(57)【要約】本発明は、少なくともその上面において電気的に絶縁性の材料からなり、かつ少なくとも部分的に熱的に絶縁する基板を有する、指紋認識モジュールに関する。前記基板は、その表面に構造化された薄膜の複合体を有し、その複合体が基板の表面に直接、指紋を測定するための測定フィールドを形成する。前記複合体は、抵抗性の温度依存素子のアレイを有し、かつストリップ導体を有しており、そのストリップ導体は、抵抗性の温度依存素子を基板上の、測定フィールドの外部にある少なくとも１つの接続フィールドに接続し、かつ構造化された薄膜の複合体の部分を形成する。基板はまた、少なくとも１つのマイクロ電子評価回路を有しており、その評価回路は電気的に少なくとも１つの接続フィールドに接続されており、かつ切替回路を有しており、その切替回路によって薄膜構造が抵抗性の感温素子を加熱するために制御され、抵抗性の感温素子が読み出され、かつデータが伝達される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−基板と、
−基板の表面上の構造化された薄膜の複合体と、
−少なくとも１つのマイクロ電子評価回路と
を備え、
前記複合体は、基板の一部の上に、行と列で配置された抵抗性の感温素子からなる、指紋を測定するための測定フィールドを形成し、かつ前記複合体は、抵抗性の感温素子を加熱するための薄膜構造を有し、かつ前記複合体は、抵抗性の感温素子を、基板上で測定フィールドの外部にある少なくとも１つの接続フィールドに接続する、導体路を有し、
前記評価回路は、少なくとも１つの接続フィールドと電気的に接続され、かつ切替回路を有し、前記切替回路によって抵抗性の感温素子を加熱するための薄膜構造が駆動され、抵抗性の感温素子が読み出されて、データが更に伝達される、
ことを特徴とする指紋認識モジュール。
【請求項２】
加熱するための薄膜構造が、一定又は可変の幅を有する細長い発熱導体１１であって、前記発熱導体が抵抗性の感温素子の下又は上に、電流が流れた場合に少なくとも１つの列の抵抗性の感温素子４を同時に加熱するように、配線されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項３】
細長い発熱導体１１は、その一方の端部においてそれぞれ正確に１つの列導体路２１の列端子２２に接続されており、その他方の端部においては回路ノードの形式で他の発熱導体１１の他方の端部に接続されていることを特徴とする請求項１と２に記載の指紋認識モジュール。
【請求項４】
少なくとも１つの回路ノードが、それぞれ電気的な切替素子に接続されており、前記切替素子は少なくとも１つのマイクロ電子回路内に設けられており、前記回路によって発熱機能が接続されることを特徴とする請求項１から３に記載の指紋認識モジュール。
【請求項５】
少なくとも１つのマイクロ電子評価回路が、全ての行導体路２０の電位を等しい値に保持することを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項６】
少なくとも１つのマイクロ電子評価回路が、計算ユニットとメモリユニットからなるプロセス計算機を有しており、前記プロセス計算機が適切なソフトウェアを用いて、測定された指紋を１つ又は複数の記憶されている指紋に関して検証することを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項７】
基板が、ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項８】
基板の、薄膜の複合体に隣接する部分が、構造化された薄膜の複合体に比較して弾性的であることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項９】
基板の、薄膜の複合体に隣接する部分が、熱的な絶縁作用を有していることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１０】
基板が、堅固な、或いは可撓性のプラスチックからなることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１１】
基板の、薄膜の複合体に隣接する部分が、プラスチックからなることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１２】
基板が、金属−プラスチックラミネートからなり、ラミネートのプラスチック側が基板表面として用いられることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１３】
薄膜の複合体が、付加的に全部又は一部、電気的に導通する材料からなる薄い表面層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１４】
電気的に導通する材料からなる表面層が、アースされることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１５】
電気的に導通する材料からなる表面層を介して、発熱導体を含む回路が閉成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１６】
発熱導体が、電気的に導通する材料からなる表面層として形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１７】
表面層が、透明な電気的に導通する材料からなることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１８】
薄膜複合体が、付加的に全部又は一部、濡れにくい表面層によって、又はロータス効果を有する層によって被覆されていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【請求項１９】
薄膜複合体が、付加的に全部又は一部、表面摩擦を減少させる層によって被覆されていることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の指紋認識モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋による人物の識別に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部のコンピュータとともに指紋検証システムを形成する、種々の指紋センサが知られている。指紋センサ自体は、通常大面積のシリコンチップであって（米国特許No.9,978,496; 米国特許No.6,069,970; 米国特許No.6,091,837）、大きなチップ面積を十分に満たすものではない。チップ表面全体上には、個々のピクセル間に分配された、利用されない面積片が存在している。チップコストは、大体においてチップ面積のみによって定められるので、上述した指紋センサの場合にはチップコストは不必要に高くなる。例えば、指紋検証を実施するマイクロプロセッサのために、利用されない面積片を利用することは、そのために空いている面領域を平面的に細切れにすることが必要なことで、挫折している。また上述したセンサは、それが構造材料であるシリコンと結合されており、従って例えば可撓性のスマートカードのような多くのアプリケーションにおいて、困難をもってしか応用されない、という欠点を有している。全ての場合において、敏感なシリコンチップは、周囲負荷に直接さらされている。チップの脆性と衝撃に対する表面の感度が、全てのコーティングにも拘わらず、不十分な寿命しかもたらさない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、様々な機器と周辺に簡単に組み込まれ、かつマイクロチップの表面が指又は他の環境影響に直接されされることのない、大きい指紋測定フィールドを有する指認識モジュールを低価格で提供することである。更に本発明に基づく構造は、大面積の指紋測定フィールドを可撓性のスマートカードへ組み込むことを可能にするものである。そのためにはセンサ自体が十分に弾性的でなければならず、同時に表面は機械的に高い負荷をかけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、指紋認識モジュールが、
−基板と、
−基板の表面上の構造化された薄膜の複合体と、
−少なくとも１つのマイクロ電子評価回路とを備え、
その複合体は、基板の一部の上に、行と列に配置された抵抗性の感温素子からなる、指紋を測定するための測定フィールドを形成し、その複合体は、抵抗性の感温素子を加熱するための薄膜構造を有しており、かつその複合体は、導体路を有しており、その導体路が抵抗性の感温素子を基板上で測定フィールドの外部にある、少なくとも１つの接続フィールドに接続させ、
その評価回路は、少なくとも１つの接続フィールドと電気的に接続され、かつ切替回路を有しており、その切替回路によって抵抗性の感温素子を加熱するための薄膜構造が駆動され、抵抗性の感温素子が読み出されて、データが更に転送される、
ことによって、解決される。
【０００５】
本発明の目的は、任意の、必ずしも半導体ではない基板上に熱的な指紋センサを実現するための、丈夫で安価に形成することができる、もっぱらパッシブな感熱素子を実現することである。その場合に本発明の枠内において、適切な層構造の他に、特に熱的な測定方法の複雑な要請を考慮して、周辺の駆動電子技術によって、例えば５００ｄｐｉの解像度において、例えば２００×３００の抵抗素子からなるパッシブな熱的センサフィールドの駆動／読出しの問題も解決される。適切な測定原理は、米国特許No.6,091,837に記載されている。しかし、米国特許No.6,091,837、図５に紹介されている電気的配線の配置は、原則的に純粋にパッシブなセンサアレイには伝達できない。パッシブな素子のほぼ線形の特性曲線は、アレイ内の個別素子が著しく相互的に影響し合うことと、それに伴って電気的な測定フィールドを損なうことをもたらす。本発明に基づく読出し原理は、この部分問題を解決する。更に米国特許No.6,091,837の測定原理は、通常発熱素子の使用によって、個々のピクセル内へ加熱出力を投入することを必要とする。加熱出力は、導体路を通してできるだけ均一かつ損失が少ないように供給されなければならない。米国特許No.6,091,837、図５に示されている、並列接続された発熱素子による素子の加熱の種類は、薄膜複合体においては失敗している。というのは、以下の理由から、全ての発熱素子の集積された加熱出力を共通の薄膜導体路を通して供給しなければならないからである。ピクセルを接続する、出力を伝達する導体路は、抵抗性が小さい場合（大きい層厚）には常に高い熱伝導性を有するので、ピクセルとそれに伴って測定接点の間の熱接触が著しく損なわれることになる。一方ではピクセル間の熱接触が十分であって、他方では加熱出力が十分に少ない損失で供給されるように、この導体路の層厚を減少させることは、高解像度のアレイのために実際的な解決をもたらさない。その結果、それぞれ供給線長さに応じて、即ちアレイ内の考察される発熱素子の位置に応じて、放出される加熱出力が著しく変化する。
【０００６】
本発明は、この問題を解決し、最適な列個別の加熱においても、薄膜複合体の内部で抵抗性の温度依存素子の上又は下にある付加的な発熱導体によって、各列の加熱が行われ、その場合に発熱導体の上方の端部が、抵抗性の温度依存素子のそれぞれの列端子を形成する、導体路に接続され、その下方の端部は他の列を加熱する他の発熱導体の下方の端部に接続されていることによって、測定フィールドからの導線端子の数を、大体において行の数プラス列の数に制限するという問題を解決する。
【０００７】
本発明は、統合されたパッシブなセンサ技術を有する大きい指紋測定フィールドを、それぞれ使用分野の機械的な要請に応じて選択することのできる極めて様々な、非半導体の基板材料、例えばプラスチック箔、金属箔又は可撓性のスマートカード内に使用するためのラミネート上に統合することを許す。その場合に本発明によれば、塗布される薄膜は、その下にある基板の部分よりもずっと固く選択されるので、人間の皮膚におけるのと同様に、点負荷がかかった場合に変形がその下にある弾性的な基板層へ伝えられる。それによってローカルな力ピークを減少させることができる。同時に、薄膜複合体の高い機械的強度が、その弾性変形（破壊）を減少させる。
【０００８】
機械的な利点の他に、本発明からはコストの利点が得られる。測定フィールドに対して周辺に取り付けられたマイクロチップ内に、完全なフィールド駆動と検証プロセスのための付加的な計算インテリジェンスを統合することができる。マイクロチップの大きさは、最近の従来技術に基づいて基板ないしセンサフィールド自体よりも小さく抑えることができ、それが低いチップ価格に現れる。薄膜複合体自体は、大面積の値頃なテクノロジーを使用して、マイクロチップよりもずっと小さい面積関連コストにおいて形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、指紋認識モジュール全体を上から示している。基板１は、モジュールの構造の基礎を形成し、特別な半導体特性を必要としない。指紋センサの使用される熱的機能原理について、少なくとも基板の、測定フィールド３の下方にある部分が、熱的絶縁作用を有する層であることが、決定的である。これは、例えばガラス、ポリマーなど、適切な材料選択によって、そして約１０００ｎｍから数１００，０００ｎｍまでの、重要な厚みによって得ることができる。実際的には、基板全体は、例えばガラス又はポリマーのような、熱的に良好に絶縁する材料からなる。基板表面としてのポリマー９、例えばポリイミド又はエポキシドと金属、セラミックなどからなるプレート又は箔１０の積層も効果的であって、その場合に例えば金属プレート又は金属箔がモジュールに高い引張り強度を与え、製造プロセスの間の歪みも小さく抑える。特に、フレックスプリントと称されるフレキシブルな導体基板が効果的であるが、それはここではその裏側を加工される。その場合に、粗度を減少させるために、薄膜２からなる積層を塗布する前に、凹凸を少なくともカバーする、薄くて導通しない平坦化層を塗布すると、効果的であろう。製造プロセスの最後に、場合によっては金属プレート、金属箔を全部又は部分的にエッチング除去することもできる。
【００１０】
基板の電気的／熱的に絶縁する側に、場合によっては平坦化を行った後に、付加的に薄膜２の複合体が塗布され、その複合体は全体において約３００ｎｍと５０００ｎｍの間の厚みであって、かつ指紋検出のために機能的な特性を有している。金属層５、例えばＴｉ／Ａｕ又はＴｉ／Ａｌからなる導体路は、センサ素子と評価回路７への接触フィールド６との間の信号伝達と出力伝達に用いられる。接触フィールド６は、接続パスが多いために、アレイ形式で形成するのが最も良い。他の導体路８が、評価回路７を接触フィールド６を介して他のモジュール（図示せず）或いは出力／データインターフェイスへ導いている。その場合に導体路は、薄膜構造化の既知の方法によって形成することができ、場合によっては電気化学的又は他の層構築方法によって補足される。
【００１１】
指紋測定フィールドの構造は、行と列に配置された抵抗性の温度依存素子４からなるアレイの構造である。これは行導体路２０と列導体路２１によってアドレスすることができ、それらは、図４に示すように、各抵抗性の感温素子４がそれぞれ行導体路及び列導体路に接続されていることにより、導体路５を測定フィールド内へ延すことを示している。測定フィールドと読出し電子装置の分離との関連において、高い抵抗を有する抵抗性の感温素子４を使用することが、特に効果的であるので、導線接続は層厚が小さい場合でも、抵抗性の感温素子の抵抗に比較して小さい。測定プロセスのためのパワー消費を少なくする意味においても、個々の抵抗性の感温素子が１００ｋオームから数Ｍオームの領域の抵抗値を有していると、効果的である。例えば、高い温度係数を有するＧｅ、ＳｉＣ、ＶＯｘ又はＹＢａＣｕＯからなる抵抗性の感温素子が、適している。
【００１２】
図２は、指紋識別モジュールの横断面を示している。ここでは、マイクロ電子評価回路７と接触フィールド６との接触が認められる。この課題のために、例えばソルダーバンプ、ポリマーＦＣ又はＡＣＦ（anisotropic conducting films）のような、従来技術に属する種々のフリップフロップテクノロジーが提供される。基板は、図２においては、例えばガラスから形成されている。
【００１３】
図３は、指紋認識モジュールの測定フィールドの横断面を示している。ここでは例えば金属箔１０と、薄い付加的なポリマー層によって平坦化された（図示せず）、カプトン箔９の積層として形成されている基板１上に、まず例えば列導体路２１及び／又は発熱導体１１を有する、金属層５ａが塗布される。列導体路２１と発熱導体１１は、異なる導通層によって実現することもでき、それらは絶縁層１７によって分離されている。このことは、例えば行導体路２０と列導体路２１のために透明なＩＴＯ層が使用され、発熱導体が十分に低オームでない場合に、有意義である。絶縁層は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ポリイミド又はエポキシドからなり、接触窓１８を有している。接触窓１８を通して、本来の抵抗性の感温素子４が直接、或いは第２の金属層５ｂの小さい導体路片を介して間接的に、第１の金属層５ａの列導体路に接続される。第２の金属層は、行端子２０を有しており、それが抵抗性の感温素子４を最終的に接触フィールド６と電気的に接続する。
【００１４】
薄い層２からなる複合体が、１つ又は複数の不動態層によって隔離される。不動態層は、それぞれ感温材料の不動態要請に応じて、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、エポキシド又はポリイミドからなる。
【００１５】
多くの観点において、特に好ましいのは、次に薄い金属層１９を塗布することである。この金属層が適切な方法でセンサの基準電位に接続された場合には、その金属層は抵抗性の感温素子４とマイクロ電子回路を電磁障害及び放電から保護する。更にその金属層は機械的応力に対する保護を提供する。更にその金属層は電気的な導体として、信号／出力伝達（下を参照）及び／又は加熱自体にも利用することができる。
【００１６】
機械的抵抗能力を更に改良することは、典型的に固い表面層、例えばＳｉＣ、ＷｏＣ又は同様な材料の塗布によって得られる。
【００１７】
他の選択的な層は、特に摩擦を減少させる層にすることができ、それは表面における特に有害な剪断応力の刻印を防止する。
【００１８】
既知のシャドウイメージ、残留している脂／汗による最後に測定された指紋のコピーの危険は、例えばロータス効果コーティングの形式の、濡れにくい表面コーティングによって対処される。
【００１９】
図４は、電気的な構造を説明する回路図である。その場合に測定フィールド３と電子的な評価回路７は、それぞれ点線で囲まれている。選択された変形例において、各抵抗性の温度依存性素子４は、アドレッシングのために行導体路２０及び列導体路２１に接続されている。選択された素子は、約１Ｍオームを有する高オームであって、従って電流を節約する、列全体の並列読出しを許す。
【００２０】
読出しプロセスにとって決定的なことは、全ての行端子１３が同一の電位にあることである。そうでない場合には、個別素子の読出しは隣接素子にわたる様々な電流路によって乱され、個別素子の感度が悪化する。本発明によれば、点１３において電流測定が等しい電位で行われ、スイッチ１２によって測定電位１５が列選択的に印加される。図４においては、反転する演算増幅器（ＯＰＶ）１４による等しい列電圧の調節が概略的に例示されており、その演算増幅器は点１３においてそれぞれバーチャルのゼロ点を形成し、かつ一般的な場合において複雑なフィードバックインピーダンスを有している。この問題のために複数の解決変形例が提供されるので、ここでは単に、回路は個々の行端子の間の電位差を除去することができなければならないことを示唆するに留める。ここでは、この公開における命名法に関連して、行と列という名称は互に交換可能であることを、示唆しておく。
【００２１】
加熱は、図４に示す変形例においては、発熱導体１１によって列単位で行われ、その発熱導体は幾何学的に敏感な素子のすぐ下又は上に電気的に絶縁して配置されている。発熱導体の上方の端部は、それぞれ点２２において列導体路２１に接続されている。従ってこの点からスイッチ１２まで、ピクセルの加熱及びアドレスのために唯一の導線しか必要とされないので、列端子の数は全体で列の１倍の数のみに相当する。列の発熱導体は、下方の端部において互いに接続されている。
【００２２】
一般的な場合において、発熱導体１１は複数の列の素子にまたがることができるので、複数の列の素子が同時に加熱される。この場合において、発熱導体１１はその上方の端部において唯一の列導体路２１に接続されており、これらを離散的に接続することもできるが、それは端子の節約に逆行する。図４に示すように、全ての発熱導体又は発熱導体のグループは、その下方の端部において、ノード点にまとめて接続される。各場合において、より細かいグループ化によって、付加的な端子を受け入れなければならない。ノード点毎にそれぞれスイッチ２３を最適に使用することによって、加熱の機能をオンないしオフすることができ、そのことが様々な駆動種類、例えばｎ列を測定する、ｎ列を加熱する、ｎ列を測定する、の実現を可能にする。
【００２３】
図４に示すように、加熱電流をフィードバックするために、表面金属層１９の使用又は組込みが、特に効果的である。そのために、不動態層による押圧接触１６が、一方では、発熱導体１１又はそれを接続する導通する領域の下方の端部に、他方では、接触フィールドに接続されている金属層の１つ又は複数のものの上のマイクロ電子回路の近傍に設けられている、図３も参照。
【００２４】
図５には、表面金属層１９を使用して直接アレイを加熱する可能性が示されている。この場合において、この金属層は極めて薄く、１００ｎｍのずっと下であって、場合によっては透明に形成されている。発熱導体１１は、この変形例においては省くことができ、従ってピクセル間の熱供給に寄与しない。表面金属層１９のわずかな厚みは、わずかな横の熱伝播しかもたらさず、従って高いコントラストを可能にする。表面金属層１９が押圧接触１６によって再び導体路の１つ又は複数のものの上に接触される。図５に示す変形例について、表面金属層１９は中断によって、測定フィールドへの熱作用が制限されるような構造にされている。接続フィールドの外部の基板の残りは、表面金属層１９の領域によってできる限り完全に覆われて、アースされる。図５に示す変形例は、更に加熱のために金属の表面層１９の代わりに、導通性の少ない透明なＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）層の使用を許す。
【００２５】
マイクロ電子評価回路７は、指紋測定フィールドのための駆動機能及び読出し機能の他に、他の機能を有することができる。指紋検証モジュールの例においては、検証の全部又は一部を実施する、プロセッサの統合が有意義である。プロセスステップを処理するための揮発性メモリの他に、プロセッサはプログラムコード用又は指紋テンプレートを記憶するためにも、不揮発性メモリを有している。多くの適用において、指紋テンプレートを一度不揮発性メモリに格納することが、有意義であろう。このようにして、データセットを後から操作することに対抗することができる。
【００２６】
上述したマイクロ電子評価回路７の他に、基板上に他の回路を設けることができる。これは、チップの大きさを小さいままにしようとする場合、或いは様々な機能性のために異なるチップテクノロジーを使用することが有意義であると思われる場合に、導体路５の導体ガイドを効果的に形成するために、有効であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は指紋認識モジュールの全体図を示す。
【図２】図２は指紋認識モジュールの全体の断面図を示す。
【図３】図３は抵抗性の感温素子のすぐ下に発熱導体を有する構造の例において、測定フィールドの断面図を示す。
【図４】図４は電気的な関係を説明する回路図を示す。
【図５】図５は電気的に導通可能な終端層により加熱するための好ましいレイアウト例を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１  指紋認識モジュール
２  構造化された薄膜の複合体
３  測定フィールド
４  抵抗性の感温素子
５ａ，ｂ  第１の金属層、第２の金属層
６  接続フィールド
７  マイクロ電子評価回路
８  接触
９  電気的及び熱的絶縁層
１０  基板プレート、基板箔
１１  発熱導体
１２  スイッチ
１３  バーチャルアース
１４  ＯＰＶ（演算増幅器）
１５  駆動電圧
１６  接点
１７  絶縁層
１８  接触窓
１９  終端層／シールド／センサアース
２０  行導体路
２１  列導体路
２２  発熱導体と列導体路の分離
２３  加熱用スイッチ
【図１】
2005525894.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2005525894.tif 000008
2005525894.tif 000009
2005525894.tif 000010
2005525894.tif 000011
2005525894.tif 000012
2005525894.tif 000013