(57)【要約】【課題】センサ電極からの信号等に外乱高調波成分が重畳することを抑制することができる指紋センサモジュールを提供する。【解決手段】指紋情報を取得するセンサ部と、該センサ部を搭載する第１の基板と、前記センサ部からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部と、前記第１の基板と前記信号処理部を接続する配線部を有し、前記信号処理部および前記配線部とを含む回路ブロックを搭載する第２の基板と、指紋検知領域に対応した窓部を有し、前記信号処理部からの駆動信号が印加されるメタルリングと、を備え、前記メタルリングが前記第２の基板に搭載される前記回路ブロックの少なくとも一部を覆っている。【選択図】図４
2020086885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋情報を取得するセンサ部と、
該センサ部を搭載する第１の基板と、
前記センサ部からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部と、
前記第１の基板と前記信号処理部を接続する配線部を有し、前記信号処理部および前記配線部とを含む回路ブロックを搭載する第２の基板と、
指紋検知領域に対応した窓部を有し、前記信号処理部からの駆動信号が印加されるメタルリングと、
を備え、
前記メタルリングが前記第２の基板に搭載される前記回路ブロックの少なくとも一部を覆うことを特徴とする指紋センサモジュール。
【請求項２】
前記回路ブロックに、前記指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理、認証処理を含む処理を実行する制御部と、動作状態を含む情報を報知する報知部と、電源部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項３】
前記第２の基板の上部に前記第１の基板が配置され、前記第２の基板上において、前記電源部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の指紋センサモジュール。
【請求項４】
前記第２の基板上において、前記報知部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の指紋センサモジュール。
【請求項５】
前記第２の基板の搭載面の裏面に、前記制御部にプログラムを書き込むためのデバック用コネクタが搭載されていることを特徴とする請求項２に記載の指紋センサモジュール。
【請求項６】
フラットな底面を有し、前記制御部にプログラムを書き込むための端子部をシールドする脱着自在なシールド部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の指紋センサモジュール。
【請求項７】
前記電源部から前記信号処理部、前記制御部、前記報知部への電源供給パターンは、前記指紋検知領域が前記第２の基板に投影される領域に交差しないように配線されていることを特徴とする請求項２に記載の指紋センサモジュール。
【請求項８】
前記信号処理部からの駆動信号が増幅部を介してメタルリングに印加させることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項９】
前記窓部の指装着方向開口端部に段部を備え、前記指紋検知領域の近傍の段部の先端から前記指紋検知領域の端部までの水平方向の長さをＡ、前記指紋検知領域の近傍の段部の厚みをＢとしたときに、ＡとＢとが、１：１から３：１の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項１０】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に中継基板を備え、前記第１の基板と前記中継基板とがワイヤボンディングで接続されるとともに、前記ワイヤボンディングの上部が前記メタルリングで覆われていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコン基板上に形成されたセンサ電極の表面を誘電体膜で被覆し、指先の電位を基準電位として、指先とセンサ電極間に形成される静電容量が指紋の凹凸に応じて変化することを利用して指紋を認識する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の静電容量式指紋センサにおいては、単結晶シリコン基板上に形成されているために、指先を指紋センサに強く押し付けると割れてしまうという不都合があった。また、指紋センサを構成するには、指先の面積程度の大きさに形成する必要があるが、単結晶シリコン基板に形成すると高価になるという不都合も生じていた。
【０００４】
上記のような単結晶シリコン基板上に形成された指紋センサの課題を解決すべく、指紋センサをガラス基板上に形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４６６０８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１８７４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２等に記載のように、指紋センサをガラス基板上に形成することにより、単結晶シリコン基板上に形成された指紋センサの課題を一部解決することは可能である。
【０００７】
しかしながら、特許文献２等に記載の指紋センサでは、ガラス基板を用いる構成上、センサ電極と当該センサ電極からの信号を処理する信号処理部との伝送路が長くなり、電源からグランドに流れる電流や駆動信号による高調波成分が人の指を介して、伝送路に伝搬し、センサ電極からの信号等に重畳するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、センサ電極からの信号等に外乱高調波成分が重畳することを抑制する指紋センサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
形態１；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、指紋情報を取得するセンサ部と、該センサ部を搭載する第１の基板と、前記センサ部からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部と、前記第１の基板と前記信号処理部を接続する配線部を有し、前記信号処理部および前記配線部とを含む回路ブロックを搭載する第２の基板と、指紋検知領域に対応した窓部を有し、前記信号処理部からの駆動信号が印加されるメタルリングと、を備え、前記メタルリングが前記第２の基板に搭載される前記回路ブロックの少なくとも一部を覆うことを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１０】
形態２；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記回路ブロックに、前記指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理、認証処理を含む処理を実行する制御部と、動作状態を含む情報を報知する報知部と、電源部と、を含むことを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１１】
形態３；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記第２の基板の上部に前記第１の基板が配置され、前記第２の基板上において、前記電源部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１２】
形態４；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記第２の基板上において、前記報知部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１３】
形態５；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記第２の基板の搭載面の裏面に、前記制御部にプログラムを書き込むためのデバック用コネクタが搭載されていることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１４】
形態６；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、フラットな底面を有し、前記制御部にプログラムを書き込むための端子部をシールドする脱着自在なシールド部材を備えたことを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１５】
形態７；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記電源部から前記信号処理部、前記制御部、前記報知部への電源供給パターンは、前記指紋検知領域が前記第２の基板に投影される領域に交差しないように配線されていることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１６】
形態８；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記信号処理部からの駆動信号が増幅部を介してメタルリングに印加させることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１７】
形態９；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記窓部の指装着方向開口端部に段部を備え、前記指紋検知領域の近傍の段部の先端から前記指紋検知領域の端部までの水平方向の長さをＡ、前記指紋検知領域の近傍の段部の厚みをＢとしたときに、ＡとＢとが、１：１から３：１の関係にあることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【００１８】
形態１０；本発明の１またはそれ以上の実施形態は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に中継基板を備え、前記第１の基板と前記中継基板とがワイヤボンディングで接続されるとともに、前記ワイヤボンディングの上部が前記メタルリングで覆われていることを特徴とする指紋センサモジュールを提案している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の１またはそれ以上の実施形態によれば、センサ電極からの信号等に外乱高調波成分や電磁ノイズが重畳することを抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおける回路ブロックを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおける回路構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおける指紋情報の検出原理を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールの断面構造図を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールをメタルリング上部から見た図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールを第１の基板上部から見た図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて部品が搭載された状態の第２の基板を上部から見た図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて第２の基板の配線パターンを例示した図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて部品が搭載された状態の第２の基板裏面を見た図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいてメタルリングの開口端部に形成された段部とセンサエリア、段部の高さの関係を示した図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて第１の基板と第３の基板との接続関係を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて第２の基板の裏面に搭載されたコネクタの使用状態を例示した図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る指紋センサモジュールにおいて第２の基板の裏面に搭載されたコネクタの非使用状態における構造を例示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る指紋センサモジュールにおける導光構造を例示した図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る指紋センサモジュールにおける導光構造を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図１から図１５を用いて説明する。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
以下、図１から図１３を用いて、本実施形態に係る指紋センサモジュールについて説明する。
【００２３】
＜指紋センサモジュールの構成＞
図１、図２に示すように、本実施形態に係る指紋センサモジュール１は、センサ部１０と、信号処理部２０と、制御部３０と、電源部４０、４１と、報知部５０と、増幅部としての電圧変換部６０とを含んで構成されている。
【００２４】
センサ部１０は、指紋を検出するセンサを備える。そして、後述する走査部１３により、供給される走査信号に従って、行列状に複数配置されている検出電極１１Ａを１検出ラインずつ順次走査して指紋情報の検出を行う。
【００２５】
信号処理部２０は、センサ部１０からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する。
また、信号処理部２０は、図示しないメタルリングに印加する検出用駆動信号を生成する。
また、信号処理部２０は、センサ部１０からの検出信号の増幅、Ａ／Ｄ変換処理等の処理を行い、当該処理された信号を後述する制御部３０に供給する。
【００２６】
制御部３０は、信号処理部２０、電源部４０、４１、報知部５０等の制御を実行する。また、信号処理部２０から供給された信号に対して、様々な処理を行い、指紋データの生成、認証処理等を実行する。
【００２７】
電源部４０、４１は、例えば、レギュレータ等の定電圧源であり、センサ部１０と、信号処理部２０と、制御部３０と、電源部４０、４１と、報知部５０と、電圧変換部６０等に適切な電圧を供給する。
【００２８】
報知部５０は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子やディスプレイ等の表示ユニット、スピーカ等の音声出力ユニット等であり、指紋センサモジュール１の動作状態、例えば、指紋検出処理の開始や終了、エラー情報の報知等を実行する。
【００２９】
増幅部としての電圧変換部（レベルシフタ）６０は、信号の電圧レベルを変換する回路ブロックであり、本実施形態においては、信号処理部２０が生成した検出用駆動信号の電圧レベルを変換してメタルリングに供給する。なお、本実施形態では、増幅部として電圧変換部６０を例示したが、これに限らず、例えば、バッファ等でもよい。
【００３０】
＜センサ部の回路構成＞
図２に示すように、本実施形態に係るセンサ部１０は、指紋検出部１１と、駆動信号生成部１２と、走査部１３と、選択回路部１４とを含んで構成されている。
【００３１】
指紋検出部１１は、例えば、ＴＦＴセンサで構成されている。ＴＦＴセンサは、複数の検出電極１１Ａにより構成されている。検出電極１１Ａは、それぞれ矩形状であり、行列状に複数配置されている。検出電極１１Ａは、例えば、行方向に５０μｍのピッチで複数配列され、列方向に５０μｍのピッチで複数配列されている。なお、行方向の配列ピッチと列方向の配列ピッチとは異なっていてもよい。
【００３２】
駆動信号生成部１２は、信号処理部２０から供給される制御信号に基づいて、センサ部１０の検出駆動の対象となる検出電極１１Ａを選択する信号を生成する。
【００３３】
走査部１３は、信号処理部２０から供給される制御信号に基づいて、センサ部１０において、検出駆動対象となる１検出電極ブロックを順次選択する機能を有する。
【００３４】
選択回路部１４は、ＴＦＴを介して検出電極１１Ａと接続される読み出し線を信号処理部２０へ接続する選択回路であり例えばマルチプレクサ回路等である。
【００３５】
＜信号処理部の回路構成＞
図２に示すように、本実施形態に係る信号処理部２０は、検出用駆動信号生成部２１と、クロック生成部２２と、検出タイミング制御部２３と、検出信号増幅部２４と、Ａ／Ｄ変換部２５とを含んで構成されている。
【００３６】
検出用駆動信号生成部２１は、メタルリングを駆動するための所定周期の矩形波信号である検出用駆動信号を生成する。なお、検出用駆動信号は、上述の電圧変換部（レベルシフタ）６０を介して、メタルリングに供給される。
【００３７】
クロック生成部２２は、走査部１３および検出用駆動信号生成部２１に走査タイミングあるいは駆動信号の生成タイミングを得るためのクロック信号を供給する。
【００３８】
検出タイミング制御部２３は、制御部３０から供給される制御信号に基づき信号処理部２０内部の各ブロックの動作を制御する信号を供給する。
【００３９】
検出信号増幅部２４は、センサ部１０から供給される検出信号を増幅する。なお、検出信号増幅部２４は、低域通過アナログフィルタとしての、例えばアナログＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えていてもよい。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換部２５は、駆動信号に同期したタイミングで、検出信号増幅部２４から出力されるアナログ信号をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する。なお、図示しないが、Ａ／Ｄ変換部２５の出力信号に含まれる駆動信号をサンプリングした際に生じる高調波成分（ノイズ成分）を低減するデジタルフィルタを備えることが望ましい。
【００４１】
＜制御部の回路構成＞
図２に示すように、本実施形態に係る制御部３０は、信号変換部３１と、認証処理部３２と、モジュール制御部３３とを含んで構成されている。
【００４２】
信号変換部３１は、信号処理部２０内のＡ／Ｄ変換部２５によりデジタル化された検出信号をもとに指紋認証用データを生成する。
【００４３】
認証処理部３２は、信号変換部３１により生成された指紋認証用データと制御部３０内の不揮発性メモリ等に予め格納された指紋認証用データとの比較を行う。
【００４４】
モジュール制御部３３は、不揮発性メモリに予め格納された制御プログラムに基づいて、信号処理部２０、電源部４０、４１、報知部５０等の制御を実行する。
【００４５】
＜指紋検出の原理＞
図３を用いて、本実施形態に係る指紋センサモジュールにおける指紋検出の原理について説明する。なお、以下では、指が検出電極１１Ａに近接している状態をタッチ状態という。
【００４６】
図３に示すように、信号処理部２０の検出用駆動信号生成部２１により生成された検出用駆動信号が電圧変換部６０を介して、メタルリング７０に供給される。このとき、指がタッチ状態にあると、検出用駆動信号がメタルリングを介して、指に伝搬され、さらに指を介して指紋検出部１１に伝搬される。
【００４７】
指がタッチ状態のとき、検出電極１１Ａと指との間に指紋の凹部および凸部に応じた静電容量Ｃ１が形成される。この静電容量Ｃ１は指表面の微小な凹凸に応じて変化するため、検出電極１１Ａからの検出電流値が変化する。この検出電流値の変化を検出することにより指紋の微小な凹凸を検出して、指紋情報を検出する。
【００４８】
＜指紋センサモジュールの機構的構成＞
図４から図１３を用いて、本実施形態に係る指紋センサモジュール１の機構的構成について説明する。
【００４９】
本実施形態に係る指紋センサモジュール１は、センサ部１０を搭載する、例えば、ガラス基板である第１の基板ＰＣＢ１と、信号処理部２０と、制御部３０と、電源部４０、４１と、報知部５０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックを搭載する第２の基板ＰＣＢ２と、第１の基板ＰＣＢ１と第２の基板ＰＣＢ２とを中継する第３の基板ＰＣＢ３と、メタルリング７０とを含んで構成されている。
【００５０】
メタルリング７０は、金属を素材とし、１面が開口された箱型形状をなしている。図５に示すように、メタルリング７０の開口された面の対向面には、指紋検知領域に対応した第１の窓部７１と、例えば、表示素子としてのＬＥＤ等からの出射光を外部に導光する第２の窓部７２とが設けられている。
【００５１】
第１の窓部７１の端部裏面は、第１の基板ＰＣＢ１に搭載されたセンサ部１０を保護するために充填された、例えば、エポキシからなるパッケージ樹脂に近接している。なお、パッケージ樹脂の少なくともメタルリング７０に対向する面には、表面塗装を施してもよい。
【００５２】
センサ部１０を搭載する第１の基板ＰＣＢ１の裏面には、第３の基板ＰＣＢ３が配置されており、第１の基板ＰＣＢ１と第３の基板ＰＣＢ３とは、図４、図６等に示すように、ワイヤボンディング６３で接続されている。
【００５３】
なお、図１１に示すように、本実施形態に係る指紋センサモジュール１では、全体の薄型化を図る構成となっているため、第１の基板ＰＣＢ１上に設けられたパット６２と第３の基板ＰＣＢ３上に設けられたパット６２とを接続するワイヤボンディング６３のメタルリング７０に対する最接近端とパッケージ樹脂端面との距離が短くなっている。また、図４に示すように、ワイヤボンディング６３は、メタルリング７０により完全に覆われている。
【００５４】
第３の基板ＰＣＢ３の裏面には、図４、図７等に示すように、第２の基板ＰＣＢ２と電気的な接続を行う接続端子６１が突出して設けられている。当該接続端子６１は、検出電極１１Ａと接続されており、検出電極１１Ａからの検出電流を第２の基板ＰＣＢ２に供給する。
【００５５】
第２の基板ＰＣＢ２には、図４、図８、図９等に示すように、信号処理部２０と、制御部３０と、電源部４０、４１と、報知部５０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックが搭載されており、当該搭載面の裏面には、外部通信用コネクタＣＮ１と、制御部３０にプログラムを書き込むためのデバック用コネクタＣＮ２とが搭載されている。
【００５６】
また、搭載面の裏面のデバック用コネクタＣＮ２の端子は、プログラム書込み使用時には露出しているが、非使用時には、図１３に示すように、フラットな底面を有し、デバック用コネクタＣＮ２の端子をシールドする、例えば、絶縁層６４とシールド電極層６５とからなる脱着自在なシールド部材で覆われている。
【００５７】
図４等に示すように、第２の基板ＰＣＢ２に搭載される信号処理部２０と、制御部３０と、電源部４０、４１と、報知部５０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックは、メタルリング７０により完全に覆われており、メタルリング７０は本来の機能とともに、シールド材としての機能を有している。
【００５８】
また、メタルリング７０の第１の窓部７１の指装着方向開口端部には、図１０に示すように、少なくとも１つの段部が設けられ、指紋検知領域近傍の段部の先端から指紋検知領域端までの水平方向の長さをＡ、指紋検知領域近傍の段部の厚みをＢとしたときに、ＡとＢとが、１：１から３：１の関係になっている。
【００５９】
また、図４等に示すように、電源部４０、４１と信号処理部２０とが第１の基板ＰＣＢ１を挟んで配置されている。
【００６０】
また、図４等に示すように、報知部５０と信号処理部２０とが第１の基板ＰＣＢ１を挟んで配置されている。
【００６１】
また、図８に示すように、電源部４０、４１から信号処理部２０、制御部３０、報知部５０への電源供給パターン（図中、太線）は、指紋検知領域が第２の基板ＰＣＢ２に投影される領域（図中、斜線部）に交差しないように配線されている。
【００６２】
＜作用・効果＞
以上、説明したように、本実施形態の指紋センサモジュール１は、指紋情報を取得するセンサ部１０と、センサ部１０を搭載する第１の基板ＰＣＢ１と、センサ部１０からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部２０と、第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部を有し、信号処理部２０および配線部を含む回路ブロックを搭載する第２の基板ＰＣＢ２と、指紋検知領域に対応した窓部を有し、信号処理部２０からの駆動信号が印加されるメタルリング７０と、を備え、メタルリング７０が第２の基板ＰＣＢ２に搭載される回路ブロックの少なくとも一部を覆っている。
つまり、メタルリング７０は、指紋検知領域に対応した窓部を有し、第１の基板ＰＣＢ１のパッケージと近接して配置されている。また、メタルリング７０は、第２の基板ＰＣＢ２に搭載される信号処理部２０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックを覆っており、第２の基板ＰＣＢ２に搭載される信号処理部２０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックは、パッケージを含む第１の基板ＰＣＢ１とメタルリング７０とにより外部から遮蔽されている。このときメタルリングには小さな穴が多数あいたメッシュ状でも同様の電気的な遮蔽効果は十分に得られる。
上記のように、ノイズ成分である高調波成分は、人の指を介して、伝送路に伝搬し、センサ電極からの信号等に重畳するメカニズムを有する。
しかしながら、本実施形態の指紋センサモジュール１では、第２の基板ＰＣＢ２に搭載される信号処理部２０と第１の基板ＰＣＢ１と信号処理部２０とを接続する配線部とを含む回路ブロックは、パッケージを含む第１の基板ＰＣＢ１とメタルリング７０とにより外部から遮蔽されているため、センサ電極からの信号等に外乱高調波成分が重畳することを十分に抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、回路ブロックに、指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理、認証処理を含む処理を実行する制御部３０と、動作状態を含む情報を報知する報知部５０と、電源部４０、４１と、を含む。
ここで、報知部５０が、例えば、ＬＥＤ等の発光素子であり、制御部３０により制御される場合には、その駆動信号として、制御部３０により生成される所定周期の矩形波信号が用いられる。この駆動信号は、高周波数でスイッチングを行うことにより生成され、その生成過程において、ノイズ成分である高調波を外部に放射する。また、電源部４０、４１は、本指紋センサモジュール１を構成する回路ブロックを動作させるための大きな電流を供給することから電磁ノイズの発生源となり、また、電源部４０、４１がスイッチング電源である場合には、スイッチングノイズの発生源ともなる。
しかしながら、本実施形態の指紋センサモジュール１では、第２の基板ＰＣＢ２に搭載される信号処理部２０、指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理、認証処理を含む処理を実行する制御部３０と、動作状態を含む情報を報知する報知部５０と、電源部４０、４１とを含む回路ブロックは、パッケージを含む第１の基板ＰＣＢ１とメタルリング７０とにより外部から遮蔽されているため、センサ電極からの信号等に外乱高調波成分が重畳することを十分に抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、第２の基板ＰＣＢ２の上部に第１の基板ＰＣＢ１が配置され、第２の基板ＰＣＢ２上において、電源部４０、４１と信号処理部２０とが第１の基板ＰＣＢ１を挟んで配置されている。
上記のように、電源部４０、４１は、本指紋センサモジュール１を構成する回路ブロックを動作させるための大きな電流を供給することから電磁ノイズの発生源となり、また、電源部４０、４１がスイッチング電源である場合には、スイッチングノイズの発生源ともなる。一方で、信号処理部２０は、検出電極１１Ａからのアナログ信号を処理する機能を果たすが、本実施形態のように、検出電極１１Ａを搭載する基板が、例えば、ガラス基板のような場合には、構造上、検出電極１１Ａと信号処理部２０との伝送路が長くなり、ノイズに対する耐性が脆弱となる。
しかしながら、本実施形態の指紋センサモジュール１では、ノイズ発生源である電源部４０、４１と、そのノイズの影響を受けやすい信号処理部２０とを第１の基板ＰＣＢ１を挟んで離間して配置しているため、電源部４０、４１による信号処理部２０に対するノイズの影響を十分に抑制することができる。
【００６５】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、第２の基板ＰＣＢ２上において、報知部５０と信号処理部２０とが第１の基板ＰＣＢ１を挟んで配置されている。
ここで、報知部５０が、例えば、ＬＥＤ等の発光素子である場合には、その駆動信号として、所定周期の矩形波信号が用いられる。この駆動信号は、高周波数でスイッチングを行うことにより生成され、その生成過程において、ノイズ成分である高調波を外部に放射する。一方で、信号処理部２０は、検出電極１１Ａからのアナログ信号を処理する機能を果たすが、本実施形態のように、検出電極１１Ａを搭載する基板が、例えば、ガラス基板のような場合には、構造上、検出電極１１Ａと信号処理部２０との伝送路が長くなり、ノイズに対する耐性が脆弱となる。
しかしながら、本実施形態の指紋センサモジュール１では、ノイズ発生源である報知部５０と、そのノイズの影響を受けやすい信号処理部２０とを第１の基板ＰＣＢ１を挟んで離間して配置しているため、電源部４０、４１による信号処理部２０に対するノイズの影響を十分に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、第２の基板ＰＣＢ２の部品搭載面の裏面に、制御部３０にプログラムを書き込むためのデバック用コネクタＣＮ２が搭載されている。
当該デバック用コネクタＣＮ２は、例えば、指紋センサモジュール１の生産工程（プログラム書込み工程）や修理工程において必要な部品であるが、本実施形態の指紋センサモジュール１では、このデバック用コネクタＣＮ２を第２の基板ＰＣＢ２の部品搭載面の裏面に配置して、メタルリング７０にデバック用コネクタＣＮ２に対して接続するための専用の窓部を設けない構成となっている。
そのため、メタルリング７０による遮蔽性を担保しつつ、指紋センサモジュール１の生産工程（プログラム書込み工程）や修理工程において必要な作業を実行することができる。
【００６７】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、フラットな底面を有し、制御部３０にプログラムを書き込むための端子部をシールドする脱着自在なシールド部材である絶縁層６４とシールド電極層６５を備えている。
つまり、デバック用コネクタＣＮ２の端子を用いるのは、上記のように、例えば、図１２のように指紋センサモジュール１の生産工程（プログラム書込み工程）や修理工程において端子に針当て接続するためであり、指紋センサモジュール１の通常動作時に使用することはない。また、デバック用コネクタＣＮ２の端子部が剥き出しの状態では、指紋センサモジュール１のノイズ耐性に影響を与える懸念もある。
そこで、本実施形態の指紋センサモジュール１では、通常動作時には装着可能で、フラットな底面を有し、制御部３０にプログラムを書き込むための端子部をシールドする脱着自在なシールド部材である絶縁層６４とシールド電極層６５を備えている。
【００６８】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、電源部４０、４１から信号処理部２０、制御部３０、報知部５０への電源供給パターンは、指紋検知領域が第２の基板ＰＣＢ２に投影される領域に交差しないように配線されている。
上記のようなメタルリング７０等を用いることにより、外部に対する遮蔽性は担保できるが、電源部４０、４１から信号処理部２０、制御部３０、報知部５０への電源供給パターンは、指紋検知領域が第２の基板ＰＣＢ２に投影される領域に交差するように配線されていると、メタルリング７０の内部で、大電流による電磁ノイズがセンサ電極からの信号等に重畳することも想定できる。
そこで、本実施形態の指紋センサモジュール１は、電源部４０、４１から信号処理部２０、制御部３０、報知部５０への電源供給パターンは、指紋検知領域が第２の基板ＰＣＢ２に投影される領域に交差しないように配線することにより、メタルリング７０の内部で、大電流による電磁ノイズがセンサ電極からの信号等に重畳することを防止している。
【００６９】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１では、信号処理部２０からの駆動信号が増幅部としての電圧変換部６０を介してメタルリング７０に印加されている。
これは、検出用駆動信号生成部２１において生成される信号の電流供給能力は、それほど大きくなく、この信号を直接、メタルリング７０に接続した場合には、その電流供給能力に起因して、メタルリング７０に十分な電荷を供給することができなくなり、それ自体がノイズ源となるためである。
そこで、本実施形態の指紋センサモジュール１では、信号処理部２０からの駆動信号を増幅部としての電圧変換部６０を介してメタルリング７０に印加することによって、電流供給能力を増加させ、安定的なメタルリング７０への電荷供給を実現している。
【００７０】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、第１の窓部７１の指装着方向開口端部に段部を備え、指紋検知領域近傍の段部の先端から指紋検知領域端までの水平方向の長さをＡ、指紋検知領域近傍の段部の厚みをＢとしたときに、ＡとＢとが、１：１から１：３の関係になっている。
なお、特に、ＡとＢとが、１：２の関係になっているときに下記に示す効果が良好に得られるため、好適である。
メタルリング７０の第１の窓部７１の指装着方向開口端部の高さは、メタルリング７０を構成する金属素材の厚みにより、この金属素材の厚みが大きくなると、第１の窓部７１の指装着方向開口端部付近には指が接触できなくなるため、メタルリング７０の第１の窓部７１の指装着方向開口端部とセンサ端部との距離はある程度確保する必要がある。一方で、メタルリング７０の第１の窓部７１の指装着方向開口端部とセンサ端部との距離をあまり大きくすると、センサエリアを指で触った場合に、メタルリング７０に指が接触しない場合が想定される。
また、上記の関係からメタルリング７０を構成する金属素材の厚みを薄くすれば、メタルリング７０が第１の基板ＰＣＢ１等を覆う面積が増加し遮蔽性が高まる。
そこで、本実施形態の指紋センサモジュール１では、上記の双方の要件を満足できるように、指紋検知領域近傍の段部の先端から指紋検知領域端までの水平方向の長さＡと、指紋検知領域近傍の段部の厚みＢとの関係を規定している。
そのため、指紋検知領域近傍の段部の先端から指紋検知領域端までの水平方向の長さＡと、指紋検知領域近傍の段部の厚みＢとの関係に基づけば、効率的なデータ取得を図るとともに、ノイズ耐性を強化することができる。
【００７１】
また、本実施形態の指紋センサモジュール１は、第１の基板ＰＣＢ１と第２の基板ＰＣＢ２との間に中継基板である第３の基板ＰＣＢ３を備え、第１の基板ＰＣＢ１と中継基板である第３の基板ＰＣＢ３とがワイヤボンディング６３で接続されるとともに、ワイヤボンディング６３の上部がメタルリング７０で覆われている。
ワイヤボンディング６３は、一般的に、外力に対して、脆弱であるという特性を有している。また、指紋センサモジュール１の薄型化の要請に応えると、第１の基板ＰＣＢ１上に設けられたパット６２と第３の基板ＰＣＢ３上に設けられたパット６２とを接続するワイヤボンディング６３のパッケージ樹脂端面に対する最接近端とパッケージ樹脂端面との距離が短くなり、パッケージ樹脂による外力緩和効果が弱くなる。
そこで、本実施形態の指紋センサモジュール１では、ワイヤボンディング６３の上部をメタルリング７０で覆うことにより、外力に対する強度を強化させている。
また、ワイヤボンディング６３のパッケージ樹脂端面に対する最接近端とパッケージ樹脂端面との距離が短くなると、ノイズに対する耐性が低下する懸念もあるが、ワイヤボンディング６３の上部をメタルリング７０で覆うことにより、メタルリング７０のシールド効果によって、ノイズに対する耐性も強化することができる。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
以下、図１から図１５を用いて、本実施形態に係る指紋センサモジュール１について説明する。
なお、本実施形態に係る指紋センサモジュール１は、第１の実施形態に係る指紋センサモジュールと機構あるいは回路の基本構成については同様であるため、機構あるいは回路の構成についての詳細な説明は省略し、本実施形態の特徴部分のみについて、以下、説明する。
【００７３】
制御部３０は、例えば、図２に示すように、信号変換部３１と、認証処理部３２と、モジュール制御部３３とを含んで構成されており、モジュール制御部３３は、不揮発性メモリに予め格納された制御プログラムに基づいて、信号処理部２０、電源部４０、４１、報知部５０等の制御を実行する。
【００７４】
また、例えば、図７に示すように、第２の基板ＰＣＢ２上において、報知部５０と電源部４０、４１とが近接配置されている。
【００７５】
また、例えば、図４、図５に示すように、報知部５０が、指紋検知領域と重ならない位置に配置されている。
【００７６】
また、例えば、図１４に示すように、報知部５０が発光素子で形成されている。当該報知部５０である発光素子は、光射出面が導光部材６７の長手方向と略直交する向きに設置されている。また、第１の基板ＰＣＢ１はガラス基板であり、図示しない第２の基板ＰＣＢ２との間で第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板の部品搭載面の裏面に接するように、導光部材６７を備えている。そのため、報知部５０である発光素子からの射出光は、導光部材６７で反射され、第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板を透過して放射される。なお、第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板は、第１の基板ＰＣＢ１に搭載されたセンサ部１０を保護するために充填された、例えば、透明エポキシからなるパッケージ樹脂で覆われていることが好ましい。
【００７７】
また、例えば、図１５に示すように、報知部５０が発光素子で形成されている。当該報知部５０である発光素子は、光射出面が導光部材６７の長手方向と略直交する向きに設置されている。また、第１の基板ＰＣＢ１はガラス基板であり、図示しない第２の基板ＰＣＢ２との間で第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板の部品搭載面の裏面側に光反射部材６９を備えている。また、第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板は、第１の基板ＰＣＢ１に搭載されたセンサ部１０を保護するために、例えば、透明カバーフィルム６８で覆われている。そのため、報知部５０である発光素子からの射出光は、導光部材６７および透明カバーフィルム６８で反射され、第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板および透明カバーフィルム６８を透過して放射される。
【００７８】
＜作用・効果＞
以上、説明したように、本実施形態の指紋センサモジュール１は、指紋情報を取得するセンサ部１０と、センサ部１０を搭載する第１の基板ＰＣＢ１と、センサ部１０からの信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部２０と、指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理を含む処理を実行する制御部３０と、動作状態を含む情報を報知する報知部５０と、信号処理部２０、制御部３０、報知部５０を含む回路ブロックを搭載する第２の基板ＰＣＢ２と、指紋検知領域に対応した第１の窓部７１を有するとともに、第１の基板ＰＣＢ１のパッケージの端部を覆うように配置され、信号処理部２０からの駆動信号が印加されるメタルリング７０と、を備え、制御部３０が、信号処理部２０および報知部５０の動作についても制御を実行する。
つまり、制御部３０が、本来の機能に加えて、信号処理部２０および報知部５０の動作についても制御を実行している。
そのため、少なくとも、信号処理部２０および報知部５０の動作を制御する、例えば、専用の制御ＩＣが不要となるため、その占有面積をグランドパターン等に置き換えることにより、センサ電極からの信号等に影響を与える外乱ノイズを抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態の指紋センサモジュールは、制御部３０が、信号処理部２０から入力した検出信号に対して、信号変換処理、認証処理を含む処理を実行する。
つまり、制御部３０が、本来の機能に加えて、信号変換処理、認証処理を含む処理を実行するため、専用ＩＣが不要となり、その占有面積をグランドパターン等に置き換えることにより、センサ電極からの信号等に影響を与える外乱ノイズを抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態の指紋センサモジュールでは、第２の基板ＰＣＢ２上において、報知部５０とその電源部４０、４１とが近接配置されている。
そのため、電流ループが小さくなることから、電磁ノイズの発生を抑制することができる。
【００８１】
また、本実施形態の指紋センサモジュールは、報知部５０が、指紋検知領域および指のメタルリング７０に対する投影領域と重ならない位置に配置されている。
つまり、報知部５０が、例えば、ＬＥＤ等の発光素子である場合には、当該発光素子からの射出光が認知可能なように、メタルリング７０の指紋検知領域の第１の窓部７１側でかつ、指紋検知領域および指のメタルリング７０に対する投影領域にと重ならない位置に当該発光素子用の第２の窓部７２を設けている。
このように、第２の窓部７２を、例えば、指が指紋検知領域にタッチしたときの指先側に設けることにより、電源部４０、４１および報知部５０と制御部３０および信号処理部２０とを必然的に、離間配置することができる。また、ノイズの影響を受けやすい信号処理部２０の上部に第２の窓部７２を設けないことにより、メタルリング７０のシールド効果によって、ノイズに対する耐性も強化することができる。
【００８２】
また、本実施形態の指紋センサモジュールは、報知部５０が発光素子で形成され、第１の基板ＰＣＢ１がガラス基板であり、第２の基板ＰＣＢ２との間に導光部材６７を備え、発光素子から射出光が導光部材６７で反射され、ガラス基板を透過して放射される。
つまり、この構造では、報知部５０である発光素子は、光射出面が導光部材６７の長手方向と略直交する向きに設置され、射出光は、導光部材６７で反射され、第１の基板ＰＣＢ１であるガラス基板を透過して放射される。
そのため、メタルリング７０に、第２の窓部７２を設ける必要がないため、メタルリング７０のシールド効果を向上させて、ノイズに対する耐性を強化することができる。
【００８３】
また、本実施形態の指紋センサモジュールは、報知部５０が発光素子で形成され、第１の基板ＰＣＢ１がガラス基板であり、第１の基板ＰＣＢ１の上部に透明カバーフィルム６８を備えるとともに、ガラス基板の下部に光反射部材６９を備え、発光素子から射出光が光反射部材６９で反射され、ガラス基板および透明カバーフィルム６８を透過して放射される。
つまり、この構造では、報知部５０である発光素子は、光射出面が導光部材６７の長手方向と略直交する向きに設置され、射出光は、光反射部材６９で反射され、ガラス基板および透明カバーフィルム６８を透過して放射される。
そのため、メタルリング７０に、第２の窓部７２を設ける必要がないため、メタルリング７０のシールド効果を向上させて、ノイズに対する耐性を強化することができる。
【００８４】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００８５】
＜付記項＞
［付記項１］
指紋情報を取得するセンサ部と、
該センサ部を搭載する第１の基板と、
前記センサ部からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部と、
前記第１の基板と前記信号処理部を接続する配線部を有し、
前記指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理を含む処理を実行する制御部と、動作状態を含む情報を報知する報知部と、
前記信号処理部、前記配線部、前記制御部、前記報知部を含む回路ブロックを搭載する第２の基板と、
指紋検知領域に対応した窓部を有するとともに、第１の基板のパッケージの端部を覆うように配置され、前記信号処理部からの駆動信号が印加されるメタルリングと、
を備え、
前記制御部が、前記信号処理部および前記報知部の動作についても制御を実行することを特徴とする指紋センサモジュール。
［付記項２］
前記制御部が、前記信号処理部から入力した検出信号に対して、信号変換処理、認証処理を含む処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
［付記項３］
前記第２の基板上において、前記報知部と前記電源部とが近接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
［付記項４］
前記報知部が、前記指紋検知領域および指の前記メタルリングに対する投影領域と重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
［付記項５］
前記報知部が発光素子で形成され、前記第１の基板がガラス基板であり、前記第２の基板との間に導光部材を備え、前記発光素子から射出光が前記導光部材で反射され、前記ガラス基板を透過して放射されることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
［付記項６］
前記報知部が発光素子で形成され、前記第１の基板がガラス基板であり、前記第１の基板の上部に透明フィルムを備えるとともに、前記ガラス基板の下部に光反射部材を備え、前記発光素子から射出光が前記光反射部材で反射され、前記ガラス基板および前記透明フィルムを透過して放射されることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【符号の説明】
【００８６】
１；指紋センサモジュール
１０；センサ部
１１；指紋検出部
１１Ａ；検出電極
２０；信号処理部
３０；制御部
４０；電源部
４１；電源部
５０；報知部
６０；電圧変換部
６２；パット
６３；ワイヤボンディング
６７；導光部材
６９；光反射部材
７０；メタルリング
７１；第１の窓部
７２；第２の窓部
ＣＮ１；外部通信用コネクタ
ＣＮ２；デバック用コネクタ
ＰＣＢ１；第１の基板
ＰＣＢ２；第２の基板
ＰＣＢ３；第３の基板
【図１】
2020086885.tif 000003
【図２】
2020086885.tif 000004
【図３】
2020086885.tif 000005
【図４】
2020086885.tif 000006
【図５】
2020086885.tif 000007
【図６】
2020086885.tif 000008
【図７】
2020086885.tif 000009
【図８】
2020086885.tif 000010
【図９】
2020086885.tif 000011
【図１０】
2020086885.tif 000012
【図１１】
2020086885.tif 000013
【図１２】
2020086885.tif 000014
【図１３】
2020086885.tif 000015
【図１４】
2020086885.tif 000016
【図１５】
2020086885.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月27日(2019.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋情報を取得するセンサ部と、
該センサ部を搭載する第１の基板と、
前記センサ部からのアナログ信号を受信し、指紋情報データを生成する信号処理部と、
前記第１の基板と前記信号処理部を接続する配線部を有し、前記信号処理部および前記配線部とを含む回路ブロックを搭載する第２の基板と、
指紋検知領域に対応した窓部を有し、前記信号処理部からの駆動信号が印加されるメタルリングと、
を備え、
前記回路ブロックに、前記指紋情報データに基づいて、指紋データの生成処理、認証処理を含む処理を実行する制御部と、動作状態を含む情報を報知する報知部と、電源部と、を含み、
前記第２の基板の搭載面の裏面に、前記制御部にプログラムを書き込むためのデバック用コネクタが搭載され、
前記デバック用コネクタは、フラットな底面を有し、前記制御部にプログラムを書き込むための端子部をシールドする脱着自在なシールド部材を備え、
前記メタルリングが前記第２の基板に搭載される前記回路ブロックの少なくとも一部を覆うことを特徴とする指紋センサモジュール。
【請求項２】
前記第２の基板の上部に前記第１の基板が配置され、前記第２の基板上において、前記電源部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項３】
前記第２の基板上において、前記報知部と前記信号処理部とが前記第１の基板を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項４】
前記電源部から前記信号処理部、前記制御部、前記報知部への電源供給パターンは、前記指紋検知領域が前記第２の基板に投影される領域に交差しないように配線されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項５】
前記信号処理部からの駆動信号が増幅部を介してメタルリングに印加させることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項６】
前記窓部の指装着方向開口端部に段部を備え、前記指紋検知領域の近傍の段部の先端から前記指紋検知領域の端部までの水平方向の長さをＡ、前記指紋検知領域の近傍の段部の厚みをＢとしたときに、ＡとＢとが、１：１から３：１の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。
【請求項７】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に中継基板を備え、前記第１の基板と前記中継基板とがワイヤボンディングで接続されるとともに、前記ワイヤボンディングの上部が前記メタルリングで覆われていることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサモジュール。