本发明专利技术涉及一种用于测量表面上的结构的传感器，例如一种指纹传感器，包括在选定位置处用于耦接到手指表面的选定数量的传感器元件，其具有小于或类似于手指表面的结构尺寸的尺寸，以及处理单元，其包括耦接到所述传感器元件的用于提供所述手指表面处的阻抗测量的询问电极，所述处理单元安装到一衬底的一面上，且所述传感器元件位于所述衬底相对面上，所述衬底包括所述传感器元件和所述询问电极之间的贯穿第一导线，所述衬底由导体材料制成，例如硅，并且所述第一导线由从衬底将它们分离的绝缘电介质围绕的选定尺寸的贯穿衬底部分组成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量并成像在表面上的结构的传感器，尤其是一种指纹传感器， 包括在选定位置处用于耦接到手指表面的选定数量的传感器元件，所述传感器元件具有可 以与该手指表面中结构的尺寸类似的尺寸。更特别地，本专利技术涉及基于具有贯穿导电路径 的硅衬底的指纹传感器以及位于衬底的相对耦接到该手指表面的传感器元件一面上的由 电子电路组成的处理单元。
技术介绍
在近几年，生物识别技术，尤其是指纹传感器，对于人员身份的校验目的已经变得 普遍，例如入境检查，机场以及例如膝上型电脑等的个人设备。目前的解决方案仍然在应用 和生产中具有许多缺点。用于机场以及入境检查的指纹传感器对于许多应用而言是巨大的 和非常昂贵的，同时在某些膝上型计算机和手持设备中已知的条纹状指纹传感器具有的缺 点是传感器的生产技术要求他们是固定在产品外壳中的凹口中。这是不实用的并且带来功 能上以及产品设计美学上的限制。同样，通过要求用户按压手指到凹口中同时移动它，污垢 被留在凹口里面，这会降低已扫描图像的质量。一种与指纹传感器安装进入的产品的表面位于同一个表面的指纹传感器在 US7251351中描述，其中传感器元件位于配备有贯通衬底的通孔导体的绝缘衬底的一面。 该衬底可以由玻璃，陶瓷以及其他绝缘材料组成，尽管提到了硅可以用作为衬底，但具有的 缺点是材料可以是导电的并因此导体必须和衬底绝缘，结果伴随一种潜在的复杂的生产过程。另一个解决方案是在美国申请US2005/01010M以及US 7184581中讨论的一种单 芯片解决方案，其中在衬底中制成电子电路。如果涉及测量以及处理单元的电路或指纹传 感器元件位置的布局必须改变的话，这同样需要复杂的生产方法并需要改变整个生产。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目标是提供一种实现了完善建立的高容量、低成本的半导体制 造过程的指纹传感器，同时还允许该传感器表面能被放置地充满在其中安装传感器的物体 的表面。通过这种方式，本专利技术确保一种灵活的传感器生产，即相同的传感器衬底能配备有 不同的处理单元，反之亦然。这是由按照上面说明的指纹传感器实现的，特征在独立权利要 求中描述。因此该指纹传感器是利用一种使用贯通晶片导线制备的硅片制造的，具有用于在 一面耦接到手指的传感器元件，并且具有在另一面很好地保护的处理单元。这种硅片的一 种生产方法本身可以从国际专利申请W02004/084300和W02007/089207中获得，并且在这 里不再讨论，但是运用这个或类似的生产方法提供制备传感器的灵活度优点，例如通过掺 杂(举例来说用于提供了在通孔/导体线中选择的电导率)，通过钻孔或蚀刻填充有导电 材料的绝缘孔洞或通过向硅衬底直接添加一些电路。W02007/089207中描述的方法允许通过10-20 μ m典型宽度的绝缘沟槽分离选定尺寸的硅衬底区域。其他可能的生产方法在 US7227213和US6838362中讨论，以及上面提到的US2005/01010M，其中孔洞被用来连接到 衬底中的电路。在下面的篇章中，术语阻抗是用来描述被测量的手指特征。这将被本领域技术人 员在应用中理解为处理单元中电压和/或电流测量以及源于此计算指纹结构的结果。此 外，术语耦接被理解为包括两个部分之间直接的电接触以及通过绝缘体的两部分的电容耦接。附图说明本专利技术将结合下面附图更详细地来讨论，通过示例的方式图示。图1示出了本专利技术的优选实施例的截面图。图2示出了从上方看到的线性指纹传感器布局。图3示出了驱动传感器或地电极和衬底之间的绝缘区域的优选结构。图4示出了本专利技术的替代实施例的截面图。图5示出了本专利技术的第三实施例的截面图。具体实施例方式图1示出了根据本专利技术的指纹传感器的优选实施例的截面图。首先该传感器由 具有第一导线2作为衬底中的贯通芯片通孔的半导体衬底1构成。该第一导线由例如 W02007/089207中描述来制造，通过在掺杂的衬底材料中蚀刻沟槽，用绝缘材料3填充该沟 槽并然后移除该衬底的剩余部分以便该沟槽贯通该衬底并使环绕区域2从衬底1的剩余部 分电绝缘。其他的掺杂可以被添加到通孔和/或环绕衬底，例如来改善接触电阻和/或添 加二极管用于ESD保护。第一导体2的尺寸是选定的，使得它们小于典型的手指表面20中的结构，以便他 们能在表面的典型地具有300-600 μ m的间距的凹部和脊部之间进行区分。因此该第一导 体的一种典型的横截面可以是近似20-50 μ m,而绝缘沟槽的宽度是1-30 μ m,但是其他版 本是可以预见的，例如间距范围在IOOym内的更大的传感器。在一种已经实现的实施例 中，传感器间距是50.8 μ m。本专利技术的优选实施例目的是在手指表面处或内测量阻抗，并因此为衬底表面的传 感侧面提供第一电介质层5，并优选地为一保护层6。该保护层可以由碳基的材料组成，例 如类钻碳(DLC)或非晶金刚石，如EP0779497和US5963679中描述的。电介质层和保护层 的厚度可以被选为以便提供适合测量的阻抗，例如在500nm或更大范围。传感表面的相对面上，指纹传感器以本质上公知的方式配备有布线导线7以及电 介质层8、9、10，用于配合在处理单元18上的接触电极17的位置，来耦接到指纹传感器。因 为该处理单元18是独立制造，它能够被制造的比衬底小，并且相比较在衬底中制造电路的 解决方案而言，利用更有效较低成本的处理解决方案。根据优选实施例，衬底还配备有如第一导体线2相同的方式生产的第二贯通导体 4，但导体4具有较大的尺寸以便显著地大于手指表面的特征，并因此介于该第二导体和手 指之间的耦接不会受到表面结构的巨大影响。这种情况下，该处理单元适合于测量由第一导体线2提供的大量传感器元件中每一个与由一第二导体线4提供的驱动电极之间的阻 抗，因为处理单元还在第一和第二导体线之间施加静态的或变化的电压，并根据自身公知 的方式来测量阻抗，例如通过在第二导体和地之间施加电压，通过感测第一导体处从手指 流到地的电流来测量的该第一和第二导体之间的阻抗。由于尺寸的差异，仅仅是靠近第一 导体线的手指的结构将影响测量并因此被传感器测量。在本专利技术的这个实施例中，还可以 在第二电介质层5中提供开口或较薄的部分，以便最优化手指和传感器焊接区2、驱动器焊 接区4和/或衬底1的剩余部分之间的阻抗。也同样可以预想其他替代方式，例如具有靠近第一导体线并具有一类似尺寸的第 三导体(未示出)，例如US6, 512，381中描述的解决方案。图2示出了条纹形状的指纹传感器11的布局，由传感器元件12的基本上线性的 阵列组成，其中每个传感器元件与一个第二导体线2相关。基本上环绕传感器阵列12是与 第二导体线有关的激励或驱动电极14，因此确保在手指上具有平均的电压分布，以及与靠 近阵列的皮肤的结构变化相关的传感器阵列中感测的阻抗差异。图2中的布局还包括两个地电极15、16，例如用于数字和模拟接地耦接，从而还提 供ESD保护。这些电极还可以与贯通衬底的相应的导体线相关，或者如通过地电极16所 示的，地电极16自身提供为贯通衬底。位于地电极顶部的电介质层可以变薄或移除，来增 加ESD事件向地放电的可能性。用于提供ESD保护的其他解决方案可以通过以下来实现， 在衬底通孔或传感器衬底中掺杂二极管结构以及具有在驱动器电极和地本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于测量表面中结构的传感器，尤其是一种指纹传感器，包括，在选定位置处的选定数量的传感器元件，所述传感器元件用于耦接到表面，具有尺寸小于或类似于所述表面中结构的尺寸，以及处理单元，所述处理单元包括耦接到所述传感器元件的用于提供所述表面结构处阻抗测量的询问电极，所述处理单元安装在衬底的一面上，且所述传感器元件位于所述衬底的相对面上，所述衬底包括所述传感器元件和所述询问电极之间的贯穿第一导线，其中，所述衬底由半导体材料构成，例如硅，并且所述第一导线由绝缘材料围绕的选定尺寸的贯穿衬底部分构成，优选地所述绝缘材料为从衬底将它们分离的电介质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·I·贝瑞德霍特，
申请(专利权)人：IDEX公司，
类型：发明
国别省市：NO
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