KR20150019628A

KR20150019628A - 모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20150019628A
Application number: KR20130096708A
Authority: KR
Inventors: 최재준; 손동남; 김성근
Original assignee: 주식회사 아이피시티
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-02-25

Abstract

본 발명은 지문 센서 모듈에 있어서, 센서 회로부, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 외부 인터페이스 연결부를 포함하는 지문 센서; 상기 센서 회로부를 수용하고 상기 센싱부를 지지하여 상기 지문 센서를 안착시키는 베이스부; 상기 지문센서와 베이스부를 고정하여 덥도록 몰딩부를 포함한다.

Description

모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조방법{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 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 1 을 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.

전술한 기술적 해결 수단에 따르면, 유연 인쇄 회로 기판에 센싱부가 형성된 지문 센서를 모듈화함에 있어, 지문 센서의 신뢰성과 감도를 저하시키지 않는 효과가 있다.

또한, 한 벌의 금형으로 모듈을 완성시킬 수 있어 금형설계비용을 줄이고, 제조시간을 단축할 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 센서 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 단면도이다.

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. 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. 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)은 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.

본 발명의 실시예에서는 이러한 FPCB를 포함하는 지문 센서(200)을 사용함에 있어서 발생하는 외관 불량을 해결하는 수단 및 방법을 제공한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 단면도이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 지문 센서를 안착시키는 베이스(300)를 제공한다. 베이스(300)는 지문 센서(200)의 센서 회로부(220)를 내측에 형성된 홈에 수용하고, 상기 홈의 가장 자리에 형성된 단차위에 유연한 기판을 지지하여 지문 센서의 센싱부(210)가 상면을 향하게 안착시킨다. 이때, 베이스(300)는 리드프레임(310)과 스페이서(320)로 구성되는데, 지문센서에 대해 제조상 적정한 높이로 보상하기 위한 구성물이다.

본 실시예에서는 리드프레임(310)은 평탄도를 유지하며, 스페이서(320)가 높이 보상을 위한 구성물이다. 즉, 스페이서(320)는 지문센서를 전체모듈과의 적정높이를 맞추기 위한 구성물이다.

이러한 베이스(300)는 후가공의 몰딩과정을 단 한 벌의 금형을 통해 수행할 수 있어 금형설비 가격을 낮추고, 제조시간을 단축할 수 있다.

한편, 지문센서와 베이스(300)는 에폭시와 같은 접착제로 상호 접착될 수 있으며, 외부 인터페이스 연결부(221)는 베이스(300)의 외부에 노출되어 연장되게 배치될 수 있다.

또한, 베이스(300)에는 외부 인터페이스 연결부(221)를 관통시킬 수 있는 관통부(330)가 더 포함하여 구성될 수 있다.

이후, 베이스(300)에 실장된 지문센서를 덮도록 몰딩부(340)가 구성될 수 있다. 몰딩부(340)는 외부 인터페이스 연결부(221)를 고정시키고, 지문 센서 모듈을 모바일 장치에 부착시키기 용이하도록 설계될 수 있다.

이하, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 전체 구성은 동일하나 베이스(300)의 형상이 다르게 구성될 수 있다. 즉, 리드프레임(310)은 안착될 지문센서의 적정높이를 맞추기 위해 단을 두어 형성될 수 있다. 그리고, 리드프레임(310) 상단에는 스페이서(320)가 평탄하게 구성될 수 있다.

도 4 및 도 5의 몰딩부(340)는 사출 또는 EMC(Epoxy Molding Compound)몰딩이 될 수 있는데, 본 실시예에서는 EMC몰딩을 채용하였다.

여기서, EMC몰딩에는 지문센서 신호의 세기를 증폭할 수 있도록 강유전체가 포함될 수 있다. 좀더 상세히 설명하면 유전율이 높으면 지문센서가 액티브 상태에서 이미지를 받아들이는 신호의 손실을 줄여주어, 이로 인해 후가공의 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 BaTio3 (BTO),SrTio3 (STO), (Ba,Sr)Tio3 (BST) 등이 있다.

이러한 강유전체는 파우더 또는 액상 등의 형태로 EMC와 혼합되어 구성될 수 있다.

그리고, EMC몰딩은 최초 고상 또는 액상 형태로 원재료를 구성할 수 있다. 이때, 고상의 원재료 EMC에 열을 가하면, 액상으로 변하고, 다시 고체형태로 변할 수 있다. 반면에, 액상의 원재료 EMC에 열을 가하면, 바로 고체형태로 변할 수 있다. 본 실시예에서는 고상의 원재료 EMC를 채용하였다.

원재료 EMC는 후가공에서 금형틀과 쉽게 분리되기 위해 왁스성분이 포함되어 있는데, 열에 의해 EMC점성을 높이고자 왁스성분 함량비율을 0.02%~0.1% 사이인 것이 바람직하다. 물론, 제조사의 원재료 EMC에 따라 왁스성분 함량비율을 다르게 구성할 수 있다. 이러한 낮은 왁스성분 함량비율은 EMC몰딩부의 점성을 높여 후가공에서 직접 맞닿는 다른 구성물과 더욱 견고하게 결합시킬 수 있는 장점이 있다. 이때, 다른 구성물은 예를 들어, 컬러 코팅층, 보호층 등이 될 수 있다.

200 : 지문 센서 210 : 센싱부
220 : 센서 회로부 221 : 외부 인터페이스 연결부
300 : 베이스 310 : 리드프레임
320 : 스페이서 330 : 관통부
340 : 몰딩부

Claims

지문 센서 모듈에 있어서,
센서 회로부, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 외부 인터페이스 연결부를 포함하는 지문 센서;
상기 센서 회로부를 수용하고 상기 센싱부를 지지하여 상기 지문 센서를 안착시키는 베이스부;
상기 지문센서와 베이스부를 고정하여 덥도록 몰딩부를 포함하는 지문 센서 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부에는 상기 외부 인터페이스 연결부를 관통시킬수 있는 관통부가 더 포함하는 것인 지문 센서 모듈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 베이스부는 리드 프레임과 스페이서로 구성됨을 특징으로 하는 지문 센서 모듈.