ES2236822T3 - Digitalizador de huellas digitales con sustrato deformable. - Google Patents
Digitalizador de huellas digitales con sustrato deformable.Info
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Abstract
Un método de hacer un digitalizador para detectar una configuración de huella dactilar incluyendo una matriz de celdas de detección accionables individualmente, incluyendo proporcionar un soporte aislante flexible (101); disponer agujeros (103) que se extienden a través de o en parte a través del soporte aislante; recubrir ambas superficies (106, 107) del soporte y la circunferencia de dichos agujeros con material conductor y/o semiconductor (104); quitar material conductor o semiconductor de una primera superficie del soporte recubierto para formar una pluralidad de primeras porciones conductoras o semiconductoras (108, 109); quitar material conductor o semiconductor de una segunda superficie del soporte recubierto para formar una pluralidad de segundas porciones conductoras o semiconductoras (116, 110) separadas y cruzando las primeras porciones conductoras o semiconductoras en posiciones correspondientes a la posición de los agujeros, por lo que se puede establecer un acoplamiento eléctrico entre respectivas porciones conductas o semiconductoras primeras y segundas a través de los agujeros al accionar la porción correspondiente del digitalizador.
Description
Digitalizador de huellas digitales con sustrato
deformable.
Esta invención se refiere a circuitos eléctricos
y elementos de circuito. Las realizaciones preferidas de la
invención se refieren a digitalizadores incluyendo una matriz de
celdas de detección accionables individualmente para producir un
mapa de bits de una configuración o característica detectada. Tales
digitalizadores pueden ser sensores de huellas dactilares incluyendo
una matriz de celdas detectoras, definiéndose cada uno por un
interruptor de contacto.
La fabricación de circuitos integrados (CI)
consta de una secuencia de pasos de procesado denominados procesos
de pasos unitarios que, en la técnica anterior, se realizan en una
rodaja de un semiconductor, tal como silicio, que define un
sustrato que proporciona tanto soporte mecánico para el CI
resultante como el material básico para producir los varios
elementos de circuito deseados.
Estos procesos de pasos unitarios incluyen la
introducción y el transporte de dopantes para cambiar la
conductividad del sustrato semiconductor, el crecimiento de óxidos
térmicos para aislamiento entre y dentro de niveles dentro del CI,
la deposición de películas aislantes y conductoras, y la
configuración y el ataque de las varias capas en la formación del
CI.
Los métodos conocidos de fabricación de CI usan
un sustrato semiconductor. Tales sustratos deben producirse bajo
condiciones estrictamente controladas y por lo tanto son caros.
Además, el sustrato semiconductor da lugar a un CI rígido y
quebradizo que se daña fácilmente y es incapaz de resistir
efectivamente cualquier momento significativo de flexión aplicado.
El material semiconductor es difícil de taladrar o cortar. El
procesado de materiales semiconductores, tales como silicio,
requiere cantidades significativas de diferentes fases de proceso
(ataque, enmascarado, etc) usando sustancias químicas tóxicas. Esto
hace que el procesado de semiconductores y el desecho del residuo
asociado sean caros y lentos.
US-A-4 862 743
(SEITZ PETER), 5 de septiembre de 1989, describe un sensor de
presión en base a elementos capacitivos que están dispuestos en una
superficie de un sustrato elásticamente deformable.
EP-A-0459808
(G.E.C.-Marconi Limited, cedida ahora a Personal Biometric Encoders
Limited), describe una construcción de sensor que produce un
digitalizador de alta resolución capaz de discernir una
configuración de presiones diferenciales bajas aplicadas. Este
digitalizador conocido está destinado a uso como un sensor de
huellas dactilares.
Los sensores de la técnica anterior, tal como el
descrito en EP-A-0459808, incluyen
un sustrato aislante no deformable en cuya superficie superior se
depositan capas alternas de material conductor y aislante (por
chapado o deposición al vacío) para producir un primer conjunto de
conductores paralelos separados, recubriendo, y en ángulo recto a
un segundo conjunto de conductores paralelos.
Tales sensores de la técnica anterior se
construyen usando técnicas parecidas a las usadas en la fabricación
de circuitos integrados en rodajas de silicio (es decir, procesos
de pasos unitarios).
Un sustrato aislante no deformable se enmascara y
después recubre con metal para formar una pluralidad de electrodos
de filas paralelas que forman un primer conjunto de conductores.
También se depositan en el sustrato adaptadores metálicos de
contacto conectados a las filas de electrodos por un elemento de
resistencia de película fina Nichrome.
Después se deposita un aislante, tal como
poliimida, encima de los electrodos de fila, resistencias Nichrome y
adaptadores de contacto asociados. Se disponen vías en la capa de
poliimida sobre cada adaptador de contacto.
Después se efectúa una segunda deposición de
metal sobre esta primera capa de poliimida para proporcionar
electrodos en columnas paralelas que forman un segundo conjunto de
conductores ortogonales a los electrodos de fila. Esta segunda
deposición de metal define no sólo los electrodos de columna, sino
también segundos adaptadores de contacto, eléctricamente integrales
con los electrodos de columna, y también proporciona un tercer
conjunto de adaptadores de contacto eléctricamente separados que se
extienden a través de las primeras vías en la primera capa de
poliimida a contacto eléctrico con el primer conjunto de
adaptadores de contacto.
Además de ser caro y requerir gran número de
pasos de procesado para producir un digitalizador, el uso de un
sustrato aislante no deformable hace los sensores de la técnica
anterior quebradizos e inadecuados para uso en un soporte flexible
tal como una tarjeta de plástico del tipo usado para tarjetas de
crédito.
La invención se expone en las reivindicaciones de
método anexas 1 y 12 referentes a un método de fabricar un
digitalizador o un circuito integrado como se define en las
reivindicaciones 1 y 12, respectivamente, y un aparato,
reivindicaciones 20 y 23, referentes a un digitalizador o un
circuito integrado respectivamente. Características preferidas de
la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
En una realización preferida del método según la
invención, se recubre una hoja aislante deformable con un material
conductor o semiconductor, se quita material conductor o
semiconductor de una primera superficie de la hoja recubierta para
formar una pluralidad de primeros elementos eléctricos discretos, se
quita material conductor o semiconductor de una segunda superficie
de la hoja de plástico recubierta para formar una pluralidad de
segundos elementos eléctricos discretos separados y que cruzan los
primeros conductores, y se dispone vías conductoras a través del
soporte deformable, estando conectada eléctricamente cada vía
conductora a un segundo elemento eléctrico y un adaptador de
contacto en la primera superficie del soporte deformable.
Los métodos de la presente invención permiten
producir un circuito integrado o sensor con un mínimo de pasos de
procesado. La eliminación de la necesidad de quitar cantidades
significativas de semiconductor del sustrato de circuito o sensor
por una serie progresiva de pasos de enmascarar, atacar, limpiar, y
secar o cocer (cocer a altas temperaturas) reduce en gran medida
los costos de fabricación del sensor o circuito integrado.
Las vías pasantes conductoras de la invención
también permiten una convección más eficiente de aire a través del
dispositivo construido según la invención y por lo tanto ayudan a
evitar el sobrecalentamiento del dispositivo.
El uso, en las realizaciones preferidas de la
presente invención, de un sustrato que consta de un material
plástico aislante tal como una poliimida, poliéster, polietileno,
poliestireno, tereftalato de polietileno o cerámica, que se recubre
con una capa fina de un material conductor tal como acero
inoxidable, cromo o titanio, da lugar a un sustrato que se puede
procesar en sus lados primario y secundario para producir elementos
de circuito separados. La elección de material depositado en el
sustrato depende de las propiedades eléctricas deseadas de la
porción relevante del circuito.
El sustrato de plástico también puede ser
procesado fácilmente, por ejemplo, por ablación con láser, para
establecer vías conductoras a través del sustrato para conectar
eléctricamente los elementos eléctricos en lados opuestos del
sustrato de plástico. Alternativamente, se puede producir
condensadores manteniendo los elementos conductores separados por
al menos parte del grosor del sustrato. Una ventaja adicional del
sustrato de plástico es que es más fácil y más barato de producir
que un sustrato de silicio de la pureza necesaria.
En las realizaciones preferidas de la invención
referentes a un sensor incluyendo conjuntos solapados separados de
conductores paralelos, la provisión de los dos conjuntos de
conductores en las superficies superior e inferior del suporte, y
el uso del recubrimiento en un soporte de plástico para definir
estos conductores elimina la necesidad de una proporción
significativa de los pasos de enmascaramiento y recubrimiento
requeridos en la técnica anterior.
En una realización preferida de la invención, se
forma un soporte o sustrato deformable por un aislante que tiene un
recubrimiento de un conductor tal como acero inoxidable. Se
comercializan hojas de aislantes, como poliimida (por ejemplo
Kapton, marca comercial), con un recubrimiento de acero inoxidable.
Por lo tanto, un soporte deformable hecho de poliimida recubierta
con acero inoxidable está disponible fácilmente y es barato.
Además, el uso de un recubrimiento que tiene acero inoxidable con
una resistividad significativa elimina la necesidad de la
deposición de elementos de resistencia separados de Nichrome (o un
material similar) como es necesario en el dispositivo de EP 0 459
808. Esto reduce considerablemente los costos asociados con la
producción de un sensor digitalizante.
En una realización preferida de la invención, se
recubre un sustrato de plástico tal como KALADEX (marca comercial
de ICI para un producto de poliéster), MYLAR, KAPTON (marcas
comerciales de Du Pont para productos de poliimida y polietileno,
respectivamente) o U PILEX (marca comercial de UBE para producto de
poliestireno) con una capa configurada de titanio en la que se
deposita oro.
Ahora se describirá realizaciones específicas de
la presente invención, a modo de ejemplo, y con referencia a los
dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una vista esquemática en planta de
una matriz de celdas detectoras que definen un sensor.
La figura 2 es una vista en sección a través de
una porción de la línea I-I ilustrando la
construcción de un sensor de huellas dactilares conocido.
Las figuras 3 y 4 son otras vistas que ilustran
configuraciones de conductores en un sustrato construido de manera
conocida.
La figura 5 muestra un sensor de huellas
dactilares incluyendo un circuito eléctrico que realiza aspectos de
la presente invención.
Las figuras 6a a 6h son una representación
diagramática de un método que realiza aspectos de la presente
invención.
Las figuras 7a a 7d son una representación
diagramática de un método alternativo que realiza la presente
invención.
La figura 8 es un diagrama que ilustra una línea
de producción en serie adecuada para realizar el método de las
figuras 7a a 7d.
La figura 9 es una vista esquemática en planta
del lado inferior de un sensor de huellas dactilares que realiza
aspectos de la presente invención.
La figura 10 ilustra una configuración
interdigitada para adaptadores de contacto pareados adecuados para
ser utilizados con sensores que realiza aspectos de la presente
invención.
Y la figura 11 ilustra parte de la configuración
de material conductor en la superficie del sustrato para conectar
el sensor accionado a la circuitería asociada.
Con referencia a la figura 1, se define una
matriz de celdas detectoras 15 por los puntos de cruce de un primer
conjunto de conductores paralelos 1 recubiertos por un segundo
conjunto de conductores paralelos 3 perpendiculares al primer
conjunto de conductores paralelos 1. Cada uno del primer conjunto de
conductores define un bus de entrada y cada uno del segundo
conjunto de conductores define un bus de salida. Los buses de
entrada están conectados a un circuito de suministro de potencia y
los buses de salida a un circuito conteniendo las unidades lógicas
para analizar la salida del sensor.
Cada celda detectora 15 incluye un adaptador de
contacto 11 conectado con uno del primer conjunto de conductores 1
y un segundo adaptador de contacto 13 conectado a uno del segundo
conjunto de conductores 3. Fluye corriente/información de conductor
de bus de entrada 1 de una celda activada al bus de salida de la
celda 15 cuando los dos adaptadores de contacto 11, 13 están
conectados eléctricamente por un puente de contacto puesto en
contacto con los dos adaptadores 11, 13 en respuesta a la presión
aplicada al sensor encima de la respectiva celda detectora.
Con referencia a la figura 2, los conductores 1,
3 de un sensor de huellas dactilares conocido se soportan en un
sustrato 5 y el sensor también incluye una membrana elásticamente
deformable 7 soportada encima de los conductores 1, 3 y que tiene
placas conductoras 9 en su superficie inferior.
La deformación de la membrana elástica 7, por
ejemplo, por el surco de una configuración de huellas dactilares,
pone una de las placas conductoras 9 en contacto con adaptadores de
contacto 11, 13 asociados respectivamente con uno de los primeros
conductores 1 y uno de los segundos conductores 3 en el punto de
cruce de los conductores puenteando el intervalo entre los dos
conductores. Posteriormente, puede fluir corriente/información
desde el bus de entrada al bus de salida mediante la placa de
contacto o conductora 9. Cada celda tiene una resistencia asociada
que da lugar a una caída de potencial a través de un punto de cruce
puenteado por la placa conductora.
En la realización de la invención ilustrada en la
figura 3, la matriz de adaptadores de contacto pareados 11, 13 y
los conductores asociados 1, 3 que forman los buses de entrada y
salida, se soporta por un soporte o sustrato deformable. Se ha
hallado ventajoso sustituir el sustrato indeformable de los
dispositivos de la técnica anterior por un sustrato deformable hecho
de un material flexible tal como KALADEX (marca comercial de ICI
para un producto de poliéster), MYLAR, KAPTON (marcas comerciales
de Du Pont para productos de poliimida y polietileno,
respectivamente) o UPILEX (marca comercial de UBE para producto de
poliestireno).
El digitalizador de huellas dactilares (véase la
figura 5) de las realizaciones de la presente invención se
incorpora preferiblemente a un conjunto en forma de tarjeta que
incluye un conector 231 para introducción en un orificio de
recepción de tarjeta para permitir la transferencia de información
entre la tarjeta y una facilidad de tratamiento de la información o
similar, conectada al orificio de recepción de tarjeta. El conjunto
de tarjeta tiene una memoria integral y facilidad de tratamiento de
la información 232 así como una porción sensora o digitalizante.
Tarjetas adecuadas pueden ser tarjetas PCMCIA (Personal Computer
Memory Card International Association) modificadas.
En la realización de la figura 5, un sustrato de
plástico 201 que tiene una configuración de conductores en sus
superficies superior e inferior se mantiene entre dos placas de
circuito impreso 220, 221 teniendo cada una ASICs integrales 222
(circuitos integrados específicos de aplicación). Las superficies
internas de las placas de circuito impreso tienen contactos que, en
el sensor montado, conectan los ASICs con porciones de contacto 223
en el sustrato de plástico 201. Como se describirá más adelante,
estas porciones de contacto están conectadas a los
electrodos/conductores de digitalizador formados por la disposición
de conductores solapados que tienen conjuntos mutuamente
perpendiculares de electrodos paralelos espaciados.
Uno de los ASICs es un circuito excitador que
suministra corriente/información al primer conjunto, bus de
entrada, de conductores paralelos o electrodos de la matriz
digitalizadora, y el otro ASIC es un circuito detector conectado al
segundo conjunto, bus de salida, de conductores paralelos o
electrodos para recibir corriente/información que fluye del
circuito excitador a la en operación, por la presencia de un surco
epidérmico de huellas dactilares, de los interruptores incluyendo
el digitalizador. Los ASICs, el procesado de datos en tarjeta y
memoria en tarjeta se combinan para producir una señal
representativa de las características identificadoras de una
configuración detectada de huellas dactilares.
Una primera superficie activa del sustrato de
sensor incluye una configuración de material conductor que define
una zona de detección o digitalización 230 conteniendo un primer
conjunto de electrodos paralelos o conductores (que forman buses de
entrada), que están conectados por pistas conductoras 224 a
porciones de contacto 223 para conectar el primer conjunto de
electrodos a los contactos del circuito excitador situado en la
superficie interior de una de las placas de circuito impreso. La
segunda superficie opuesta del sustrato de sensor incluye una
configuración de material conductor que define una segunda zona
digitalizadora correspondiente a la de la superficie opuesta del
sustrato y que tiene un segundo conjunto de electrodos paralelos o
conductores perpendiculares al primer conjunto. La configuración de
material conductor en la segunda superficie también define pistas
conductoras 224 y contactos 223 para conectar el segundo conjunto
de electrodos (buses de salida) a los contactos del circuito
detector en la superficie interior de una de las placas de circuito
impreso.
Los circuitos excitador y detector o ASICs se
pueden disponer de otra forma de manera que el circuito excitador
esté en el lado activo del sustrato recubierto.
El sustrato incluye una matriz de vías a través
del sustrato desde sus superficies primera a segunda. Cada vía
corresponde a un punto de cruce de los dos conjuntos de electrodos
paralelos mutuamente perpendiculares o conductores 1, 3. Los
electrodos en la superficie activa o detectora del sustrato incluyen
un conjunto de primeros adaptadores de contacto 11 en cada punto de
cruce, y los electrodos en la superficie opuesta del sustrato están
conectados eléctricamente mediante las vías con un conjunto de
segundos adaptadores de contacto 13 en cada punto de cruce, y
separados de los respectivos primeros adaptadores de contacto de
cada punto de cruce. Los adaptadores de contacto primero y segundo y
vía asociada con cada punto de cruce definen una resistencia
eléctrica asociada con cada punto de cruce.
La porción del sustrato no intercalada entre las
dos placas de circuito impreso incluye la porción detectora o
digitalizadora 230 del sustrato de plástico configurado. Esta
porción del sustrato se pliega y fija al conjunto de tarjeta de tal
manera que la zona detectora definida por los adaptadores de
contacto pareados 11, 13 (véase la figura 10) esté expuesta en la
superficie del conjunto de tarjeta. Una membrana elástica que
define puentes de contacto está fijada al conjunto de tarjeta sobre
la zona detectora para definir interruptores digitalizadores en
combinación con los adaptadores de contacto de zona detectora.
Puentes de contacto se ponen en contacto con los adaptadores de
contacto pareados 11, 13 de puntos de cruce a la deformación de la
membrana elástica en respuesta a la presencia de contacto con un
surco epidérmico para conectar los adaptadores de contacto pareados
primero y segundo de puntos de cruce correspondientes a la posición
de surcos epidérmicos de huellas dactilares.
El conjunto de tarjeta puede incluir una envuelta
protectora de tal manera que solamente esté expuesta la zona
detectora del sustrato plegado. La membrana elástica también puede
unirse a la envuelta protectora.
Una posible construcción de membrana deformable 7
que tiene los puentes de contacto se describe en nuestra solicitud
en tramitación número presentada conjuntamente y en el mismo día
que esta solicitud. La membrana 7 es de un material tal como MYLAR
o KAPTON (marcas comerciales) y, a un grosor de menos de 12 \mum
(preferiblemente de aproximadamente 3 \mum), tiene las necesarias
propiedades de resistencia y deformabilidad. En su superficie
enfrente de la matriz, la membrana 7 tiene una capa conductora
continua 17 de un copolímero de polianilina dopado que tiene una
resistividad superficial de 30 k\Omega/\Box. Esta capa 17 se
puede recubrir o rociar sobre la hoja de MYLAR o KAPTON antes de que
ésta se una al sensor. La capa conductora 17 no está conectada a una
fuente de voltaje o potencial distinta de cuando conecta con los
electrodos 1, 3 y fluye corriente a través de ella a través del
intervalo entre los adaptadores de contacto 11, 13.
El uso de un sensor que tiene un sustrato
flexible y una membrana superior flexible mejora la conformación de
la membrana sensora a los contornos de unas huellas dactilares
aplicadas y permite la medición exacta de una configuración.
Además, los sustratos de plástico son
considerablemente más fáciles y más baratos que los sustratos de
silicio y rígidos para producirlos en primer lugar y después
procesarlos para producir circuitos eléctricos y elementos de
circuito.
El uso de un sensor que tiene un sustrato de
plástico permite reducir considerablemente el costo de producir un
digitalizador incluyendo una matriz de celdas detectoras que
responden a la presencia o ausencia de un surco epidérmico de
huellas dactilares. El sustrato de plástico es considerablemente más
barato que los sustratos de silicio de los digitalizadores
conocidos. También es considerablemente más fácil procesar un
sustrato de plástico para producir los conjuntos mutuamente
perpendiculares de electrodos conductores o solapados o conductores
que fabricar un digitalizador que tiene un sustrato de silicio o
semiconductor como se propone para los digitalizadores de huellas
dactilares conocidos.
Es deseable poder poner sensores de huellas
dactilares en un soporte portátil tal como una tarjeta de crédito
de plástico (o soporte de plástico similar) o una tarjeta
inteligente tal como una tarjeta PCMCIA. Las huellas digitales son
difíciles de falsificar y por lo tanto los sensores de huellas
dactilares son una forma útil de identificación en cualquier
entorno de autorización de transacción. En consecuencia, los
sensores de huellas dactilares cuya circuitería es adecuada para
ponerse en tarjetas portátiles son especialmente ventajosos.
Las tarjetas de plástico portátiles y las
tarjetas inteligentes requieren un grado de flexibilidad para hacer
frente a los momentos de curvatura y esfuerzos asociados con sus
transporte, almacenamiento y uso. Las tarjetas de plástico
acomodarán típicamente una curvatura de hasta aproximadamente 90º y,
por lo tanto, los sensores de huellas dactilares montados en una
tarjeta de plástico, tal como una tarjeta de crédito o débito,
deberán ser capaces de hacer frente al curvado. Aunque montar el
sensor hacia un borde de la tarjeta reduce la curvatura que el
sensor montado tiene que resistir, el sensor montado todavía se
puede someter a momentos de curvatura suficiente para dañar un
sensor rígido.
Una solución ha sido montar un sensor rígido a
base de silicio en un montaje flexible que absorbe la deformación
asociada con la curvatura del soporte de plástico. El uso de una
película fina de un plástico deformable, tal como una poliimida,
poliéster, poliestireno, o tereftalato de polietileno, recubierta
con una capa fina, por ejemplo, de un metal conductor, tal como
oro, para producir los elementos de circuito, da lugar a un sensor
que se puede curvar ángulos muy significativos (hasta
aproximadamente 180º) sin dañarse. Aunque este grado de
flexibilidad no se requiere para todas las realizaciones de la
invención, algunas realizaciones de la presente invención permiten
un sensor de aproximadamente 10-15 mm cuadrados
montado hacia el borde de un soporte de plástico de aproximadamente
8-9 cm (las tarjetas de crédito estándar son de 8,5
cm por 5,5 cm) para flexionarse suficientemente de manera que se
curven junto con una tarjeta de crédito de plástico que se curva
ángulos de hasta 90º sin daño del sensor.
El sustrato de plástico adecuado para la
invención debe ser capaz de resistir los esfuerzos mecánicos
probables y las condiciones ambientales a que es probable que sea
sometido, así como tener las necesarias propiedades eléctricas y de
maquinabilidad.
Se ha hallado que las hojas de tereftalato de
polietileno o poliimida de 10 a 50 \mum de grosor son altamente
adecuadas como sustratos para digitalizadores de huellas dactilares
puesto que se pueden metalizar y después maquinar o atacar por
procesos establecidos, y son capaces de cumplir los parámetros de
rendimiento necesarios.
En particular, se considera que las propiedades
materiales deseables de los sustratos para un circuito
digitalizador de huellas dactilares son las siguientes:
- a)
- alta resistencia a la tracción con un módulo de Young en el rango 3000 a 6000 Pa; 5500 MPa es un valor preferido;
- b)
- bajo encogimiento térmico, es decir, dimensionalmente estable en todo el rango de temperatura -10ºC y 250ºC. Se prefiere una temperatura de transición vítrea superior a 200ºC;
- c)
- la hoja de plástico deberá ser flexible, a condición de que sea fácil de manejar sin producir arrugas. Un grosor de 25 \mum es adecuado para sustratos de KAPTON o MYLAR.
- d)
- el plástico deberá ser fácil de maquinar usando máquinas herramienta convencionales, y preferiblemente también láseres;
- e)
- buena resistencia a la hidrólisis, idealmente inferior a 0,8% en veinticuatro horas a 25ºC;
- f)
- buena resistencia a agentes corrosivos tales como ácidos fuertes y álcalis, hidróxido de sodio, ácido acético y similares;
- g)
- alta resistencia superficial (10^{16} \Omega/\Box;
- h)
- alta resistencia de contacto y volumen (resistividad volumétrica 10^{18} \Omegacm;
- i)
- punto de fusión relativamente alto, 125 a 250º, preferiblemente 250ºC.
Para maximizar la duración del sensor de huellas
dactilares o circuito eléctrico, las propiedades del plástico
deberán ser estables en toda la duración prevista del circuito.
Ahora se describirá métodos de fabricar circuitos
eléctricos con referencia a las figuras 4 a 6.
En la realización del sensor de huellas
dactilares de la figura 6 se cubre una hoja de poliimida 101 de 36
\mum con un recubrimiento de acero inoxidable 102 de 0,01 \mum
(véase la figura 6a). Posteriormente se hace una matriz de agujeros
103 de 10 \mum de diámetro a través de la hoja, por ejemplo, por
ablación con láser (véase la figura 6b). La potencia y exposición
del láser depende del grosor del recubrimiento de acero y la hoja
de poliimida. Los agujeros 103 se hacen a una densidad
correspondiente a la resolución deseada del sensor de huellas
dactilares. La resolución del sensor también puede estar
influenciada por el escalonamiento o la desviación de las filas
alternativas de vías. Se hace un agujero 103 para cada celda
detectora en la matriz de sensor. Para una configuración uniforme
de las vías, definiendo las vías las esquinas de cuadrados, el paso
entre agujeros es aproximadamente 100 \mum para una celda de 100
\mum y aproximadamente 50 \mum para una celda detectora de 50
\mum.
La hoja perforada se cubre después uniformemente
con una capa de cobre 104 de 0,5 \mum, por ejemplo, con un proceso
no eléctrico bajo (véase la figura 6c). Este establece vías
conductoras 105 entre las superficies conductoras recubiertas
superiores 106 e inferiores 107 de la hoja.
A continuación se configuran contactos de celda
interdigitalizados de superficie superior (o activa) 108 (véase la
figura 10) y buses de fila 109 en la superficie superior, por
ejemplo, por ablación con láser (véase la figura 6d). Un contacto
de cada celda está conectado a la vía conductora y el otro contacto
separado está conectado a un bus de fila asociado 109.
Posteriormente se procesa la superficie inferior 107 de la hoja,
por ejemplo, por ablación con láser, para configurarla formando las
resistencias de celda 116 y los buses de columna 110, estando
conectados un bus de columna 110 y una resistencia de celda 116 a
cada vía conductora 105 (véanse las figuras 6e
y 9).
y 9).
Las resistencias de celda 116 se enmascaran
después con un material enmascarante 121 antes de electrochapar con
oro 120 ambos circuitos superficiales superior e inferior definidos
por el resto del acero inoxidable y la capa de cobre para mejorar
su conductividad (véanse las figuras 6f y 6g). Las resistencias de
celda 116 no se recubren puesto que se desea una alta resistencia
con relación a las resistencias de los contactos de oro. El uso de
adaptadores de contacto de oro da lugar a un interruptor de
contacto muy efectivo, en particular cuando se utilizan en
combinación con puentes de contacto hechos de un polímero conductor
tal como un copolímero de polianilina dopado. Se puede usar otros
materiales de alta conductividad (por ejemplo, plata) en lugar de
oro aunque se ha hallado que el oro es especialmente efectivo.
Igualmente, el recubrimiento de acero inoxidable puede ser
sustituido por un recubrimiento de otro metal conductor, tal como
cromo o titanio. Se ha hallado que la combinación de una capa de oro
en titanio es especialmente ventajosa.
Finalmente (véase la figura 6h) se recupera el
resist de máscara de la resistencia de celda 116 y se somete la
hoja a ataque, por ejemplo, con una solución a base de amonio para
quitar el cobre no eléctrico de la resistencia. La resistencia de
la resistencia de celda 116 se define después por las propiedades
eléctricas y las dimensiones del acero solamente.
Con referencia a la figura 9, el bus de columna
110 asociado con cada celda está conectado con la respectiva vía
conductora 105 por la resistencia de celda 116.
En el método alternativo representado en figuras
7 y 8, una lámina fina 301 (de aproximadamente 20 \mum, aunque es
posible usar hojas más finas, esto da lugar a problemas de
manipulación) de un material plástico, tal adecuado como KAPTON,
MYLAR, UPILEX o KALADEX, forma el sustrato o soporte.
Se perfora una matriz uniforme de vías 303 (véase
la figura 7b) a través de la hoja de plástico. Esto se ha realizado
por ablación con láser usando aproximadamente 300 disparos de un
láser de 400 mJ/cm^{2}. El uso de un láser más potente permitiría
reducir la exposición necesaria. Como se explica a continuación,
las dimensiones y la forma de las vías son importantes puesto que
el área superficial del interior de las vías determina la
resistencia eléctrica de cada celda detectora. En una realización
preferida la vía se produce perforando agujeros circulares solapados
de tal manera que cada vía sea de forma sustancialmente oval o de
judía y de aproximadamente 12,5 \mum por 22,5 \mum.
A continuación se limpian las superficies de la
hoja de plástico perforada. Esto se puede hacer explorando con un
láser de intensidad baja (un solo disparo de aproximadamente 200
mJ/cm^{2}. Esta limpieza con láser quita residuos y produce un
acabado no brillante o mate en la superficie del sustrato. Este
acabado contribuye al recubrimiento siguiente del sustrato con un
material conductor.
El sustrato de plástico perforado limpiado se
recubre después (véase la figura 7c) con una capa fina
(aproximadamente 500 \ring{A}) de titanio. El titanio se deposita
sobre el sustrato, por ejemplo, por deposición catódica asistida por
iones. La deposición catódica se realiza a varios ángulos a la
superficie del sustrato para garantizar que las superficies dentro
de las vías se recubran totalmente con titanio.
A continuación se deposita una capa fina de oro
(aproximadamente 0,1 \mum o 1000 \ring{A}) sobre el titanio
(véase la figura 7c) para producir un sustrato metalizado con una
capa externa de oro en una capa interior de titanio que se fija al
sustrato de plástico. Como con el recubrimiento de titanio, la
dirección de deposición catódica se varía para garantizar una capa
uniforme que se extiende a través de la vía. El grosor de las capas
de oro y/o titanio se puede controlar variando el tiempo de
deposición catódica. La capa intermedia de titanio da lugar a una
mejor adhesión del oro al sustrato. Otros posibles materiales de
capa intermedios incluyen acero inoxidable y cromo. Sin embargo, se
ha hallado que el titanio es especialmente ventajoso.
Posteriormente se forma una configuración de
porciones conductoras que forman los elementos de un circuito
eléctrico en las superficies de sustrato, quitando material
conductor de cada una, por ejemplo, por ablación con láser (véase la
figura 7d). Una exposición láser adecuada es cinco disparos de 200
mJ/cm^{2}. El tiempo de exposición y el número de disparos se
variaría para láseres de diferente potencia. La configuración de
porciones conductoras define los dos conjuntos de electrodos y las
correspondientes porciones de contacto de la porción
digitalizadora, así como las conexiones para conectar el
digitalizador a los circuitos excitador y detector o ASICs. La
resistencia de cada celda detectora se define esencialmente por la
resistencia de la capa fina de oro en la vía correspondiente a cada
celda detectora. Una capa de 1000 \ring{A} (o 0,1 \mum) de
grosor en una vía de 12,5 \mum por 22,5 \mum da lugar a una
resistencia de celda de aproximadamente 16 k\Omega.
La figura 8 ilustra un método de producción en
serie que implementa el método de la figura 7.
Aunque el método antes descrito usa titanio y
oro, es posible sustituirlos por acero inoxidable o cromo, y plata,
respectivamente. Además, aunque los métodos descritos anteriormente
se refieren a la producción de conductores, es posible usar el
mismo método con diferentes configuraciones de vías o materiales de
recubrimiento para producir otros elementos eléctricos. Se puede
producir condensadores con vías que no se extiendan a través del
sustrato de manera que se produzcan elementos incluyendo porciones
conductoras separadas por un pequeño intervalo de aislamiento o
dieléctrico. Se puede hacer otros componentes eléctricos
depositando los materiales apropiados (por ejemplo, semiconductores)
en el sustrato.
Las técnicas descritas anteriormente también se
pueden utilizar para producir componentes eléctricos, tales como
circuitos integrados.
Una capa de 100 \mum de un plástico aislante,
tal como una poliimida (MYLAR, poliéster (KALADEX), poliestireno
(UPILEX), polietileno o tereftalato de polietileno (KAPTON) que
tiene un punto de fusión de aproximadamente 500º o superior,
recubierto con una capa conductora fina (aproximadamente 0,01 \mum
de grosor) de un conductor, tal como acero inoxidable, titanio o
cromo, se puede procesar por ablación con láser para producir
pistas conductoras.
A continuación se deposita material
semiconductor, tal como silicio, sobre porciones seleccionadas de
ambas superficies superior e inferior del sustrato para tratamiento
siguiente para formar dispositivos electrónicos que definen un
circuito integrado en ambos lados del sustrato. El material
semiconductor se puede depositar por cualquiera de los procesos
establecidos, tal como difusión, deposición al vacío o epitaxia. En
la realización preferida de la invención referente a la fabricación
de circuitos integrados, el silicio para producir los componentes
electrónicos se deposita solamente donde se requiere y los
componentes electrónicos se fabrican esencialmente en sus posiciones
requeridas en el sustrato que tiene las pistas conductoras. Esta
realización elimina la necesidad de la engorrosa extracción de
material semiconductor usando sustancias químicas tóxicas asociadas
con los métodos conocidos de fabricar circuitos integrados.
Los elementos de circuito integrado en lados
opuestos de tal dispositivo están conectados mediante las vías
pasantes conductoras establecidas en el sustrato.
Un circuito integrado según la presente invención
utiliza ambos lados del sustrato y es especialmente ventajoso para
proporcionar un circuito incluyendo un número de circuitos
integrados de dos lados interconectados según la invención
dispuestos uno encima de otro. Cada circuito integrado o superficie
de un circuito integrado se puede hacer para efectuar una función
particular e intercalar una serie de tales ICs para formar un
circuito de procesado de datos.
Los circuitos integrados o los circuitos
eléctricos, y/o elementos eléctricos que realiza la presente
invención también se pueden producir en sustratos de plástico
usando cualquiera de los métodos de recubrimiento conocidos
incluyendo procesos de inmersión tales como el proceso ATOCHEM
comercializado por Englehard-CLAL.
Claims (26)
1. Un método de hacer un digitalizador para
detectar una configuración de huella dactilar incluyendo una matriz
de celdas de detección accionables individualmente, incluyendo
proporcionar un soporte aislante flexible (101);
- disponer agujeros (103) que se extienden a través de o en parte a través del soporte aislante;
- recubrir ambas superficies (106, 107) del soporte y la circunferencia de dichos agujeros con material conductor y/o semiconductor (104);
- quitar material conductor o semiconductor de una primera superficie del soporte recubierto para formar una pluralidad de primeras porciones conductoras o semiconductoras (108, 109);
- quitar material conductor o semiconductor de una segunda superficie del soporte recubierto para formar una pluralidad de segundas porciones conductoras o semiconductoras (116, 110) separadas y cruzando las primeras porciones conductoras o semiconductoras en posiciones correspondientes a la posición de los agujeros, por lo que se puede establecer un acoplamiento eléctrico entre respectivas porciones conductas o semiconductoras primeras y segundas a través de los agujeros al accionar la porción correspondiente del digitalizador.
2. Un método de hacer un digitalizador según la
reivindicación 1, donde el soporte es un soporte de plástico.
3. Un método según la reivindicación 1, donde los
agujeros se extienden a través del soporte.
4. Un método según la reivindicación 1, donde los
agujeros solamente se extienden en parte a través del soporte.
5. Un método según cualquier reivindicación
anterior incluyendo:
proporcionar un soporte incluyendo una lámina
fina de un material plástico tal como una poliimida, poliéster,
poliestireno, polietileno.
6. Un método según la reivindicación 5
incluyendo:
proporcionar un soporte incluyendo una lámina
fina de tereftalato de polietileno.
7. Un método según cualquier reivindicación
anterior, donde el material conductor es acero inoxidable, titanio
o cromo.
8. Un método según cualquier reivindicación
anterior, en el que una segunda capa de un material conductor
diferente se reviste sobre el primer recubrimiento de material
conductor.
9. Un método según la reivindicación 8, donde la
segunda capa de material conductor tiene una conductividad más alta
que la primera capa.
10. Un método según la reivindicación 9, donde la
primera capa es una capa fina de titanio y la segunda capa es una
capa fina de oro.
11. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, donde la segunda capa es una capa de un
material semiconductor.
12. Un método de hacer un circuito integrado
incluyendo:
- proporcionar un sustrato aislante flexible (101);
- recubrir caras opuestas (106, 107) del sustrato con una capa de material conductor (104);
- hacer vías pasantes conductoras (105) que conectan las caras opuestas recubiertas del sustrato;
- depositar material semiconductor en las caras opuestas recubiertas del sustrato;
- procesar el material semiconductor depositado para producir dispositivos eléctricos o electrónicos; y
- quitar porciones de las capas conductoras para definir pistas conductoras en la superficie del sustrato.
13. Un método según la reivindicación 12, donde
el sustrato incluye una lámina fina de un material plástico tal
como una poliimida, poliéster, poliestireno, polietileno.
14. Un método según la reivindicación 13, donde
el sustrato incluye una lámina fina de tereftalato de
polietileno.
15. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 14, donde el material conductor es acero
inoxidable, titanio o cromo.
16. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 15, en el que una segunda capa de un material
conductor diferente se reviste sobre el primer recubrimiento de
material conductor.
17. Un método según la reivindicación 16, donde
la segunda capa de material conductor tiene una conductividad más
alta que la primera capa.
18. Un método según la reivindicación 17, donde
la primera capa es una capa fina de titanio y la segunda capa es una
capa fina de oro.
19. Un método según cualquier reivindicación
anterior, donde el material conductor y el sustrato aislante son
procesados usando un láser.
20. Un digitalizador para detectar una
configuración de huellas dactilares incluyendo una matriz de celdas
de detección accionables individualmente formadas en un soporte
flexible (101), incluyendo el soporte una lámina fina de un
material plástico tal como una poliimida, poliéster, poliestireno,
polietileno, incluyendo también el digitalizador una capa de un
material conductor o semiconductor (104) en ambas superficies de la
lámina de plástico, agujeros (103) que se extienden a través o en
parte a través de la hoja de plástico recubierta, revistiéndose la
circunferencia de los agujeros con material conductor o
semiconductor por lo que se puede establecer un acoplamiento
eléctrico entre los recubrimientos en las dos superficies de la
hoja de plástico.
21. Un digitalizador según la reivindicación 20,
donde el suporte incluye una lámina fina de tereftalato de
polietileno.
22. Un digitalizador según de las
reivindicaciones 20 o 21, incluyendo pistas conductoras recubiertas
sobre el soporte.
23. Un circuito integrado incluyendo una
pluralidad de elementos eléctricos formados en lados opuestos (106,
107) de un soporte flexible (101), incluyendo el soporte una lámina
fina de un material plástico tal como una poliimida, poliéster,
poliestireno, polietileno que tiene vías conductoras (105) que
conectan dichos lados opuestos.
24. Un circuito integrado según la reivindicación
23, donde el soporte incluye una lámina fina de
tereftalato de polietileno.
tereftalato de polietileno.
25. Un circuito integrado según cualquiera de las
reivindicaciones 23 o 24,incluyendo pistas conductoras recubiertas
sobre el soporte.
26. Un circuito incluyendo al menos dos circuitos
integrados según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, estando
dispuestos dichos circuitos integrados uno encima de otro.
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