JP2005346271A - 指紋センサーパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で指紋の読み取り精度を高めることができる指紋センサーパッケージを提供する。
【解決手段】 指紋センサーパッケージは、ＬＳＩチップ１１と基板１３との間に、ＬＳＩチップ１１を曲面に変形させた状態で固定するチップ固定機構を設けた。指紋センサーパッケージは、指紋読み取り時に、指による押圧がなされた際、前記ＬＳＩチップが可撓変形し、前記曲面を形成するチップ変形許容機構を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指紋センサーパッケージに係り、特に指紋読み取り用のＬＳＩチップが表面に露出したパッケージに関する。

近年、セキュリティの向上を図るため、パーソナルコンピュータ、携帯電話等に代表される電子機器に指紋認識装置を設けたものが提供されている。この指紋認識装置は指紋読み取りを行う必要があり、よって指紋認識装置には指紋読み取り用の指紋センサーパッケージが設けられている。

指紋認識装置は、セキュリティの向上を図る点より確実に指紋認識を行う必要があり、よって指紋認識の精度を高めることが望まれている。

指紋センサーパッケージは、指紋のパターンを読み取るためのＬＳＩチップ（指紋センサー）が内設されている。この指紋センサーとしては、一般的に静電容量センサーや圧力センサー等が用いられている。

また、指紋センサーパッケージは、平面形状の指紋センサーに指を当てて指紋を読み取るエリアタイプと、線状の指紋センサー上で指を動かして指紋を読み取るスウィープタイプとがある。尚、指紋センサーで読み取られた指紋データは、指紋センサーパッケージの外部に設けられた指紋データ処理装置に送られ、この指紋データ処理装置において画像処理され、これにより指紋の抽出が行なわれる。

上記の指紋センサーパッケージは、大略するとＬＳＩチップ（指紋センサー）、基板、モールド樹脂、及び外部接続端子等により構成されている。ＬＳＩチップは、指紋を検出するものであり基板に固定されている（例えば、特許文献１参照）。

基板は例えば樹脂基板であり、上面及び下面にそれぞれ所定の配線パターンが形成されており、上下の配線パターンは基板を貫通して形成されたビアにより電気的に接続されている。この基板の上面にはＬＳＩチップが搭載され、また下面には外部接続端子が配設される。ＬＳＩチップと基板上面の配線パターンは金ワイヤにより電気的に接続され、また基板下面の配線パターンには外部接続端子となるはんだボールが接合される。更に、金ワイヤの保護等を図るため、ＬＳＩチップの外周位置には、指が触れる領域を除いてモールド樹脂が形成されている。

このような従来の指紋センサーパッケージは、ＬＳＩチップ及び基板のいずれも平面形状とされていた。また、ＬＳＩチップは平板形状で機械的強度がある基板に固定されていたため、指により押圧された場合にも可撓変形するようなことはなかった。
特開２００３−２３５８３０号公報（第５頁、第３図）

しかしながら、上記のように指紋の検出を行うＬＳＩチップは平面形状であり、指の形状（湾曲した形状）と対応していないため、指紋の読み取り精度が低下してしまうという問題点があった。即ち、ＬＳＩチップが平面形状であると、指をＬＳＩチップに置いた場合、指の中心位置はＬＳＩチップと接触するが、両側部分は指とＬＳＩチップとの間に間隙が発生してしまう。即ち、ＬＳＩチップの両側部分では指がＬＳＩチップから離れてしまい、これに起因して指紋認識を行うのに十分な指紋データをＬＳＩチップで生成することができなくなってしまう。

この問題点を解決する手段として、指を強くＬＳＩチップに押し付けて指紋読み取り処理を行うことが考えられるが、この方法では指紋認識を行おうとする人の負担が増して操作性が低下する。また、押圧力には個人差があるため、場合によっては過剰に強く押圧される場合もあるため、ＬＳＩチップの強度を高める必要がある。しかしながら、ＬＳＩチップの強度を高めるためには、例えば基板を厚くしたりモールド樹脂の配設量を増したりする必要が生じ、指紋センサーパッケージのコストアップ及び大型化を招いてしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で指紋の読み取り精度を高めることができる指紋センサーパッケージを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、指紋の読み取りを行うＬＳＩチップと、外部接続端子を有し前記ＬＳＩチップが固定される基板とを有する指紋センサーパッケージにおいて、前記ＬＳＩチップと前記基板との間に、前記ＬＳＩチップを曲面に変形させた状態で固定するチップ固定機構を設けたことを特徴とする。尚、特許請求の範囲及び明細書において、曲面は、指形状に対応した湾曲形状及びそれに類似した形状を意味する。

請求項１に記載の発明によれば、ＬＳＩチップを曲面に変形させた状態で固定するチップ固定機構を設けたので、ＬＳＩチップの形状を指形状に類似させることができ、よって簡単な構成で指紋の読み取り精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ固定機構は、前記基板との接合面を平面とし、前記ＬＳＩチップとの接合面を前記曲面としたスペーサーであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、スペーサーは基板及びＬＳＩチップに広い面積で接合するため、ＬＳＩチップを湾曲させても機械的強度の高い状態でＬＳＩチップを固定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項1に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ固定機構は、前記曲面を形成するよう構成された高さの異なる複数のポストであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、ＬＳＩチップは、高さの異なる複数のポストにより湾曲した状態で固定されたるため、簡単かつ安価にＬＳＩチップを固定することができる。

請求項４に記載の発明は、指紋の読み取りを行うＬＳＩチップと、外部接続端子を有し前記ＬＳＩチップが固定される基板とを有する指紋センサーパッケージにおいて、指紋読み取り時に、指による押圧がなされた際、前記ＬＳＩチップが可撓変形し、曲面を形成するチップ変形許容機構を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、指紋読み取り時に指による押圧がなされた際、チップ変形許容機構によりＬＳＩチップは指形状に対応した曲面を成すよう可撓変形するため、簡単な構成で指紋の読み取り精度を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ変形許容機構は、前記ＬＳＩチップと前記基板が離間するよう、前記ＬＳＩチップを両持ち梁状に支持する構造であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、ＬＳＩチップが両持ち梁状に支持されるため、（上方向から）指により押圧された際、容易に指形状に対応した湾曲形状（下に凸の湾曲形状）に可撓変形させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ変形許容機構は、実装基板に実装された時に前記ＬＳＩチップが前記曲面を形成するよう構成された大きさの異なる複数の前記外部接続端子であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、大きさの異なる複数の外部接続端子を用いることにより、基板と共にＬＳＩチップを湾曲形状に変形させることができる。このようにＬＳＩチップを基板と共に湾曲させることにより、指紋センサーパッケージの機械的強度を高めることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ変形許容機構は、前記ＬＳＩチップと接合する側の表面に切り欠きを施した前記基板であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、ＬＳＩチップと接合する側の表面に切り欠きを施した基板を用いているので、部品点数の増加を伴うことなく、ＬＳＩチップを可撓変形させることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の指紋センサーパッケージにおいて、前記チップ変形許容機構は、部分的に除去された前記基板であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、部分的に除去された基板であるので、安価でＬＳＩチップを可撓変形させることができる。

本発明によれば、簡単な構成で指紋の読み取り精度を高めることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。

図１は、本発明の第１実施例である指紋センサーパッケージ１Ａを示す断面図である。本実施例に係る指紋センサーパッケージ１Ａは、スウィープタイプであり、指紋センサーとしては静電容量センサーを用いている。しかしながら、本発明は他のタイプの指紋センサーパッケージに対しても適用可能なものである。

図１に示されるように、指紋センサーパッケージ１Ａは、大略するとＬＳＩチップ１１、基板１３、モールド樹脂１６、はんだボール１７、及びスペーサー１２等により構成されている。ＬＳＩチップ１１は、上記した静電容量センサーとしての指紋センサーが上面に形成されている。このＬＳＩチップ１１は、背面研磨処理が行われることにより薄型化されており、よって可撓性を有する構成となっている。

基板１３は樹脂基板であり、ガラス−エポキシ等よりなる基材部１３ａの上面に上面配線パターン１３ｂが形成されている。この上面配線パターン１３ｂは、基材部１３ａを貫通して形成されたビア１８と電気的に接続されている。

前記したＬＳＩチップ１１は、基板１３の上面に搭載される。この際、本実施例に係る指紋センサーパッケージ１Ａは、基板１３の上面に先ずスペーサー１２を配設し、このスペーサー１２の上面にＬＳＩチップ１１を搭載した構成としている。スペーサー１２の下面は接着剤（図示せず）により基板１３に固定され、またＬＳＩチップ１１はダイボンディング材１４を用いてスペーサー１２の上面に固定される。

ＬＳＩチップ１１の長手方向（図中、左右方向）の外側位置には電極パッド（図示せず）が形成されており、基板１３に形成された上面配線パターン１３ｂの外側所定位置にはランド（図示せず）が形成されている。この電極パッドとランドは、金ワイヤ１５により接続されている。

また、基板１３のビア１８の形成位置には、外部接続端子となるはんだボール１７が配設されている。これにより、はんだボール１７は、ビア１８、上面配線パターン１３ｂ、金ワイヤ１５を介してＬＳＩチップ１１と電気的に接続される。尚、本実施例では、はんだボール１７の直径は同一径とされている。また、図示しないが、各配線パターン１３ｂの上面には上記のランド及びビア１８の形成位置を除きソルダーレジストが形成されている。

モールド樹脂１６は例えばエポキシ樹脂であり、ＬＳＩチップ１１及び基板１３の長手方向の外側位置に金ワイヤ１５を封止するよう形成されている。但し、指紋検出時に指が触れる部分については、モールド樹脂１６は形成されておらず、よってＬＳＩチップ１１は露出した状態となっている。このモールド樹脂１６を設けることにより、金ワイヤ１５の保護を図ることができると共に、指紋センサーパッケージ１Ａの信頼性を高めることができる。

ここで、スペーサー１２に注目し以下詳述する。スペーサー１２は樹脂により形成されている。この樹脂の材料としては、モールド樹脂１６のモールド時の加熱に耐えうるよう耐熱性樹脂を用いることが好ましい。具体的には、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられる。

このスペーサー１２の下面は平坦面とされており、また上面は湾曲した形状とされている。この湾曲の曲率は、指の形状に対応するよう選定されている。具体的には、人の平均的な指の形状を基準とし（この指形状を標準指形状という）、この標準指形状の指が触れた場合、接触面積が最も広くなるような曲率となるよう設定されている。

前記したように、スペーサー１２の上面には、ダイボンディング材１４を用いてＬＳＩチップ１１が固定される。ＬＳＩチップ１１は、背面研磨処理が行われることにより３００μｍ以下の厚さとされており、よってこの薄型化により可撓可能な構成となっている。従って、湾曲面とされたスペーサー１２の上面に固定されることにより、ＬＳＩチップ１１もスペーサー１２の湾曲面に沿って曲面に変形させた状態で固定される。

前記したように、スペーサー１２の上面は、標準指形状に対応した湾曲形状となっている。このため、スペーサー１２に固定されたＬＳＩチップ１１も、標準指形状に対応した形状となる。従って、本実施例に係る指紋センサーパッケージ１Ａを用いて指紋の読み取り処理を行った場合、指とＬＳＩチップ１１の接触面積を広く取ることができ、この結果指紋の読み取りを高精度に行うことができる。また、ＬＳＩチップ１１はスペーサー１２の全面に固定されるため、上記のようにＬＳＩチップ１１を薄型化しても機械的強度を維持することができ、指紋センサーパッケージ１Ａの信頼性を高めることができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

図２は、第２実施例である指紋センサーパッケージ１Ｂの断面図である。尚、図２において、図１に示した第１実施例に係る指紋センサーパッケージ１Ａと同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。また、後述する第３実施例以降の説明に用いる図３乃至図６においても同様とする。

本実施例に係る指紋センサーパッケージ１Ｂは、ＬＳＩチップ１１を異なる高さを有する複数の円筒形状のポスト２１ａ〜２１ｃを用いて基板に固定したことを特徴としている。ポスト２１ａ，２１ｃは同一高さを有し、ＬＳＩチップ１１の両側部に配設されている。ポスト２１ｂは、ポスト２１ａ，２１ｃに対して低い高さを有しており、ＬＳＩチップ１１の略中央位置に配設されている。このポスト２１ａ〜２１ｃは、スペーサーと同様に耐熱性樹脂により形成されている。

各ポスト２１ａ〜２１ｃは、その下端が基板１３に固定されると共に、上端にはＬＳＩチップ１１が固定される。このＬＳＩチップ１１をポスト２１ａ〜２１ｃの上端に固定する際、ＬＳＩチップ１１は各ポスト２１ａ〜２１ｃの高さに対応して湾曲する。この際、各ポスト２１ａ〜２１ｃの高さは、湾曲されたＬＳＩチップ１１が標準指形状に対応した湾曲形状となるよう設定されている。

このため、本実施例においても、指紋センサーパッケージ１Ｂを用いて指紋の読み取り処理を行った場合、指とＬＳＩチップ１１の接触面積を広く取ることができ、この結果指紋の読み取りを高精度に行うことができる。また、ＬＳＩチップ１１はその全面でなく、複数箇所をポスト２１ａ〜２１ｃで指示されるため、第１実施例で用いたスペーサー１２に比べてコスト低減を図ることができる。

一方、ＬＳＩチップ１１をポスト２１ａ〜２１ｃ上に固定した後にモールド樹脂１６の形成処理が行われるが、この際にモールド樹脂１６はＬＳＩチップ１１と基板１３との間隙部分にも装填される。このため、ＬＳＩチップ１１を確実に保持することが可能となり、薄型化しても指紋センサーパッケージ１Ｂの機械的強度を維持することができ、よって信頼性を高めることができる。

尚、図２の断面図では３本のポスト２１ａ〜２１ｃが示されているが、ポストの本数はこれに限定されものではなく適宜設置される。また、ポストの形状も円筒形状に限定されるものではなく、角柱形状等、他の形状としてもよい。また、所定の信頼性を維持できる場合には、必ずしもＬＳＩチップ１１と基板１３との間にモールド樹脂１６を介装しなくてもよい。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

図３は、第３実施例である指紋センサーパッケージ２Ａの押圧前後の断面図である。本実施例に係る指紋センサーパッケージ２Ａは、ＬＳＩチップ１１と基板１３が離間するよう、ＬＳＩチップ１１の両端をポスト３１で支持したことを特徴としている。

従って、ＬＳＩチップ１１はポスト３１により両持ち梁状に支持された構成となり、かつ、基板１３との間には間隙３２が形成される。前記したように、ＬＳＩチップ１１は薄型化が図られており、可撓可能な構成となっている。よって、ＬＳＩチップ１１はこの間隙３２の形成範囲にわたり、図中上下方向に可撓変位可能な構成となる。

即ち、ポスト３１及びＬＳＩチップ１１は、指紋読み取り時に指による押圧がなされた際、ＬＳＩチップ１１が可撓変形し曲面を形成させるチップ変形許容機構として機能する。尚、ポスト３１は耐熱性樹脂で形成されていること好ましく、またソルダーレジストの厚塗りでも構わない。

上記構成とすることにより、ＬＳＩチップ１１は、指による押圧がなされた時、湾曲形状を形成するため、ＬＳＩチップ１１と指との密着性が良好となり、指紋の読み取り精度を高めることができる。また本実施例では、ＬＳＩチップ１１がポスト３１により両持ち梁状に支持されるため、（上方向から）指により押圧された際、容易に指形状に対応した湾曲形状（下に凸の湾曲形状）に可撓変形させることができる。

次に、本発明の第４実施例について説明する。

図４は、第４実施例である指紋センサーパッケージ２Ｂの断面図である。図４（Ａ）は単体（実装基板に実装される前）の指紋センサーパッケージ２Ｂを示しており、図４（Ｂ）は実装後（実装基板に実装された状態）の指紋センサーパッケージ２Ｂを示している。

本実施例に係る指紋センサーパッケージ２Ｂは、大きさの異なるはんだボール４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅを用いたことを特徴としている。このはんだボール４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ及びＬＳＩチップ１１は、指紋センサーパッケージ２Ｂが実装基板に実装された際、ＬＳＩチップ１１が可撓変形し曲面を形成させるチップ変形許容機構として機能する。

各はんだボール４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅの直径は、中央部に位置するはんだボール４１ａが最も小さく、これより外側に配設されている順に、その直径が大きくなるように配されている。従って、最外部に配設されたはんだボール４１ｅが最も大きい直径を有している。この結果、本実施例の指紋センサーパッケージ２Ｂが実装基板に実装された時、ＬＳＩチップ１１は基板１３と共に変形し湾曲形状を形成する。

このように本実施例では、ＬＳＩチップ１１と基板１３は一体的に変形し湾曲形状を形成しているため、ＬＳＩチップ１１と指との密着性が良好となり、指紋の読み取り精度を高めることができる。また、ＬＳＩチップ１１は、その下面全面が基板１３に固定されているため、ＬＳＩチップ１１の機械的強度を高めることができる。

尚、本実施例の構成では、必然的に基板１３を可撓させる構成となるが、基板１３の基材部１３ａは他の実施例に比べて可撓しやすい材料が選定されている。

次に、本発明の第５実施例について説明する。

図５は、第５実施例である指紋センサーパッケージ２Ｃの断面図である。本実施例に係る指紋センサーパッケージ２Ｃは、基板１３のＬＳＩチップ１１との接合面に切り欠き５１を施したことを特徴としている。この切り欠き５１は、本実施例では基板１３の上面側（ＬＳＩチップ１１が搭載される側）にのみ形成された構成とされている。この切り欠き５１が形成された基板１３及びＬＳＩチップ１１は、指紋読み取り時に指による押圧がなされた際、ＬＳＩチップ１１が可撓変形し曲面を形成させるチップ変形許容機構として機能する。

このように、基板１３に切り欠き５１を形成することにより、基板１３は可撓変形し易くなる。よって本実施例においても、指による押圧時にＬＳＩチップ１１は湾曲形状を形成するため、ＬＳＩチップ１１と指との密着性が良好となり、指紋の読み取り精度を高めることができる。また、ＬＳＩチップ１１は基板１３により保持された状態を維持するため機械的強度を保持でき、かつ、単に基板１３に切り欠き５１を形成するだけの構成であるため、部品点数の増加を伴うことなくＬＳＩチップ１１を可撓変形させることができる。

次に、本発明の第６実施例について説明する。

図６は、第６実施例である指紋センサーパッケージ２Ｄの断面図である。本実施例に係る指紋センサーパッケージ２Ｄは、基板６１の中央部が除去されることにより開口部６０を形成していることを特徴としている。本実施例では、はんだボール１７がペリフェラル状に形成されており、開口部６０はその中央位置のはんだボール１７の形成領域を除いた位置に形成されている。

この構成とすることにより、ＬＳＩチップ１１の外周位置（開口部６０と対向しない位置）は基板１３に支持され、ＬＳＩチップ１１の開口部６０と対向する位置は基板１３が存在しないため、可撓可能な状態となる。この開口部６０が形成された基板１３及びＬＳＩチップ１１は、指紋読み取り時に指による押圧がなされた際、ＬＳＩチップ１１が可撓変形し曲面を形成させるチップ変形許容機構として機能する。

よって本実施例においても、指による押圧時にＬＳＩチップ１１は湾曲形状を形成するため、ＬＳＩチップ１１と指との密着性が良好となり、指紋の読み取り精度を高めることができる。また、単に基板１３に開口部６０を形成するだけの構成であるため、部品点数の増加を伴うことなくＬＳＩチップ１１を可撓変形させることができる。

本実施例によれば、基板を部分的に除去すればよいので、安価でＬＳＩチップを可撓変形させることができる。

本発明は、指紋センサーパッケージ、特に静電容量式の検出法を用いた指紋センサーパッケージにおいて、指紋の読み取り精度を高めることができる。

本発明の第1実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。 本発明の第２実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。 本発明の第３実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。 本発明の第４実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。（Ａ）は実装前の状態を示す図であり、（Ｂ）は実装後の状態を示す図である。 本発明の第５実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。 本発明の第６実施例である指紋センサーパッケージを示す断面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 指紋センサーパッケージ
１１ ＬＳＩチップ
１２ スペーサー
１３、６１ 基板
１３ａ 基材部
１３ｂ 上面配線パターン
１４ ダイボンディング材
１５ 金ワイヤ
１６ モールド樹脂
１７、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ はんだボール
１８ ビア
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ ポスト
３２ 間隙
５１ 切り欠き
６０ 開口部

Claims (8)

1. 指紋の読み取りを行うＬＳＩチップと、外部接続端子を有し前記ＬＳＩチップが固定される基板とを有する指紋センサーパッケージにおいて、
   前記ＬＳＩチップと前記基板との間に、前記ＬＳＩチップを曲面に変形させた状態で固定するチップ固定機構を設けたことを特徴とする指紋センサーパッケージ。
2. 前記チップ固定機構は、前記基板との接合面を平面とし、前記ＬＳＩチップとの接合面を前記曲面としたスペーサーであることを特徴とする請求項1に記載の指紋センサーパッケージ。
3. 前記チップ固定機構は、前記曲面を形成するよう構成された高さの異なる複数のポストであることを特徴とする請求項1に記載の指紋センサーパッケージ。
4. 指紋の読み取りを行うＬＳＩチップと、外部接続端子を有し前記ＬＳＩチップが固定される基板とを有する指紋センサーパッケージにおいて、
   指紋読み取り時に、指による押圧がなされた際、前記ＬＳＩチップが可撓変形し、曲面を形成するチップ変形許容機構を設けたことを特徴とする指紋センサーパッケージ。
5. 前記チップ変形許容機構は、前記ＬＳＩチップと前記基板が離間するよう、前記ＬＳＩチップを両持ち梁状に支持する構造であることを特徴とする、請求項４に記載の指紋センサーパッケージ。
6. 前記チップ変形許容機構は、実装基板に実装された時に前記ＬＳＩチップが前記曲面を形成するよう構成された大きさの異なる複数の前記外部接続端子であることを特徴とする、請求項４に記載の指紋センサーパッケージ。
7. 前記チップ変形許容機構は、前記ＬＳＩチップと接合する側の表面に切り欠きを施した前記基板であることを特徴とする、請求項４に記載の指紋センサーパッケージ。
8. 前記チップ変形許容機構は、部分的に除去された前記基板であることを特徴とする、請求項４に記載の指紋センサーパッケージ。
   

Images