KR20160051880A - 생체 측정 센서 스택 구조 - Google Patents

생체 측정 센서 스택 구조 Download PDF

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Abstract

생체 측정 센서, 예컨대 용량성 생체 측정 센서를 패키징하기 위한 다양한 구조 및 방법들이 개시된다. 실시예들은 생체 측정 센서, 생체 측정 센서를 둘러싸는 구조체, 연결 구조체들(전기적, 물리적, 또는 둘 모두)의 다양한 배치, 센서 이미징 보강, 센서 유지, 및 생체 측정 센서 위의 적절한 위치로 사용자 손가락을 안내하기 위한 기술들을 포함한다. 예를 들어, 생체 측정 센서 조립체는 트림 내에 형성되는 개구를 포함하고, 개구 내에 캡이 배치될 수 있다. 캡 아래에 생체 측정 센서가 위치설정되고, 측정 센서 아래에 스위치가 위치설정 될 수 있다.

Description

생체 측정 센서 스택 구조{BIOMETRIC SENSOR STACK STRUCTURE}
관련 출원 상호 참조
본 특허 협력 조약 특허 출원은 2013년 9월 10일 출원되고, 발명의 명칭이 "생체 측정 센서 스택 구조"인, 미국 특허 가출원 제61/875,772, 및 2014년 4월 18일 출원되고, 발명의 명칭이 "생체 측정 센서 스택 구조"인, 미국 정규 특허 출원 제14/256,888에 관한 이익을 주장하고, 상기 출원들의 각각의 내용은 본 명세서에서 전체적으로 참조로서 포함된다.
본 출원은 일반적으로 생체 측정 센서를 위한 회로 및 패키징에 관한 것이다.
개시내용의 배경기술. 생체 측정 데이터의 용량성 감지는 정전용량의 명백한 측정에 응답하여, 생체 측정 정보, 예컨대 지문 정보와 같은 수집을 제공한다. 그와 같은 정전용량의 측정은, 한편으로 지문 인식 센서 내의 하나 이상의 용량성 플레이트와, 다른 한편으로, 사용자 손가락의 융선 및 골 사이에서 이루어질 수 있다(예컨대 사용자 손가락의 표피, 또는 가능한 경우, 사용자 손가락의 피하층들).
때때로 정전용량의 측정이 사용자 손가락의 표피 상의 전하의 유입을 수반하는 일이 발생한다. 이를 통해, 사용자가 전하를 느끼지 않고, 소량의 전하만이 유입될 수 있는 효과가 있을 수 있지만, 때때로 사용자 손가락의 표피에 통증 또는 기타 현저한 영향을 주는 효과가 있다.
때때로 정전용량의 측정은, 한편으로 지문 인식 센서의 용량성 플레이트들과, 다른 한편으로 사용자 손가락의 융선 및 골 사이의 정전용량의 상대적으로 작은 차이를 수반하는 일이 발생한다. 예를 들어, 이것은 사용자 손가락을 용량성 플레이트에 가능한 가깝게 하는 것을 수반할 수도 있다. 이는 지문 인식 센서에 대한 설계 유연성을 제한하는 효과가 있을 수 있다.
간혹 정전용량의 측정은 지문 인식 센서에 대하여 사용자 손가락의 위치설정을 수반하는 일이 발생한다. 예를 들어, 현저하게 지문 인식 센서의 크기 및 위치를 제한하는 경우, 사용자 손가락을 전도성 링 내에 배치해야 할지도 모른다. 이 또한 지문 인식 센서에 대한 설계 유연성을 제한하는 효과가 있을 수 있다.
정전용량의 측정은 때때로 표피 이외의 사용자 손가락의 일부분과의 용량성 결합을 수반하는 것이 발생한다. 예를 들어, 용량성 결합(또는 다른 지문 인식 감지)은 사용자 손가락의 피하층과의 용량성 결합을 수반할 수도 있다. 이는 용량성 결합을 통하게 하는 상대적으로 큰 전하의 유입을 수반할 수도 있다. 위에서 부분적으로 설명한 바와 같이, 이를 통해, 사용자가 전하를 느낄 수도 있는 효과가 있고, 때때로 사용자 손가락의 일부분에 통증 또는 기타 현저한 효과가 있을 수 있다.
이러한 예시들, 및 기타 가능한 조건들은 각각 지문 인식 센서, 및 지문 인식 센서를 포함하는 디바이스(예컨대 인증을 위하여 지문 인식을 사용하는 컴퓨팅 디바이스)에 곤란함을 야기할 수 있다. 지문 인식 센서는 크기, 또는 위치, 또는 지문 인식 센서를 포함하는 디바이스의 다른 구성요소들과 상대적으로 용이하게 통합될 수 있는지 여부에 제한이 있을 수도 있다. 첫번째 예로서, 이는 지문 인식 센서가 일부 유형의 디바이스들(예컨대 스마트폰 및 터치패드와 같은 상대적으로 소형의 디바이스)에 용이하게 통합되지 않을 수도 있는 효과가 있을 수 있다. 두번째 예로서, 이는 지문 인식 센서가 상대적으로 취약해지거나 또는 다른 방식으로 원치않는 설계 제약들을 겪을 수도 있는 효과가 있을 수 있다.
본 출원은 지문 데이터와 같은 생체 측정 이미지 및 데이터에 대한 정보를 수신할 수 있고, 생체 측정 인식을 이용하는 디바이스에 통합될 수 있는 회로 및 설계를 포함하는 기술들을 제공한다. 예를 들어, 디바이스가 사용자에 의해 작동되는 동안 지문 인식 및 인증을 위하여, 지문 또는 기타 생체 측정 센서가 제어 버튼 또는 디스플레이 요소 아래에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 기술들은, 다른 구성요소들 아래에 배치되도록 하지만, 지문 인식이 수행될 때 사용자 손가락에 상대적으로 가깝게 배치되는 생체 측정 인식 센서를 제공하는 것을 포함한다. 회로들은 버튼 아래 또는 디스플레이 요소 아래에 배치되지만, 하나 이상의 용량성 플레이트와 사용자 손가락 사이의 거리는 감소될 수 있다. 일부 예들에서, 회로들은 디바이스 구성요소 아래에 배치되지만, 지문 인식 센서 회로는 자체적으로 다음의 방법들 중 하나 이상을 이용하여 수직 간격이 감소될 수 있다: (1) 회로의 상부로부터 실리콘 웨이퍼를 관통하는 하나 이상의 비아를 통해 배치되는 본딩 와이어들을 이용하여 지문 인식 센서 회로를 연결, (2) 회로의 에지로부터 실리콘 웨이퍼를 관통하는 하나 이상의 트렌치를 통해 배치되는 본딩 와이어들을 이용하여 지문 인식 센서 회로를 연결, (3) 적어도 부분적으로 제거되는 플라스틱 몰딩 내에 지문 인식 센서 회로를 캡슐화, 및 (4) 솔더 구성요소들, 예컨대 캡슐화된 솔더 볼 또는 압축된 솔더 솔더 구성요소들을 이용하여 지문 인식 센서 회로를 다른 회로들에 연결.
일 실시예에서, 회로들은 지문 인식을 하는 지문 인식 센서를 돕기 위하여 디바이스의 요소들을 이용하는 기술들을 구현 또는 채용할 수 있다. 일부 예들에서, 회로들은 하나 이상의 디바이스 디바이스 구성요소를 이용하여 배치될 수 있고, 하나 이상의 디바이스 구성요소는 다음의 방법들 중 하나 이상을 이용하여 지문 인식 센서 회로를 보조한다: (1) 디바이스의 측면 또는 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소 근처에 용량성 소자들을 연결, (2) 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소의 하면 상에 지문 인식 센서를 보조하는, 또는 지문 인식 센서에 포함된 회로 소자들을 인쇄, (3) 지문 인식 센서의 전기장 결합을 개선하는 지문 인식 센서 회로 소자들, 예컨대 사파이어 또는 다른 물질을 포함하는 이방성 소자를 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소에 연결, 및 (4) 지문 인식 센서 회로를 보조 또는 지문 인식 센서 회로에 포함되도록 투명 또는 반투명 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소를 이용하여 광학 감지 또는 적외선 감지, 및 용량성 감지를 수행.
일 실시예에서, 회로들은 지문 인식 센서를 이용할 때 사용자를 보조하기 위하여 지문 인식 센서 회로를 포함하는 디바이스의 요소들을 사용하는 기술들을 포함한다. 일부 예들에서, 회로들은 디바이스 구성요소를 이용하여 배치될 수 있고, 디바이스 구성요소는 다음의 방법들 중 하나 이상을 이용하여 사용자를 보조하도록 배치된다: (1) 지문 인식 센서 회로를 이용할 때 지문 인식을 위한 사용자 손가락 위치 설정을 돕도록 적어도 부분적으로 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소에 의해 형성되는 함몰 형상을 이용, 및 버튼 또는 기타 디바이스 구성요소 아래에 지문 인식 회로를 배치, 및 (2) 촉각 피드백을 제공하기 위한 터치 응답 푸쉬 버튼 위에 지문 인식 회로를 배치.
다른 실시예는 생체 측정 센서 스택의 형태를 취할 수 있고, 생체 측정 센서 스택은 캡; 캡을 둘러싸고 접지 링을 정의하는 트림; 캡 아래에 위치 설정된 센서; 및 센서 아래에 위치 설정된 스위치를 포함한다. 일부 실시예들에서, 캡이 눌려질 때 캡, 트림, 및 센서가 모두 이동하고; 캡이 눌려질 때 스위치가 접힌다. 더 많은 실시예들에서, 스위치가 전기 신호를 생성하는 동안 센서는 생체 측정 데이터를 획득하도록 작동한다. 실시예들에서, 센서는 캡과 접촉하고 있는 여러 손가락들로부터 데이터를 획득하도록 작동한다.
다수의 실시예들 및 그것들의 변형이 개시되었지만, 본 개시내용의 또 다른 실시예들이 통상의 기술자들에게 이하 상세한 설명을 통해 명확하게 될 것이고, 이는 개시내용의 예시적인 실시예들을 나타내고 설명하기 때문이다. 알게 되겠지만, 개시내용은 모두 본 개시내용의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양하고 명백한 측면에서 변형예가 가능하다. 따라서, 도면 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 사실상 예시적인 것으로 간주되며 제한하려는 것이 아니다.
명세서는 본 개시내용을 형성하는 것으로 간주되는 대상을 구체적으로 언급하고 명백하게 주장하는 청구범위로 끝을 맺지만, 개시내용이 첨부 도면들과 함께 기재된 다음의 설명으로부터 잘 이해될 것임을 확신하며, 도면에서:
도 1은 디바이스의 일부분에 포함되는 지문 인식 센서의 개념도를 도시한다.
도 2는 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 라미네이트된 층들을 도시하는, 버튼 조립체의 개념도를 도시한다.
도 3은 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체의 다른 개념도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체의 다른 개념도를 도시한다.
도 5는 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체를 구비한 디바이스의 개념도를 도시한다.
도 6은 납작한 렌즈를 구비한 함몰된 설계의 버튼 조립체의 다른 개념도를 도시한다.
도 7은 일반적으로 사파이어의 샘플 결정 격자 구조(700)를 도시한다.
도 8은 샘플 생체 측정 센서 스택의 분해도를 도시한다.
도 9는 조립된 구성의 도 8의 센서 스택의 단면도를 도시한다.
도 10은 조립된 구성의 도 8의 센서 스택의 사시도이다.
도 11은 샘플 생체 측정 센서 스택을 포함하는 샘플 전자 디바이스를 도시한다.
도 12는 디바이스 내의 생체 측정 센서 스택을 보여주는, 캡의 중간을 가로질러 취해진 도 11의 샘플 전자 디바이스의 단면도이다.
도 13은 도 12의 단면도와 유사한 사시 단면도이다.
도 14는 생체 측정 센서 스택을 나타내는, 도 13의 사시 단면도와 유사한 확대된 사시 단면도이다.
도 15는 직사각 형상을 갖는 샘플 생체 측정 센서 스택을 포함하는 샘플 전자 디바이스를 도시한다.
도 16은 사탕 모양을 갖는 샘플 생체 측정 센서 스택을 포함하는 샘플 전자 디바이스를 도시한다.
도 17은 원형 형상이고 디바이스의 표면 위로 융기한 샘플 생체 측정 센서 스택을 포함하는 샘플 전자 디바이스를 도시한다.
도 18은 원형 형상이고, 디바이스의 표면 아래로 함몰된 샘플 생체 측정 센서 스택을 포함하는 샘플 전자 디바이스를 도시한다.
본 개시내용은 전자 디바이스용 지문 센서 시스템에 관한 것으로, 스마트폰(또는 스마트 전화기), 태블릿 컴퓨터, 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터, 및 기타 휴대용 전자기기 및 모바일 디바이스를 위한 지문 이미지 센서를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일부 설계들에서, 지문 센서는 제어 버튼 또는 디스플레이 요소 아래에 배치되어, 디바이스가 사용자에 의해 작동되는 동안 지문 인식 및 인증이 수행될 수 있다.
지문 센서는 자체적으로 지문 이미지를 획득하기 위한 용량성 소자들의 그리드, 또는 광학 센서 또는 기타 적절한 지문 이미징 기술을 활용할 수 있다. 제어 회로에는 또한, 예를 들어 터치 또는 압력에 응답하는 제어 버튼 또는 스위치 요소, 또는 근접 및 (다중) 터치 위치설정에 응답하는 터치스크린 제어 시스템이 제공될 수 있다. 일부 설계들에서, 지문 센서는 사파이어와 같은 이방성 유전 재료로 형성된 제어 버튼 또는 디스플레이 요소와 조합하여 이용된다.
본 명세서에서 설명하는 예시 및 실시예들은 일반적으로 센서, 예컨대 용량성 센서를 패키징하기 위한 다양한 구조체 및 방법들을 개시한다. 일부 실시예들은 센서, 센서를 둘러싸는 구조체, 연결 구조체들(전기적, 물리적, 또는 둘 모두)의 다양한 배치, 및 센서 이미징 보강, 센서 유지, 및 센서 위의 적절한 위치로 사용자 손가락을 안내하기 위한 기술들을 포함하고, 센서 자체는 안보일 수 있다.
추가적인 예시 및 실시예들은 디바이스에 대한 센서의 배치, 예를 들어 커버 글래스 또는 프레임 구조의 함몰부에 배치되는 사파이어 버튼 또는 렌즈 구성요소를 설명한다. 다른 예들에서, 센서는 (예를 들어, 라미네이트된) 커버 글래스 시스템 내에, 또는 디바이스의 구조 또는 하우징 안에 내장될 수 있다. 디바이스 하우징 또는 프레임은 또한 센서가 배치되는 오프닝 또는 센서 개구를 포함하고, 플라스틱 또는 다른 재료로 센서 위에, 예를 들어 캡슐화된 센서 설계를 이용하여 몰딩할 수 있다. 오버 몰딩 또는 캡슐화 재료가 렌즈 또는 버튼 구조의 일부를 형성할 수 있거나, 또는 사파이어 재료가 사용될 수 있다.
도 1
도 1은 디바이스(100)의 일부분에 포함되는 지문 인식 센서(102)의 개념도를 도시한다.
디바이스(100)의 일부분의 분해도 도면은 푸쉬 버튼 아래에 지문 인식 센서(102) 회로를 형성하고 위치 센서(102) 회로를 위치설정하도록 배치된 부품들의 조립체를 도시한다. 본 출원은 특정 푸쉬 버튼 및 특정 센서(102) 회로를 구비한 특정 조립체를 설명하지만, 본 발명의 맥락에서, 임의의 그와 같은 한정에 대한 특정 조건은 없다. 예를 들어, 푸쉬 버튼이 지문 인식 센서(102) 회로의 중심을 다소 벗어나 배치될 수도 있지만, 푸쉬 버튼은 계속 자신의 목적에 효과적이고, 센서(102) 회로 또한 근처의 사용자 손가락의 위치와 함께 동작한다. 본 출원을 읽고 난 후, 통상의 기술자들은 많은 다른 추가적인 예시 조립체들이 본 발명의 기술적 범주 및 사상 내에 있을 수 있고, 작동가능하고, 추가 발명 또는 과도한 실험을 필요로 하지 않는다는 것을 인식할 수도 있다.
커버 글래스(CG) 프레임(106)은 스마트폰, 터치패드, 모바일 컴퓨팅 디바이스의 일부분, 입력 메커니즘, 키보드의 키, 입력 또는 출력 디바이스 하우징의 일부, 차량의 패널 또는 본체, 가전제품 등, 터치 스크린 또는 기타 디바이스(100)의 커버 글래스(107)에 연결되도록 배치되고, 디바이스(100)의 프레임에 연결되도록 배치된다. (많은 실시예들에서, 디바이스(100)는 일부 모바일 컴퓨팅 디바이스의 형태이다.) 커버 글래스 프레임(106)은 푸쉬 버튼을 위치 설정하기 위하여 배치되는 버튼 홀(108)을 포함하고, 또한 외부 스크류 위치에 매칭되도록 배치되고, 조립체가 구성될 때 베이스 플레이트(아래에 추가로 설명됨)에서 적소에 커버 글래스 프레임(106)을 유지하기 위한 수평 스크류들을 수용하도록 배치되는 하나 이상의 스크류 홀더(110)를 포함한다.
커버 글래스 프레임(106)의 버튼 홀(108)은 버튼(104)(이는 푸쉬 버튼의 상부 요소를 형성할 수 있고, 아래에 설명됨)을 유지하도록 배치되고, 이는 도면에 도시된 바와 같다. 버튼(104)은 버튼 홀(108)에 꼭 맞도록 배치된다. 버튼(104)은 렌즈(112)를 포함하고, 렌즈(112)의 적어도 일부분은 함몰 형상을 형성하도록 도와서, 사용자 손가락을 버튼(104) 상으로 안내하는 효과가 있다. 함몰 형상은 유사하게 적어도 부분적으로 접지 링의 챔퍼에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 버튼(104)은 다음의 재료들, 또는 그와 등가물들 중 하나 이상으로 만들어 질 수 있다: 알루미늄 산화물, 유리 또는 화학 처리된 유리, 사파이어, 적어도 일부 그것의 특성들을 갖는 화학 처리된 화합물, 또는 유사한 특성을 갖는 다른 화합물. 렌즈(112)는 접지 링(114) 내에 배치된다. 일 실시예에서, 접지 링(114)을 이용하여 전자기 영향을 차단하고, 정전용량 분리 또는 기타 전자기 분리를 제공하는 효과가 있을 수 있다. 접지 링(114)은 도면에서 렌즈(112)를 보유하는 원통형 에지, 및 조립체가 구성될 때 디바이스(100) 내에 정렬 또는 배향될 수 있는 베이스 플레이트를 갖는 것으로 도시된다.
버튼(104)은 지문 인식 센서(102) 회로 위에 배치되고 그것과 연결된다. 일 실시예에서, 지문 인식 센서(102) 회로는 상대적으로 직사각형이고, 사용자 지문의 2차원(2D) 이미지를 감지할 수 있는 효과가 있다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 지문 인식 센서(102) 회로는 2D 지문 이미지 정보를 수신하는 데 또한 적합할 수 있는 다른 형상, 예컨대 원형 또는 육각형 형상 위에 배치될 수 있다.
아래에 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서(102)는 지문 인식 회로가 배치되는 실리콘 웨이퍼(308)(도 3 참조)를 포함하고, 지문 인식 회로는 디바이스(100)의 다른 구성요소들에 전기적으로 연결된다. 지문 인식 회로는 상대적으로 사용자 손가락에 가까이 배치되고, 지문 인식 회로는 사용자 손가락 상의 각 지점에서 정전용량을 측정하는 것에 응답하여 사용자 손가락의 융선 및 골에 응답하여 지문 이미지 정보를 수집할 수 있는 효과가 있다. 지문 인식 회로와 디바이스(100)의 다른 구성요소들 사이의 전기적 연결이 아래에 추가로 설명된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 출원은 주로 지문 인식 센서(102) 회로가 사용자 손가락의 표피에 용량성 결합하도록 배치되는 조립체를 설명하지만, 본 발명의 맥락에서, 임의의 그와 같은 한정에 대한 특정 조건은 없다. 예를 들어, 지문 인식 센서(102) 회로는 용량성 결합될 수 있거나, 또는 다른 방식으로 사용자 손가락의 피하 부분에 전자기적으로 연결될 수도 있다. 뿐만 아니라, 지문 인식 센서(102) 회로는 광학 감지, 적외선 감지, 또는 기타 사용자 지문 감지를 수행하는 구성요소들과 조합 또는 합동으로 작동할 수 있고, 자체적으로 사용자 손가락의 표피, 사용자 손가락의 피하 부분, 또는 사용자 지문을 나타내는 일부 다른 특징부에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서(102)는 집적 회로를 포함하고, 집적 회로는 2차원(2D) 어레이로 배열된 하나 이상의 용량성 플레이트를 포함하고, 각각의 용량성 플레이트는 픽셀들의 어레이 내에 하나 이상의 픽셀에서 사용자 손가락의 융선 및 골에 응답하여 적어도 일부 지문 이미지 정보를 수집하도록 배치된다. 이것은 각각의 용량성 플레이트는 픽셀들의 어레이에서 지문 이미지 정보의 하나 이상의 픽셀을 수집하지만, 이러한 용량성 플레이트들의 세트는 2D 어레이 형태의 지문 이미지 정보를 수신하여 수집하는 효과가 있다. 예를 들어, 2D 어레이 형태의 지문 이미지 정보를 이용하여 사용자 지문의 실질적인 특징부들을 결정할 수 있고, 이를 이용하여 향후 사용을 위해 데이터베이스에 사용자 지문을 등록할 수 있거나, 또는 나중에 등록된 지문 이미지 정보와 비교하여 사용자 지문을 인식하고 가능한 경우 그 지문 이미지 정보에 응답하여 사용자를 인증할 수 있다.
지문 인식 회로는 가요성 요소(116) 위에 배치되어 그것과 연결되고, 가요성 요소(116)는 사용자 손가락에 의해 버튼(104) 상에 가해지는 임의의 힘을 수용하고, 그 힘을 촉각 돔 스위치(118)(아래에 추가로 설명됨)로 전달하도록 배치된다. 가요성 요소(116)는 또한 지문 인식 센서(102)로부터 전기 신호(예컨대 지문 이미지 정보를 나타냄)를 수신하고, 지문 인식 센서(102)의 전기 신호들을 프로세서에 전달하도록 배치된다.
가요성 요소(116)는 촉각 돔 스위치(118) 위에 배치되어 그것과 연결되고, 사용자 손가락에 의해 버튼(104) 상에 가해지는 임의의 힘을 수용하고, 사용자 손가락이 버튼(104)을 눌렀음을 나타내는 전기 신호를 푸쉬 버튼 회로에 전달하고, 선택적으로 버튼(104)이 눌려졌음을 나타내기 위하여 사용자 손가락에 촉각 피드백을 제공한다.
본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이, 촉각 돔 스위치(118)를 지문 인식 센서(102) 회로와 일렬로 배치하는 것은 사용자가 자신의 손가락을 버튼(104) 상에 위치시킬 때 사용자 지문이 인식될 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 사용자는 디바이스(100)의 전원 온(on) 또는 스타트 업(up) 시퀀스의 일부로서 자신의 손가락을 버튼(104) 상에 위치시킬 수도 있고, 그 때 디바이스(100)는 동시에 (A) 전원 온 또는 스타트 업 시퀀스를 작동시키고, (B) 예컨대, 사용자의 등록 또는 인증을 위하여 사용자 손가락에 대한 지문 이미지 인식을 수용할 수도 있다.
촉각 돔 스위치(118)는 스위치 개스킷(120) 위에 배치되어 그것과 연결되고, 스위치 개스킷(120)은 촉각 돔 스위치(118)를 유지하고, 버튼 지지 플레이트(122)에 의해 제자리에 유지된다. 버튼 지지 플레이트(122)는 베이스 플레이트에 연결되고, 하나 이상의 수직 스크류에 의해 제자리에 유지된다. 위에서 설명한 바와 같이, 베이스 플레이트는 또한 하나 이상의 수평 스크류에 의해 커버 글래스 프레임(106)과 제자리에 유지된다. 일 실시예에서, 베이스 플레이트는 또한 다른 디바이스 구성요소들, 예컨대 마이크로폰 잭 또는 다른 구성요소들을 연결하기 위한 홀과 같은 다른 구성요소들을 가진다.
본 출원을 읽은 이후에, 통상의 기술자들은 설명한 바와 같은 조립체의 이러한 특정 배치가 절대적으로 요구되는 것은 아니고, 그러한 배치의 다수의 변형들이 작동가능하고 본 발명의 범주 및 사상 내에 있고, 추가 발명 또는 과도한 실험을 필요로 하지 않는다는 것을 인식할 수도 있다.
일 특정예에서, 지문 인식 센서(102) 회로를 촉각 돔 스위치(118)와 상대적으로 수직하게 정렬하여 위치설정함으로써 디바이스(100)는 지문 이미지 정보를 동시에 수신하는 기능과 버튼-푸시 정보를 수신하는 기능을 조합할 수 있다.
도 2
도 2는 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 라미네이트된 층들을 도시하는, 버튼 조립체(200)의 개념도를 도시한다.
도 1에 대하여 설명한 바와 같이 버튼 조립체(200)는 렌즈(112)를 포함하고, 위에서 설명한 바와 같이, 적어도 부분적으로 렌즈(112)의 일부분에 의해 사용자 손가락을 버튼(104) 상으로 안내하도록 함몰 형상이 형성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 렌즈(112)는 접지 링(114) 내에 배치되고, 접지 링은 선택적으로 버튼(104)의 측면들을 둘러싸는 버튼 테두리(115)를 포함한다. 일 실시예에서, 버튼 테두리(115)는 또한 함몰 형상의 일부분이 적어도 부분적으로 버튼 테두리(115)에 의해 형성되도록 함으로써, 추가적으로 사용자 손가락을 버튼(104) 상으로 안내하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 2 내지 5 층 형태의 잉크(202)를 포함하는 잉크 조립체가 렌즈(112) 아래에 배치된다. 일 실시예에서, 잉크 조립체는 렌즈(112) 상에 인쇄되거나, 그 위에 기상 증착되거나, 또는 다른 기술에 의해 도포될 수 있다. 다른 방식으로-반투명 버튼(104)은 불투명하게 만들어질 수 있어서, 지문 인식 센서의 구성요소들이 사용자에게 바로 보이지 않는 효과가 있다. 렌즈(112)는 열 활성화 막 및 주변 밀봉부(204)를 이용하여 자신의 에지에서 접지 링(114)에 연결된다.
위에서 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서 회로는 렌즈(112) 아래에 배치된다. 액체 라미네이션 층(206)이 렌즈(112) 아래에 배치되고, 렌즈와 지문 인식 센서 회로를 연결한다. 지문 인식 센서 회로는 실리콘 패키지(208), 실리콘 회로층, 솔더(아래에 더 자세히 도시됨)를 포함하고, 언더필(210)(아래에 더 자세히 도시됨)을 포함한다.
본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이, 지문 인식 센서 회로는 사용자 손가락의 표피와 같은 사용자 손가락의 융선 및 골과 용량성 결합을 나타내고, 지문 인식 센서는 2D 지문 이미지 정보를 수신하고, 그 정보로부터 디바이스는 그 지문이 사용자 지문인지 또는 기타 다른 사람의 지문인지 결정할 수 있는 효과가 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 지문 인식 센서 회로는 또한 또는 대신에 사용자 손가락의 다른 부분, 예컨대 손가락의 피하층, 또는 사용자 손가락의 다른 특징부와 용량성 결합을 나타낸다.
위에서 설명한 바와 같이, 지문 인식 회로는 가요성 요소(116) 위에 배치되어 그것과 연결된다. 가요성 요소(116)는 보강재 요소(212)에 연결된다. 렌즈(112)를 유지하는 접지 링(114)의 에지들은 액체 접착제(214)를 이용하여 보강재 요소(212)에 연결된다. 보강재 요소는 고강도 본딩 테이프, 예컨대 VHB 테이프(216) 위에 배치되어 그것과 연결되고, 테이프는 결과적으로 가요성 요소(117) 및 촉각 스위치(버튼 스위치)(218) 위에 배치되고 그것들에 연결된다.
본 출원을 읽은 이후에, 통상의 기술자들은 추가 발명 또는 과도한 실험없이, 조립체가 설명된 바와 같이 지문 인식 센서에 상대적으로 짧은 사용자 손가락까지의 거리, 및 상대적으로 낮은 적층 높이를 제공하면서, 동시에 사용자가 지문 인식 센서를 이용하여 푸쉬 버튼 또는 디바이스의 다른 구성요소에 액세스할 수 있도록 한다는 것을 인식할 수도 있다.
제1 특정예에서, 위에서 설명한 바와 같이 조립체는 함몰 형상을 포함하고, 이를 통해 지문 인식 센서가 탁월한 효과를 낼 수 있는 위치로 사용자 손가락이 안내되는 효과가 있다. 함몰 형상은 적어도 부분적으로, 렌즈(112)을 포함하는 버튼(104)의 형상의 일부분에 의해, 그리고 (선택적으로) 접지 링(114)의 형상의 일부분에 의해 형성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서는 버튼(104) 아래에 배치되고, 사용자 손가락이 함몰 형상 안으로 안내되면, 지문 인식을 위하여 사용자 손가락을 잘 위치설정하는 효과가 있다.
제2 특정예에서, 위에서 설명한 바와 같이 조립체는 구성요소들의 스택의 하부에 촉각 푸쉬 버튼을 포함하고, 이를 통해 지문 인식 센서가 사용자 손가락의 표피에 상대적으로 더 가까이 위치하는 것에 응답하여 탁월한 효과를 보이면서, 동시에 사용자가 푸쉬 버튼을 이용할 수 있고 또한 그 푸쉬 버튼을 누르거나 해제하는 것으로부터 촉각 피드백 효과를 가질 수 있는 효과가 있다. 본 명세서에 설명한 바와 같이, 푸쉬 버튼을 지문 인식 센서 회로와 실질적으로 수직하게 스택으로 배치함으로써 (A) 디바이스는 사용자로부터 푸쉬 버튼 동작을 수용하고, 동시에 버튼(104)을 누르고 있는 사용자 손가락 상에 지문 인식을 수행할 수 있고, (B) 푸쉬 버튼 또는 지문 인식 센서 회로를 사용자 손가락으로부터 너무 멀리 배치하지 않고 디바이스는 지문 인식 센서 회로와 사용자 손가락 사이에 상대적으로 탁월한 용량성 결합을 나타낼 수 있다.
도 3
도 3은 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체(200)의 다른 개념도를 도시한다.
버튼 조립체(200) 위에 배치된 사용자 지문의 융선 및 골(302)의 세트가 도시되고, 융선 및 골(302)은, 사용자 지문의 융선은 버튼(104)의 외부 표면에 상대적으로 더 가깝지만, 사용자 지문의 골은 버튼(104)의 외부 표면으로부터 상대적으로 더 멀리 있는 특성을 가진다. 위에서 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서 회로는 예컨대 사용자 손가락(304)의 표피에서 사용자 손가락의 융선 및 골(302)과 용량성 결합을 나타내고, 지문 인식 센서 회로는 상대적으로 사용자 손가락(304)의 표피에 가까이 위치한다.
도 3은 도 1에 대하여 설명한 바와 같이, 유사하게 버튼 조립체(200)를 도시하고, 버튼 조립체는 렌즈(112)의 형상의 일부분에 의해 버튼(104) 상으로 사용자 손가락(304)을 안내하도록 적어도 부분적으로 형성된 함몰된 형상(306)을 포함하고, 접지 링(114)을 위한 구조를 포함하고, 선택적으로 또한 버튼(104) 상으로 사용자 손가락(304)을 안내하도록 함몰된 형상(306)의 일부분을 포함한다. 도 3은 유사하게 렌즈(112) 아래에 배치되고 그것과 연결되는 잉크 조립체(202)를 도시하고, 잉크 조립체는 다른 방식으로-반투명 버튼(104)이 불투명하게 만들어져, 지문 인식 센서의 구성요소들이 바로 사용자에게 보이지 않도록 하는 효과가 있다. 도 3은 유사하게 렌즈(112) 아래에 배치되고 그것과 연결되는 지문 인식 센서를 도시한다.
지문 인식 센서는 실리콘 웨이퍼(308)를 포함하고, 실리콘 웨이퍼는 한편으로, 하나 이상의 용량성 플레이트와 다른 한편으로 사용자 지문(예컨대 사용자 손가락(304)의 표피 상의 융선 및 골(302)) 사이의 정전용량을 측정하기 위한 회로(310)가 인쇄되고, 이를 통해 사용자 손가락(304)의 융선 및 골(302)에 대한 지문 이미지 정보를 제공하는 효과가 있다. 접지 링(114)은 전기적 분리를 제공하고, 사용자 손가락(304)과 지문 인식 센서 사이의 정전용량이 측정되는 것이며, 임의의 다른 물체와 지문 인식 센서 사이의 정전용량이 측정되지 않는 효과가 있다. 접지 링(114)은 버튼(104)의 렌즈(112)에 인접하게 또는 가까이 형성될 수 있다. 일례로서, 접지 링(114)은 버튼 테두리(115)와 같은 접지 링(114)을 지지하거나 또는 포함하는 구조(312)에 포함되거나 또는 그 측면에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 실리콘 웨이퍼(308)는 하나 이상의 쓰루-실리콘 비아(TSV)를 포함하고, TSV는 한편으로 실리콘 웨이퍼(308)의 상부 상에 배치된 회로(310)와 다른 한편으로 실리콘 웨이퍼의 아래 또는 측면에 배치된 회로 사이의 전기적 연결을 제공하도록 배치된다. 이를 통해, 본딩 와이어(314)들이 회로(310)를 실리콘 웨이퍼(308)로부터 다른 곳으로 연결하기 위하여 실리콘 웨이퍼(308)의 표면으로부터 휘어질 필요가 없도록 하는 효과가 있다.
실리콘 웨이퍼(308)의 표면으로부터 휘어지는 본딩 와이어(314)들을 이용하는 경우, 실리콘 웨이퍼(308) 위에서 실리콘 웨이퍼(308)와 그 옆의 물체 사이의 수직 공간을 다른 방식으로 점유할 수도 있다. 쓰루-실리콘 비아를 이용하여 실리콘 웨이퍼(308)의 상부 상에 배치된 회로(310)를 다른 위치(예컨대, 실리콘 웨이퍼(308)의 하부에 있는 회로, 또는 실리콘 웨이퍼(308)의 측면에 있는 회로)에 연결하는 것은 지문 인식 센서를 위하여 더 적은 수직 공간을 필요로 하는 효과가 있고, 지문 인식 센서가 사용자 손가락(304)에 더 가까이 배치될 수 있고, 상대적으로 높은 해상도 및 효과성을 갖는 효과가 있다.
일 실시예에서(가능한 경우 쓰루-실리콘 비아를 갖는 실시예들에 동시에 사용됨), 실리콘 웨이퍼(308)는 하나 이상의 에지 트렌치(316), 즉, 한편으로, 실리콘 웨이퍼(308)의 상부 상에 배치된 회로(310)로부터, 다른 한편으로, 실리콘 웨이퍼(308)의 측면에 배치된 회로까지 실리콘 웨이퍼(308)를 관통하여 식각되거나 또는 굴착된 트렌치들을 포함한다. 이를 통해, 또한 본딩 와이어(314)들이 회로(310)를 실리콘 웨이퍼로부터 다른 곳으로 연결하기 위하여 실리콘 웨이퍼(308)의 표면으로부터 휘어질 필요가 없도록 하는 효과가 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(308)의 표면으로부터 위로 본딩 와이어(314)들을 구부릴 필요가 줄어들면, 사용자 손가락(304)과 지문 인식 센서 사이에 필요한 수직 공간의 크기를 줄일 수 있다.
일 실시예에서(또한, 가능한 경우 위에서 설명한 다른 실시예들에 동시에 사용됨), 플라스틱 수지 또는 기타 탄성중합체 재료(또는 대안적으로, 세라믹 재료) 내에 캡슐화하고, 이어서 플라스틱 수지 또는 탄성중합체의 상부 부분을 실리콘 웨이퍼(308)의 상부 상에 배치된 회로(310)의 와이어가 거의 노출되는, 또는 대안적으로, 거의 완전히 노출되는 지점까지 제거함으로써, 실리콘 웨이퍼(308)가 구성된다. 이를 통해, 제조된 실리콘 웨이퍼(308)가 합리적으로 가능한 한 작게 수직 공간을 이용하는 효과가 있는데, 그 이유는 손가락 인식 센서를 위한 웨이퍼 패키징에 의해 사용되는 초과의 수직 공간이 상대적으로 제한적이기 때문이다.
일 실시예에서, 실리콘 웨이퍼(308)는 무작위로(또는 의사-무작위로) 배치되고, 웨이퍼(308)에 연결되는 솔더 볼(318)들의 세트를 포함하도록 구성된다. 선택적으로, 솔더 볼(318)들은 실제 솔더를 포함할 필요는 없고, 금과 같은 기타 전기 전도성 재료, 기타 변형 금속, 또는 압력과 같은 물리적 공정에 응답하여 변형될 수 있는 기타 전기 전도성 또는 반도체성 재료를 포함할 수 있다. 솔더 볼(318)들은 플라스틱 수지 내에 캡슐화되고, 이어서 솔더 볼(318)들과 플라스틱 수지가 압축되는 점까지 솔더 볼(318)들과 플라스틱 수지의 층을 압축할 수 있다. 이를 통해, 플라스틱 수지를 실질적으로 솔더 볼(318)들로부터 쥐어짜내어, 솔더 볼(318)들이 실리콘 웨이퍼(308)와 다른 구성요소들, 예컨대 버튼(104) 사이의 전기 신호를 전달하도록 배치되는 효과가 있다. 솔더 볼(318)들, 또는 기타 재료가 자체 층 내에 수평하게 분산되기 때문에, 이를 통해 그 층에 걸쳐 또는 그 안에서 어떠한 수평 방향의 전도도 없이, 위에 있는 층으로부터 아래에 있는 층으로 전도하도록 그 층이 동작하는 효과가 있다.
실리콘 웨이퍼(308)가 버튼(104)에 연결되는 경우에, 이를 통해, 실리콘 웨이퍼(308)의 용량성 플레이트들과 버튼(104)의 표면 사이에 전도성이 증가하는 효과가 있다. 사용자 손가락(304)의 표피와 실리콘 웨이퍼(308) 사이의 거리가 감소되어, 결과적으로 사용자 손가락(304)과 실리콘 웨이퍼(308) 사이의 정전용량이 증가되는 효과가 있다. 결과적으로 이를 통해 지문 인식 센서는 사용자 지문 이미지 정보의 탁월한 정전용량 감지를 획득할 수 있다.
도 4a 및 도 4b
도 4a 및 도 4b는 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체(200)의 다른 개념도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 (도 4a) 버튼(104) 및 지문 인식 센서의 측단면도, 및 (도 4b) 지문 인식 센서 실리콘 웨이퍼(308)의 평면도 둘 모두를 도시한다.
위에서 설명한 바와 같이, 버튼(104)은 렌즈(112)(다양한 재료들, 예컨대 유리, 알루미늄 산화물, 플라스틱, 수지 등으로 구성될 수 있음)를 포함하고, 버튼(104) 상으로 사용자 손가락을 안내하도록 함몰 형상(306)을 가진다. 위에서 설명한 바와 같이, 렌즈(112)는 접지 링(114)(예를 들어, 양극산화된 알루미늄, 예컨대 SOS 알루미늄으로 만들어짐) 내에 배치된다. 위에서 설명한 바와 같이, 접지 링(114)은 전기적 분리를 제공하고, 사용자 손가락과 지문 인식 센서 사이의 정전용량이 측정되는 것이며, 임의의 다른 물체와 지문 인식 센서 사이의 정전용량이 측정되지 않는 효과가 있다.
접지 링(114)은 도면에서 렌즈(112)를 보유하는 원통형 에지, 및 조립체가 조립될 때 디바이스 내에 정렬 또는 배향될 수 있는 베이스 플레이트를 갖는 것으로 도시된다. 대안적인 실시예들에서, 하나 이상의 용량성 플레이트가 접지 링(114) 대신에 사용자 손가락의 측면에 배치될 수 있고, 이는 오직 사용자 손가락과 지문 인식 센서 사이에서만 임의의 용량성 결합이 발생하도록 용량성 분리를 제공하는 효과가 있다. 예를 들어, 용량성 플레이트들을 지문 인식 센서가 위치하는 영역을 둘러싸도록 배치하여, 이를 통해 지문 인식 센서를 용량성 분리로 둘러싸는 효과가 있을 수 있다. 유사하게, 용량성 플레이트들은 디바이스를 위한 케이싱, 예컨대 스마트폰 또는 기타 디바이스를 위한 케이싱 근처에 또는 내부에 배치될 수 있고, 이 또한 용량성 분리를 이용하여 지문 인식 센서를 둘러싸는 효과가 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 잉크(202)의 층이 렌즈(112)의 아래에 배치되고 그것과 연결된다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서는 용량성 플레이트들의 세트를 포함하고, 약 300 dpi(dots per inch) 또는 그 정도의 밀도(또는 선택적으로, 더 높거나 낮은 밀도)를 갖는 픽셀을 포함하는 2D 어레이에 배치되고, 이를 통해 사용자 손가락에 대한 2D 지문 이미지 정보를 제공하는 효과가 있다. 일 실시예에서, 2D 지문 이미지는 그레이스케일 값들의 세트를 포함하고, 각각의 픽셀에 대하여 하나 이상의 그레이스케일 값들이 존재하고, 이를 통해 지문 인식을 위하여 프로세서에 송신되는 그레이스케일 값들의 2D 세트를 제공하는 효과가 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 일 실시예는, 실리콘 웨이퍼(308) 조립체는 웨이퍼(308)에 무작위로(또는 의사-무작위로) 배치되어 이와 연결되고 플라스틱 수지의 압축된 층 내에 캡슐화된 솔더 볼(318)들의 세트를 포함하도록 구성된다. 무작위로 또는 의사-무작위로 배치될 때에도, 솔더 볼(318)들의 세트는 실리콘 웨이퍼(308)와 다른 회로, 예컨대 아래에 설명된 가요성 요소(116 또는 117, 또는 둘 모두) 사이의 전기적 연결성에 대하여 실질적으로 균등한 수단을 제공한다.
도면들에서 도시된 바와 같이, 솔더 볼(318)들, 또는 기타 재료는 다음 중 하나 이상에 배치될 수 있다: (A) 실리콘 웨이퍼(308) 위에 있는 층, 이를 통해 실리콘 웨이퍼(308)가 적어도 부분적으로 그 위에 있는 층에 전기적으로 연결되는 효과가 있음, (B) 실리콘 웨이퍼(308) 아래에 있는 층, 이를 통해 실리콘 웨이퍼(308)가 적어도 부분적으로 그 아래에 있는 층에 전기적으로 연결되는 효과가 있음.
위에서 설명한 바와 같이, 가요성 요소(116 또는 177)는 실리콘 웨이퍼(308)에 연결되고, 이를 통해, 버튼(104)이 눌릴 때, 웨이퍼(308)의 구조에 실질적인 위험없이 실리콘 웨이퍼(308)가 눌릴 수 있는 효과가 있다. 도면은 가요성 요소(116 또는 117)와 실리콘 웨이퍼(308) 사이의 커넥터들의 세트를 나타내고, 이를 통해 버튼(104)이 눌리면, 가요성 요소(116 또는 117)가 구부러져서, 웨이퍼(308)가 구조적 긴장 없이 눌려지는 효과가 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 지지 플레이트(122)가 웨이퍼(308) 아래에 위치하고 그것에 연결된다. 돔 구조는 지지 플레이트(122) 아래에 위치하고 그것에 연결되어, 버튼(104)이 눌릴 때, 사용자에게 촉각적 응답을 제공한다.
도 5
도 5는 버튼 조립체(200)와 지문 인식 센서(102) 사이의 관계를 나타내는 개념도를 도시한다.
일 실시예에서, 버튼(104)은 위에서 설명한 바와 같은 재료, 예컨대 처리된 유리 또는 사파이어를 포함하는 구성요소를 포함하고, 지문 인식 센서 회로의 최상의 사용이 이루어지는 중심 위치를 향하여 사용자 손가락을 안내하는 함몰 형상 만입부를 적어도 부분적으로 형성한다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 상대적으로 사용자에 더 가까운 디바이스(100)의 일부분이 상대적으로 더 큰 버튼 요소(수평하게-배향된 직사각형으로 도시됨)를 포함할 수 있고, 상대적으로 함몰 형상 만입부(점선 원으로 도시됨)를 덮어씌우고, 지문 인식 센서 회로(점선 원과 대략 동일한 크기의 정사각형으로 도시됨)를 덮어씌운다. 사용자가 느낌 또는 터치에 의해 용이하게 지문 인식 센서 회로의 위치를 파악하고, 지문 인식 센서 회로에 대하여 자신의 손가락을 용이하게 배향할 수 있는 효과가 있다. 또한 이를 통해, 지문 인식 센서 회로가 푸쉬 버튼을 둘러싸는 원형 접지 링 내에 꼭 맞도록 요구되는 경우의 것보다 실질적으로 더 크게 만들어질 수 있는 효과가 있는데, 그 이유는 사용자 손가락은 지문 인식 센서에 대하여 상대적으로 잘 위치 설정되기 때문이다.
일 실시예에서, 구체적인 접지 링에 대한 특정 요구 사항은 없다. 디바이스(100)는 지문 인식 센서 회로의 측면에 위치한 용량성 플레이트들 또는 접지 요소들을 포함할 수 있고, 이를 통해, 지문 인식 센서 회로가 용량성 분리를 나타내는 효과가 있고, 지문 인식 센서 회로가 외부에 있는 일부 간섭의 전자기 소스가 아니라, 사용자 손가락의 표피에 용량성 결합을 갖는 효과가 있다. 예를 들어, 디바이스(100)는 다음 중 하나 이상의 용량성 플레이트들 또는 접지 요소들을 포함할 수 있다 (A) 지문 인식 센서 회로의 바로 측면에, 디바이스(100) 내부 및 푸쉬 버튼 근처에 위치함, (B) 디바이스 하우징, 또는 푸쉬 버튼을 포함하는 서브-하우징의 측면 상, 또는(C) 디바이스 하우징, 또는 푸쉬 버튼을 포함하는 서브-하우징 상에 또는 안에 다른 방식으로 위치함.
일 실시예에서, 푸쉬 버튼을 위한 물리적 촉각 센서, 예컨대 스프링 또는 기타 촉각 요소에 대한 특정 요구 사항이 없다. 예를 들어, 디바이스(100)는 사용자가 커버 글래스(107)를 누르고 있는지 여부(예컨대 사용자가 눌러야 할 위치를 알려주는 함몰부에 있는 커버 글래스(107)를 누르고 있는지 여부)를 결정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 눌러야 할 위치를 알려주는 함몰부는 또한 지문 인식 센서 회로 위에 사용자 손가락을 위치 설정하는 것을 돕는다.
제1 예에서, 디바이스(100)는 사용자 지문의 면적 중 유리를 터치하는 면적의 비율을 측정함으로써 사용자가 커버 글래스(107)를 누르는지 여부를 결정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 그와 같은 센서들은 사용자 지문에 의해 가려진 커버 글래스(107)의 면적에 응답할 수 있고, 이를 통해, 사용자가 커버 글래스(107)를 더 세게 누르면, 사용자 손가락에 의해 덮인 면적이 상대적으로 작은 점(살짝 터치하는 경우)으로부터 상대적으로 더 큰 면적(더 세게 누르는 경우), 상대적으로 최대 면적(사용자 손가락이 실질적으로 커버 글래스(107)를 완전히 누르는 경우)으로 변할 수도 있는 효과가 있다.
제2 예에서, 디바이스(100)는 사용자 지문 면적 중 유리를 터치하는(또는 다른 방식으로 상대적으로 유리 근처에 배치되는) 융선의 비율을 측정함으로써 사용자가 커버 글래스(107)를 누르는지 여부를 결정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 그와 같은 센서들은 사용자 지문의 융선들의 수에 응답할 수 있고, 사용자가 커버 글래스(107)를 더 세게 누르면, 사용자 지문의 융선들의 수는 상대적으로 작은 수(살짝 터치하는 경우)에서 상대적으로 큰 수(더 세게 누르는 경우), 상대적으로 최대 수(사용자 손가락이 실질적으로 커버 글래스(107)를 완전히 누르는 경우)로 변할 수도 있는 효과가 있다.
제3 예에서, 디바이스(100)는 선택적으로 온도를 보상하는 변형 게이지를 이용하여 사용자가 커버 글래스(107)를 누르는지 여부를 결정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 그와 같은 센서들은 사용자 손가락에 의한 압력으로부터 커버 글래스(107) 상의 상대적인 변형량을 측정할 수 있고, 사용자가 커버 글래스(107)를 더 세게 누르면, 변형량이 상대적으로 최솟값(살짝 터치하는 경우)에서 상대적으로 더 큰 값(더 세게 누르는 경우), 상대적으로 최댓값(사용자 손가락이 실질적으로 커버 글래스(107)를 완전히 누르는 경우)으로 변할 수도 있는 효과가 있다.
일부 실시예들에서, 가요성 요소(116)에 추가적으로, 또는 대신하여 경성 기판이 사용될 수 있다. 그와 같은 실시예들에서, 센서가 경성 기판에 부착되고, 렌즈 아래에 위치할 수 있다. 촉각 스위치, 또는 기타 압력-감응성 피드백 디바이스가 경성 기판의 하면에 부착될 수 있다. 바꿔서, 압력-감응성 피드백 디바이스 또는 스위치가 그것의 하면이 다른 회로 요소, 예컨대 다른 경성 기판에 이르도록 장착될 수 있고, 제1 경성 기판이 하부 지지 플레이트로서 역할을 한다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서 회로는 버튼(104)의 하나 이상의 전기적 특성, 예컨대 버튼 재료(예컨대 알루미늄 산화물, 사파이어 또는 기타 이방성 재료)의 이방성을 이용하여 지문 인식 센서 회로가 사용자 손가락의 표피(또는 선택적으로, 사용자 손가락의 피하 부분)을 더 잘 감지하도록 할 수 있다. 이는 지문 인식 센서 회로가 버튼 재료의 이방성 덕분에 사용자 손가락에 대하여 상대적으로 탁월한 용량성 결합을 나타낼 수 있는 효과가 있고, 지문 인식 센서 회로가 상대적으로 탁월한 지문 이미지 정보의 세트를 획득하는 효과가 있다. 유사하게, 이용가능한 경우, 지문 인식 센서 회로는 버튼 재료의 다른 전자기 속성들을 이용하여, 버튼 재료의 이러한 다른 전자기 특성들 덕분에 상대적으로 사용자 손가락에 대한 탁월한 용량성 결합을 나타낼 수 있다.
이해할 점은, 이방성 유전 재료들을 이용하여 용량성 센서 위에 하나 이상의 층, 예컨대 커버 글래스(107) 또는 버튼 표면 층을 형성할 수 있다는 것이다. 이방성 유전체들은, 그렇지 않으면 용량성 지문 센서 어레이와 손가락 표면(또는 피하) 사이의 거리에 의해 유발되는 블러링을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 손가락과 용량성 센서 어레이를 커버하거나 그 사이에서 연장되는 사파이어 층을 배향하는 것은 이미징을 강화할 수 있다. 사파이어 층은, 자신의 C-평면에 수직인 사파이어의 축들(예컨대 M-평면 및 A-평면) 중 하나가 센서 이미징 어레이와 이미지화 되는 손가락에 의해 접촉되는, 또는 그 근처의 표면 사이에 연장되도록 배향될 수 있다. 일반적으로, C-평면에 수직인 사파이어 축들은 C-평면에 평행한 방향보다 유전 상수가 더 높아서, 용량성 감지 및/또는 이미징을 강화할 수 있다. 단결정 또는 다결정 사파이어가 다양한 실시예들에 사용될 수 있지만, 특정 실시예들은 구체적으로 단결정 사파이어를 사용할 수 있다. 도 7은 일반적으로 사파이어의 샘플 결정 격자 구조(700)를 나타내고, 임계면(702)(이 경우에는, C-평면)이 상부 표면으로서 배향된다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서 회로는 버튼(104)에 결합되는 구성요소들을 포함할 수 있고, 이를 통해, 지문 인식 센서 회로가 버튼(104)의 추가적인 물리적, 전기적 특성들을 이용할 수 있는 효과가 있다.
제1 예에서, 지문 인식 센서 회로는 버튼(104)의 표면, 예컨대 사용자 손가락으로부터 멀리 떨어진 하부 표면 상에 인쇄된 회로 소자들을 포함할 수 있어서, 상대적으로 손상을 당할 염려가 없다.
제2 예에서, 지문 인식 센서 회로는 버튼(104)의 표면에 퇴적된 회로 소자들을 포함할 수 있다. 그러한 예들에서, 회로 소자들은 식각, 스퍼터링, 또는 상대적으로 비전도성 표면의 표면 위로 반도체 회로들을 집적하기 위한 기타 기술들을 이용하여 퇴적될 수 있다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서 회로는 광학 소자, 예컨대 버튼(104)의 투명 특성을 이용하는 것에 의해 도움을 받을 수 있다. 예를 들어, 광학 소자는 사용자 손가락의 표피의 광학적 화면(정지 화면, 정지 화면들의 시퀀스, 또는 비디오 시퀀스로서 결정됨)을 획득할 수 있다. 일 예에서, 광학적 화면은 사용자 손가락의 융선과 골 사이에서 검출되는 광학적 차이, 예컨대 존재할 수도 있는 임의의 음영 차이에 대하여 처리될 수 있다. 음영 차이는 주변광, 또는 디바이스(100) 내에서 나오는 광학적(또는 선택적으로, 적외선 또는 다른 응용가능한 전자기 주파수) 소스에 의해 나타날 수도 있다.
일 실시예에서, 지문 인식 센서 회로는 적외선 감지 소자, 예컨대 버튼(104)의 투명 또는 반투명 특성을 이용하는 것에 의해 도움을 받을 수 있다. 예를 들어, 적외선 감지 소자는 사용자 손가락의 표피 또는 사용자 손가락의 피하 부분의 적외선 화면(정지 화면, 정지 화면들의 시퀀스, 또는 비디오 시퀀스로서 결정됨)을 획득할 수 있다. 일 예에서, 적외선 화면은 사용자 손가락의 융선과 골 사이에서 검출되는 적외선 차이, 예컨대 존재할 수도 있는 임의의 온도 차이 또는 적외 주파수 차이에 대하여 처리될 수 있다. 사용자 손가락의 내부 온도, 또는 광학적, 적외선, 또는 기타 응용가능한 전자기 주파수, 디바이스(100) 내부로부터의 소스로 인해, 온도 차 또는 적외선 주파수 차가 나타날 수도 있다.
그러한 예들에서, 지문 인식 센서 회로와 사용자 손가락의 표피 사이의 용량성 결합, 및 임의의 광학적 정보 또는 적외선 정보가 조합되어 통일된 지문 이미지 정보의 세트를 형성할 수도 있다. 대안적으로, 그러한 예들에서, 지문 인식 센서 회로와 사용자 손가락의 표피 사이의 용량성 결합, 및 임의의 광학적 정보 또는 적외선 정보는 사용자 지문을 인식하기 위하여 별도로 처리될 수도 있고, 그것들 중 하나 이상이 요구되거나, 또는 선택적으로 가중되어, 사용자 지문의 인식을 성취할 수 있다.
본 개시내용에 기재된 실시예들의 특정 태양들은 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 소프트웨어로서 제공될 수 있고, 그것은, 예를 들어, 명령어들이 저장된 컴퓨터-판독가능 저장 매체 또는 비일시적 기계-판독가능 매체를 포함할 수 있고, 이는 컴퓨터 시스템(또는 기타 전자 디바이스)이 본 개시내용에 따라 프로세스를 수행하도록 프로그래밍하는 데 사용될 수 있다. 비일시적 기계-판독가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태(예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션)로 정보를 저장하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 비일시적 기계-판독가능 매체는 자기 저장 매체(예를 들어, 플로피 디스켓, 비디오 카세트, 등); 광학 저장 매체(예를 들어, CD-ROM); 자기-광학 저장 매체; 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 소거가능 프로그램가능 메모리(예를 들어, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 등의 형태를 취할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 6은 도 1에 대하여 부분적으로 설명한 바와 같이, 지문 인식 센서를 도시하는, 버튼 조립체(200)의 다른 개념도를 도시한다.
도 6은 실질적으로 납작 또는 편평 렌즈(112)를 구비한 버튼 조립체(200)를 유사하게 나타내고, 이는 디바이스(100)와 같은 전자 디바이스의 커버 글래스(107)에 대하여 살짝 함몰될 수 있고, 도 1에 대하여 기재한 바와 같다. 이 설계에서, 사용자 손가락을 버튼(104) 위에 수용하기 위하여 렌즈(112)는 적어도 부분적으로 렌즈(112)의 형상의 일부분에 의해 형성되는 납작한 형상(307)을 가지며, 접지 링(114)을 위한 구조를 포함하고, 또한 선택적으로 렌즈(112)에 대하여 동일한 평면, 약간 함몰되거나, 또는 약간 돌출된 구성의 납작한 형상(307)의 일부분을 포함한다. 도 3은 유사하게 렌즈(112) 아래에 배치되고 그것과 연결되는 지문 인식 센서를 도시한다.
도 8은 생체 측정 센서 스택의 다른 실시예의 분해도인 반면, 도 9는 조립된 상태의 생체 측정 센서 스택의 단면도이다. 이러한 도면들에 도시된 실시예들에서, 캡(800)이 트림(805) 안에 꼭 맞을 수 있고, 외적으로 사용자에 접근가능하다. 예를 들어, 캡은 전자 디바이스의 동작 중 또는 디바이스를 사용하는 동안 사용자가 탭을 터치 할 수 있도록 위치 설정될 수 있다. 사용자는 캡을 터치하여 디바이스가 지문을 캡쳐하도록 하거나, 또는 캡을 눌러 입력 신호를 전자 디바이스에 제공하도록 할 수 있다.
캡은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서 캡은 사파이어로 만들어질 수 있지만, 다른 실시예들에서 캡은 유리(화학적으로 강화되거나 또는 다른 방식으로 강화됨), 플라스틱 등으로 만들어질 수 있다. 캡을 레이저-절단하여 정밀하게 크기 및 오차를 제어함으로써, 캡이 트림(805)에 정의된 오프닝, 예컨대 도 8에 도시된 원형 오프닝 안에 쏙 들어가도록 한다. 캡(800)의 외측 표면 상에 올레포빅 코팅(900)이 배치될 수 있지만, 이것이 필수적인 것은 아니다.
일반적으로 그리고 본 명세서 내에 기재한 바와 같이, 센서(810)(용량성 감지 어레이를 갖는 용량성 센서일 수 있음)는 캡(800)을 통해 지문과 같은 생체 측정 데이터를 감지하도록 동작한다. 도 9에 가장 효과적으로 도시된 바와 같이, 센서(810)는 또는 캡(800) 바로 아래 또는 거의 바로 아래에 위치설정됨으로써, 센서와 감지되고 있는 물체, 예컨대 캡(800)의 상부 표면을 터치하는 손가락 사이의 거리를 감소시킬 수 있다. 캡의 두께는 실시예들 사이에 달라질 수 있고, 캡을 형성하는 데 사용되는 재료에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 센서의 동작을 허용하도록 선택된다. 즉, 캡(800)이 너무 두꺼운 경우, 센서(810)는 적절하게 동작하지 않을 수 있고; 흐린 이미지를 만들거나 또는 이미지를 전혀 만들지 못할 수 있다.
센서(800)의 적절한 동작을 허용하기 위하여, 캡(800)의 두께 및 재료가 제어될 수 있다. 예를 들어, 캡은 사파이어로 형성되고, 두께가 최대 350 마이크로미터일 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 센서가 지문의 일부분들을 획득할 수 있는 용량성 어레이 센서인 경우, 캡을 통한 센서(810)의 적절한 동작을 허용하는 캡의 두께는 약 285 마이크로미터일 수 있다. 마찬가지로 캡의 두께는 외부 인자들, 예컨대 센서를 캡에 본딩하는 접착제 또는 기타 재료의 두께에 따라, 그러한 재료의 존재를 가정한다면, 달라질 수 있다. 접착제 두께가 감소함에 따라, 예를 들어, 캡 두께는 증가할 수 있다.
또한, 일부 실시예들에서 전기 트레이스들이 캡의 하부 표면에 직접 패터닝될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 캡이 사파이어로 형성되는 경우, 실현가능할 수 있다. 캡 상에 트레이스들을 패터닝하여 센서(810)를 형성함으로써, 센서와 캡 사이의 임의의 간극이 없어져서, 접착제 또는 기타 본딩제의 필요성도 없어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 캡의 하부 표면(예를 들어, 트림 내에 배치되는 면)은 캡에 착색하기 위해 잉크가 퇴적될 수 있다. 잉크는 물리적 기상 증착, 스크린 프린팅, 스프레이, 또는 임의의 기타 적절한 잉크 퇴적의 방법을 통해 퇴적될 수 있다. 다른 실시예들에서, 잉크는 생략되거나 또는 캡의 상부 표면에 도포될 수 있다. 특히 잉크가 캡(800)의 상부에 배치되는 실시예들에서 밀봉 층이 잉크 위에 배치될 수 있다.
도 9에 가장 효과적으로 도시된 바와 같이, 캡(800)은 접착제(905)에 의해 트림(805)에 고정될 수 있다. 특정 실시예들에서 접착제는 광학적으로 투명한 접착제일 수 있지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 일부 실시예들에서 접착제는 전기적으로 비전도성이고, 환경적 밀봉을 제공하여 티끌, 먼지 및 기타 입자들이 개구(807)로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
트림(805)은 캡(800)을 수용하기 위한 개구(807)를 정의할 수 있다. 개구는 실시예들 사이에서 깊이가 달라질 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 캡(800)은 개구(807)를 정의하는 링의 에지와 수평을 이룰 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 캡(800)은 트림 링(811)에 대하여 융기 또는 함몰될 수 있다. 또한, 이해할 것은 본 실시예의 트림 링은 도 1에 도시되고 위에서 논의한 접지 링(114)에 해당하고, 따라서 변형되어(이전에 기재한 바와 같음) 센서(810)에 의한 손가락의 검출 및/또는 지문의 획득을 허용 또는 가능하게 할 수 있다는 것이다.
하나 이상의 렛지(809)가 트림 링(811)으로부터 개구(807) 안으로 부분적으로 연장될 수 있고, 캡(800)이 개구(807)(및 그로 인한 트림(805) 내부) 내에 위치할 때, 캡이 배치되는 안착 표면을 정의할 수 있다. 렛지들은 캡을 지지하면서, 센서(810)가 캡에 본딩되기 위한 공간을 제공할 수 있고, 이는 도 9에 더 자세히 도시되고 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같다. 렛지(809)들은 도 8에서 편평한 내부 표면을 갖는 것으로 도시되지만, 내부 표면은 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
센서(810)는 트림(805)의 렛지(809)들에 의해 정의되는 개구(807) 내에 배치될 수 있다. 일반적으로, 그리고 도 9의 단면도에 도시된 바와 같이, 센서는 Z-축(예를 들어, 도 8 및 도 9 둘 모두의 배향에서 상향)의 공간을 절약하기 위하여 개구 내에 전체적으로 꼭 맞도록 크기가 결정된다. 또한, 센서의 두께는 일반적으로 렛지(807)들의 두께보다 작아서, 트림(805)의 두께보다 작다.
센서(810)는 버튼 플렉스(815A)에 접착될 수 있고, 이것은 플렉스 조립체(815) 중 하나의 세그먼트이다. 플렉스 조립체(815)는 센서에서 전자 디바이스의 다른 컴포넌트, 예컨대 프로세서(도시되지 않음)로 신호를 전달할 수 있다. 플렉스 조립체의 동작, 조립 및 구조는 일반적으로, 2013년 9월 9일에 출원되고, 발명의 명칭이 "휴대용 전자 디바이스 내의 센서의 조립체 및 패키징 특징부들"인 미국 특허 출원 61/875,573 및 2014년 9월 8일에 출원되고, 발명의 명칭이 "전자 디바이스 내의 촉각 스위치 조립체"인 미국 특허 출원 14/480,276에 기재되어 있고, 둘 모두 본 명세서에 포함되고 본 명세서에서 완전히 제시되는 것과 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, 플렉스 조립체(815)는 생체 측정 센서 스택이 완전히 조립되면 센서(810)와 접촉하게 만드는 컨택 패드(825)를 포함한다. 컨택 패드는 센서(810)와 플렉스 조립체(815) 사이의 전기적 연결을 가능하게 할 수 있고, 센서(810)에서 버튼 플렉스 하위구조(815A)로 전기 신호를 전달하는 와이어본드(920)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨택 패드(825)는 적어도 다소 경성일 수 있고 센서(810)에 일부 구조적 지지를 제공할 수 있다.
도 9는 트림(805)의 하면(예를 들어, 테두리(807)들)에 부착되는 보강 플레이트(935)를 도시한다. 사용자가 캡(800) 상에 힘을 가함으로써 버튼을 하방으로 누를 때 보강재는 센서에 기계적 지지를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서 작은 간극이 센서(810)가 부착된 버튼 플렉스 부분(815A)과 보강 플레이트(935) 사이에 나타날 수 있다. 간극은 센서 및/또는 버튼 플렉스에 의한 일부 구부러짐을 허용할 수 있지만, 특정 지점을 넘어서는 둘 또는 어느 하나의 변형을 방지할 수 있다. 즉, 버튼 플렉스는, 예를 들어, 스택업이 아래로 처지는 것이 사용자가 캡(800)을 누를 때 야기될 수 있기 때문에 스택업이 아래로 처지는 동안 보강 플레이트(935)와 접촉할 수 있다. 따라서 보강 플레이트는 버튼 누름 동작 중에 플렉스 및 센서(810) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 지지할 수 있다.
보강 플레이트(935)는 트림(805)에 본딩되거나 또는 다른 방식으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 트림(805)과 보강 플레이트(935)는 레이저 용접(925)에 의해 연결될 수 있다. 레이저 용접(925)은, 예를 들어 보강재를 렛지(809)에 연결할 수 있다. 레이저 용접(925)의 수 및 위치(또는 기타 연결/본딩 구조)는 실시예들 사이에서 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 보강 플레이트(935)는 렛지(809)들 각각에 연결될 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 모든 렛지들보다 더 적은 렛지들이 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 센서(810)는 와이어본드(920)를 통해 버튼 플렉스(815A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어본드는 컨택 패드 또는 버튼 플렉스(815A) 상의 기타 전기적 연결부 및 센서(810)의 에지에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(810) 상에 에지 트렌치를 형성하여 와이어본드(920)의 부착 및 연장을 용이하게 할 수 있다. 와이어본드(920)는, 예를 들어, 센서(810)에서 버튼 플렉스(815A)로 전기 신호를 전송한다.
보강 플레이트(935)의 하부는 버튼 플렉스(815B)의 제2 부분("베이스 플렉스 세그먼트")에 부착될 수 있다. 플렉스 회로(815)는 일반적으로 자체적으로 둥글게 말리거나 기초를 구성한다. 따라서, 세그먼트(815A, 815) 둘 모두 동일하고, 연속적인 플렉스 요소의 일부이다. 베이스 플렉스 세그먼트(815B)는 임의의 적절한 접착제(930)에 의해 보강 플레이트(935)에 접착될 수 있다.
베이스 플렉스 세그먼트(815B)의 반대면에 촉각 스위치(820)가 부착된다. 촉각 스위치(820) 돔은 캡(800) 상에 가해진 충분한 힘에 의해 접힐 수 있고, 이는 아래에 더 자세히 기재되는 바와 같다. 돔 스위치(820)가 접히면, 생체 측정 센서 스택업이 하우징된 전자 디바이스에 대한 입력의 역할을 할 수 있는 전기 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치(820)는 약 200 그램의 힘에 의해 접힐 수 있다.
주의할 점은, 특정 실시예들은 돔 스위치(820)에 의해 생성된 신호를 버튼 플렉스(815)를 통해 전달하여, 플렉스(815)로 하여금 스위치(820) 및 센서(810) 둘 모두로부터의 전기 신호를 전달하도록 할 수 있다는 것이다. 이런 방식으로, 플렉스는 다수의 상이한 전기 신호들의 연결을 조정하여, 그렇지 않으면 센서(810) 또는 스위치(820)를 위한 별도의 신호 경로에 쓰일 전자 디바이스 내의 공간을 잠재적으로 절약할 수도 있다.
도 10은 일반적으로 캡(800)이 트림(805) 내부에 꼭 맞는, 조립된 구성의 생체 측정 센서 스택을 도시한다. 일반적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 플렉스(815)는 생체 측정 센서 스택이 제품 내에 배치되면 보이지 않는다. 도 11은 전자 디바이스의 표면에 걸쳐 연장되는 커버 글래스(1100)와 수평을 맞추는 캡(800) 및 트림(805)을 도시한다.
커버 글래스는 캡(800)을 형성하는 데 사용되는 동일한 재료일 수 있고, 또는 상이할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 트림/접지 링(805)은 동일한 재료로 형성된 두 구성요소를 구분하는 금속 또는 기타 전도성 재료일 수 있다. 다른 실시예들에서, 캡(800) 및 커버 글래스(1100)는 상이한 재료들로 형성될 수 있다.
도 12 및 도 13은 도 11의 생체 측정 센서 스택 및 전자 디바이스의 둘러싼 부분에 걸쳐 취해진 단면도이고, 디바이스 내의 도 8 내지 도 10의 생체 측정 센서 스택을 도시한다. 일반적으로, 두 도면 모두 전자 디바이스의 구조 내의 스택을 도시한다. 도 14는 전자 디바이스의 하우징에 대한 생체 측정 센서 스택의 확대된 사시단면도이다. 다양한 전자 및/또는 기계적 컴포넌트들은 생체 측정 센서 스택 및 본 명세서에 기재된 컴포넌트들 주위의 공간을 차지할 수 있다; 디바이스의 내부 대부분은 간략하게 비어 있는 것으로 도시되지만, 많은 샘플 디바이스들에서, 다른 컴포넌트들이 그 공간을 차지하고 있다는 것을 이해할 것이다.
도 12에 가장 잘 나타난 바와 같이, 지지 플레이트 또는 지지 구조(1005)는, 금속 브라켓 또는 플레이트일 수 있고, 생체 측정 센서 스택 및 구체적으로 촉각 스위치의 기초가 된다. 심(shim)(1000)은 촉각 스위치가 적절하게 위치하고 지지 구조와 스위치 사이에 공간이 남지 않도록 지지 구조(1005)와 촉각 스위치 사이에 위치설정될 수 있다. 이것은 사용자에 의해 버튼이 눌려질 때 버튼의 느낌을 강화할 수 있다. 접착제(1010)는 심(1000)을 지지 구조에 본딩할 수 있다.
지지 구조(1005)는 스크류(1015) 또는 기타 적절한 체결구에 의해 프레임, 하우징 또는 전자 디바이스의 다른 구조적 부분(예컨대 브라켓(1020))에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 체결구 대신에 접착제가 사용될 수 있다.
개스킷(1025), 예컨대 실리콘(silicone) 개스킷은 트림(805)과 전자 디바이스의 하우징 사이에 밀봉을 형성할 수 있다. 개스킷(1025)은 버튼 누름 및 생체 측정 센서 스택의 관련 동작 중에 변형을 허용하도록 구부러질 수 있고, 버튼/캡이 해제되면 자신의 원래 구성으로 되돌아간다. 개스킷은 먼지, 땀, 물 등이 전자 디바이스의 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 특정 실시예들에서, 개스킷(1024)은 접착제(1030, 1035), 기계적 체결구, 초음파 용접 등에 의해 트림 링(805) 및/또는 디바이스의 하우징에 고정될 수 있다.
다양한 전자 컴포넌트들 및 전기 회로가 지지 구조(1005)의 아래 및 인클로저의 공동 내에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 데이터/전력 케이블의 도크 커넥터가 그 안에 위치설정될 수 있다. 마찬가지로, 다양한 프로세서, 메모리 구성요소, 배터리, 센서 등이 공동 내에 배치될 수 있다. 그러한 회로 및 컴포넌트들의 정확한 기능, 구성 및 동작은 본 명세서에서 추가로 제시되지 않는데, 그 이유는 모든 것이 실시예마다 변경될 수 있기 때문이다.
동작 중에 사용자는 캡을 아래로 눌러 촉각 스위치를 접음으로써, 입력을 전자 디바이스에 신호 전달할 수 있다. 캡이 눌려지면, 전체 생체 측정 센서 스택이 캡에서 아래로 이동한다. 촉각 스위치가 심 및/또는 지지 구조에 대하여 접힌다; 이 접힘은 사용자의 버튼 누름에 응답하는 전기 신호를 생성한다.
따라서, 캡, 센서 및 트림 모두 아래로 이동한다. 일부 실시예들에서 센서 및 버튼 플렉스는 센서 스택이 이동하는 동안 보강 플레이트와 접촉하지 않을 수 있는데, 보강 플레이트가 트림에 연결되고, 결과적으로 캡에 연결되어 상대적으로 경성의 구조를 형성하기 때문이다. 힘이 캡 상에 가해질 때 센서는 이 구조 내에 있고 구조가 전체적으로 움직이기 때문에, 보강 플레이트에 대하여 센서 및/또는 버튼 플렉스의 상대적인 처짐이 없을(또는 거의 없을) 수 있다. 따라서, 보강 플레이트는 생체 측정 센서 스택에 전체적으로 강도 및 구조 보전성을 제공하는 역할을 할 수 있다.
센서가 임의의 시간에, 특히 사용자가 캡과 접촉하고 있을 때 동작할 수 있는 한, 사용자가 버튼을 누르고 있는 동안(예를 들어, 캡을 누르는 동안) 센서를 이용하여 생체 측정 데이터(예컨대 지문 정보)를 획득하는 것이 가능하다. 따라서, 생체 측정 센서 스택은 두 기능을 동시에 또는 실질적으로 동시에 수행할 수 있다: 생체 측정 데이터를 획득하는 것 및 다른 입력, 예컨대 촉각 스위치로부터의 신호를 전자 디바이스에 제공하는 것.
도 15는 대체 형상 생체 측정 센서 스택(1505)을 갖는 샘플 전자 디바이스(1500), 예컨대 모바일 전화기를 도시한다. 여기서, 생체 측정 센서 스택(1505)은 캡 및 트림이 직사각형이다. 대안적인 실시예들에서 캡 및 트림은 정사각형 또는 마름모 또는 평행사변형 등일 수 있다.
다른 대안적인 실시예의 예로서, 도 16은 캡 및 트림이 사탕 모양의 생체 측정 센서 스택(1605)을 갖는 전자 디바이스(1600)를 도시한다. 본 명세서의 임의의 도면들에 도시된 캡, 트림 및 생체 측정 센서 스택의 크기는 전자 디바이스, 디바이스의 마스킹된(예를 들어, 비-디스플레이) 영역(1610) 등의 크기에 대하여 달라질 수 있다.
사탕 모양 또는 직사각형-형상 버튼은 동시에 캡을 터치하는 여러 손가락들을 수용하도록 충분히 길 수 있다. 따라서, 충분하게 크거나 또는 적절한 형상의 버튼/캡들을 갖는 실시예들은 여러 손가락들로부터 동시에 생체 측정 데이터를 수신할 수 있다. 그와 같은 실시예들에서, 센서는 특정 순서(예를 들어, 왼쪽에서 오른쪽, 위에서 아래로 등)로 생체 측정 데이터 및/또는 이미지들을 수신할 수 있다. 이 생체 측정 데이터는 일련의 블록, 라인, 또는 기타 데이터 구성들로 수신될 수 있다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만, 실시예는 임의의 생체 측정 데이터가 부족한 데이터 세트 또는 용량성-감지 데이터의 변동을 찾아내는 동안 규정된 순서대로 생체 측정 데이터를 수용할 수 있다. 예를 들어, 획득된 데이터는 일정할 수 있고, 따라서 손가락이 센서의 일부분 위에 없음을 나타낸다. 획득된 용량성 데이터가 이미지로 변환되면, 획득된 이미지는 모두 흑색, 모두 백색, 모두 회색 등으로 보일 수 있다.
일련의 그와 같은 블록들은 손가락들 사이에 공간을 나타낼 수 있고, 따라서 두 손가락들로부터 동시에 또는 거의-동시에 데이터를 인식(또는 획득)하기 위하여 생체 측정 데이터의 세트들을 서로 분리하는 데 사용될 수 있다. 단일 지문만이 인식되는 경우에는 불가능한 전자 디바이스의 특수한 동작들, 예컨대 다중-손가락 입력 및/또는 다중-손가락 제스처 입력을 허용할 수 있다. 생체 측정 센서 및/또는 캡의 크기 및 모양에 따라, 세 손가락 이상이 인식되거나 또는 데이터가 세 손가락으로부터 획득될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
캡 및/또는 트림 및/또는 생체 측정 스택의 모양을 다르게 하는 것 뿐만 아니라, 커버 글래스에 대한 캡 및 트림의 상대적 위치도 달라질 수 있다. 예를 들어 그리고 도 17에 도시된 바와 같이, 캡 및 접지 링은 커버 글래스의 표면 위로 융기될 수 있다. 반대로 도 18에 도시된 바와 같이, 캡 및 접지 링이 커버 글래스에 대하여 함몰될 수 있다.
일부 실시예들에서, 접지 링은 물리적 기상 증착(PVD)을 통해 착색될 수 있다. 이를 통해 접지 링이 상이한 외관 및 가능한 경우 느낌을 갖도록 할 수 있다. 특정 실시예들에서, 색상의 추가는 접지 링 및/또는 트림의 가시성을 강화할 수 있다. 또한, 접지 링이 사용자의 손가락에 용량성으로 결합하기 때문에, 접지 링은 예컨대 캡 재료 또는 실시예의 상부 표면 위를 덮는 재료(예를 들어, 커버 글래스 또는 기타 그와 같은 재료)와 같은 기판으로 덮어씌울 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 접지 링은 노출되지 않을 수 있다.
마찬가지로, 생체 측정 센서는 실시예에서 버튼과 같은 입력 요소 아래가 아닌 다른 위치에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 생체 측정 센서는 전자 디바이스의 이마 또는 턱 부분(예를 들어, 디스플레이 영역의 위 또는 아래), 측벽에 인접하게, 인클로저의 하부 아래 등에 위치설정될 수 있다. 센서는 금속 인클로저, 예컨대 알루미늄, 탄소 섬유 인클로저, 플라스틱 인클로저 등을 통해 동작할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명한 바와 같이 오직 센서가 위치설정될 뿐만 아니라, 캡 또한 이러한 재료들 중 임의의 것으로 형성될 수 있고, 센서가 아래에 위치설정될 수 있다.
센서가 일반적으로 용량성 어레이 센서로서 기재되었지만, 상이한 유형의 센서들이 본 명세서에서 기재한 임의의 실시예에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 어레이 센서 대신에 스와이프 센서를 이용할 수 있다. 마찬가지로, 저항성, 광학성, 초전기성 또는 기타 유형의 생체 측정 센서가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터는 기재한 것들과 상이한 유형의 센서를 이용하여 여러 손가락들로부터 캡을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 사탕 모양의 캡은 어레이 센서 대신에 캡의 기초를 이루는 스와이프 센서를 가질 수 있고, 마름모에 걸쳐 스와이프되는 여러 손가락들로부터 데이터를 획득할 수 있다.
본 개시내용이 다양한 실시예들을 참조하여 기재되었지만, 이 실시예들이 예시적이고 개시내용의 범주가 그것들에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 많은 변형, 변경, 추가, 및 개선이 가능하다. 더 일반적으로, 본 개시내용에 따른 실시예들은 특정 실시예들의 맥락에서 기재되었다. 기능성은 개시내용의 다양한 실시예들에서 절차상 상이하게 분리 또는 조합될 수 있거나 또는 상이한 용어로 기재될 수 있다. 이들 및 다른 변형, 변경, 추가, 및 개선들이 다음의 청구범위에서 정의되는 바와 같이 개시내용의 범주 내에 들어갈 수 있다.

Claims (28)

  1. 생체 측정 센서 조립체로서,
    개구를 포함하는 트림 - 상기 개구 내에 캡이 배치됨 -;
    상기 캡 아래에 위치하는 생체 측정 센서; 및
    상기 생체 측정 센서 아래에 위치하는 스위치
    를 포함하는, 생체 측정 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡의 외측 표면 상에 힘이 가해지면, 상기 캡, 상기 생체 측정 센서, 및 상기 트림이 하방으로 이동하여 상기 스위치가 활성화되도록 구성되는, 생체 측정 센서 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 생체 측정 센서는 상기 캡 아래에 수직으로 적층되고, 상기 스위치는 상기 생체 측정 센서 아래에 수직으로 적층되는, 생체 측정 센서 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 생체 측정 센서와 상기 스위치 사이에 위치하는 하나 이상의 가요성 요소를 추가로 포함하는, 생체 측정 센서 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 생체 측정 센서와 보강재 사이에 제1 가요성 요소가 위치하고, 상기 보강재와 상기 스위치 사이에 제2 가요성 요소가 위치하는, 생체 측정 센서 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가요성 요소는 각각 가요성 회로를 포함하고, 상기 생체 측정 센서는 상기 제1 가요성 회로에 전기적으로 연결되고, 상기 스위치는 상기 제2 가요성 회로에 전기적으로 연결되는, 생체 측정 센서 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 트림은 상기 생체 측정 센서를 전기적으로 격리시키는, 생체 측정 센서 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스위치는 돔 스위치를 포함하는, 생체 측정 센서 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 캡의 외측 표면 상에 힘이 가해지면, 상기 캡, 상기 생체 측정 센서, 및 상기 트림이 하방으로 이동하여 상기 돔 스위치가 접히도록 구성되는, 생체 측정 센서 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 생체 측정 센서는 지문 센서를 포함하는, 생체 측정 센서 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 지문 센서는 하나 이상의 손가락으로부터 지문 데이터를 획득하도록 동작하는, 생체 측정 센서 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 캡은 이방성 유전 재료로 만들어지는, 생체 측정 센서 조립체.
  13. 전자 디바이스로서,
    캡;
    개구를 포함하는 트림 - 상기 캡은 상기 개구 내에 배치됨 -;
    상기 캡 아래에 위치하는 생체 측정 센서; 및
    상기 생체 측정 센서 아래에 위치하는 스위치
    를 포함하는, 전자 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 캡의 외측 표면 상에 힘이 가해지면, 상기 캡, 상기 생체 측정 센서, 및 상기 트림이 하방으로 이동하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 상기 생체 측정 센서는 상기 캡 아래에 수직으로 적층되고, 상기 스위치는 상기 생체 측정 센서 아래에 수직으로 적층되는, 전자 디바이스.
  16. 제13항에 있어서, 상기 전자 디바이스의 표면에 걸쳐 연장되는 커버 글래스를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 캡은 상기 커버 글래스의 버튼 홀에 위치하고, 상기 캡은 상기 커버 글래스의 외측 표면 위로 융기되는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 캡을 둘러싸는 상기 트림은 상기 버튼 홀에 위치하고, 상기 커버 글래스의 상기 외측 표면 위로 융기되는, 전자 디바이스.
  19. 제16항에 있어서, 상기 캡은 상기 커버 글래스의 버튼 홀에 위치하고, 상기 캡은 상기 커버 글래스의 외측 표면 아래로 함몰되는, 전자 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 캡을 둘러싸는 상기 트림은 상기 트림과, 상기 캡의 외측 표면 사이의 챔퍼로서 구성되는, 전자 디바이스.
  21. 제13항에 있어서, 상기 트림은 상기 생체 측정 센서를 전기적으로 격리시키는, 전자 디바이스.
  22. 전자 디바이스의 생체 측정 센서 스택을 동작시키기 위한 방법으로서, 상기 생체 측정 센서 스택은 캡을 둘러싸는 구조체, 상기 캡 아래에 위치하는 생체 측정 센서, 및 상기 생체 측정 센서 아래에 위치하는 스위치를 포함하고, 상기 방법은,
    상기 생체 측정 센서를 이용하여 생체 측정 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 캡 상에 힘이 가해지면, 상기 생체 측정 센서 스택의 하방 이동에 기초하여 상기 스위치를 활성화함으로써 상기 전자 디바이스에 입력을 신호 전달하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 생체 측정 센서가 이동을 시작하기 직전에 생체 측정 데이터를 획득하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 생체 측정 센서가 이동을 멈춘 직후에 생체 측정 데이터를 획득하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 생체 측정 센서는 지문 센서를 포함하는, 방법.
  26. 제22항에 있어서, 생체 측정 데이터를 획득하는 단계는 상기 생체 측정 센서 스택이 이동하고 있을 때 하나 이상의 손가락으로부터 생체 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 스위치는 돔 스위치를 포함하는, 방법.
  28. 제22항에 있어서, 상기 생체 측정 센서 스택의 하방 이동에 기초하여 상기 스위치를 활성화함으로써 상기 전자 디바이스에 입력을 신호 전달하는 단계는 상기 생체 측정 센서 스택의 상기 하방 이동에 기초하여 상기 돔 스위치를 접음으로써 상기 전자 디바이스에 입력을 신호 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
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