表面传感器的制造方法
【专利说明】表面传感器
[0001]本发明涉及用于检测有机组织或其表面的结构和特性的传感器，特别地涉及指纹传感器，其包括用于电耦合和机械耦合至手指表面以及其组织的在选定位置的选定数量的传感器电极，该传感器电极具有的大小类似于手指组织或表面的结构、特征或特性的大小。
[0002]近年来，生物测定技术，且特别是指纹传感器已经变得普遍用于人的身份的验证，例如，在出入境管制处、在机场，以及常见于例如笔记本电脑、手机、卡、平板电脑等个人设备。本解决方案仍然具有多个缺点。用在机场和出入境管制中的指纹传感器对于许多应用而言过大且过于昂贵，在便携式设备中可见的更小的传感器通常是基于有限的鲁棒性、设计灵活性以及挑战性的电子互连的解决方案的硅。用于这样的传感器的传统的硅生产技术通常导致用于干扰设备的物理手指接口的电互连特征的解决方案。传感器通常实现凹进的安装在用户应用中，以改善这些缺点，但相对于美学设计与防止灰尘与水分可能不是最优的解决方案。传感器的大小(体积与面积两者)连同硅的刚性特性，显著限制在例如智能卡的薄且柔软的应用中集成指纹设备的可行性。
[0003]US7251351中描述了一种指纹传感器，该指纹传感器可以平齐安装至与其内安装有该指纹传感器的产品的表面相同的平面中，在该指纹传感器中，一组第一电极/传感器元件被定位在绝缘基板的设置有贯通基板通路导体(through-substrate-via conductor)的一侧上。该基板可以由玻璃、陶瓷或其它绝缘材料制成。在国际专利申请W02011/080262中，讨论了基于柔性材料的低成本生产的类似的解决方案。已知的手指传感器还在US2009/0252385与US7099496中进行描述，其中手指表面的特征通过在多个线端部与在距该线端部一定距离处延伸的电极之间的场的效果进行测量。该电极可以定位在介电材料之上或之下。由于该解决方案取决于从线端部延伸至垂直驱动电极的径向的边缘场(fringingfield)且该解决方案在电极的定位中还需要较高的精度，这个解决方案具有有限的分辨率。已知领域的另一个示例呈现在US8224044中，其中电路定位在基板的与手指表面相对的侧上。这提供简单的制造，但以分辨率为代价。
[0004]因此本发明的目的是提供通过良好建立的、高容量、低成本制造过程以高分辨率实现的低成本指纹传感器。这通过上面陈述的具有独立权利要求中描述的特征的指纹传感器实现。
[0005]通过这种方式获得传感器，其中传感器的分辨率取决于线的宽度与延伸到孔中的线的长度，该孔在介电层的相对侧上界定在该线之上的导电层中。在优选的实施方案中，线横跨该孔的宽度延伸，每个线的感测区域因此是线的宽度和孔的宽度的直接函数。在传感器单元的生产过程中，孔与线的精确定位不是关键的，因为测量取决于孔和线的宽度，因此，生产公差的要求可以降低，从而降低生产成本。由于在介电的一侧上的孔与在介电的另一侧上的线的定位可以被以相对较大的公差制造，因此传感器单元可以被低成本制成，而不用降低传感器的分辨率。
[0006]在下面的描述中，本领域技术人员应将术语“电压或电流的检测”理解成关于定位在传感器的电极之上的组织或其表面的相关的电容、阻抗、电磁场、指纹或其它生物测定的、物理的、生理的、热的或光的或特征或特性的信息的检测和收集方法。而且，除非特别提及，术语耦合应理解为包括两个部分之间的直接电接触以及由介电材料物理分离的两部分的电容耦合或感应耦合。
[0007]根据本发明的传感器单元在下面将通过参考借助于示例说明本发明的附图进行描述。
[0008]图1示出在薄箔上实施的本发明的示例性实施方案。
[0009 ]图2a、2b示出包括两个孔中的两个感测线的本发明的一个示例性实施方案。
[0010]图3a、3b示出包括一个孔中的两个感测线的本发明的一个示例性实施方案。
[0011]图4示出包括在基板的相同侧上实现的感测层和孔的本发明的一个示例性实施方案的横截面。处理电路安装在与感测层与孔层的相同侧上。
[0012]图5示出包括在基板的相同侧上实现的感测层和孔的本发明的一个示例性实施方案的横截面。处理电路安装在感测层与孔层的相对侧上。
[0013]图6示出包括在叠层过程中实现的感测层和孔的本发明的一个示例性实施方案的横截面。
[0014]图7示出包括在基板的一部分中实现的感测层和孔的本发明的一个示例性实施方案的横截面。为了制成包围处理电路的刚性外壳，第二基板被安装至另一侧。
[0015]如图1所示，示例性实施方案由具有感测区段2的薄箔5组成，感测区段2适合于提供电耦合到被定位在传感器之上的手指1。感测区段2优选地具有与手指的宽度相匹配的长度。在示例性实施方案中，该测量以本身已知的方式通过穿过手指1在驱动电极3与感测区域之间施加变化的电压进行。感测区域与驱动电极两者都耦合至ASIC 4，ASIC 4适合于提供基于检测的电压或电流测量指纹的阻抗的装置，且因此按时间序列提供指纹1的图案的二维表示。箔片还可以设置有接口触点6，例如，设置在箔片的使用标准连接器装置的一端处。
[0016]图2a与2b示出传感器单元的示例性实施方案的感测区段的细节，其中，图2a例示屏蔽和线电极的布局，而图2b例示传感器单元沿导电线的方向的横截面。耦合至ASIC 4的处理单元的第一数量的传感器线11定位在介电层12的一侧上。屏蔽电极16定位在介电层的另一侧上，屏蔽电极界定在传感器线11之上的长形孔14。该屏蔽电极被第一介电层(未示出)覆盖，第一介电层组成用于手指的接触表面，该第一介电层提供在屏蔽电极与手指表面之间的绝缘层。另外，传感器单元设置有耦合至如上面所述的处理单元4的至少一个驱动电极17。因此，产生的电场在驱动电极17穿过手指与孔至传感器线11之间延伸。通过这种方式，与每个传感器线有关的每个传感器区域的大小由线11的呈现在孔14内的部分的宽度与长度界定。
[0017]这解决了在第一介电层的不同侧面上的第一导体层与第二导体层的对齐的问题，因为孔的精确定位不是关键的，只要宽度和方向被良好地界定。
[0018]如图2a与图2b所示，示例性传感器单元包括两组感测线11、13，每组在单独的孔中，所有的感测线耦合至处理单元4。因此，传感器单元包括两个平行的传感器区段14、15，如从US7110577已知的，在触击传感器(swipe sensor)中区域14、15可以被用于测量在传感器之上的手指的运动。在另一个示例性实施方案中，感测线与孔的数量可以增加以提供因此包括在多个感测线之上的多个孔和例如使用用于获得读数的多路传输技术的二维传感器矩阵。
[0019]相比于孔外部的区域，在孔14、15中的介电箔片材料12可以具有减小的厚度，或可以被完全移除，或可以填充具有选定的特征的另一种材料(取决于传感器单元所需要的特征，例如阻抗)。
[0020]在图2a和图2b中的示例性实施方案可以在例如由聚酰亚胺制成的介电箔片上生产，其中，两个孔各具有130μπι的宽度，且由150μπι的箔片材料分开。每个线具有的宽度为20至50μπι。如果传感器在更厚的载体基板的单侧上制成，在传感器线与孔之间的距离可以基本上更小，在0.1至ΙΟμ??的范围中。
[0021]在图3a与图3b中示出简化的示例性实施方案，其中，设置有单个孔24，且感测线延伸预定的长度至孔中，且每个线的感测区域由进入到孔中的线的长度以及每个线的宽度界定。根据线层与孔层之间的对齐，在孔内的线的长度可以在+/_25μπι的范围内变化。
[0022]本发明主要涉及用于测量有机组织的物体的表面的结构和特性的传感器单元，特别涉及指纹传感器，其中，在一个示例性实施方案中，物体以选定的方向滑过传感器单元。在其它的示例性实施方案中，物体可以静止或涂擦在传感器之上。传感器单元具有接触表面，该接触表面适合于与所述物体具有机械接触。这个接触表面将优选地是保护单元的其余部分的介电层，但还可以包括在物体与例如驱动电极(未示出)之间提供电流耦合的区域。
[0023]该单元由具有选定厚度的介电材料制成的第一介电层构成。第一导体层设置在介电层的面向接触表面的一侧上，其中，第一导体层包括至少一个屏蔽电极，该屏蔽电极基本上覆盖所述介电层的面向所述接触表面的区域。该屏蔽电极界定具有预定尺寸的非导电孔，基本上围绕该孔。在一个示例性实施方案中，该孔基本上是线性的，且该线性孔的方向基本上垂直于预定的滑动方向。在第一导体层中的屏蔽电极中的开口可以例如在提供介电接触表面的过程中填充介电材料。
[0024]传感器单元还包括通过所述第一介电层与所述第一导体层分开的第二导体层，第二导体层包括至少部分地在所述至少一个孔以下延伸的多个导电线。该线优选地在孔之下的区域中在基本上线性的方向上延伸，该方向基本上垂直于由该孔界定的所述线性感测区段，每个线具有预定的宽度。如上面讨论的，根据应用，该线可以横跨由该孔界定的区域延伸或部分延伸进入到由该孔界定的区域中，其中在第一种情况中，相关的感测区域由孔的宽度和线的宽度界定，而在后一种情况中，相关的感测区域由延伸长度和线的宽度界定。
[0025]通过这种方式，与每个线相关的感测区域被感测区域中的线的宽度以及在感测区段中延伸的每个线的长度界定。
[0026]每个线耦合至处理单元，所述处理单元还耦合至至少一个驱动电极，该至少一个驱动电极被定位成以便耦合至所述物体表面，且以便在驱动电极与所述感测区段中的所述线之间施加变化的电压。为了绝缘，第二介电层可以被设置在线以下，取决于预期的用途，第二介电层可以由刚性材料或柔性材料制成。为了增加处理电路中存在有限数量的通道时的分辨率，每个第二传感器元件可以连接至地面或固定电位。
[0027]线可以通过数种不同的实施方案耦合至处理器。根据一个实施方案，线如导体沿介电层在横向方向上以与W02011/080262中类似的方式延伸，因此制成柔性传感器单元，在该传感器单元中，导体被引导通过柔性基板且可能在横向方向上延伸。涉及刚性基板的对应的解决方案在US7251351、US7848550以及W02010/023323中进行讨