NO318882B1 - Substrat multipleksing - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår en sensormodul som kan føle et topologisk monster i en overflate som er i direkte kontakt med den, for eksempel et fingeravtrykk.

Markedet for biometri utvikler seg raskt. For at biometrien skal komme inn på konsumentmarkedet stilles det imidlertid strenge krav med hensyn til f.eks sensorpris, kompakt utførelse, avbildningsskvaliteten av fingeravtrykket og kraftforbruk.

Kapasitive fingeravtrykksensorer representerer en at de mest lovende teknologiene for å realisere kompakte lavkost-fingeravtrykksensorer for konsumentmarkedet, og flere konsepter har vært foreslått i de siste årene. Sensorkonseptene kan grovt deles inn i to kategorier: Matrisesensorer, der fingeravtrykket er plassert på en todimensjonal sensorflate, og skannere eller sveipesensorer, der brukeren må trekke fingeren sin over sensoren for at den skal registrere bildet.

US-patent. 6,069,070 beskriver en typisk matrisetype AC-kapasitive fingeravtrykksensorer. Denne sensoren er i utgangsspunktet en silisiumbrikke (IC) som er forsynt med en todimensjonal matrise av sensorelementer (piksler) i tillegg til forsterkere og andre kretser. En driverelektrode plassert på sensorpakken, utenpå den aktive sensorflaten, brukes for å koble en AC-spenning til fingeren. AC-signalet penetrerer fingeren og kobles gjennom et dielektrisk lag til sensorelementene (Pads) på sensorens overflate. Sensorelementene er koblet til forsterkerkretser i silisiumbrikken.

Denne sensorkonfigurasjonen har flere ulemper: Av opplagte grunner må den aktive overflaten på matrisesensoren være så stor som den delen av fingeren som skal avbildes, med andre ord i størrelsesorden 100 mm<2>. På grunn av at prisen på silisium ICer øker proporsjonalt med brikkearealet vil en så stor brikke bli for dyr for mange konsumentapplikasj oner.

I tillegg kommer det faktum at fingeren er i direkte kontakt med overflaten på en aktiv silisiumbrikke og stter strenge krav til materialene som brukes for å beskytte ICen mot slitasje, mekaniske påkjenninger, fuktighet, kjemiske stoffer og elektrostatiske utladninger (ESD). Dette gjør det nødvendig med ikke-standardiserte og dyre beskyttende materialer, eller kan føre til redusert pålitelighet og levetid for sensorene.

Fingeravtrykkskannere, der brukeren skal trekke fingeren sin over sensoren, har ikke samme lengde som fingeravtrykket og kan derfor være mindre og med kostnadseffektiv. På grunn av deres reduserte størrelse og lavere pris kan skannersensorer være et bedre valg for de typiske masseproduserte applikasjonene. Skannere krever bare et begrenset antall sensorlinjer, og mens bredden på sensoren fremdeles må tilsvare bredden på fingeravtrykket, trenger bare sensorlengden å være noen få millimeter eller til og med mindre. Det lineære arrangementet av sensorelementer gir også mer fleksibilitet i utformingen av koblingen mellom sensoren og fingeren - den må ikke nødvendigvis være en flat overflate slik som matrisesensorene ofte er.

Patentsøknaden PCT/NO01/00238 viser et eksempel på en skannende sensor der den integrerte kretsen med forsterkere osv (ASIC) er montert på baksiden av et substrat. Substratet er for eksempel silisium, keramikk eller glass. Oversiden av substratet er utstyrt med et antall ledende elementer (pads) for føling av kapasitans og ledende vias/hull er laget gjennom substratet for å koble hvert sensorelement (pad til en tilsvarende inngangskontakt til ASIC en. Sensorelementene er dekket med et dielektrisk materiale. Den beskrvne sensoren omfatter et i det vesentlige lineært array av sensorelementer med én fullstendig, enkeltlinje, og tilleggs-sensorelementer for å bestemme hastigheten til fingeren. Hastighetsmålingene er nødvendige for å bygge opp et todimensjonalt bilde basert på utlesningene fra sensoren. Eksempler på andre skannende sensorer er vist i PCT/NO98/00182, PCT/NO01/00239, US 6,289,114, og EP 0 735 502 A2.

Den substratbasert sensoren i PCT/NO01/00238 har flere fordeler: Det er mulig å trekke inn signalbaner på substratet, hvilket gjør det mulig å frakoble størrelsen på ASIC'en fra både bredden og lengden på fingeravtrykket som skal avleses. Dette gjør det muligå designe en mye mindre IC-brikke og dermed spare kostnader. I tillegg vil substratet, som er langt billigere å lage pr areal, virke som en beskyttelse mot mekanisk påvirkning eller omgivelsene for den fæølsomme ASIC brikken på baksiden. Sensoren har en svært lav profil, og hvis levert med f.eks BGA-baller vil den ikke måtte pakkes videre før den monteres på et hovedkort, for eksempel i en telefon.

Sensoren har også fordelen at driverelektrodene for stimulering av fingeren med et AC-signal kan integreres direkte på overflaten til substratet. Disse driverelektrodene kan kobles til jord gjennom en ESD-beskyttet halvlederinnrettning, slik at enhver ESD-utladning fra fingeren vil gå til elektroden heller enn til sensorelementene..

Innretningen i PCT/NOO1/00238 krever imidlertid at et stort antall baner fra sensorelementene føres gjennom substratet og kobles til ASICen. Dette har flere ulemper. Først og fremst må den anvendte substrat-teknologien tillate et stort antall gjennomgående strømledere (vias) innen et relativt lite areale. Dette ekskluderer bruken av et antall forskjellige billige substratprosesser. For eksempel har dagens teknologi for både keramikk-, glass- og laminat-substrater problemer med kravene til tetthet.

Det store antallet koblinger eksluderer også i praksis muligheten for å ta koblingene ut på siden av sensoren ved wirebonding.

I tillegg er det et behov for en ASIC inngangskanal, og muligens en forforsterker, for hvert sensorelement på toppflaten. Siden både i/o områder (pads), forsterkere og relaterte kretser for ESD beskyttelse bruker plass på ASICen, vil det være vanskelig å redusere størrelsen til brikken under en viss grense. Dette kan gjøre det vanskelig å nå de ekstremt lave produksjonskostnadene som trengs for en masseprodusert sensor.

Flere av de ovennevnte prinsippene krever at fingeren blir stimulert direkte av en AC-spenning. Dette trenger ikke alltid å være en fordel. For eksempel kan signalet fra den uskjermede driverelektroden i noen tilfeller danne elektriske forstyrrelser ved annet elektronisk utstyr..

AC-signalet fra driverelektroden kan også koble kapasitivt til planene med fast potensiale (for eksempel jord) i substratet og dermed øke strømforbruket til sensoren. Dette kan være en ulempe, særlig for håndholdt utstyr så som mobiltelefoner der batteriets levetid er viktig..

Dermed er det et formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en sensormodul i hvilken antallet nødvendige tilkoblinger Mellom sensoroverflaten og ASICen, og antallet inngangskanaler på ASICen, reduseres signifikant, og dermed reduserer produksjonskostnadene til sensoren.

Dessuten er det et formål med oppfinnelsen å utføre denne reduksjonen av kanaler ved bruke av en sensorelement-multipleksing som utføres på substratet, og som fortrinnsvis ikke bruker aktive svitsjer eller andre halvlederbaserte komponenter.

Den foreliggende oppfinnelsen er rettet mot prinsippet med en skannende sensor som krever lavt strømforbruk, høy pålitelighet mot mekaniske eller andre påvirkninger fra omgivelsene, enkelt pakking og montering, lav elektromagnetisk stråling til omgivelsene og høy toleranse for ESD. Oppfinnelsen er kjennetegnet slik som angitt i det selvstendige kravet.

Ifølge en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er sensoren en skanner med et i det vesentlige lineært array av sensorelementer dannet på et substrat. Sensorelementene er arrangert i et antall undergrupper. For hver undergruppe er det en driver- (eksitasjons- eller aktivering-) elektrode som kan brukes for å aktivere eller eksitere elementer i bare denne undergruppen.. Et element fra hver undergruppe er koblet til et felles signalspor, koblet til en inngangskanal på en ASIC eller i et diskret elektronisk system. Dette gjøres på en slik måte at signalet fra en signalstrøm eller -spenning i nevnte signalspor mottas fra bare ett element tilhørende undergruppen med en aktivert elektrode, og at ingen signaler mottas fra de andre elementene tilhørende andre (ikke-aktivert) undergrupper.

Ifølge en foretrukket utførelse er aktiveringselektroden plassert i nærheten av den tilhørende undergruppen av sensorelementer, slik at der er en kapasitiv signalkobling fra nevnte elektrode til sensorelementene i nevnte undergruppe når et AC-signal påtrykkes aktiveringselektroden. Fra hvert sensorelement i undergruppen er der et kapasitivt signal som kobles til en signalbane som leder til én inngangskanal på ASICen. Fra hvert sensorelement er der også en kapasitiv eller galvanisk kobling til en ekstern jord eller andre referansepotensialer gjennom fingeren, slik at signalet som mottas ved ASIC ens inngangskanal er modulert av tilstedeværelsen av en fingeravtrykkrygg eller -dal plassert direkte over sensorelementet.

Oppfinnelsen blir beskrevet nedenfor med hensvisning til de vedlagte tegningene, som beskriver oppfinnelsen ved hjelp av eksempler..

Figur 1 illustrerer skjematisk kretsen assosiert med et sensorelement.

Figur 2 illustrerer skjematisk kretsen ifølge oppfinnelsen.

Figur 3 illustrerer en longitudinalt snitt av en foretrukket utførelse av sensormodulen. Figur 4 illustrerer et longitudinalt snitt av en alternativ utførelse av sensormodulen.

Figur 5 illustrerer en sensor ifølge oppfinnelsen sett ovenfra.

Figur 6 illustrerer en detalj av et tverrsnitt av topplagene av sensormodulen ifølge

oppfinnelsen.

Figur 7 illustrerer tverrsnittet av topplagene i sensoren.

I en foretrukket utførelse, detaljert i figurene 3,5,6 og 7, består oppfinnelsen av et substrat 2 som kan være fabrikert av for eksempel silisium, glass, flexprint eller et laminert kort. På den øvre overflaten av substratet, over hvilken fingeren som skal avbildes blir ført, er det definert et antall sensorelementerS, for eksempel som ledende områder (pads) laget med en tynn-film eller en tykk-film prosess. Sensorelementene er organisert i en i det vesentlige lineær konfigurasjon. Sensorelementene kan fortrinnsvis være dekket av et dielektrikum 8 (slik som Si02, SiN, Polyimid, epoksy eller keramikk) eller være i galvanisk kontakt med fingeren. Det i det vesentlige lineære arrayet kan for eksempel bli arrangert som en enkelt linjemed tilleggssensorer eller grupper av elementer 6 for å detektere hastigheten eller retningen til bevegelsen, inkludert rotasjon av fingeren over sensoren. Disse bevegelsesmålingene kan enten brukes for korreksjon av bildet med hensyn til varianser i fingerhastighet, trekkeretning eller rotasjon, eller for eksempel for å bevege en markør på en skjerm ("Mus").

Fortrinnsvis er sensoren utstyrt med et antall aktiveringselektroder 11 og signalledere 10 som leder til inngangskanalene på ASICen 4. Nevnte elektroder og ledere kan for eksempel dannes i et metallag direkte under sensorelementene, og adskilt fra sistenevnte med et dielektrisk materiale for å oppnå en kapasitiv kobling mellom sensorelementene og nevnte elektroder og ledere.

Sensorelementene 5 er fortrinnsvis gruppert i et antall undergrupper, hver med sin aktiveringselektrode, som blir delt mellom elementene i undergruppen. Det bemerkes at elementene i en undergruppe kan være arrangert på en rekke forskjellige måter. For eksempel kan elementene i en undergruppe bestå av et antall elementer ved siden av hverandre, eller elementene i en undergruppe kan være spredt utover langs arrayet. Elementene i en undergruppe kan også være organisert i mindre grupper lokalisert på forskjellige steder i arrayet.

Hvert signalspor 10 er kapasitivt koblet til flere sensorelementer 5, fortrinnsvis et element fra hver undergruppe.

I en foretrukket utførelse er sensoroverflaten i det minste delvis dekket av en metall-elektrode 7 eller et annet ledende plan hold på et fast potensiale, for eksempel jord. Denne elektroden kan være i direkte kontakt med den anvendte fingeren l eller være dekket av et dielektrisk materiale. .1 en foretrukket utførelse omfatter substratet videre et antall via hull 3 gjennom hvilke koblingene fra signalsporene 10 og aktiveringselektrodene 11 føres gjennom substratet 2 til baksiden. Viahullene 3 blir laget med laser eller mekanisk drilling, eller en etseprosess, og må deretter bli elektrisk isolert fra substratet hvis sistnevnte er ledende. Dette kan gjøres ved f. eks oksidasjon eller depositeringsteknikker. Et elektrisk ledende materiale kan plasseres i viasene for å gi elektrisk kontakt gjennom substratet. Fortrinnsvis blir hullene hermetisk forseglet. Hvis nødvendig kan tilleggs-ruting inkluderes mellom bunn-enden av viashullene og substratets bondingsområder for en ASIC 4 som er montert på baksiden av substratet (f.eks ved flip-chip eller wirebonding).

Fortrinnsvis blir deler av signalbanene eller en aktiveringselektrode ledende til forskjellige sensorelementer koblet til elektrisk ledende lag på topp-overflaten til substratet, slik at det nødvendige antallet av gjennomgående hull blir minimert. Disse koblingene 15 kan for eksempel utføres ved bruk av elektriske vias mellom forskjellige ledende lag på topp-overflaten. Dette kan alternativt en via 3 gjennom substratet for hvert sensorelement, og koblingen 15 kan utføres i styringslag på baksiden av substratet.

I en alternativ utførelse vist i figur 4 er der ingen vias 3 gjennom substratet, men koblinger gjøres på kanten av substratet 2, for eksempel ved bruk av wirebonding 9. På grunn av det begrensede antallet nødvendige koblinger kan wirebondingen i noen tilfeller være mer praktisk og billigere enn bruk av vias 3.

I tilfellet med silisium eller andre ledende eller halvledende substrat-typer kan substratet 2 holdes på et fast potensiale..

ASICen (eller et ekvivalent elektronisk signalbehandlingssystem) omfatter et antall forsterkere 16 for forsterkning av signalet korrespondere med hver signalkanal, i tillegg til andre kretser for signalbehandling.

Til slutt omatter ASICen minst én aktiveringskrets for påtrykking av et passende signal til aktiveringselektrodene 11. Aktiveringskretsen kan for eksempel være i form av en AC driverkrets kobler til n utgangskanaler gjennom en multiplekser. Antallet n kan her for eksempel være lik antallet aktiveringselektroder 11 på substratet. Multiplekseren kan for eksempel programmeres slik at den innen en viss tidsramme tilsvarende en begrenset bevegelse for bevegelse for fingeren /f.eks mindre enn 50um), kan aktivere hver undergruppe av sensorarrayet gjennom sin tilhørende elektrode, med én undergruppe om gangen. For hvert tidpunkt er én undergruppe aktivert, blir hver av inngangskanalene til ASICen avlest minst én gang. På denne måten vil et komplett linjeskan av alle sensorelementene oppnås innenfor nevnte tidsramme.

En sensor med en linje av 256 elementer med 50um avstand kan for eksempel ha 8 undergrupper på 32 sensorelementer. I tillegg kan det for eksempel være to ekstra undergrupper 6 på 32 elementer som brukes for hastighetsberegning og peker-funksjonalitet, slik som beskrevet i patentsøknad nr PCT/NOO1/00244. Dene sensoren krever en ASIC med 32 inngangskanaler og forsterkere, og 10 utgangskontakter kobling av de forskjellige aktiveringselektrodene. Med andre ord kreves bare 42 koblinger mellom ASIC og oversiden av substratet, i stedet for 320 kanaler for prinsippet som er beskrevet i PCT/NO01/00238. I tillegg kommer jord-kobling og muligens andre individielle koblinger. Sensorelementene tilhørende forskjellige funksjonaliteter kan dele den samme aktiveringselektroden.

En skjematisk versjon av det foretrukne måleprinsippet er vist i figur 1. Et AC spenningssignal fra aktiveringselektroden 11 kobles til sensorelementet 5.1 tilfellet vist i figur 1 blir inngangssignal-strømmen til ASIC-forsterkeren 16 bestemt av kapasitansen 12 i serie med den totale kapasitansen fra sensorområdet til til jordpotensialet. Nevnte totale kapasitans er gitt av 17 i parallell med serien av kapasitanser ved 13 (gjennom sensorens dielektrikum 8) og 14 (gjennom fingerryggen eller luftrommet i en dal). Den ytterlige serieimpedansen 18 gjennom fingeren til det eksterne potensialet er for denne diskusjonen antatt å være neglisjerbar. På grunn av at alle andre elementer er fastsatt vil størrelsen på inngangssignalet endre seg avhengig av størrelsen til kapasitansen 14, som varierer avhengig av om det er en finger-rygg eller dal tilstede. Signalstrømmen kan forsterkes og demoduleres (f.eks synkront) av ASICen.

Figur 6 viser et eksempel på hvordan kapasitansene 12,13 og 17 i figur 1 kan

implementeres i praksis i en flerlags metalliseringsprosess med minst to metall-lag. Når en AC-spenning blir påtrykket aktiveringselektroden 11 vil det bli en reaktiv (kapasitiv) strøm fra aktiveringslelektroden 11 til signallederen 10 gjennom sensorelementet 5. På grunn av geometri og relativ plassering av elektrodene 5,10, og 11, vil all parasittisk

kapasitans være liten i forhold til 12,13 og 17, og kan neglisjeres i den følgende diskusjonen.

Når det er et luftfylt rom plassert rett over sensorelementet 5 vil impedansen fra sensorelementet til et eksterent potensial (ved elektroden 7) gjennom fingeren 1 i praksis være uendelig.

På den annen side, når det er en fingeravtrykk-rygg til stede vil det være en mye lavere, endelig impedans fra sensorelementet til det eksterne potensialet gjennom fingeren. Dette vil føre til en reduksjon i signalstrømmen mottatt ved signalsporet. Dette reduksjonen i signalstrømmen vil gi opphav til en signalkontrast mellom ryggene og dalene som kan visualiseres som et "gråskala" fingeravtrykkbilde når signalene blir forsterket og digitalisert.

Figur 2 viser situasjonen der flere sensorelementer 5a-d er kapasitivt koblet il den samme signalbanen 10 på den beskrevne måten. Hvert av sensorelementene kan bli aktivert av dennes tilhørende elektrode, markert som 1 la-d. Som kan ses i figur 2, hvis en aktiveringselektrode (f.eks 1 la) blir latt flyte eller holdt på et fast potensial, vil det i praksis ikke bli noen signalstrøm til signalbanen 10 fra det tilsvarende sensorelementet 5a. Denne mangelen på signalstrøm er uavhengig av om det er en fingerrygg eller -dal over elementet. Dette betyr at bare de sensorelementene som er "aktivert" av en AC-spenning vil gi opphav til en signalstrøm. Dettesikrer effektiv "multipleksing" mellom forskjellige undergrupper ved bruk av aktiveringsspenningen som "kontroll signal".

En mulig ulempe med det foreslåtte prinsippet er at signalet som mates inn i fingeren gjennom en aktivert sensor kan krysskoble til nærliggende, ikke-aktiverte elementer og skape et parasittisk signal fra disse elementene. Denne effekten kan reduseres ved å øke tykkelsen på dielektrikumet oppå sensorelementene. For å redusere krysstale effektivt bør dielektrikumet gi en impedans mellom sensorelementet og overflaten som skal måles som er vesentlig større enn impedansen mellom referansepotensialet og overflaten. Hvis en slik tykkelse ikke er ønskelig av hensyn til signalnivået kan effekten motvirkes ved å legge til ekstra, lokale, skjermende elektroder på sensoroverflaten, nær sensorelementene. Disse elektrodene, ett sett for hver undergruppe, kan for eksempel være i galvanisk kontakt med fingeren eller være dekket av et tynt dielektrisk materiale. Elektrodene kan for eksempel være bundet til jord når elementene i undergruppen ikke er aktive, og holdt ved driverpotensialet når gruppen er aktiv.

Disse skjermende elektrodene vil i det siste tilfellet ha tilsvarende funksjon som de "lokale" eller bindende elektrodene i PCT/NO02/00465, som er inkludert her som referanse. Som beskrevet i nevnte patentsøknad kan disse elektrodene dermed være fordelaktige også for svært våte fingre.

For å redusere effekten av krysstale mellom naboelementer enda med kan redundans tilføyes, for eksempel i form av ektra signalbaner eller aktiveringselektroder. For en sensor med 8 aktiveringselektroder og 32 elementer i hver undergruppe kan antallet aktiveringselektroder for eksempel dobles til 16 for å unngå slik krysstale, for eksempel ved å sørge for at to nabopunkter aldri er koblet til samme signalbaner.

En viktig funksjon til planet 7 er å skjerme signalbanene 10 fra parasittisk kobling av AC spenning fra fingeren 1. Imidlertid er koblingen av AC-spenning fra aktiveringselektrodene til fingeren gjennom sensorelementet i det foreslåtte konseptet svært begrenset. På grunn av dette kan det også være nødvendig å skjerme signalbanene ved å dekke dem med eet tilstrekkelig tykt dielektrisk lag. Dette kan redusere antallet påkrevde metall-lag på den øvre flaten og dermed kostnadene ved innretningen.

I en alternativ utførelse kan elektroden 7 være drevet av en AC-spenning med invertert polaritet for å øke innretningens følsomhet..

I tillegg til den beskrevne versjonen over kan oppfinnelsen være i form av et antall forskjellige utførelser. For eksempel er bruken "strøm-måling", inverterende forsterkerkobling bare eksempler. Andre prinsipper, for eksempel basert på ikke-inverterende forsterkerkobling, mulig. Oppfinnelsen er dermed ikke begrenset til koblingen beskrevet i figur 1, og andre skjemaer, inklusive spenningsmåleteknikker kan brukes for å måle størrelsen på den variable kapasitansen 14, som er det viktigste målte variabelen.

Dessuten kan aktiviseringselektrodene bruke en DC-spenning i stedet for en AC-spenning, og dermed lage et måleprisnipp basert på DC-kapasitans. I dette tilfellet kan forsterkerne for eksempel byttes ut eller suppleres med en kombinasjon av en teller og en spenningsnivå-detektor (komparator) Det kan også brukes en AC-spenning med flere frekvenser, og flere aktiveringselektroder, hver med forskjellig spennings-signal som brukes på hvert sensorelement. De kapasitive elementene i figurene kan også skiftes ut med andre impedanskomponenter eller nettverk, eller i tilfellet med et halvledersubstrat kan "aktive" svitsjer brukes.

Det geometriske elektrodearrangementet er bare ment som et eksempel. Det er flere måter å arrangere elektrodene for å oppnå den beskrevne funksjonaliteten. Elektrodene kan for eksempel være plassert i samme lag som slik at den kapasitive koblingen går "sideveis". Ved bruk av en sensorgeometri slik som beskrevet i PCT/NO98/00182, som er inkludert her ved referanse, kan aktiveringselektroden, sensorområdene, og signalbanene defineres i forskjellige lag på et PCB-kort.

I en alternativ utførelse kan kombinasjonen av 11 og 12 skiftes ut med for eksempel en konstant amplitude AC strømkilde..

For å kalibrere responsen fra sensoren kan en kalibreringskapasitans kobles mellom hvert signalspor og en annen AC-elektrode som kan skrus på og av. Når elektroden er skrudd på vil endringen i signalstrøm representere de totale variasjonene i målesystemet, for eksempel gain i forsterkeren. Denne avlesningen kan derfor brukes til å normalisere utgangssignalet fra hver kanal. Mens kalibreringskapasitansen bidrar med et kostant signalnivå (AC strøm med konstant amplitude) kan den også brukes til å forskyve signalnivåeet opp eller ned. Alternativt kan en AC-strømkilde også brukes for kalibrering.

I andre utførelser kan kontakten mellom fingeren og sensorområdene også være galvanisk, og en shunt kapasitans eller impedans (tilsvarende 13) lagt mellom området og inngangsterminalen til forsterkeren, som beskrevet i patentsøknaden PC17NO02/00467, som er inkluder her ved referanse. Dessuten kan det dielektriske laget 8 være forsynt med øvre ledere støpt inn i et isolerende materiale som plastikk, for direkte kontakt med fingeroverflaten, for eksempel for å forme den øvre overflaten til fingeren eller for å tilveiebringeen struktur for sensorelementene som skiller seg fra strukturen som ergitt av posisjonene til sensorene 5.Dette gir en sensoroverflate som beholder sine egenskaper selv om overflaten slites ned.

Hvis et laminat eller annen fleksibel substrattype brukes er det foreslåtte prinsippet svært gidt egnet for integrasjon av sensoren med et smartkort, på grunn av den svært beskjedne størrelse på ASICen..

Hvis den eksterne elektroden 7 er jordet vil det gjøre behovet for å ytterligere ESD-beskyttelse mindre siden utladningene fra fingeren vil gå direkte til jord. Bruken av et øvrejordet lag kan også være en fordel med hensyn til elektromagnetisk stråling til omgivelsene.

Liste med referansenumber i tegningene:

1. fingeroverflate

2. substrat

3. vias

4. ASIC

5. sensorelement

6. Tilleggselementer (pads)

7. Jordet elektrode

8. Dielektrikum

9. Wirebonds

10. Signalbaner

11. Aktiveringselektrode

12. Cin

13. Csensor

14. C var

15. Kobling to andre elements

16. Forsterker

17. C_out

18. Zfing

19. Cfeedback

Claims (15)

1. Sensor modul for måling av strukturer i en overflate, særlig en fingerflate, omfattende: et antall sensorelementer som er lokalisert ved valgte posisjoner i en felle overflate, der hvert sensorelement er koblet til en driverinnretning for tilveiebringelse av en eksitasjons-strøm eller spenning til hvert sensorelement, for derved å koble et signal gjennom sensorelementet til et eksternt referansepotensial, der sensorelementene også er koblet til en elektronisk krets hvilken elektroniske krets er innrettet til å måle størrelsen på kapasitansen eller impedansen mellom hvert sensorelement og det eksterne referansepotensialet ved valgte tidspunkter, og der nevnte elektroniske kretsen omfatter inngangsmidler inklusive minst to forsterkerkretser, der hver forsterkerkrets er koblet til et sett av sensorelementer inneholdende minst to sensorelementer for forsterkning av signalene fra disse og for å transmittere dem til nevnte elektroniske kretser, der hvert sensorelement i hvert sett er koblet til forskjellige driverinnretninger for eksitasjon av hvert sensorelement ifølge en forutbestemt sekvens, slik at forsterkeren mottar et signal fra ett sensorelement om gangen.

2. Sensor modul ifølge krav 1, der sensorelementene utgjør et i det vesentlige lineært array for derved å tilveiebringe en fingeravtrykksensor som er innrettet til å måle en fingeroverflate som beveges over sensorelementene, der nevnte lineære array også er innrettet til å måle bevegelsen mellom sensoren og overflaten, og der de elektroniske kretsene er innrettet til å kombinere de målte verdiene for å danne en representasjon av overflatemønsteret.

3. Sensor modul ifølge krav 1, der sensorelementene er plassert på et substrat, nevnte substrat omfattende ledninger som kobler sensorelementene til en elektronisk krets.

4. Sensor modul ifølge krav 3, der substratet er forsynt med et antall åpninger gjennom hvilke elektriske kontakter koblet til sensorelementene blir ført, og at den elektroniske kretsen er posisjonert på den motsatte siden av substratet i forhold til sensorelementene.

5. Sensor modul ifølge krav 3, der substratet er laget i silisium, glass, keramikk eller et polymermateriale.

6. Sensorbrikke ifølge krav 3, der substratet er en halvleder, og der elektroniske kretser er definert på substratets toppflate.

7. Sensor modul ifølge krav 1, der nevnte elektroniske kretser omfatter kontrollmidler for styring av drivermidlene for derved å aktivere dem i en valgt sekvens, for derved å muliggjøre for de elektroniske kretsene å assosiere de kjente posisjonene til aktiveringstidene for hvert sensorelement og dermed bestemme posisjon svarende til signal fra hver forsterker.

8. Sensor modul ifølge krav 1, der hver driverinnretning er koblet til et antall sensorelementer, ett i hvert sett, for derved å aktivere ett sensorelement i hvert sensorelement-sett samtidig.

9. Sensor modul ifølge krav 1, der det eksterne referansepotensiale er bragt tilveie av en ytre elektrode plassert adskilt fra sensorelementene og innrettet til å koble nevnte potensial til overflaten.

10. Sensor modul ifølge krav 1, der referansepotensialet er en variabel spenning.

11. Sensor modul ifølge krav 1, i hvilken modulen omfatter en eller flere elektroder som kan eksitere hvert sensorelement, slik at responsen fra hvert sensorelement kan kalibreres.

12. Sensor modul ifølge krav 1, der drivermidlene er AC strømkilder.

13. Sensor modul ifølge krav 1, der sensorelementene er forsynt med et dielektrisk lag.

14. Sensor modul ifølge krav 1, der nevnte drivermidler kobler et AC-signal til nevnte sensorelement gjennom en kapasitans, og der nevnte sensorelementer er koblet til nevnte forsterker gjennom en annen kapasitans.

15. Sensor modul ifølge krav 14, der nevnte kapasitanser er laget i en flerlags metallisert struktur.