WO2000007420A1 - Biometric sensor device comprising a positive engaging load compensation device between a flexible conductor strip and a chip housing - Google Patents

Biometric sensor device comprising a positive engaging load compensation device between a flexible conductor strip and a chip housing Download PDF

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Abstract

The invention relates to a sensor device for detecting biometric characteristics, especially fingerprint minutiae. According to the invention, a positive engaging load compensation device is provided between a flexible conductor strip (8) and a chip housing (3).

Description

Beschreibungdescription
Biometrische Sensoreinrichtung mit formschlussiger Zugentla¬ stungseinrichtung zwischen Flexleiterband und ChipgehauseBiometric sensor device with formschlussiger Zugentla ¬ stungseinrichtung between Flex conductor strip and Chipgehause
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen, insbesondere Fingermmutien, ge¬ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sensor device for sensing biometric characteristics, in particular Fingermmutien, ge ¬ Mäss the preamble of claim 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 Mmutien genannt werden. Eine derartige Authentifizierung von Personen mittels biometri¬ scher 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 m der PC-Tastatur zu integrieren.For authentication or identification of persons, biometric person-specific features can also be used in addition or as an alternative to a code number (PIN). Such features can be characteristic forms of the skin, which are called mmutias in the fingerprint. Such authentication of persons using biometric data ¬ shear may for example be used in ATM, mobile phones and computers. Here, an electrically active sensor field on which a finger must be placed, for example in the housing of the cell phone, in the switch of a car or in the PC keyboard.
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 üblicherweise aus einem biegsamen Tragerband 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.It is known to electrically connect a sensor chip, on which the active sensor field is provided, via a flexible conductor tape to remotely located printed circuit boards. Further components such as voltage converters, evaluation electronics, digital converters or central computers can then be arranged on such a circuit board. 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.
Bei einer kostengünstigen Ausfuhrungsform ist das Flexleiterband mit dem Sensorchip fest mechanisch verbunden und elektrisch kontaktiert. Die mechanische Verbindung erfolgt ubli- cherweise durch Festkleben des Flexleiterbandes m einem Randbereich des Sensorchips. Da jeder Quadratmillimeter der Siliziumflache des Sensorchips jedoch relativ teuer ist, wird versucht, die Große des Sensorchips möglichst auf die Große der Sensorflache zu begrenzen, so daß der Randbereich mög¬ lichst klein gehalten wird. Die zur Fixierung des Flexleiter¬ bandes auf dem Sensorchip zur Verfugung stehende Klebeflache ist daher relativ klein. Bei der bekannten Klebefixierung ist es daher möglich, daß bei der Montage der Sensoreinrichtung im Endgerat eine Vorschadigung oder ein Anriß m der mechanischen und/oder elektrischen Verbindung auftritt oder das Flexleiterband sogar vollständig abgerissen wird. Dies kann m der Praxis schon bei einem leichten mechanischen Zug am Flexleiterbandende bzw. am Sensorchip verursacht werden.In an inexpensive embodiment, the flexible conductor tape is mechanically connected to the sensor chip and electrically contacted. The mechanical connection is made ubli- By sticking the flexible conductor tape in an edge area of the sensor chip. However, since each square millimeter of the surface of the silicon sensor chip is relatively expensive, it is attempted to limit the size of the sensor chip as possible to the size of the sensor surface, so that the edge region mög ¬ kept as small. The standing for fixing the flexible printed circuit ¬ band on the sensor chip for grouting adhesive surface is relatively small. In the known adhesive fixation, it is therefore possible for the mechanical and / or electrical connection to be damaged or cracked when the sensor device is installed in the terminal device, or for the flexible conductor strip to even be completely torn off. In practice, this can be caused by a slight mechanical pull on the end of the flexible conductor strip or on the sensor chip.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoremrich- tung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher auf besonders kostengünstige Weise eine sichere, langlebige elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Speicher- chip und dem Flexleiterband gewahrleistet ist.The invention has for its object to provide a sensor device of the type mentioned, in which a safe, long-lasting electrical and mechanical connection between the memory chip and the flexible conductor strip is ensured in a particularly cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind m den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
Bei der erfmdungsgemaßen Sensoreinrichtung ist zwischen dem Flexleiterband und dem Chipgehause eine formschlussige Zügentlastungsemrichtung vorgesehen.In the sensor device according to the invention, a form-fitting pull relief device is provided between the flexible conductor tape and the chip housing.
Durch die erfmdungsgemaße formschlussige Verbindung zwischen Sensorchip und Flexleiterband wird sichergestellt, daß die Kontaktstellen zwischen Sensorchip und Flexleiterband bei Zug- und Biegebelastungen des Flexleiterbandes nicht beschädigt werden. Die mechanische und elektrische Verbindung wird somit auf sichere und langlebige Weise gewährleistet. Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform weist die Zugentla¬ stungseinrichtung mindestens ein Paar Zugentlastungselemente auf, die bezuglich der Längsachse des Flexleiterbandes auf verschiedenen Seiten angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine sehr langlebige und sichere Verbindung auch dann, wenn Zug- und Biegebelastungen von verschiedenen Richtungen her auf das Flexleiterband aufgebracht werden. Zweckmaßigerweise sind hierbei die Zugentlastungselemente symmetrisch zur Langsachse des Flexleiterbandes angeordnet.The form-fitting connection according to the invention between the sensor chip and the flexible conductor tape ensures that the contact points between the sensor chip and the flexible conductor tape are not damaged when the flexible conductor tape is subjected to tensile and bending loads. The mechanical and electrical connection is thus guaranteed in a safe and durable manner. According to an advantageous embodiment, the Zugentla ¬ stungseinrichtung least one pair of strain relief members on which the longitudinal axis of the flexible conductor strip are arranged on different sides posted. This results in a very long-lasting and secure connection even when tensile and bending loads are applied to the flexible conductor tape from different directions. The strain relief elements are expediently arranged symmetrically to the longitudinal axis of the flexible conductor strip.
Vorteilhafterwelse umfaßt die Zugentlastungseinrichtung mindestens einen am Chipgehause vorgesehenen, vorstehenden Dom und mindestens eine im Flexleiterband angeordnete Öffnung, m die der Dom einfuhrbar ist. Bei dieser Ausfuhrungsform kann der Dom durch Aufschmelzen m enge Anlage an das Flexleiter¬ band gebracht werden, wodurch eine besonders feste und dauer¬ hafte Verbindung gewahrleistet wird. Als Dom kann beispiels¬ weise der zur Herstellung des Chipgehauses verwendete Anspritzkanal verwendet werden.Advantageously, the strain relief device comprises at least one protruding dome provided on the chip housing and at least one opening arranged in the flexible conductor strip, through which the dome can be inserted. In this embodiment, the dome can be m close conformity with the flexible printed circuit ribbon ¬ brought by melting is ensured whereby a particularly firm and permanent ¬ representative compound. As Dom can ¬ example, the injection channel used to make the Chipgehauses be used.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Flexleiterband mit einer Schraub- oder Nietverbindung mit dem Chipgehause form- schlussig zu verbinden.As an alternative to this, it is also possible to positively connect the flexible conductor strip to the chip housing with a screw or rivet connection.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft naher erläutert. In diesen zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. In these show:
Figur 1 einen mittigen Langssschnitt durch die erfmdungs- gemaße Sensoreinrichtung,FIG. 1 shows a central longitudinal section through the sensor device according to the invention,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Sensoreinrichtung von Figur 1,FIG. 2 shows a plan view of the sensor device from FIG. 1,
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt längs der Linie III- III von Figur 2, und Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit IV von Figur 1.Figure 3 shows an enlarged section along the line III-III of Figure 2, and 4 shows an enlarged section of detail IV from FIG. 1.
Aus den Figuren 1 bis 4 ist ein Sensorchip 1 ersichtlich, der m eine Vertiefung 2 eines aus Kunststoff bestehenden Chipge- hauses 3 eingebettet ist. Die Vertiefung 2 ist derart auf die Hohe des Sensorchips 1 abgestimmt, daß die obere Flache des Chipgehauses 3 und diejenige des Sensorchips 1 zumindest im wesentlichen m der gleichen Ebene liegen. Die obere Flache des Sensorchips 1 ist zumindest zum weitaus größten Teil als aktive Sensorflache 4 ausgebildet, auf die ein Finger aufge¬ legt werden kann. Diese aktive Sensorflache 4 ist derart aus¬ gebildet, daß sie Fingermmutien erkennen kann, die dann m Form von elektrischen Signalen zur weiteren Verarbeitung wei- tergegeben werden.A sensor chip 1 can be seen from FIGS. 1 to 4, 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 are at least essentially m on the same plane. The upper surface of the sensor chip 1 is formed at least for the most part as an active sensor surface 4, on which a finger placed ¬ sets can be. This active sensor surface 4 is formed from such ¬ that it can recognize Fingermmutien, then m the form of electrical signals for further processing WEI tergegeben be.
Die aktive Sensorflache 4 ist von einem umlaufenden Masserahmen 5 m Form einer dünnen leitfahigen Schicht umgeben. Dieser Masserahmen 5 gewährleistet eine sichere Massekontaktie- rung des Fingers, wenn dieser auf die aktive Sensorflache 4 aufgelegt wird.The active sensor surface 4 is surrounded by a circumferential ground frame 5 m in the form of a thin conductive layer. This ground frame 5 ensures reliable ground contact of the finger when it is placed on the active sensor surface 4.
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 Anschlußdrahte 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 9, auf dem m gleicher oder ähnlicher Weise, wie dies bei Leiterplatten der Fall ist, die Leiterbahnen 7 m einem bestimmten Muster aufgebracht sind.In order to be able to forward the electrical signals from the sensor chip 1 to a distant, not shown rigid circuit board or other electronic devices, 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. In a known manner, the flexible conductor strip 8 consists of a highly flexible, non-conductive carrier material 9 on which the conductor tracks 7 are applied in a certain pattern in the same or similar way as is the case with printed circuit boards.
Das Flexleiterband 8 liegt mit seinem vorderen Ende und ber seine gesamte Breite auf dem m den Figuren 1 bis 4 dargestellten rechten Randbereich 10 des Chipgehauses 3 auf, so daß sich das Chipgehause 3 und das Flexleiterband 8 m diesem Randbereich 10 überlappen. Wie aus Figur 4 ersichtlich, er¬ streckt sich das vordere Ende des Flexleiterbandes 8 bis nahe zum Beginn der Vertiefung 2, so daß die Anschlußdrahte 6, welche sich von entsprechenden Anschlußstellen des Sensor- chips 1 zu den Leiterbahnen 7 des Flexleiterbandes 8 erstrek- ken, möglichst kurz gehalten werden können.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 4, so that the chip housing 3 and the flexible conductor strip 8 m lie thereon Overlap edge area 10. As seen in Figure 4, it ¬ the front end of the flexible conductor strip 8 is stretched to near the beginning of the recess 2, so that the connection wires 6, which extend from corresponding terminals of the sensor chips 1 to the conductor tracks 7 of the flexible printed circuit ribbon 8 erstrek- ken , can be kept as short as possible.
Die Anschlußdrahte 6 sind zum Schutz und zur gegenseitigen elektrischen Isolierung m eine nichtleitende Kunststoffmasse 11 (globe top) eingegossen.The connecting wires 6 are cast for protection and mutual electrical insulation m a non-conductive plastic mass 11 (globe top).
Um das Flexleiterband 8 sicher und dauerhaft am Chipgehause 3 zu befestigen, ist im Uberlappungsbereich eine formschlussige Zugentlastungseinrichtung vorgesehen. Diese Zugentlastungs- einnchtung besteht aus zwei am Chipgehause 3 vorgesehenen, nach oben vorstehenden Dome 12, die m den gegenüberliegenden Seitenbereichen des Uberlappungsbereichs angeordnet sind, so¬ wie aus zwei entsprechend angeordneten kreisrunden Offnungen 13, die im Flexleiterband 8 vorgesehen sind und m welche die Dome 12 eingeführt werden können. Zweckmaßigerweise sind die Dome 12 emstuckig mit dem Chipgehause 3 ausgebildet. Es ist möglich, beispielsweise den Anspritzkanal des Chipgehauses 3 als Dom 12 zu verwenden.In order to securely and permanently attach the flexible conductor strip 8 to the chip housing 3, a form-fitting strain relief device is provided in the overlap area. This strain relief device consists of two domes 12 which are provided on the chip housing 3 and project upwards and which are arranged in the opposite side regions of the overlap region, and ¬ as well as two correspondingly arranged circular openings 13 which are provided in the flexible conductor band 8 and m which are the domes 12 can be introduced. The domes 12 are expediently formed in one piece with the chip housing 3. It is possible, for example, to use the injection channel of the chip housing 3 as the dome 12.
Beim gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist der Dom 12 bei derIn the exemplary embodiment shown, the dome 12 is in the
Montage des Flexleiterbandes 8 zunächst als nach oben vorste¬ hender zylindrischer Abschnitt ausgebildet, so daß dieser auf einfache Weise m die Offnungen 13 eingef hrt werden kann. Nach der Montage kann der nach oben über das Flexleiterband 8 überstehende Teil der Dome 12 beispielsweise mittels eines einfachen Heizstempeis abgeschmolzen und flachgepragt werden, so daß der Dom 12 an der Innenwand der Öffnung 13 fest anliegt und daruberhmaus einen vergrößerten Kopfabschnitt 14 aufweist, der die Oberseite des Flexleiterbands 8 hinter- greift. Auf diese Weise wird eine Art Nietverbindung zwischen dem Chipgehause 3 und dem Flexleiterband 8 geschaffen. Um eine sichere und dauerhafte Verbindung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, daß das Flexleiterband 8 im Uberlappungs- bereich mit dem Chipgehause 3 zusätzlich zur beschriebenen formschlussigen Verbindung auch verklebt wird.Mounting the flexible printed circuit strip 8 initially configured as upwardly vorste ¬ budding cylindrical portion, so that this easily m the openings 13 can be inserted hrt. After assembly, the part of the dome 12 protruding upward beyond the flexible conductor strip 8 can be melted and stamped flat, for example by means of a simple heating die, so that the dome 12 lies firmly against the inner wall of the opening 13 and, moreover, has an enlarged head section 14, which is the top side of the flexible conductor strip 8. In this way, a type of rivet connection is created between the chip housing 3 and the flexible conductor strip 8. In order to ensure a secure and permanent connection, it is expedient that the flexible conductor strip 8 is also glued to the chip housing 3 in the overlap region in addition to the positive connection described.
Es ist grundsatzlich zweckmäßig, die formschlussigen Zugent¬ lastungselemente paarweise auszulegen, wobei eine zur Langs¬ achse der Sensoreinrichtung symmetrische Anordnung besonders bevorzugt ist. Weiterhin ist es auch denkbar, die formschlus- sigen Zugentlastungselemente an anderen Stellen des Uberlap- pungsbereiches zwischen Chipgehause 3 und Flexleiterband 8 vorzusehen . It is basically appropriate to the formschlussigen RELIEF ¬ lastungselemente pairs interpreted, one being for the sensor device Lang ¬ symmetrical arrangement axis particularly preferred. Furthermore, it is also conceivable to provide the positive-fit strain relief elements at other points in the overlap area between the chip housing 3 and the flexible conductor strip 8.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkma¬ len, insbesondere Fmgermmutien, mit einem biometrischen Sensorchip (1), der m ein Chipgehause (3) eingesetzt ist, und mit einem Flexleiterband (8), das am Chipgehause (3) festgelegt ist und auf dem mit dem Sensorchip (1) m elektri¬ schem Kontakt stehende Leiterbahnen (7) aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flexleiterband (8) und dem Chipgehause (3) eine formschlussige Zugentlastungseinrichtung vorgesehen ist.1. Sensor device for sensing biometric Merkma ¬ len, particularly Fmgermmutien, with a biometric sensor chip (1), M is a Chipgehause (3) inserted, and with a flexible conductor strip (8) which is fixed to the Chipgehause (3) and on the schem with the sensor chip (1) m ¬ electrical contact stationary conductor tracks (7) are applied, characterized in that a positive-locking strain relief means is provided between the flex conductor strip (8) and the Chipgehause (3).
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugentlastungseinrichtung mindestens ein Paar Zug¬ entlastungselemente aufweist, die bezüglich der Langsachse des Flexleiterbandes (8) auf verschiedenen Seiten angeordnet sind.2. Sensor device according to claim 1, characterized in that the strain relief device has at least a pair of train ¬ relief elements which are arranged on different sides with respect to the longitudinal axis of the flexible conductor strip (8).
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugentlastungselemente symmetrisch zur Langsachse des Flexleiterbandes (8) angeordnet sind.3. Sensor device according to claim 2, characterized in that the strain relief elements are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the flexible conductor strip (8).
4. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugentlastungseinrichtung mindestens einen am Chipgehause (3) vorgesehenen, vorstehenden Dom (12) und mindestens eine entsprechende, im Flexleiterband (8) angeordnete Öffnung (13) umfaßt, m die der Dom (12) einfuhrbar ist.4. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the strain relief device comprises at least one on the chip housing (3) provided, protruding dome (12) and at least one corresponding, in the flexible conductor strip (8) arranged opening (13) m the dome (12) is importable.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dom (12) durch Aufschmelzen m dichte Anlage an das Flexleiterband (8) bringbar ist. 5. Sensor device according to claim 4, characterized in that the dome (12) can be brought to the flexible conductor strip (8) by melting m tight contact.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexleiterband (8) mit einer Schraub- oder Nietverbindung mit dem Chipgehause (3) formschlussig verbunden ist 6. Sensor device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flexible conductor strip (8) with a screw or rivet connection with the chip housing (3) is positively connected
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