KR20140135484A - 모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 지문 센서 모듈 제조 방법은, 유연 소재 기판에 센싱부를 형성한 지문 센서를 브라켓에 안착시키는 단계; 상기 센싱부 상면에 1차 도료 코팅막을 형성하는 단계; 상기 1차 도료 코팅막의 평탄도 및 높이를 조절하기 위해 면 가공하는 단계; 및 상기 면 가공된 1차 도료 코팅막에 2차 도료 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법{FINGERPRINT SENSOR MODULE FOR MOBILE DEVICE AND MANUFACTURING METHODE THEREOF}

본 발명은 모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법이다. 더욱 상세하게는, 신뢰성과 감도를 향상시키면서도 칩마크로 인한 외관 불량을 제거할 수 있는 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법이다.

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.

도 1 에는 휴대용 전자기기인 스마트폰의 일반적인 형상이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 휴대용 전자기기(1000)의 전면에는 디스플레이부(1100)가 설치된다. 디스플레이부(1100)는 정전용량 방식의 터치스크린을 포함하는데, 사용자의 신체(손가락 등)가 디스플레이부에 접촉하면, 내장된 커패시터의 정전 용량의 변호를 감지하여 터치 여부를 감지하게 된다.

디스플레이부(1100)에 설치된 터치스크린외에도 휴대용 전자기기(1000)는 특수 기능키(1200, 1300)를 더 포함시켜 부가적인 입력 기능을 수행한다. 여기서, 특수 기능키(1200)는 홈 키로서 동작하여 실행 중인 앱을 빠져 나와 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행할 수 있다. 홈 키(1200)는 물리적 버튼으로 구현될 수 있다. 그리고 특수 기능키(1300)는 유저 인터페이스를 한 계층 전으로 돌아가게 하는 백(BACK)키 또는 자주 쓰는 메뉴를 호출하는 메뉴키로서 동작할 수 있다. 여기서 특수 기능키(1300)는 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 특수 기능키(1200)에 일체화되어 구현될 수 있다.

그러나, 지문 센서는 센서 전극, 유연 인쇄 회로 기판(FPCB), 센서 회로부(IC) 등을 더 포함하기 때문에 특수 기능키(1200)에 함께 실장하는데 기술적 어려움이 있다. 또한, 전술한 지문 센서의 구성 요소들이 외관에 노출되어 디자인을 해치는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 지문 센서의 신뢰성과 감도를 저하시키지 않으면서 외관 불량을 해결할 수 있는 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른, 지문 센서는, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부; 상기 유연 소재 기판읠 일면에 실장된 센서 회로부; 및 외부 인터페이스 연결부를 포함하고, 상기 센서 회로부의 가장자리를 따라 사이드필 방식으로 접착제가 도포되며, 상기 접착제는 열팽창계수를 감소시키는 충전제를 포함하고 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 지문 센서 모듈은, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 상기 유연 소재 기판의 일면에 실장된 센서 회로부, 열팽창계수를 감소시키는 충전제가 포함되어 상기 센서 회로부의 가장자리를 따라 사이드필 방식으로 도포된 접착제를 구비하는 지문 센서; 및 상기 센서 회로부를 수용하고 상기 센싱부를 지지하여 상기 지문 센서를 안착시키는 일체형 브라켓을 포함하고, 상기 일체형 브라켓은 상기 외부 인터페이스 연결부를 하부로 관통 연장시킬 수 있는 관통부를 구비한다.

전술한 기술적 해결 수단에 따르면, 유연 인쇄 회로 기판에 센싱부가 형성된 지문 센서를 모듈화함에 있어, 접착제가 도포된 기판 영역에서 열팽창을 억제하여 칩 마크 불량으로 인해 발생하는 외관 불량 및 품질 불량 없는 깨끗한 외관의 지문 센서 모듈을 제공할 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 지문 센서 모듈이 사용될 수 있는 모바일 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 유연 인쇄 회로 기판에 센싱부가 형성된 지문 센서를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 지문 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서가 적용된 지문 센서 모듈의 조립 일부 을 도시한 도면이다.

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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서를 도시하고 있다.

지문 센서(200)는 유연 소재의 기판(201), 센싱부(210), 센서 회로부(220), 외부 인터페이스 연결부(221)을 포함할 수 있다.

센싱부(210)는 도전체로 이뤄진 구동 전극과 수신 전극을 포함하며 기판(201)내부에 설치된다. 따라서, 센싱부(210)는 기판(201)위에 위치한 손가락의 지문의 산(valley)과 골(ridge)의 전기 신호의 차이를 수신한다.

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. 전술한 바와 같이, 기판(201)는 FPCB로 이루어져 있기 때문에 센서 회로부(220)는 기판(201) 하면에 실장될 수 있다.

외부 인터페이스 연결부(221)는 전술한 기판(201)의 FPCB가 연장되어 형성된다. 외부 인터페이스 연결부(221) 내부에는 배선이 형성되고, 그 일 단부에는 외부 인터페이스에 접속 가능하도록 커넥터가 형성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 지문 센서의 구조를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 지문센서(200)는 기판(201)의 상면에 마련되는 센

싱부(210)와 기판(201)의 하면에 마련되는 센서 회로부(220)를 포함한다. 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 수신 전극(212)을 포함한다. 구동전극(211) 및 수신 전극(212)은 도전체 라인으로 구성될 수 있다.

구동전극(211)은 센서 회로부(220)로부터 구동신호를 전달받아 수신 전극(212) 측으로 신호를 송출한다. 이 과정에서 수신 전극(212)은 구동 전극(211)으로부터 사용자(정확히는 사용자의 손가락)를 거쳐 전달되는 신호를 수신한다.

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

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

센싱부(210)에서 센싱된 전기 신호는 센서 회로부(220)에서 지문 정보로 처리되어 외부 인터페이스 연결부(221)를 통하여 모바일 장치로 제공된다.

도 3에 도시된 실시예는 센싱부(210)와 외부 인터페이스 연결부(221)가 서로 수직인 “T”자형 구조이지만, 도 2에 도시된 바와 같이 센싱부(210)와 외부 인터페이스 연결부(221)가 서로 같은 방향으로 결합된 “I”자형 구조이어도 무방하다(도 2참조). 앞으로 명세서에서는 “I”자 형 지문 센서를 위주로 본 발명을 설명한다.

또한, 도 3에서는 지문 센서(200)는 구동 전극(211)이 수신 전극(212)보다 많게 도시되어 있지만, 구동 전극(212)이 수신 전극(212)보다 적게 구현될 수도 있다. 이 경우에는 하나의 구동 신호에 의해 복수의 수신 전극(212)이 복수의 위치에서 지문 이미지 정보를 수신하게 된다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 센싱부(210)가 유연 인쇄 회로 기판(201)에 형성된 지문 센서(200), 즉, 센싱부(210)와 센서 회로부(220) 분리되어 있는 지문 센서(200)는 여러 장점을 가진다. 장점 중의 하나는 센싱부와 회로부가 일체화된 지문 센서와 비교하여, 센서 회로부(220)의 IC 크기를 작게 형성이 가능하다는 점이며, 다른 장점은 센싱부(210)가 설치되는 공간적 제약을 해소할 수 있는 것이다.

그러나, 지문 센서(200)는 모듈화함에 있어 단점도 있다. 센싱부(210)가 실장된 기판(201)이 유연한 소재이기 때문에 견고하게 모듈화하기 힘들며, 이로 인해 고온 처리 중 기포가 침입하거나, 코팅후에 IC의 형상이 외관에 단차를 만들어 소위 칩 마크를 발생시키는 문제점이 있다. 또한, 유연한 기판(201)은 평탄하지 않기 때문에 코팅 처리를 하더라도 센서 모듈 표면이 평탄하지 않고 울퉁불퉁한 현상이 발생한다. 이러한 단점들은 모듈 제조에 있어 외관 불량을 일으키는 중요한 원인들이다.

또한, 지문 센서(200)는 지문의 산과 골의 미세한 전기적 신호 차이를 읽어내야 하므로, 기판(201)의 상면에 형성되는 전체 코팅막의 두께가 한계가 있다. 예를 들어, 센서의 종류에 따라서 전체 코팅막의 두께가 50 ㎛ 이상인 경우에는 지문의 이미지를 센싱할 수 없다. 따라서, 지문 센서(200)가 외부에 보이지 않도록 하면서, 얇은 두께로 다양한 색상과 광택 등의 효과를 주는 지문 센서 모듈의 외관 처리에 많은 어려움이 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이, 센서 회로부(220)는 기판(201) 하면에 실장될 수 있다. 예를 들어, 센서 회로부(220)는 센서 회로부(220) 위에 형성된 Solder Bump(215)를 통해 센싱부(210)의 구동 전극 및 수신 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 센서 회로부(220)가 기판(201)의 하면에 실장된 상태에서, 실장된 센서 회로부(220)를 보호하기 위해 일반적으로 센서 회로부(220)의 가장자리를 따라 사이드필(Side fill) 방식으로 에폭시(Epoxy)와 같은 접착제(218)가 도포된다. 그러나, 이 과정에서 접착제의 열팽창계수(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)를 고려하지 않고 접착제를 도포할 경우, 지문 센서 제작을 위해 고온으로 처리하는 과정(예컨대, 센싱부 표면에 필름층 또는 코팅층을 형성하는 경우)에서 접착제가 도포된 기판 영역에서 열 팽창이 발생되고, 이는 외관에 단차를 만들어 소위 말하는 칩마크(Chip Mark)를 발생시키는 문제점이 있다. 보다 상세하게는, 통상의 접착제가 사이드필 방식으로 도포된 기판 영역의 경우, 고온 처리 과정에서 센서 회로부(220)가 실장된 영역 및 온전히 기판(201)이 노출된 영역에 비해 열 팽창이 더 발생하게 되고, 이로 인해 접착제(218)가 도포된 영역과 다른 영역 간에 단차가 발생하게 된다. 이러한 단차는 이후에 기판 표면에 코팅 처리를 하더라도 센서 모듈 표면에 반영되어, 모듈 제조에 있어 외관 불량 및 품질 불량으로 이어지는 중요한 원인이 된다.

이에 본 발명에서는 전술한 문제로 인해 발생하는 외관 불량을 해결하는 방법을 제공하고자 한다.

도 6을 참조하여 설명하면, 센서 회로부(220)가 기판(201)의 하면에 실장된 상태에서, 실장된 센서 회로부(220)를 보호하기 위해 센서 회로부(220)의 가장자리를 따라 사이드필 방식으로 에폭시와 같은 접착제(218)가 도포된다. 이 때, 접착제(218)는 열 팽창을 억제할 수 있는, 즉, 접착제(218)의 열팽창계수를 감소시킬 수 있는 충전제(Filler)가 포함한다. 충전제(219)는 이산화 규소(SiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있으며, 지문 센서 모듈의 제조 과정에서 발생하는 고온 처리 공정의 공정 온도에 대응하여 충전제의 종류 및 충진 비율은 달라질 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서가 사용되는 지문 센서 모듈의 일부 조립을 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 지문 센서 모듈은 지문 센서를 안착시키는 제1브라켓(310)을 제공한다.

제1브라켓(310)은 지문 센서(200)의 센서 회로부(220)를 내측에 형성된 홈에 수용하고, 상기 홈의 가장 자리에 형성된 단차위에 유연한 기판(201)을 지지하여 지문 센서(200)의 센싱부(210)가 상면을 향하게 안착시킨다.

이때, 지문 센서(200)와 제1브라켓(310)은 에폭시와 같은 접착제로 상호 접착되며, 외부 인터페이스 연결부(221)는 제1브라켓(310)의 외부에 노출되어 연장되게 배치된다.

또한, 제1브라켓(310)을 지지하고 외부 인터페이스 연결부(221)를 관통시킬 수 있는 관통부(314)를 포함하는 플랜지(312)가 구성된다. 플랜지(312)는 제1브라켓(310)과 일체형 또는 분리형으로 구성될 수 있는데, 본 명세서에서는 일체형으로 구성된다. 이때, 플랜지(312)에는 외부 데코(미도시)가 결합될 수 있는 결합홀(미도시)이 포함될 수도 있다.

이때, 관통부(314)는 제1브라켓(310)의 바닥면 테두리와 맞닿는 플랜지(312)부분에 구성될 수 있다.

그리고, 플랜지(312)의 외형은 제1브라켓(310)의 테두리보다 넓게 구성될 수 있는데, 이는 후속공정이 용이하도록 미리 위치고정 역할을 하기 위함이다.

이후, 제1브라켓(310)에는 지문센서가, 관통부(314)에는 외부 인터페이스가 구성된 상태에서 제1브라켓(310)을 덮도록 제2브라켓(320)이 구성된다. 제2브라켓(320)은 외부 인터페이스 연결부(221)를 고정시키고, 지문 센서 모듈을 모바일 장치에 부착시키기 용이하도록 설계될 수 있다.

또한, 제2브라켓(320)이 구성된 이후, 별도의 폴리싱 과정이 더 포함될 수 있다. 이때, 폴리싱 과정은 지문 센서가 센싱할 수 있는 두께까지 이루어지는데, 그 두께는 약 10 마이크로(um)까지 진행된다. 예를 들어, 센서상단으로부터 100um의 두께로 제2브라켓이 구성되면, 지문 센서가 센싱할 수 있는 두께 약 10um까지 남기고 90um를 폴리싱 처리하게 된다.

다음으로, 폴리싱 과정을 마친 후, 불투명의 박막 필름 또는 불투명 도료층 더 포함될 수 있다.

그리고, 불투명의 박막 필름 또는 불투명 도료층 상단에는 컬러 필름 또는 컬러 도료층이 더 포함될 수 있다.

이러한 제1브라켓(310), 플랜지(312), 및 제2브라켓(320)은 EMC(Epoxy Molding Compound)소재로 형성될 수 있다. EMC는 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 칩마크를 줄이는 효과가 있다. 본 발명의 실시예에서는 플랜지(312)가 포함된 제1브라켓(310)이 1차 EMC 몰드로 구현된다. 이후 지문 센서가 제1브라켓(310)에 탑재되고, 제2브라켓 영역이 2차 EMC 몰드로 구현된다. 전술한 바와 같이, 지문 센서는 유연 기판을 포함하고 있어, 폴리카보네이트 계열의 브라켓으로 기계적 결합하거나 인서트 사출하는 경우에는 유연 기판 부분의 위치가 변경되거나, 유연 기판의 표면의 평탄도가 열화되는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 실시예의 EMC 몰드의 공정을 이용하는 경우에는 EMC 소재의 견고함에 의해 지문 센서의 유연 기판의 평탄도가 향상된다.

또한, EMC에는 유전율을 높일 수 있는 강유전체 등의 소재가 포함될 수 있다. 좀더 상세히 설명하면 유전율이 높으면 지문센서가 액티브 상태에서 이미지를 받아 들이는 신호의 손실을 줄여주어, 이로 인해 후가공의 두께를 보다 자유롭게 구현할 수 있다.

또한, 제1브라켓과 지문센서와 제2브라켓이 결합된 지문 센서 모듈은 기판상에서 복수개가 처리되어 소잉 과정을 통해 개별 모듈로 분리될 수 있다.

200: 지문 센서 219: 충전제

Claims (2)

1. 지문 센서에 있어서,
   유연 소재 기판에 형성된 센싱부;
   상기 유연 소재 기판읠 일면에 실장된 센서 회로부; 및
   외부 인터페이스 연결부를 포함하고,
   상기 센서 회로부의 가장자리를 따라 사이드필 방식으로 접착제가 도포되며, 상기 접착제는 열팽창계수를 감소시키는 충전제를 포함하고 있는 것인, 지문 센서.
2. 지문 센서 모듈에 있어서,
   유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 상기 유연 소재 기판의 일면에 실장된 센서 회로부, 열팽창계수를 감소시키는 충전제가 포함되어 상기 센서 회로부의 가장자리를 따라 사이드필 방식으로 도포된 접착제를 구비하는 지문 센서; 및
   상기 센서 회로부를 수용하고 상기 센싱부를 지지하여 상기 지문 센서를 안착시키는 일체형 브라켓을 포함하고,
   상기 일체형 브라켓은 상기 외부 인터페이스 연결부를 하부로 관통 연장시킬 수 있는 관통부를 구비하는, 지문 센서 모듈.
   

Images