WO2000006023A1 - Biometrische sensoreinrichtung mit in einem flexleiterband integrierten elektronischen bauelementen - Google Patents

Biometrische sensoreinrichtung mit in einem flexleiterband integrierten elektronischen bauelementen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a sensor device for detecting biometric features, in particular finger minutiae, according to the preamble of claim 1.
  • biometric person-specific features can also be used in addition or as an alternative to a code number (PIN).
  • PIN code number
  • Such features can be characteristic forms of the skin, which are called minutiae in the fingerprint.
  • Such authentication of people using biometric data can be used, for example, in automated teller machines, cell phones and computers.
  • an electrically active sensor field, on which a finger must be placed must be integrated, for example in the housing of the cell phone, in the switch of a car or in the PC keyboard.
  • a flexible conductor tape usually consists of a flexible carrier tape made of plastic, on which a large number of adjacent conductor tracks are applied. Due to its high flexibility, such a flexible conductor strip can also be placed around tight curves and is therefore particularly suitable for connecting the sensor chip to a rigid printed circuit board. Another advantage of such a flexible conductor tape is that the distance between the sensor chip and the rigid printed circuit board can be varied.
  • the object of the invention is to create a biometric sensor device of the type mentioned at the outset, which can have the smallest possible number of flexible conductor tape outputs and the smallest possible structural size of the biometric sensor device and the components connected therewith, in particular the downstream circuit board .
  • electronic components are arranged on the flexible conductor strip and are electrically connected there to the conductor tracks.
  • the embodiment according to the invention offers the advantage that the number of outputs of the flexible conductor strip, i.e. the number of outgoing conductor tracks can be significantly reduced.
  • the width of the flexible conductor strip can therefore be significantly reduced behind the electronic components. This also leads to significantly smaller connector sockets at the output of the flexible conductor strip.
  • the electronic components are expediently connected to the conductor tracks with a conductive adhesive or a soldered connection.
  • the electronic components that are mounted on the flexible conductor track can include, for example, capacitors and / or digital signal processors (DSP).
  • DSP digital signal processors
  • Figure 1 shows a central longitudinal section through the sensor device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a top view of the sensor device from FIG. 1.
  • Figure 3 shows an enlarged detail of the detail
  • Figure 4 shows an enlarged detail of the detail
  • FIG. 5 shows a top view of an alternative embodiment of the sensor device according to the invention.
  • a sensor chip 1 which is embedded in a recess 2 of a chip housing 3 made of plastic.
  • the recess 2 is matched to the height of the sensor chip 1 in such a way that the upper surface of the chip housing 3 and that of the sensor chip 1 lie at least essentially in the same plane.
  • the upper surface of the sensor chip 1 is at least for the most part designed as an active sensor surface 4 on which a finger can be placed. This active sensor surface 4 is designed such that it can recognize finger minutiae which are then passed on in the form of electrical signals for further processing.
  • the active sensor surface 4 is surrounded by a circumferential frame 5 in the form of a thin conductive layer.
  • This ground frame 5 ensures a safe ground contact of the finger when it is placed on the active sensor surface 4.
  • the sensor chip 1 To forward the electrical signals from the sensor chip 1 to a distant, not shown rigid circuit board or other electronic devices can, the sensor chip 1 is electrically connected by means of connecting wires 6 to conductor tracks 7, which are located on a flexible conductor strip 8.
  • the flexible conductor strip 8 consists of a highly flexible, non-conductive carrier material, on which the conductor tracks 7 m are applied in a certain pattern in the same or similar way as is the case with printed circuit boards.
  • the flexible conductor strip 8 lies with its front end and over its entire width on the right edge region 10 of the chip housing 3 shown in FIGS. 1 to 3, so that the chip housing 3 and the flexible conductor strip 8 m overlap this edge region 10.
  • the flexible conductor tape 8 can be connected to this overlap area, for example by means of an adhesive connection, to the edge area 10 of the chip housing 3.
  • the front end of the flexible conductor strip 8 extends close to the beginning of the depression 2, so that the connecting wires 6, which extend from the corresponding connection points of the sensor chip 1 to the conductor tracks 7 of the flexible conductor strip 8, are kept as short as possible can.
  • the connecting wires 6 are cast for protection and mutual electrical insulation m a non-conductive plastic mass 11 (globe top).
  • two electronic components 12 m in the form of capacitors are arranged on the flexible conductor strip 8, which are in each case electrically contacted with two conductor tracks 7.
  • the two conductor tracks 7 in question are at a greater distance from one another, which is adapted to the size of the electronic component 12 and enables simple contacting of the connections of the electronic component 12 on the conductor tracks 7.
  • the Conductor tracks 7 also have widened conductive areas 13.
  • the electronic components 12 can be contacted with the conductor tracks 7, for example by means of conductive adhesive or a solder connection.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention, in which, in addition to the two capacitors, a further electronic component 14 m in the form of a digital signal processor (DSP) is arranged on the flexible conductor strip 8.
  • DSP digital signal processor
  • the electronic component 14 is contacted with the conductor tracks 7 coming from the sensor chip 1.
  • the number of conductor tracks 7 after electronic component 14, corresponding to the reduced number of outputs, is substantially smaller than between electronic component 14 and sensor chip 1.
  • Flex conductor strip 8 is therefore designed to be correspondingly narrower after electronic component 14.

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Abstract

Bei einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen, insbesondere Fingerminutien, sind auf dem Flexleiterband (8) elektronische Bauelemente (12, 14) angeordnet und dort mit den Leiterbahnen (7) elektrisch verbunden.

Description

Beschreibung
Biometrische Sensoreinrichtung mit in einem Flexleiterband integrierten elektronischen Bauelementen
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen, insbesondere Fingerminutien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Authentifizierung bzw. Identifikation von Personen können zusätzlich oder alternativ zu einer Codenummer (PIN) auch biometrische personenspezifische Merkmale verwendet werden. Derartige Merkmale können charakteristische Formen der Haut sein, die beim Fingerabdruck Minutien genannt werden. Eine derartige Authentifizierung von Personen mittels biometrischer Daten kann beispielsweise bei Bankautomaten, Handys und Computer eingesetzt werden. Hierbei ist ein elektrisch aktives Sensorfeld, auf das ein Finger aufgelegt werden muß, beispielsweise im Gehäuse des Handys, im Schalter eines Autos oder in der PC-Tastatur zu integrieren.
Es ist bekannt, einen Sensorchip, auf dem das aktive Sensorfeld vorgesehen ist, über ein Flexleiterband mit entfernt angeordneten Leiterplatten elektrisch zu verbinden. Auf einer derartigen Leiterplatte können dann weitere Bauelemente, wie Spannungswandler, Auswerteelektronik, Digitalwandler oder Zentralrechner angeordnet sein. Ein Flexleiterband besteht blicherweise aus einem biegsamen Trägerband aus Kunststoff, auf dem eine Vielzahl nebeneinanderliegender Leiterbahnen aufgebracht sind. Aufgrund seiner hohen Flexibilität kann ein derartiges Flexleiterband auch um enge Kurven gelegt werden und ist daher zur Verbindung des Sensorchips mit einer starren Leiterplatte besonders geeignet. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Flexleiterbandes liegt darin, daß der Abstand zwischen Sensorchip und starrer Leiterplatte variiert werden kann. Die Anordnung von aktiven und passiven elektronischen Bauelementen auf einer starren Leiterplatte, die mittels des Flexleiterbandes mit dem Sensorchip verbunden ist, hat zur Folge, daß das Flexleiterband viele analoge Ausgange aufweisen und daher entsprechend breit ausgebildet sein muß. Dies fuhrt weiterhin zu entsprechend großen und breiten Steckersockeln, was im Hinblick auf die angestrebte Miniaturisierung auf diesem Gebiet besonders nachteilig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die biometrische Sensoreinrichtung, beste- hend aus Sensorchip und Flexleiterband, nicht bereits bei der Herstellung dieser Komponenten zusammen mit den aktiven und passiven elektronischen Bauelementen getestet werden kann. Vielmehr ist ein Gesamttest dieser Komponenten erst m einem spateren Stadium nach dem Verbinden des Flexleiterbandes mit der Leiterplatte möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine biometrische Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine möglichst geringe Anzahl von Flexleiterband-Aus- gangen aufweisen kann und eine möglichst geringe Baugroße der biometrischen Sensoreinrichtung und der damit verbundenen Komponenten, insbesondere der nachgeschalteten Leiterplatte, ermöglicht .
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelost. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind m den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei der erfmdungsgemaßen Sensoreinrichtung sind auf dem Flexleiterband elektronische Bauelemente angeordnet und dort mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden.
Erfmdungsgemaß werden somit elektronische Bauelemente, die bisher üblicherweise auf nachgeschalteten starren Leiterplat- ten angeordnet wurden, direkt auf dem Flexleiterband montiert. Hierzu wird ein Leiterbahn- und Bauelemente-Anschluß- bild derart hergestellt, daß diese elektronischen Bauelemente - ähnlich wie SMD-Bauelemente auf einer starren Leiterplatte
- fixiert und elektrisch kontaktiert werden können. Es wird somit ein Flexleiterband mit integrierten elektronischen Zusatzfunktionen geschaffen.
Die erfindungsgemäße Ausführung bietet den Vorteil, daß die Anzahl der Ausgänge des Flexleiterbandes, d.h. die Anzahl der abgehenden Leiterbahnen, wesentlich verringert werden kann. Die Breite des Flexleiterbandes kann daher hinter den elek- tronischen Bauelementen bedeutend verringert werden. Dies führt auch zu wesentlich kleineren Steckersockeln am Ausgang des Flexleiterbandes. Diese Vorteile werden erreicht, ohne daß der Sensorchip oder das Chipgehäuse, in welches der Sensorchip eingesetzt ist, vergrößert werden müßte. Das erfin- dungsgemäße Flexleiterband ermöglicht ferner eine möglichst kleine Bauweise der nachfolgenden Leiterplatte. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die komplette Funktionsfähigkeit der Sensoreinrichtung zusammen mit den dazu erforderlichen passiven und aktiven elektronischen Bauelemen- ten bereits bei der Herstellung der Sensoreinrichtung als Gesamtsystem geprüft, abgestimmt und optimiert werden kann. Durch die Komplettmontage kann somit vor Auslieferung der Sensoreinrichtung ein umfassender Funktionstest durchgeführt werden.
Zweckmäßigerweise werden die elektronischen Bauelemente mit einem leitfähigen Kleber oder einer Lötverbindung mit den Leiterbahnen verbunden.
Die elektronischen Bauelemente, die auf der Flexleiterbahn montiert werden, können beispielsweise Kondensatoren und/oder digitale Signalprozessoren (DSP) umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen bei- spielhaft näher erläutert. Figur 1 zeigt einen mittigen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Sensoreinrichtung von Figur 1.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit
III von Figur 1.
Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit
IV von Figur 2.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
Aus den Figuren 1 bis 3 ist ein Sensorchip 1 ersichtlich, der in eine Vertiefung 2 eines aus Kunststoff bestehenden Chipgehäuses 3 eingebettet ist. Die Vertiefung 2 ist derart auf die Höhe des Sensorchips 1 abgestimmt, daß die obere Fläche des Chipgehäuses 3 und diejenige des Sensorchips 1 zumindest im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Die obere Fläche des Sensorchips 1 ist zumindest zum weitaus größten Teil als aktive Sensorfläche 4 ausgebildet, auf die ein Finger aufgelegt werden kann. Diese aktive Sensorfläche 4 ist derart ausgebildet, daß sie Fingerminutien erkennen kann, die dann in Form von elektrischen Signalen zur weiteren Bearbeitung weitergegeben werden.
Die aktive Sensorfläche 4 ist von einem umlaufenden Masserah- men 5 in Form einer dünnen leitfähigen Schicht umgeben. Dieser Masserahmen 5 gewährleistet eine sichere Massekontaktie- rung des Fingers, wenn dieser auf die aktive Sensorfläche 4 aufgelegt wird.
Um die elektrischen Signale vom Sensorchip 1 zu einer entfernt liegenden, nicht dargestellten starren Leiterplatte oder anderen elektronischen Einrichtungen weiterleiten zu können, ist der Sensorchip 1 mittels Anschlußdrahten 6 mit Leiterbahnen 7 elektrisch verbunden, welche sich auf einem Flexleiterband 8 befinden. Das Flexleiterband 8 besteht m bekannter Weise aus einem hochflexiblen, nichtleitenden Tra- germaterial, auf dem m gleicher oder ähnlicher Weise, wie dies bei Leiterplatten der Fall ist, die Leiterbahnen 7 m einem bestimmten Muster aufgebracht sind.
Das Flexleiterband 8 liegt mit seinem vorderen Ende und über seine gesamte Breite auf dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten rechten Randbereich 10 des Chipgehauses 3 auf, so daß sich das Chipgehause 3 und das Flexleiterband 8 m diesem Randbereich 10 überlappen. Das Flexleiterband 8 kann m diesem Uberlappungsbereich beispielsweise mittels einer Klebe- Verbindung mit dem Randbereich 10 des Chipgehauses 3 verbunden sein.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, erstreckt sich das vordere Ende des Flexleiterbandes 8 bis nahe zum Beginn der Vertiefung 2, so daß die Anschlußdrahte 6, welche sich von den entsprechenden Anschlußstellen des Sensorchips 1 zu den Leiterbahnen 7 des Flexleiterbandes 8 erstrecken, möglichst kurz gehalten werden können.
Die Anschlußdrahte 6 sind zum Schutz und zur gegenseitigen elektrischen Isolierung m eine nichtleitende Kunststoffmasse 11 (globe top) eingegossen.
Wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich, sind auf dem Flex- leiterband 8 zwei elektronische Bauelemente 12 m der Form von Kondensatoren angeordnet, die eweils mit zwei Leiterbahnen 7 elektrisch kontaktiert sind. An der Kontaktierungsstel- le weisen die beiden betreffenden Leiterbahnen 7 voneinander einen größeren Abstand auf, der an die Große des elektroni- sehen Bauelementes 12 angepaßt ist und em einfaches Kontaktieren der Anschlüsse des elektronischen Bauelementes 12 an den Leiterbahnen 7 ermöglicht. Zu diesem Zweck können die Leiterbahnen 7 auch verbreiterte leitfahige Bereiche 13 aufweisen.
Die Kontaktierung der elektronischen Bauelemente 12 mit den Leiterbahnen 7 kann beispielsweise mittels leitfahigem Kleber oder einer Lotverbindung erfolgen.
Es ist ersichtlich, daß der Verlauf der Leiterbahnen 7 an die darauf zu kontaktierenden elektronischen Bauelemente 12 ange-
Figure imgf000008_0001
Aus Figur 5 ist eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung ersichtlich, bei welcher auf dem Flexleiterband 8 zusatzlich zu den beiden Kondensatoren ein weiteres elektronisches Bau- ele ent 14 m Form eines digitalen Signalprozessors (DSP) angeordnet ist. Das elektronische Bauelement 14 ist emgangs- seitig mit den vom Sensorchip 1 kommenden Leiterbahnen 7 kon- taktiert. Wie ersichtlich, ist die Anzahl der Leiterbahnen 7 nach dem elektronischen Bauelement 14 entsprechend der ver- rmgerten Anzahl von Ausgangen wesentlich geringer als zwischen dem elektronischen Bauelement 14 und dem Sensorchip 1. Das Flexleiterband 8 ist daher nach dem elektronischen Bauelement 14 entsprechend schmaler ausgebildet.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, die elektronischen Bauelemente 12, 14 möglichst nahe dem Chipgehause 3 anzuordnen, um über eine möglichst weite Strecke em schmales Flexleiterband 8 zu erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen, insbesondere Fingerminutien, mit einem biometrischen Sensorchip (1) und einem Flexleiterband (8), auf dem mit dem Sensorchip (1) in elektrischem Kontakt stehende Leiterbahnen (7) aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Flexleiterband (8) elektronische Bauelemente (12, 14) angeordnet und dort mit den Leiterbahnen (7) elektrisch verbunden sind.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Bauelemente (12, 14) mit einem leitfähigen Kleber mit den Leiterbahnen (7) verbunden sind.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Bauelemente (12, 14) mittels einer Lötverbindung mit den Leiterbahnen (7) verbunden sind.
4. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Bauelemente (12, 14) Kondensatoren und/oder digitale Signalprozessoren (DSP) umfassen.
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