(57)【要約】  過電流が検出された際に接触センサの一部への電力供給を停止する電力スイッチを有する接触検出器を開示する。これにより、電力スイッチは、ラッチアップ又は他の電流を発生させる条件によって生じた過電流から接触センサを保護する。電流を発生させる条件は、多くの場合、接触検出器の表面におけるＥＳＤ現象である。接触検出器は、物体の存在を検出するための露出表面と、絶縁表面と、絶縁表面の下に配置され、接触検出器の電力を制御する保護要素とを備える。保護要素は、接触検出器への電流が閾値を超えたことを検出すると、接触検出器への電力供給を停止する。接触検出器は、好ましくは、指スワイプセンサであるが、指又は他のパターンを有する物体と接触して機能する指位置センサ又は他の如何なるタイプの機器であってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．物体の存在を検出するための露出表面と、
ｂ．絶縁表面と、
ｃ．上記絶縁表面の下に配置され、当該接触検出器の電力を制御する保護要素とを備える接触検出器。
【請求項２】
上記保護要素は、当該接触検出器への電流が閾値を超えたことを検出すると、当該接触検出器への電力供給を停止することを特徴とする請求項１記載の接触検出器。
【請求項３】
当該接触検出器は、指画像センサを構成することを特徴とする請求項２記載の接触検出器。
【請求項４】
上記指画像センサは、指スワイプセンサであることを特徴とする請求項３記載の接触検出器。
【請求項５】
上記指スワイプセンサは、検出アレイを有する静電容量センサであることを特徴とする請求項４記載の接触検出器。
【請求項６】
上記指画像センサは、指位置センサであることを特徴とする請求項３記載の接触検出器。
【請求項７】
上記露出表面は、当該接触検出器に接触することによって生成されるアナログデータを捕捉するアナログブロックと、該アナログデータから生成されるデジタルデータを処理するデジタルブロックとの上に配置されることを特徴とする請求項１記載の接触検出器。
【請求項８】
上記アナログデータは、指画像データであり、上記デジタルデータは、該指画像データに対応することを特徴とする請求項７記載の接触検出器。
【請求項９】
上記保護要素は、上記アナログブロックへの電力を制御する第１のスイッチと、上記デジタルブロックへの電力を制御する第２のスイッチとを備えることを特徴とする請求項８記載の接触検出器。
【請求項１０】
上記第１のスイッチ及び第２のスイッチは、協働して、上記アナログブロック及び上記デジタルブロックへの電力供給を停止し、及び該アナログブロック及び該デジタルブロックへの電力を選択的に再供給することを特徴とする請求項９記載の接触検出器。
【請求項１１】
上記第１のスイッチ及び上記第２のスイッチのそれぞれを、動作モード、スタンバイモード及び切断モードのうちの選択された１つにする状態マシンを更に備える請求項１記載の接触検出器。
【請求項１２】
上記絶縁表面は、上記露出表面の一端に接していることを特徴とする請求項１記載の接触検出器。
【請求項１３】
上記絶縁表面は、露出表面を囲んでいることを特徴とする請求項１記載の接触検出器。
【請求項１４】
ａ．それぞれが、露出表面におけるパターン化画像の存在を検出する接触検出器要素を含む複数のブロック上に配置された露出表面と、
ｂ．絶縁表面と、
ｃ．上記絶縁表面の下に配置され、上記複数のブロックへの電力を制御する複数の保護要素とを備える指紋センサ。
【請求項１５】
上記複数の保護要素の各保護要素は、ブロックへの電流が閾値を超えているとき、複数のブロックにおいて電流が閾値を超えたブロックへの電力供給を停止することを特徴とする請求項１４記載の指紋センサ。
【請求項１６】
上記複数のブロックは、指画像を捕捉する感知素子のアレイを含むことを特徴とする請求項１５記載の指紋センサ。
【請求項１７】
上記複数のブロックは、スワイプされた指画像データを処理するデジタルコンポーネントを備えることを特徴とする請求項１５記載の指紋センサ。
【請求項１８】
上記絶縁表面は、絶縁性材料を含むことを特徴とする請求項１４記載の指紋センサ。
【請求項１９】
上記絶縁表面は、上記絶縁性材料上に配置され、接地された導電性材料を含むことを特徴とする請求項１８記載の指紋センサ。
【請求項２０】
複数の電力素子に／から供給される信号は、静的な信号であることを特徴とする請求項１５記載の指紋センサ。
【請求項２１】
指紋センサを製造する指紋センサ製造方法において、
ａ．半導体基板に、指画像データを捕捉するための電子部品を形成する工程と、
ｂ．上記半導体基板に、上記電子部品への電力を制御するための電力保護要素を形成する工程と、
ｃ．上記電子部品の表面を露出させたまま、上記電力保護要素を露出させないように、該電力保護要素上に絶縁層を形成する工程とを有する指紋センサ製造方法。
【請求項２２】
上記電子部品は、指スワイプセンサを構成することを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２３】
上記電子部品は、指位置センサを構成することを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２４】
上記電力保護要素を制御し、上記電子部品に過電流が検出された場合、該電子部品への電力供給を選択的に停止する状態マシンを該電力保護要素に接続する工程を更に有する請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２５】
上記状態マシンは、上記電力保護要素を制御し、所定の時間経過後に、上記電子部品に電力を選択的に再供給することを特徴とする請求項２４記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２６】
上記状態マシンは、絶縁層の下に配置されることを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２７】
上記絶縁層は、絶縁性材料を含むことを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２８】
上記電力保護要素は、静的な制御信号を生成し及び受信することを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項２９】
上記電子部品は、トランジスタを備え、該電子部品を形成する工程及び電力保護要素を形成する工程は、ラッチアップを最小化するためにトランジスタ間に間隔を設ける工程を含むことを特徴とする請求項２１記載の指紋センサ製造方法。
【請求項３０】
指紋センサを製造する指紋センサ製造方法において、
ａ．半導体基板に、指画像データを捕捉及び処理するための複数の電子部品を形成する工程と、
ｂ．上記半導体基板に、それぞれが、上記複数の電子部品の対応する１つへの電力を制御する複数の電力保護要素を形成する工程と、
ｃ．上記複数の電子部品の表面を露出させたまま、上記複数の電力保護要素を露出させないように、上記複数の電力保護要素上に、絶縁層を形成する工程とを有する指紋センサ製造方法。
【請求項３１】
上記複数の電子部品は、指スワイプセンサを形成することを特徴とする請求項３０記載の指紋センサ製造方法。
【請求項３２】
上記複数電子部品は、指位置センサを形成することを特徴とする請求項３０記載の指紋センサ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、引用によって本願に援用される、２００５年４月８日に出願された係属中の米国仮特許出願番号第６０／６６９，５２０号、発明の名称「動的に照明されるバイオメトリックセンサ、モジュールパッケージング技術及び過電流チップ保護構造（Dynamically Illuminated Biometric Sensor, Modular Packaging Technology, and Over-Current Chip Protection Architecture）」の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、接触検出器に関する。詳しくは、本発明は、過電流及びこれによる損傷から接触検出器を保護する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路、特に、人との接触に曝される表面を有する集積回路は、静電放電（electrostatic discharge：ＥＳＤ）、短絡、機械的故障及びこれに類する要因によって故障しやすい。これらの要因には、集積回路の少なくとも一部におけるラッチアップ状態も含まれ、他の故障が過剰な電流又は過電流を引き起こすこともある。このような過電流によって、集積回路の過熱、接点の破壊、絶縁体に亘る短絡、回路導体の短絡、誤動作、溶解等が生じることがある。また、温度の上昇によって、ユーザが怪我をする虞もあり、更に、電流の過負荷が生じて、集積回路、関連する回路又はこれらの両方の電源又はバッテリが故障する虞もある。
【０００４】
このため、保護スイッチを用いる手法が知られている。保護スイッチは、ＥＳＤ現象又は他の現象に曝されないよう、集積回路の外部に配設され、集積回路の他の部分が受ける損傷を保護する。これらの保護スイッチは、電流検出回路、電流スイッチ及びリセット信号生成器を含む。ラッチアップが生じると、電流検出回路は、過剰な電流消費を検出し、ラッチアップ状態を解消するために十分な期間、集積回路の全体を電源から切断する。電源電圧が回復すると、リセット回路は、集積回路を構成するデジタルブロックを初期状態に戻す。また、リセット回路は、以前にデジタルブロックに保存されたデータが失われた又は信頼性が低いことをホストプロセッサに示すフラグを設定する。
【０００５】
これらの外部の保護スイッチにより、保護スイッチを含む最終的な製品のコストが上昇する。また、プリント基板上に、保護スイッチを配設する空間を確保する必要がある。例えば、携帯電話機及び携帯情報端末等の携帯型機器では、このような空間は小さく、貴重である。また、これらの外部の保護スイッチは、ラッチアップによる集積回路の影響が僅かな場合でさえ、ラッチアップが発生するたびに、集積回路の全体をリセットする。また、このようなリセットは、集積回路の幾つかの部分がラッチアップによる影響を受けておらず、無傷であり、したがって、リセットする必要がない場合でも行われてしまう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態により、例えば、指紋センサ等の接触検出器を、静電放電（ＥＳＤ）、機械的故障及びこれに類する現象に起因する損傷から保護することができる。ユーザの指、体又はその両方に蓄電された静電荷は、指が触れた機器に放電される。この放電によって、ラッチアップ状態がトリガされ、機器の回路内に過電流が流れることがある。本発明の実施の形態は、接触センサにおいて過電流条件が検出されると、接触検出器の一部への電力供給を停止する、ＥＳＤ現象から絶縁された電力スイッチを備える。また、本発明の実施の形態は、ラッチアップから回復し、永久的に破損した機器の部分を切断する状態マシンを備える。
【０００７】
他の実施の形態は、ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタを用いる単一の集積回路に形成され、ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタを適切に区切ることによってラッチアップの発生を最小化する。更に他の実施の形態では、接触検出器の表面と、関連する電子部品を複数のブロックに分割し、それぞれを専用の電力スイッチによって制御する。接触検出器の損傷領域は、接触検出器から機能的に切断される。このように、接触検出器のうち、僅かな領域だけが破損した場合、電子部品の大きなブロックを切断するのではなく、専用の電力スイッチを用いてこの僅かな領域のみを切断し、接触検出器の残りの大部分は、これ以降も機能するように残す。これにより、損傷領域をより限定的に制御することができる。
【０００８】
本発明の第１の側面において、接触検出器は、物体の存在を検出するための露出表面と、絶縁表面と、保護要素とを備える。保護要素は、絶縁表面の下に配置される。この位置により、保護要素は、静電放電（electrostatic discharge：ＥＳＤ）及び同様の現象から保護され、接触検出器への電力の制御に使用することができる。保護要素は、接触検出器への電流が閾値を超えたことを検出すると、接触検出器への電力供給を停止するように構成してもよい。好ましくは、接触検出器は、例えば、指スワイプセンサ又は指位置センサ等の指画像センサを構成する。指スワイプセンサは、例えば、容量性素子、電界素子、熱素子又は光学的素子を用いたセンサアレイを含んでいてもよい。
【０００９】
他の実施の形態においては、露出表面は、接触検出器に接触することによって生成されるアナログデータを捕捉するアナログブロックと、アナログデータから生成されるデジタルデータを処理するデジタルブロックとの上に配置される。好ましくは、アナログデータは、指画像データであり、デジタルデータは、この指画像データに対応する。保護要素は、好ましくは、アナログブロックへの電力を制御する第１のスイッチと、デジタルブロックへの電力を制御する第２のスイッチとを備える。第１のスイッチ及び第２のスイッチは、協働して、アナログブロック及びデジタルブロックへの電力供給を停止し、及びアナログブロック及びデジタルブロックへの電力を選択的に再供給する。アナログ及びデジタルブロックの一方又は両方が回復できない損傷を受けた場合、損傷ブロックには電力を再供給しない。無傷のブロックは、動作を続けられる。
【００１０】
また、他の実施の形態においては、接触検出器は、状態マシンを備える。状態マシンは、第１のスイッチ及び第２のスイッチのそれぞれを、動作モード、スタンバイモード及び切断モードのうちの選択された１つにする。状態マシンは、好ましくは、ホストプロセッサ上に実現される。
【００１１】
絶縁表面は、好ましくは、露出表面を囲むように配置される。これに代えて、絶縁表面は、単に露出表面の一端に接していてもよい。
【００１２】
本発明の第２の側面として、本発明に係る指紋センサは、複数のブロック上に配置された露出表面と、絶縁表面と、複数の保護要素とを備える。各ブロックは、露出表面におけるパターン化画像の存在を検出する接触検出器要素を含む。保護要素は、絶縁表面の下に配置され、それぞれが複数のブロックへの電力を制御する。各保護要素は、ブロックへの電流が閾値を超えているとき、複数のブロックにおいて電流が閾値を超えたブロックへの電力供給を停止する。複数のブロックは、好ましくは、指画像を捕捉する感知素子のアレイと、スワイプされた指画像データを処理するデジタルコンポーネントとを含む。複数の保護要素に供給され及び複数の保護要素が生成する信号は、好ましくは、静的な（static）信号である。
【００１３】
絶縁表面は、例えば、非導電性ポリマ材料等の絶縁性材料を含む。一実施の形態においては、絶縁材料は、例えば、金属等の接地された導電性材料を含む。
【００１４】
本発明の第３の側面として、本発明に係る指紋センサ製造方法は、指紋センサを製造する指紋センサ製造方法において、半導体基板に、指画像データを捕捉するための電子部品を形成する工程と、半導体基板に、電子部品への電力を制御するための電力保護要素を形成する工程と、電子部品の表面を露出させたまま、電力保護要素を露出させないように、電力保護要素上に絶縁層を形成する工程とを有する。電子部品は、好ましくは、指スワイプセンサを構成する。これに代えて、電子部品は、指位置センサを構成してもよい。
【００１５】
指紋センサ製造方法は、状態マシンを該電力保護要素に接続する工程を更に有していてもよい。状態マシンは、電力保護要素を制御し、電子部品に過電流が検出された場合、電子部品への電力供給を選択的に停止する。状態マシンは、電力保護要素を制御し、所定の時間経過後に、電子部品に電力を選択的に再供給するためにも用いられる。状態マシンは、好ましくは、絶縁層の下に配置される。
【００１６】
一実施の形態においては、電子部品は、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳトランジスタ等のトランジスタを含む。電子部品を形成する工程及び電力保護要素を形成する工程は、ラッチアップを最小化するためにトランジスタ間に間隔を設ける工程を含んでいてもよい。
【００１７】
本発明の第４の側面として、本発明に係る指紋センサ製造方法は、指紋センサを製造する指紋センサ製造方法において、半導体基板に、指画像データを捕捉及び処理するための複数の電子部品を形成する工程と、半導体基板に、それぞれが、複数の電子部品の対応する１つへの電力を制御する複数の電力保護要素を形成する工程と、複数の電子部品の表面を露出させたまま、複数の電力保護要素を露出させないように、複数の電力保護要素上に、絶縁層を形成する工程とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、例えば、指画像を捕捉するために用いられる指センサの一部等の露出部分を有する接触検出器を保護する。これらの部分は、画像データ又は他のデータを捕捉するために接触されるように露出し、したがって、この露出部分の下には、画像データ又は他のデータを処理するために用いられる電子部品が存在する。これらの部分は、静電荷を放出する可能性がある指又は物体と接触するため、必然的に、ラッチアップが生じやすく、これにより、過電流が発生し、接触検出器を構成する集積回路が破損する場合がある。また、これらの部分には、機械的損傷及び他の損傷も生じやすい。以下では、主に指画像センサについて説明するが、本発明は、他の接触検出器及び他の種類の集積回路にも好適に適用できることは明らかである。
【００１９】
図１は、本発明に基づく指スワイプセンサ１００に接触し、矢印によって示すスワイプ方向に移動（スワイプ）される指１１０を示している。指スワイプセンサ１００は、露出表面１０５を備え、露出表面１０５の下には、過電流及び例えば、静電放電（ＥＳＤ）現象等に起因する他の条件によって破損しやすい電子部品が配設されている。図１は、実寸を表しておらず、単に図面を見易くするために、露出表面１０５を指１１０に比較して大きく示している。露出表面１０５の下に配設される基礎となるこれらの電子部品は、多くの場合、アナログコンポーネントとデジタルコンポーネントとを含む。指スワイプセンサ１００が、コンデンサを用いて指の画像を感知する容量型スワイプセンサである場合、アナログコンポーネントは、感知コンデンサ（sense capacitor）のアレイを含んでいてもよい。指スワイプセンサが電荷結合素子を用いて指の画像を感知する光学スワイプセンサである場合、アナログコンポーネントは、フォトダイオードを含んでいてもよい。何れの場合も、デジタルコンポーネントは、更なる処理のためにアナログ画像データをデジタルデータに変換する処理要素を含むことができる。ＥＳＤ、ＥＳＤの発生及びＥＳＤによる指センサへの影響については、引用によって本願に援用される、２００５年３月１日に出願された、米国特許出願番号第１１／０７０，１５４号、発明の名称「指紋センサのための静電放電保護（Electrostatic Discharge Protection for a Fingerprint Sensor）」に詳細に説明されている。
【００２０】
露出表面１０５の表面及びこの下のコンポーネントは、指画像を捕捉することによって機能し、したがって、必然的に、ＥＳＤ現象に曝される。またこの部分は、指と接触することによって機能するので「接触面」、「接触検出器」等とも呼ばれる。
【００２１】
更に、図１に示すように、指スワイプセンサ１００は、ＥＳＤ現象、キズ、衝撃及び他の損傷から、下に配設されている電子部品を保護する絶縁表面１２０を備える。この結果、絶縁表面１２０の下の電子部品は、例えば、ラッチアップ及びこれに起因する過電流から保護される。絶縁表面１２０の適切な材料としては、以下に限定されるわけではないが、例えば、プラスチック等の非導電性ポリマ材料がある。絶縁表面１２０の下にある電子部品には、指画像データを処理するためのアナログコンポーネント及びデジタルコンポーネントの両方が含まれる。
【００２２】
図２は、本発明に基づくコンタクトデバイス２００の構成を示している。コンタクトデバイス２００は、アナログコンポーネントのブロック２１０及びデジタルコンポーネントのブロック２２０の上を覆う表面を有する露出領域２０１（非カバーブロック又は露出ブロックとも呼ぶ）を備える。一具体例として、コンタクトデバイス２００は、容量型指センサであり、ブロック２１０は、容量型感知アレイを含む。なお、容量型感知アレイ自体は、通常、例えば、パシベーション層、薄膜又はその両方によって、僅かなキズから保護されている。また、コンタクトデバイス２００は、ブロック２１０への電力を制御する電力スイッチ（また、電流スイッチとも呼ぶ。）２１１と、ブロック２２０への電力を制御するの電力スイッチ２２１との上を覆う絶縁表面（図示せず）を含む露出していない領域（カバーブロック又は非露出ブロックとも呼ぶ。）を備える。また、コンタクトデバイス２００は、カバーされたアナログコンポーネントのブロック２３０、カバーされたデジタルコンポーネントのブロック２４０、カバーされた入出力（Ｉ／Ｏ）ブロック２５０、ブロック２３０への電力を制御するのための電力スイッチ２３１、ブロック２４０への電力を制御するのための電力スイッチ２４１及びＩ／Ｏブロック２５０への電力を制御するのための電力スイッチ２５１を備える。電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１の全ては、露出領域２０１に接触する指又は他の荷電した物体から放電されるＥＳＤからそれらを保護する絶縁層によって、ＥＳＤ現象及び他の損傷から保護されている。
【００２３】
一具体例として、実際の動作において、ブロック２１０におけるラッチアップが過電流を発生させた場合、電力スイッチ２１１が過電流を検出し、過電流を示す信号（後述するラインＬＡＴＣＨ−Ｂ）を立ち上げる。ブロック２４０は、この信号を受信し、ブロック２１０、２２０への電力供給を停止し、ラッチアップ状態を終了させるための電力スイッチ２１１、２２１への信号を生成する。ラッチアップ状態が終了するのに十分な所定の期間が経過した後、電力スイッチ２１１、２２１は、ブロック２１０、２２０に電力を再供給する。この処理の間、電力スイッチ２３１、２４１、２５１は、それぞれブロック２３０、２４０、２５０への電力供給を停止しない。換言すればブロック２３０、２４０、２５０は、ブロック２１０、２２０がリセットされている間もリセットされない。
【００２４】
図２に示す実施の形態では、ブロック２４０は、電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１を制御し、後に説明する動作モード、スタンバイモード及び切断モードの何れかにする。ブロック２４０は、これらの機能を実行するための状態マシンを含む。他の実施の形態では、コンタクトデバイス２００の外部のホストプロセッサがこれらの機能を実行する。
【００２５】
更に図２に示すように、電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１からの電圧（電源）ラインは、それぞれ、ブロック２１０、２２０、２３０、２４０、２５０に接続され、本発明に基づき、ブロック２１０、２２０、２３０、２４０、２５０に制御可能に電力を供給する。電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１の全て及びブロック２４０は、それぞれ、パワーダウン（power down：ＰＤ）入力ラインにも接続されている。電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１の１つのＰＤ入力ライン上の信号は、完全な動作電力又はスタンバイモード用の電力をブロック２１０、２２０、２３０、２４０、２５０にルーティングするよう、電力スイッチを制御するために用いられる。電力スイッチ２１１、２２１は、ＬＡＴＣＨ＿Ｂのラベルが付された入出力（Ｉ／Ｏ）ラインを介して相互接続され、このラインは、ブロック２４０にも接続されている。同様に、電力スイッチ２３１、２４１、２５１は、ＬＡＴＣＨ＿Ｂのラベルが付されたＩ／Ｏラインを介して相互接続されている。後述するように、ＬＡＴＣＨ＿Ｂライン上の信号は、過電流を示すために使用される。電力スイッチ２１１、２２１の切断（disconnect：ＤＩＳ）入力信号は、ブロック２４０から出力される。ＤＩＳライン上の信号は、ブロックへの電力を永久的に切断することを電力スイッチに指示するために使用される。永久的な切断は、例えば、あるブロックが、ＬＡＴＣＨ＿Ｂラインの信号を、例えば、ラッチアップから回復できないことを示す所定の期間以上立ち上げたままにしたことによって、このブロックが使用不能となったとブロック２４０が判断した場合等に指示される。電力スイッチ２３１、２４１、２５１のＤＩＳ入力は、使用されず、したがって、接地されている。
【００２６】
後述するように、電力スイッチは、相互接続されたＬＡＴＣＨ＿Ｂ入力を有し、電力スイッチの何れかが過電流状態を示した場合、全ての電力スイッチは、自らが制御する全てのブロックへの電力供給を停止する。すなわち、電力スイッチは、ワイヤードＯＲ構成を有している。
【００２７】
Ｉ／Ｏブロック２５０からのＶＳＳ（グラウンド）ラインは、電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１へのＶＳＳ入力に接続されている。Ｉ／Ｏブロック２５０からのアナログＡＮＡ＿ＶＤＤ（電圧源）ラインは、電力スイッチ２１１、２３１のＶＤＤ入力に接続されている。Ｉ／Ｏブロック２５０からのＩ／Ｏ＿ＶＤＤラインは、電力スイッチ２５１のＶＤＤ入力に接続され、電力スイッチ２５１のＤＩＳ入力及びグラウンド入力は、Ｉ／Ｏブロック２５０のグラウンドＩ／Ｏ＿ＶＳＳ出力に接続されている。Ｉ／Ｏブロック２５０からのデジタルコンポーネントＤＩＧ＿ＶＤＤのための電力線は、電力スイッチ２２１、２４１の電力入力ＶＤＤに接続されている。そして、ブロック２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の全てのＩ／Ｏライン（太線で示す）は、相互に接続されている。
【００２８】
Ｉ／Ｏブロック２５０を用いて、以下のような動作が行われる。（１）ラインＡＮＡ＿ＶＤＤ／ＡＮＡ＿ＶＳＳを介して、電力スイッチ２１１、２３１に電力を供給し及び電力スイッチ２１１、２３１を接地し、電力スイッチ２１１、２３１は、更に、（アナログ）ブロック２１０、２３０に電力を制御可能に供給する。（２）ラインＤＩＧ＿ＶＤＤ／ＤＩＧ＿ＶＳＳを介して、電力スイッチ２２１、２４１に電力を供給し及び電力スイッチ２２１、２４１を接地し、電力スイッチ２２１、２４１は、（デジタル）ブロック２２０、２４０に電力を制御可能に供給する。（３）ラインＩ／Ｏ＿ＶＤＤ／Ｉ／Ｏ＿ＶＳＳを介して、Ｉ／Ｏブロック２５０自体が電力を受け取り、及び接地される。（４）ブロック２３０と、接触検出器２００の外部のコンポーネントとの間でアナログＩ／Ｏ信号をルーティングする。ブロック２４０と、接触検出器２００の外部のコンポーネントとの間でデジタルＩ／Ｏ信号をルーティングする。ブロック２１０、２２０、２３０、２４０の全ては、Ｉ／Ｏラインを介して、互いに接続されている。
【００２９】
実際の動作では、簡潔に上述したように、ＬＡＴＣＨ＿Ｂライン上の信号が過電流を示した場合、ＬＡＴＣＨ＿Ｂラインに接続された電力スイッチによって制御される全てのアナログブロック及びデジタルブロックへの電力供給が停止される。同時に、ブロック２４０は、この信号に基づき、リセットフラグを設定し、又は過電流状態が解消されない場合、ディスエーブルフラグを設定する。このフラグにより、接触検出器２００の全体がパワーダウンモードになり（全ての電源スイッチに共通のパワーダウン信号が供給される。）、集積回路の露出したブロックのための信号ＤＩＳ（切断）が生成される。全ての信号は静的な信号である。このため、電力スイッチ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１及びブロック２３０、２４０、２５０の動作をパワーダウンモードにできる。ブロック２３０、２４０、２５０は、物理的損傷を被る可能性は低く、切断オプションを必要としない。ブロック２１０、２２０を切断するために、カバーされたブロック２３０、２４０、２５０は、動作可能な状態である必要がある。
【００３０】
図３は、本発明に基づき、例えば、図２のブロック２４０上で実行される状態マシンを実現する状態図３００を示している。上述のように、本発明の一実施の形態では、指センサ上のどこかで過電流が検出されると、状態マシンによって実現された指センサ内の制御ロジックが電力スイッチを以下のように制御する。（１）動作モード３０５では、電力スイッチからブロックに電力を供給する。（２）スタンバイモード３１０では、指センサが使用されず、ブロックを動作モードに速やかに移行させることができるように、電力スイッチからブロックに限定的な電力だけが供給される。（３）リセットチェックモード３１５では、過電流が検出された後、露出領域内の電子部品への電力を制御する各電力スイッチが、ラッチアップ状態が解消される所定のブロック期間の間、対応するブロックへの電力供給を停止する。（４）切断モード３２０では、電力が永久的にブロックから切断される。リセットチェックモード３１５は、動作モード３０５に統合してもよい。図３では、説明を明瞭にするために、動作モード３０５とリセットチェックモード３１５とを別々に示している。
【００３１】
状態図３００に示すように、（例えば、所定の期間、指又は所定のパターンを有する物体が指センサの露出領域に触れていない場合）動作モード３０５からスタンバイライン上の信号を立ち上げ、指センサをスタンバイモード３１０にする。スタンバイモードでは、指センサの電気部品には、多くの電流が流れず、これにより消費電力を節電し、指センサを不必要に過熱しないようにする。指センサがスタンバイモード３１０にある場合、指又は他の物体が指センサの表面に接触すると、指センサは、動作モード３０５に入り、電子部品に電源を供給する。
【００３２】
動作モード３０５では、過電流が検出されると、指センサは、リセットチェックモード３１５に入り、１つ以上のブロックへの電力供給を一時的に停止し、過電流の結果として生じるラッチアップ状態を解消する。そして、指センサは、動作モード３０５に戻る。ここで、過電流が再び検出されると、指センサは、再びリセットチェックモード３１５に戻る。指センサがリセットチェックモード３１５に戻る動作が、ブロックが永久的に破損したことを示す所定の回数繰り返されると、指センサは、切断モード３２０に入り、ブロックが破損したことを示すフラグが設定され、これ以降は、使用されなくなる。指センサ上のプロセッサ（例えば、図２のブロック２４０）は、このフラグに基づき、損傷したブロックがデータを保存し、受け取り又は処理するために使用できなくなったと判定する。そして、指センサは、残りの（すなわち、機能している、無傷の）ブロックを動作モード３０５に戻す。
【００３３】
なお、図２は、アナログブロック２１０及びデジタルブロック２２０の両方を含む露出領域２０１を示しているが、他の実施の形態では、露出領域２０１は、１つ以上のアナログブロック、及び１つ以上のデジタルブロックの何れかのみを含んでいてもよい。本発明の他の実施の形態では、露出領域は、電子部品を含む複数のブロックに分割され、各ブロックへの電力は、専用の電力素子によって制御される。このように複数のブロックに分割することによって、より小さいブロックを分離し、必要であれば、後にディスエーブルにすることができる。図４は、本発明の一実施の形態に基づく接触センサ４００の一部を示している。接触センサ４００は、専用電力スイッチ４２６によって制御されるデジタルブロック４２０Ａ及び専用電力スイッチ４２５によって制御されるアナログブロック４２０Ｂを含む電子部品の第１のブロック４２０と、専用電力スイッチ４３５によって制御されるデジタルブロック４３０Ａ及び専用電力スイッチ４３６によって制御されるアナログブロック４３０Ｂを含む電子部品の第２のブロック４３０と、専用電力スイッチ４４６によって制御されるデジタルブロック４４０Ａ及び専用電力スイッチ４４５によって制御されるアナログブロック４４０Ｂを含む電子部品の第３のブロック４４０と、専用電力スイッチ４５５によって制御されるデジタルブロック４５０Ａ及び専用電力スイッチ４５６によって制御されるアナログブロック４５０Ｂを含む電子部品の第４のブロック４５０とを備える。ブロック４２０、４３０、４４０、４５０は、全て、カバーされていない領域又は露出領域４６０に含まれ、専用電力スイッチ４２５、４２６、４３５、４３６、４４５、４４６、４５５、４５６は、全て、カバーされた領域又は非露出領域４６５に含まれている。
【００３４】
後に、ブロック４２０Ｂが例えば、過電流条件によって、修復不可能な状態に破損したと判定されると、専用電力スイッチ４２５は、ブロック４２０Ｂから永久的に電力供給を停止し、指センサの１／８の電子部品（例えば、感知素子）を動作から除外し、７／８の電子部品を動作できる状態のまま残す。全体のブロック４２０への電力を制御する単一の電力スイッチを用いる場合、ブロック４２０Ｂが破損すると、全体のブロック４２０への電力供給を停止しなくてはならず、センサアレイのより大きい部分が使用できなくなる。この結果、それぞれが専用電力スイッチを有するブロック（例えば、４２０、４３０、４４０、４５０）の数を増やせば、指センサの一部が損傷のために使用不可能になった場合、損傷した部分が効率的に分離され、指センサの大部分は、使用可能な状態のまま残る。
【００３５】
図５は、本発明の一実施の形態に基づく電流スイッチ５００の概略図である。この図５から当業者にとって明らかであるが、電流スイッチは、ＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタを含む。ＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタは、他のタイプのトランジスタに置換してもよい。ＶＤＤ、ＶＳＳ、ＯＵＴ、ＬＡＴＣＨ＿Ｂのラベルが付された出力ラインは、同様のラベルが付された図２のラインと同じ機能を有する信号ラインである。電流スイッチ５００は、過電流検出器増幅器（トランジスタＮ１〜Ｎ３、Ｐ１〜Ｐ４、抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳ及びコンデンサに接続されたトランジスタＵ７）と、シュミットトリガ（トランジスタＰＩＮ１、ＰＩＮ２、ＰＩＮ４、ＮＩＮ１、ＮＩＮ２、ＮＩＮ４）と、モード制御ロジック（ＰＩＮ２Ｂ、ＰＩＮ２Ｃ、ＰＩＮ３、ＰＩＮ３Ａ、ＰＩＮ５、ＮＩＮ２Ａ、ＮＩＮ２Ｂ、ＮＩＮ２Ｃ、ＮＩＮ３、ＮＩＮ３Ａ、ＮＩＮ５、Ｎ４、Ｎ５）と、スイッチトランジスタＰＳＷ、ＰＢＰ、ＰＢＰＡとを備える。電流スイッチ５００は、２つの入力線ＰＤ（パワーダウン）、ＤＩＳ（切断）と、１つの出力ラインＯＵＴと、１つの入出力ラインＬＡＴＣＨ＿Ｂと、電源ＶＤＤラインと、ローカルグラウンドＶＳＳとを有する。
【００３６】
ＶＤＤラインは、トランジスタＰＢＰＡ、ＰＩＮ５、ＰＩＮ１、ＰＩＮ２、ＰＩＮ２Ｂ、ＰＩＮ３、ＰＩＮ３Ａ、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４のソース及びバルク（基板）、Ｐ１Ａ、Ｐ２、ＰＢＰ、ＰＳＷのバルク、及び抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳの第１の端子に接続されている。ＶＳＳラインは、バルク、トランジスタＵ７のドレイン及びソース、トランジスタＮ１、Ｎ１Ａ、Ｎ２、Ｎ３、ＮＩＮ１、ＮＩＮ２、ＮＩＮ２Ａ、ＮＩＮ２Ｂ、ＮＩＮ３Ａ、ＮＩＮ４、ＮＩＮ２Ｃ、Ｎ５、ＮＩＮ５のバルク及びソース、及びトランジスタＮ４、ＮＩＮ３のバルクに接続されている。トランジスタＰ４のゲートは、トランジスタＰＢＰのゲート、トランジスタＮ５のゲート、トランジスタＰＩＮ５のドレイン、及びトランジスタＮＩＮ５のドレインに接続されている。
【００３７】
ＤＩＳラインは、トランジスタＰＢＰＡのゲートに接続されている。ＰＤラインは、トランジスタＰ１、Ｐ１Ａ、ＰＩＮ２Ｃ、ＰＩＮ５のゲート、及びトランジスタＮ３、ＮＩＮ２Ｂ、ＮＩＮ５のゲートに接続されている。ＬＡＴＣＨ＿Ｂラインは、トランジスタＮＩＮ３Ａのゲート、トランジスタＮＩＮ２Ｃのドレイン、及びトランジスタＰＩＮ３Ａのゲートに接続されている。ライン５０１は、トランジスタＰ２、ＰＳＷのドレインを抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳの第２の端子に接続する。ＩＮＴＥＧラインは、トランジスタＰ３のドレイン、トランジスタＵ７のゲート、トランジスタＮ３のドレイン、トランジスタＮ２のドレイン、トランジスタＰＩＮ１のゲート及びトランジスタＮＩＮ１のゲートを接続する。トランジスタＮ１のドレイン及びゲートは、共に、トランジスタＰ１Ａのドレイン、トランジスタＮ１Ａのゲート及びトランジスタＮ２のゲートに接続されている。トランジスタＰ２のゲート及びドレインは、共に、トランジスタＰ４のドレイン、トランジスタＰ３のゲート及びトランジスタＮ１Ａのドレインに接続されている。
【００３８】
ＶＯＵＴは、トランジスタＰＢＰ、ＰＳＷのドレインをトランジスタＮ４のドレインに接続している。トランジスタＮ４のソースは、トランジスタＮ５のドレインに接続されている。
【００３９】
ライン５１５は、トランジスタＮ４のゲートを、トランジスタＰＳＷのゲート、トランジスタＰＩＮ３Ａのドレイン、トランジスタＰＩＮ３のドレイン及びトランジスタＮＩＮ３のドレインに接続している。
【００４０】
トランジスタＮＩＮ３のゲートは、トランジスタＰＩＮ３のゲート、トランジスタＮＩＮ２Ａ、ＮＩＮ２Ｂのドレイン及びトランジスタＰＩＮ２Ｃのドレインに接続されている。トランジスタＰＩＮ１のドレインは、トランジスタＮＩＮ１のドレイン、トランジスタＰＩＮ２、ＮＩＮ２のゲート、トランジスタＰＩＮ４のドレイン、及びトランジスタＮＩＮ４のドレインに接続されている。トランジスタＮＩＮ４、Ｎ１Ｎ２Ｃのゲートは、相互に、及びトランジスタＰＩＮ４、ＮＩＮ２Ａ及びＰＩＮ２Ｂのゲート、トランジスタＰＩＮ２のドレイン及びトランジスタＮＩＮ２のドレインに接続されている。トランジスタＰＩＮ４のバルクは、そのソースに接続されている。トランジスタＰＢＰＡのドレインは、トランジスタＰＢＰのソースに接続されている。
【００４１】
上述のように、電流スイッチ５００は、動作モード、スタンバイモード及び切断モードの３つの動作モードを有する。以下、図５のコンポーネントを参照して、これらのモードについて説明する。まず、動作モードでは、信号ＰＤ、ＤＩＳの両方がローに設定される。これにより、電流バイパストランジスタＰＢＰがディスエーブルになり、過電流検出器増幅器がモード制御ロジックと共にイネーブルになる。これにより、電流スイッチ５００が過電流を検出できるようになる。信号ＬＡＴＣＨ＿Ｂは、このモードでは、通常、ハイであり（このブロックの外部のプルアップＰＭＯＳを用いる。）、同様の電流スイッチと共に、ワイヤードＯＲ構成に接続され、これにより、電流スイッチの１つ以上が過電流状態を検出すると、電源（ＶＤＤ）が切断される。電流スイッチ５００は、このモードでは、通常、オン状態であるスイッチトランジスタＰＳＷを介して、電力線ＶＤＤから出力端子ＯＵＴに及び過電流検出のために用いられる抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに電源電圧を提供する。抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに亘る電圧降下は、過電流検出器増幅器Ｐ２／Ｐ３／Ｎ１Ａ／Ｎ２の入力信号となる。この増幅器は、加算ノードＩＮＴＥＧに接続された非対称のカレントミラー（skewed current mirror）５８０、５９０を備える。過電流検出器増幅器カレントミラー内の複数のトランジスタは、通常、増幅器のトランジスタＮ２が提供する電流シンクが、トランジスタＰ３によって提供される電流ソースより強くなるようにサイズが決定される。この電流差により、ＩＮＴＥＧノードが接地される。スイッチトランジスタＰＳＷのＩＮＴＥＧノードとゲートノードとの間には、偶数（４個）の反転があるので、そのゲートも、接地電位になり、スイッチトランジスタＰＳＷは、オン状態になる。
【００４２】
出力ノードに供給された電流が、所定の閾値レベルを超えている場合、抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに亘る電圧降下は、増幅器カレントミラーの電流比を反転させるのに十分な値になる。これは、電流源トランジスタＰ３のバイアス電圧が、Ｐ２のゲートソース電圧と、抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに亘る電圧降下の合計であるためである。これにより、電流源トランジスタＰ３は、電流シンクを超えるので、ＩＮＴＥＧノードの電圧が上昇し始める。スルーレートは、ソースとシンクとの電流差の値及びトランジスタＵ７からなるコンデンサ（以下、コンデンサＵ７と言う。）によって決定する。すなわち、抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに亘る電圧降下が大きくなると、ＩＮＴＥＧノードの電圧は、より速く高くなる。この遅延により、スイッチのＯＵＴノードに接続されている電流スイッチの標準動作の間及び電源投入時に発生する短時間の電流スパイクによって電流スイッチ５００が誤ってトリガされることが防止される。ＩＮＴＥＧノードの電圧がシュミットトリガの上側の閾値を超えている場合、スイッチトランジスタＰＳＷのゲート電圧は、ハイになり、このトランジスタがオフになる。同時に、トランジスタＮ４は、オンになり、出力端子ＯＵＴが接地される。同時にトランジスタＮＩＮ２Ｃは、オンになり、ＬＡＴＣＨ＿Ｂラインが接地される。この動作によって、ＬＡＴＣＨ＿Ｂラインに沿ってワイヤードＯＲ構成に接続されている全ての電流スイッチの全てのスイッチトランジスタが、同様にオフになる。
【００４３】
抵抗器Ｒ＿ＮＰＬＵＳに亘る電圧は、瞬間的に０に落ち、過電流検出器増幅器の電流シンクは、電流源より強くなるが、ＩＮＴＥＧノードに接続されているコンデンサＵ７が、シュミットトリガの下側の閾値電圧まで放電されるには、ある程度時間が掛かる。この間、ＯＵＴラインは、接地されたままである。この状態が続く期間は、過電流を引き起こした全てのラッチアップ状態が解消されるために十分である必要がある。シュミットトリガが反転すると、電流スイッチは、標準動作状態に戻される。
【００４４】
スタンバイモードでは、ラインＰＤ上の信号は、ハイに設定され、ＤＩＳライン上の信号は、ローに設定される。電流バイパストランジスタＰＢＰは、イネーブルにされ、過電流検出器増幅器は、モード制御ロジック及び電流スイッチトランジスタＰＳＷと共にディスエーブルにされる。これにより、ＬＡＴＣＨ＿Ｂライン上の信号は、電流スイッチ５００の動作に影響しなくなる。電流スイッチ５００は、直列に接続された２つの比較的弱いバイパストランジスタＰＢＰ、ＰＢＰＡを介して、電力線ＶＤＤからＯＵＴ端子に電源電圧を提供する。トランジスタＰＢＰ、ＰＢＰＡのサイズは、これらのトランジスタＰＢＰ、ＰＢＰＡが提供できる電流が、集積回路の各ブロックのスタンバイ状態を維持するために十分な大きさを有し、且つ集積回路のどこかで生じる全てのラッチアップ状態に耐えることができる十分な小ささを有するようにように選択される。過電流保護増幅器は、ディスエーブルにされるので、電流スイッチ５００は、動作のスタンバイモードでは、如何なる電流も消費しない。
【００４５】
切断モードでは、信号ＰＤ、ＤＩＳの両方がハイに設定される。切断モードと、スタンバイモードの間の唯一の違いは、切断モードでは、バイパス電流路が切断され、ＯＵＴターミナルに電流が全く供給されない点である。この動作モードは、損傷ブロックを電源から永久に切断するために用いられる。金属酸化膜半導体（metal oxide semiconductor：ＭＯＳ）によって接触検出器を実現する実施の形態では、ラッチアップ及びこれに起因する永久的な損傷から電流スイッチ５００自体を実質的に保護するために、ＰＭＯＳトランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタから実質的に離間して配置される。当業者は、トランジスタコンポーネントのフィードバック利得及びサイズに基づいて、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとの間の適切な間隔を求めることができる。好ましい実施の形態では、本発明に基づく接触検出器回路の電力スイッチ及び他のコンポーネントは、単一の集積回路の一部として実現できる。本発明の一実施の形態に基づく検出回路を製造するための工程を図６〜図１１を用いて説明する。これらの図において、同じ要素には、同じ符号を付している。図６及び図７は、それぞれ、半導体基板６０１を含む構造体６００の平面図及び側断面図である。図８及び図９は、それぞれ、電子部品の第１の組６５５、チャンネル６６５及び保護要素６６０が形成された後の半導体基板６０１を含む構造体６５０の平面図及び側断面図である。電子部品の第１の組６５５は、画像データを捕捉して、処理するための部品である。チャンネル６６５は、電子部品の第１の組６５５を保護要素６６０に接続する。
【００４６】
図１０及び図１１は、それぞれ、構造体６５０の保護要素６６０（破線で仮想的に示す）上に絶縁層７１０が形成され、電子部品の第１の組６５５上にパシベーション層７２０が設けられ、露出部分が形成された後の構造体７００の平面図及び側断面図を示している。当業者は、本発明に基づく他の構造を相当することができる。例えば、図１２は、非露出領域８２０Ａ、８２０Ｂに挟み込まれた露出領域８１０を有する指スワイプセンサ８００を示している。指スワイプセンサ８００に沿って移動する指８４０は、ライン８２０とライン８２１の間（領域８３０Ａ、８３０Ｂを含まない、スワイプ方向によって定義されたスワイプ領域）を移動するだけであるため、絶縁層は、領域８３０Ａ、８３０Ｂを覆う必要はない。
【００４７】
添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しないで、この実施の形態を変形できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】指画像を捕捉するために、露出部分及び非露出部分を有する指センサに接触する指を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に基づく保護スイッチ及びそれらが保護するコンポーネントを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に基づき、ラッチアップから回復するための状態マシンを実現する状態図である。
【図４】本発明の実施の形態に基づく保護スイッチ及びそれらが保護するコンポーネントを示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態に基づく保護スイッチの回路図である。
【図６】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第１の工程における半導体基板の平面図である。
【図７】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第１の工程における半導体基板の側面図である。
【図８】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第２の工程における半導体基板の平面図である。
【図９】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第２の工程における半導体基板の側面図である。
【図１０】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第３の工程における半導体基板の平面図である。
【図１１】本発明に基づく保護スイッチを有する接触検出器を製造する第３の工程における半導体基板の側面図である。
【図１２】本発明に基づく保護スイッチ上にある絶縁表面によって区切られた露出表面を有する指センサを示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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