KR20150052491A - 모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 지문 센서 모듈은, 센서 회로부, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 외부 인터페이스 연결부를 포함하는 지문 센서; 센서 회로부 및 센싱부를 홈에 수용하고 지문 센서를 안착시키는 브라켓; 및 홈의 빈 공간을 채우며 센서 회로부 및 센싱부를 덮는 몰딩재를 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 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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 지문 센서 모듈에 있어서, 센서 회로부, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 외부 인터페이스 연결부를 포함하는 지문 센서; 센서 회로부 및 센싱부를 홈에 수용하고 지문 센서를 안착시키는 브라켓; 및 홈의 빈 공간을 채우며 센서 회로부 및 센싱부를 덮는 몰딩재를 포함한다.
전술한 기술적 해결 수단에 따르면, 지문 센서를 효과적으로 고정시켜 지문 센서의 신뢰성을 우수하게 확보할 수 있다.
또한, 공정을 단순화하고 제조비용을 절감하는 효과가 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 4a 내지 도4d는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 조립을 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 이루어진 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. 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.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서의 모듈을 조립을 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서 모듈의 제조 공정 순서도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 센서 모듈은 지문 센서를 안착시키는 브라켓(310)을 포함한다. 브라켓(310)은 내측에 홈(312)을 가진다. 홈(312)이 형성된 면의 반대면에는 홈(312)의 형상에 대응하여 돌출된 접촉부(314; 도 4d 참조)가 형성된다. 이때, 돌출부는 설계사항에 따라 생략될 수 있다. 홈(312)은 대략 10um의 두께를 가진다. 여기서 두께는 홈(312)에서 접촉부(314)까지 수직하게 측정한 두께를 의미한다. 홈(312)의 두께가 너무 작으면 지문 센서(200)를 안정적으로 수용할 수 없고, 반대로 홈(312)의 두께가 너무 크면 지문 센서(200)의 센싱 능력이 약화될 수 있다.
브라켓은 EMC로 형성되거나 불소수지로 형성될 수 있다. 이때, 불소수지는 유전율이 높은 PVDF(폴리플루오린화비닐리덴)일 수 있다. 즉, 유전율이 높으면, 감지신호가 증폭되어 지문인식이 잘되는 것은 물론, 후 가공시 두께로부터 자유로워질 수 있다.
또한,브라켓은 유리가 포함된 나일론 또는 폴리아미드(polyamide)로 형성될 수 있다. 이때, 유리는 브라켓의 강도를 높여 외부 충격으로부터 지문 센서를 포함할 수 있다. 그러나 유리의 비율이 너무 높은 경우에는 기계 가공시 불량이 발생할 확률이 높아지기 때문에 유리는 20~40%의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다.
홈(312)에는 지문 센서(200)의 센싱부(210) 및 센서 회로부(220)가 수용된다. 이때, 홈에는 미리 일정량의 에폭시접착제(330)를 주입하고, 홈(312)의 가장자리에 형성된 단차 위에 유연한 기판(201)을 지지하여 지문 센서(200)의 센서 회로부(220)가 상면을 향하도록 안착시킨다. 이 과정에서, 지문센서는 지문센서의 외형과 동일한 지그(JIG)(340)를 통해 압착시켜 안착시킨다. 도 4b에 지문 센서(200)가 안착된 브라켓(310)을 도시하였다.
이어서 도 4c에 도시한 바와 같이, 전술한 지그(340)를 탈거 후, 브라켓(310)의 홈(312) 부분을 몰딩재(320)로 채운다. 도 4b에 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 지문 센서(200)가 고정되지 못하고, 상기 빈 공간 안에서 움직일 수 있으므로 상기 빈 공간에 몰딩재(320)를 채운다. 몰딩재(320)는 액상의 폴리머가 사용될 수 있으며, 일례로, 액상 EMC(Epoxy Mold Compound) 또는 에폭시가 사용될 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. 몰딩재(320)는 센싱부(210)을 홈(312)의 바닥면에 밀착시킴으로써 지문 센서(200)의 신뢰성을 높일 수 있다. 한편, 몰딩재는 소정 형상을 갖는 기구물일 수도 있다. 상기 기구물 역시 액상의 폴리머와 마찬가지로 지문 센서(200)를 고정시켜 센싱 신뢰도를 높일 수 있다. 상기 기구물은 홈(312)의 크기에 맞게 설계되어 압입되거나 별도의 체결 수단을 이용하여 체결될 수 있다. 또한, 몰딩재(320)로 빈공간을 메운 뒤 기구물을 추가로 장착할 수 있다. 이때 상기 기구물에는 몰딩재(320)가 열 경화시 발생하는 가스를 배출하는 가스 배출구가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 몰딩재를 채운 후, 몰딩재 상면에 브라켓 외곽 테두리와 동일하거나 조금 더 큰 사이즈로 금속판(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 금속판은 관통홀이 형성되어 인터페이스 연결부가 관통될 수 있다. 이러한 금속판은 SUS재질로 몰딩재를 더욱 견고하게 지지하는 역할은 물론, 신뢰성 및 평탄도를 높이는 장점이 있다.
도 4d는 도 4c의 브라켓(310)을 뒤집어 나타낸 것이다. 앞에서 설명한 바와 같이 홈의 반대쪽에는 홈의 형상에 대응하는 접촉면(314)이 돌출 형성된다. 접촉면(312)은 사용자의 손가락이 닿는 부분으로 평탄도를 높이기 위한 폴리싱 처리가 이루어질 수 있다. 그리고 도시하지는 않았지만, 접촉면(312) 위로 컬러 필름 또는 컬러 도료층이 더 형성되어 다양한 컬러를 구현할 수도 있다. 좀더 상세히 설명하면, 프라이머층, 컬러도료층, UV보호막 또는 세라믹 코팅막이 구성될 수 있다. 이때, 세라믹 코팅막은 외부로부터 스크래치는 물론 유전율이 높아 지문인식율을 높일 수 있다.
이하, 도 5는 공정 순서도로서, 전술한 내용에 포함되어 상세한 설명을 생략 하겠다.
전술한 바와 같이, 지문 센서는 유연 기판을 포함하고 있어, 폴리카보네이트 계열의 브라켓으로 기계적 결합하거나 인서트 사출하는 경우에는 유연 기판 부분의 위치가 변경되는 문제가 있다. 또한, 종래에는 복수의 브라켓을 이용하여 지문 센서를 고정시킴에 따라 공정이 복잡하고 브라켓 제조를 위한 금형 비용이 브라켓 개수만큼 증가하는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 실시예는 하나의 브라켓을 사용하기 때문에 공정이 단순화될 뿐만 아니라 브라켓 제조에 따른 금형 비용이 절감되는 효과가 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.
200 : 지문 센서 210 : 센싱부
220 : 센서 회로부 221 : 외부 인터페이스 연결부
310 : 브라켓 312 : 홈
314 : 접촉부 320 : 몰딩재
330 : 에폭시접착제 340 : 지그

Claims (2)

  1. 지문 센서 모듈에 있어서,
    센서 회로부, 유연 소재 기판에 형성된 센싱부, 외부 인터페이스 연결부를 포함하는 지문 센서;
    상기 센서 회로부 및 상기 센싱부를 홈에 수용하고 상기 지문 센서를 안착시키는 브라켓; 및
    상기 홈의 빈 공간을 채우며 상기 센서 회로부 및 상기 센싱부를 덮는 몰딩재; 를 포함하는 지문 센서 모듈.
  2. 지문 센서 모듈 제조방법에 있어서,
    미리 구성된 브라켓의 홈에 일정량의 에폭시를 도포하는 단계;
    유연 소재 기판에 센싱부를 형성한 지문세서를 지그의 압착을 통해 상기 브라켓에 안착시키는 단계;
    상기 지그 탈거 후, 상기 지문센서를 몰딩재로 덮는 단계; 를 포함하는 지문 센서 모듈 제조방법.
KR1020130133925A 2013-11-06 2013-11-06 모바일 장치용 지문 센서 모듈 및 이의 제조 방법 KR20150052491A (ko)

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