DE10206187B4

DE10206187B4 - Imaging, electronic sensor

Info

Publication number: DE10206187B4
Application number: DE10206187A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lippmann; Marcus Janke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: DE10206187A1; WO2003069680A3; WO2003069680A2; TW200302983A

Abstract

Bildgebender, elektronischer Sensor, bestehend aus einer ersten Sensorstruktur mit ersten Sensorelementen und einer zweiten Sensorstruktur mit zweiten Sensorelementen, wobei die Oberflächenausdehnung der Summe aller ersten Sensorelemente der Größe des zu erfassenden Bildes angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder das zweite Sensorelement ein elektronisches Sensorelement ist und die Oberflächenausdehnung der Summe aller zweiten Sensorelemente um einen vorgegebenen Wert kleiner als die Oberflächenausdehnung der Summe aller ersten Sensorelemente ist und eine Übergangsstruktur zur Verbindung der ersten Sensorelemente mit den zweiten Sensorelementen dient.Imaging, electronic sensor consisting of a first sensor structure with first sensor elements and a second sensor structure with second sensor elements, wherein the surface area of the sum of all first sensor elements the size of the adapted to the capturing image, characterized in that the first or the second sensor element is an electronic sensor element and the surface area the sum of all second sensor elements by a predetermined value smaller than the surface area is the sum of all first sensor elements and a transition structure for connecting the first sensor elements to the second sensor elements serves.

Description

Die Erfindung betrifft einen bildgebenden, elektronischen Sensor, bestehend aus einer ersten Sensorstruktur mit ersten Sensorelementen und einer zweiten Sensorstruktur mit zweiten Sensorelementen, wobei die Oberflächenausdehnung der Summe aller ersten Sensorelemente der Größe des zu erfassenden Bildes angepaßt ist.The The invention relates to an imaging, electronic sensor consisting from a first sensor structure with first sensor elements and a second sensor structure with second sensor elements, wherein the surface area the sum of all the first sensor elements of the size of the image to be acquired customized is.

Bildgebende, elektronische Sensoren stellen zum Beispiel Fingerabdrucksensoren dar. Dabei werden zwei verschiedene technische Prinzipien unterschieden. Ein Prinzip ist in Streifensensoren realisiert. Bei diesen muß der Nutzer den Finger über das Sensorelement bewegen, um ein Bild zu erzeugen. Ein weiteres Nutzungsprinzip sind Flächensensoren, bei diesen legt der Nutzer seinen Finger auf die Sensorfläche auf, wobei der Sensor ein Bild des Fingerabdruckes erzeugt.Imaging, For example, electronic sensors provide fingerprint sensors There are two different technical principles. A principle is realized in strip sensors. In these, the user must over the finger move the sensor element to create an image. Another one Usage principle are area sensors, at the user puts his finger on the sensor surface, wherein the sensor generates an image of the fingerprint.

Die Größe der Flächensensoren richtet sich dabei nach der Größe des zu erfassenden Bildes, d. h. ein Flächensensor ist ausreichend groß auszuführen, daß ein Finger darauf ruhend ausreichend Platz findet. Aufgebaut sind solche Sensoren aus einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen die wiederum aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt sind. Üblicherweise werden in der Halbleitertechnologie die Größen der Bauteile immer kleiner gestaltet, um die Produktionskosten zu verringern. Dem steht bei kapazitiven Sensoren aufgrund des notwendigen Kontakts des abzubildenen Gegenstands mit der Sensoroberfläche die dadurch erforderliche Mindestgröße entgegen.The Size of the area sensors depends on the size of the capturing image, d. H. an area sensor is sufficiently large that a finger resting on it finds enough space. Built are such sensors from a variety of semiconductor devices in turn from the Semiconductor material silicon are produced. Usually in the Semiconductor technology the sizes of Components are made smaller and smaller to reduce production costs. This is due to capacitive sensors due to the necessary contact of the object to be imaged with the sensor surface thereby required minimum size.

Bei bildgebenden, optischen Sensoren, löst man dieses Problem unter der Zuhilfenahme geeigneter Linsensysteme, wobei das erfasste Bild mittels einer optischen Linse auf die Fläche des Siliziumbauteiles verkleinert, und dort weiterverarbeitet wird.at imaging, optical sensors, this problem is solved the aid of suitable lens systems, wherein the captured image reduced by means of an optical lens on the surface of the silicon component, and processed there.

Bei elektronischen Sensoren scheidet ein solches optisches Linsensystem jedoch aus, da das elektronische Verfahren den Kontakt des Sensors mit dem abzubildenden Gegenstand, z.B. Finger erforderlich macht.at electronic sensors separates such an optical lens system However, because the electronic method is the contact of the sensor with the object to be imaged, e.g. Finger required.

Die Druckschrift WO 01/99035 A2 offenbart eine Sensoreinheit, insbesondere für Fingerprintsensoren, wobei auf zwei gegenüberliegenden Flächen eines Substrates Sensorelemente angeordnet sind und zu einer Sensorstruktur zusammengefasst sind. Durch das Substrat hindurch verlaufen zwischen den einzelnen Sensorelementen elektrische Verbindungen; sogenannte Vias. Auf der einen Seite des Substrates dienen die Sensorelemente zur Aufnahme des Fingerabdrucks, auf der anderen Seite des Substrates ist ein elektronischer Chip angeordnet, der mit den Sensorelementen verbunden ist. Die einzelnen Sensorelemente bzw. deren Querschnittsfläche ist in einem Ausführungsbeispiel auf den beiden Seiten des Substrates verschieden voneinander. Die zu einer Sensorstruktur zusammengefassten Sensorelemente belegen auf beiden Seiten des Substrates gleiche Flächen.The Document WO 01/99035 A2 discloses a sensor unit, in particular for fingerprint sensors, being on two opposite Areas of a Substrate sensor elements are arranged and to a sensor structure are summarized. Pass through the substrate between the individual sensor elements electrical connections; so-called Vias. On one side of the substrate serve the sensor elements for taking the fingerprint, on the other side of the substrate An electronic chip is arranged with the sensor elements connected is. The individual sensor elements or their cross-sectional area is in one embodiment on the two sides of the substrate different from each other. The occupy combined sensor elements to a sensor structure same areas on both sides of the substrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer ausreichend großen Sensoroberfläche mit elektronischen Sensoren, eine gegenüber dieser reduzierte Chipfläche zu realisieren und damit den Bedarf an Silizium zur Produktion von elektronischen Sensoren zu verringern.Of the Invention is based on the object with a sufficiently large sensor surface with electronic Sensors, one opposite this reduced chip area to realize and thus the need for silicon for the production of reduce electronic sensors.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 geschilderten Maßnahmen gelöst.These The object is achieved by the measures described in claim 1 solved.

Die Erfindung sieh einen bildgebenden elektronischen Sensor vor, bestehend aus einer ersten Sensorstruktur mit ersten Sensorelementen und einer zweiten Sensorstruktur mit zweiten Sensorelementen, wobei die Oberflächenausdehnung der Summe aller ers ten Sensorelemente der Größe des zu erfassenden Bildes angepasst ist, und das erste oder das zweite Sensorelement ein elektronisches Sensorelement ist und die Oberflächenausdehnung der Summe aller zweiten Sensorelemente um einen vorgegebenen Wert kleiner als die Oberflächenausdehnung der Summe aller ersten Sensorelemente ist und eine Übergangsstruktur zur Verbindung der ersten Sensorelemente mit den zweiten Sensorelementen dient.The Invention, imagine an imaging electronic sensor, consisting from a first sensor structure with first sensor elements and a second sensor structure with second sensor elements, wherein the surface area the sum of all ers th sensor elements of the size of the image to be detected is adapted, and the first or the second sensor element, an electronic sensor element is and the surface area of the Sum of all second sensor elements smaller by a predetermined value as the surface area is the sum of all first sensor elements and a transition structure for connecting the first sensor elements to the second sensor elements serves.

Da die erste Sensorstruktur nur zur Aufnahme der physikalischen Eigenschaften, nicht jedoch zur elektronischen Ver- und Weiterverarbeitung der physikalischen Eigenschaften dient, ist es nicht erforderlich, diese als Halbleiterchip herzustellen.There the first sensor structure only for recording the physical properties, but not for the electronic processing and further processing of the physical Properties, it is not necessary, this as a semiconductor chip manufacture.

Die zweite Sensorstruktur übernimmt die Aufgabe der Ver- und Weiterverarbeitung der ermittelnden physikalischen Parameter in diesem Falle der unterschiedlichen elektronischen Signale der einzelnen Sensorelemente. Erfindungsgemäß ist die zweite Sensorstruktur kleiner als die erste Sensorstruktur.The second sensor structure takes over the task of processing and further processing of the determining physical Parameters in this case of different electronic signals the individual sensor elements. According to the invention, the second sensor structure smaller than the first sensor structure.

Um die beiden Sensorstrukturen zu verbinden und eine Übermittlung der Information von der ersten Sensorstruktur zu der zweiten Sensorstruktur zu gewährleisten, wird eine Übergangsstruktur vorgeschlagen. Es ist vorteilhaft, die Übergangsstruktur so zu gestalten und zu strukturieren, daß jeweils einem ersten Sensorelement exakt ein zweites Sensorelement zugewiesen ist, wobei zwischen den beiden Sensorelementen eine leitfähige Verbindung besteht.Around connect the two sensor structures and a transmission the information from the first sensor structure to the second sensor structure guarantee, becomes a transitional structure proposed. It is advantageous to design the transition structure in this way and to structure that respectively assigned to a first sensor element exactly a second sensor element is, wherein between the two sensor elements, a conductive connection consists.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den ersten und den zweiten Sensorelementen als ohmscher Widerstand ausgelegt. Dieser Widerstand dient dem Schutz der Halbleiterbauteile der zweiten Sensorstruktur, vor der Zerstörung durch elektrostatische Überspannungen, da an diesen Widerständen ein Großteil der elektrostatischen Spannung abgebaut wird bzw. abfällt. Darüber hinaus kann damit auf die aufwendige und kostspielige Realisierung und Herstellung eines elektrostatischen Schutzgitters verzichtet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the electric conductive connections between the first and second sensor elements designed as an ohmic resistor. This resistance is for protection the semiconductor devices of the second sensor structure, before destruction by electrostatic overvoltages, because of these resistances a big part the electrostatic voltage is reduced or decreases. Furthermore can be used on the elaborate and costly realization and Production of an electrostatic protective grid can be omitted.

Im weiteren ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und anhand eines Ausführungsbeispieles und dessen Variationen beschrieben.in the Further, the invention with reference to the drawings and based on an embodiment and its variations are described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung eines bisher üblichen kapazitiven Sensors, als Schnittdarstellung. 1 a schematic diagram of a previously common capacitive sensor, as a sectional view.

2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors. 2 a schematic diagram of a capacitive sensor according to the invention.

Die in 1 dargestellte Prinzipdarstellung eines Sensorchips 4 zeigt Elektroden 4.1 kapazitiver Sensorelemente und eine darüberliegende Schutzschicht 4.2, die als Dielektrikum einer Kapazität, bestehend aus einem Finger 5 und einer Elektrode 4.1 dient. Der Sensor ermittelt dabei ein Bild eines Fingerabdruckes über die in Abhängigkeit des Fingers 5 sich verändernden, bzw. variierenden Kapazitäten. Durch 1 wird dabei deutlich, daß der gesamte Sensorchip 4 die gleiche Oberflächenausdehnung wie die Sensoroberfläche haben muss, da nicht nur die Sensoroberfläche und die das Bild ermittelnden Elektroden, sondern der gesamte Sensor mit seinen peripheren Schaltungsteilen an die Größe des zu ermittelnden Bildes angepaßt ist.In the 1 illustrated schematic representation of a sensor chip 4 shows electrodes 4.1 capacitive sensor elements and an overlying protective layer 4.2 acting as a dielectric of a capacitance consisting of a finger 5 and an electrode 4.1 serves. The sensor determines an image of a fingerprint over the function of the finger 5 changing or varying capacities. By 1 becomes clear that the entire sensor chip 4 must have the same surface area as the sensor surface, since not only the sensor surface and the image-detecting electrodes, but the entire sensor with its peripheral circuit parts is adapted to the size of the image to be determined.

Der in 2 dargestellte Sensorchip mit einer zweiten Sensorstruktur 2 und einer ersten Sensorstruktur 2.1 zeigt deutlich die geringere Oberfläche der zweiten Sensorstruktur und den daraus resultierenden geringeren Bedarf an Silizium.The in 2 illustrated sensor chip with a second sensor structure 2 and a first sensor structure 2.1 clearly shows the lower surface of the second sensor structure and the resulting lower demand for silicon.

Erfindungsgemäß befinden sich auf der ersten Sensorstruktur 1 erste Sensorelemente 1.1. Das Beispiel zeigt diese Elemente als kapazitive Elemente in dem über die ersten Sensorelemente 1.1 auf der ersten Sensorstruktur 1 eine Schutzschicht und damit zugleich ein Dielektrikum 1.2 aufgebracht ist. Der in seiner flächenhaften Ausdehnung deutlich kleinere Sensorchip 2 verfügt über zweite Sensorelemente 2.1. Zwischen der ersten und der zweiten Sensorstruktur befindet sich erfindungsgemäß eine Übergangsstruktur 3. Diese Übergangsstruktur 3 enthält leitende Kanäle 3.1 und besteht zum Beispiel aus einer leitenden Folie bzw. einem leitenden Polymer.According to the invention are located on the first sensor structure 1 first sensor elements 1.1 , The example shows these elements as capacitive elements in the via the first sensor elements 1.1 on the first sensor structure 1 a protective layer and thus at the same time a dielectric 1.2 is applied. The significantly smaller sensor chip in terms of its areal extent 2 has second sensor elements 2.1 , Between the first and the second sensor structure according to the invention is a transition structure 3 , This transition structure 3 contains leading channels 3.1 and consists of, for example, a conductive foil or a conductive polymer.

Die Sensorelemente 2.1 der zweiten Sensorstruktur 2 sind deutlich kleiner als die Sensorelemente 1.1 der ersten Sensorstruktur 1. Dabei stellen die zweiten Sensorelemente 2.1 Anschlußflächen für die leitfähige Übergangsstruktur 2 und ihrer elektrisch leitenden Verbindung in 3.1 dar.The sensor elements 2.1 the second sensor structure 2 are significantly smaller than the sensor elements 1.1 the first sensor structure 1 , Here are the second sensor elements 2.1 Pads for the conductive transition structure 2 and their electrically conductive connection in 3.1 represents.

Die Positionierung der folienhaften Übergangsstruktur auf dem Chip kann durch eine Fertigung "On Chip" realisiert, oder durch eine gegebenenfalls vorproduzierte Folie, die über die Anschlußflächen des zweiten Sensorstruktur 2 ausgerichtet wird. Bei einer Fertigung "On Chip" wird unstrukturiertes Material auf die zweite Sensorstruktur 2 aufgebracht und in einem Arbeitsgang die Strukturierung der Übergangsstruktur 3 und der ersten Sensorstruktur 1 durchgeführt. Im Anschluß an diesen Arbeitsgang kann die Oberfläche der ersten Sensorstruktur mit geeigneten Materialen gegen Verschmutzungen und Abrieb, sowie gegen latente Abbildungen, geschützt werden.The positioning of the film-like transition structure on the chip can be realized by an on-chip fabrication, or by an optionally pre-fabricated film which extends over the pads of the second sensor structure 2 is aligned. In an on-chip fabrication, unstructured material is applied to the second sensor structure 2 applied and structuring the transition structure in one operation 3 and the first sensor structure 1 carried out. Subsequent to this operation, the surface of the first sensor structure can be protected with suitable materials against soiling and abrasion, as well as against latent images.

Innerhalb der Übergangsstruktur 3 kann durch den gezielten Einsatz von mäßig leitenden Verbindungen ein Schutz vor elektrostatischer Zerstörung, in Form eines Reihenwiderstandes realisiert werden. Dieser Reihenwiderstand ist von ohmscher Natur, die Dimensionierung des Reihenwiderstandes liegt dabei im kΩ-Bereich. Da dieser Reihenwiderstand einen Schutz vor Zerstörung durch elektrostatische Überspannungen darstellt, entfällt in diesem Fall der aufwendige, kostspielige und nicht immer zuverlässige Prozess der Anbringung eines geeigneten Überspannungsschutzgitters, wie er bei Fingertippsensoren üblich ist. Damit einher geht, eine Vereinfachung der Herstellung, da auf Grund eines fehlenden Schutzgitters, bzw. eines nicht erforderlichen Schutzgitters Materialien zur Oberflächenbehandlung besser auf der ersten Sensorstruktur 1 haften können.Within the transition structure 3 can be realized by the targeted use of moderately conductive compounds protection against electrostatic destruction, in the form of a series resistor. This series resistance is of an ohmic nature, the dimensioning of the series resistance is in the kΩ range. Since this series resistance provides protection against destruction by electrostatic overvoltages, eliminates in this case the complex, costly and not always reliable process of attaching a suitable overvoltage protection grid, as is common in finger tip sensors. This is accompanied by a simplification of the production, since due to a lack of protective grid, or a non-required protective grating materials for surface treatment better on the first sensor structure 1 be liable.

Claims

Imaging, electronic sensor consisting of a first sensor structure with first sensor elements and a second sensor structure with second sensor elements, wherein the surface extension of the sum of all the first sensor elements of the size of the image to be detected is adjusted, characterized in that the first or the second sensor element is an electronic Sensor element is and the surface area of the sum of all second sensor elements by a predetermined value is smaller than the surface area of the sum of all first sensor elements and a transition structure for connecting the first sensor elements with the second sensor elements serves.

Imaging, electronic sensor according to claim 1, characterized in that the transition structure a conductive film structured in this way is that one first sensor element assigned to a second sensor element exactly is.

Imaging, electronic sensor according to one of previous claims, characterized in that each electrically conductive connection between the first and second sensor elements as ohmic resistance is designed.

Imaging electronic sensor according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor elements capacitive Sensor elements are.

Imaging electronic sensor according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor elements inductive Sensor elements are.

Imaging electronic sensor according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor elements kondiktive Sensor elements are.