KR101620373B1 - 표면 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면의 구조를 측정하기 위한 센서, 특히 지문인식 센서에 관련되는 것으로, 상기 센서는 손가락 표면 구조의 크기에 호환되거나 또는 더 작은 크기를 갖는 손가락 표면에 결합되기 위한 선택된 위치에 선택된 개수의 센서 요소와, 상기 센서 요소에 결합되어 상기 손가락 표면 구조의 임피던스 측정값을 제공하는 심문 전극을 포함하는 처리 유닛을 포함하며, 처리 유닛은 기판의 일 측면 위에 장착되고 센서 요소는 상기 기판의 다른 측면에 위치하고, 기판은 상기 센서 요소 및 상기 심문 전극 사이에 관통하는 제 1 도전체 리드를 포함한다. 기판은 실리콘과 같은 반도체 재료로 이루어지고 상기 제 1 도전체 리드는 기판에서 이들을 분리하는 절연 유전체에 의해 둘러쌓인 선택된 크기의 관통 기판 부분에 의해 구성된다.
Description
본 발명은 표면 내 구조물을 측정하고 묘사하기 위한 센서에 관한 것이며, 특히 손가락 표면 내 구조물의 크기에 필적하는 크기를 갖는 손가락 표면에 결합하 는 선택된 위치의 선택된 개수의 센서 요소를 포함하는 지문인식 센서에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 관통하는 도전 경로를 갖는 실리콘 기판과, 손가락 표면에 결합되어 있는 센서 요소로부터 실리콘 기판의 반대측 전기 회로에 의해 구성되는 처리 유닛에 기초하는 지문인식 센서에 관한 것이다.
본 명세서 및 특허청구의 범위에 있어서 '표면 내 구조물을 측정' 혹은 '표면의 구조를 측정'한다는 것은, 예컨대 지문 (fingerprint)과 같이 어떤 표면 (예컨대, 손가락 표면 등)에 형성되어 있는 문양이나 기타 특징들을 측정한다는 의미로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 특허청구의 범위에 있어서 '표면 내 구조물을 측정' 혹은 '표면의 구조를 측정'한다는 것은, 예컨대 지문 (fingerprint)과 같이 어떤 표면 (예컨대, 손가락 표면 등)에 형성되어 있는 문양이나 기타 특징들을 측정한다는 의미로 이해되어야 한다.
최근에 들어, 생물 측정학적 방법, 그리고 특히 지문인식 센서는 예를 들어 출입국 관리소, 공항은 물론 랩탑 등과 같은 개인용 장치를 이용할 때 사람의 신원을 검증하기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 현재의 솔루션은 사용과 제조 양측면에서 여전히 많은 단점을 갖고 있다. 공항 및 출입국 관리소에서 사용되는 지문인식 센서는 많은 경우에 크고 너무 고가인 단점이 있으며, 또한 몇몇 랩탑 컴퓨터 및 휴대용 장치에서 공지된 스트립 형상의 지문인식 센서는 센서에 관한 제조 기술이 제품의 외피의 요홈에 이들 센서가 위치하여야 하는 단점을 갖고 있다. 따라서 이는 비실용적이고 제품의 기능성 및 심미적 도안에 제약을 가하게 된다. 또한, 사용자가 자신의 손가락을 움직이면서 요홈 안으로 누르는 것을 요구함으로써, 먼지가 요홈의 내측에 남게 되고 이는 주사(周射) 영상의 품질을 감소시킬 수 있다.
지문인식 센서가 그 안에 장착되어 있는 제품의 표면과 동일한 평면에 위치할 수 있는 지문인식 센서로서, 센서 요소가 도전체를 개재하여 기판을 통해 제공되는 절연 기판의 일 측면 상에 위치하는 미국 특허 제7251351호에 기술되어 있다. 상기 특허는, 실리콘이 기판으로 사용될 수 있고 이 재료는 전도되는 성질이 있으므로, 결국 복잡한 제조 공정을 통하여 도전체가 기판으로부터 절연되어야 하는 단점을 갖는 것으로 알려져 있다는 점이 언급되고 있음에도, 유리, 세라믹 및 기타 절연 재료로 이루어진 기판을 사용하고 있다.
다른 솔루션으로는 전자 회로가 기판에 제작되어 있는 미국 특허출원 제2005/0101054호 및 미국 특허 제7184581호에 기술된 단일 칩 솔루션이 있다. 상기 특허들은 측정에 관련된 전자회로 및 처리 유닛 또는 지문 인식 센서 요소 위치의 레이아웃이 변경되어야 할 필요가 있을 때에는 전반적인 제조 과정의 변경 및 복잡한 제조 방법을 필요로 한다.
따라서 널리 알려진 고용량, 저비용 반도체 제조 공정에 의해 구현되고, 또한 표면 센서가 장착된 대상의 표면과 동일하게 위치할 수 있도록 허용하는 지문인식 센서를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 본 발명은 동일 센서 기판이 다양한 처리 유닛에 의해 제공될 수 있고 또는 그 역이 될 수 있는 방식으로 플렉시블 센서 제품을 보증한다. 이는 전술한 바와 같고 첨부된 특허청구범위에 기술된 바와 같이 특징 되는 지문인식 센서로 달성된다.
따라서 지문인식 센서는 일 측면 위에 손가락이 결합되는 센서 요소를 갖고 다른 측면 위에 잘 보호되는 처리 유닛을 갖는 웨이퍼 도전체 리드를 통해 준비되는 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제조된다. 상기 실리콘 웨이퍼의 한 가지 제조 방법이 국제 특허 공보 제WO2004/084300호 및 제WO2007/089207호에 있으며 본원에서는 상세하게 기술되지 않지만, 이러하거나 이와 유사한 제조 방법의 명세서는 센서를 제공함에 있어 예컨대, 비아(via)/도전체 리드의 선택된 도전성을 제공하기 위해 도핑을 하게 되며, 도전 재료로 채워진 드릴링 가공이나 에칭 가공된 절연성 비아(via) 홀을 통해 또는 실리콘 기판으로 직접 일부 전자 회로를 추가함으로써 유연성의 이점을 제공한다. 제WO2007/089207호에 기술된 방법은 선택된 크기의 실리콘 기판 영역을 10-20㎛의 통상의 폭을 구비한 절연 트렌치에 의해 분리하는 것을 허용한다. 또 다른 가능한 제조 방법으로는 기판에 전자 회로를 연결하기 위해 비아 홀이 사용되는 미국 특허공개 제 2005/0101054호와 함께 미국 특허 제 US7227213 호 및 제 US6838362호에 기술되어 있다.
다음으로 본문에서 용어 임피던스는 손가락의 측정 특징을 기술하기 위해 사용된다. 이는 처리 유닛 내의 전압 및/또는 전류 측정 및 이로부터 지문 구조를 계산하는 결과로써 실제로 관련 기술에 숙련된 자에 의해 이해되는 것이다. 또한, 용어 결합은 두 개 부분 사이의 직접 전기적 접촉과 절연체를 통한 두 개 부분의 용량성 결합 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 실시예를 통해 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명하게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1실시형태의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 위로부터 알 수 있는 선형 지문인식 센서의 레이아웃을 도시한 것이다.
도 3은 기판과 구동 전극 또는 접지 전극 사이의 절연 영역의 바람직한 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 위로부터 알 수 있는 선형 지문인식 센서의 레이아웃을 도시한 것이다.
도 3은 기판과 구동 전극 또는 접지 전극 사이의 절연 영역의 바람직한 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태의 단면을 도시한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지문인식 센서의 바람직한 일 실시형태의 단면을 도시한 것이다. 본질적으로 센서는 기판의 관통 칩 비아로서 제 1 도전성 리드(2)를 구비한 반도체 칩(1)에 의해 구성된다. 제 1 도전체 리드는 예를 들면 WO2007/089207호에 기술된 바와 같이 도핑된 기판 재료에 트렌치를 에칭하고, 트렌치에 절연 재료(3)를 채우고 이후에 기판의 잔여부를 제거함으로써 트렌치가 기판을 관통하여 기판(1)의 잔여부로부터 에워싸인 영역(2)을 전기적으로 절연함으로써 제조된다. 또한 추가의 도핑이 비아(via) 및/또는 에워싸인 기판에 추가될 수 있으므로, 접촉 저항을 개선하거나 ESD 보호를 위해 다이오드를 추가할 수 있다.
제 1 도전체(2)의 크기는 도전체가 통상의 손가락 표면(20)의 구조보다 작게 선택되므로, 도전체는 통상적으로 대략 300 내지 600 ㎛의 피치를 갖는 표면 내 골과 융선 사이를 식별할 수 있다. 따라서 제 1 도전체의 통상의 단면은 대략 20-50㎛이고 절연 트렌치가 1-30㎛의 폭을 가질 수 있지만, 다른 버전으로는 100㎛의 범위에서 보다 큰 센서 피치를 구비하여 고려될 수도 있다. 한편 구현된 실시형태에서 센서 피치는 50.8 mm이다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 손가락 표면에서 또는 표면 내의 임피던스 측정을 목표로 하므로 기판 표면의 감지 측면에는 유전층(5) 및 바람직하게는 보호층(6)이 제공된다. 보호층은 유럽 특허 제EP0779497호 및 미국 특허 제US5963679호에 기술된 바와 같은, 다이아몬드상 카본(DLC; Diamond Like carbon) 또는 비정질 다이아몬드와 같은 탄소계 재료로 이루어질 수 있다. 유전층 및 보호층의 두께는 예컨대 500 nm 이상의 범위에서 측정을 위한 적합한 임피던스를 제공하도록 선택된다.
감지 표면과 반대 측면에서 지문인식 센서로 잘 알려진 방식으로는, 지문인식 센서에 결합되어야 하는 처리 유닛(18)에 대해 접촉 전극(17)의 위치를 적용하기 위해 라우팅 도전체 리드(7) 및 유전층(8, 9, 10)이 제공된다. 상기 방식은 처리 유닛(18)이 독립적으로 제작되기 때문에, 처리 유닛은 기판보다 훨씬 작게 그리고 기판 내 전자 회로를 구성하는 솔루션보다 훨씬 효율적이고 비싸지 않은 처리 솔루션을 이용하여 제작될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면 기판에는 또한 제 1 도전체 리드(2)와 동일한 방식으로 생성되고 손가락 표면 내 특징부보다 훨씬 큰 커다란 치수를 갖는 제 2 관통형 도전체(4)가 제공되며, 따라서 제 2 도전체 및 손가락 사이의 결합이 표면 내 구조물에 의해 현저하게 영향을 받지 않게 된다. 이러한 경우에, 처리 유닛이 또한 제 2 도전체 및 접지면 사이에 전압을 인가함으로써 예컨대 제 1 및 제 2 도전체 리드 사이에 정전압 또는 가변 전압을 인가하고 그 자체로 잘 알려진 방식으로 임피던스를 측정하기 때문에, 처리 유닛은 제 1 도전체 리드(2)에 의해 제공되는 다수의 센서 요소 각각과 제 2 도전체 리드(4)에 의해 제공되는 구동 전극 사이의 임피던스를 측정하기에 적합하고, 제 1 및 제 2 도전체 사이의 임피던스는 제 1 도전체에서 손가락으로부터 접지면으로 전류 흐름을 감지함으로써 측정된다. 이 경우 단지 크기의 차이로 인해 제 1 도전체 리드에 가까운 손가락의 구조물이 측정에 영향을 주므로 센서에 의해 측정되는 것이다. 본 발명의 이러한 실시형태에서, 제 2 유전층(5)에 개구(開口) 또는 박형(薄形) 부분을 제공하는 것이 가능하고 따라서 손가락 및 센서 패드(2), 구동 패드(4) 및/또는 기판(1)의 잔여부 사이의 임피던스를 최적화한다.
한편 미국 특허 제 US6,512,381호에 기술된 솔루션과 같이 호환 가능한 크기와 제 1 도전체 리드에 가까운 제 3 도전체(도시되지 않음)를 구비하는 또 다른 대안이 고려될 수 있다.
도 2는 본질적으로 센서 요소(12)의 선형 어레이(linear array)에 의해 구성되는 스트립 형상의 지문인식 센서(11)의 레이아웃을 도시하며, 이때 각 센서 요소는 하나의 제 1 도전체 리드(2)에 관련된다. 본질적으로 센서 어레이(12)를 에워싸는 것은 제 2 도전체 리드에 관련된 자극 또는 구동 전극(14)이므로, 손가락에 걸쳐 균일한 전압 분포를 보증하고 센서 어레이에서 감지된 임피던스 차이는 어레이에 가까운 피부의 구조물 변형에 관련된다.
도 2의 레이아웃은 또한 2개의 접지 전극(15, 16), 예컨대 디지털 및 아날로그 접지 결합을 포함하고, 따라서 ESD 보호를 제공한다. 또한 이들 전극은 기판을 통해 대응하는 도전체 리드에 관련될 수 있고, 또는 도시된 것처럼 접지 전극(16) 중 하나에는 기판 자체를 통해 제공된다. 접지 전극의 상부의 유전층은 박형이 되거나 제거될 수 있고 접지면으로 방전하기 위해 ESD 이벤트의 가능성을 증가시킨다. 한편 ESD를 보호하기 위한 다른 솔루션은 기판 비아(via) 또는 센서 기판에 다이오드 구조물을 도핑함으로써, 그리고 예를 들어 플립 칩 어셈블리에 의해 구동 전극 및 접지면 사이에 외부 ESD 다이오드를 연결함으로써, 외부 ESD보호를 제공하여 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 센서 레이아웃의 대안적인 실시형태에 따르면, 센서 라인은 가능하게는 측정의 해상도를 증가시키고 지그재그 구조물을 제공하는 종방향으로 이동되는, 센서 요소의 수 개의 선에 의해 구성될 수도 있다. 다수의 센서 라인은 또한 미국 특허 US6289114호에 기술된 바와 같이 조각에 의해 지문 영상을 재구성하는 것 또는 미국 특허 US7054471호에 기술된 바와 같이 센서 위의 손가락의 움직임을 측정하는 것을 허용할 수 있다.
대안적인 실시형태에 따르면, 미국 특허 US6,628,812호 및 US 6,683,971호에 기술된 바와 같이 기판 재료 영역을 축소하는 이점을 갖는, 접지면 및/또는 구동/자극 전극이 기판 외측의 외부 전극을 통해 제공될 수도 있다.
추가의 전극 및 전자 회로가, 예를 들어 US7251351호 및 US7110577호에 기술된 바와 같이 표면 위의 손가락의 움직임을 측정하기 위해, 또는 US7129926호 및 US7308121호에 기술된 바와 같이, 화면 상의 포인터의 탐색 또는 구동을 위해 센서 표면(11) 상에 제공될 수도 있다. 트렌치는 기판의 고립 부분에 대해 다른 목적으로 예컨대 지문인식 센서에 관련되지 않는 다른 유형의 전자회로를 위해 사용될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전극 및 기판 사이의 절연은 절연 재료(3), 바람직하게는 유전 재료로 채워진 기판의 트렌치를 이용하여 제공될 수도 있다. 도 3에서 선택된 간격에서 이들 사이에 연장되고, 따라서 사다리형 형상을 제공하는 트렌치를 통해 상호 연결되는 2개의 트렌치에 의해 구성되는 이중 트렌치(12, 13)가 사용되는 대안적인 솔루션이 도시된다. 이는 제조상의 오차가 사다리의 일 측면에서 다른 측면으로 직접 연결을 야기하지는 않지만, 예컨대 사다리의 한 측면으로부터 사다리 내 고립된 섬(islands)(12) 중 한 섬으로, 또는 이들 섬 사이에 하나의 트렌치를 교차시킴으로써, 직접 연결을 야기하게 되므로 절연체에 걸쳐 더 작은 결합 용량 및 더 나은 절연을 제공하는 이점을 갖게 된다. 이러한 이중 트렌치는 특히 구동/자극 전극(14) 및 접지 전극 사이의 바람직한 솔루션이다. 실제로 선형 어레이는 센서로서, 가능하게는 사다리의 한 측면 또는 양 측면에 위치한 추가의 센서로서 섬(islands)(12)을 이용한 구조를 가지게 된다. 사다리 트렌치 치수는 1-30 ㎛의 폭, 예를 들어 50.8 ㎛의 피치를 갖는 트렌치에 의해 분리되는 20-50 ㎛ 범위의 비아(via)로 구성될 수도 있다. 한편 사다리 트렌치는 웹사이트 상에 공개된 Tomas Bauer에 의해 작성되고 "First High Volume Via Process for packaging and Integration of MEMS/CMOS" 명칭으로 전술한 WO2007/089207호의 명세서를 통해 Silex의 공보로부터 그 자체가 널리 알려져 있다.
도 4에는 도 1의 실시형태와 유사한 솔루션이 도시되어 있다. 이 경우에 센서 측면 제 1 유전층(5)의 개구는 도전체 리드(2, 4) 위에 형성되고 센서 패드 금속막(22, 24)은 개구 내에 형성된다. 제 2 유전층(25)이 금속 센서 패드(22, 24)를 덮게되고 형성되고 보호층(6)은 상부에 형성된다. 상기 금속 센서 패드(22, 24)는 결합을 개선하고 센서 영역이 비아 공정이 아닌 금속 공정으로 형성될 때 센서 영역의 형성의 자유도를 증가시킨다. 그러나 전극(센서 전극22 및 자극/구동 전극24) 영역 사이에 상충관계가 존재하며 마치 센서 영역이 그 하부의 도전체 리드(2, 4) 및 절연 트렌치(3)의 치수에 걸쳐 연장된 것처럼, 이는 에워싸인 기판에 대한 결합을 통해 센서 요소 또는 구동 전극에 걸쳐 임피던스에 영향을 주게 된다. 이는 표면의 잔여부보다 센서 패드 및/또는 자극 패드에서 유전층의 상이한 두께를 갖는 가능성을 부여하고, 이는 센서 패드(22)와 자극 패드(24) 사이에 신호의 결합을 증가시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 실시형태에서, 센서 패드, 구동 패드 및 기판의 잔여부에 대한 임피던스를 최적화하기 위해서, 구동 패드(24)를 구성하는 센서 패드 또는 센서 요소 패드(22) 위에 제 2 유전층(25)에 개구 또는 더 박형의 부분을 제공하는 것이 또한 가능하다.
도 5에서 도전체 리드의 위치가 처리 유닛으로 직접 접속하기 위해 선택되었고 처리 유닛으로 결합하기 위한 도전체에서 금속으로 채워진 개구(7)를 구비한 제 1 제 2 측면 유전층(8)이 제공된다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시형태의 조합은 또한 기판의 상부 및 하부 측면 모두에서 도전체 경로를 사용하는 것을 고려할 수 있고, 따라서 양쪽 측면에 도전체 리드를 배정한다.
도 5의 상부 기판(1)의 제 1 측면에서, 센서 요소의 위치는 기판 하부의 접속점과 같은 방식으로 조정되고 도 4의 기판 하부의 도전층 및 유전층(8, 9, 10)을 사용하여 배정된다. 개구가 제 1 유전층(5)에 제공되고 관통 비하/도전체 리드로부터 센서 표면 위의 소정의 위치로 금속 도전체 리드(22, 24)의 패턴을 구성하는 제 1 금속층이 제공된다. 제 1 금속층(22, 24)이 센서 요소 및 센서 표면 위 전극의 소정의 위치에 개구부를 구비한 제 2 유전층(25)에 의해 덮여지고 제 2 금속층이 센서 위의 차폐층(42)을 구성하면서 센서 요소 및 전극 위치에 제공된다. 이 상부에 유전층(35) 및 보호층(6)이 적용된다.
도 5의 상부에 도시된 솔루션에 의해 제공되는 이점은 전극의 경로가 기판을 통해 도전체 리드에 대해 기술된 제조 방법보다 센서 요소들 사이에 보다 적은 피치를 허용한다는 점이다. 따라서 얻어진 지문 영상의 공간적 해상도가 향상될 수 있다.
따라서 본 발명은 센서 비아 및 특히 바람직하게는 또한 기판의 일부로서 구동 전극 비아를 구비한 지문 센서의 구현에 특히 관련된다. 바람직한 센서는 통합 다이아몬드형 보호 코팅에 의해 덮여지고, 또한 센서 라인 및 구동 고립 트렌치의 사다리형 구조를 가지며, 또한 가능하게는 다양한 기능에 사용되기 위한 센서 기판의 다양한 부분을 분리한다. 평면 표면을 이용한 지문인식 센서의 이러한 결과는 장착된 표면과 동일한 평면의 위치일 수 있다. 플립 칩 어셈블리 또는 유사물을 사용하여 전자 ASIC의 온칩 어셈블리에 관한 가능성이 제공된다.
지문인식 센서에 덧붙여, 본 발명은 또한 표면 구조에 숨겨진 정보를 이용하여 은행권 또는 항목과 같은 표면 구조를 측정하기 위한 다른 영역에 활용될 수도 있다.
요약하면, 본 발명은 표면의 구조를 측정하기 위한 센서, 특히 지문인식 센서에 관련되고, 이 센서는 표면의 구조의 크기에 호환되거나 또는 더 작은 크기를 갖는 표면에 결합되기 위한 선택된 위치에 선택된 개수의 센서 요소와, 그리고 상기 센서 요소에 결합되는 심문(審問, interrogation) 전극을 포함하여 상기 표면 구조의 임피던스 측정값을 제공하는 처리 유닛을 포함하며, 처리 유닛은 기판의 일 측면 위에 장착되고 센서 요소는 상기 기판의 다른 측면에 위치하고, 기판은 상기 센서 요소 및 상기 심문 전극 사이에 관통하는 제 1 도전체 리드를 포함한다. 기판은 실리콘과 같은 반도체 재료로 이루어지고 상기 제 1 도전체 리드는 절연 재료, 바람직하게는 기판에서 이들을 분리하는 유전체에 의해 둘러쌓인 선택된 크기의 기판 부분을 관통함으로써 구성된다. 따라서 센서는 측정 표면에서 다른 측면 위에 심문 처리 유닛을 갖는 단일 웨이퍼로부터 제조될 수 있다.
기판은 또한 적어도 하나의 제 2 도전체 리드를 포함하고, 기판을 관통하는 방향의 단면은 실질적으로 표면의 구조보다 크고, 상기 손가락 표면 및 상기 처리 유닛으로 결합되는 외부 전극을 제공한다. 제 2 도전체 리드는 또한 유전 재료를 이용하여 기판에서 절연되고 센서 요소의 일 측면에 위치하거나 요소를 둘러싸는 위치의 부분에 의해 구성된다.
처리 유닛은 바람직하게는 외부 전극 및 센서 요소 사이의 임피던스를 측정하기에 적합하고, 센서 요소는 상기 기판의 제한된 영역에 형성되고 상기 적어도 하나의 제 2 도전체 리드는 상기 제한된 영역의 적어도 두 측면에서 평면으로 위치하므로 적어도 부분적으로 제한 영역이 센서 요소로 에워쌓인다. 적어도 하나의 제 2 도전체 리드는 기준 전위로써 접지면에 결합될 수도 있다.
또한 마모에 대해 외부 표면을 보호하기 위해서 탄소 계열 재료로 이루어진 외부 보호층, 예를 들어 비정질 다이아몬드 또는 DLC가 상기 센서 요소를 덮고 센서 표면을 보호한다.
센서 패드는 도전체 리드의 치수의 외측으로 연장하는 관련 도전체에 결합되는 도전성 영역으로 구성될 수 있지만, 누화 및 기판에 대한 용량성 결합을 줄이기 위해서 에워싸는 유전체 절연물을 구비한 도전체 리드의 치수는 바람직하게는 도전체 리드 및 관련 절연 재료의 치수보다 작다.
센서 요소는 기판 표면의 소정의 영역에 위치할 수 있고, 센서 요소는 본질적으로 구동 전극에 의해 둘러쌓이며, 상기 구동 전극은 구동 전극과 접지면 사이에 가변 전압을 인가하기에 적합하고, 센서 요소와 구동 전극 사이의 임피던스를 측정하는 상기 처리 유닛에 결합된다. 더욱 구체적으로, 구동 전극은 기판에서 전기적으로 절연되어 있는 기판의 제 2 도전체 리드를 통해 처리 유닛에 결합될 수 있고, 절연체는 본질적으로 평행한 2개의 관통 유전체 영역에 의해 구성되는 절연 구조이고, 절연 구조는 선택된 간격에서 각각 평행한 유전체 영역 사이로 연장되는 관통 유전체 영역을 가지며, 따라서 이중 절연 영역을 제공한다. 센서는 또한 적어도 하나의 접지 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 특히 표면 센서에 관련되며, 센서 요소는 본질적으로 손가락 표면의 일 부분의 구조를 측정하기 위한 선형 어레이로 구성되고, 상기 본질적인 선형 어레이는 적어도 한 라인의 센서 요소를 포함한다. 따라서 센서는 표면에 대해 상대적으로 이동하는, 표면의 구조, 특히 손가락의 구조를 측정하기 위한 스트립 센서(stripe sensor)이다. 처리 유닛 또는 관련 회로는 이후에 표면의 영상을 제공하기 위한 다양한 시간 주기에서 샘플링된 상기 센서 요소로부터 측정값을 조합할 수 있다.
이후에 스트립 센서의 센서 요소는 스티칭(stitching)에 의해 완전한 표면의 영상을 생성하기 위하여 다수의 평행한 센서 라인과 같은 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 센서 라인은 또한 종방향으로 이동할 수 있고, 따라서 얻어진 영상의 해상도를 개선시키는 지그재그형 라인을 제공한다.
센서는 또한 그 자체로 알려진 방식으로 표면에 관련하여 움직이는 표면의 움직임을 측정하기 위한 센서 요소를 포함할 수 있다. 이들 센서 요소는 선택된 개수의 센서 요소로 구성되거나 또는 특별히 제공되고 위치된 움직임 센서로 제공될 수 있다.
1: 반도체 기판 2, 4, 7: 도전체 리드
3: 절연 재료 5, 8, 9, 10: 유전층
6: 보호층 11: 센서 표면
12: 센서 요소 14: 자극/구동 전극
15, 16: 접지 전극 17: 접촉 전극
18: 처리 유닛 20: 손가락 표면
22, 24: 센서 패드 25: 유전층
35: 유전층 42: 차폐층
3: 절연 재료 5, 8, 9, 10: 유전층
6: 보호층 11: 센서 표면
12: 센서 요소 14: 자극/구동 전극
15, 16: 접지 전극 17: 접촉 전극
18: 처리 유닛 20: 손가락 표면
22, 24: 센서 패드 25: 유전층
35: 유전층 42: 차폐층
Claims (18)
- 표면의 구조를 측정하기 위한 센서로서,
상기 센서는, 표면의 구조의 크기와 같거나 이보다 작은 크기를 갖는 표면에 결합되도록 소정의 위치에 배치된 소정의 개수의 센서 요소, 및 상기 센서 요소에 결합되어 상기 표면의 구조의 임피던스 측정값을 제공하는 심문 전극 (interrogation electrodes)을 포함하는 처리 유닛을 포함하며,
상기 처리 유닛은 기판의 일 측면 위에 장착되고 상기 센서 요소는 상기 기판의 다른 측면에 위치하며, 상기 기판은 상기 센서 요소 및 상기 심문 전극 사이에 관통하는 제1 도전체 리드를 포함하고,
상기 기판은 실리콘과 같은 반도체 재료로 이루어지고, 상기 제1 도전체 리드는 상기 기판에서 이들을 분리하는 절연 재료에 의해 둘러싸인 소정의 크기의 기판 부분을 관통함으로써 구성되고, 상기 제1 도전체 리드는 상기 기판과 동일한 재료로 제작되며,
상기 기판은, 유전체 재료에 의하여 기판에서 절연되어 있는 기판의 한 부분으로 구성되는 적어도 하나의 제2 도전체 리드와, 상기 제2 도전체 리드를 통하여 상기 표면 및 상기 처리 유닛에 결합되어 있는 외부 전극을 더욱 포함하며, 상기 제2 도전체 리드는 표면의 구조보다 크게 되어 있는, 표면 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 표면의 구조가 지문 (fingerprint)인, 표면 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 도전체 리드는 상기 기판을 통과하는 방향에서 표면의 구조보다 큰 단면을 가지고 있는, 표면 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 외부 전극 및 상기 센서 요소 사이의 임피던스를 측정하도록 구성된, 표면 센서.
- 제4항에 있어서, 상기 센서 요소는 상기 기판의 일부의 영역에 위치하고, 상기 적어도 하나의 제2 도전체 리드는 상기 일부의 영역의 적어도 두 측면에서 평면 내에 위치함으로써, 상기 일부의 영역이 적어도 부분적으로 센서 요소로 에워싸여지는, 표면 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2 도전체 리드가 접지되어 있는, 표면 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 요소는 유전층을 포함하며, 상기 유전층은 상기 센서 요소가 위치하는 상기 기판의 측면을 덮고 상기 센서 요소의 상부에서의 두께가 줄어드는 개구부 또는 영역을 가지며, 또한 상기 센서 요소는 센서 패드를 구성하는 상기 개구부 내에 적어도 위치하는 도전층을 더욱 포함하는, 표면 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 센서 패드의 치수는 유전체 절연물로 애워쌓인 도전체 리드의 단면 치수와 동일한, 표면 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 요소를 덮어서 센서 표면을 보호하는 탄소계 재료로 이루어진 외부 보호층을 갖는, 표면 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 요소는 기판 표면의 소정의 영역에 위치하고, 상기 센서 요소는 구동 전극에 의해 둘러 싸여 있으며, 상기 구동 전극은 구동 전극과 접지면 사이에 가변 전압을 인가하기에 적합하면서 상기 센서 요소와 상기 구동 전극 사이의 임피던스를 측정하도록 상기 처리 유닛에 결합되는, 표면 센서.
- 제10항에 있어서, 상기 구동 전극은 상기 기판에서 전기적으로 절연되어 있는 기판내의 상기 제2 도전체 리드를 통해 상기 처리 유닛에 결합되고, 절연체는 평행한 2개의 관통 유전체 영역에 의해 구성되는 절연 구조이고, 상기 절연 구조는 소정의 간격으로 각각 평행한 유전체 영역 사이로 연장되어서 이중 절연 영역을 제공하는 관통 유전체 영역을 갖는, 표면 센서.
- 제10항에 있어서, 상기 센서 요소는 상기 표면의 일 부분의 구조를 측정하기 위한 센서 어레이 (linear array)로 구성되고, 상기 선형 어레이는 상기 센서 요소들의 적어도 하나의 라인을 포함하는, 표면 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 선형 어레이는 상기 센서 요소들의 다수의 평행한 라인들을 포함하는, 표면 센서.
- 제13항에 있어서, 상기 평행한 라인들은 서로에 대해 소정의 거리만큼 이격되어서 센서 요소들의 지그재그형 라인들을 제공하는, 표면 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 센서 위에서의 상기 표면의 움직임을 측정하기 위하여 서로에 대해 소정의 거리에 위치하는 적어도 두 개의 이동 센서 요소를 포함하는, 표면 센서.
- 제15항에 있어서, 상기 두 개의 이동 센서 요소 중 적어도 하나는 상기 선형 어레이내의 센서 요소에 의해 구성되는, 표면 센서.
- 제11항에 있어서, 적어도 하나의 접지 전극을 더욱 포함하는, 표면 센서.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은, 상기 표면의 구조보다 큰 기판 외부의 외부 전극에 연결된 적어도 하나의 제2 도전체를 또한 포함하고, 상기 외부 전극은 상기 표면과 상기 처리 유닛에 결합되어 있는, 표면 센서.
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