KR20060114429A

KR20060114429A - 이미지센서의 픽셀 어레이와 접촉발광센서가 직접 접촉된지문감지장치

Info

Publication number: KR20060114429A
Application number: KR1020050036366A
Authority: KR
Inventors: 홍지숙; 조완희; 권오봉
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-11-06

Abstract

본 발명은 접촉발광센서와 이미지센서의 사이에 삽입된 렌즈로 인한 광의 회절과 소형화의 어려움을 극복할 수 있는 지문인식장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서; 상기 접촉발광센서의 광사출면과 픽셀 어레이가 직접 접촉되며, 상기 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서; 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 접착시키기 위한 접착층; 상기 이미지센서와 접착된 PCB 기판; 및 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 캐피티 형태로 패키지시키기 위해, 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 둘러싸면서 상기 PCB기판에 부착된 리드를 포함하는 지문감지장치를 제공한다.

지문감지장치, 픽셀 어레이, 접촉발광센서, 이미지센서, 리드 프레임, 와이어 본딩, 캐비티.

Description

이미지센서의 픽셀 어레이와 접촉발광센서가 직접 접촉된 지문감지장치{FINGER PRINT SENSING APPARATUS HAVING DIRECTLY CONTACTED PIXEL ARRAY OF IMAGE SONSOR AND CONTACT EMITTING SENSOR}

도 1은 종래기술에 따른 지문인식장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1의 접촉발광센서를 보다 구체적으로 도시한 단면도.

도 3은 접촉발광센서에서 지문을 인식하는 상태를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 5는 도 4의 지문감지장치를 보다 구체적으로 도시한 단면도로서, 패키지한 상태를 보여주는 단면도.

도 6은 도 5에 도시된 지문감지장치 평면도.

도 7은 상기한 지문감지장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 플로우 챠트.

도 8은 도 4의 지문감지장치를 보다 구체적으로 도시한 단면도로서 다른 패키지 형태를 보여주는 단면도.

도 9은 도 5에 도시된 지문감지장치 평면도.

도 10은 상기한 지문감지장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 플로우 챠 트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

40 : 이미지센서 41 : 접촉발광센서

47 : PCB 기판 42,51,53 : 접착층

49 : AC 전압제공부 50 : 캐비티형식의 패키지

52 : 리드프레임

본 발명은 지문인식장치에 관한 것으로, 특히 접촉발광소자와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다.

현재 지문인식장치는 크게 렌즈나 프리즘을 이용하는 광학식과 반도체 응용기술을 이용하는 칩-베이스드(Chip-based) 센서로 양분되어 있지만, 그 비중이 칩 베이스드 센서 쪽으로 기울어가고 있는 상황이고 다른 센서들과 비교해 보았을 때 상당한 우위를 점하고 있다.

휴대 기능을 중시하는 현재의 추세라면 인증용 센서는 경박 단소한 센서가 필요하므로 접촉발광소자와 이미지센서를 이용한 지문인식장치가 널리 사용될 것으 로 보인다.

도 1은 종래기술에 따른 지문인식장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 지문인식장치는 지문에 접촉되었을 때 접촉된 면을 통해 발광하는 접촉발광센서(12)와, 접촉발광센서(12)로부터 출력된 광(14)을 집광하는 렌즈(11)와, 렌즈를 통해 집광된 광(15)을 입력받아 광전 변환을 통해 이에 해당하는 전기신호를 출력하는 이미지센서(10)로 이루어진다.

즉, 지문인식장치는 지문에 접촉되었을 때 접촉되는 부분에서 광을 출력하는 접촉발광센서(12)를 통해 사람마다 각기 다른 모양을 갖는 지문 융선(13)에 해당하는 광신호로 출력하며, 광신호를 렌즈(11)를 통해 집광하고, 집광된 광(15)을 이미지센서(10)로 받아들인다.

이미지센서(11)는 광전변환 과정을 통해 광신호에 해당하는 전기신호를 출력하게 되고, 이 전기신호를 통해 지문을 인식하게 된다.

도 2는 도 1의 접촉발광센서(12)를 보다 구체적으로 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 접촉발광센서(12)는 사용자의 지문이 접촉되는 부분에 위치하는 보호층(22, Protecting layer)과, 접촉된 지문에 따라 접촉면에 해당하는 부분에서 선택적으로 광을 방출하기 위한 발광층(21, Emitting layer)과, 발광층(21)으로부터 출력되는 광을 하부로 출력하도록 투명한 재질로 이루어진 투명전극(20)과, 보호층(22)과 발광층(21)을 감싸는 절연층(23, Insulating layer)과, 접촉되는 손가락과 투명전극(20)을 통해 전류가 흐르도록 손가락 및 투명전극(20)에 교류 전원(25)을 연결시키는 전극(24a, 24b)으로 이루어진다.

한편, 발광층(21)과 보호층(22) 사이에는 차광층과 유전층 등이 있으나, 여기서는 도면의 간략화를 위해 생략하였으며, 투명전극(20)은 통상 투명전극층과 투명기판으로 이루어진다.

상기한 구조를 갖는 접촉발광센서(12)는 교류전원(25)을 통해 교류가 인가된 상태에서 지문이 접촉되면 발광층(21)에서 광신호가 발생된다.

발광층(21)은 수많은 발광 입자(Emitting particle)가 그 내부에 존재한다. 즉, 발광층(21)은 호스트 물질(Host material)과 그 내부에 도핑된 원자들로 이루어지며, 도핑된 원자들이 자리한 부근에는 수많은 전자들이 트랩 레벨(Trap level)에 포획(Trap)되어 있다. 트랩 레벨은 전도대(Conduction band)와 가전자대(Valance band) 사이에서 전도대에 가까운 부분에 위치하고 있다.

따라서, 전기장(Electric field)이 가해지면 전도대에 위치한 전자들이 에너지를 얻고 여기된 후, 트랩 레벨에 포획되어 기저 상태가 되면서 빛을 내보내게 된다.

도 3은 접촉발광센서에서 지문을 인식하는 상태를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 발광층(21) 상부에 지문 융선(26)이 접촉되면, 그 융선을 따라 발광층(21)에 흐르는 전기장의 세기가 달라지며, 이에 비례하여 광신호(27) 또한 다르게 나타난다. 지문 융선(26)은 지문의 골(V)과 마루(E)로 이루어지는 바, 지문의 골(V)과 마루(E)의 분포가 사람에 따라 다르므로, 이러한 골(V)과 마루(E)에 따라 다르게 분포하는 전기장의 세기와 그에 비례하는 광신호(27)를 출력하게 된다.

도 1의 구조에서 이미지센서(10)는 접촉발광센서(12)로부터 출력되고 렌즈(11)에 의해 집광된 광신호(15, 27)를 받아 전기신호를 변환하는 기능을 한다.

그러나, 도 1의 구조를 갖는 종래의 지문인식장치는, 이미지센서(10)와 접촉발광센서(12) 사이에 렌즈(11)가 삽입되어 있으므로, 렌즈(11)의 초점을 맞추는 것이 어렵다. 또한, 이격된 거리에 의해 빛의 회절이 발생할 수 있으며, 렌즈(11)의 높이 만큼 지문인식장치의 크기가 증가한다.

따라서, 상기한 구조를 갖는 종래의 지문인식장치는 정확성과 크기의 소형화가 필수 조건인 휴대용 장치에서의 적용이 사실상 불가능하다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은 접촉발광센서와 이미지센서의 사이에 삽입된 렌즈로 인한 광의 회절과 소형화의 어려움을 극복할 수 있는 지문인식장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서; 상기 접촉발광센서의 광사출면과 픽셀 어레이가 직접 접촉되며, 상기 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서; 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 접착시키기 위한 접착층; 상기 이미지센서와 접착된 PCB 기판; 및 상기 접촉발 광센서와 상기 이미지센서를 캐피티 형태로 패키지시키기 위해, 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 둘러싸면서 상기 PCB기판에 부착된 리드를 포함하는 지문감지장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서; 상기 접촉발광센서의 광사출면과 픽셀 어레이가 직접 접촉되며, 상기 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서; 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 접착시키기 위한 접착층; 상기 이미지센서의 하부에 배치된 리드 프레임; 및 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 캐피티 형태로 패키지시키기 위해, 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 둘러싸면서 상기 리드프레임에 부착된 리드를 포함하는 지문감지장치를 제공한다.

본 발명은 기존의 지문인식장치의 구조에서 이미지센서와 접촉발광센서 사이에 삽입되어 있는 렌즈를 제거하는 대신, 접촉발광센서와 이미지센서의 픽셀 어레이 부분이 집접 접촉되도록 배치함으로써, 렌즈로 인한 크기의 증가 문제와 접촉발광센서와 이미지센서의 이격으로 인한 빛의 회절 등에 의한 문제를 해결하고자 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지문인식장치는 교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서(41)와, 접촉발광센서(41)의 광사출면과 픽셀 어레이(400)가 직접 접촉되며, 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서(40)와, 접촉발광센서(41)와 이미지센서(40)를 접착시키기 위한 접착층(42)을 구비하여 구성된다.

이미지센서(40)는 복수의 단위 픽셀로 이루어진 픽셀 어레이(400)와 픽셀 어레이(400)로부터 제공되는 전기 신호를 처리하기 위한 신호 처리부(43)로 이루어진다.

상기한 구성을 갖는 지문인식장치는 지문에 접촉되었을 때 접촉되는 부분에서 광을 출력하는 접촉발광센서(41)를 통해 사람마다 각기 다른 모양을 갖는 지문 융선(44)을 읽어들인 다음, 지문 융선(44)에 해당하는 광신호를 출력하고, 접촉발광센서(41)의 광사출면과 픽셀 어레이(400)가 직접 접촉된 이미지센서(40)는 광신호를 받아들인 후, 광전변환 과정을 통해 광신호에 해당하는 전기신호를 출력하게 되고, 이 전기 신호를 통해 지문을 인식하게 된다.

본 발명에서는 접촉발광센서(41)의 광사출면과 픽셀 어레이(400)가 직접 접촉되도록 하여 접촉발광센서(41)와 픽셀 어레이(400) 사이레 배치되던 렌즈를 제거 함으로써, 렌즈로 인한 부피 증가 문제을 해결할 수 있다.

또한, 접촉발광센서(41)의 광사출면과 픽셀 어레이(400)가 직접 접촉되므로, 둘 사이의 공간이 없으므로 빛의 회절로 인한 문제점을 해결할 수 있다.

도 5를 참조하면, PCB 기판(47)상에 이미지센서(40)가 배치되어 있고, 이미지센서(40) 상에는 접착층(42)을 매개로 이미지센서(40)의 픽셀 어레이 부분과 직저 접촉된 접촉발광센서(41)가 배치되어 있다.

이미지센서(40)와 접촉발광센서(41) 측면의 전극은 각각 와이어 본딩(46) 되어 있으며, 접촉발광센서(41)의 전극은 교류 전원(49)과 상부의 전극(45a)을 통해 상호 연결되어 있으며, 상부의 전극(45a) 측면의 접촉발광센서(41) 상부면에는 지문 접촉이 이루어지도록 오픈부(48)가 형성되어 있다. 전극은 모두 메탈라인을 통해 형성된다.

한편, 이미지센서(40)와 접촉발광센서(41)는 캐비티(Cabity) 형태의 패키지(50)에 둘러쌓여 있다. 캐비티(Cabity) 형태의 패키지와 PCB 기판은 접착물질(51)에 의해 접착되어 있다. 캐비티(Cabity) 형태의 패키지는 내부를 몰딩하지 않고 빈 공간으로 비워두는 방식의 패키지를 말한다.

본 실시예에 따른 지문감지장치는 리드프레임과 몰딩형태의 패키지를 사용하지 않고, 내부가 비워져 있는 캐비티 형태의 패키지와 PCB 기판에 바로 접착되는 방식을 사용한다. PCB 기판에 바로 접착되기 때문에 리드 프레임을 사용하지 않고 바로 PCB 기판과 신호를 주고받을 수 있는 장점이 있으며, 소형으로 제조될 수 있는 장점이 있다.

도 6은 도 5에 도시된 지문감지장치 평면도이다.

도 6을 참조하면, 최하부에 PCB기판(47)이 위치하고 있고, 그 상부에 이미지센서(40)와 접촉발광소자(41)가 와이어 본딩(46)을 통해 각각 패드 및 전극 등과 접속되어 있으며, 접촉발광소자(41)의 최상부는 오픈부(48)가 형성되어 있다.

도 7은 상기한 지문감지장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 플로우 챠트로서, 이를 참조하여 지문감지장치의 제조 과정을 살펴본다.

먼저, 다이 본딩(S701)을 실시한다. 이 때 PCB기판과 시모스 이미지센서를 부착하게 된다.

이어서, 접착층을 이용하여 이미지센서의 픽셀 어레이와 접촉발광센서를 직접 접착시킨다(S702).

이어서, 와이어 본딩(S703)을 실시하고, 캐비티형 패키지를 만들기 위한 리드(Lid)를 부착하고(S704), 교류 전원이 인가될 수 있도록 메탈라인과 접촉발광센서를 연결한다.(S705)

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 기존의 지문인식장치의 구조에서 이미지센서와 접촉발광센서 사이에 삽입되어 있는 렌즈를 제거하는 대신, 접촉발광센서와 이미지센서의 픽셀 어레이 부분이 집접 접촉되도록 배치함으로써, 렌즈로 인한 크기의 증가 문제와 접촉발광센서와 이미지센서의 이격으로 인한 빛의 회절 등에 의한 문제를 해결할 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.

전술한 실시예에서는 패키지를 할때에 리드프레임을 사용하지 않고 바로 PCB 기판에 부착하는 방법을 제시하였는데, 본 발명에서는 리드프레임을 사용하되, 일반적인 패키지에서 사용하는 몰딩방법을 사용하지 않고, 캐비티형태의 패키지를 사용하는 방법을 추가로 제시한다.

도 8은 도 4의 지문감지장치를 보다 구체적으로 도시한 단면도로서 다른 패키지 형태를 보여주는 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에서 추가로 제안하는 지문감지장치는 리드프레임(52)상에 이미지센서(40)가 배치되어 있고, 이미지센서(40) 상에는 접착층(42)을 매개로 이미지센서(40)의 픽셀 어레이 부분과 직저 접촉된 접촉발광센서(41)가 배치되어 있다.

이미지센서(40)와 접촉발광센서(41) 측면의 전극(45b)은 각각 와이어 본딩(46) 되어 있으며, 접촉발광센서(41)의 전극은 교류 전원(49)과 상부의 전극을 통해 상호 연결되어 있으며, 상부의 전극 측면의 접촉발광센서(41) 상부면에는 지문 접촉이 이루어지도록 오픈부(48)가 형성되어 있다. 전극은 모두 메탈라인을 통해 형성된다.

한편, 이미지센서(40)와 접촉발광센서(41)는 캐비티(Cabity) 형태의 패키지(50)에 둘러쌓여 있다. 캐비티(Cabity) 형태의 패키지는 접착물질(53)에 의해 접착되어 있다. 캐비티(Cabity) 형태의 패키지는 내부를 몰딩하지 않고 빈 공간으로 비워두는 방식의 패키지를 말한다.

본 실시예에 따른 지문감지장치는 몰딩형태의 패키지를 사용하지 않고, 내부가 비워져 있는 캐비티 형태의 패키지와 리드프레임 방식을 사용한다.

도 9은 도 5에 도시된 지문감지장치 평면도이다.

도 9를 참조하면, 최하부에 리드프레임(52)이 위치하고 있고, 그 상부에 이미지센서(40)와 접촉발광소자(41)가 와이어 본딩(46)을 통해 각각 패드 및 전극 등과 접속되어 있으며, 접촉발광소자(41)의 최상부는 오픈부(48)가 형성되어 있다.

도 10은 상기한 지문감지장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 플로우 챠트로서, 이를 참조하여 지문감지장치의 제조 과정을 살펴본다.

먼저, 다이 본딩을 실시한다. 이 때 리드프레임과 시모스 이미지센서를 부착하게 된다.

이어서, 접착층을 이용하여 이미지센서의 픽셀 어레이와 접촉발광센서를 직접 접착시킨다.

이어서, 와이어 본딩을 실시하고, 캐비티형 패키지를 만들기 위한 리드(Lid)를 부착하고(S704), 교류 전원이 인가될 수 있도록 메탈라인과 접촉발광센서를 연결한다.(S705)

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상술한 실시예에서 적용된 이미지센서로는 CMOS 이미지센서와 CCD 및 모든 이미지센서를 적용할 수 있다.

상술한 본 발명은, 지문감지장치의 사이즈를 줄여 휴대 장치에 적용할 수 있도록 함과 동시에 회절 등으로 인한 특성 열화를 줄일 수 있어 그 성능을 높이는 효과가 있다.

Claims

교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서;

상기 접촉발광센서의 광사출면과 픽셀 어레이가 직접 접촉되며, 상기 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서;

상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 접착시키기 위한 접착층;

상기 이미지센서와 접착된 PCB 기판; 및

상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 캐피티 형태로 패키지시키기 위해, 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 둘러싸면서 상기 PCB기판에 부착된 리드를 포함하는 지문감지장치.
제 1 항에 있어서,

상기 접촉발광센서는 그 최상부는 지문 접촉을 위한 오픈부를 갖는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 접촉발광센서는 와이어 본딩을 통해 교류전원과 연결된 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
교류전원에 의해 접촉되는 지문의 골과 마루에 따라 각각 다른 광신호를 출력하는 접촉발광센서;

상기 접촉발광센서의 광사출면과 픽셀 어레이가 직접 접촉되며, 상기 광신호를 입력받고 광전 변환을 통해 전기신호를 출력하기 위한 이미지센서;

상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 접착시키기 위한 접착층;

상기 이미지센서의 하부에 배치된 리드 프레임; 및

상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 캐피티 형태로 패키지시키기 위해, 상기 접촉발광센서와 상기 이미지센서를 둘러싸면서 상기 리드프레임에 부착된 리드

를 포함하는 지문감지장치.
제 4 항에 있어서,

상기 접촉발광센서는 그 최상부는 지문 접촉을 위한 오픈부를 갖는 것을 특징으로 하는 지문감지장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 접촉발광센서는 와이어 본딩을 통해 교류전원과 연결된 것을 특징으로 하는 지문감지장치.