WO2018169300A1 - 초음파 지문 센서 제조 방법 - Google Patents

초음파 지문 센서 제조 방법 Download PDF

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WO2018169300A1
WO2018169300A1 PCT/KR2018/002972 KR2018002972W WO2018169300A1 WO 2018169300 A1 WO2018169300 A1 WO 2018169300A1 KR 2018002972 W KR2018002972 W KR 2018002972W WO 2018169300 A1 WO2018169300 A1 WO 2018169300A1
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WO
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metal layer
piezoelectric sheet
piezoelectric
fingerprint sensor
ultrasonic fingerprint
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PCT/KR2018/002972
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French (fr)
Inventor
박상영
박영태
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주식회사 베프스
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
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    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic fingerprint sensor manufacturing method.
  • Biometrics is a technology that provides a high level of security, and fingerprint technology is one of the important biometric technologies.
  • fingerprint recognition extracts a specific pattern or feature point (for example, a branching point at which the ridge of the fingerprint branches, a disadvantage of ending the ridge) from a fingerprint image formed by receiving a fingerprint from the user, and a pattern of a pre-stored fingerprint image or It is performed to contrast with the feature point.
  • a specific pattern or feature point for example, a branching point at which the ridge of the fingerprint branches, a disadvantage of ending the ridge
  • the fingerprint sensor for recognizing a user's fingerprint may be manufactured in the form of a module including a peripheral component or a structure, for example, and may be implemented integrally with a physical function key. have.
  • FIG 1 schematically illustrates the configuration of an ultrasonic fingerprint sensor according to the prior art.
  • the ultrasonic fingerprint sensor may be configured to be electrically connected to a plurality of piezoelectric rods 100 and upper ends of the plurality of piezoelectric rods 100 arranged to form an array of mxn-type sensors.
  • the depicted reference numeral 102 denotes a shielding layer, which is a protective coating formed on top of the first electrode bar 106 so that the finger is placed in proximity to the sensor array
  • reference numeral 104 denotes a sensor array opposite the shielding layer 102.
  • the support is attached to the end of the support for supporting the plurality of piezoelectric rods 100 from the bottom.
  • the piezoelectric rod 100 is formed of a material having piezo characteristics, for example, PZT (lead zirconate titanate), PST, Quartz, (Pb, Sm) TiO3, PMN (Pb (MgNb) O3
  • the material may include at least one of) -PT (PbTiO3), PVDF, or PVDF-TrFe.
  • a voltage having a resonant frequency of an ultrasonic band is applied to the first electrode bar 106 connected to the upper end of the piezoelectric rod 100 and the second electrode bar 108 connected to the lower end of the piezoelectric rod 100 to thereby move the piezoelectric rod 100 up and down.
  • the ultrasonic signal having a predetermined frequency is generated and emitted as illustrated in FIG.
  • the ultrasonic signal emitted from the piezoelectric rod 100 does not pass through the interface between the piezoelectric rod 100 and the air and returns to the inside of the piezoelectric rod 100.
  • the above-described ultrasonic fingerprint sensor includes a process of forming each piezoelectric rod 100 to form a sensor array, a process of forming a plurality of first electrode bars 325 on the piezoelectric rod 100, and a piezoelectric rod 100.
  • the process of forming the plurality of second electrode bars 335 is performed sequentially.
  • the conventional ultrasonic fingerprint sensor is manufactured by a complicated process, which requires a lot of time and cost to manufacture.
  • the present invention is to provide an ultrasonic fingerprint sensor manufacturing method that can minimize the manufacturing time and cost of the ultrasonic fingerprint sensor by simplifying the manufacturing process.
  • the present invention is to provide a method for manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor that can be prevented from cracking or twisting the piezoelectric rod during the formation of the sensor array due to the support force of the metal layer previously attached to the piezoelectric sheet.
  • a piezoelectric sheet having a first metal layer formed on the first surface and a second metal layer formed on the second surface which is not in contact with the first surface is A step of preparing; (b) cutting the first metal layer and the piezoelectric sheet at predetermined intervals in parallel in a first direction; (c) filling the gap formed in the piezoelectric sheet by the step (b) with a predetermined insulating material; (d) cutting the piezoelectric sheet and the second metal layer at predetermined intervals in parallel in a second direction orthogonal to a first direction; And (e) filling the gap formed in the piezoelectric sheet by the step (d) with a predetermined insulating material.
  • the piezoelectric sheet may be one produced by incomplete sintering conditions previously specified such that one or more of the heating temperature conditions and heating time conditions specified for complete sintering of the piezoelectric material are poor.
  • An electroplating process for forming a terminal to which the plurality of first electrode bars formed by cutting the first metal layer is electrically connected to the external terminal is preceded by step (b), and the plurality of second electrodes formed by cutting the second metal layer.
  • An electroplating process for forming a terminal to which the bar is to be electrically connected to an external terminal may be preceded by step (d) above.
  • the depths cut in each of the steps (b) and (d) may be at least deep enough to extend the gap formed in the piezoelectric sheet to a vertical end of the piezoelectric sheet.
  • an ultrasonic fingerprint sensor manufactured by the manufacturing method of the ultrasonic fingerprint sensor described above.
  • the manufacturing time and cost of the ultrasonic fingerprint sensor can be minimized through the simplification of the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an ultrasonic fingerprint sensor according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view for explaining the shape and operation of the piezoelectric rod according to the prior art.
  • Figure 3 illustrates the shape of the ultrasonic fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 illustrates a manufacturing process of the ultrasonic fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • an element such as a layer, region or substrate is described as being on or “onto” another element, the element may be directly above or directly above another element and There may be intermediate or intervening elements. On the other hand, if one element is mentioned as being “directly on” or extending "directly onto” another element, no other intermediate elements are present. In addition, when one element is described as being “connected” or “coupled” to another element, the element may be directly connected to or directly coupled to another element, or an intermediate intervening element may be present. have. On the other hand, when one element is described as being “directly connected” or “directly coupled” to another element, no other intermediate element exists.
  • FIG 3 is a view illustrating a shape of an ultrasonic fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view illustrating a manufacturing process of the ultrasonic fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic fingerprint sensor includes a plurality of first electrode bars 325 arranged in a first direction on a first surface of a piezoelectric layer and a first surface of the piezoelectric layer, in which a plurality of piezoelectric rods 100 are arranged in an mxn-type sensor array. ), A plurality of second electrode bars 335 arranged in a second direction, which is a direction orthogonal to the first direction, on a second surface that is not in contact with the first surface of the piezoelectric layer.
  • Each piezoelectric rod 100 formed in the shape of a bar or rod having a predetermined length has a piezo characteristic, for example, PZT (lead zirconate titanate), PST, quartz, ( Pb, Sm) TiO 3, PMN (Pb (MgNb) O 3) -PT (PbTiO 3), PVDF or PVDF-TrFe may be formed using a piezoelectric material including at least one material.
  • PZT lead zirconate titanate
  • PST quartz
  • Pb, Sm TiO 3
  • PMN Pb (MgNb) O 3
  • PVDF or PVDF-TrFe may be formed using a piezoelectric material including at least one material.
  • the space between the respective piezoelectric rods 100 forming the sensor array may be filled with the insulating material 340.
  • the insulating material 340 may be determined as a material having a property of not suppressing vertical vibration of the piezoelectric rod 230 to which voltage is applied using the first and second electrode bars 325 and 335.
  • step (a) a sensor array is formed to provide a piezoelectric sheet 310 to function as the aforementioned piezoelectric layer.
  • a piezoelectric sheet is a thin sheet formed by heat-treating a piezoelectric material such as PZT, for example, and may be referred to as a sheet or a film depending on its thickness, but will be referred to herein as a sheet.
  • the piezoelectric sheet 310 is a full sintering condition for piezoelectric materials such as PZT and the like, and is heated for a predetermined time at a temperature of about 1,000 to 1,100 degrees, for example, to have a density of about 97 to 99% of a theoretical density. Can be processed and generated.
  • the above-mentioned complete sintering conditions are typical sintering conditions for piezoelectric materials, and in the case of the piezoelectric sheet 310 produced by the complete sintering conditions, the characteristics as piezoelectric ceramics are excellent but are cut at a speed of about 1-3 mm per second. There is a disadvantage that the mechanical workability is relatively lacking.
  • the piezoelectric sheet 310 provided in step (a) may be generated by an incomplete sintering condition.
  • Incomplete sintering conditions may be pre-determined differently in terms of heating temperature, heating time and the resulting product density compared to the complete sintering conditions, for example about 800-900 degrees to have a density of about 80-90% of theoretical density.
  • the temperature may be a heat treatment for a predetermined time.
  • the sintering level is relatively lower than that of the piezoelectric sheet 310 produced by the complete sintering condition, so that the properties as piezoelectric ceramics are relatively insufficient, but the mechanical workability is relatively low. There is an excellent advantage.
  • the piezoelectric sheet 310 provided in step (a) may be generated by using a composite piezoelectric material.
  • Composite piezoelectric materials include other complex materials in addition to pure piezoelectric materials such as PZT, and are relatively poor in piezoelectric ceramics compared to piezoelectric sheets 310 using pure piezoelectric materials, but have excellent mechanical workability. It is used by application.
  • step (b) each of the first surface (eg, upper surface shown) of the piezoelectric sheet 310 and the second surface (eg, lower surface shown) that are not in contact with the first surface are previously designated.
  • First and second metal layers 320 and 330 of thickness are formed, respectively.
  • Each of the first and second metal layers 320 and 330 is attached to each surface of the piezoelectric sheet 310 by using a conductive paste, or by pressing and attaching metal and ceramic at high and high pressure. It may be attached to the piezoelectric sheet 310.
  • step (c) the piezoelectric sheet 310 to which the first and second metal layers 320 and 330 are attached is cut at predetermined intervals in parallel in the first direction, and arranged in the first direction, respectively.
  • a plurality of first electrode bars 325 are formed.
  • the cutting depth is performed such that the thickness corresponding to the first metal layer 320 and the piezoelectric sheet 310 is completely cut. In this case, only the lower end of the piezoelectric sheet 310 may be processed to be cut. However, even if the second metal layer 330 is cut to some depth, if the second metal layer 330 is not completely cut, the conductivity of the second metal layer 330 may be allowed. have.
  • a plating process may be performed to form terminals required for future module fabrication. If the plating for forming the terminal is performed immediately before the cutting process, the terminals corresponding to each of the plurality of first electrode bars 325 are formed together with the cutting process alone, thereby simplifying the manufacturing process.
  • step (d) the gap formed in the piezoelectric sheet 310 by cutting to form the first electrode bar 325 is filled with the insulating material 340.
  • step (e) the piezoelectric sheets 310 to which the first and second metal layers 320 and 330 are attached are cut at predetermined intervals in parallel in a second direction orthogonal to the first direction, respectively, A plurality of second electrode bars 335 arranged in the second direction are formed.
  • the cutting depth is performed at a depth at which the thicknesses corresponding to the second metal layer 320 and the piezoelectric sheet 310 are completely cut, and are required for future module fabrication immediately before or immediately after the cutting process.
  • the plating process for forming the terminal can be performed.
  • the piezoelectric sheet 310 is etched in a direction orthogonal to form the first electrode bar 325 and the second electrode bar 335 to form a plurality of piezoelectric rods 100 forming an mxn-type sensor array. .
  • step (f) the gap formed in the piezoelectric sheet 310 by cutting to form the second electrode bar 335 is filled with the insulating material 340.
  • Steps (e) and (f) described above may be operated while being turned upside down and rotated 90 degrees in the horizontal direction for the convenience of manufacturing the ultrasonic fingerprint sensor.
  • the first electrode bar for applying a voltage to each of the plurality of piezoelectric rods 100 and the plurality of piezoelectric rods 100, which form an mxn-type sensor array and is surrounded by the insulating material 340, by the simple process described above.
  • An ultrasonic fingerprint sensor 325 and a second electrode bar 335 may be manufactured.
  • the module may be manufactured by itself.

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Abstract

초음파 지문 센서의 제조 방법이 제공된다. 초음파 지문 센서의 제조 방법은, (a) 제1 표면에 제1 금속층이 형성되고, 제1 표면과 접촉되지 않는 제2 표면에 제2 금속층이 형성된 압전 시트가 마련되는 단계; (b) 제1 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 제1 금속층과 상기 압전 시트가 절삭되는 단계; (c) 상기 단계 (b)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충되는 단계; (d) 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 압전 시트와 제2 금속층이 절삭되는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충되는 단계를 포함한다.

Description

초음파 지문 센서 제조 방법
본 발명은 초음파 지문 센서 제조 방법에 관한 것이다.
생체 인식(biometrics)은 고도의 보안 레벨을 제공하는 기술이며, 지문 인식 기술은 중요한 생체 인식 기술 중 하나이다.
일반적으로 지문 인식은 사용자에게서 지문을 입력받아 형성한 지문 영상에서 특정 패턴이나 특징점(예를 들어, 지문의 융선이 분기되는 분기점, 융선이 끝나는 단점 등)을 추출하고, 미리 저장된 지문 영상의 패턴 또는 특징점과 대비하도록 수행된다.
사용자의 지문을 인식하는 지문 센서는 예를 들어 주변 부품이나 구조를 포함하는 모듈의 형태로 제조될 수 있고, 물리적인 기능키에 일체화되어 구현될 수도 있기 때문에, 최근 각종 전자기기에 다양하게 장착되고 있다.
도 1에는 종래기술에 따른 초음파 지문 센서의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 초음파 지문 센서는 m x n 형태의 센서 어레이(array)를 형성하도록 배열되는 복수의 압전 로드(rod)(100), 복수의 압전 로드(100)의 상측 단부에 전기적으로 접속되도록 제1 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극바(106), 복수의 압전 로드(100)의 하측 단부에 전기적으로 접속되도록 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제2 전극바(108)를 포함한다.
도시된 참조부호 102는 손가락이 센서 어레이에 근접하게 놓여지도록 하기 위해 제1 전극바(106)의 상부에 형성된 보호 코팅인 차폐층을 나타내고, 참조부호 104는 차폐층(102)에 반대되는 센서 어레이의 단부에 부착되어 복수의 압전 로드(100)를 하부에서 지지하는 지지체를 나타낸다.
여기서, 압전 로드(100)는 피에조(Piezo) 특성을 가지는 소재로 형성되며, 예를 들어 PZT(납 지르콘산염 티탄산염), PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbTiO3), PVDF 또는 PVDF-TrFe 중 적어도 하나의 물질이 포함된 소재가 이에 해당될 수 있다.
압전 로드(100)의 상측 단부에 접속된 제1 전극바(106)와 하측 단부에 접속된 제2 전극바(108)에 초음파 대역의 공진 주파수를 갖는 전압을 인가하여 압전 로드(100)를 상하로 진동시키면, 도 2에 예시된 바와 같이 소정의 주파수를 가지는 초음파 신호가 생성되어 방출된다.
차폐층(102)에 손가락이 접촉되지 않은 상태에서는, 압전 로드(100)에서 방출된 초음파 신호는 압전 로드(100)와 공기의 계면을 통과하지 못하고 압전 로드(100) 내부로 되돌아온다.
그러나, 손가락이 접촉된 상태에서는, 방출된 초음파 신호의 일부가 손가락의 피부와 압전 로드(100)의 경계면을 뚫고 손가락 내부로 진행하게 되며, 이때 반사되어 되돌아오는 신호의 강도가 낮아져 이를 이용하여 지문 패턴이 감지될 수 있다.
전술한 초음파 지문 센서는 센서 어레이를 구성하기 위해 각각의 압전 로드(100)를 형성하는 공정, 압전 로드(100)의 상측에 복수의 제1 전극바(325)를 형성하는 공정, 압전 로드(100)의 하측에 제1 전극바(325)의 형성 방향에 직교하도록 복수의 제2 전극바(335)를 형성하는 공정 등이 순차적으로 실시되어 제조된다.
그러나, 종래의 초음파 지문 센서는 복잡한 공정에 의해 제조되고 있어 제조에 많은 시간과 비용이 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명은 제조 공정의 간소화를 통해 초음파 지문 센서의 제조 시간과 비용을 최소화할 수 있는 초음파 지문 센서 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 압전 시트에 미리 부착된 금속층의 지지력으로 인해 센서 어레이의 형성 과정에서 압전 로드의 깨짐이나 뒤틀림이 방지될 수 있는 초음파 지문 센서 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초음파 지문 센서의 제조 방법에 있어서, (a) 제1 표면에 제1 금속층이 형성되고, 제1 표면과 접촉되지 않는 제2 표면에 제2 금속층이 형성된 압전 시트가 마련되는 단계; (b) 제1 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 제1 금속층과 상기 압전 시트가 절삭(dicing)되는 단계; (c) 상기 단계 (b)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충(filling)되는 단계; (d) 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 압전 시트와 제2 금속층이 절삭되는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충되는 단계를 포함하는 초음파 지문 센서의 제조 방법이 제공된다.
상기 압전 시트는 압전 재료의 완전 소결을 위해 지정된 가열 온도 조건 및 가열 시간 조건 중 하나 이상이 열악하도록 미리 지정된 불완전 소결 조건에 의해 생성된 것일 수 있다.
제1 금속층이 절삭되어 형성된 복수의 제1 전극바가 외부 단자에 전기적으로 연결될 단자를 형성하기 위한 전기 도금 공정이 상기 단계 (b) 이전에 선행되고, 제2 금속층이 절삭되어 형성된 복수의 제2 전극바가 외부 단자에 전기적으로 연결될 단자를 형성하기 위한 전기 도금 공정이 상기 단계 (d) 이전에 선행될 수 있다.
상기 단계 (b) 및 상기 단계 (d)에서 각각 절삭되는 깊이는 적어도 상기 압전 시트에 형성된 틈이 상기 압전 시트의 수직 단부까지 연장되는 깊이일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 초음파 지문 센서의 제조 방법에 의해 제조된 초음파 지문 센서가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제조 공정의 간소화를 통해 초음파 지문 센서의 제조 시간과 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압전 시트의 양측 표면에 미리 부착된 금속층의 지지력으로 인해 센서 어레이의 형성 과정에서 압전 로드의 깨짐이나 뒤틀림이 방지될 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래기술에 따른 초음파 지문 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 따른 압전 로드의 형상 및 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 지문 센서의 형상을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 지문 센서의 제조 공정을 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위(on)"에 존재하는 것으로 또는 "위로(onto)" 확장되는 것으로 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소의 직접 위에 있거나 직접 위로 확장될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소 "바로 위(directly on)"에 있거나 "바로 위로(directly onto)" 확장된다고 언급되는 경우, 다른 중간 요소들은 존재하지 않는다. 또한, 하나의 요소가 다른 요소에 "연결(connected)"되거나 "결합(coupled)"된다고 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소에 직접 연결되거나 직접 결합될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소에 "직접 연결(directly connected)"되거나 "직접 결합(directly coupled)"된다고 기술되는 경우에는 다른 중간 요소가 존재하지 않는다.
"아래의(below)" 또는 "위의(above)" 또는 "상부의(upper)" 또는 "하부의(lower)" 또는 "수평의(horizontal)" 또는 "측면의(lateral)" 또는 "수직의(vertical)" 등과 같은 상대적인 용어들은 여기에서 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소, 층 또는 영역의 다른 요소, 층 또는 영역에 대한 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면에 묘사된 방향(orientation)에 부가하여 장치의 다른 방향을 포괄하기 위한 의도를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 지문 센서의 형상을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 지문 센서의 제조 공정을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 초음파 지문 센서는 복수의 압전 로드(100)가 m x n 형태의 센서 어레이로 배열된 압전층, 압전층의 제1 표면에 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 전극바(325), 압전층의 제1 표면에 접촉되지 않는 제2 표면에 제1 방향과 직교하는 방향인 제2 방향으로 배열된 복수의 제2 전극바(335)를 포함할 수 있다.
소정의 길이를 가지는 바(bar) 또는 봉 등의 형상으로 형성되는 각각의 압전 로드(100)는 피에조(Piezo) 특성을 가지도록 예를 들어 PZT(납 지르콘산염 티탄산염), PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbTiO3), PVDF 또는 PVDF-TrFe 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 압전 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
센서 어레이를 이루는 각각의 압전 로드(100)들 사이의 공간은 절연재(340)로 채워질 수 있다. 절연재(340)는 제1 및 제2 전극바(325, 335)를 이용하여 전압 인가된 압전 로드(230)의 상하 진동을 억제하지 않는 특성을 가지는 재질로 결정될 수 있을 것이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 초음파 지문 센서의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4를 참조하면, 단계 (a)에서 센서 어레이가 형성되어 전술한 압전층으로 기능되어질 압전 시트(310)가 마련된다.
압전 시트는 예를 들어 PZT 등의 압전 재료를 열처리하여 박형(薄型) 시트(sheet)화한 것으로서, 그 두께에 따라 시트 또는 필름으로 달리 호칭되는 경우가 있으나 본 명세서에서는 시트로 통칭하기로 한다.
압전 시트(310)는 PZT 등과 같은 압전 재료에 대한 완전 소결(Full sintering) 조건으로서, 예를 들어 이론적인 밀도의 약 97~99% 밀도를 가지도록 약 1,000~1,100도의 온도로 미리 지정된 시간 동안 가열 처리되어 생성될 수 있다.
그러나 전술한 완전 소결 조건은 압전 재료에 대한 통상적인 소결 조건이며, 완전 소결 조건에 의해 생성된 압전 시트(310)인 경우, 압전 세라믹으로서의 특성은 우수하지만 초당 약 1-3mm의 속도로 절삭되는 등 상대적으로 기계적 가공성이 부족한 단점이 있다.
따라서 단계 (a)에서 마련되는 압전 시트(310)는 불완전 소결(Half sintering) 조건에 의해 생성된 것일 수 있다. 불완전 소결 조건은 완전 소결 조건에 비해 가열 온도, 가열 시간과 생성된 결과물의 밀도가 상이하게 미리 지정될 수 있으며, 예를 들어 이론적인 밀도의 약 80~90% 밀도를 가지도록 약 800~900도의 온도로 미리 지정된 시간 동안 가열 처리되는 것일 수 있다.
불완전 소결 조건에 의해 생성된 압전 시트(310)인 경우, 완전 소결 조건에 의해 생성된 압전 시트(310)에 비해 소결 수준이 상대적으로 낮아, 압전 세라믹으로서의 특성은 상대적으로 부족하지만, 기계적 가공성은 상대적으로 우수한 장점이 있다.
또는, 단계 (a)에서 마련된 압전 시트(310)는 컴포지트(composite) 압전 소재를 이용하여 생성된 것일 수도 있다. 컴포지트 압전 소재는 PZT 등의 순수한 압전 소재 이외에 다른 복합적인 물질이 더 포함된 것으로서, 순수한 압전 소재를 이용한 압전 시트(310)에 비해 상대적으로 압전 세라믹으로서의 특성은 열악하나, 기계적 가공성이 우수하여 양산에 적용하여 사용되고 있다.
단계 (b)에서, 압전 시트(310)의 제1 표면(예를 들어, 도시된 상측 표면)과 제1 표면에 접촉되지 않는 제2 표면(예를 들어, 도시된 하측 표면) 각각에 미리 지정된 두께의 제1 및 제2 금속층(320, 330)이 각각 형성된다.
제1 및 제2 금속층(320, 330) 각각은 예를 들어 도전성 접착제(conductive paste)를 이용하여 압전 시트(310)의 각 표면에 부착되거나, 고온 및 고압으로 금속과 세라믹을 압착하여 부착하는 방식으로 압전 시트(310)에 부착될 수 있다.
단계 (c)에서, 제1 및 제2 금속층(320, 330)이 부착된 압전 시트(310)가 제1 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 절삭(dicing) 처리되어, 각각 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 전극바(325)가 형성된다.
절삭 깊이는 제1 금속층(320)과 압전 시트(310)에 해당되는 두께가 완전히 절삭되는 깊이로 실시된다. 이때, 압전 시트(310)의 하측 단부까지만 절삭되도록 처리될 수 있으나, 제2 금속층(330)이 일부 깊이까지 절삭될지라도 완전히 절삭되지 않는다면 제2 금속층(330)의 도전성이 유지되므로 허용될 수는 있다.
전술한 절삭 공정의 직전 또는 직후에 향후 모듈 제작시 필요한 단자를 형성하기 위한 도금 공정이 실시될 수 있다. 만일 절삭 공정의 직전에 단자 형성을 위한 도금이 이루어지는 경우라면, 전술한 절삭 공정만으로 복수의 제1 전극바(325) 각각에 대응되는 단자가 함께 형성되어 제조 공정이 보다 단순화되는 장점도 있다.
단계 (d)에서, 제1 전극바(325)의 형성을 위해 절삭되어 압전 시트(310)에 형성된 틈이 절연재(340)로 전충(filling)된다.
단계 (e)에서, 제1 및 제2 금속층(320, 330)이 부착된 압전 시트(310)가 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 절삭(dicing) 처리되어, 각각 제2 방향으로 배열된 복수의 제2 전극바(335)가 형성된다.
앞서 단계 (c)에서 설명한 바와 같이, 절삭 깊이는 제2 금속층(320)과 압전 시트(310)에 해당되는 두께가 완전히 절삭되는 깊이로 실시되고, 절삭 공정의 직전 또는 직후에 향후 모듈 제작시 필요한 단자를 형성하기 위한 도금 공정이 실시될 수 있다.
압전 시트(310)는 제1 전극바(325)와 제2 전극바(335)의 형성을 위해 직교하는 방향으로 각각 식각되어 m x n 형태의 센서 어레이를 이루는 복수의 압전 로드(100)를 형성하게 된다.
단계 (f)에서, 제2 전극바(335)의 형성을 위해 절삭되어 압전 시트(310)에 형성된 틈이 절연재(340)로 전충(filling)된다.
전술한 단계 (e)와 (f)는 초음파 지문 센서 제조의 편의를 위해 상하 방향으로 뒤집고 또한 수평 방향에서 90도 회전시킨 상태에서 작업될 수도 있을 것이다.
전술한 단순한 공정만으로, m x n 형태의 센서 어레이를 이루고 절연재(340)에 의해 각각 둘러싸인 복수의 압전 로드(100)들과, 복수의 압전 로드(100)들 각각에 전압을 인가하기 위한 제1 전극바(325) 및 제2 전극바(335)를 포함하는 초음파 지문 센서가 제작될 수 있다.
또한 제1 전극바(325)와 제2 전극바(335) 각각에 외부 단자에 전기적 연결을 위한 단자가 형성되어 있으므로, 그 자체만으로도 모듈 제작이 가능한 소자의 형태로 완성된다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 초음파 지문 센서의 제조 방법에 있어서,
    (a) 제1 표면에 제1 금속층이 형성되고, 제1 표면과 접촉되지 않는 제2 표면에 제2 금속층이 형성된 압전 시트가 마련되는 단계;
    (b) 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층이 각각 형성된 상기 압전 시트를 대상으로 하여, 제1 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 제1 금속층과 상기 압전 시트가 절삭(dicing)되는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충(filling)되는 단계;
    (d) 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층이 각각 형성된 상기 압전 시트를 대상으로 하여, 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 평행하게 미리 지정된 간격으로 상기 압전 시트와 제2 금속층이 절삭되는 단계; 및
    (e) 상기 단계 (d)에 의해 상기 압전 시트에 형성된 틈이 미리 지정된 절연재로 전충되는 단계를 포함하는 초음파 지문 센서의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전 시트는 압전 재료의 완전 소결을 위해 지정된 가열 온도 조건 및 가열 시간 조건 중 하나 이상이 열악하도록 미리 지정된 불완전 소결 조건에 의해 생성된 것을 특징으로 하는 초음파 지문 센서의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 금속층이 절삭되어 형성된 복수의 제1 전극바가 외부 단자에 전기적으로 연결될 단자를 형성하기 위한 전기 도금 공정이 상기 제1 금속층을 대상으로 상기 단계 (b) 이전에 실시되고,
    제2 금속층이 절삭되어 형성된 복수의 제2 전극바가 외부 단자에 전기적으로 연결될 단자를 형성하기 위한 전기 도금 공정이 상기 제2 금속층을 대상으로 상기 단계 (d) 이전에 실시되는 것을 특징으로 하는 초음파 지문 센서의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b) 및 상기 단계 (d)에서 각각 절삭되는 깊이는 적어도 상기 압전 시트에 형성된 틈이 상기 압전 시트의 수직 단부까지 연장되는 깊이인 것을 특징으로 하는 초음파 지문 센서의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 초음파 지문 센서의 제조 방법에 의해 제조된 초음파 지문 센서.
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