(57)【要約】【課題】本発明は、構造を簡略化でき、小型で低コストの指紋センサを提供することを目的とする。【解決手段】指紋センサ１１は、シリコン基板１２を有している。シリコン基板１２の板厚は、２０μｍから１００μｍである。シリコン基板１２の裏面１２ｂに、受光素子１４と回路部１５とが配置されている。シリコン基板１２の表面１２ａが指を接触する面１３である。シリコン基板１２自体がフィルターとして機能し、通過波長帯域制限フィルターとロッドレンズとが不要となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面とを有するシリコン基板と、該シリコン基板に設けた受光素子を有する指紋センサにおいて、
前記受光素子が前記シリコン基板の裏面に指の進行方向に直行し且つ一列に配置され、該シリコン基板の表面を指の接触面としてなることを特徴とする指紋センサ。
【請求項２】
表面と裏面とを有するシリコン基板と、該シリコン基板に設けた受光素子を有する指紋センサにおいて、
前記受光素子が前記シリコン基板の裏面に指の進行方向に直行し且つ複数列に配置され、該シリコン基板の表面を指の接触面としてなることを特徴とする指紋センサ。
【請求項３】
前記シリコン基板の厚さは、２０μｍ〜１００μｍに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の指紋センサ。
【請求項４】
前記シリコン基板を回路基板に接続するための接続用電極は、前記シリコン基板の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の指紋センサ。
【請求項５】
前記受光素子と関連する回路部が、前記シリコン基板の裏面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の指紋センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋センサに係り、特に、指をスライドさせて指紋を採取する指紋センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子決算可能な携帯機器やコンピュータ等で個人認証の必要性が要求され、その他の生活活動の場でも需要が増加している。個人認証の方法として、指紋識別が知られている。
【０００３】
図５は従来の指紋センサ１の一例を示している。（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図をそれぞれ示している。指紋センサ１は、表面と裏面とを有するシリコン基板２を有している。シリコン基板２の表面の中央に指紋画像をライン毎に走査して読取る受光素子３が一列に形成されている。受光素子３の両隣もしくは片側には、受光素子３からの信号を処理する回路部４が配置されている。シリコン基板２の整列した受光素子３と並行して両側端もしくは片側端には、接続用電極５が形成されている。接続用電極５は、ワイヤ６により回路基板７に接続されている。
【０００４】
指紋センサ１が設置される指紋認証装置（図示せず）は、赤外線もしくは波長が比較的長い可視光線を指に照射して、指の内部より散乱される赤外線もしくは可視光線を受光して指紋を撮像し、認識する。また、血管の脈動も検知することができるため、生きた指のみを検知することが可能で、セキュリティーを向上することができる。
【０００５】
しかしながら、受光素子３には、赤外線の他に可視光線も入射するため、それらは外乱となり受光素子３の機能を著しく害する。したがって、可視光線の入射を制限するため、受光素子３の上部には、通過波長帯域制限フィルター８が取り付けられることがある。また、撮像や受光素子３の汚れや傷の防止のため、通過波長帯域制限フィルター８の上部にロッドレンズ９が装着されている。また、図示はしていないが、ロッドレンズ９の代わりにレンズを使用した縮小光学系が使われることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通過波長帯域制限フィルターを受光素子の上部に取り付けるとそのための工程の増加や材料費の増加のため価格が高くなる。また、通過波長帯域制限フィルターの上部にロッドレンズを装着すると構造が複雑で製品価格がさらに高くなる問題が生じる。さらに、指を接触させる面にロッドレンズを装着することにより、ロッドレンズの特性上、指紋画像を受光素子上に結像させるためにはロッドレンズにある程度の物理長を必要とし、このことが本方式の指紋センサの小型化の障害になっていた。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、構造を簡略化でき、小型で低コストの指紋センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１又は２に記載されるように、表面と裏面とを有するシリコン基板と、該シリコン基板に設けた受光素子を有する指紋センサにおいて、前記受光素子が前記シリコン基板の裏面に指の進行方向に直行し且つ一列もしくは複数列に配置され、該シリコン基板の表面を指の接触面としてなるように構成される。
【０００９】
請求項１又は２記載の発明において、受光素子がシリコン基板の裏面に指の進行方向に直行し、且つ、一列もしくは複数列に配置され、シリコン基板の表面を指の接触面としたことにより、通過波長帯域制限フィルターとロッドレンズとを使用する必要がなくなるため、指紋センサの構造を簡略化でき、小型且つ価格を安くすることができる。また、受光素子が指の進行方向に直行し且つ一列もしくは複数列に並んでいることにより、装置の複雑化を招くことなく指紋を採取することができ、指の幅に相当する受光素子を配置すれば良いので装置の小型化を可能とする。
【００１０】
本発明は、請求項３に記載されるように、前記シリコン基板の厚さは、２０μｍ〜１００μｍに形成されているように構成される。
【００１１】
請求項３記載の発明において、シリコンを薄く製造したことにより、シリコンの表面から裏面の受光素子に赤外線を大きく減衰することなく透過させることができる。
【００１２】
本発明は、請求項４に記載されるように、前記シリコン基板を回路基板に接続するための接続用電極は、前記シリコン基板の裏面に形成されているように構成される。
【００１３】
請求項４記載の発明において、ワイヤを使用することなく、接続用電極と回路基板とを接続することができるため、指の接触面全体が平らになり、指を接触面に密着させることができる。
【００１４】
本発明は、請求項５に記載されるように、回路部は、前記シリコン基板の裏面に配置されているように構成される。
【００１５】
請求項５記載の発明において、シリコン基板の表面を接地電位もしくは電源電圧電位とするので、回路部は静電破壊に強くなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の指紋センサ１１を示している。図１では、受光素子の両側に回路部１５と接続用電極１６が配置されている。（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。図２は、本発明に係る指紋センサ１１が適用される指紋認証装置２１を含むシステム構成図を示している。
【００１８】
本発明に係る指紋センサ１１が適用されるシステムの一例として図２に示すように、本発明に係る指紋センサ１１が適用されるシステムは、指紋認証装置２１と、ホストコンピュータ２２とから構成され、指紋認証装置２１の内部には、光学的に被認証者の指紋データを読取る指紋センサ１１と、被認証者の指の有無を検出する指検出センサ２３等が備えられる。指検出センサ２３の具体的な配置場所については後述する。ホストコンピュータ２２は、例えば一般のパソコン等であって、指紋認証装置２１での認証結果を、通信回路２４を介して受信し、認証がとおった場合のみユーザによる利用を可能としている。
【００１９】
尚、他の実施例として、携帯電話や個人情報端末等での個人識別に利用でき、画像情報処理機能を備える。例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）やディジタル回路で構成された画像処理エンジン等の画像入力装置として利用できる。
【００２０】
図１に示すように、指紋センサ１１は、シリコン基板１２を有している。シリコン基板１２の板厚ｔは、２０μｍから１００μｍである。シリコン基板１２の表面１２ａが指の接触面１３となり、シリコン基板１２の裏面１２ｂに指の進行方向に直行し、且つ、一列もしくは複数列に配置された受光素子１４と回路部１５とが配置されている。シリコン基板１２の裏面１２ｂの中央に受光素子１４が配置されている。通常、受光素子１４の長さは、指の横幅より大きく形成され、受光素子１４にはｐｎ接合のフォトダイオードが使用される。受光素子１４の両隣りもしくは片側のみに回路部１５が配置されている。シリコン基板１２の裏面１２ｂの整列した受光素子１４と並行して両側端もしくは片側端に接続用電極１６が形成され、回路基板１７との接続が確立されている。
【００２１】
尚、上記の実施例においては、接続用電極１６がシリコン基板１２の裏面１２ｂに形成されたことにより、シリコン基板１２と回路基板１７とを接続するためのワイヤが必要なくなる。
【００２２】
上述したように、本実施例の指紋センサ１１は、シリコン基板１２の裏面１２ｂ、即ち、指と接触する面１３の反対側の面に受光素子１４を設けたことを特徴としている。そこで、次に、受光素子１４をシリコン基板１２の裏面１２ｂに形成した理由について説明する。
【００２３】
図３は、シリコン基板１２の光フィルタ特性を示している。
【００２４】
一般に半導体に使われる不純物の少ないシリコンは、赤外線を透過する特性がある。ｐｎ接合をセンサとして使用する場合、シリコンのバンドキャップは１．１ｅＶである。波長λの入射光により電子が励起されるとき、λ＝１２４０／１．１の関係がある。このときの波長λがシリコンにおける光電子変換される限界波長で、約１１２７ｎｍである。すなわち、波長が１１２７ｎｍ以下であれば、シリコンで作製された受光素子１４（フォトダイオード）で検知できる。
【００２５】
本発明の発光部３１となる赤外線発光素子には、赤外線リモコン用赤外線ＬＥＤが使用される。発光部３１となる赤外線発光素子の発光波長は、９２０ｎｍから９５０ｎｍの値が多く設定される。実験では、９４０ｎｍの赤外線リモコン用赤外線ＬＥＤを使用した。
【００２６】
本実施例の指紋センサ１１において、挿入された指に赤外線が照射されたとき、シリコン基板１２の表面１２ａより、赤外線の他に可視光線が入射される。それらは外乱となり、指紋センサ１１の機能を著しく害する。しかしながら、シリコンが赤外線を良好に透過する特性を有するため、表面側１２ａより入射される赤外線はシリコン基板１２の裏面１２ｂに配置された受光素子１４にて良好に受光される。
【００２７】
また、シリコンは、可視光線に対して著しい減衰特性を持っているため、従来必要とされた入射側のフィルターが必要なくなる。なお、赤外線の透過特性と可視光線の減衰特性とを考慮して、シリコン基板１２の板厚は、２０μｍから１００μｍに形成される。
【００２８】
受光素子１４を裏面に配置したことにより、シリコンがフィルターの代わりとなり、外乱光が入射しにくい特性と相俟って、外乱を緩和することができる。したがって、指紋センサ１１は、可視光線の入射を減衰し、赤外線を選択的に受光することができ、ＳＮ比が向上し、精度の高い指紋検証が可能となる。
【００２９】
本実施例の指紋センサ１１は、シリコン基板１２の表側面１２ａが指を直接摺動する摺動面となるが、これは、シリコンがガラス程度の硬度があり、摺動に対して傷が入りにくいという特性に基づくものである。したがって、従来必要とされていたロッドレンズが省略でき、通過波長帯域制限フィルターも不要である。
【００３０】
また、ロッドレンズが指の接触面１３に配置されないため、接触面１３が平坦となり、指を接触面１３に密着して撮像できる。また、シリコン基板の表面１２ａが接地電位もしくは電源電圧電位とできるため、回路部１５は静電破壊に強くなる。
【００３１】
図４は、指紋センサ１１の製造方法を示している。
【００３２】
図４（Ａ）は、指紋センサ６１のシリコン基板６２である。例えば、シリコン基板６２の板厚は、７５０μｍである。シリコン基板６２の上部に受光素子１４と回路部１５とが配置されている。上部の両端もしくは片側には、接続用電極１６が形成されている。図４（Ｂ）では、シリコン基板６２を反転させることにより、シリコン基板６２の上下面が上下反対になる。よって、シリコン基板６２の下部に受光素子１４と回路部１５とが配置された状態となる。図４（Ｃ）は、シリコン基板６２の上部を機械研磨もしくは化学研磨または両者を併用することにより、シリコン基板６３の板厚を薄く形成される。シリコン基板６３は、板厚が２０μｍから１００μｍになるまで研磨される。図４（Ｄ）では、シリコン基板６３をダイシング加工することにより、チップ化した指紋センサ１１が製造される。
【００３３】
最初から板厚の薄いシリコン基板６３に受光素子１４と回路部１５とを配置しようとするとシリコン基板６３に割れが生じ易いため、板厚の厚いシリコン基板６２に受光素子１４と回路部１５とを配置した後、機械研磨もしくは化学研磨または両者を併用することにより、シリコン基板６２の板厚を薄く形成している。
【００３４】
尚、薄板状シリコンウエハのダイシングは、ウエハにクラック等の欠陥を生じやすいため、薄板研磨の前段階でダイシングしたり、レーザを使ったダイシングを行っても良い。
【００３５】
また、シリコン基板の指が接触される表面を保護膜で覆っても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、受光素子がシリコン基板の裏面に配置され、シリコン基板自体がフィルターとして機能するため、赤外線のみ受光素子に照射することができる。ロッドレンズと通過波長帯域制限フィルターとを不要とし、指紋センサの構造を簡略化でき、小型且つ価格を安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指紋センサを示している。（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。
【図２】本発明に係る指紋センサが適用される指紋認証装置を含むシステム構成図を示している。
【図３】シリコン基板の光フィルタ特性を示している。
【図４】指紋センサの製造方法を示している。
【図５】従来の指紋センサを示している。（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１１  指紋センサ
１２  シリコン基板
１３  接触面
１４  受光素子
１５  回路部
１６  接続用電極
１７  回路基板
２１  指紋認証装置
２２  ホストコンピュータ
２３  指検出センサ
【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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