Биометрический датчик и способ его изготовления

 

Изобретение относится к биометрическому датчику, содержащему чип и корпус, в который вставлен чип, а также к способу его изготовления. Технический результат - сокращение размеров датчика и упрощение его изготовления. У биометрического датчика и способа его изготовления предусмотрен чип с присоединительными контактами в виде электропроводящих контактных столбиков. Чип помещают в корпус, причем контактные столбики контактируют с выводами корпуса чипа. Одновременно с этим контактированием осуществляют склеивание чипа с корпусом чипа посредством адгезионного слоя, герметично охватывающего чувствительное поле. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к биометрическому датчику, содержащему чип и корпус, в который вставлен чип, а также к способу его изготовления.

Известно, что для идентификации личности регистрируют специфические для данной личности признаки, например папиллярные линии пальцев, т.е. отпечатки пальцев. Подобная идентификация личности может применяться, например, в handys, компьютерах, автомобилях, ключах и т.п. В определенных областях применения, в частности в handys, требуется выполнить корпус чипа как можно меньше с тем, чтобы обеспечить монтаж. В частности, при этом желательна минимальная толщина конструктивного элемента.

Из ЕР 0789334 A1 известен биометрический датчик, у которого чип размещен на выводной рамке, причем чип электрически контактирует посредством проволочного монтажа, а посредством заливочной массы заключен таким образом, что чувствительная поверхность датчика доступна через соответствующее отверстие в заливочной массе. Недостатком этого известного датчика является то, что он, с одной стороны, еще относительно велик, а с другой стороны, относительно сложен в изготовлении.

В основе изобретения лежит поэтому задача создания биометрического датчика описанного выше рода, который имел бы как можно меньшую величину и был бы прост в изготовлении. Кроме того, должен быть создан способ как можно более простого изготовления подобного биометрического датчика.

Эта задача решается согласно изобретению посредством признаков п.1 и п.6 или 9 формулы соответственно. Предпочтительные формы выполнения изобретения описаны в зависимых пунктах формулы.

Биометрический датчик согласно изобретению отличается совокупностью следующих признаков: - чип содержит присоединительные контакты в виде электропроводящих контактных столбиков; - на верхней стороне чипа находится покрытие для защиты от царапин; - контактные столбики контактируют с выводами корпуса чипа, предусмотренными в корпусе или на нем; - между покрытием для защиты от царапин и корпусом чипа, по меньшей мере, вокруг чувствительной поверхности находится адгезионный слой, толщина которого согласована с высотой контактных столбиков с возможностью создания между чипом и корпусом герметичного соединения.

Для биометрического датчика согласно изобретению характерно то, что корпус чипа содержит присоединительные контакты для чипа уже в заданных местах. Чип при помещении в корпус находящимися в соответствующих местах контактными столбиками (бугорчатые возвышения из проводящего материала) автоматически соединяют с присоединительными контактами корпуса, так что полностью отпадает необходимость в последующем проволочном монтаже. Чип сидит в корпусе прочно и плотно, так что можно полностью отказаться от заливки, т.е. заключения чипа в синтетическую массу. Далее биометрический датчик согласно изобретению может быть изготовлен очень просто и быстро с низким процентом брака. Особое преимущество при этом состоит в том, что контактирование контактных столбиков с присоединительными контактами корпуса чипа и герметизация между корпусом и чипом происходят посредством адгезионного слоя за одну операцию. Поскольку чип согласно изобретению не приходится заключать с обеих сторон, а отдельный корпус чипа может быть точно согласован с геометрией чипа и последующей областью применения датчика, датчик согласно изобретению может быть изготовлен при заданной чувствительной поверхности также существенно меньшим, чем обычные до сих пор датчики.

Согласно предпочтительной форме выполнения дополнительно к находящимся в контакте с выводами контактным столбикам на верхней стороне чипа в месте, препятствующем опрокидыванию чипа относительно корпуса, предусмотрен, по меньшей мере, один опорный столбик, подобный "Dummy-Bump", гарантирует то, что чип после помещения в соответствующее углубление корпуса будет ориентирован копланарно корпусу. Этим гарантировано безупречное контактирование всех контактных столбиков чипа с соответствующими присоединительными контактами выводов корпуса.

Целесообразно адгезионный слой состоит из рамкообразной огибающей клеевой пленки, размещаемой вокруг чувствительной поверхности чипа.

Согласно предпочтительной форме выполнения корпус чипа выполнен в виде отлитого под давлением корпуса, причем выводы заделаны в материал корпуса и проходят к внешнему краю корпуса. За счет этого можно избежать последующего повреждения выводов. Выступающие на внешнем краю корпуса выводы образуют ножки, которые могут быть выполнены в виде вставных, паяных или зажимных контактов.

Способ согласно изобретению для изготовления биометрического датчика по п.6 формулы отличается совокупностью следующих операций: а) выполнение проводящих контактных столбиков на присоединительных контактах чипов полупроводниковой пластины; б) нанесение на лицевую сторону полупроводниковой пластины покрытия для защиты от царапин; в) удаление покрытия для защиты от царапин с верхней стороны контактных столбиков; г) отделение чипов; д) нанесение адгезионного слоя вокруг чувствительной поверхности чипа;
е) помещение чипа в корпус, в котором
ж) предусмотрены электрические выводы, причем
з) склеивание чипа с корпусом и контактирование контактных столбиков с выводами корпуса осуществляют одновременно.

Для способа согласно изобретению характерно, таким образом, то, что уже в процессе изготовления полупроводниковой пластины соответствующие контактные столбики, т. е. бугорчатые проводящие возвышения, выполняют на выводах чипа полупроводниковой пластины. Это может происходить, например, посредством трафаретной печати. После этого верхнюю сторону (лицевую сторону) полупроводниковой пластины снабжают преимущественно прозрачным покрытием для защиты от царапин, толщина слоя которого согласована с высотой контактных столбиков. Контактные столбики затем освобождают, преимущественно способом химико-механического полирования (СМР), от покрытия для защиты от царапин и, при необходимости, от имеющегося оксидного слоя. Одновременно за счет этой операции достигают выравнивания контактных столбиков, т.е. производят копланарность между ними, что улучшает возможность контактирования в последующих процессах. После отделения чипов вокруг чувствительной поверхности датчика наносят адгезионное средство, преимущественно клеевую пленку, толщина которой согласована с высотой контактных столбиков. Чип устанавливают в отвечающем требованиям к изделию корпусе, преимущественно в отлитом под давлением из пластмассы корпусе, причем склеивание чипа с корпусом и электрическое контактирование между контактными столбиками и корпусом осуществляют за одну операцию.

Способом согласно изобретению осуществляют тем самым выравнивание контактных столбиков для достижения копланарности и удаление защитного слоя, а также оксидного слоя в плоскости полупроводниковой пластины. Контактирование контактных столбиков с корпусом чипа и герметизация между корпусом и чипом происходят за одну операцию. Таким образом, датчик может быть изготовлен очень просто и экономично и с очень малыми размерами.

В качестве альтернативы способу, при котором на всю лицевую сторону полупроводниковой пластины наносят покрытие для защиты от царапин и покрытие для защиты от царапин, затем снова удаляют с верхней стороны контактных столбиков, можно также наносить покрытие для защиты от царапин на лицевую сторону полупроводниковой пластины таким образом, что посредством подходящего маскирования в зоне контактных столбиков в покрытии для защиты от царапин освобождаются отверстия, причем маску затем снова удаляют.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примере с помощью чертежей, на которых изображают: фиг.1 - биометрический датчик согласно изобретению в разобранном виде; фиг.2 - вид датчика из фиг.1 в перспективе, в частичном разрезе; фиг.3 - сечение датчика из фиг.2 по линии А-А из фиг.4; фиг. 4 - вид сверху на датчик из фиг.2; фиг.5 - сечение датчика из фиг.2 в увеличенном виде.

Из фиг. 1-5 виден биометрический датчик, состоящий, в основном, из корпуса 1 и чипа 2.

Корпус 1 чипа представляет собой прямоугольный при виде сверху, отлитый под давлением из пластмассы корпус. Также прямоугольная сквозная выемка 3 корпуса 1 имеет такую величину, что в нее может быть вставлена передняя часть пальца, на которой находятся папиллярные линии. Далее выемка 3 рассчитана таким образом, что в передней краевой зоне и в обеих боковых краевых зонах имеется только одна узкая перемычка 4. Задняя краевая зона корпуса 1 выполнена шире и содержит множество лежащих рядом выводов 5, уже интегрированных в корпус 1. Эти выводы 5 проходят в изображенном примере выполнения на нижней стороне корпуса 1, однако могут быть также полностью заделаны в материал корпуса, так что для контактирования свободными остаются только их передние и задние концы.

С нижней стороны в корпусе 1 выполнено центральное углубление 6, так что образуется выступающий вниз, огибающий узкий край 7, полностью охватывающий с боков вставленный чип 2 датчика. Во вставленном состоянии нижняя сторона чипа 2 находится в одной плоскости с нижней стороной огибающего края 7. Как видно, ширина края 7 также на переднем и заднем торцах корпуса 1 относительно мала, так что общая длина корпуса 1 лишь немного больше общей длины чипа 2.

Чип 2 содержит прямоугольное чувствительное поле 8, величина которого приблизительно соответствует величине выемки 3 корпуса 1. Во вставленном состоянии чипа 2 чувствительное поле 8 ориентировано относительно выемки 3 корпуса 1, так что для оценки папиллярных линий приложенного пальца может быть использована максимальная площадь чувствительного поля.

Идущие от чувствительного поля 8 выводы (не показаны) заканчиваются на верхней стороне чипа 2 множеством лежащих в ряд присоединительных контактов, выполненных в виде электропроводящих контактных столбиков 9, т.е. бугорчатых возвышений. Эти контактные столбики 9 могут быть выполнены на полупроводниковой пластине, например, посредством трафаретной печати. Далее контактные столбики 9 расположены таким образом, что во вставленном состоянии чипа 2 каждый контактный столбик 9 вступает в контакт с соответствующим выводом 5 корпуса 1, в результате чего возникает электрическое соединение с выводами 5.

На верхней стороне чипа 2 находится далее изображенное на фиг.1 и 2 в заштрихованном виде прозрачное покрытие 12 для защиты от царапин, которое наносят на всю поверхность чипа 2 еще при изготовлении полупроводниковой пластины. Толщина этого покрытия 12 для защиты от царапин согласована с высотой контактных столбиков 9. Далее покрытие 12 для защиты от царапин, а также при необходимости имеющийся оксидный слой снова удаляют с верхней стороны контактных столбиков 9, например, посредством способа химико-механического полирования, так что между контактными столбиками 9 и выводами 5 может быть образовано электропроводящее соединение.

Во избежание опрокидывания чипа 2 внутри корпуса 1 при монтаже в передней концевой зоне чипа 2 могут быть предусмотрены опорные столбики, которые соответствуют контактным столбикам 9, однако выполняют не электропроводящую, а всего лишь поддерживающую функцию.

На отделенный от полупроводниковой пластины чип 2 или на покрытие 12 для защиты от царапин наносят адгезионный слой 10 в виде рамкообразной клеевой пленки. Центральное свободное пространство 11 адгезионного слоя 10 соответствует величине чувствительного поля 8 или величине выемки 3 корпуса 1. Далее толщина адгезионного слоя 10 согласована с высотой контактных столбиков 9. Адгезионный слой 10 служит для вклеивания чипа 2 в корпус 1. Одновременно за счет адгезионного слоя 10 создается огибающая уплотнительная рамка, которая обеспечивает огибающее герметичное соединение между корпусом 1 и чипом 2.

Если чип 2 с целью склеивания вставляют в углубление 6 корпуса 1, то одновременно происходят непосредственное электрическое контактирование контактных столбиков 9 с выводами 5 корпуса 1, а также герметизация между чипом 2 и корпусом 1.

Формула изобретения

1. Биометрический датчик, содержащий чип (2) и корпус (1), в который вставлен чип (2), отличающийся совокупностью следующих признаков: чип (2) содержит присоединительные контакты в виде электропроводящих контактных столбиков (9); на верхней стороне чипа (2) находится покрытие (12) для защиты от царапин; контактные столбики (9) контактируют с выводами (5) корпуса (1) чипа, предусмотренными в корпусе (1) или на нем; между покрытием (12) для защиты от царапин и корпусом (1) чипа, по меньшей мере, вокруг чувствительного поля (8) находится адгезионный слой (10), толщина которого согласована с высотой контактных столбиков (9) с возможностью создания между чипом (2) и корпусом (1) герметичного соединения.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к находящимся в контакте с выводами (5) контактным столбикам (9) на верхней стороне чипа (2) в месте, препятствующем опрокидыванию чипа (2) относительно корпуса (1), предусмотрен, по меньшей мере, один опорный столбик.

3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что адгезионный слой (10) состоит из рамкообразной клеевой пленки.

4. Датчик по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что корпус (1) чипа выполнен в виде отлитого под давлением корпуса.

5. Датчик по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выводы (5) заделаны в материал корпуса чипа и ведут к внешнему краю корпуса (1) чипа.

6. Способ изготовления биометрического датчика, отличающийся совокупностью следующих операций: а) выполнение проводящих контактных столбиков (9) на присоединительных контактах чипов (2) полупроводниковой пластины; б) нанесение на лицевую сторону полупроводниковой пластины покрытия (12) для защиты от царапин; в) удаление покрытия (12) для защиты от царапин с верхней стороны контактных столбиков; г) отделение чипов (2); д) нанесение адгезионного слоя (10) вокруг чувствительного поля (8) чипа (2), толщина которого согласована с высотой контактных столбиков (9) с возможностью создания на последующей операции герметичного соединения между чипом (2) и корпусом (1) чипа; е) помещение чипа (2) в корпус (1), в котором или на котором предусмотрены электрические выводы (5), причем склеивание чипа (2) с корпусом (1) и контактирование контактных столбиков (9) с выводами (5) корпуса (1) осуществляют одновременно.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что удаление покрытия (12) для защиты от царапин с верхней стороны контактного столбика осуществляют способом химико-механического полирования (СМР).

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что освобождение верхних сторон контактных столбиков на полупроводниковой пластине осуществляют таким образом, что все освобожденные верхние стороны контактных столбиков лежат в одной плоскости.

9. Способ изготовления биометрического датчика, отличающийся совокупностью следующих операций: а) выполнение проводящих контактных столбиков (9) на присоединительных контактах чипов (2) полупроводниковой пластины; б) нанесение на лицевую сторону полупроводниковой пластины покрытия (12) для защиты от царапин, причем посредством маскирования в зоне контактных столбиков (9) в покрытии (12) для защиты от царапин освобождают отверстия; в) отделение чипов (2); г) нанесение адгезионного слоя (10) вокруг чувствительного поля (8) чипа (2), толщина которого согласована с высотой контактных столбиков (9) с возможностью создания на последующей операции герметичного соединения между чипом (2) и корпусом (1) чипа; д) помещение чипа (2) в корпус (1), в котором или на котором предусмотрены электрические выводы (5), причем склеивание чипа (2) с корпусом (1) и контактирование контактных столбиков (9) с выводами (5) корпуса (1) осуществляют одновременно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5