JP4881387B2 - フレキシブル回路を備えた指センサおよびそれに関連する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子工学の分野に関し、特に指センシング集積回路を備えた指センサの分野およびそれに関連する製造方法に関するものである。

センサ環境内の物体の物理的特性をそのまま検出する集積回路を備えたセンサは、電子装置において広く使用されるようになっている。これらのＩＣはそれらが測定する外部環境にごく接近するのが望ましいが、外部環境が与える可能性がある機械的および／または電気的事象によってそれらが損傷を受けるべきではない。

そのようなセンシングの一つのタイプは指センシングとそれに関連する照合であり、それらは信頼性をもつようになり、個人の識別および確認の技術として広く使われるようになっている。特に指紋認識の一般的方法は、指紋のサンプルあるいはその画像をスキャンする工程と、その画像および／または指紋画像の個別の特徴を保管する工程とを含む。正確に個人の識別を決定するため、例えば確認目的のために、サンプル指紋の特徴を、データベースに既にある参照指紋の情報と対照することができる。

指紋センシングの特に有効な方法は、特許文献１（米国特許５９６３６７９号明細書）および特許文献２（米国特許６２５９８０４号明細書）に開示されており、それらは本発明の出願人に譲渡され、その全内容を参照することによって本願明細書に組み込まれる。この指紋センサは、電界信号で使用者の指を調べる集積回路であり、その集積回路基板上の電界検出ピクセルアレ−でその電界を検知する。さらなる指センシング集積回路および方法は「電界検出ピクセルを備えるマルチバイオメトリクス指センサとそれに関連する方法」という名称の特許文献３（米国特許出願公開２００５／００８９２０２）に開示されており、これもまた本発明の出願人に譲渡され、その全内容を参照することによって本願明細書に組み込まれる。

多くの先行技術を参照すると、ＩＣ実装の多様なタイプが開示されている。例えば、Ｗｕその他の特許文献４（米国特許６６４６３１６号明細書）は、その上面にボンドパッドを持つセンサダイを含む光学センサを開示している。フレキシブル回路基板がボンドパッドに接続され、そのセンサ面の上に開口を持つ。透明ガラス層がフレキシブル回路内のその開口を覆っている。マナンサラの特許文献５（米国特許６９２４４９６号明細書）はよく似た指紋センサの付属フレキシブル回路を開示しているが、表面の上方のエリアを解放したままである。

カスガその他の特許文献６（米国特許７０９０１３９号明細書）は、配線フィルムに接続したボンドパッドを持つ指紋センサを備え、また窓や開口をセンサ面の上方に備えたスマートカードを開示している。コズレーの特許文献７（米国特許出願公開２００５／０１３９６８５）は指紋センサの同様な装置を開示している。

いくつかの指紋センサは、ブストゲンスおよびその他の特許文献８（米国特許出願公開２００６／００５０９３５Ａ１）が開示しているように薄膜技術にもとづいている。他の指紋センサは、ベンクレイの特許文献９（米国特許７０９９４９６号明細書）が開示しているようにフレキシブル基板上にセンサ要素を備え得る。これらのセンサは集積回路を基礎としたセンサよりもわずかにより頑丈であるが、動作に欠点を持ち得る。

リヒャネンその他の特許文献１０（米国特許出願公開２００５／００３１１７４Ａ１）は、静電容量的電界指紋センシングのためのＡＳＩＣを覆うフレキシブル回路であって、フレキシブル基板上のセンサ電極が薄い保護ポリマー層に覆われているフレキシブル回路を開示している。いくつかの実施形態において、センサは、回路基板をボールグリッド形状で接続するために、そのフレキシブル回路の周囲を、ＡＳＩＣの背面まで包むことができる。

本発明の出願人に譲渡された特許文献１１（米国特許５８８７３４３号明細書）は、指センサＩＣの指センサエリアの上方に透明な層を備える指紋センサパッケージの実施形態を開示している。センサエリアのために開口部を持つチップキャリヤを透明な層の末梢領域を経由してＩＣ上のボンドパッドに静電容量的あるいは電気的に結合する。

指センシングＩＣは現在、いくつかの携帯電話機で、使用者認識のために指紋をとるために、およびメニューナビゲーションのフィンガーモーションをとるために使用されている。完璧にシリコンチップを取り込む標準ＩＣパッケージング方法は、これらのセンサには全く使われない。なぜなら、センサが指紋を測定するために使うセンシングフィールド（例えば、電界、温度フィールドなど）は、効率的にパッケージを透過することができないからである。今日のシステムにおけるこれらのセンサのために、ＩＣあるいはチップは一般的に、読み取り動作の間チップ表面の保護層に指を直接触れることができるようにパッケージングされる。（ポケットあるいはハンドバッグ内での）輸送および保管の間の物理的損傷から保護するために、電話機は一般に、操作中以外は折りたたまれて、その折りたたみ式機器の内面上に実装されたセンサアセンブリを保護するように設計されている。

多くの状況が有るが、しかしながら、保護されていない電話機の外面にセンサを実装できるのが望ましいかもしれない。これは二つ折りの電話機を開くことなしにセンサを使うことを可能にし、折りたたみ式でない電話機いわゆる「キャンディーバー」と呼ばれる電話機上でＩＣセンサを使うことを可能にする。

残念なことに、機器外面に露出したセンシングＩＣの使用は、保管の間折りたたまれて覆われているセンサでは見られない機械的および電気的ストレスをセンサに受けさせるであろう。例えば、ポケットやハンドバッグ内の機器は引っかき傷，磨耗，点衝撃，連続点押圧およびせん断衝撃力を受けるであろう。閉じることが可能な場合のセンサに使われるパッケージ技術は、そのシリコンチップの十分な保護を与えそうにない。
米国特許５９６３６７９号明細書 米国特許６２５９８０４号明細書 米国特許出願公開２００５／００８９２０２ 米国特許６６４６３１６号明細書 米国特許６９２４４９６号明細書 米国特許７０９０１３９号明細書 米国特許出願公開２００５／０１３９６８５ 米国特許出願公開２００６／００５０９３５Ａ１ 米国特許７０９９４９６号明細書 米国特許出願公開２００５／００３１１７４Ａ１ 米国特許５８８７３４３号明細書

前述の背景を考慮するゆえに本発明の目的は、改善したパッケージ機能をもつ指センサおよびそれと関連する方法を得ることにある。

課題を解決するための工程

本発明に従えば、前述した、そして他の目的、特徴および利点は、指センシングエリアと、その指センシングエリアに隣接した少なくとも一つのボンドパッドとを含む指センシング集積回路（ＩＣ）と、指センシングＩＣに接続したフレキシブル回路とを備える指センサから得られる。特に前記フレキシブル回路は、前記指センシングエリアと前記指センシングＩＣの少なくとも一つのボンドパッドの両方を覆うフレキシブル層と、前記フレキシブル層に支えられるとともに少なくとも一つの前記ボンドパッドに接続される少なくとも一つの導電配線と、を有してもよい。
前記フレキシブル層は、当該フレキシブル層上に置かれた指のセンシングを可能にしてもよい。前記フレキシブル回路は、指センシングエリアおよび少なくとも一つのボンドパッドの外部に延在する少なくとも一つのコネクタ部を備えてもよい。例えば、コネクタ部はタブコネクタ部および／またはボールグリッドアレー型のコネクタ部を備えてもよい。エポキシのような充てん材を前記指センシングＩＣと前記フレキシブル回路との間に与えてもよい。従って、指センシングＩＣは容易に外付け回路に接続でき、また指やその他の物体の、指センシングＩＣのセンシングエリアへの接触による潜在的損傷に対する改善された構造安定性を享受できる。

幾つかの実施形態において、指センシングＩＣを内部に受け取るための空洞をもつＩＣキャリヤを指センサはさらに有してもよい。少なくとも一つの駆動電極を前記フレキシブル層の内面および／または外面で支えてもよい。少なくとも一つの静電気放電（ＥＳＤ）電極もまた前記フレキシブル層に支えられてもよい。

指センサはさらに、フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの電子構成要素を備えてもよい。例えば、少なくとも一つの前記電子構成要素は、個別部品、光源、光検出器および他のＩＣのうちの少なくとも一つを有する構成としてもよい。他のＩＣは例えば少なくとも一つの他の指センシングＩＣを有してもよい。

指センシングＩＣは上面をもつ半導体基板を備えてもよい。前記指センシングエリアは半導体の上面で支えられる例えば電界指センシングなどのためのセンシング電極のアレーを備えてもよい。

本発明の方法の態様は、指センサを作るためのものである。その方法は、指センシングエリアと、その指センシングエリアに隣接した少なくとも一つのボンドパッドとを備える指センシングＩＣを与える工程と、指センシングＩＣの指センシングエリアと少なくとも一つのボンドパッドとの両方をフレキシブル回路のフレキシブル層によって覆う工程と、を備えてもよい。フレキシブル層は、当該フレキシブル層上に置かれた指のセンシングを可能にしてもよい。この方法はさらに、フレキシブル回路のフレキシブル層に支えられる少なくとも一つの導電配線を少なくとも一つのボンドパッドに接続する工程を含んでもよい。

以下に、本発明の好適な実施形態が示された添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。しかしながら本発明は、多くの他の形態で実施されるかもしれないので、ここに説明される実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろこれらの実施形態はこの開示が徹底して完璧になるために与えられ、本発明の範囲を当業者に充分に伝えるであろう。同様の番号は初めから終わりまで類似の要素を参照し、代わりの実施形態における同様の要素を示すためにプライム表記法を使う。

まず図１〜４を参照すると、本発明による指センサ３０の複数の実施形態がここに記載されている。指センサ３０は図示されているように、キャンディーバータイプの携帯電話２０の表面上に露出して実装されている。図示されたキャンディーバータイプの携帯電話２０は比較的小型であり、他のタイプの携帯電話ではなされているかもしれないように指センサ３０を保護するための薄いカバーまたは他の装置を含まない。もちろん指センサ３０はこれら以外の、当業者に高く評価されるであろう、より保護するタイプの携帯電話でも使用することが可能である。指センサ３０はまた、他の携帯用および固定式の電子機器においても同様に使用することが可能である。この指センサ３０の強化された永続性と耐久性は、指センサが露出しているときでさえも広く使用することを可能にするであろう。

携帯電話２０は、ハウジング２１と、そのハウジングにより支えられるディスプレイ２２と、同様にそのハウジングにより支えられるとともにディスプレイと指センサ３０とに接続されたプロセッサ／駆動回路２３とを有する。インプットキー２４の配列もまた図示されるように設置され、当業者に評価されるであろうように、標準的な携帯電話のダイヤル動作と他の機能のために使われる。プロセッサ／駆動回路２３はまた、図示されるように、マイクロステップアップトランス２５を有し、該マイクロステップアップトランスを以下により詳細に説明するように、指センサの駆動電圧を昇圧させる特定の実施形態において使ってもよい。

指センサ３０は、指画像シーケンスを発生させるためのエリア上に使用者の指２６を滑らせるスライド式であってもよい。もう一つの方法として、指センサ３０は、指画像を発生させるためのセンシング表面上に使用者が自身の指２６をただ置く静止配置式であってもよい。もちろん指センサ３０はまた、内部に埋め込まれた回路を有し、および／または当業者に評価されるであろうように、メニューナビゲーションと選択機能とを与えるためにプロセッサ／駆動回路２３と連携してもよい。

図２，３中におそらく最もよく図示されているように、指センサ３０は図示の如く、指センシングエリア３３とそれに隣接する複数のボンドパッド３４とを有する指センシング集積回路（ＩＣ）３２を備える。特に、指センシングＩＣ３２は上表面を持つ半導体基板を備えてもよく、指センシングエリア３３は半導体基板の上表面によって支えられる例えば電界指センシングのためのセンシング電極のアレーを備えてもよい。例として静電容量性および／または熱センシング性のピクセル（画素）もまた使用してよい。

指センサ３０はまた、指センシングＩＣに接続されるフレキシブル回路３５を有する。フレキシブル回路３５はとりわけ、指センシングＩＣ３２の指センシングエリア３３とボンドパッド３４との両方を覆うフレキシブル層３６を有する。このフレキシブル回路３５はまた、フレキシブル層３６により支持されるとともにボンドパッド３４に接続された導電配線３７を有する。もちろんフレキシブル層３６は好ましくは、当該フレキシブル層上に置かれた指のセンシングを可能にする一つの材料または複数の材料の組合せを有する。カプトンはそのような適当な材料の一つであるが、当業者はすぐに他の適当な材料を認識するであろう。カプトンはまた疎水性であることにより、部分的に濡れたまたは汗をかいた指をより容易に読み取ることを可能にできる利便性を得て、当業者に評価されるであろうように、画像を横切って不鮮明にするどんな湿気に対しても抵抗する傾向を持ち得る。

図３中におそらく最もよく図示されているように、フレキシブル回路は指センシングエリア３３とボンドパッド３４との外部に延在する一つまたはそれ以上のコネクタ部を有してもよい。例えば図３の左半分に図示されているように、コネクタ部は、導電配線３７が拡大幅部またはタブ４１で終結するタブコネクタ部４０を備えてもよい。図３の右半分を参照すると、代わりのあるいは追加のコネクタ部は、当業者に評価されるであろうように、導電配線３７が***あるいはボールで終わる図示されたボールグリッドアレー型のコネクタ部４２を備えてもよい。

図示された実施形態において、内部に指センシングＩＣ３２を受けいれる空洞をもつＩＣキャリヤ４５を指センサ３０はさらに備える（図４参照）。このＩＣキャリヤという言葉は、指センシングＩＣ３２を上または中に搭載するどのタイプの基板や基材も含むことを意味する。例えばエポキシなどの充てん剤４６もまた、具体例として、指センシングＩＣ３２とフレキシブル回路３５の間に設ける。従って、指センシングＩＣ３２を外部回路と簡単に接続でき、また指やその他の物体が指センシングＩＣのセンシングエリアへ接触することによる潜在的損傷に対する改善された構造安定性を享受できる。

センサ３０はまた、図２，３に最もよく示されるように、フレキシブル層３６の内面および／または外面で支えられる一組の駆動電極５０を備える。駆動電極５０は、当業者に評価されるであろうように、コネクタ部４０，４２に使われる導電配線３７と同じ導電材で形成してもよい。他の実施形態においては、たった一つの駆動電極５０あるいは２個より多い駆動電極を使ってもよい。駆動電極５０がフレキシブル層３６の内面に位置していたとしても、作動するのに十分な信号強度で該電極を駆動することができる。例えば駆動電極５０におけるいくつかの実施形態においては、最大約２０ボルトまでになるかもしれない要求駆動電圧を得るために、図１に示されているように、マイクロ昇圧トランス２５を使ってもよい。

指センサ３０はまた、具体例としてフレキシブル回路３５のフレキシブル層３６の外面に支持される一つ以上の静電気放電（ＥＳＤ）電極５３を備える。さらにＥＳＤ電極５３を、当業者に評価されるであろうように、導電配線３７と同様にフレキシブル層３６に塗布あるいは堆積した導電材で形成してもよい。ＥＳＤ電極５３を、一つ以上の導電配線３７を経由して、図示されていないデバイスグランドに接続してもよい。

図示の実施形態に図示されるように、おそらく図２に最もよく図示されている如く、ＩＣキャリヤ４５は一般的に４つの面取り上縁５５を持った長方形の形状を有し、面取り上縁５５は、ＥＳＤ電極５３の下に横たわるかあるいは隣接する。もちろん他の実施形態においては、違う数あるいはたった一つの面取り縁５５と隣接したＥＳＤ電極５３とを使ってもよい。

ここで簡潔に図５を参照すると、指センサ３０に適当なフレキシブル回路３５´の別の実施形態が記載されている。本実施形態において、タブコネクタ部４０´は、図３に図示されるようにフレキシブル層３６´の終端から延在するのでなくむしろフレキシブル層の横から延在している。明確に図解するために、右半分のフレキシブル層３６は図示していない。特に言及されていない別の図５の要素は、図３参照の上記関連要素と同様であり、ここでさらなる議論を必要としない。

ここでさらに図６を参照すると、指センサ３０の搭載法がここに記載されている。図示された実施形態においては、ハウジングの複数部分が、フレキシブル回路３５の上部周辺を囲むインテグラルフレーム２１を画成し、そのフレキシブル回路３５は、ＩＣキャリヤ４５に支持される。このことはＥＳＤ電極５３をＩＣキャリヤ４５の面取り縁上に配置する。さらに、インテグラルフレーム２１はＩＣキャリヤ４５の面取り縁に関連する傾斜面をもつ。このことは当業者に評価されるであろうように、ＥＳＤ電極５３のＥＳＤ通路６３を画成する。言い換えれば、このパッケージ形状は、センサ３０の上面に直接露出したＥＳＤ電極５３を持つことなく、フレームとフレキシブル層３６との間の小ギャップを通して効率的にＥＳＤ放電を行うであろう。

指センサ３０はまた、図６を参照して説明されるように、さらにフレキシブル層に支えられる少なくとも一つの電子的構成要素を備えてもよい。例えば少なくとも一つの電子的構成要素は、個別部品，光源，光検出器，他のＩＣの少なくとも一つを有する構成であってもよい。もし光源や光検出器を使うなら、センサの上面などのより適当な場所に設置するであろう。本発明の出願人に譲渡され、その全内容を参照することによって本書に組み込まれた特許文献１２（米国特許出願２００５／００６９１８０）は、多様な赤外線および可視光線のセンサおよび光源を開示しており、それらはここに開示されるパッケージング形態と組み合わせて使用してよい。同様にもし別のＩＣが別の指センシングＩＣを備えるならば、例えば該ＩＣはまた、当業者に評価されるであろうように、ＩＣキャリヤ４５の上面のＩＣ３２に隣接するであろう。例えば二つ以上のそのようなＩＣを、チップ自身がずれていたとしてもセンシングエリアが端から端までの画像を全て捉えることができるように配置する。回路処理はこの例における横方向に関して同時に画像を縫い合わせるであろう。

図６の装置搭載方法はまた、別のパッケージング形態を図解しており、その形態は弾力材６２の本体の形状をしている発泡体などのバイアス部材を、図示されたデバイス回路基板６０とＩＣキャリヤ４５との間に置くものである。弾性体の部材６２はショックやダメージを吸収するために指センサがデバイスの下方または中へ移動することを可能にし、センサを弾性的に所望の位置に押し戻す。インテグラルフレームの傾斜面とＩＣキャリヤ４５の面取り縁５５は、当業者に評価されるであろうように、センサ３０が上部位置へ復帰するようセンサ３０を適切に導く。

少し異なる指センサ３０´の搭載方法が図７を参照して説明され、該搭載方法は隣接するハウジング部２９´に当接する分離フレーム２１´を設けるものである。図示されたフレーム２１´もまた、さらなる保護のためにセンシングＩＣ３２´を、隣接するハウジング部２９´の高さよりも下方に設置する。またバイアス部材は具体例として当て板６２´の形状をしており、当該当て板は、当業者に評価されるであろうように、あらゆる面に付着せず、それ故に戻しバネ力を自由に授受できる。当て板は回路配線を持ってもよく、その結果として、当業者に評価されるであろうように、回路基板の機能を果たす。図７の他の要素は図６に参照して示され記載されたものと同様であり、ここでさらなる議論を必要としない。

さらにもう一つのセンサ３０″の実施形態が図８参照で記載されている。本実施形態において、隣接するハウジング部はＩＣキャリヤ４５″の一つ以上の面に沿うフレーム２１″を画成している。フレーム２１″は、上部６９″と、内側の段差および段部６７″を画成する上部からオフセットして下方に延在するガイド部６６″とを有する。この段差および段部６７″は同様に、ＩＣキャリヤの側方突起あるいはタブ６８″と連携して上方の停止構造を画成する。このタブ６８″をＩＣキャリヤ４５と一体化して形成してもよく、または当業者に評価されるであろうように、キャリヤの主要部分に接続した分離部品で構成してもよい。従ってＩＣキャリヤ４５″は下方に離れていてもよく、該キャリヤはガイド部６６″に沿って、上方の要求作動位置にバイアスされて戻されるであろう。

図８の左半分は、一方の側に沿って上方の停止構造を設けない実施形態を図示しており、これによりコネクタ部４０″の通路を容易に設けている。さらにもう一つの実施形態においては、スロットを貫通して突き出て上記と同様に上方の停止構造をもたらすタブ６８をそのスロットが受けいれるように、フレキシブル回路３５″に幾つかのスロットを設けてもよい。当業者はさらに他の停止構造および搭載形態も評価するであろう。

ここで図９を参照すると、指センサ３０を作るための方法の順序がここに記載されている。図の一番上から始まり、ここでは指センシングＩＣ３２をひっくり返し、エポキシまたは他の適当な充てん剤４６などを使用してフレキシブル回路３５と結合する。その後、図の真中に図示されているように、その組立品にＩＣキャリヤ４５を加え、図示されているように該組立品を回転させて上を向いた位置にする。最後に、図９の一番下に図示されているように、指センサ３０をフレーム２１とその下に位置する回路基板６０との間に搭載する。もしもボールグリッドアレー型コネクタ部４２（図３）を使うなら、当業者に評価されるであろうように、そのコネクタ部をＩＣキャリヤ４５の真下に包み込んで保護することが可能である。これは組立順序の一つの可能性に過ぎず、当業者は他の似た組立順序も同様に評価するであろう。

エポキシまたは接着剤４６はＺ軸方向に導電性をもつ接着剤であってもよく、弾性エネルギー吸収特性を有していてもよい。異方性導電接着剤の使用は、ピクセルの有効な電気的インターフェイスをそのダイから外へ物理的に延長することができる。その導電材は、指インターフェイス自身に接触してもよく、またはセンシングアレーを覆う材料の表面保護層の下側で終っていてもよい。同様の異方性導電材を、チップの外部インターフェイスであるボンドパッド３４をフレキシブル層３６上の導電配線３７へ電気的に接着するために使用してもよい。

ＩＣキャリヤ４５は、プラスティック成形品および他の保護材であってもよく、それらは弾性エネルギー吸収特性をもっていてもよい。該キャリヤは違う材質の多層を組み込んでもよく、あるいは剛性など一つ以上の物理的性質に勾配をもった傾斜材料を組み込んでもよい。チップ３２の上表面の全てにおいてより柔らかい弾性材４６を覆う固い（伸びない）がフレキシブルな材料の層３６（例えばカプトン）は、点衝撃エネルギーをチップ表面の大きな領域に分散させる。チップを回路基板に接続するその弾性材は、チップに力が加わったときチップが回路基板に対してわずかに動くことを可能にして、チップに加わるストレスを軽減する。ＩＣキャリヤ４５とフレーム２１との間の勾配付き機械的インターフェイスは、ストレス緩和のために垂直方向とせん断方向との両方向への動きを可能にする。フレキシブル回路３５はまた、ＲＦイメージング機能を強めるためにセンシングアレー上方のエリア内に図示されていない導電性パターンまたは導電配線を備えてもよい。

エポキシまたは接着剤４６は、より固いフレキシブル層３６と、とても固いシリコンチップとの間にある柔らかい弾性層である。これにより、鋭く尖った先からの引っかき傷を減少させ、また鋭く尖った先からの力のシリコンへの移動を減少させるためにフレキシブル層３６が内側へ曲がることを可能にする。

ＩＣキャリヤ４５およびどのバイアス材６２も、ストレス下においてシリコンチップが割れるのを防止するためにシリコンチップに機械的支持を与え、そして指センシングＩＣとその角部を周囲から密封することができる。ＩＣキャリヤ４５と回路基板６０との間のバイアス材６２は垂直方向およびせん断方向の両方向における衝撃エネルギーを吸収することができる。

半導体チップの上表面は一般に、脆いシリコン酸化膜と軟質アルミニウムとの多層膜からなる。このタイプの構造は、力が表面上の小さな点に加えられたとき簡単に傷つき、割れ、損傷する可能性がある。損傷は一般に、絶縁表面酸化物に加えられた圧力が、すぐ下のアルミニウム相互接続材に伝播されたときに生ずる。アルミニウムは変形して酸化物の下からのサポートを取り除き、これにより酸化物は折れたり割れたりする。もしも十分な力が加えられたなら、この過程はいくつかのアルミニウムとシリコン酸化膜との交互層を貫通して継続し、相互接続アルミニウムを短絡させてチップ機能を低下させる可能性がある。

ここに記載されたパッケージ形態においては、センサに近づく尖った物は最初に基板層（一般にカプトンテープ）に接触する。基板材料は変形して弾性接着材に押し込まれることで、より広い領域に力を拡散させ、伝達される単位面積あたりの最大力を減少させる。拡散し希釈されて弾性接着材を通して伝わった力は、チップを衝撃物体から離れるように下方へ動かして弾性基材の中へ移動させる。衝撃エネルギーのいくらかはチップの動きに変換され、最終的には弾性基材の圧縮力へと変換される。最後に、上記のようにチップが弾性基材の中へと下向きに力を加えられる時、チップはしばしば傾き、尖った物がセンサからそれるのを促進するであろう。弾性材の各層の剛性は、予想される最大力に対してシリコンチップ内の相互接続アルミニウムを保護できるように選択する。

上記で議論されたパッケージング構想は、以下のようなパッケージを作る。該パッケージは携帯用電子機器の外表面での使用に対し十分な耐久性をもち、よいセンシング信号伝播を維持することにより良質のセンサデータを得るものである。上述した実施形態は、比較的安価なものであり、簡単に大量生産することができる。

ここに開示された指センサの利点と特徴との可能性のいくつかについて再考すると、引っかき抵抗力の著しい改善は、カプトンのような比較的固く破れにくい表面材とその下方のより柔らかい接着剤とを結合することによって得ることができる。この構造によれば、鋭く尖った物が接触するときに、表面材が押し込まれて、初期衝撃を減少させ、力を広い面積に拡散させ、その先端が表面材を貫通するのを防止することができる。その尖った物が取り除かれると、弾性材は元の形状に戻る。

滑らかな表面と低摩擦係数を持ったフレキシブル基板（例えばカプトン）は、耐摩耗性に役立つ。上記の弾性構造はまた、表面への磨耗性粒子の切込みを防ぐことで耐摩耗性を改善することができる。上記の弾性構造はまた、種々の強度の衝撃に対して複数のレベルの保護を与える。

携帯電話のような携帯機器を落としたとき、ケースと内部回路基板とを相互接続するどの構造にもせん断力が加えられる。内部回路基板にはんだ付けされてケース内の穴を通って突出したセンサの場合、最大のせん断力がそのセンサとセンサに相互接続した回路基板とに加えられる。上記のパッケージでは、センサを回路基板に機械的に接続できる弾性材によりせん断力が吸収される。もしも極端なせん断力が加わったなら、勾配つきセンサはケースの下に滑り、せん断力を弾性基材の垂直方向圧縮に変換するであろう。衝突事象が終ったとき、センサは通常位置へ戻るであろう。

上述のパッケージはまた、継続的圧力に対する保護を与える。圧力が加えられたとき弾性基材が圧縮されることで、センサが表面からわずかな距離引っ込むことを可能にする。多くの場合において本方法は、ケースが多くの力を支えることにより、センサ上の力を減少させることを可能にするであろう。

ここに記載されたパッケージングにおいて、フレキシブル基板物質はまたチップとその周囲との間のＥＳＤ（静電気放電）バリアーとして作用し、チップ上の敏感な電子デバイスにＥＳＤが達しないように保護する。従って、漏れ電流の刺激は著しく減少し、または解消されるかもしれない。１ミルのカプトン層は８．６Ｋｖの耐圧機能を与える。ＥＳＤ電極は高電圧における放電をとらえることができる。ＥＳＤ電極に対する空気の降伏前に駆動電極を超える最大電圧は７．５Ｋｖである。駆動電極の最も遠い点からＥＳＤキャプチャ電極までの距離は２．５ｍｍであり、乾燥空気の絶縁降伏は３Ｋｖ／ｍｍである。したがって、きれいな表面を持っていた（最悪の場合）としても、ＥＳＤはカプトン誘電体層中を貫通する前にＥＳＤキャプチャ電極に放電するであろう。さらに、アレーを覆うように１ミルのカプトン、加えて１ミルのエポキシ、加えて２．５ミクロンのＳｉＮを設ける。この構成は、ピクセルアレー上に約１４．１Ｋｖの絶縁抵抗を与えるかもしれない。このことは、外部ＥＳＤサプレッサと関連する回路に関する必要性を解消し得る。

いくつかの力学的耐性のデータが以下の表１に示される。特に、三つのデバイスを比較しており、窒化物コーティングされており接着剤のない小型スライドタイプのＩＣであるモデル１５１０と、ポリイミドコーティングされており接着剤のないＩＣである１５１０と、カプトン層とアクリル系の接着剤／充填材とを備える大型スライドＩＣであるモデル２５０１である。ドリルロッドによる引っかきと鉛筆による引っかきとのテストを、ＡＮＳＩテストする。その他の三つのテストは説明を要するものではなく、カプトン／充填材の付いたデバイスが機械的堅牢性においてかなりの利便性を得ていることを見ることができる。

フレキシブル回路には、所望の回路の全部または一部を含め、そして搭載してよい。顧客のインターフェイスは、ＵＳＢコネクタインターフェイスなどの簡単な標準インターフェイスでもよい。フレキシブル回路は、ＬＥＤを含むことが可能であり、あるいはエレクトロルミネセント光源を印刷フィルムとして加えることができる。有機ＬＥＤをフィルムとしてフレキシブル回路の下面にプリントすることができる。

本発明による他の特徴および利点は、以下の表題の同時係属出願を参照することで理解できるであろう。代理人整理番号５１６３９の「改良した静電気放電防止装置を備えた指センサおよびその関連方法」と、代理人整理番号５１６４０の「改良した搭載方法を備える指センシングおよびその関連方法」とは本発明と同時に出願されており、その全ての開示を参照することにより本書に組み込まれる。従って、本発明の多くの変形例と他の実施形態を、前述の説明と関連図に示された教示の利益を得る当業者は思い出すであろう。それゆえ、本発明は開示された具体的実施例に限定されないこと、および他の変形例と実施形態とが添付請求の範囲内に含まれることが意図されていることは理解されるであろう。

本発明による指センサを含む携帯電話の略平面図である。 図１に図示された指センサの一部の拡大斜視図である。 図１に図示されたような指センサの一部をコネクタ部の他の実施形態とともに図示した平面図である。 図１に図示されたような指センサの一部を通る断面での拡大略断面図である。 本発明による指センサの一部であって、図３に似ているがコネクタ部の他の実施形態を図示した平面図である。 本発明により実装された指センサの略断面図である。 本発明により実装された指センサの他の実施形態の略断面図である。 本発明により実装された指センサのさらに他の実施形態の略断面図である。 本発明により示される指センサの製造工程を図示した概略工程図である。

Claims (28)

1. 指センシングエリアと、その指センシングエリアに隣接した少なくとも一つのボンドパッドとを有する指センシング集積回路（ＩＣ）と、
   前記指センシングＩＣの前記指センシングエリアと前記少なくとも一つのボンドパッドとの両方を覆うフレキシブル層であって、前記指センシングＩＣによる、当該フレキシブル層上に置かれた指のセンシングを可能にするフレキシブル層と、
   前記フレキシブル層に支えられるとともに前記少なくとも一つのボンドパッドに接続される少なくとも一つの導電配線とを有するフレキシブル回路と、
   前記指センシングＩＣを内部に受け入れるための空洞、及び少なくとも一つの面取り上縁を有するＩＣキャリヤとを備え、
   前記ＩＣキャリヤは、側方に突出するタブ部分のある形状を有して、前記指センサをハウジングに設置した際に、前記タブ部分が、前記ハウジングの、当該タブ部分の上方に隣接する部分と協働して、当該ＩＣキャリヤが下方に移動することを可能にする、指センサ。
2. 前記フレキシブル回路は、前記指センシングエリアおよび前記少なくとも一つのボンドパッドの外部に延在する少なくとも一つのコネクタ部を有する、請求項１に記載の指センサ。
3. 前記少なくとも一つのコネクタ部は、少なくとも一つのタブコネクタ部を有する、請求項２に記載の指センサ。
4. 前記少なくとも一つのコネクタ部は、少なくとも一つのボールグリッドアレー型コネクタ部を有する、請求項２に記載の指センサ。
5. 充てん材を前記指センシングＩＣと前記フレキシブル回路との間にさらに備える、請求項１に記載の指センサ。
6. 前記充てん材は、エポキシを有する、請求項５に記載の指センサ。
7. 前記フレキシブル層の外面に支えられる少なくとも一つの駆動電極をさらに備える、請求項１に記載の指センサ。
8. 前記フレキシブル層の内面に支えられる少なくとも一つの駆動電極をさらに備える、請求項１に記載の指センサ。
9. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの静電気放電（ＥＳＤ）電極をさらに備える、請求項１に記載の指センサ。
10. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの電子的構成要素をさらに備える、請求項１に記載の指センサ。
11. 前記少なくとも一つの電子的構成要素は、個別部品、光源、光検出器および他のＩＣのうち少なくとも一つを有する、請求項１０に記載の指センサ。
12. 前記の他のＩＣは、少なくとも一つの他の指センシングＩＣを有する、請求項１１に記載の指センサ。
13. 前記指センシングＩＣは、上面をもつ半導体基板を有し、前記指センシングエリアは、前記半導体基板の前記上面で支えられるセンシング電極のアレーを有する、請求項１に記載の指センサ。
14. 指センシングエリアと、その指センシングエリアに隣接した複数のボンドパッドとを有する指センシング集積回路（ＩＣ）と、
    前記指センシングＩＣの前記指センシングエリアと前記複数のボンドパッドとの両方を覆うフレキシブル層と、前記フレキシブル層に支えられるとともに前記複数のボンドパッドに接続される複数の導電配線とを有するフレキシブル回路と、
    前記指センシングＩＣと前記フレキシブル回路との間の充てん材と、
    前記指センシングＩＣを内部に受け入れるための空洞、及び少なくとも一つの面取り上縁を有するＩＣキャリヤとを備え、
    前記フレキシブル回路と前記充てん材とは、前記指センシングＩＣによる、当該フレキシブル回路上に置かれた指のセンシングを可能にし、
    前記ＩＣキャリヤは、側方に突出するタブ部分のある形状を有して、前記指センサをハウジングに設置した際に、前記タブ部分が、前記ハウジングの、当該タブ部分の上方に隣接する部分と協働して、当該ＩＣキャリヤが下方に移動することを可能にする、指センサ。
15. 前記フレキシブル回路は、前記指センシングエリアおよび前記複数のボンドパッドの外部に延在する少なくとも一つのコネクタ部を有する、請求項１４に記載の指センサ。
16. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの駆動電極をさらに備える、請求項１４に記載の指センサ。
17. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの静電気放電（ＥＳＤ）電極をさらに備える、請求項１４に記載の指センサ。
18. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの電子的構成要素をさらに備える、請求項１４に記載の指センサ。
19. 前記指センシングＩＣは、上面を持つ半導体基板を有し、前記指センシングエリアは、前記半導体基板の前記上面で支えられるセンシング電極のアレーを有する、請求項１４に記載の指センサ。
20. 指センシングエリアと、その指センシングエリアに隣接した少なくとも一つのボンドパッドとを有する指センシング集積回路（ＩＣ）を設ける工程と、
    前記指センシングＩＣの前記指センシングエリアと前記少なくとも一つのボンドパッドとの両方をフレキシブル層で覆う工程であって、前記フレキシブル層が、前記指センシングＩＣによる、当該フレキシブル層上に置かれた指のセンシングを可能にする工程と、
    前記フレキシブル回路の前記フレキシブル層によって支えられる少なくとも一つの導電配線を少なくとも一つのボンドパッドに接続する工程と、
    少なくとも一つの面取り上縁を有するＩＣキャリヤの空洞内に前記指センシングＩＣを配置する工程とを備え、
    前記ＩＣキャリヤは、側方に突出するタブ部分のある形状を有して、前記指センサをハウジングに設置した際に、前記タブ部分が、前記ハウジングの、当該タブ部分の上方に隣接する部分と協働して、当該ＩＣキャリヤが下方に移動することを可能にする、指センサの製造方法。
21. 前記フレキシブル回路は、前記指センシングエリアおよび前記少なくとも一つのボンドパッドの外部に延在する少なくとも一つのコネクタ部を有する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記少なくとも一つのコネクタ部は、少なくとも一つのタブコネクタ部を有する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記少なくとも一つのコネクタ部は、少なくとも一つのボールグリッドアレー型コネクタ部を有する、請求項２１に記載の方法。
24. 前記指センシングＩＣと前記フレキシブル回路との間に充てん材を配置する工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
25. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの駆動電極を形成する工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
26. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの静電気放電（ＥＳＤ）電極を形成する工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
27. 前記フレキシブル層に支えられる少なくとも一つの電子的構成要素を配置する工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
28. 前記指センシングＩＣは、上面を持つ半導体基板を有し、前記指センシングエリアは、前記半導体基板の前記上面で支えられるセンシング電極のアレーを有する、請求項２０に記載の方法。

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