 지문센서 상에 표면 오염, 스크래치, 찍힘 등의 손상이 발생하게 될 가능성이 높아진다. 이러한 손상들은 지문센서로 센싱한 지문의 이미지에 악영향을 끼치게 된다.

한편, 지문센서, 특히 정전 방식의 지문센서에 있어서는, 지문센서 모재 상의 도막 두께에 따라 동작성에 변화가 생기게 된다. 특히, 지문센서 모재 상의 도막이 두꺼워질수록 지문센서의 센싱 응답 특성이 나빠지기 때문에, 색상을 구현하는 도막의 두께에 제한이 생기게 된다.

이와 같이, 종래에는 색상 구현을 위해 지문센서 모재 상에 충분한 두께의 도막을 형성하는 경우, 지문센서의 동작성이 악화되고, 이와 반대로 지문센서의 동작성에 문제가 없는 정도로 얇은 도막을 형성하면, 원하는 정도로 색상 구현이 어려워지거나, 내마모성이 나빠지는 등의 기술적 모순이 존재하였다.

최근에는 지문센서 모듈을 휴대 기기에 장착하기 위하여 저비용으로 소형화하여 제조하기 위하여, COF(Chip-On-Flex), BGA(Ball Grid Array) 방식으로 설계된 지문센서 모듈이 개발되었다. 이 지문센서 모듈에 있어서는 지문 검출 IC가 센싱 영역과 분리되어 있다.

이러한 지문센서 모듈은 지문센서와, 지문센서가 고정되는 브라켓이나 기판을 포함하여 구성된다. 따라서, 공정의 효율성 및 생산성을 높일 수 있는 지문센서와 브라켓의 결합 공정이 요구됨과 함께, 센싱 감도를 높일 수 있도록 브라켓에 대한 공정처리도 요구된다.

즉, 지문센서의 센싱 영역으로부터 사용자의 손가락과 접하는 최종 커버까지의 두께가 전자기기의 기능(예를 들어, 지문 센싱 감도)에 영향을 미치지 않는 정도가 되도록 하면서도, 전자기기의 외형이나 신뢰성에는 문제가 없는 지문센서 모듈, 그를 포함하는 휴대용 전자기기 및 그 제조 방법이 요구된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 외형 불량이나 파손을 방지하면서도 우수한 센싱 감도를 가지는 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 지문센서를 전자기기에 장착하기 위한 지문센서 모듈에 있어서, 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서회로부를 가지는 지문센서로서, 상기 센싱부는 구동 전극 및 이미지 수신 전극을 가지고, 상기 센싱부는 상기 센서회로부와 함께 패키징되어 있는 것인 지문센서; 상기 지문센서의 센서회로부를 수용하여 상기 센싱부가 상면을 향하도록 안착시키는 제1브라켓; 그리고, 상기 센싱부 상면을 덮어서 지지층을 형성하고, 상기 지문센서 및 상기 제1브라켓을 고정하는 제2브라켓을 포함하는 것인 지문센서 모듈을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 지문센서는 에폭시 수지 또는 접착 테이프에 의해 상기 제1브라켓에 접착될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제2브라켓은 끼움결합 또는 결합부재에 의한 기계적 결합 및 인서트 사출 결합 중 어느 하나에 의해 상기 제1브라켓에 결합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 지지층의 두께는 0.015~0.03mm일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제2브라켓은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 전술한 지문센서 모듈을 구비한 휴대용 전자기기를 제공한다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 지문센서를 전자기기에 장착하기 위한 지문센서 모듈의 제조방법에 있어서, a) 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서회로부를 가지는 지문센서에서, 상기 지문센서의 센서회로부를 수용하여 상기 센싱부가 상면을 향하도록 상기 지문센서를 제1브라켓에 안착시키는 단계; 그리고 b) 상기 제1브라켓의 상측에 제2브라켓을 결합하여 상기 센싱부 상면에 지지층이 형성되도록 상기 지문센서를 고정하는 단계를 포함하며, 상기 센싱부는 구동 전극 및 이미지 수신 전극을 가지고, 상기 센싱부는 상기 센서회로부와 함께 패키징되어 있는 것인 지문센서 모듈의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 지문센서를 상기 제1브라켓에 안착시키는 단계(a단계)에서, 상기 지문센서는 에폭시 수지 또는 접착 테이프에 의해 상기 제1브라켓에 접착될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1브라켓 및 상기 지문센서를 고정하는 단계(b단계)에서, 상기 제2브라켓은 끼움결합 또는 결합부재에 의한 기계적 결합 및 인서트 사출 결합 중 어느 하나에 의해 상기 제1브라켓에 결합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 지지층은 두께가 0.015~0.03mm로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1브라켓 및 상기 제2브라켓은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 지문센서를 견고하게 모듈화하면서도 센싱감도는 개선된 지문센서 모듈, 그를 포함하는 휴대용 전자기기 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

특히, COF 또는 BGA 방식으로 설계된 지문센서를 안정적으로 지지할 수 있는 지문센서 모듈, 그를 포함하는 휴대용 전자기기 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 지문센서 모듈의 상면을 효율적으로 제조하면서도 전자기기의 외형, 기능, 및 신뢰성에는 문제가 없는 지문센서 모듈, 그를 포함하는 휴대용 전자기기 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 지문센서 모듈이 몰드에 의한 몰드품인 제1브라켓 및 제2브라켓을 이용하여 지문센서를 고정함으로써, 몰딩재를 사용하는 공정이 생략되어 공정이 단축될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서의 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 단면예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에서 졸-겔 법으로 세라믹 도료를 준비하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 단면예시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 사시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 지문센서 모듈(10)은 브라켓(310)과 지문센서(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 지문센서(200)는 지문센서 모듈(10)의 내부에 설치되어 외부로 도시되지 않는다.

지문센서 모듈(10)은 전자기기, 특히 휴대용 전자기기에 구비될 수 있다. 여기서, 휴대용 전자기기는 휴대폰, 스마트폰, PDA, 태블릿 피씨, 노트북 컴퓨터, 휴대용 음원재생기(MP3 플레이어), 및 이와 유사한 형태의 모든 휴대 가능한 전자기기를 포함하는 것이다.

브라켓(310)은 지문센서(200)를 수용하여 안착시키는 부재로서, 지문센서 모듈(10)을 보호하면서도 지문센서 모듈(10)의 전체적인 형상을 결정한다. 브라켓(310)은 몰드(mold)에 의해 형성되는 몰드품일 수 있다. 브라켓(310)의 접촉면(314)은 사용자의 터치가 이루어지는 부분으로, 사용자(정확히는 사용자의 손가락)를 거쳐 전달되는 신호를 수신한다.

브라켓(310)은 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC: Epoxy Molding Compound), 불소 수지 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이때, 유리는 브라켓의 강도를 높여 외부 충격으로부터 지문센서를 보호할 수 있다. 그러나 유리의 비율이 너무 높은 경우에는 기계 가공시 불량이 발생할 확률이 높아지기 때문에 유리는 20~40%의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 불소 수지는 유전율이 높은 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서를 도시한 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서의 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.

먼저, 도 2에서 보는 바와 같이, 지문센서(200)는 유연 소재의 기판(201), 센싱부(210), 센서 회로부(220), 외부 인터페이스 연결부(221)을 포함할 수 있다.

센싱부(210)는 도전체로 이루어진 구동 전극과 수신 전극을 포함하며 기판(201) 내부에 설치될 수 있다. 센싱부(210)는 기판(201) 위에 위치한 손가락의 지문의 산(valley)과 골(ridge)의 전기 신호의 차이를 수신할 수 있다.

기판(201)은 유연한 소재의 유연 인쇄 회로 기판(FPCB)로 이루어져 상기 구동 전극과 수신 전극을 보호하면서 센서 회로부(220)의 기판 역할도 수행한다.

센서 회로부(220)는 지문 이미지를 센싱하고 지문 이미지를 처리하는 전자 회로가 집적된 집적 회로(IC)로서, 센싱부(210)의 구동 전극과 수신 전극과 전기적으로 연결된다. 기판(201)은 유연 인쇄 회로 기판(FPCB)으로 이루어져 있기 때문에 센서 회로부(220)는 기판(201) 하면에 실장될 수 있다.

외부 인터페이스 연결부(221)는 전술한 기판(201)의 유연 인쇄 회로 기판(FPCB)이 연장되어 형성된다. 외부 인터페이스 연결부(221) 내부에는 배선이 형성되고, 그 일 단부에는 외부 인터페이스에 접속 가능하도록 커넥터(223)가 형성된다.

한편, 도 3에서 보는 바와 같이, 지문센서(200)는 기판(201)의 상면에 마련되는 센싱부(210)와 기판(201)의 하면에 마련되는 센서회로부(220)를 포함할 수도 있다. 도 3의 (a)는 기판(201)의 상면을, 도 3의 (b)는 기판(201)의 하면을 각각 도시하고 있으며, 도 3의 (c)는 센싱부(210)와 센서회로부(220)의 전기적 연결관계를 알기 쉽게 나타낸 구성도이다.

기판(201)은 유연(flexible) 기판일 수 있으며, 예컨대 폴리마이드(polymide) 막으로 이루어질 수 있으나, 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다.

센싱부(210)는 기판(201) 상에 형성된 복수개의 구동전극(211) 및 이미지 수신전극(212)을 포함한다. 구동전극(211) 및 이미지 수신전극(212)은 도전체 라인으로 구성될 수 있다.

구동전극(211)은 센서회로부(220)로부터 구동신호를 전달받아 이미지 수신전극(212) 측으로 신호를 송출한다. 이미지 수신전극(212)은 구동전극(211)으로부터 사용자(정확히는 사용자의 손가락)를 거쳐 전달되는 신호를 수신한다.

기판(201)의 상면에 위치하는 이미지 수신전극(212)의 일단부 부분은 가로 방향으로 길게 연장되도록 형성된다. 이러한 이미지 수신전극(212)의 연장 방향에 대해 수직이 되도록 복수개의 구동전극(211)이 서로 이격되어 평행하게 연장 형성된다(도 3의 (a) 참조). 이미지 수신전극(212)은 기판(201)의 하면에서 센서회로부(220)와 전기적으로 연결된다.

복수개의 구동전극(211)의 일단부는 이미지 수신전극(212)에서 소정의 거리만큼 이격되어 위치한다. 또한, 복수개의 구동전극(211)의 타단부는 기판(201)의 하면에서 센서회로부(220)와 전기적으로 연결된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 구동전극(211)과 이미지 수신전극(212)은 이격되어 있으며, 구동전극(211)에서 송신된 구동신호는 사용자(U)를 거쳐 이미지 수신전극(212)에서 수신된다. 이때 사용자(U)의 손가락에 위치한 지문골 또는 지문산의 유무에 따른 전계 변화를 신호로서 측정하여 지문의 인식이 가능하게 된다.

다시 도 3의 (b) 및 (c)를 참조하면, 센서회로부(220)는 외부와 전기적으로 연결되는 외부 인터페이스 연결부(221)를 가질 수 있다. 외부 인터페이스 연결부(221)는 예컨대, 스마트폰과 같은 휴대장치와 연결될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 지문센서(200)는 COF(Chip-On-Flex) 또는 BGA 방식으로 구현될 수 있다. 특히 기판(201)의 상면에는 센싱부(210), 즉 구동전극(211)과 이미지 수신전극(212) 만을 형성하고, 기판(201)의 하면에는 센싱부(210)와 연결되는 센서회로부(220)를 설치하는 분리형으로 형성함으로써, 센서회로부(220)의 IC 크기를 작게 형성이 가능하다. 이를 통해, 센싱부(210)가 설치되는 공간적 제약을 해소할 수 있으며, 전체적인 외형을 컴팩트하게 구성하는 것이 가능해진다.

또한, 기판(201)의 상면에 센서회로부를 마련하지 않음으로써, 지문센서 모듈상에 글래스를 설치하는 것이 보다 용이하게 되는데, 이는 스마트폰과 같은 휴대용 전자기기에서 특히 유용한 효과이다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도인데, 도 5에서 보는 바와 같이, 지문센서(1200)의 센서회로부(1220)는 센싱부(1210)와 상당 부분 떨어진 곳에 설치될 수 있다. 즉, 전술한 센서회로부(1220)가 브라켓(310, 도 1 참조)의 내측에 위치되는 반면, 도 5에 도시되는 센서회로부(1220)는 상기 브라켓의 외측에 설치될 수 있다. 이를 통해, 브라켓과 지문센서(1200)의 결합 공정과, 지문센서(1200)를 고정하는 공정에서 발생될 수 있는 충격 및 열이 센서회로부(1220)에 직접적으로 가해지는 것이 방지될 수 있다. 또한, 센서회로부(1220)가 기판(1201)의 어느 부분에라도 설치가 가능하기 때문에, 조립되는 휴대용 전자기기의 구조적 특성에 따라 유연하게 설치 적용이 가능할 수 있다.

이러한 지문센서는 전술한 바와 같이 센서회로부와 센싱부가 분리되어 설치되는 분리형뿐만 아니라, 센서회로부와 센싱부가 일체로 형성되는 일체형으로 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도인데, 도 6에서 보는 바와 같이, 지문센서(2200)는 볼 그리드 어레이(BGA: Ball Grid Array) 타입으로 이루어질 수 있다.

즉, 기판(2201)에는 단자(2250)가 2차원 어레이상으로 줄지어 배열되고, 센서회로부(2220)의 하면에 형성된 범프(2221)가 단자(2250)에 연결되도록 구성될 수 있다. 단자(2250)와 범프(2221)는 납땜으로 연결될 수 있다.

기판(2201)은 후술하는 센서회로부(2220)와 전기적으로 연결되어 전기신호 정보가 전달될 수 있도록, 예컨대 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 기판(2201)의 하부에는 수지 사출 또는 표면실장기술(SMT: Surface Mounting Technology)에 의해 리드 프레임이 부착될 수 있다.

앞에서는 지문센서를 분리형 위주로 설명하였으나 센서 회로부와 센싱부가 일체형인 경우, 이미지 수신부가 복수인 AREA 타입의 경우도 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다.

먼저, 도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈(10)은 지문센서(200)를 안착시키는 브라켓(310)을 포함한다. 브라켓(310)은 내측에 홈(312)을 가지며, 홈(312)이 형성된 면의 반대면에는 홈(312)의 형상에 대응하여 돌출된 접촉면(314; 도 7의 (d) 참조)이 형성된다.

브라켓(310)은 홈(312)의 저면(313)과 접촉면(314) 사이의 지지층(315)을 가지며, 지지층(315)의 두께는 0.015~0.03mm로 형성될 수 있다. 여기서 지지층(315)의 두께는 홈(312)에서 접촉면(314)까지 수직하게 측정한 두께를 의미한다. 즉, 지지층(315)은 센싱부(210) 상면으로부터 접촉면(314) 사이의 두께일 수 있다. 지지층(315)의 두께가 너무 얇으면 지문센서(200)를 안정적으로 수용할 수 없고, 반대로 지지층(315)의 두께가 너무 두꺼우면 지문센서(200)의 센싱 능력이 약화될 수 있다.

지지층(315)에는 유전율을 높일 수 있는 강유전체(400)가 포함될 수 있다. 좀더 상세히 설명하면 유전율이 높으면 지문센서가 액티브 상태에서 이미지를 받아 들이는 신호의 손실을 줄여주어, 이로 인해 지지층(315) 및 후술할 후가공층(500, 도9참조)의 두께를 보다 자유롭게 구현할 수 있다.

강유전체(400)에 대해 좀더 상세히 설명하면, 강유전체(400)는 전기적으로 절연체인 유전체의 일종이며, 외부에서 전압을 걸지 않아도 스스로 양과 음의 전기분극 현상이 일어나는 물질들을 통칭한다. 그 대표적인 물질로는 Al2O3, BaTio3 (BTO), SrTio3 (STO), (Ba,Sr)Tio3 (BST) 등이 있다.

이러한 강유전체(400)는 파우더 또는 액상 등의 형태로 브라켓(310)에 혼합되어 브라켓(310) 전체에 포함될 수도 있으며, 이를 통해, 브라켓(310)을 강유전체(400)가 포함된 EMC 몰드로 구현할 수 있다. 강유전체(400)가 포함된 EMC 몰드는 본 실시예처럼 유연한 기판으로 구성된 COF(Chip On Film)타입의 지문센서 외에도 COB(Chip On Board)타입의 지문센서와 WLP(Wafer Level Package)타입의 지문센서에도 적용 할 수 있다.

전술한 바와 같이 강유전체(400)는 지지층(315)에 포함되는 것이 바람직하나, 공정의 편의상 브라켓(310)에 전체적으로 포함될 수 있다.

또한, 브라켓(310)은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그리고, 불소수지는 유전율이 높은 PVDF(폴리플루오린화비닐리덴)일 수 있다. 즉, 유전율이 높으면, 감지신호가 증폭되어 지문인식이 잘되는 것은 물론, 후 가공시 두께로부터 자유로워질 수 있다.

홈(312)에는 지문센서(200)의 센싱부(210) 및 센서 회로부(220)가 수용된다. 이때, 홈(312)에는 미리 일정량의 에폭시 수지(330)가 접착제로써 주입될 수 있다.

이후, 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에서 보는 바와 같이, 홈(312)의 가장자리에 형성된 단차(316) 위에 유연한 기판(201)을 지지하여 지문센서(200)의 센서 회로부(220)가 상면을 향하도록 안착시킨다. 이 과정에서, 지문센서(200)는 지문센서(200)의 외형과 동일한 지그(JIG)(340)에 의해 통해 압착되어 안착된다.

지문센서(200)의 안착이 완료된 후에는, 도 8의 (c)에서 보는 바와 같이, 지그(340)를 홈(312)에서 탈거시킨다.

이어서 도 7의 (c)~(d) 및 도 8의 (d)에서 보는 바와 같이, 지그(340)를 탈거 후, 브라켓(310)의 홈(312) 부분을 몰딩재(350)로 채운다. 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 홈(312)에는 센싱부(210) 및 센서 회로부(220)가 수용되고, 수용된 부분 외에도 빈 공간이 존재한다. 상기 빈 공간을 그대로 두면 지문센서(200)가 고정되지 못하고, 상기 빈 공간 안에서 움직일 수 있으므로 상기 빈 공간에 몰딩재(350)를 채운다. 몰딩재(350)는 액상의 폴리머가 사용될 수 있으며, 일례로, 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 에폭시(epoxy) 수지 및 퍼티(putty) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)는 액상 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)가 사용될 수 있다. 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)는 일반 사출로 형성된 PC계열 보다는 하드(hard)하여 공차를 미연에 방지할 수 있고, 평탄도를 더욱 좋게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 고열의 공정을 거친 후 에도 일반 사출에서 나타난 칩마크를 줄이는 효과가 있다. 몰딩재(350)는 센싱부(210)을 홈(312)의 바닥면에 밀착시킴으로써 지문센서(200)의 신뢰성을 높일 수 있다.

한편, 몰딩재는 소정 형상을 갖는 기구물일 수도 있다. 상기 기구물 역시 액상의 폴리머와 마찬가지로 지문센서(200)를 고정시켜 센싱 신뢰도를 높일 수 있다. 상기 기구물은 홈(312)의 크기에 맞게 설계되어 압입되거나 별도의 체결 수단을 이용하여 체결될 수 있다. 몰딩재가 소정 형상을 갖는 기구물로 사용되는 예는 후술하기로 한다(도 13참조).

도 7의 (d)는 도 7의 (c)의 브라켓(310)을 뒤집어 나타낸 것이다. 앞에서 설명한 바와 같이 홈(312)의 반대쪽에는 홈(312)의 형상에 대응하는 접촉면(314)이 돌출 형성된다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 단면예시도이다.

도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이, 지문센서 모듈(10)의 브라켓(310)의 접촉면(314) 상에는 후가공층(500)이 마련될 수 있다.

후가공층(500)은 지문센서 모듈(10)에 컬러를 구현하거나 지문센서 모듈(10)의 상면측 강도를 보강하는 등의 다양한 기능을 하게 된다.

후가공층(500)은 프라이머층(502), 컬러도료층(503) 및 보호막층(504)을 포함하여 구성될 수 있으며, 후가공층(500)은 프라이머층(502), 컬러도료층(503) 그리고 보호막층(504)의 순서로 형성될 수 있다.

프라이머층(502)은 접촉면(314) 상에 마련되어 컬러도료층(503)을 연결하게 되며, 컬러도료층(503)은 색상 구현 기능을 수행할 수 있다.

프라이머층(502)은 두께가 0.002-0.003mm로 형성될 수 있고, 컬러도료층(503)은 두께가 0.003~0.005mm로 형성될 수 있다.

그리고, 보호막층(504)은 유브이(UV)보호막 또는 세라믹을 포함하는 세라믹 코팅층일 수 있다. 보호막층(504)은 두께가 0.02~0.022mm로 형성될 수 있다.

후가공층(500)은 0.025~0.03mm의 두께로 형성될 수 있다.

또한, 후가공층(500) 및 지지층(315)의 두께의 합(D1)은 0.04~0.06mm일 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에서 졸-겔 법으로 세라믹 도료를 준비하는 과정을 나타낸 개략도인데, 이하에서는 도 11을 포함하여 설명한다.

보호막층(504)을 세라믹 코팅층으로 하기 위해, 세라믹 도료가 준비된다. 세라믹 도료는 예컨대, 둘 이상의 용액을 교반하여 세라믹을 제조하는 졸-겔(sol-gel) 법을 이용하여 준비될 수 있다.

즉, 도 11의 (a)에서 보는 바와 같이, A액과 B액을 준비한다. 그리고, 도 11의 (b)에서 보는 바와 같이, A액을 소정시간(예컨대, 30분) 상하 좌우로 흔들어준다. 다음으로, 도 11의 (c)에서 보는 바와 같이, A액에 B액을 혼합한 후 소정시간(예컨대, 5시간) 교반시킨다. 이러한 과정으로 2액형 세라믹 도료가 형성되면, 도 11의 (d)에서와 같이, 도포(스프레이) 이전에 충분히 흔들어준 후 사용하면 된다. 보호막층(504)은 컬러도료층(503) 상에 앞서 준비한 세라믹 도료를 스프레이함으로써 형성될 수 있다.

세라믹 도료는 전술한 바와 같이 예컨대 졸-겔 법에 의해 만들어질 수 있으며, 이러한 세라믹 도료를 이용하여 컬러도료층 상에 세라믹 코팅층이 형성되도록 한다.

세라믹은 높은 유전율을 가지기 때문에 지문센서가 액티브(active) 상태에서 이미지를 받아들이는 신호의 손실을 줄여준다. 즉, 세라믹 코팅층이 유전체층으로 작용하기 때문에, 구동신호가 사용자의 손가락(미도시)을 거쳐 지문센서(200)로 향하는 전기력선이 더욱 밀집하게 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 의한 지문센서 모듈(10)에서는 센싱 신호의 손실분이 감소하게 된다. 또한, 세라믹은 내지문(anti-fingerprint)성과 발수성 등 내오염성이 높다. 따라서, 표면오염으로 인한 이미지의 번짐을 줄여 보다 또렷한 지문 이미지의 획득이 가능하게 된다. 또한, 세라믹 도료 내에 내열성, 은폐력, 내후성이 뛰어난 무기안료의 배합을 통해, 다양한 색상의 구현도 가능하게 된다.

세라믹 코팅층의 유전율은 지문센서(200)의 구동 주파수에 따라 미리 결정될 수 있으며, 예컨대, 유전상수가 5이상일 수 있다. 구체적으로 설명하면, 지문센서 모듈(10)에 사용자의 손가락이 닿을 경우, 또는 지문 인식이 가능할 정도로 사용자의 손가락이 지문센서 모듈(10)에 충분히 접근한 경우, 사용자의 손가락을 향하여 송출한 구동신호는, 사용자를 거쳐 센싱부(210, 도 3 참조)로 수신된다. 이러한 센싱부(210)의 구동 주파수에 적합한 유전율을 가진 세라믹 코팅층(즉, 보호막층(504))을 사용할 경우, 신호는 세라믹 코팅층에 보다 집중하게 되어 이미지 센싱 영역으로 수신된다. 따라서, 신호의 손실이 감소하여 지문센서(200)의 동작성이 향상된다.

본 발명의 실시예에서는 후가공층(500)의 보호막층(504)을 세라믹 코팅층으로 형성함으로써, 낮은 도막 두께, 내마모성 및 내열성보장, 지문센서의 동작성 향상의 효과뿐만 아니라, 지문센서의 신호 손실을 줄여 동작성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 브라켓(310)의 접촉면(314)에 후가공층(500)이 마련되기 전에, 브라켓(310)의 지지층(315)의 두께 조절과 평탄도를 높이기 위한 폴리싱 처리가 더 이루어질 수 있다. 이때, 폴리싱 과정은 지문센서(200)가 센싱할 수 있는 두께까지 이루어지는데, 이를 위해, 브라켓(310)의 지지층(315) 두께가 0.015~0.03mm가 되도록 진행될 수 있다. 예를 들어, 지지층(315)의 두께가 0.1mm의 두께로 구성되면, 지지층(315) 두께가 0.015~0.03mm가 되도록 지지층(315)을 폴리싱 처리하게 된다.

또한, 도 10에서 보는 바와 같이, 몰딩재(350) 상에는 금속판(360)이 더 마련될 수 있다. 금속판(360)은 스테인리스 스틸 소재로 이루어질 수 있다. 금속판(360)은 몰딩재(350) 상에 마련되어 몰딩재(350)가 노출되는 부분을 봉합지지하고, 지문센서 모듈(10)을 지지함으로써 지문센서 모듈(10)의 강도를 보강할 수 있다.

도 7 내지 도 10에 도시된 실시예에 따르면, 미리 마련된 브라켓(310)에 센서(200)를 압착시켜 고정시킴으로써 지문센서(200)의 유연 소재 기판(201)의 평탄도를 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 단면예시도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다. 본 실시예에서는 지문센서가 추가 브라켓(제1브라켓)에 의해 고정될 수 있으며, 다른 구성은 일실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 12 내지 도 14에서 보는 바와 같이, 제1브라켓(3310)은 지문센서(200)의 센서 회로부(220)를 내측에 형성된 제1홈(3311)에 수용하고, 제1홈(3311)의 가장 자리에 형성된 단차(3319) 위에 유연한 기판(201)을 지지하여 지문센서(200)의 센싱부(210)가 상면을 향하게 안착시킨다.

이때, 지문센서(200)와 제1브라켓(3310)은 에폭시 수지 또는 접착 테이프에 의해 상호 접착되며, 외부 인터페이스 연결부(221)는 제1브라켓(3310)의 외부에 노출되어 연장되게 배치된다.

또한, 제1브라켓(3310)을 지지하고 외부 인터페이스 연결부(221)를 관통시킬 수 있는 관통부(3318)를 포함하는 플랜지(3312)가 구성될 수 있다. 플랜지(3312)는 제1브라켓(3310)과 일체형 또는 분리형으로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서는 일체형으로 구성된다. 이때, 플랜지(3312)에는 외부 장식부재(미도시)가 결합될 수 있는 결합홀(미도시)이 포함될 수도 있다.

이때, 관통부(3318)는 제1브라켓(3310)의 바닥면 테두리와 맞닿는 플랜지(3312)부분에 구성될 수 있다.

그리고, 플랜지(3312)의 외형은 제1브라켓(3310)의 테두리보다 넓게 구성될 수 있는데, 이는 후속공정이 용이하도록 미리 위치고정 역할을 하기 위함이다.

이후, 제1브라켓(3310)에는 지문센서(200)가, 관통부(3318)에는 외부 인터페이스 연결부(221)가 구성된 상태에서 제1브라켓(3310)을 덮도록 제2브라켓(3320)이 구성된다. 제2브라켓(3320)은 외부 인터페이스 연결부(221)를 고정시키고, 지문센서 모듈을 모바일 장치에 부착시키기 용이하도록 설계될 수 있다. 한편, 제2브라켓(3320)은 공정상에서 제1브라켓(3310)과 일체형으로 구성될 수도 있다.

제2브라켓(3320)에는 지문센서(200)의 센싱부(210)를 덮도록, 지지층(3315)이 형성될 수 있다.

그리고, 제2브라켓(3320)이 구성된 이후, 제2브라켓(3320)의 접촉면(3314)에는 별도의 폴리싱 과정이 더 포함될 수 있다. 이때, 폴리싱 과정은 지문센서(200)가 센싱할 수 있는 두께(0.015~0.03mm)까지 이루어질 수 있다.

다음으로, 폴리싱 과정을 마친 후, 접촉면(3314) 상에는 후가공층(500)이 형성될 수 있다. 후가공층(500)은 0.025~0.03mm의 두께로 형성될 수 있다.

제1브라켓(3310), 플랜지(3312), 및 제2브라켓(3320)은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 제2브라켓(3320)의 지지층(3315)에는 강유전체(400)가 포함될 수 있으며, 강유전체(400)는 제2브라켓(3320)에 전체적으로 더 포함될 수 있다.

또한, 제2브라켓(3320)은 물리적인 방법으로 결합되거나, 인서트 몰딩과 같은 몰딩에 의해 결합될 수 있다.

제1브라켓(3310)과 지문센서(200)와 제2브라켓(3320)이 결합된 지문센서 모듈(3010)은 기판상에서 복수개가 처리되어 소잉 과정을 통해 개별 모듈로 분리될 수 있다.

한편, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 단면예시도이다. 본 실시예에서는 지문센서가 브라켓의 홈에 먼저 수용되어 안착되고, 추가 브라켓이 홈에 삽입 결합될 수 있다.

즉, 도 15의 (a)~(c)에서 보는 바와 같이, 지문센서(200)는 브라켓(4310)의 홈(4312)에 먼저 수용되어 브라켓(4310)에 안착될 수 있다. 여기서, 브라켓(4310)은 도 14의 제2브라켓(3320)에 대응된다.

그리고, 브라켓(4310)의 홈(4312)의 빈 공간에 추가 브라켓(4320)이 삽입 결합될 수 있다. 여기서, 추가 브라켓(4320)은 도 14의 제1브라켓(3310)에 대응된다.

즉, 본 실시예는 지문센서(200)가 브라켓(4310)의 홈(4312)에 삽입되고, 이후, 추가 브라켓(4320)을 홈(4312)에 결합하여 지문센서(200)를 고정한다는 점에서, 도 7 및 도 8을 통해 설명한 브라켓(310)의 홈(312)에 지문센서(200)를 안착하고, 이후 몰딩재(350)로 지문센서(200)를 고정하는 방법과 공통점이 있다.

또한, 본 실시예는 지문센서(200)가 몰드품으로 이루어지는 별도의 브라켓(4310) 및 추가 브라켓(4320)에 의해 고정된다는 점에서, 도 14를 통해 설명한 바와 같이 몰드품으로 이루어지는 별도의 제1브라켓(3310) 및 제2브라켓(3320)을 이용해 지문센서(200)를 고정하는 방법과 공통점이 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10,3010: 지문센서 모듈
200,1200,2200: 지문센서
220,1220,2220: 센서회로부
310,4310: 브라켓
312: 홈
314: 접촉면
315,3315: 지지층
340: 지그
350: 몰딩재
360: 금속판
400: 강유전체
500,3500: 후가공층
502: 프라이머층
503: 컬러도료층
504: 보호막층
3310: 제1브라켓
3320: 제2브라켓
4320: 추가 브라켓

Claims (11)

1. 지문센서를 전자기기에 장착하기 위한 지문센서 모듈에 있어서,
   기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서회로부를 가지는 지문센서로서, 상기 센싱부는 구동 전극 및 이미지 수신 전극을 가지고, 상기 센싱부는 상기 센서회로부와 함께 패키징되어 있는 것인 지문센서;
   상기 지문센서의 센서회로부를 수용하여 상기 센싱부가 상면을 향하도록 안착시키는 제1브라켓; 그리고,
   상기 센싱부 상면을 덮어서 지지층을 형성하고, 상기 지문센서 및 상기 제1브라켓을 고정하는 제2브라켓을 포함하는 것인 지문센서 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지문센서는 에폭시 수지 또는 접착 테이프에 의해 상기 제1브라켓에 접착되는 것인 지문센서 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2브라켓은 끼움결합 또는 결합부재에 의한 기계적 결합 및 인서트 사출 결합 중 어느 하나에 의해 상기 제1브라켓에 결합되는 것인 지문센서 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지층의 두께는 0.015~0.03mm 인 것인 지문센서 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2브라켓은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어지는 것인 지문센서 모듈.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 의한 지문센서 모듈을 구비한 휴대용 전자기기.
7. 지문센서를 전자기기에 장착하기 위한 지문센서 모듈의 제조방법에 있어서,
   a) 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서회로부를 가지는 지문센서에서, 상기 지문센서의 센서회로부를 수용하여 상기 센싱부가 상면을 향하도록 상기 지문센서를 제1브라켓에 안착시키는 단계; 그리고
   b) 상기 제1브라켓의 상측에 제2브라켓을 결합하여 상기 센싱부 상면에 지지층이 형성되도록 상기 지문센서를 고정하는 단계를 포함하며,
   상기 센싱부는 구동 전극 및 이미지 수신 전극을 가지고, 상기 센싱부는 상기 센서회로부와 함께 패키징되어 있는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 지문센서를 상기 제1브라켓에 안착시키는 단계(a단계)에서, 상기 지문센서는 에폭시 수지 또는 접착 테이프에 의해 상기 제1브라켓에 접착되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1브라켓 및 상기 지문센서를 고정하는 단계(b단계)에서, 상기 제2브라켓은 끼움결합 또는 결합부재에 의한 기계적 결합 및 인서트 사출 결합 중 어느 하나에 의해 상기 제1브라켓에 결합되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 지지층은 두께가 0.015~0.03mm로 형성되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
11. 제7항에 있어서,
    상기 제1브라켓 및 상기 제2브라켓은 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound), 불소 수지, 및 20~40%의 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide) 소재 중 어느 하나로 이루어지는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.

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