KR20140123920A - 지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법 - Google Patents

지문센서 모듈, 이를 구비한 휴대용 전자기기 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20140123920A
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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, 브래킷 그리고 유브이 몰딩부를 가진다. 여기서, 지문센서는 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 센싱부와 전기적으로 연결된 센서 회로부를 가진다. 브래킷은 센싱부를 수용하고 지문센서를 안착시키다. 그리고, 유브이 몰딩부는 센싱부의 상면에 커버층을 형성하고, 지문센서 및 브래킷을 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.
최근 스마트폰(smartphone)이나 태블릿 피씨(tablet PC)를 비롯한 휴대용 전자기기에 대하여 대중들의 관심이 집중되면서, 관련 기술분야에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
휴대용 전자기기는, 사용자로부터 특정한 명령을 입력받기 위한 입력장치의 하나로서 표시장치인 디스플레이와 일체화된 터치스크린(touch screen)을 내장하는 경우가 많다. 또한 휴대용 전자기기는 터치스크린 이외의 입력장치로서 각종 기능키(function key)나 소프트키(soft key)를 구비하기도 한다.
이러한 기능키나 소프트키는 홈 키로서 동작할 수 있는데, 예를 들면, 실행 중인 앱을 빠져 나와 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행하거나, 유저 인터페이스를 한 계층 전으로 돌아가게 하는 백(BACK)키 또는 자주 쓰는 메뉴를 호출하는 메뉴키로서 동작할 수 있다. 또한, 이러한 기능키나 소프트키는 물리적 버튼으로 구현될 수 있다. 그리고, 이러한 기능키나 소프트키는 도전체의 정전 용량을 감지하는 방식, 또는 전자기펜의 전자기파를 감지하는 방식 또는 이 두 가지 방식이 모두 구현된 복합 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 최근 스마트폰의 용도가 보안이 필요한 서비스로 급격히 확장됨에 따라, 지문 센서를 스마트폰에 장착하려는 추세가 늘고 있다. 지문 센서는 물리적인 기능키에 일체화되어 구현될 수 있다.
지문센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 지문센서를 통해 사용자등록이나 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안사고를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 지문센서를 각종 전자기기에 장착하기 위하여, 지문센서를 주변 부품이나 구조를 포함하는 모듈의 형태로 제조하게 되는데, 지문센서 모듈이 장착되는 전자기기의 컬러와 지문센서의 컬러를 일치시키기 위해, 또는 기타의 이유로 인해, 지문센서를 포함하는 지문센서 모재 상에 컬러를 구현해야 할 필요가 있다.
이러한 지문센서 모재 상의 컬러 구현을 위하여, 종래에는 유색 도료를 이용한 도장, 자외선(UV) 경화제 증착 등의 방법이 사용되었다. 그런데, 종래의 방법으로 지문센서 모재 상에 컬러를 구현하는 경우, 도막의 층간 구성 및 두께를 적절히 보장해야 하는 제한이 생기게 된다. 도막이 충분한 두께로 형성되지 않을 경우, 컬러 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.
또한, 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, 컬러를 구현하는 도막의 두께에 제한이 생기게 된다.
최근에는 지문센서 모듈을 휴대 기기에 장착하기 위하여 저비용으로 소형화하여 제조하기 위하여, COF(Chip-On-Film), BGA(Ball Grid Array) 방식으로 설계된 지문센서 모듈이 개발되었다. 이 지문센서 모듈에 있어서는 지문 검출 집적 회로(IC)가 센싱 영역과 분리되어 있다.
이러한 지문센서 모듈은 지문센서와, 지문센서가 고정되는 브래킷이나 기판을 포함하여 구성된다. 따라서, 공정의 효율성 및 생산성을 높일 수 있는 지문센서와 브래킷의 결합 공정이 요구됨과 함께, 센싱 감도를 높일 수 있도록 브래킷에 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 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서 회로부를 가지는 지문센서; 상기 센싱부를 수용하고 상기 지문센서를 안착시키는 브래킷; 그리고 상기 센싱부의 상면에 커버층을 형성하고, 상기 지문센서 및 상기 브래킷을 고정하는 유브이(UV) 몰딩부를 포함하여 이루어지는 지문센서 모듈을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 센싱부는 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 센서 회로부는 상기 기판의 하면에 위치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 커버층의 두께는 15~30㎛일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 유브이 몰딩부 상에는 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층이 더 마련될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 커버층 또는 상기 보호막층에는 강유전체가 포함될 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 a) 지문센서의 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부가 수용되도록 지문센서를 브래킷에 안착시키는 단계; b) 상기 센싱부의 상면에 1차 유브이(UV) 경화제 몰딩을 구성하여 상기 센싱부의 상면에 커버층을 마련하는 단계; 그리고 c) 상기 1차 유브이 경화제 몰딩을 1차 폴리싱 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 지문센서 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 폴리싱 처리하는 단계(c 단계) 이후에, 상기 1차 폴리싱 처리된 상기 1차 유브이 경화제 몰딩 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층을 마련하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 커버층 또는 상기 보호막층에는 강유전체가 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 폴리싱 처리하는 단계(c 단계) 이후에, 상기 1차 폴리싱 처리된 상기 1차 유브이 경화제 몰딩 상에 2차 유브이 경화제 몰딩을 구성하고, 상기 2차 유브이 경화제 몰딩을 2차 폴리싱 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 2차 폴리싱 처리하는 단계 이후에, 상기 2차 폴리싱 처리된 상기 2차 유브이 경화제 몰딩 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층을 마련하는 단계를 더 포함할 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, 유브이 경화제 몰딩의 상면에 폴리싱 처리가 이루어짐으로써 높은 평탄도를 제공하여 멀티코팅층을 마련하는 공정에서 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 사용자로부터 지문 감지시 각종 오류 없이 깨끗한 이미지를 획득할 수 있다..
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 1차 유브이 경화제 몰딩 및 2차 유브이 경화제 몰딩이 저온에서 경화가 가능하기 때문에, 공정 중 가해지는 열 때문에 발생될 수 있는 칩 마크 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서의 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에서 졸-겔 법으로 세라믹 도료를 준비하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
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 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 지문센서 모듈(10)은 지문센서(200), 브래킷(310) 그리고 유브이(UV) 몰딩부(320)를 포함하여 이루어질 수 있다.
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.
지문 센서(200)는 센서 회로부(220)가 하측을 향하고, 센싱부(210)가 상측을 향하도록 브래킷(310)에 지지 안착될 수 있다.
브래킷(310)은 센싱부(210)를 수용하고 기판(201)을 견고하게 지지하여 지문센서(200)를 안착시킬 수 있다. 지문 센서(200)는 센서 회로부(220)가 브래킷(310)의 내측에 형성된 홈(311)에 수용되도록 안착될 수 있으며, 브래킷(310)의 홈(311)의 가장 자리에 형성된 단차부(312)는 지문 센서(200)의 기판(201)을 지지할 수 있다.
지문 센서(200)의 외부 인터페이스 연결부(221)는 브래킷(310)의 플랜지(313)에 형성된 관통부(314)를 통과해 연장될 수 있다. 홈(311)에 지문센서(200)의 센싱부(210) 및 센서 회로부(220)가 수용될 때, 홈(311)에는 미리 일정량의 에폭시 수지(미도시)가 접착제로써 주입될 수 있다.
브래킷(310)은 몰드(mold)에 의해 형성되는 몰드품일 수 있다. 그리고, 브래킷(310)은 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC: Epoxy Molding Compound) 소재로 형성될 수 있다. 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)는 일반 사출로 형성된 PC계열 보다는 하드하여 공차를 미연에 방지할 수 있고, 평탄도를 더욱 좋게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 고열의 공정을 거친 후 에도 일반 사출에서 나타난 칩 마크를 줄이는 효과가 있다.
유브이 몰딩부(320)는 브래킷(310)의 상부에 노출된 지문 센서(200)를 덮도록 구성될 수 있다. 유브이 몰딩부(320)는 센싱부(210)의 상면에 커버층(322)을 형성할 수 있으며, 지문센서(200) 및 브래킷(310)을 고정할 수 있다. 유브이 몰딩부(320)는 시간이 지나면서 서서히 경화가 이루어지는 유브이 경화제로 형성될 수 있다.
유브이 몰딩부(320)는 상면이 수평하게 형성되고, 측면은 특정한 형상으로 형성될 수 있다. 유브이 몰딩부(320)는 브래킷(310)과 함께 지문센서 모듈(10)의 외형을 이루게 된다. 특히, 유브이 몰딩부(320)는 지문센서 모듈(10)이 휴대용 전자기기에 조립되었을 때, 외부에 보여지는 부분을 이루게 된다. 따라서, 유브이 몰딩부(320)의 상면을 수평하게 형성하고, 측면을 일정한 형상으로 형성하여 규격화함으로써, 휴대용 전자기기와의 조립성이 좋아질 수 있다.
유브이 몰딩부(320)의 커버층(322)은 지문센서(200)의 센싱부(210)를 덮게 되며, 커버층(322)의 상면에는 사용자의 손가락이 접촉하는 터치면(321)이 형성된다. 유브이 몰딩부(320)의 터치면(321)에 사용자의 터치가 이루어짐으로써, 사용자(정확히는 사용자의 손가락)를 거쳐 전달되는 신호가 수신될 수 있다.
커버층(322)의 두께(D1)는 15~30㎛로 형성될 수 있다. 여기서 커버층(322)의 두께(D1)는 센싱부(210) 상면으로부터 터치면(321) 사이의 두께를 의미한다. 커버층(322)의 두께가 너무 얇으면 지문센서(200)를 안정적으로 수용할 수 없고, 반대로 커버층(322)의 두께가 너무 두꺼우면 지문센서(200)의 센싱 능력이 약화될 수 있다.
커버층(322)에는 유전율을 높일 수 있는 강유전체(미도시)가 포함될 수 있다. 유전율이 높으면 지문센서가 액티브 상태에서 이미지를 받아 들이는 신호의 손실을 줄여주어, 이로 인해 커버층(322) 및 후술할 멀티코팅층(500, 도 10 참조)의 두께를 보다 자유롭게 구현할 수 있다.
강유전체에 대해 좀더 상세히 설명하면, 강유전체는 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 강유전체는 파우더 또는 액상 등의 형태로 유브이 몰딩부(320)에 혼합될 수다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서를 도시한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서의 동작을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
먼저, 도 4에서 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)으로 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 전극 및 수신 전극과 전기적으로 연결된다. 기판(201)이 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 5에서 보는 바와 같이, 지문센서(200)는 기판(201)의 상면에 마련되는 센싱부(210)와 기판(201)의 하면에 마련되는 센서 회로부(220)를 포함할 수도 있다. 도 5의 (a)는 기판(201)의 상면을, 도 5의 (b)는 기판(201)의 하면을 각각 도시하고 있으며, 도 5의 (c)는 센싱부(210)와 센서 회로부(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 센서 회로부(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 5의 (a) 참조). 이미지 수신전극(212)은 기판(201)의 하면에서 센서 회로부(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 센서 회로부(220)와 전기적으로 연결된다.
도 6에 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 5의 (b) 및 (c)를 참조하면, 센서 회로부(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 또는 BGA 방식으로 구현될 수 있다. 특히 기판(201)의 상면에는 센싱부(210), 즉 구동전극(211)과 이미지 수신전극(212)을 형성하고, 기판(201)의 하면에는 센싱부(210)와 연결되는 센서 회로부(220)를 설치하는 분리형으로 형성함으로써, 센서 회로부(220)의 집적 회로(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 센서 회로부를 마련하지 않음으로써, 지문센서 모듈상에 글래스를 설치하는 것이 보다 용이하게 되는데, 이는 스마트폰과 같은 휴대용 전자기기에서 특히 유용한 효과이다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도인데, 도 7에서 보는 바와 같이, 지문센서(1200)의 센서 회로부(1220)는 센싱부(1210)와 상당 부분 떨어진 곳에 설치될 수 있다. 즉, 전술한 센서 회로부(220, 도 4 및 도 5 참조)가 브래킷(310, 도 1 참조) 및 유브이 몰딩부(320, 도 1 참조)의 내측에 위치되는 반면, 도 7에 도시되는 센서 회로부(1220)는 상기 브래킷 및 유브이 몰딩부의 외측에 설치될 수 있다. 이를 통해, 상기 브래킷, 지문센서(1200) 및 유브이 몰딩부의 결합 공정과, 지문센서(1200)를 고정하는 공정에서 발생될 수 있는 충격 및 열이 센서 회로부(1220)에 직접적으로 가해지는 것이 방지될 수 있다. 또한, 센서 회로부(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 센서 회로부와 센싱부가 분리되어 설치되는 분리형뿐만 아니라, 센서 회로부와 센싱부가 일체로 형성되는 일체형으로 형성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈에 구비된 지문센서를 개략적으로 나타낸 예시도인데, 도 8에서 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 어레이 상으로 줄지어 배열되고, 센서 회로부(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 센서 회로부(2220)와 전기적으로 연결되어 전기신호 정보가 전달될 수 있으며, 기판(2201)은, 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 9는 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법은 지문센서의 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부가 수용되도록 지문센서를 브래킷에 안착시키는 단계(S3100)를 가질 수 있다.
즉, 도 10의 (a)에서 보는 바와 같이, 지문 센서(200)는 센서 회로부(220)가 브래킷(310)의 내측에 형성된 홈(311)에 수용되도록 안착될 수 있으며, 브래킷(310)의 홈(311)의 가장 자리에 형성된 단차부(312)는 지문 센서(200)의 기판(201)을 지지할 수 있다.
홈(311)에 지문센서(200)의 센싱부(210) 및 센서 회로부(220)가 수용될 때, 홈(311)에는 미리 일정량의 에폭시 수지(미도시)가 접착제로써 주입될 수 있다.
그리고, 브래킷(310)은, 브래킷(310)을 구조적으로 지지하는 플랜지(313)를 가지며, 플랜지(313)에는 외부 인터페이스 연결부(221)를 관통시킬 수 있는 관통부(314)가 형성된다. 홈(311)에 지문센서(200)의 센서 회로부(220)가 하면을 향하도록 안착되는 과정에서, 지문센서(200)의 외부 인터페이스 연결부(221)는 관통부(314)를 통해 외부에 노출되어 연장되게 배치될 수 있다. 플랜지(313)는 브래킷(310)과 일체형 또는 분리형으로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서는 일체형으로 구성된다. 플랜지(313)에는 외부 장식물(미도시)이 결합될 수 있는 결합홈(미도시)이 더 포함될 수도 있다. 플랜지(313)는 브래킷(310)의 외측에 넓게 구성될 수 있으며, 이를 통해, 후속공정이 용이하도록 위치 고정 역할을 할 수 있다.
이후, 센싱부의 상면에 1차 유브이(UV) 경화제 몰딩을 구성하여 센싱부의 상면에 커버층을 마련하는 단계(S3200)가 진행될 수 있다.
이를 위해, 도 10의 (b)에서 보는 바와 같이, 브래킷(310)에 안착된 지문 센서(200)의 상면과 브래킷(310)의 상면 주변에 일종의 접착제인 프라이머(400)를 도포할 수 있다. 프라이머(400)는 공정 과정에서 생략될 수도 있다.
그리고, 도 10의 (c)에서 보는 바와 같이, 브래킷(310)의 상부에 노출된 지문 센서(200)를 덮도록 1차 유브이 경화제 몰딩(410)이 구성될 수 있다. 이 과정에서 폴리머 소재 또는 금속의 지그(JIG)(미도시)가 구성되어 1차 유브이 경화제 몰딩이 정확한 위치에 안착되도록 할 수 있다. 지그는 자동화로 탈부착되거나, 수동으로 탈부착될 수 있다. 1차 유브이 경화제 몰딩(410)은 유브이 경화제가 경화되어 형성될 수 있으며, 상기 유브이 경화제는 시간이 지나면서 서서히 경화가 이루어지는 것일 수 있다.
1차 유브이 경화제 몰딩(410)은 저온에서 경화되어 형성될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 공정 중 가해지는 열 때문에 발생될 수 있는 칩 마크 발생을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.
다음으로, 1차 유브이 경화제 몰딩(410)을 1차 폴리싱(polishing) 처리하는 단계(S3300)가 진행될 수 있다.
도 10의 (d)에서 보는 바와 같이, 1차 폴리싱 작업은 기구적 또는 화학적으로 할 수 있다. 본 실시예에서는 기구적인 폴리싱으로 공정이 진행될 수 있으며, 예를 들어 기구적인 회전 연마기를 이용한 폴리싱이 될 수 있다. 이를 통해 폴리싱된 면이 높은 평탄도를 가질 수 있다.
이때, 폴리싱 과정은 지문센서(200)가 센싱할 수 있는 두께까지 이루어지는데, 유브이 몰딩부(320)의 커버층(322) 두께(D1)가 15~30㎛가 되도록 진행될 수 있다. 여기서, 커버층(322)의 두께(D1)는 센싱부(210) 상면으로부터 유브이 몰딩부(320)의 터치면(321) 사이의 두께일 수 있다. 커버층(322)의 두께가 너무 얇으면 지문센서(200)를 안정적으로 수용할 수 없고, 반대로 커버층(322)의 두께가 너무 두꺼우면 지문센서(200)의 센싱 능력이 약화될 수 있다.
예를 들어, 커버층(315)의 두께가 100㎛의 두께로 구성되면, 커버층(322) 두께가 15~30㎛가 되도록 커버층(322)을 폴리싱 처리하게 된다.
더하여, 1차 폴리싱 처리된 1차 유브이 경화제 몰딩(410)의 측면을 특정 형상으로 수치 제어(NC) 가공하는 단계가 더 이루어질 수 있다.
수치 제어 가공(numerical control work)은 컴퓨터를 써서 가공에 필요한 데이터를 주어 수치 제어 공작기에 의해 가공하는 것으로, 이를 통해 더욱 정밀한 가공이 가능하다.
1차 유브이 경화제 몰딩은 중앙 부분이 가장 높게 형성되고, 중앙에서 외곽으로 갈수록 높이가 낮아지며, 가장자리의 형상이 일정하지 않게 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 유브이 경화제 몰딩을 가공하여 휴대용 전자기기에 조립할 수 있도록, 규격화는 작업이 필요하다. 본 발명에서는 1차 폴리싱 처리를 통해 유브이 경화제 몰딩의 최상면(Top Surface)이 수평하게 면처리되게 되며, 수치 제어 가공을 통해 유브이 경화제 몰딩의 측면을 가공할 수 있게 된다.
이러한 수치 제어 가공을 통해 1차 유브이 경화제 몰딩(410)의 측면을 정밀 가공함으로써, 지문센서 모듈(10)이 규격화되어 휴대용 전자기기에 조립이 용이할 수 있다. 이러한 수치 제어 가공 단계가 더 포함되는 경우, 1차 유브이 경화제 몰딩을 구성하는 과정에서 사용될 수 있는 전술한 지그를 사용하지 않을 수 있기 때문에, 공정이 단순화될 수 있다.
전술한 지그를 사용하거나, 수지 제어 가공을 통해 유브이 몰딩부(320)의 형상은 다양하게 구현된 수 있다. 예를 들면, 유브이 몰딩부(320)는 위에서 내려다 보았을 때, 사각 형상 등의 다각형 형상과, 원형 형상 또는 다각형과 원형이 혼합된 형상 등으로 형성될 수 있다. 또한, 유브이 몰딩부(320)의 측면도 수직하게 형성되거나 단차지게 형성되는 등 다양하게 형성될 수도 있다.
그리고, 도 10의 (e)에서 보는 바와 같이, 1차 폴리싱 처리된 1차 유브이 경화제 몰딩 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층을 마련하는 단계(S3400)가 진행될 수 있다.
멀티코팅층(500)은 유브이 몰딩부(320)의 터치면(321) 상에 마련될 수 있다.
멀티코팅층(500)은 지문센서 모듈(10)에 컬러를 구현하거나 지문센서 모듈(10)의 상면측 강도를 보강하는 등의 다양한 기능을 하게 된다.
멀티코팅층(500)은 프라이머층(502), 컬러도료층(503) 및 보호막층(504)을 포함하여 구성될 수 있으며, 멀티코팅층(500)은 프라이머층(502), 컬러도료층(503) 그리고 보호막층(504)의 순서로 형성될 수 있다.
프라이머층(502)은 터치면(321) 상에 마련되어 컬러도료층(503)을 연결하게 되며, 컬러도료층(503)은 컬러 구현 기능을 수행할 수 있다.
프라이머층(502)은 두께가 2-3㎛로 형성될 수 있고, 컬러도료층(503)은 두께가 3~5㎛로 형성될 수 있다.
그리고, 보호막층(504)은 유브이(UV) 보호막 또는 세라믹을 포함하는 세라믹 코팅층일 수 있다. 또한, 보호막층(504)에도 전술한 강유전체가 더 포함될 수 있다. 강유전체는 커버층(322) 및 보호막층(504)에 모두 포함되도록 구성되거나, 커버층(322) 또는 보호막층(504)에 포함되도록 구성될 수 있다. 보호막층(504)은 두께가 20~22㎛로 형성될 수 있다.
멀티코팅층(500)은 25~30㎛의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 멀티코팅층(500) 및 커버층(322)의 두께의 합(D2)은 40~60㎛일 수 있다.
더하여, 프라이머층(502) 및 컬러도료층(503)의 사이에는 차폐층(505)이 더 코팅될 수 있다. 차폐층(505)은 혹시 생길지 모르는 칩 마크를 가려 외부로 노출되지 않도록 하거나 노출 정도가 적도록 할 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지문센서 모듈에서 졸-겔 법으로 세라믹 도료를 준비하는 과정을 나타낸 개략도인데, 이하에서는 도 11을 포함하여 설명한다.
먼저, 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 스프레이 함으로써 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 컬러의 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 4 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 멀티코팅층(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.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법을 나타낸 흐름도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문센서 모듈의 제조 공정을 나타낸 예시도이다. 본 발명의 실시예에서는 1차 유브이 경화제 몰딩에 2차 유브이 경화제 몰딩을 구성하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 다른 구성은 전술한 일실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 12 및 도 13에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조방법은 1차 유브이 경화제 몰딩을 1차 폴리싱 처리한 후에(도 13의 (a)), 1차 폴리싱 처리된 1차 유브이 경화제 몰딩(410) 상에 2차 유브이 경화제 몰딩(420)을 구성하고(도 13의 (b)), 2차 유브이 경화제 몰딩(420)을 2차 폴리싱 하는 단계(S3500)를 포함할 수 있다(도 13의 (c)).
여기서, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)은 1차 유브이 경화제 몰딩(410)과 동일한 공정으로 진행될 수 있다. 또한, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)은 1차 유브이 경화제 몰딩(410)과 동일한 소재로 이루어질 수 있다. 도 13의 (b)에서는 설명의 편의상, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)과 1차 유브이 경화제 몰딩(410)이 구분되어 형성된 것처럼 도시되어 있지만, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)은 1차 유브이 경화제 몰딩(410)과 일체로 구현될 수 있다.
1차 유브이 경화제 몰딩(410)과 마찬가지로, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)도 저온에서 경화되어 형성될 수 있으며, 이를 통해, 공정 중 가해지는 열 때문에 발생될 수 있는 칩 마크 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
2차 유브이 경화제 몰딩(420)의 상면에 대한 2차 폴리싱 처리는 1차 폴리싱 처리에서와 동일한 방법으로 이루어질 수 있다. 이처럼, 2차 유브이 경화제 몰딩(420)을 구성하고, 2차 폴리싱 처리하는 공정이 추가됨으로써, 높은 평탄도를 제공하여 후 가공시 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 사용자로부터 지문 감지시 각종 오류 없이 깨끗한 이미지를 획득할 수 있다.
여기서, 2차 폴리싱 처리된 2차 유브이 경화제 몰딩(420)의 측면에 대해서도 전술한 수치 제어 가공 공정이 더 적용될 수 있음은 물론이다.
이후, 2차 폴리싱 처리된 2차 유브이 경화제 몰딩(420), 즉, 유브이 몰딩부 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층(500)을 마련하는 단계(S3600)가 진행될 수 있다(도 13의 (d)).
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: 지문센서 모듈
200: 지문센서
310: 브래킷
320: 유브이 몰딩부
321: 터치면
322: 커버층
410: 1차 유브이 경화제 몰딩
420: 2차 유브이 경화제 몰딩
500: 멀티코팅층

Claims (11)

  1. 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부와 상기 센싱부와 전기적으로 연결된 센서 회로부를 가지는 지문센서;
    상기 센싱부를 수용하고 상기 지문센서를 안착시키는 브래킷; 그리고
    상기 센싱부의 상면에 커버층을 형성하고, 상기 지문센서 및 상기 브래킷을 고정하는 유브이(UV) 몰딩부를 포함하여 이루어지는 지문센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 센서 회로부는 상기 기판의 하면에 위치하는 것인 지문 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버층의 두께는 15~30㎛인 것인 지문센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유브이 몰딩부 상에는 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층이 더 마련되는 것인 지문센서 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커버층 또는 상기 보호막층에는 강유전체가 포함되는 것인 지문센서 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 의한 지문센서 모듈을 구비한 휴대용 전자기기.
  7. a) 지문센서의 기판에 도전체를 이용하여 형성된 센싱부가 수용되도록 지문센서를 브래킷에 안착시키는 단계;
    b) 상기 센싱부의 상면에 1차 유브이(UV) 경화제 몰딩을 구성하여 상기 센싱부의 상면에 커버층을 마련하는 단계; 그리고
    c) 상기 1차 유브이 경화제 몰딩을 1차 폴리싱 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 지문센서 모듈의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 폴리싱 처리하는 단계(c 단계) 이후에, 상기 1차 폴리싱 처리된 상기 1차 유브이 경화제 몰딩 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층을 마련하는 단계를 더 포함하는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버층 또는 상기 보호막층에는 강유전체가 포함되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 1차 폴리싱 처리하는 단계(c 단계) 이후에, 상기 1차 폴리싱 처리된 상기 1차 유브이 경화제 몰딩 상에 2차 유브이 경화제 몰딩을 구성하고, 상기 2차 유브이 경화제 몰딩을 2차 폴리싱 처리하는 단계를 포함하는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 2차 폴리싱 처리하는 단계 이후에, 상기 2차 폴리싱 처리된 상기 2차 유브이 경화제 몰딩 상에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호막층을 포함하여 구성되는 멀티코팅층을 마련하는 단계를 더 포함하는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
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