TW507168B - Capacitive bio-metric sensor - Google Patents

Description

五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種生物統計用之電容式感測器，特別是 指壓式感測器，其具有半導體感測器晶片，其可由辨認 人員所接觸之活性面是以感測陣列構成，此感測陣列具 有許多配置在矩形矩陣中之感測電極，這些電極以一種在 整個感測陣列上延伸之保護層來覆蓋。此種感測器由每 一感測電極之電脈衝而設定一種局部性之已數位化之灰 度値，此種灰度値可繼續在其整體辨認過程中被計算。 此種感測器在市場上已可買到。 習知之感測器特別允許對一種指壓進行讀入及計算。 在使用者目前仍須使用個人密碼及Pass word之所有位 置（例如，手提電腦、個人電腦、支票卡及信用卡）中 ，將來只有特定之手指即已足夠。矩形之感測陣列可使 參考資料組在設定時或稍後每一檢測步驟中使辨認效率 最佳化。利用一種小於160mm2之面積，則此感測器亦 可用在很小之裝置（特別是晶片卡）中。 此種電容式感測器之作用方式是與較早之習知之光學 掃描器者不同，此種感測器不是處於一種〃翻拍 (abphotography)〃模式中，而是在使手指置放在65000 個相鄰配置之感測電極（各電極分別表示一種像素）所 形成之感測陣列上時，可局部性地分別測定該皮層面和 感測器之間準確之間距且因此可使此皮層結構成像。這 是藉由指壓之線及谷（Valley)之間電容之不同所達成’ 此種電容之不同是在手指壓下時所產生，此時手指之不 同位置可對此位置下方之感測電極形成一種反電極。 五、發明説明（2 ) 在不到一百毫秒（ms)之後，此感測器設定此指壓之數 位化之灰度圖像，其橫向解析度是每毫米（mm)20小點 (513 dpi)。圖像處理用之軟體然後依據指壓之特徵（所 謂Minutien)來計算灰度圖像且儲存其外觀、位置及方 向。在稍後作檢測時，一種計算演算法使感測器圖像與 先前所儲存之參考資料相比較。在典型之應用時，只有 當此二種資料組相一致時，此感測器晶片之釋放信號才 驅動一種裝置。 對此感測器之特定用途有決定性的不只是感測器陣列 之平面中解析度之上述之水平精細度，而且亦包括每一 各別像素之不同之深度-或對比解析度。由於每一像素 之8位元之資料深度而造成256種灰度之頻譜，其中灰 度値”0”表示〃黑〃而灰度値25 5表示〃白〃。但指壓之 實際之灰度圖像絕未顯示整個頻帶寬度。最大可獲得之 局部性對比實際上是由此種第一灰度値（其對應於指線 (皮層濕度））及第二灰度値（其對應於指谷（空氣））之 間之最大差（difference)所設定。但在柱狀圖表中須注意 多個各別對比解析度之頻度分佈。此二個堆積區（即， 皮層濕度（或水）以及空氣）最大値之間距稱爲此感測器 之動態解析度。 動態解析度之決定目前是直接施加一個手指在感測器 上來達成或同樣藉由接觸式機械輔助元件來達成。爲了 測量所謂〃水線〃，適當之方式是使水塡入感測器陣列 中，實際上通常是使用一種檢測活塞。在第二種方式中 -4- 507168 五、發明説明（3 ) ' ，在未覆蓋之感測器陣列中須容納〃空氣線〃。 在檢測每一各別之感測器晶片之動態解析度時，主要 是在生產過程結束時須進行考慮，特別是，若無功能之 感測器晶片不是由昂貴之電性測試而是簡易地藉由中央 功能元件〃動態解析度〃之檢測或決定來辨認且情況需 要而須濾除時。但目前之電容性感測器需要前述昂貴之 方式來決定此動態解析度。 本發明之目的是提供一種本文開頭所述形式之電容式 感測器，以便可簡單地決定此動態解析度，特別是不需 接觸式外部輔助元件。 依據本發明，此目的以下述方式達成：爲了在應用情 況中決定各灰度値實際上可達成之最大對比（感測器之 動態解析度），則須在感測器陣列上在各別感測器電極 上方形成至少一個由介電質材料所構成之測量點。 藉由本發明之測量點，則在測量動態解析度時須利用 感測器特性本身，以便不須機械式接觸即可檢測此感測 器之品質。就動態解析度之決定而言當唯一之由測量點 所覆蓋之像素已足夠時，則其它測量可能性隨著測量點 數目之逐漸增多（特別是在感測器陣列上均勻之分佈） 而成爲可能。 有利之形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 本發明以下將依據圖式及實施例作詳述。圖式簡單說 明： 五'發明説明（4 ) 第1圖本發明感測器之透視圖。 第2圖第1圖之感測器之切面側視圖。 第3圖以本發明之感測器所接收之測量値之柱狀圖。 第1圖是一種藉助於習知之CMOS半導體技術而製成 之感測器晶片1。感測器晶片1之活性面積是由矩形之 感測器陣列2所設定，在此陣列2上在操作時置放一支 待辨認之手指。已在感測器晶片1中數位化之資料例如 可藉由所示之可撓帶3 (即，一種可撓性電路板）而與 另一資料（特別是圖像）處理及儲存用之晶片相連。感 測器晶片1原則上可與記憶體及電腦一起積體化於唯一 之晶片卡上。 第1圖中可辨認的是積體化於感測器表面上之小測量 點4。藉由此種形式中現有之新的測量點4，則在感測 器陣列2上可達成一種良好之相同分佈。基本上此種動 態解析度是由測量點4所覆蓋之像素相對於只以空氣覆 蓋之周圍像素中之一之灰度値之差所造成。一些測量點 4在應用時（手指壓下時）不會對橫向解析度有明顯之 干擾，特別是與製造有關之以錯誤像素來計算之情況並 不明顯。 如第2圖所示，此種對應於感測器指定電極5之測量 點4準確地處於各別之電極5上。感測器之所有電極5 及6以習知之方式在整個感測器陣列2上以一種保護層 7 (由氧化矽構成）來覆蓋。測量點整合在感測器晶片1 之表面中可以一般之製程技術來達成。測量點所需之介 電質材料（最好是金屬性材料）例如可藉由蝕刻及隨後 507168 五、發明説明（5 ) 之塡入而埋入該保護層7中。隨後之CMP (化學機械式 拋光）步驟會造成足夠之平整性，使隨後可藉由另一鈍 化層8來進一步形成此感測器晶片1之密封性及機械上 之可負載性。 在讀出空圖像時，感測器晶片1測量該已覆蓋之像素 相對於空氣之介電常數。第3圖之柱狀圖中已覆蓋之像 素相對於其餘像素之差値形成上述之動態解析度。該測 試軟體因此首先讀出一種圖像。由感測器所提供之資料 顯示在柱狀圖中。其有二個堆積値，一個是由以測量點 所覆蓋之像素所表示，第二個是由多很多之只由空氣所 覆蓋之像素來表示。感測器之動態之解析度最簡單之情 況是由此二個堆積値之最大値之差所造成。 第3圖中堆積値〃測量點〃之橫向位置未必與〃水線 〃之位置相一致，這是因爲其與測量點之實際上之電容 特性有關。其提供此測量點4之材料、配置等等以供選 擇，以便至系幾乎達成一致性；或以實驗方式測定一種 偏移因素，以便使電腦由堆積値〃測量點〃之位置而終 於假想之”水線"。 動態解析度之藉由本發明感測器而可達成之無接觸式 決定方式所具有之優點是：早期在檢測時所需之其它機 械已不需要。一些不期望之二次影響（例如，不同之擠 壓）因此會消失。操作者因此可較簡易地操控此種測量 而使測量時間大大地縮短，這是因爲只需測量一種差値 ，而在目前之檢測方法中須依序進行二種測量（空氣/ -7- 507168 五、發明説明（6 ) 水）。 在測量點4之數目足夠大且均θ丨也分佈於胃沏1器陣歹u 2上時，則決定此保護層7之微米範圍中之厚度之均勻 性是可能的。在第3圖之柱狀圖中在較寬之堆積値之處 或在多個尖端處可辨認：保護層7不均勻地製成。 就此感測器指定用來作辨認而言’這些測量點4同樣 是有利的。該計算軟體可使用各測量點作爲校準用。每 一感測器都可藉由感測器電極之電壓位準之調整來進行 各別之對比（c 〇 n t r a s t)控制。 符號說明 1…感測器晶片 2…感測器陣列 3…可撓帶 4…測量點 5、6…感測器電極 7…保護層 8…鈍化層

Claims (1)

1. 507168 六、申請專利範圍 1. 一種生物統計用之電容式感測器，特別是指壓型感測 器， 一其具有半導體-感測器晶片（1)，其可由辨認人員所 接觸之活性面構成感測器陣列（2)，此陣歹U (2)具有多 個配置成矩形矩陣之感測器電極（5，6)，這些電極由 一種在整個感測器陣列(2)上方延伸之保護層（7)所 覆蓋， 一此慼測器由每一感測器電極（5,6)之電脈衝設定一種 局部性已數位化之灰度値，此灰度値整體而言可繼 續計算以作辨認用，其特徵爲： 在應用時爲了決定實際上可達成之灰度値之最大 對比（感測器之動態解析度），則須在感測器陣列（2) 上在感測器各別電極（5)上方設置至少一個由介電質 材料所形成之測量點（4)。 2. 如申請專利範圍第1項之電容式感測器，其中此測量 點（4)藉由保護層（7)上側之結構化而產生，此保護層（7) 及其中所設置之測量點（4)是由一種在整個感測器陣 歹[J (2)上方延伸之鈍化層（8)所覆蓋。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之電容式感測器，其中 各測量點（4)均勻地分佈在感測器陣列（2)上。