(57)【要約】  本発明は、指紋感知装置及びそのような装置の製造方法に関する。この装置は、読み出し回路構成を有する基板と、基板上に配置される感知チップと、を備える。感知チップは、感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子であって、各感知素子が感知素子と感知装置に載置された指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される感知素子と、基板上の感知チップに設置される接着パッド間に配置されるボンドワイヤであって、それぞれが感知チップを読み出し回路構成に電気的に接続するボンドワイヤと、を備える。ボンドワイヤの一部が感知チップよりも上に突出し、接着剤が感知チップ上に配置され、ボンドワイヤの感知チップよりも上に突出する部分が接着剤に埋設されるように感知チップを覆う。保護板が接着剤によって感知チップに取り付けられる。保護板は外観を形成する。
2017538933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋感知装置であって、
読み出し回路構成を備える基板と、
前記基板上に配置される感知チップであって、前記感知チップは、それぞれが感知素子を有する複数の感知構造であって、前記感知素子の表面が感知平面を形成し、各感知素子が前記感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知構造、を備える感知チップと、
前記感知チップ上に設置される第一の接着パッドと、前記基板上に設置されて前記感知チップを前記読み出し回路構成に電気的に接続する第二の接着パッドと、の間に配置されるボンドワイヤであって、前記第一の接着パッドが前記感知平面に設置され、前記ボンドワイヤの一部が前記感知平面より上に突出する、ボンドワイヤと、
前記感知チップ上に配置されて、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する部分が前記接着剤に埋設されるように前記感知チップを覆う接着剤と、
前記接着剤によって前記感知チップに取り付けられる保護板であって、前記保護板は指紋感知装置の外面を形成する、保護板と、
を備える指紋感知装置。
【請求項２】
前記接着剤は、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する前記部分の高さに少なくとも等しい厚さを有する、請求項１に記載の指紋感知装置。
【請求項３】
前記接着剤は、
前記感知素子に接触して配置される第一の接着剤層と、
中間キャリア層と、
前記保護板に接触して配置される第二の接着剤層と、
を備える接着膜である、
請求項１又は請求項２に記載の指紋感知装置。
【請求項４】
前記第一の接着剤層は、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する前記部分の高さに少なくとも等しい厚さを有する、請求項３に記載の指紋感知装置。
【請求項５】
前記中間キャリア層は誘電材料を含む、請求項３又は請求項４に記載の指紋感知装置。
【請求項６】
前記中間キャリア層は、少なくとも１００Ｖ／μｍ、好ましくは少なくとも２００Ｖ／μｍ、の電界破壊強度を有する材料を含む、請求項５に記載の指紋感知装置。
【請求項７】
前記中間キャリア層はポリイミド薄膜を含む、請求項３から請求項６までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項８】
前記基板上に配置されるとともに前記感知チップを取り囲むフレームであって、前記フレームは感知チップの高さよりも高い基板からの高さ及び前記感知チップと前記接着剤とを合わせた高さよりも低いかその高さに等しい高さを有するフレームをさらに備え、前記基板上に設置される前記第二の接着パッドは前記感知チップと前記フレームとの間に設置される、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項９】
前記フレームと前記保護板との間に配置され、前記フレームと前記保護板との間の隙間を密閉するように構成される密封材をさらに備える、請求項８に記載の指紋感知装置。
【請求項１０】
前記感知チップと前記フレームとの間に配置され、前記感知チップと前記フレームとの間の空間を充填する充填剤をさらに備える、請求項８又は請求項９に記載の指紋感知装置。
【請求項１１】
前記接着剤は前記充填剤を覆うように配置され構成される、請求項１０に記載の指紋感知装置。
【請求項１２】
前記接着剤は前記フレームを覆うように配置され構成される、請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項１３】
前記フレームは、内方に凹み、前記保護板を受容するように構成されるレッジを有するベゼル形状に形成される、請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項１４】
前記保護板は前記フレームに機械的に取り付けられる、請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項１５】
前記フレームは導電性である、請求項８から請求項１４までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項１６】
前記フレームを前記基板に接続する導電接着剤をさらに備える、請求項１５に記載の指紋感知装置。
【請求項１７】
前記基板上に配置される複数のボンドワイヤであって、前記ボンドワイヤは前記基板から突出し、前記基板と前記フレームとの間に前記ボンドワイヤによって電気的接続が形成されるように前記フレームに接触する、ボンドワイヤ、をさらに備える、請求項１５に記載の指紋感知装置。
【請求項１８】
前記保護板と一体化しているフレームであって、前記フレームは前記保護板から前記基板に向かって延伸し、前記基板の前記接着パッドが前記感知チップと前記フレームとの間に設置されるように前記感知チップを包囲する、フレーム、をさらに備える、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項１９】
前記保護板は、前記感知チップの外観と異なる外観を有する、請求項１から請求項１８までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項２０】
前記感知チップは、
複数の電荷増幅器であって、前記感知構造のそれぞれに一つの電荷増幅器が接続され、指と感知構造との間の電位差の変化に起因する感知構造が帯びる電荷の変化を示す感知信号を発する、電荷増幅器をさらに備える、
請求項１から請求項１９までのいずれか一項に記載の指紋感知装置。
【請求項２１】
指紋感知装置を製造する方法であって、前記方法は、
感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子を備える感知チップであって、各感知素子は前記感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知チップ、を提供する工程と、
前記感知チップを、読み出し回路構成を備える基板上に配置する工程と、
前記感知チップの接着パッドを前記基板の対応する接着パッドにボンドワイヤによって接続するワイヤボンディングであって、前記感知チップの前記接着パッドは、前記ボンドワイヤの一部が前記感知平面より上に突出するように前記感知平面に設置される、ワイヤボンディング、を実施する工程と、
接着剤を前記感知チップ上に配置して、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する前記部分が前記接着剤に埋設されるように前記感知チップを覆う工程と、
保護板を前記接着膜上に配置して、前記保護板が前記感知チップに取り付けられるようにする工程であって、前記保護板は前記指紋感知装置の外面を形成する、工程と、
を含む方法。
【請求項２２】
接着剤を前記感知チップに配置する工程は、前記感知素子に接触する第一の接着剤層と、中間キャリア層と、前記保護板に接触するように構成される第二の接着剤層と、を備える接着膜を配置する工程、を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記中間キャリア層は誘電材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
接着剤を配置する工程は、感知チップの全表面領域を覆う接着剤を覆う工程、を含む、請求項２１から請求項２３までにいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
接着剤を配置する工程は、前記接着剤のガラス‐液体間転移温度Ｔg以上の温度で実施される、請求項２１から請求項２４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
指紋感知装置を製造する方法であって、前記方法は、
感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子を備える感知チップであって、各感知素子は前記感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知チップ、を提供する工程と、
前記感知チップを、読み出し回路構成を備える基板上に配置する工程と、
前記感知チップの接着パッドを前記基板の対応する接着パッドにボンドワイヤによって接続するワイヤボンディングであって、前記感知チップの前記接着パッドは、前記ボンドワイヤの一部が前記感知平面より上に突出するように前記感知平面に設置される、ワイヤボンディング、を実施する工程と、
接着剤を前記感知チップ上に配置して、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する前記部分が前記接着剤に埋設されるように前記感知チップを覆う工程と、
接着剤を、前記ボンドワイヤの前記感知平面より上に突出する前記部分が前記接着剤に埋設されるように、前記感知素子に接触する前記感知チップ上に配置する工程と、
保護板部と、前記保護板から突出するフレーム部と、を備えるカバーを形成する工程であって、前記フレーム部は、前記カバーが前記感知チップ及び前記基板上に配置されるときに前記感知チップを取り囲むように構成される、工程と、
前記カバーを、前記保護板部が前記接着剤によって前記感知チップに取り付けられるように、前記感知チップ及び前記基板上に配置する工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は感知装置に関する。特に、本発明は指紋を感知する装置及びそのような装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本人確認のための生体認証装置、特に指紋感知装置の開発が、さらに小型かつ安価でエネルギー効率の優れた装置の開発に至るにつれて、そのような装置に対する潜在的適用例が増大している。
【０００３】
特に、指紋感知が、小さな形状因子、比較的有益な費用対性能因子及び高いユーザの支持により、家電装置などに適用される機会が増大している。
【０００４】
指紋感知素子及び補助論理回路構成を提供するＣＭＯＳ技術に基づいて構築された容量性指紋感知装置を、高精度に指紋を識別可能でありながら小型かつエネルギー効率の優れたものとして製造できるようになるにつれて、そのような感知装置に人気が集まっている。このため、容量性指紋センサが携帯型コンピュータ、タブレット型コンピュータ及びスマートフォンなどの携帯電話のような家電製品に有利に使用されている。
【０００５】
指紋感知チップは、いくつかの感知構造体と指紋センサの表面に置かれた指との間の静電容量を示す指標を提供する一連の容量性感知素子を典型的に備える。感知チップは、一連の感知素子のアドレス指定を扱う論理回路構成をさらに備えてもよい。
【０００６】
さらに、感知チップは、読み出し回路構成を備える独立した読み出し基板に実装されることが多く、感知チップに接触パッドが設けられて、読み出し基板の対応する接触パッドにワイヤボンディングする手段を介した電気的接続を可能にする。読み出し基板は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）であってもよい。
【０００７】
しかし、ワイヤボンドが感知チップの表面から上方に、ボンドにボンドワイヤの湾曲を加えた高さに相当する距離だけ突出してしまい、これを俗にワイヤボンドループ高さと呼ぶ。それに応じて、突出したワイヤボンドのために指紋センサの組み立て及び設計に制約が生じる。特に、多くの適用例では、審美的理由と感知面の隆起部分が突出部分の近傍で指の一部を持ち上げることになるという理由とによって、平坦な指紋感知装置を提供することが望ましい。
【０００８】
平坦な感知面を達成するために、突出したワイヤボンドを覆うのに充分な厚みがある上塗り層を設けることによって平坦な外表面を形成することが可能である。しかし、塗りの厚みが増すほど、表面に置かれた指と塗りの下に位置する感知素子との間の容量結合の脆弱度が増し、感知装置の精度の低下につながる。
【０００９】
米国特許ＵＳ２０１１／０２５４１０８号には、保護板を設けることによって、容量結合の向上という上記の問題を解消する指紋感知装置が開示される。この保護板には、その表面に置かれた指とその下に位置する感知素子との間の容量結合を強化する誘電特性が認められる。
【００１０】
しかし、指紋感知装置の表面と感知構造との間の距離を縮小して容量結合を強化することがさらに望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
指紋感知装置の上記の望ましい特性及び先行技術の上記の欠点をはじめとする欠点に鑑みて、本発明は、指紋感知装置の向上とそのような装置を製造する方法との提供を目的とする。
【００１２】
そこで、本発明の第一の態様によれば、読み出し回路構成を備える基板と、基板上に配置される感知チップであって、感知チップは、それぞれが感知素子を有する複数の感知構造であって、感知素子の表面が感知平面を形成し、各感知素子が感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知構造を備える、感知チップと、感知チップ上に設置される第一の接着パッドと、基板上に設置されて感知チップを前記読み出し回路構成に電気的に接続する第二の接着パッドとの間に配置されるボンドワイヤであって、第一の接着パッドが感知平面に設置され、ボンドワイヤの一部が感知平面より上に突出するボンドワイヤと、感知チップ上に配置されて、ボンドワイヤの感知平面より上に突出する部分が接着剤に埋設されるように感知チップを覆う接着剤と、接着剤によって感知チップに取り付けられる保護板であって、保護板は指紋感知装置の外面を形成する保護板と、を備える指紋感知装置が提供される。
【００１３】
感知チップは、本明細書中では、一般に一列に配置される導電性板又は導電性パッドの形態の複数の感知素子を備えるチップとして理解する必要がある。感知素子は各感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の容量結合を形成することができる。各感知素子の容量結合を読み出すことによって、指紋の隆線及び谷線を容量結合の距離依存性の結果として検出することができる。充分な解像度の指紋画像を達成するために、感知素子は指の特徴（隆線及び谷線）よりも実質的に小さいのが典型である。一般に、チップをダイスと呼ぶこともある。
【００１４】
保護板は、保護板に載置される指と感知チップの感知素子との間の容量結合を良好なものにするために、誘電材料（誘電体）を典型的に備える。特に、保護板は、化学的強化ガラス、ＺｒＯ2又はサファイアのようなガラス又はセラミック材料を有利に含んでもよい。上記の材料はいずれも、摩耗及び断裂に強く耐性があり、誘電性があるために保護板の表面に載置される指と感知装置の感知素子との間の容量結合を良好なものにするという有利な特性をもたらす。本明細書に記載される保護板は、指紋感知装置の外面を形成するのが一般的である。
【００１５】
本発明の種々の実施形態による感知装置は、従来の硬質ＰＣＢ基板上に形成されるか、柔軟な種類の基板を用いて実装されてもよい。
【００１６】
ワイヤボンドは、本明細書の適用例に使用するのに適したものであればいかなる種類のワイヤボンドにも本明細書では言及し、そのため、特定のボンディング法に限られるものではない。例えば、ワイヤボンドは、ボールバンプ（即ち、スタッドバンプ）を感知チップに形成するボールワイヤボンドであってもよい。ワイヤボンドはこのほか、感知チップ上のワイヤボンドの高さを低くするためにボールバンプを基板に形成する、いわゆる逆ワイヤボンドであってもよい。ワイヤボンドループ高さは、ボンディングパッドが設置される平面と同一の平面であると考えられている感知平面から見たときのボンドワイヤループの最高点として定義される。さらに、接着パッドはランディングパッドと呼んでもよい。
【００１７】
感知チップを覆うように接着剤を配置するということは、感知チップと保護板との間に均一な接着力及び均一な電気的特性を提供するために、感知チップの全領域を実質的に覆うように接着剤を配置するのが望ましいことを意味する。
【００１８】
本発明は、保護板を感知チップに取り付けるのに使用される接着剤にボンドワイヤを埋設することによって、感知平面とセンサ表面との間の距離を縮小できるようにすることに基づくものである。距離を縮小することにより、容量結合が向上し、センサ感度が向上する。さらに、スペーサー層などがボンドワイヤループ高さを補うのに必要ではなく、ボンドワイヤの設置箇所で接着剤を変更する必要がないため、感知チップ表面全体にわたって均一な接着剤を使用することもできる。別の利点として、本発明の指紋感知装置には鋳造が必要ではないため、コストのかかる製造工程を除去することができる。
【００１９】
本発明のさらに別の利点として、通常の厚さで高精度であり、感知チップ領域の両端の間で高い均一性を発揮する接着剤が提供される。センサ装置の全体の精度及び均一性に対しては厳しい要求があるのが普通であるため、接着剤の厚さの精度が高ければ保護板の平面性が低下してもよいことになる。このため、平面性／精度の低い保護板を用いる場合の厚さの変化に対する全体的な公差を維持することが可能となり、ひいては表面粗度が高めの保護板を使用できるようになるため、コストを削減できる。さらに、この発明概念は、鋳造工程と比べたとき、金型の配置精度にもウェーハの裏面研削公差にも左右されることがない。
【００２０】
さらに、本発明の種々の実施形態による感知装置には、接着パッドを感知チップ上に配置する縁トレンチの使用のような感知素子と指との間の距離を縮小する別の解決方法を超える利点がある。特に、縁トレンチを用いると、感知領域の外側に一定の領域が必要になるのに対し、本発明の感知装置では接着パッドの設置の柔軟性が増すため、領域をさらに効率的に利用することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、接着剤はボンドワイヤの感知平面より上に突出する部分の高さに少なくとも等しい厚さを有するのが好ましい。保護板とボンドワイヤとの分離状態を維持してＥＳＤ（静電放電）現象による障害のリスクを下げるのが望ましいため、ボンドワイヤのループ高さよりも厚みのある接着剤を用いてボンドワイヤと保護板とが確実に接触しないようにする。
【００２２】
本発明の一実施形態では、接着剤は有利に、感知素子に接触して配置される第一の接着剤層と、中間キャリア層と、保護板に接触して配置される第二の接着剤層と、を備える接着膜であってもよい。中間キャリア層は、その柔軟性を維持しつつ機械的安定性を接着膜に付与するように作用する。これにより、第一の接着剤層の厚さがボンドワイヤループ高さよりも低くなるように選択されたとしても、中間キャリア層は、ワイヤボンドループ高さが低くなるように、感知チップ上に接着膜が載置されている間にボンドワイヤに押し付けられるように作用することが可能である。これは、ワイヤボンドループ高さが第一の接着剤層の厚さによって規定され、ワイヤボンドと保護板との間の距離が第二の接着剤層の厚さ及び中間キャリア層の厚さによって規定され、感知平面と保護板との間の距離がテープの全厚によって規定されるというように、明確に規定された装置を提供することになるため、有利である。上記の接着膜を両面接着膜又は両面テープと呼んでもよい。厚さ及び均一性の精度が高いこの適用例に使用するのに適したそのような両面テープは市販されている。
【００２３】
本発明の一実施形態では、中間キャリア層は誘電材料を有利に備えてもよい。接着剤は絶縁され、高い電界破壊強度を有するのが好ましい。このため、電界破壊強度の高い接着剤が感知素子を静電放電から保護する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、中間キャリア層は、少なくとも１００Ｖ/μｍ、好ましくは少なくとも２００Ｖ/μｍの電界破壊強度を有する材料を有利に含んでもよい。原則として、できるだけ高い電界破壊強度を有するのが望ましい。
【００２５】
一実施形態では、誘電材料はポリイミド薄膜であってもよい。電気絶縁破壊に対する耐性が高い誘電体膜の形態の中間キャリア層を使用することにより、ＥＳＤ放電がボンドワイヤに到達するリスクが低下し、ボンドワイヤと保護板との間の距離の縮小、即ち、接着テープの第二の接着剤層の厚さの縮小が可能となる。原則として、第二の接着剤層の厚さは、厚さが保護板と感知チップとの接着が適切かつ信頼できるものになるのに充分なものでなければならないということを意味する接着剤特性によって制限されるに過ぎない。ポリイミドは、有利なＥＳＤ特性を有することで知られている。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、指紋感知装置は基板上に配置されるとともに感知チップを取り囲むフレームをさらに備えてもよい。フレームは感知チップの高さよりも高い基板からの高さ及び感知チップと前記接着剤とを合わせた高さ以下の高さを有する。基板接着パッドは感知チップとフレームとの間に設置される。フレームは、のり又はテープのような接着剤によって基板に機械的に取り付けられてもよい。
【００２７】
本発明の一実施形態では、指紋感知装置は、フレームと保護板との間に配置され、フレームと保護板との間の隙間を密閉するように構成される密封材をさらに備えてもよい。
【００２８】
さらに、本発明の一実施形態では、指紋感知装置は、感知チップとフレームとの間に配置され、感知チップとフレームとの間の空間を充填する充填剤をさらに備えてもよい。フレームは、フレームと感知チップとの間に形成される空間に液体形態で注入される充填剤の使用を可能にするバリアとして作用する。注入後、充填剤は硬化して基板上のボンドワイヤ及び接着パッドを保護する。特に、ボンドワイヤの基板の接着パッドに対する物理的接続は、周囲の材料に適切に埋設されない場合には、機械的衝撃による損傷の影響を受けやすい。液状充填剤の使用を可能にするために、フレームは、感知チップがフレームに包囲されるように感知チップの全周に沿って配置される。
【００２９】
本発明の一実施形態では、接着剤は、充填剤を覆うように有利に配置されてもよい。これにより、接着剤は、接着剤と充填剤とを併用してボンドワイヤを原則として全体的に埋設するように、感知チップの領域の外側に延伸する。このため、ボンドワイヤに対する機械的衝撃があった場合の損傷あるいは腐食による損傷のリスクはさらに減少する。さらに、接着剤を延伸して充填剤をも覆うことによって、保護板に対して機械的支持及び接着力をさらに付与する。保護板も感知チップの領域の外側に延伸してもよい。充填剤は感知チップの全高に達するのが理想である。しかし、充填剤は実際には感知チップの高さよりもわずかに低くてもよい。そのため、充填剤と感知チップとの間の高さの差を補うために、接着剤が基板の表面平面よりも下に膨らむように圧縮可能な接着剤を有利に使用してもよい。これにより、ボンドワイヤは接着剤及び充填剤によって埋設可能である。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、フレームは、内方に凹み、前記保護板を受容するように構成されるレッジを有するベゼル形状に有利に形成されてもよい。ベゼル形状のフレームを用いると、保護板はベゼルのレッジに載置された場合に横方向の動きが制限されるため、保護板をベゼルに正確に載置するのが容易になる。ベゼルはこのほか、保護板と周囲面との間の隙間にてセンサに侵入する塵及び湿気からの保護をさらに提供する。
【００３１】
ベゼルが、指紋センサの保護板を取り囲むフレームの提供に際し、美的目的上も望ましいものであってもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、保護板は、保護板及びフレームを備えるアセンブリを形成するように、フレームに機械的に有利に取り付けられてもよい。保護板は、フレームに、例えば、融合又は接着されてもよい。アセンブリは、感知チップ上に配置される接着剤によって所定の位置に搭載され、保護板を感知チップに取り付けてもよい。アセンブリを感知チップ上に配置した後、フレームと基板との間に意図的に空隙を設けるか、製造工程での公差のために実際問題として空隙が生じてもよい。
【００３３】
機械的接着のためにもアセンブリと感知チップとの間の隙間を密閉するためにもフレームと基板との間に接着剤を配置し、塵及び湿気が感知チップに到達する可能性を有利に排除してもよい。アセンブリを搭載するときにアセンブリの保護板が感知チップに取り付けられるのと同時にアセンブリのフレームが基板に取り付けられるように、接着剤が、例えば、基板に予め配置されていてもよい。これとは別に、アセンブリの搭載後に、フレームと基板との間に形成される空隙に外部から接着剤が注入されてもよい。角度付きディスペンサーが接着剤をそのような空隙に注入するのに有利に使用されてもよい。アセンブリのフレーム部と基板との間に接着剤を配置することによって、感知チップはアセンブリによって全体的に密封され、塵及び湿気がボンドワイヤ又は感知チップに到達することがないようにする。これにより、封入はボンドワイヤを腐食、塵及び／又は湿気から保護するように作用するであろうことから、原則として感知チップとフレームとの間に充填剤を使用する必要がなくなる。基板上の接着パッド及び接着突起は「グロブトップ（glob‐top）」のような滴状のエポキシ材料内に封入され、接着剤を機械的衝撃から保護してもよい。センサチップとフレームとの間の充填剤が必要ないようにすることによって、複雑で費用のかかる製造工程を除外できる。これとは別に、充填剤が厳格に要求又は要望される適用例では、充填剤を「裏面」、即ち、基板の開口から注入してもよい。保護板をフレームに機械的に取り付けることのこのほかの利点について、感知装置の製造方法に関連づけて以下で考察する。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、フレームは、指紋感知装置をＥＳＤから保護するために有利に導電性であってもよい。導電性パスを基板に提供している導電性フレームが静電放電の導体として作用し、帯電が感知チップ及び読み出し回路構成の構成要素に損傷を与える可能性がある場合に、帯電を安全に除去して帯電がボンドワイヤ及び／又は感知素子及び感知チップに到達するのを防ぐであろう。フレームは、例えば、フレームを基板の導電部に配置したり、フレームを導電接着剤で基板に取り付けたりすることによって、基板に電気的に接続されてもよい。導電接着剤は、例えば、導電性エポキシ材料であってもよい。
【００３５】
さらに、フレームは、導電接着剤と非導電接着剤とを併用することによって、機械的かつ電気的に基板に接続されてもよい。充分なＥＳＤ保護を達成するために、導電接着剤をフレームと基板との間の選択位置に配置するだけで充分であってもよいのに対し、残りの部分を非導電接着剤で充填してもよい。非導電接着剤は、導電接着剤が非導電接着剤よりも高価であるため都合がよい。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、指紋感知装置は、基板上に配置される複数のボンドワイヤをさらに備えてもよい。ボンドワイヤは基板から突出し、基板とフレームとの間にボンドワイヤによって電気的接続が形成されるようにフレームに接触する。ボンドワイヤを基板上に、例えば、ボンドワイヤループが基板より上に所定の高さを有するように配置することによって、導電接着剤を用いずにフレームと基板との間に電気的接続を形成してもよい。フレームと基板との間の隙間を密閉するのが望ましいのであれば、上記のように非導電接着剤を用いてもよい。
【００３７】
本発明の一実施形態では、保護板は感知チップの外観と異なる外観を有利に有してもよい。接着剤は保護板が搭載される前に感知チップに配置される可能性があるため、保護板が特定の外観又はサイズを有することを要求されること、即ち、保護板の外観が感知チップ又は接着剤の外観に影響を受けることはないため、自由造形の保護板を使用できる。このため、センサのいかなる動作部分も改良することを必要とせずに、保護板が特定の適用例に適切な任意の形状およびサイズを有するようにすることができる指紋感知装置が提供される。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、指紋感知装置は、保護板の一体部分であるフレームをさらに備えてもよい。フレームは保護板から基板に向かって延伸し、基板の接着パッドが感知チップとフレームとの間に設置されるように感知チップを包囲する。フレームが保護板の一体部分であるということは、保護板とフレームとが全く同一の材料から一体に作成されているということを意味すると解釈する必要がある。保護板とフレームとは、例えば、所望の形状にするために鋳造又はエッチングすることがあるセラミック材料又はガラス材料から作成してもよい。次に、フレーム及び／又は保護板の選択部分を金属化して所望のＥＳＤ偏向特性を付与してもよい。当業者に知られている従来の金属化技術を用いて金属化を実施できる。
【００３９】
本発明の一実施形態では、指紋感知装置は、複数の電荷増幅器をさらに備えてもよい。感知構造のそれぞれに一つの電荷増幅器が接続され、指と感知構造との間の電位差の変化に起因する感知構造が帯びる電荷の変化を示す感知信号を発する。
【００４０】
本発明の第二の態様によれば、指紋感知装置を製造する方法が提供される。この方法は、感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子を備える感知チップであって、各感知素子は前記感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知チップを提供する工程と、感知チップを、読み出し回路構成を備える基板上に配置する工程と、感知チップの接着パッドを基板の対応する接着パッドにボンドワイヤによって接続するワイヤボンディングであって、感知チップの接着パッドは、ボンドワイヤの一部が感知平面より上に突出するように感知平面に設置される、ワイヤボンディングを実施する工程と、接着剤を感知チップ上に配置して、ボンドワイヤの感知平面より上に突出する部分が接着剤に埋設されるように感知チップを覆う工程と、保護板を接着膜上に配置して、保護板が感知チップに取り付けられるようにする工程であって、保護板は指紋感知装置の外面を形成する工程と、を含む。
【００４１】
本発明の第二の態様の効果および特徴の多くが本発明の第一の態様に関連づけて上記で説明した効果および特徴と大部分は類似している。しかし、製造方法に関する特別な利点について、下記でさらに考察する。
【００４２】
請求項に記載の製造方法の利点としては、接着剤を感知チップ上に配置して、接着剤の外観を保護板の外観に合致させる必要がないという効果を得るという点があげられる。これにより、保護板の形状を独立して選択できるため、自由造形の保護板を使用することができるようになる。これに比べて、既知の製造方法では、接着剤をウェーハ全面又はそれよりも大きな基板上に積層し、その後、ウェーハから複数の保護板を形成する積層法を利用することが多い。このとき、従来の切断方法を用いると、保護板の外観が正方形か長方形に制限されるであろう。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、接着剤を配置する工程は、接着剤のガラス−液体間転移温度Ｔgより高い温度で有利に実施されてもよい。これにより、接着剤は、感知チップ上に載置されたときにボンドワイヤを容易に封入できるほど（自由流動性はないが）柔軟である。さらに、接着剤はこのほか、本発明の種々の実施形態に関連づけて上記で考察したように、感知チップの外側に延伸するように配置されてもよい。
【００４４】
本発明の第三の態様によれば、指紋感知装置を製造する方法が提供される。この方法は、感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子を備える感知チップであって、各感知素子は感知素子と指紋感知装置の外面に載置される指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される、感知チップを提供する工程と、感知チップを、読み出し回路構成を備える基板上に配置する工程と、感知チップの接着パッドを基板の対応する接着パッドにボンドワイヤによって接続するワイヤボンディングであって、感知チップの接着パッドは、ボンドワイヤの一部が感知平面より上に突出するように感知平面に設置される、ワイヤボンディングを実施する工程と、接着剤を感知チップ上に配置して、ボンドワイヤの感知平面より上に突出する部分が接着剤に埋設されるように感知チップを覆う工程と、接着剤を、ボンドワイヤの感知平面より上に突出する部分が接着剤に埋設されるように、感知素子に接触する感知チップ上に配置する工程と、保護板部と保護板から突出するフレーム部とを備えるカバーを形成する工程であって、フレーム部は、カバーが感知チップ及び基板上に配置されるときに感知チップを取り囲むように構成される、工程と、カバーを、保護板部が接着剤によって感知チップに取り付けられるように、感知チップ及び基板上に配置する工程と、を含む。
【００４５】
本発明の第三の態様の付加的な効果および特徴は本発明の第一の態様及び第二の態様に関連づけて上記で説明した効果および特徴と大部分が類似している。
【００４６】
本発明のこのほかの特徴及び利点は添付請求項及び以下の説明を検討したときに明らかになるであろう。当業者は、本発明の異なる特徴を組み合わせて、本発明の範囲を逸脱することなく、以下に記載した実施例以外の実施例を作成する余地のあることを理解している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
ここで、本発明のこれまでに記載した態様及び他の態様を、本発明の実施形態を例示する添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００４８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による指紋感知装置を備える携帯型電子装置の概略図である。
【図２ａ】図２ａ−ｂは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図２ｂ】図２ａ−ｂは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による指紋感知装置の概略図である。
【図９ａ】図９ａ−ｂは、本発明の指紋感知システムの各実施形態に組み込まれた感知素子の構成を例示する概略図である。
【図９ｂ】図９ａ−ｂは、本発明の指紋感知システムの各実施形態に組み込まれた感知素子の構成を例示する概略図である。
【図１０ａ】図１０ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１０ｂ】図１０ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１０ｃ】図１０ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１０ｄ】図１０ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１１ａ】図１１ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１１ｂ】図１１ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１１ｃ】図１１ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１１ｄ】図１１ａ−ｄは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１２ａ】図１２ａ−ｃは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１２ｂ】図１２ａ−ｃは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【図１２ｃ】図１２ａ−ｃは、本発明の一実施形態による指紋感知装置の製造方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
この詳細な説明では、本発明の指紋感知装置の種々の実施形態について、容量性指紋感知装置を参照して主に考察する。このほか、指紋感知装置を製造する方法を考察する。
【００５０】
図１は、指紋感知装置１０２を備える携帯型装置１００の概略図である。指紋感知装置１０２は、携帯電話、タブレット型コンピュータ、携帯型コンピュータなどをはじめとして、ユーザを識別及び／又は認証する手段を必要とする電子装置に使用することができる。
【００５１】
図２ａは、基板１０４を備える指紋感知装置１０２の拡大図の形態をとった概略図である。この基板は、基板１０４上に配置される指紋感知チップ１０６によって提供される情報を読み取る読み出し回路構成（図示しない）を備える。基板１０４は、従来のプリント基板（ＰＣＢ）、可撓性基板をはじめとして、手元のアプリケーションで使用するのに適した各種基板又は担体であってもよい。
【００５２】
感知チップ１０６は、感知平面を形成する表面を有する複数の感知素子１０８をさらに備える。各感知素子１０８は、感知素子と指紋感知装置１０２の外面１１０に置かれた指との間の電磁結合を示す信号を発するように構成される。信号は、感知チップ１０６上に設置された一連の第一の接着パッド１１４のそれぞれと基板１０４上に設置された一連の第二の接着パッド１１６のそれぞれとの間に配列された複数のボンドワイヤ１１２によって基板の読み出し回路構成に提供され、これにより感知チップ１０６を基板１０４の読み出し回路構成に電気的に接続する。
【００５３】
図２ａ、さらに詳細には図２ｂの断面図に示すように、各ボンドワイヤ１１２の一部が感知チップ１０６の感知平面より上に突出する。図２ｂに図示されているのは、いわゆる反転ワイヤボンドであり、接着突起２０２は基板１０４上に設置されているが感知チップ１０６上には設置されていない。このため、反転ワイヤボンドが全体のワイヤボンドループ高さの低減を促進する可能性がある。しかし、他の種類のワイヤボンドを使用している実施例にも本発明の種々の利点を等しく適用可能である。図２ａ及び図２ｂは、保護板１２０を感知チップ１０６に機械的に取り付ける接着剤１１８をさらに図示する。接着剤は、図２ａでは感知チップ１０６と同一のサイズおよび形状を有するものとして図示され、図２ｂでは感知チップ１０６を覆って、感知平面より上に突出するボンドワイヤ１１２の一部が接着剤内に埋設されるようにように配置される。図２ｂでは、ボンドワイヤ１１２の接着剤１１８内に埋設された部分はワイヤの感知チップ１０６の真上にある部分であることがわかる。接着剤１１８には、ボンドワイヤ１１２のループ高さよりも大きい厚みがあり、ボンドワイヤ１１２が保護板１２０に接触しないようになっている。保護板１２０は、指紋感知装置の表面を形成する最上層として用いるのに適したセラミック材料、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、サファイア又は化学的強化ガラスのような任意の種類の絶縁材料を構成してもよい。
【００５４】
図２ｂは、感知チップ１０６と囲みフレーム１２２との間の空間に配置された充填剤２０４をさらに図示する。充填剤２０４は、ボンドワイヤ１１２及び接着突起２０２を腐食の原因となる汚染物質及び湿気から保護し、ボンドの機械的衝撃に対する回復力を向上させるために作用する。図２ａに図示されるようにフレーム１２２が感知チップ１０６を全体的に包囲し取り囲むことは、空間を完全に充填するのに好都合な充填特性を発揮することにもなる液体形態で充填剤２０４を設けてもよいことを意味する。感知チップ１０６とフレーム１２２との間の空間が一つの連続した空間として図示されているとしても、空間は充填剤２０４で別々に充填される区画に同じように良好に分割されてもよい。製造工程に発生する不正確な動作のために、感知チップ１０６と接着剤１１８とを合わせた高さと正確に一致するフレーム１２２を製造することができない可能性がある。このため、フレーム１２２は、感知チップ１０６と接着剤１１８とを合わせた高さを超えないフレーム高さを確保するように製造されてもよく、これにより、フレーム１２２と保護板１２０との間に小隙間２０８が残ることがある。フレーム１２２はベゼルと呼ばれる場合がある。
【００５５】
フレーム１２２は、感知チップ１０６及びボンドワイヤ１１２を静電衝撃放電（ＥＳＤ）から保護するために作用できるように導電材料から作成されるのが好ましい。指と感知装置１０２の表面１１０との間に蓄積される帯電がその後導電性フレーム１２２によって下方の基板１０４又は専用のＥＳＤ回路構成まで誘導されるであろう。基板１０４では、フレームは、接地電位などの既知の電位を有する基板１０４の少なくとも一つの電極に接続されている。
【００５６】
図３は、多くの点で図２ｂの装置１０２に類似する指紋感知装置３０２の概略図である。しかし、図３では、接着剤は、三層からなる接着膜３０４の形態で設けられる。接着膜３０４は、接着テープ、特に両面接着テープと呼ばれることもある。接着膜３０４は、感知チップ１０６の表面に接触して配置される第一の接着剤層３０６と、中間キャリア層３０８と、保護板１２０に接触して配置される第二の接着剤層３１０と、を備える。上記種類の接着膜が用いられる場合、第一の接着剤層３０６は、ワイヤボンドループ高さよりも小さい厚さを有するものが選択されることがある。そのとき、中間キャリア層３０８は、接着膜３０４が感知装置１０６上に載置されている間にボンドワイヤ１１２を押し下げるように作用し、ワイヤボンドループ高さが低減されるであろう。これにより、接着剤の全厚が低減され、次には感知装置の表面１１０に載置された指と感知素子との間の距離を低減して容量結合が向上する可能性がある。さらに、接着剤は、高誘電率を有利に有し、指と感知素子との間の容量結合をさらに強化する可能性がある。
【００５７】
実施例では、ボンドワイヤループ高さは５０μｍ、許容範囲±２０μｍであり、第一の接着剤層３０６は厚さが４０μｍである。中間キャリア層３０８は、ボンドワイヤ１１２に接触したときにはいくぶん曲がることができるのに対し、ボンドワイヤ１１２が保護板１２０に近づきすぎたり到達したりするのを防ぐのに充分な硬さになる程度の柔軟性があるのが好ましい。中間キャリア層３０８を備える接着膜３０４の形態の接着剤を主に参照して、以下に例示する実施例を考察したとしても、例示した実施例の利点及び特徴の多くが単一層の接着剤を使用した場合にも同じように適用可能である。
【００５８】
その上、中間キャリア層は誘電材料を備えてもよく、誘電材料は少なくとも１００Ｖ/μｍの電界破壊強度を有することが好ましく、少なくとも２００Ｖ/μｍを有することがさらに好ましい。誘電材料で作成された中間キャリア層３０８を用いるとＥＳＤが接着膜３０４を介して感知装置に到達するリスクが軽減されるであろう。その代わりに、いかなる帯電も感知装置１０６を囲む導電性フレーム１２２を介して偏向され放電される可能性が高まるため、基板１０４への経路の耐性が低下するであろう。特に、保護板１２０の表面１１０に載置されるかその近くにある指からの放電には、空気の電界破壊強度が保護板１２０及び接着膜３０４のキャリア層３０８よりも著しく低いため、保護板１２０側の空気を通過してフレーム１２２に到達する傾向が強い。キャリア層３０８の誘電材料は、例えば、電界破壊強度が高いため有利なＥＳＤ特性を有することで知られているポリイミドであってもよい。
【００５９】
図３は、保護板１２０とフレーム１２２との間の隙間２０８に配置される密封材３１２をさらに図示する。密封材３１２は装置を密封して感知チップ１０６及びボンドワイヤ１１２をフレーム１２２及び保護板１２０によって密閉するように作用する。密封材３１２は、例えば、保護板１２０を取り付ける前にフレーム１２２上に配置されるエポキシ材料であってもよい。
【００６０】
図４は、接着膜４０４が感知チップ１０６の領域の外側に延在し、ほかにも少なくとも充填剤２０４の部分を覆う指紋感知装置４０２を図示する。図４からわかるように、ボンドワイヤ１１２は、接着剤３０６及び充填剤２０４によってほとんど完全に封入され、ボンドワイヤ１１２の全体が汚染物質、腐食及び機械的損傷からほとんど完全に保護される。接着膜４０４はこのほか、第一の接着剤層３０６が図４に示されるように感知チップ１０６の表面の平面よりも下に膨張するようにわずかに圧縮可能であるように作成可能である。これにより、充填剤２０４が感知チップ１０６の高さに充分に到達しない場合に、ボンドワイヤ１２２のさらに大きな部分又は全部を埋設できる。これは、充填剤２０４の注入などの製造工程に不正確な動作がある場合に発生することがある。接着剤層を感知チップ１０６上に配置する前に充填剤を注入する実施形態では、充填剤２０４は、感知チップ１０６の高さに充分には到達しないように意図的に設けて、充填剤２０４が感知チップ１０６の感知素子１０８まで行き着くことがないようにしてもよい。
【００６１】
図５は、接着剤５０４が感知チップ領域１０６の外側のほか、充填剤２０４の外側に延在するように配置され、充填剤２０４もフレーム１２２も覆う指紋感知装置５０２の実施形態を概略的に図示する。ここで、フレーム１２２は、支持され取り付けられる保護板の領域が広がるため、保護板に対する機械的支持を追加し、保護板の接着を向上させることがある。さらに、圧縮可能接着剤を用いると、フレーム１２２が感知チップ１０６の表面よりもわずかに低い場合でも接着剤がフレーム１２２の表面に接触する可能性があるため、フレーム高さの製造上の不正確さを軽減する可能性がある。
【００６２】
図６は、保護板１２０を受容するように構成されるレッジ６０６を有するベゼル状フレーム６０４を備える指紋感知装置６０２の実施形態を概略的に図示する。受容レッジ６０６を備えるこのようなフレーム６０４はベゼル６０４と呼ばれることがある。ベゼルの使用には、審美的理由により望ましい場合がある可視フレームによって指紋センサを取り囲めるという効果がある。さらに、ベゼル６０４は、汚染物質及び湿気がボンドワイヤ１１２に到達するのをさらに困難にするため、ボンドワイヤ１１２の保護機能を向上させるものである。ベゼルを使用する利点にはこのほか、潜在的ＥＳＤがさらに容易に導電性ベゼル６０４に到達するため、ＥＳＤ保護が向上するという点がある。
【００６３】
図７は、保護板１２０とフレーム１２２とを接合してアセンブリ７０４を形成する感知装置７０２を概略的に図示する。一般に、アセンブリ７０４は、アセンブリ７０４を基板１０４及び感知チップ１０６に取り付ける前に形成される。フレーム１２２と保護板とは、例えば、融合又は接着してアセンブリ７０４を形成してもよい。アセンブリ７０４は二つの別々の部材、フレーム１２２及び保護板１２０から形成されるように図示されているが、フレームと保護板とが一体となるようにアセンブリを単一材料から鋳造などによって形成することもできる。図７は、アセンブリ７０４のフレーム１２２と基板１０４との間に配置される密封材７０６をさらに図示する。密封材７０６は、アセンブリ７０４を取り付ける前に基板１０４上に事前に堆積させるか、アセンブリ７０４を取り付けた後に角度付きディスペンサーを用いて注入してもよい。なお、アセンブリ７０４は、感知チップ１０６とアセンブリ７０４の保護板１２０の部分との間に配置される接着剤１１８によって、感知チップ１０６に大部分が接着されている。
【００６４】
密封材７０６によって、フレーム１２２と感知チップ１０６との間のボンドワイヤ１１２が設置される空間は全体的かつ気密に密閉することができるため、汚染物質も湿気もボンドワイヤ１１２に到達することがなくなる。このため、充填剤が必要なくなるため、製造工程がさらに単純になる。しかし、ボンドワイヤ１１２を、特にボンドワイヤ１１２が基板１０４に接触する位置、即ち、接着突起２０２で、機械的衝撃に起因して損傷しないように保護する必要は依然として残ることがある。このような保護は、接着突起２０２を取り囲む密封材７０８を堆積することによって達成可能である。密封材７０８は、例えば、グロブトップ（glob‐top）塗料のようなエポキシ材料であってもよい。ＥＳＤのためにフレームと基板との間の電気的接続を良好にするため、密封材７０６は導電性エポキシのような導電材料を有利に含む。フレームの周囲の選択位置のみに導電密封材を使用できるようにしてもよく、このとき、選択位置は、接地されるか専用ＥＳＤ回路に接続される基板１０４上の接続パッドに一致してもよい。このとき、残りの部分は非導電密封材で充填されてもよい。これとは別に、あるいはこれに併せて、基板１０４は、フレーム１２２がボンドワイヤループを介して基板１０４に電気的に接触するように基板１０４の選択位置から突出するボンドワイヤ及び／又はボンドワイヤループ（図示しない）を備えてもよい。ループは、フレームが取り付けられたときにフレームによって押圧されて充分な接触を確保できるように、基板１０４よりも上方に充分に高く突出する必要がある。これにより、フレーム１２２は、導電密封材を必要とせずに電気的に接地されるかＥＳＤ回路構成に接続される。
【００６５】
さらに、アセンブリ７０４を用いると、異なる部品を用いることによる加工の変化に関する潜在的問題を軽減する。実際には、フレーム１２２の高さを充分な程度まで正確に制御するのは、困難であったり、及び／又はコストのかかるものであったりすることがある。上記のようにアセンブリ７０４及びフレームと基板１０４との間の密封材７０６を用いることにより、フレーム１２２の製作公差を考慮に入れる必要がなくなるため、保護板１２０と感知チップ１０６との間の最適な連結が可能となる。アセンブリ７０４を用いるとこのほか、フレーム１２２と基板１０４とが連結され、保護板の表面１１０とフレーム１２２との間の距離が最小になるため、有利なＥＳＤ特性が得られる。
【００６６】
上記のようにアセンブリを用いることによって、全体的に封入されたボンドワイヤを達成することが可能であったとしても、フレームと感知チップ１０６との間の空間に充填剤を用いることが依然として望ましい場合がある。図８は指紋センサ装置８０２を概略的に図示するものであり、充填剤８０４を装置の裏側から基板１０４の開口８０６を介して注入できる。開口８０６は基板１０４の接着パッドに干渉することがないように配置される。
【００６７】
ここで、図９ａ及び図９ｂを参照して指紋センサの上記実施形態に含まれる感知素子１０８の例示構成９０４について説明する。明確にするために、感知装置の接着剤層及び保護板は図示しない。
【００６８】
図９ａに示すように、感知素子１０８は三つの導電層、即ち、最上層の導電層Ｍ３、中間層の導電層Ｍ２及び最下層の導電層Ｍ１から形成される層構成で形成される。導電層Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１それぞれの下には絶縁誘電材料の第一の層５１、第二の層５２及び第三の層５３が配置され、導電層Ｍ３を覆うように絶縁層５０が配置される。導電層の材料には一般に銅、アルミニウム及びドープ多結晶シリコーンが挙げられる。絶縁層の材料には一般にＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＮＯｘ及びスピンオンガラスが挙げられる。
【００６９】
その上、感知素子１０８を形成するのに用いられる層状構造は、センサ接地電位ＶLに対して一定のアナログ電圧電位ＡＶddに保持される導電層によって構成される第四の層Ｐ２（第二のポリシリコン）を備えてもよい。また、同じくセンサ接地電位ＶLに保持される導電層によって構成され、静電遮蔽として機能する第五の層Ｐ１（第一のポリシリコン）が設けられる。この二つの層Ｐ２、Ｐ１のそれぞれの下に絶縁誘電材料の第四の層６３及び第五の層６４が設けられる。最下部には、電荷増幅器５４のような動的機器を備える半導電性基板層Ｄ１が設けられる。導電層Ｐ２、Ｐ１のほか上記の下部導電層Ｍ１は、例えば、電気的接続、抵抗及び電気的遮蔽のルーティングに用いられてもよい。このほか、導電層Ｐ２、Ｐ１のいずれかを、第二の金属層Ｍ２の代わりに各感知素子９０４の下部電極５５を形成するのに用いてもよい。
【００７０】
図９ａに示される感知素子１０８は、最上部の導電層Ｍ３に形成される感知構造７０を備える。感知構造７０は、電荷増幅器５４、下部電極５５、リセットスイッチ５６及びサンプルホールド回路構成６５を備える感知素子回路７２に接続される。
【００７１】
図９ａに示すように、感知構造７０は電荷増幅器５４の負の入力端子５８に接続される。電荷増幅器５４の正の入力端子５９はセンサ接地電位ＶLに接続される。これにより、電荷増幅器５４の入力端子５８、５９にかかる電圧がほぼゼロになるため、対応する感知構造７０は電荷増幅器５４によって事実上接地（センサ接地）される。電荷増幅器の回路実装によっては、演算増幅器の負の入力端子５８と正の入力端子５９との間にＣＭＯＳトランジスタのゲート電圧のような実質的に一定の小電圧が残ることがある。
【００７２】
図９ｂにも示すように、各感知構造７０は最上部の導電層Ｍ３に形成される遮蔽フレーム６０によって取り囲まれてもよい。ここで、遮蔽フレーム６０は導電性遮蔽としてのセンサ接地電位ＶLに接続され、隣接する感知構造１５ｂ間の横方向寄生容量を回避し、その結果、感知素子１０４間のいわゆるクロストークを回避するか少なくとも低減する。遮蔽フレーム６０はこのほか、別の適切な電位に接続されてもよい。
【００７３】
さらに、再度図９ａ及び図２ａを参照すると、感知構造７０のそれぞれを覆って感知素子１０８をＥＳＤ（静電放電）及び外部の摩耗から保護するカバー構造１４が設けられる。カバー構造はここでは接着剤１１８及び保護板１２０を備えるものとして説明される。保護板１２０の上面１１０の近傍まで指１２が接近することにより、指１２と感知構造７０との間に静電容量Ｃfingerが生じる。
【００７４】
図９ａに示すように、感知素子回路７２に含まれる下部電極５５は中間部の導電層Ｍ２に形成される。下部電極５５は電荷増幅器５４の出力端子８０に接続される。感知構造７０と各下部電極５５との間には帰還容量Ｃrefが形成される。ここで、帰還容量Ｃrefは電荷増幅器５４の負の入力端子５８と出力端子８０との間に接続される。
【００７５】
中間部の導電層Ｍ２にはこのほか、補助下部電極９０が下部電極５５に隣接して形成される。下部電極５５は一般に感知構造７０よりもその領域が小さいことがあるため、補助下部電極９０はセンサ接地電位ＶLに接続され、追加遮蔽として用いられる。
【００７６】
下部電極５５は、センサ素子回路７２に対して所望のゲインを達成するように構成されてもよい。特に、ゲインは帰還容量Ｃrefに左右され、ひいては、感知構造７０、下部電極５５及び第一の絶縁層５１の物理的寸法に左右されるため、下部電極５５のサイズは適切に選択されてもよい。補助下部電極９０のサイズは、下部電極５５の傍らに適合するように調整されてもよい。
【００７７】
上記のように、指１２の電位に対するセンサ接地電位ＶLを変動させると、感知構造７０と指１２との間の電圧が変化することになり、ひいては感知構造７０が帯びる電荷に変化が生じるであろう。
【００７８】
感知構造７０が帯びる電荷の変化は皮膚と感知構造７０との間の静電容量Ｃfingerに比例する。感知構造７０はセンサ接地電位ＶLに対して事実上接地されているため、その電荷を電荷増幅器５４が下部電極５５に移動させる。そこで、電荷増幅器５４からの電圧出力を下記のように算出可能である。
Ｕout=（Ｃfinger/Ｃref）Ｕin
【００７９】
出力電圧Ｕoutは、サンプルホールド回路構成６５によって、好ましくは同相モードノイズの低周波成分を除去するために相関二重サンプリングを用いてサンプリングされる。
【００８０】
サンプルホールド回路構成６５は制御信号によって制御され、感知構造７０と指１２との間の容量結合を示す画素信号Ｓpixelをアナログ・デジタル変換器（図示しない）に出力する。
【００８１】
図１０から図１２は、本発明の種々の実施形態による指紋センサ装置の製造方法を概略的に図示する。この製造方法は、３層からなる接着膜３０４、第一の接着剤層３０６、中間キャリア層３０８及び第二の接着剤層３１０を参照して図示される。しかし、当業者であれば容易に理解するように、ここで説明する製造方法は単一層の接着剤材料を用いた場合にも等しく適用可能である。
【００８２】
まず、図１０ａでは、複数の感知素子を備える感知チップ１０６が、接着膜又は接着テープなどの接着剤によって基板１０４上に配置される。次に、図１０ｂに示されるように、感知チップ１０６の感知素子を基板１０４上の読み出し回路構成に接続するためにワイヤボンディングを実施する。接着突起２０２を基板に設置するのに逆ワイヤボンディングを用いると、感知チップ１０６でのワイヤボンドの高さを減少させるのに役立つ。図１０ｃでは、保護密封材７０８が接着突起２０２を覆うために基板１０４上に配置され、接着膜３０４が感知チップに配置される。最後に、図１０ｄでは、最上部の保護板１２０は感知チップ１０６に配置され、接着膜３０４に接触している。接着膜３０４は加熱ステージに適用され、接着膜の第一及び第二の接着剤層３０６、３１０が流動し始めるように接着剤のガラス転移温度Ｔgよりも高い温度まで加熱される。このため、ボンドワイヤ１１２の感知チップ１０６の表面より上に突出する部分は、接着膜３０４が感知チップ１０６上に載置されている間に第一の接着剤層３０６に容易に埋設される。保護板１２０は、同一の加熱ステージで接着膜３０４上に載置され、その後、接着膜３０４が１３０°Ｃで１時間硬化される事後硬化工程が実施される。
【００８３】
図１１ａから図１１ｄに図示される製造方法では、図１０ａから図１０ｂに関して考察される工程は、図１０ｂと同一の図１１ａに図示されるように同一の方法で実施される。次に、フレーム１２２が感知チップを取り囲むように配置される。フレーム１２２は、導電接着剤又は非導電接着剤あるいはその組み合わせを用いて、上記で考察したように基板１０４に取り付けられる。次に、図１１ｃでは、充填剤２０４がフレーム１２２と感知チップとの間の空間に注入され、ボンドワイヤ１１２を保護する。最後に、図１１ｄでは、接着膜が感知チップ１０６上に配置され、最上部の保護板１２０が感知チップ１０６上に配置され、接着膜３０４に接触する。
【００８４】
フレームは、保護板と感知チップ１０６との接着が不十分になることがあるため、感知チップ１０６と接着膜１０４とを合わせた高さよりも高くならないことが重要である。フレーム１２２には加工精度の低い部分があるため、フレーム１２２はフレームの高さが感知チップ１０６と接着膜３０４とを合わせた高さよりも確実に低くなるように実際には作成される。これにより、フレーム１２２と保護板１２０との間には小隙間が生じることがある。
【００８５】
図１２ａから図１２ｃは、フレーム部１２２及び保護板部１２０を備えるアセンブリ７０４を用いる製造工程を概略的に図示する。図１２ａは、基板１０４上に配置される感知チップ１０６を、感知チップを基板に接続するボンドワイヤ１１２とともに図示する。この製造工程は図１０及び図１１に関して考察したときと同一の方法で実施される。
【００８６】
図１２ｂでは、アセンブリ７０４は感知チップ１０６及び基板１０４上に配置される。フレームの接着が、接着膜３０４によって保護板１２０と感知チップ１０６との間で最初に達成される。
【００８７】
図１２ｃは、感知チップ１０６とアセンブリ７０４と基板１０４とによって形成される閉鎖空間への液状充填剤８０４の注入を図示する。しかし、充填剤８０４の使用は、ボンドワイヤ１１２がアセンブリ７０４及び密封材７０６によって全体的に封入されることにより保護されているため、原則として任意的なものである。接着突起２０２を保護するために、密封材７０８を図７及び図１０ｃに示されるように使用してもよい。
【００８８】
本発明をその特定の例示実施形態を参照して説明してきたが、当業者には多くの異なる変形例、変更例などが明白にわかるであろう。なお、センサ装置が本発明の機能性を発揮している限り、装置の部品を種々の方法で除外、交換又は配置してもよい。
【００８９】
その上、当業者は、請求項に記載の発明を実施する際に、図面、開示及び添付請求項の検討から、開示された実施例に対する変更を理解し、そのような変更を生じさせることができる。請求の範囲では、「備える」という文言は他の要素又は工程を除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「aｎ」は複数を除外するものではない。単に特定の手段が相互に異なる従属項に記載されているというだけでは、このような手段の組み合わせを有利に用いることができないことを示すことにはならない。
【図１】
2017538933.tif 000003
【図２ａ】
2017538933.tif 000004
【図２ｂ】
2017538933.tif 000005
【図３】
2017538933.tif 000006
【図４】
2017538933.tif 000007
【図５】
2017538933.tif 000008
【図６】
2017538933.tif 000009
【図７】
2017538933.tif 000010
【図８】
2017538933.tif 000011
【図９ａ】
2017538933.tif 000012
【図９ｂ】
2017538933.tif 000013
【図１０ａ】
2017538933.tif 000014
【図１０ｂ】
2017538933.tif 000015
【図１０ｃ】
2017538933.tif 000016
【図１０ｄ】
2017538933.tif 000017
【図１１ａ】
2017538933.tif 000018
【図１１ｂ】
2017538933.tif 000019
【図１１ｃ】
2017538933.tif 000020
【図１１ｄ】
2017538933.tif 000021
【図１２ａ】
2017538933.tif 000022
【図１２ｂ】
2017538933.tif 000023
【図１２ｃ】
2017538933.tif 000024
【国際調査報告】
2017538933.tif 000025
2017538933.tif 000026
2017538933.tif 000027