(57)【要約】本発明は指紋センサに関する。このセンサは、感知表面（１２）を備えた集積回路チップと、電気的接続部（２６）が設けられた基板と、この電気的接続部にチップを接続するワイヤボンディングワイヤとを有している。さらに、このセンサは、基板及びチップを少なくとも部分的に覆い且つワイヤボンディングワイヤを完全に封入する成形保護樹脂を有している。この樹脂は、チップの少なくとも一辺、多くとも三辺に、感知表面上に少なくとも５００ミクロン隆起しているバンプ（３０，３２）を形成しており、このバンプは、ワイヤボンディングワイヤを封入して、指紋を検出する指のガイドを構成している。静的検出指紋センサ及び指をセンサ上でスライドさせる動的検出指紋センサに応用される。
2005528680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサチップ（１０）を製造するステップ、
該チップを基板（２０）上に装着するステップ、
該チップ（１０）を、ワイヤボンディングワイヤ（２８）によって基板（２０）に接続するステップ、
チップ／基板アッセンブリを型内に配置するステップ、及び
基板及びチップを少なくとも部分的に覆い、且つワイヤを完全に封入するように、保護樹脂を前記型内に流し込むステップ
を実行する指紋センサの製造方法であって、
前記型が、樹脂のバンプ（３０）が、チップの少なくとも一辺に形成された、チップの感知表面から少なくとも５００ミクロンだけ突出するような形状を有し、前記バンプが、ワイヤボンディングワイヤを保護し、且つ指紋を検出する指の位置決めガイドを形成し、これにより、指がバンプに突き当たる時にチップの感知有効表面と向かい合うようになる方法。
【請求項２】
前記チップの少なくとも一辺がガイドバンプを有さないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
指を有効表面上でスライドさせることによって指紋検出ができるように前記センサを設計し、チップを細長いストリップの形状にすることと、チップの少なくとも二辺がガイドバンプを有さないように型を固定することとを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
チップの有効表面が、該表面を保護する薄い成形樹脂層（３６）で覆われるような形状に型を形成することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
基板を型内に配置する前に、センサの感知表面を覆う樹脂の高さを完璧に規定するため、型の底部に接する調整された高さを有するスペーサ（３８）を集積回路チップの表側の面に配置し、その後チップを型内に配置することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
チップの感知表面上に出るスペーサの厚さを、約１０から数１０ミクロンの範囲とすることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記バンプの高さを１ミリメートル未満とすることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
感知表面（１２）を備えたセンサチップ、
電気的接続部（２６）が設けられた基板、及び
該電気的接続部（２６）にチップを接続するワイヤボンディングワイヤ（２８）
を備えた指紋センサであって、
基板及びチップを少なくとも部分的に覆い、且つワイヤボンディングワイヤを完全に封入する成形保護樹脂を有すること、及び、該樹脂が、チップの少なくとも一辺、且つ多くとも三辺に設けられ、感知表面上に少なくとも５００ミクロン隆起しているバンプを形成しており、該バンプが、ワイヤボンディングワイヤを封入し、且つ指紋を検出する指のガイドを構成していることを特徴とする、センサ。
【請求項９】
指をチップの長手方向に対して垂直方向に横断するようにスライドさせたときに指紋が検出されるように設計されたセンサであって、前記チップがストリップの形状になっており、前記樹脂バンプが、チップの二辺以内に設けられていて、これらの辺が短辺であることを特徴とする、請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
バンプの感知表面上の高さが１ミリメートル未満であることを特徴とする、請求項９に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、指紋センサに関する。さらに詳細には、製造コストを最小化し、且つセンサの使用及び外部の攻撃からのセンサの保護を簡単にする製造方法に関する。
【０００２】
指紋センサは、原則的にはシリコンをベースとした集積回路、特に感知点のアレーを備えた集積回路から製造され、この感知点が、そのアレーの上に直接的に置かれる指の指紋の画像を形成する。指紋の検出は、光学式又は静電容量式又は感熱式又は圧電式で行うことができる。
【０００３】
センサの中には、指をセンサの表面上に静的に置いたときに作動するものがあり、このセンサの、長方形又は正方形の有効検出アレーの並びは、検出すべき指紋領域に対応する領域を有している。また、指をセンサ上でスライドさせることによって作動するセンサもあり、このセンサの検出アレーの並びは、検出すべき指紋よりもずっと小さな領域を有していて、薄い細長いストリップになっている。
【０００４】
しかし、いずれの場合も、特に指のスライドによって作動するセンサの場合には、集積回路は、耐摩耗性層によって保護されていなくてはならない。これらの層は、センサのタイプによって異なる（例えば、光学式センサの場合には、任意で設けられる保護層が透明な層によって保護されなくてはならないことは明らかである）。保護塗料、又は二酸化ケイ素被覆のような別の無機被覆を使用することが提案されてきた。さらに、センサの中心を形成する集積回路チップは、外部（特に電源、制御回路、及び指紋の画像を表す電気信号を処理するための回路）と電気的に接続されなければならない。また、指をセンサの感知表面上に置かなければならない（又は感知表面上をスライドさせなければならない）ことを考慮すると、この表面は接近可能な状態に保たれなくてはならない。従って、このようなセンサでは、チップが取り付けられた表面の上に配置されたパッドに集積回路チップの表側の面（有効面）上の接触パッドを接続するボンディングされたフレキシブルワイヤを用いる、従来の電気的接続方法が利用される。センサ以外で集積回路が応用される場合（例えば、マイクロプロセッサ、メモリなど）、これらのワイヤは、従来、蒸着又はオーバーモールドによって形成された、チップ及びそのワイヤを封入する厚い保護層によって保護されている。
【０００５】
本発明の目的は：センサチップを製造するステップ；このチップを基板上に装着するステップ；チップをワイヤボンディングワイヤによって基板に接続するステップ；チップ／基板アッセンブリを型内に配置するステップ；チップ及び基板を少なくとも部分的に覆い且つワイヤを完全に封入するように保護樹脂を型内に流し込むステップを実行する指紋センサの製造方法であって、型は、チップの感知表面上を少なくとも５００ミクロン突出する樹脂のバンプが少なくともチップの一辺に形成されるような形状を有しており、前記バンプが、ワイヤボンディングワイヤを保護し、且つ指紋を検出する指の位置決めガイドを形成し、これにより、指がバンプに突き当たる時に指がチップの感知表面と向き合うようになる製造方法を提供することである。
【０００６】
好ましくは、チップの少なくとも一辺がこのようなガイドバンプを有していない。細長いストリップ形状のチップ上で指をスライドさせることによって検出を行う場合、指のスライド方向に対して垂直なチップの二辺はこのようなガイドバンプを有していない。バンプには、１つのバンプがチップの一辺に設けられるか、又は２つのバンプが向かい合う二辺に（これらのバンプはストリップの長手方向で互いに向き合っている）設けられ、他の二辺には設けられない。
【０００７】
静電容量式の指紋センサの場合には、チップの感知表面が樹脂で覆われず、バンプがチップの表面から直接的に隆起しているように型が形成され、チップの感知表面は自由表面として残されている。
【０００８】
しかし、感熱式センサ又は圧電式センサの場合には、感知表面が、これを保護する薄い成形樹脂層によって覆われている（好ましくは、厚さ約２０〜６０ミクロンの均一な層を有している）と有利であり、バンプは、この薄い樹脂層から数ミリメートル隆起している。
【０００９】
従って、このように封入された集積回路チップは、その製造時から、人間工学的構成要素（指ガイド要素）を具備しており、これにより、このチップを応用装置に直接的に取り付けることができ、これらの応用装置のために、特別なガイド要素を使用して環境を設計する必要がない。例えば、このセンサをコンピュータキーボードに取り付けるために、キーボードケーシングを再設計する必要はない。センサは、このキーボードの平らな表面に取り付けることができる。
【００１０】
基板は、剛性でも柔軟性でもよく、センサを外部に接続するために自由なまま残された（成形樹脂で覆われていない）電気的接触部を有している。
【００１１】
好ましくは、樹脂成形による封入は、いくつかのチップについて同時に行い、続いて、このようにして封入した各センサをそれぞれに切り離す。
【００１２】
薄い成形樹脂層でセンサの有効表面を覆う場合には、チップを型内に配置する前に、集積回路チップの表側の面に、センサの有効表面を覆う樹脂の厚さが完璧に規定されるように、型の底部に当てる調整された高さのスペーサを取り付けることが好ましい。これらのスペーサは、好ましくは、指紋検出の操作を妨げないように、この有効表面一帯に配置される。スペーサは、チップの実際の製造中に形成され、最終的にチップに組み込まれる高さ数十ミクロンのバンプからなっている。また、これらのスペーサは、調整された直径を有するボール又は円筒からなっていてもよく、チップの表面上の接着剤であらかじめ被覆された領域に配置される。
【００１３】
要約すると、本発明の課題は、感知表面を有するセンサチップと、電気的接続部が設けられた基板と、チップを電気的接続部に接続するワイヤボンディングワイヤとを備え、基板とチップを少なくとも部分的に覆い且つワイヤボンディングワイヤを完全に封入する成形保護樹脂を有していること、及び、この樹脂が、チップの少なくとも一辺及び多くとも三辺に、感知表面から少なくとも５００ミクロンまで隆起しているバンプを形成しており、このバンプが、ワイヤボンディングワイヤを封入していて且つ指紋を検出する指のガイドを構成していることを特徴とする指紋センサを最終的に得ることである。指をチップの長手方向に対して垂直方向にスライドさせて指紋を検出するように設計されたセンサにおいては、チップはストリップの形状になっており、樹脂バンプがチップの多くとも二辺に設けられており、これらの辺は短辺である。
【００１４】
本発明の別の特徴及び利点は、添付図面を参照する以下の詳細な説明を読むことで明らかになる。
【実施例】
【００１５】
図１に、指をその上でスライドさせる細長い（つまり、長さが幅よりずっと大きい）ストリップの形状の集積回路チップ１０から製造された指紋センサの一実施例を示す。これは、チップの表面上で徐々に指をスライドさせたときに指画像部分を連続して検出するためのものである。指は、ストリップの長手方向に対して垂直方向に又はほぼ垂直方向にスライドさせる。チップは、多くの基本検出器（例えば１列あたり約１００から数１００の基本検出器）を含むいくつかの列（例えば５〜１０列）のアレーを有しており、従って、各画像が多数のドットのいくつかの列を有することになる。指を動かすにつれて連続して得られる部分的な画像を相互に関係付けることによって、センサの表面上を移動した指紋の全体像が再構成される。このセンサは感熱式センサ（指紋の凸部又は凹部のいずれが基本検出器に向かい合うかに依存する、指と検出器との間の熱交換の相違を測定する）であってよい。また、センサは圧電式センサ（凸部又は凹部のいずれが印加したかに依存する圧力の相違を測定する）又は静電容量式センサ（凸部又は凹部のいずれによるものかに依存する静電容量の相違を測定する）であってもよいし、光学センサ（反射光の強度の相違を測定する）であってもよい。
【００１６】
図示した例では、細長いチップ１０は、指紋の起伏の影響を受け、且つ本質的に基本検出器のいくつかの列のアレーからなる感知有効領域１２と、一方に基本検出器の列のアレーと接続する回路（供給回路、制御回路、アレーからの信号を受信するための回路）を、他方にチップを外部に接続するために使用される導体接触パッド１４を有する周辺領域とを備えている。
【００１７】
チップは、対応する導体パッド２２、これらのパッド２２に接続された電気的接続部２４、及び（例えば、処理及び使用のために、検出した指紋画像の表示を可能にする電気信号を伝送することが所望されるコンピュータと通信させるため）チップ/基板アッセンブリを実際のセンサの外部にある素子に接続するための接触部又はピン２６を有する基板２０上に従来技術により装着される。
【００１８】
チップは、この基板２０上に、その裏側の面である非有効表面を介して装着される。表側の感知面は、指が接近可能である状態で残される。好ましくは、最も従来的な接続方法、すなわちワイヤボンディングを、チップ上のパッド１４を基板上のパッド２２に接続するために使用する。ワイヤボンディングワイヤは、図１の参照符号２８によって示される。
【００１９】
チップ１０を基板２０上に装着した後に行われる封入操作では、集積回路チップ/基板アッセンブリを、アッセンブリの精巧な部品を保護するための樹脂が注入される型内に嵌め込む。これらの精巧な部品には、当然のことながら、ワイヤボンディングワイヤ２８が含まれる。前記樹脂は液体であり、型内で硬化して固体を形成する。従来では、これは２成分樹脂である。
【００２０】
型の形状は、凝固した樹脂が、チップの感知表面上の、少なくともチップの一辺で、１以上の比較的厚いバンプ（実際、その厚さは、単にチップ及びそのワイヤボンディングワイヤ２８を保護するために厳密に必要とされる厚さよりも大きくなっている）を形成するように設計されている。このバンプの厚さは、使用中に指が置かれる表面から、好ましくは約１ミリメートルであるがそれより大きくなってはいない。これは、チップの表面が樹脂で覆われていない場合には、バンプが、チップの上表面から約１ミリメートル突出していることを意味している。しかし、チップの有効部分の表面自体が薄い樹脂層で覆われていて、その樹脂層上に指を押さえ付ける場合には、バンプはこの層の上から１ミリメートル突出する。
【００２１】
図２に、いずれも樹脂内に封入されたチップ１０及びその基板２０の断面図を示す。この樹脂は、２つのバンプを、細長いチップの短辺のそれぞれに１つずつ有している。この実施例では、チップを基板に接続するためのワイヤボンディングワイヤ２８のすべてが、細長いチップの一方の短辺にのみ配置されている。樹脂バンプ３０は、これらを覆い且つ保護している。このバンプは、ストリップの長手方向を横断するようにスライドする指の運動時に、指を位置決めし且つガイドするための主たる要素を構成している。任意に設けられる第２のバンプ３２が、成形によって、ストリップのもう１つの短辺に形成されていてもよい。従って、指４０は、これら２つのバンプの間に置かれる。チップ１０の感知上表面は、図２に示されたこの実施例では、樹脂で覆われていない。
【００２２】
指をその上でスライドさせるセンサの場合、２つ以下のバンプが設けられる。ストリップの形状を有していない長方形又は正方形のチップを備えた指を静的に維持するセンサの場合、バンプを３つまで設けることができ、これにより、有効表面の三辺が規定され、指をこれらのうち２つ又は３つのバンプに当てることができる。
【００２３】
外部接続接触部２６は、成形樹脂で覆われていない。図１及び２で示した実施例では、これらの接触部は、基板２０の上表面に配置されている。基板上のパッド２２、接続部２４及び接触部２６は、プラスチック又はセラミックスからなる基板の表面を覆う金属フィルムとして製造される。接触部２６は、基板（この基板上にチップが装着される）の上側に配置されている。しかし、別のタイプの接続部、特にビームリードによる接続部を使用することも可能である。この場合には、剛性の導体リードフレームが使用され、このリードフレーム自体が、チップが装着される基板、パッド２２、接続部２４及び接触部２６を同時に構成する。その場合、接触部２６は、基板の表側よりはむしろ裏側が接近可能となることが理解される。別の実施例でも、接触部２６が、やはり基板の裏側から接近可能である。これは、例えば、基板が、表側表面と裏側表面の両方に相互接続導体を有している多層基板であって、両面の間に導通バイアが設けられている場合である。
【００２４】
図３に、導体接触部２６がオスコネクタの形状で形成されている一実施例の斜視図を示す。基板を外部に接続するために、その構成に応じて、補完的なコネクタを接触部２６に差し込むか又はこの接触部に接触させることができる。
【００２５】
図４には、基板上の接続接触部２６が基板の下側に配置されている別の実施例の斜視図を示す。この場合、基板は、多層構造に形成されている。図４には、図３のものとは形状が異なるが、ワイヤボンディングワイヤを保護し指をガイドするという同じ機能を満たすバンプ３０及び３２が示されている。
【００２６】
接続接触部２６がやはり基板２０の下側に設けられている図５には、樹脂３６が厚さ数十ミクロンの薄層としてバンプ３０と３２との間のチップの有効表面を覆っている別の実施例の断面図を示す。この薄い厚さを規定するために、好ましくは、スペーサ３８がチップの表面上に設けられており、これらのスペーサは所望の厚さを有している。型の底部はこのスペーサに接しており、このようにしてチップの表側の面と型の底部との間に残されたギャップに液体の樹脂を注入することができる。この実施例は、センサのチップの表面を実際、シリカ保護層で覆うことができない感熱式センサの場合に有利であり、これは、例えば光学センサの場合でも同様である。スペーサ３８は、いくつかの方法で製造することができる。スペーサは、センサの有効領域に直接的に配置するのではなく、チップの表側の面の周囲領域に配置する。一実施例では、スペーサは、調整された直径を有するガラスボール又は円筒からなっており、有効領域の周囲にわたってあらかじめ接着材料を沈着させた点に配置される。ボールはガラスからなっていてよい。円筒は、約１０〜数１０ミクロンの範囲の直径を有するガラスファイバ片からなっていてよい。別の実施例では、スペーサは、例えば、局所的に蒸着させた金属の形態で、チップの表面に組み込まれる。これらの蒸着部分は、電解によって形成することができる。
【００２７】
好ましくは、共通の基板上に複数のセンサからなる１バッチを成形することによって複数のセンサを製造する。それぞれが対応するチップを有し、且つそれぞれがバンプ及び接続部を備える個々のセンサを、成形後、互いに切り離す。互いに接続された基板の連続するリボン上に成形を行うことが、好ましい方法である。用途によって、同じ１つのセンサに複数のチップを設けてもよく、これらのチップは単一の操作により封入される。使用される樹脂は、特にセンサが光学式センサである場合及び有効表面を樹脂で覆う場合には、透過性樹脂であってよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】封入される前の指紋センサを示す図である。
【図２】センサ封入の原理を示す断面図である。
【図３】封入されたセンサの斜視図である。
【図４】センサの別の実施例を上から及び下から見た斜視図である。
【図５】センサの有効表面が薄い成形樹脂層で覆われている実施例の断面図である。
【図１】
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【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】
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