WO2007000902A1 - 面圧分布センサ - Google Patents

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    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Definitions

  • the present invention relates to a surface pressure distribution sensor for measuring fine irregularities of a measured object.
  • this type of conventionally known surface pressure distribution sensor has semiconductor switching elements 101 arranged in a matrix on a substrate, and one terminal of each of these semiconductor switching elements 101.
  • An electrode 102 connected to the side is formed.
  • a flexible film having a conductive film is disposed so as to face the electrode 102 with a certain distance from the electrode 102 side.
  • a constant voltage is applied to the conductive film, and for example, when a measurement object having fine irregularities on the surface is pressed against the flexible film, the flexible film follows the irregularities of the measurement object. It deforms.
  • the matrix of the semiconductor switching element 101 in that part is sequentially activated to read the surface pressure.
  • the conventional surface pressure distribution sensor described above uses a semiconductor substrate, and such a semiconductor substrate is generally known to be expensive.
  • a surface pressure distribution sensor is used as a fingerprint detection sensor, a large surface area for sufficiently pressing the finger is required, and it is difficult to manufacture the surface pressure distribution sensor at a low cost as long as a semiconductor substrate having such a large surface area is used.
  • the exposed portion of the semiconductor switching element and the conductive film must be kept in stable contact even with a small pressing force over a long period of time. In the distribution sensor, it has been difficult to maintain the cleanliness of the contact portion between the exposed portion of the semiconductor switching element and the conductive film over a long period of time.
  • the present applicant has row wiring extending in the first direction on one substrate, A column wiring extending in the second direction is provided on the other substrate to constitute the whole, the one substrate is formed of a flexible film substrate, the substrate is bent, and the row wiring and the column wiring are opposed to each other.
  • a surface pressure distribution sensor has been developed which has been arranged and can measure the surface pressure distribution on the basis of a change in capacitance at the intersection of the row wiring and the column wiring, and has already filed a patent application. (See Patent Document 2)
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 7-58234
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-317403
  • a plurality of row wirings 111 are formed in parallel in the vertical direction on one substrate 110 shown in FIG.
  • a plurality of column wirings 113 are formed in parallel in the horizontal direction, and a plurality of lead wirings 115 are formed along one edge side of the substrate 112.
  • Each lead wiring 115 extends to one edge side of the substrate 110.
  • the lead wires 116 are formed, and these lead wires 116 and the above-described row wires 111... Force lead wires 117 are intensively wired and connected to the driving element 118.
  • the surface pressure distribution sensor D is configured by folding back and arranging the plurality of row wirings 111 and the plurality of column wirings 113 substantially at right angles.
  • a rectangular region in which the plurality of row wirings 111 and the plurality of column wirings 113 are arranged to face each other at a substantially right angle is a sensing region 120.
  • the surface pressure distribution sensor D having the above-described configuration has an advantage that it can be manufactured at low cost without using a semiconductor substrate.
  • the surface pressure distribution sensor D is configured.
  • stress force S is applied to the bent portion of the wiring.
  • stress is always applied to the wiring 115 after bending, so it can be used for a long time. In some cases while There was a risk of partial disconnection of the wiring of the surface pressure distribution sensor D.
  • this type of surface pressure sensor is required to be smaller and lighter, it is desirable that the size of the substrate and the width and space of the wiring that make up the surface pressure sensor be as small as possible. It is desirable that the size of the substrate is as small as possible.
  • the row wiring 111 and the column wiring 113 need to be fine wiring, and the substrate area is suppressed as much as possible. Therefore, it is necessary to make the lead wires 115 and 116 finer, and if it becomes fine wires, it naturally becomes easy to cause problems in the durability of the wires due to the stress at the time of bending, and the reliability of the wires is lowered. There was a problem to do.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and even in a structure having a bent portion of a base plate to constitute a surface thickness distribution sensor, the surface pressure distribution is accurate over a long period of time when the reliability of the wiring is high.
  • An object of the present invention is to provide a surface pressure distribution sensor capable of stable detection and capable of being manufactured at a low cost with a simple configuration.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a first substrate on which a first wiring group formed by forming a plurality of conductors in parallel and a plurality of conductors are formed in parallel.
  • a second substrate on which two wiring groups are formed, and a boundary portion connecting the first substrate and the second substrate, and the first substrate is bent by bending the boundary portion.
  • the first wiring and the second substrate are connected to each other so that the first wiring group and the second wiring group of the second substrate are arranged to face each other, and the first wiring
  • a surface pressure distribution sensor capable of detecting a surface pressure distribution based on a change in capacitance at each intersection of the conductors of the group and the conductors of the second wiring group, wherein the surface pressure distribution sensor is applied to the first substrate.
  • a first lead wiring group was formed adjacent to the first wiring group and separately from the first wiring group, and connected to the second wiring group on the second substrate.
  • a second lead wire group is formed, and the second lead wire group is formed extending through the boundary and connected to the first lead wire group on the first substrate side, and the first lead wire group is connected to the first lead wire group on the first substrate side.
  • the conductor of the first wiring group is formed to be smaller than the width of the conductor of the second wiring group and the conductor of the second wiring group, and the second lead is located at the bent portion of the boundary portion.
  • the width of the conductor of the wiring group is made larger than the width of the conductor of the first lead wiring group.
  • the width of the conductor of the second lead-out wiring group formed at the boundary that is the bent portion is larger than the width of the conductor of the first lead-out wiring group. It is possible to provide a wiring structure that is resistant to bending stress and has high durability of the conductors in the leader wiring group. Since the conductor of the first lead wire group is thinner than the conductor of the second lead wire group, the conductor of the first lead wire group is placed on the side of the first wire group formed on the first substrate. When placed, the wiring can be provided in a narrow area with high density, and the conductors of these first lead wiring groups are not bent. There is no risk of taking.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the first lead wiring group is formed on the first substrate in parallel with the first wiring group, and the first wiring group is formed.
  • Each conductor width of the first lead wire group is formed narrower than each conductor width, and the overall width of the first lead wire group is formed smaller than the overall width of the first wire group,
  • the second substrate is connected to the side of the first wiring group via the boundary, and the second wiring group and the direction in a direction intersecting with each conductor of the first lead wiring group The second lead wire group is arranged.
  • the overall width of the second lead wire group can be made smaller than the overall width of the first wire group.
  • the first lead wire can be formed even in a narrow area on the side of the first wire group on the substrate. Since the groups can be arranged, the wasteful portion of the substrate can be made as small as possible. As a result, the entire surface pressure distribution sensor can be made smaller and lighter as the substrate becomes smaller.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and one side of the first wiring group is concentrated on a part of the first substrate to form a first element connection region.
  • One side of the first lead wiring group is concentratedly wired to another part on the first substrate to form a second element connection region, and the first element connection region and the second element connection region Are adjacent to each other and are shared by these element connection areas, or separate sensing drive elements are connected. It is characterized by becoming.
  • each conductor of the second wiring group on the second substrate side passes through the boundary portion with a width as it is to the top of the first substrate.
  • the conductor on the side close to the first wiring group is long, and the conductor on the side away from the first wiring group is sequentially formed to be short.
  • the positions of the leading ends of the conductors of one lead-out wiring group are sequentially shifted in the length direction of the first lead-out wiring group, and the positions of the first lead-out wiring groups arranged at the respective positions are shifted.
  • Each conductor of the second lead-out wiring group that has passed through the boundary is connected to the tip of each conductor.
  • the conductor of the second lead-out wiring group in the bent portion is excessively large. Therefore, it is possible to provide a structure of a surface pressure distribution sensor that is less likely to be disconnected even when used over time, has a high wiring reliability, and a surface pressure distribution sensor.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit of the surface pressure distribution sensor according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a development view before assembling the specific structure of the surface pressure distribution sensor
  • FIG. 3 is an assembly of the surface pressure distribution sensor.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the surface pressure distribution sensor shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a cross section taken along the line BB ′ of the surface pressure distribution sensor shown in FIG. FIG.
  • the surface pressure distribution sensor 1 includes a first substrate 3 on which a first wiring group (row wiring group) 2 is formed, and a second substrate 6 on which a second wiring group (column wiring group) 5 is formed. And a boundary structure 7 that is joined so as to be adjacent to each other right and left through a boundary portion 7 that also serves as a bent portion, and the first substrate 3 and the second substrate are bent by bending the previous boundary portion 7. 6 and 6 so that they overlap each other as shown in Fig. 3. By assembling so as to face each other, an integrated structure is obtained as shown in FIGS.
  • the second substrate 6 stacked on the first substrate 3 is pressed when a concavo-convex surface having a size of several tens / m to several tens of ⁇ is pressed on the surface thereof.
  • a flexible film such as a polyester film having a thickness of about 30 to 30 zm is preferably used.
  • the first substrate 3, the second substrate 6, and the boundary portion 7 are all constituted by a flexible substrate made of a flexible fine frame, and as shown in FIG.
  • Each of the second substrates 6 is formed in a rectangular shape, and the second substrate 6 is extended and formed on one side edge side of the first substrate 3 via a boundary portion 7.
  • the lateral width of the first substrate 3 and the lateral width of the second substrate 6 are substantially equal, and the upper edge of the first substrate 3 and the upper edge of the second substrate 6 are arranged on the same straight line. Since the vertical length of the substrate 3 is slightly longer than the vertical length of the second substrate 6, the second substrate 6 is bent with respect to the first substrate 3 by bending the boundary portion 7.
  • the upper edge and side edge of the first substrate 3 and the upper edge and side edge of the second substrate 3 can be aligned with each other as shown in FIG. Are arranged so as to be partially exposed from the second substrate 6, and a part of the exposed first substrate 3 is used as an element connection region 3A.
  • the first wiring group 2 formed on the first substrate 3 is arranged in the left and right direction while extending vertically on the first substrate 3 as shown in FIG. It consists of an assembly of a plurality of strip-shaped conductors 2A, and each of these conductors 2A extends to the element connection area 3A side of the first substrate 3 and is aggregated and wired to the first element connection area 3a.
  • the terminal on the right half of the drive element 8 is connected to the top.
  • the portion extending between the first wiring group 2 and the side edge portion 3B of the first substrate 3 extends in the vertical direction in FIG. 2 along the side edge portion 3B.
  • a plurality of conductors 9A arranged in the left-right direction are formed, and a first lead wiring group 9 is formed from these conductors 9A, and these conductors 9A are on the element connection region 3A side of the first substrate 3. Is extended to the second element connection region 3b adjacent to the first element connection region 3a, and terminals on the left half of the drive element 8 are connected to this portion.
  • the first wiring group 2 has an area about 2/3 of the right side of the first substrate 3. Force S placed in the area and the first lead wire group 9 is placed in the area of about 1/3 left side of the first board 3 S, this form of surface pressure distribution sensor 1 for applications such as fingerprint sensors
  • this form of surface pressure distribution sensor 1 for applications such as fingerprint sensors
  • the first lead wiring group 9 is about 10 to 20 xm, for example, several hundred conductors 9 mm having a width of 15 ⁇ m, for example, about 200, a space between conductors. It shall be arranged at about 10 ⁇ m. Therefore, specifically, the first lead wiring group 9 is wired in a region having a width of about a fraction of that of the first wiring group 2 (a region having a width of about half in FIG. 2).
  • the plurality of conductors 9A constituting the first lead wiring group 9 include a conductor 9A on the side away from the first wiring group 2 which is longer than the conductor 9A on the side closer to the first wiring group 2.
  • the first lead-out wiring group 9 is formed so as to be sequentially shortened, and the positions of the tips of the conductors 9A of the first lead-out wiring group 9 are sequentially displaced in the length direction of the first lead-out wiring group 9. .
  • the first substrate 3 is covered with an insulating layer 10 (see FIGS. 4 and 5) covering the upper surface of the substrate 3 and the first wiring group 2 and the first lead wiring group 9. Yes.
  • the insulating layer 10 is abbreviated in the element connection regions 3a and 3b, and does not obstruct the connection of the conductors 2A and 9A to the drive element 8.
  • Each of the conductors 2A and 9A is made of, for example, an aluminum film having a thickness of about 0.1 / im, and the insulating layer 10 is made of a laminated body of an insulating material such as Si 2 O or Si 0.
  • a plurality of conductors 5A extending in the left-right direction of FIG. 2 (a direction substantially perpendicular to the conductors 2A of the first wiring group 2) are provided.
  • a plurality of lines 6 are formed in parallel in the vertical direction, and a second wiring group 5 is formed.
  • the conductors 5A constituting the second wiring group 5 are formed with the same width and the same pitch as the conductors 2A constituting the first wiring group 2.
  • Each of these conductors 5A is individually formed with the same width and pitch as the conductor 11A of the second lead-out wiring group 11 so as to extend to the boundary 7 side, and pass through the boundary 7 to pass through the first substrate 3
  • Each conductor 11A of the first lead wire group 9 on the first substrate 2 side Connected to the tip of each conductor 9A.
  • each conductor 5A constituting the second wiring group 5 on the second substrate 6 side corresponds to each conductor 9A of the second lead wiring group 9 and the first conductor on the first substrate 3 side.
  • the lead wire group 9 is connected to the terminal of the drive element 8 through the conductor 9A. Therefore, each conductor 9A of the second lead wiring group 9 connected to the second wiring group 5 has the same thickness as each conductor 5A of the second wiring group 5 on the boundary portion 7, and the thickness
  • the second wiring group 5 is formed so as to extend to the first substrate 3 side, and is formed so that its width and pitch become small after becoming the conductor 9A of the first lead wiring group 9.
  • the first lead wire group 9 is arranged in a region having a width smaller than the width in the alignment direction (the vertical length in FIG. 2).
  • the second substrate 6 is covered with an insulating layer 20 that covers the upper surface of the substrate 6 and the second wiring group 5 and the second lead wiring group 11.
  • Each of the conductors 5A and 11A is made of, for example, an aluminum film having a thickness of about ⁇ ⁇ m, and the insulating layer 20 is made of SiO or SiO, for example.
  • It consists of a laminate of insulating materials such as 3 4 2.
  • the second substrate 6 having the above-described configuration is folded on the first substrate 3.
  • the first substrate 3 and the second substrate 6 are folded.
  • Spacer 21 is interposed so as to surround the periphery of the substrate 6 on the overlapping portion side, and the first wiring group 2 on the first substrate 3 side and the second substrate 6 side opposite to the first wiring group 2 side.
  • An air layer 22 corresponding to the thickness of the spacer 21 is formed between the second wiring group 5 and a highly rigid reinforcing plate made of a stainless steel plate or the like on the back side of the second substrate 6.
  • 23 is attached, and a frame body 24 is attached to the outer surface side of the second substrate 6 so as to surround the second wiring group 5 in a plan view.
  • the plurality of conductors 2A of the first wiring group 2 and the plurality of conductors 5A of the second wiring group 5 intersect each other at approximately 90 °.
  • the area facing each other is the sensing area S of the surface pressure distribution sensor 1.
  • Each conductor 2A of the first wiring group 2 and each conductor 5A of the second wiring group 5 are shown in FIG. 1 in a capacitance detection circuit 25 and a column selection circuit 26 built in the drive element 8.
  • the capacitance changes according to the change in the separation distance. Capacitance can be detected by the capacitance detection circuit 25. In this way, a fine film is formed on the outer surface of the second substrate 6 made of a flexible film.
  • the capacitance detection circuit 25 used in this embodiment for example, a circuit as shown in FIG. 7 is used, and at the time of measurement, all except the conductor 5A of the second wiring group 5 selected by the column selection circuit 26 are grouped. In addition to being connected to the land side, all non-measurement capacitance on the conductor 2A of the same first wiring group 2 is input in parallel to the measurement system as parasitic capacitance, but the electrode on the opposite side of the parasitic capacitance Can be canceled by connecting to the ground side. With such a configuration, it is possible to detect fine uneven surfaces, that is, to detect minute changes in capacitance with high accuracy.
  • the second wiring group 5 is formed on the second substrate 6 side of the flexible film, but the first wiring group 2 may be formed on the second substrate 6 side. Good. However, it is more preferable that the second wiring group 5 connected to the column selection circuit 26 having a low output impedance is formed on the second substrate 6 side because it is less susceptible to the influence of static electricity.
  • the surface pressure distribution sensor 1 having the above configuration is not particularly limited in application, but can be used as a fingerprint sensor, for example, as shown in FIG. Separation distance at the intersection of the conductor 2A of the first wiring group 2 and the conductor 5A of the second wiring group 5 that occurs when fine irregularities 27 such as fingerprints are pressed on the surface of the second substrate 6
  • By detecting the change in the capacitance according to the change in the size it becomes possible to accurately detect the shape of the fine unevenness 27 such as the fingerprint of the finger 30 and output it as signal data.
  • the surface pressure distribution sensor 1 of this embodiment is applied to a fingerprint sensor
  • a fingerprint sensor for example, it can be applied to a mobile phone owner authentication system or the like.
  • it is considered to make payments with mobile phones, etc., but by forming the surface pressure distribution sensor 1 on the mobile phone, the fingerprint pressed against the surface pressure distribution sensor 1 can be accurately detected.
  • the owner can be correctly authenticated by comparing with the fingerprint data registered in advance.
  • the conductor 5A of the second wiring group 5 on the second substrate 6 side is brought to the first substrate 3 side through the boundary portion 7 with the same thickness.
  • the conductor part where the bending stress acts is formed as thick as possible.
  • the conductor 11A formed on the surface contributes to improving the reliability of the wiring of the surface pressure sensor 1 which is resistant to bending stress.
  • the conductor 115 corresponding to the conductor 11A of group 1 1 is arranged along the side of the sensing area 120 and extended in the same direction, and the thickness of the lead wires 115 and 116 is set to the outer area of the sensing area 120. Therefore, in order to reduce the substrate size of the surface pressure distribution sensor D, it is necessary to form the lead wires 115 and 116 at a narrow narrow pitch. The problem was that the bent part of the lead-out wiring 116 was weak.
  • the conductors 11A of the second lead wiring group 11 are arranged in a direction intersecting the plurality of conductors 2A of the first wiring group 2, and the force is also shown in FIG.
  • the boundary 3B with the same vertical width as the vertical width of the sensing area S can be used as the wiring area of the conductor 11A. Since the number of conductors 11A can be formed, the wiring reliability can be improved by forming them on the substrate 3 and the substrate 6 with the same thickness and pitch as the conductor 5A without making the conductor 11A thinner.
  • the substrate 6 is arranged on the right side of the substrate 3 as compared to the structure in which the substrate 6 is arranged on the left side of the substrate 3 as shown in FIG. 2, and the arrangement structure of each wiring shown in FIG.
  • the object of the present invention can also be achieved by a right-symmetric structure.
  • the surface pressure distribution sensor of the present invention can be used as a fingerprint sensor for a mobile phone owner authentication system, and also includes an IC card with a fingerprint authentication system, a portable information device, a portable music player, and an electronic vehicle. It can be widely applied to electronic devices such as key owner authentication systems.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a configuration of an embodiment of a surface pressure distribution sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which the first substrate and the second substrate of the same surface pressure distribution sensor are developed.
  • FIG. 3 is a plan view showing a wiring structure of the same surface pressure distribution sensor. 4] Fig. 4 is a cross-sectional view of the surface pressure distribution sensor shown in Fig. 3 along the line A-A '.
  • Fig. 5 is a cross-sectional view of the surface pressure distribution sensor shown in Fig. 3 along the line BB '.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a state of detecting unevenness of the same surface pressure distribution sensor.
  • Fig. 7 is a circuit diagram showing an example of a capacitance detection circuit applied to the same surface thickness distribution sensor.
  • FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing an example of a conventional surface pressure distribution sensor.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a state where another conventional surface pressure distribution sensor is developed.
  • FIG. 10 is a view showing another conventional wiring of the surface pressure distribution sensor.

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Abstract

【課題】　本発明は、折り曲げ部分を有する構造においても配線の信頼性が高く、面圧分布の正確で安定した検出が可能であり、簡単な構成でローコストに製造が可能な面圧分布センサの提供を目的とする。 【解決手段】　本発明は、第１の基板に第１の配線群と隣接して第１の引出配線群が形成され、第２の基板に第２の配線群に接続された第２の引出配線群が形成され、第２の引出配線群が境界部を介し延出形成されて第１の基板側の第１の引出配線群に接続され、第１の配線群の導体の幅及び第２の配線群の導体の幅よりも第１の引出配線群の導体の幅が小さく形成され、境界部の折り曲げ部分に位置する第２の引出配線群の導体の幅が、第１の引出配線群の導体の幅よりも大きくされてなる。

Description

明 細 書
面圧分布センサ
技術分野
[0001] 本発明は、被測定物の微細な凹凸などを測定する面圧分布センサに関する。
背景技術
[0002] 検出面に押し付けられた被測定物の表面の微細な凹凸を押圧力の分布として検出 する面圧分布センサ力 粗面の表面形状をデータ化するセンサとして広く知られてい る。 （例えば、特許文献 1参照）
[0003] 従来公知のこの種の面圧分布センサは、例えば図 8に示すように、半導体スィッチ ング素子 101を基板上にマトリクス状に配置し、これらの各半導体スイッチング素子 1 01の一方の端子側に繋がる電極 102が形成されている。半導体基板の対向面側に は導電膜を有する可撓性フィルムを前記電極 102側に対して一定の間隔をあけて前 記電極 102と向き合うように配置されている。この導電膜には一定の電圧が印加され ており、可撓性フィルムに例えば表面に微細な凹凸を備えた被測定物が押し付けら れると、この可撓性フィルムは被測定物の凹凸に倣って橈み変形する。このようにし て橈み変形した部分の導電膜と半導体基板の電極とが接触することによって、その 部分の半導体スイッチング素子 101のマトリクスを順次起動して面圧を読み取るよう になっている。
[0004] 上述の従来の面圧分布センサは半導体基板を使用しているが、このような半導体 基板は一般的に高価なものとして知られている。特に、面圧分布センサを指紋検出 センサとして用いた場合、指を十分に押し付ける広い表面積が必要になり、こうした 広い表面積の半導体基板を用いる限り、面圧分布センサをローコストに製造すること は難しい。また、表面の微細な凹凸を検出するために、半導体スイッチング素子の露 呈部と導電膜とは長期にわたって小さな押圧力でも安定して接触が保たれるようにし なければならないが、従来の面圧分布センサでは、半導体スイッチング素子の露呈 部と導電膜との接触部分の長期にわたる清浄性を保つことも困難であった。
[0005] これらの背景から本出願人は、第 1方向に伸びる行配線を一方の基板上に備え、 第 2方向に伸びる列配線を他方の基板上に備えて全体を構成し、前記一方の基板 を可撓性フィルム基板から構成し、前記基板を折り曲げて前記行配線と前記列配線 を対向させて配置し、前記行配線と前記列配線との交差部分の静電容量の変化に 基づいて面圧の分布を測定できる構成の面圧分布センサを開発し、先に特許出願し ている。 （特許文献 2参照）
特許文献 1 :特公平 7— 58234号公報
特許文献 2：特開 2004— 317403号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 先の特許文献 2に記載された面圧分布センサの構成は、図 9に示す一方の基板 11 0上に縦方向に複数の行配線 111が並列形成され、他方の基板 112上に横方向に 複数の列配線 113…が並列形成されるとともに、基板 112の一方の縁側に沿って複 数の引出配線 115が形成され、各引出配線 115が基板 110の一方の縁側にまで延 出形成されて引出配線 116とされ、これらの引出配線 116…と前述の行配線 111 · · · 力 の引出配線 117とが集中的に配線されて駆動用の素子 118に接続されている。 そして、前記複数の行配線 111あるいは複数の列配線 113の少なくとも一方が絶 縁層で覆われ、前記一方の基板 110に対して前記他方の基板 112が図 9に示す折り 返し線 114に沿って図 10に示す如く折り返され、前記複数の行配線 111と前記複数 の列配線 113とがほぼ直角に対向配置されることで面圧分布センサ Dが構成されて いる。この構成の面圧センサ Dにおいては、複数の行配線 111と前記複数の列配線 113とがほぼ直角に平面視対向配置された矩形状の領域がセンシング領域 120とさ れている。
[0007] 前記構成の面圧分布センサ Dは、半導体基板を用いることが無ぐ安価に製造可 能であるという利点を有するが、一方の基板 110に対して他方の基板 112を折り曲げ て構成するとレ、う構造を採用してレ、るがために、配線を部分的に折り曲げる必要が生 じ、配線の折り曲げ部分にストレス力 Sかかる問題がある。例えば、製造時の折り曲げ におレ、て配線に直に断線を生じなレ、場合であっても、折り曲げ後の配線 115…には 常時ストレスが作用していることになるので、長期間使用している間に場合によっては 面圧分布センサ Dの配線に部分的に断線を生じるおそれがあった。
このような配線ストレスの問題を解消するためには、基板の折り曲げ部分において 配線を太く形成し、多少のストレスが配線に作用しても配線が断線しないような配線 構造とすることが考えられる力 この種の面圧センサは小型化、軽量化が要求されて いるので、面圧センサを構成する基板の大きさ及び配線の幅やスペースはできる限り 小さいことが望ましぐセンシング領域 120の周囲部分の基板の大きさはできる限り小 さいことが望まれる。
また、指紋センサなどの用途に応じて微小領域の面圧を正確に測定するためには 、前記行配線 111と前記列配線 113を微細配線とする必要があるとともに、基板面積 をできる限り抑制するために、前記引出配線 115、 116も微細配線化する必要があり 、微細配線となれば、当然ながら折り曲げ時のストレスの作用により配線の耐久性に 問題を生じ易くなり、配線の信頼性が低下する問題があった。
[0008] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、面厚分布センサを構成するために基 板の折り曲げ部分を有する構造においても配線の信頼性が高ぐ長期にわたって面 圧分布の正確で安定した検出が可能であり、かつ、簡単な構成でローコストに製造 が可能な面圧分布センサを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、複数の導体を並列形成してなる第 1 の配線群が形成された第 1の基板と、複数の導体を並列形成してなる第 2の配線群 が形成された第 2の基板と、前記第 1の基板と第 2の基板とを接続した境界部とを具 備してなり、前記境界部の折り曲げにより前記第 1の基板の第 1の配線群と前記第 2 の基板の第 2の配線群とを対向交差状態に配置するように前記第 1の基板と前記第 2の基板とが接続されてなり、前記第 1の配線群の導体及び前記第 2の配線群の導 体の各交差部の静電容量の変化に基づいて面圧の分布を検出可能な面圧分布セ ンサであって、前記第 1の基板に前記第 1の配線群と隣接して前記第 1の配線群とは 別個に第 1の引出配線群が形成され、前記第 2の基板に前記第 2の配線群に接続さ れた第 2の引出配線群が形成され、前記第 2の引出配線群が前記境界部を介し延 出形成されて前記第 1の基板側の第 1の引出配線群に接続されるとともに、前記第 1 の配線群の導体の幅及び前記第 2の配線群の導体の幅よりも前記第 1の引出配線 群の導体の幅が小さく形成され、前記境界部の折り曲げ部分に位置する前記第 2の 引出配線群の導体の幅が、前記第 1の引出配線群の導体の幅よりも大きくされてなる ことを特徴とする。
[0010] 折り曲げ部分とされる境界部に形成される第 2の引出配線群の導体の幅が、第 1の 引出配線群の導体の幅よりも大きくされているので、折り曲げ部分に位置する第 2の 引出配線群の導体の耐久性が高ぐ折り曲げストレスに強い配線構造を提供できる。 前記第 1の引出配線群の導体は第 2の引出配線群の導体に比べて細いので、第 1の 基板上に形成した第 1の配線群の側方に第 1の引出配線群の導体を配置する場合 に、狭い範囲に高密度で配線を設けることができ、これらの第 1の引出配線群の導体 は折り曲げを受けないので、微細配線とされた第 1の引出配線群の導体にストレスが かかるおそれはない。
[0011] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記第 1の基板上において前記第 1 の配線群に並列させて前記第 1の引出配線群が形成され、前記第 1の配線群の各 導体幅よりも前記第 1の引出配線群の各導体幅が細く形成され、前記第 1の配線群 の全体幅よりも前記第 1の引出配線群の全体幅が小さく形成されるとともに、前記第 1 の配線群の側方側に前記境界部を介して前記第 2の基板が接続され、前記第 1の引 出配線群の各導体と交差する方向に前記第 2の配線群及び前記第 2の引出配線群 が配列されてなることを特徴とする。
第 1の配線群の全体幅よりも第 2の引出配線群の全体幅を小さくすることができる結 果、基板において第 1の配線群の側方の狭い領域であっても第 1の引出配線群を配 置できるので、基板の無駄な部分をできる限り小さくできる結果、基板の小型化に伴 う面圧分布センサ全体の小型化、軽量ィヒをなし得る。
[0012] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記第 1の基板上の一部に前記第 1 の配線群の一側が集中配線されて第 1の素子接続領域が形成され、前記第 1の基 板上の他の部分に前記第 1の引出配線群の一側が集中配線されて第 2の素子接続 領域が形成され、前記第 1の素子接続領域と前記第 2の素子接続領域とが隣接配置 されてこれらの素子接続領域に共用、または別々のセンシング用駆動素子が接続さ れてなることを特徴とする。
基板の集中配線した領域に駆動素子を配置することが容易にできる。
[0013] 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記第 2の基板側の第 2の配線群の 各導体がそのままの幅で前記境界部を通過して前記第 1の基板上まで延出形成さ れ、前記第 1の引出配線群の各導体において前記第 1の配線群に近い側の導体が 長ぐ前記第 1の配線群から離れる側の導体が順次短く形成されて前記第 1の引出 配線群の各導体の先端部の位置が前記第 1の引出配線群の長さ方向に順次位置 ずれされて配置され、各位置ずれされて配置された前記第 1の引出配線群の各導体 の先端部に前記境界部を通過した前記第 2の引出配線群の各導体が接続されてな ることを特徴とする。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、基板の折曲部分において第 2の引出配線群の各導体の幅が太く 形成されているので、折曲部分での第 2の引出配線群の各導体に過大なストレスが 作用するおそれが少なくなり、経時的な使用によっても断線のおそれの少なレ、配線 信頼性の高レ、面圧分布センサの構造を提供できる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下に説明す る実施形態に限定されるものではなレ、。また、以下の図面においては各構成部分の 縮尺について図面に表記することが容易となるように構成部分毎に縮尺を変えて記 載している。
図 1は、本実施の形態に係る面圧分布センサの等価回路を示す説明図、図 2は同 面圧分布センサの具体構造の組立前の展開図、図 3は同面圧分布センサの組立後 の平面構成を示す図、図 4は図 3に示す面圧分布センサの A— A'線に沿う断面図、 図 5は図 3に示す面圧分布センサの B— B'線に沿う断面図である。
この形態の面圧分布センサ 1は、第 1の配線群 (行配線群） 2を形成した第 1の基板 3と、第 2の配線群 (列配線群） 5を形成した第 2の基板 6とが折曲部を兼ねる境界部 7 を介して図 2に示す如く左右に隣り合うように接合された展開構造とされ、先の境界 部 7を折り曲げて第 1の基板 3と第 2の基板 6とを図 3に示す如く重ね合わせるように対 向させて組み立てることで、図 3〜図 5に示すように一体的な構造とされる。
前記基板 3、 6のうち、第 1の基板 3の上に重ねられる第 2の基板 6は、その表面に 数/ m〜数 10 μ ΐη程度の大きさの凹凸面が押し付けられた際に、この凹凸形状に 倣って橈む程度の柔軟性があれば良ぐ例えば、厚みが:!〜 30 z m程度のポリエス テルフィルムなどの可撓性フィルムが好適に用いられる。
[0016] 前記第 1の基板 3と第 2の基板 6と境界部 7は、この形態ではいずれも可撓性フィノレ ムからなるフレキシブル基板から構成され、図 2に示す如く第 1の基板 3と第 2の基板 6はいずれも矩形状に形成され、第 1の基板 3の一方の側縁部側に境界部 7を介して 第 2の基板 6が延出形成されている。前記第 1の基板 3の横幅と第 2の基板 6の横幅 はほぼ同等とされ、第 1の基板 3の上縁と第 2の基板 6の上縁が同一直線上に配置さ れ、第 1の基板 3の縦の長さが第 2の基板 6の縦の長さよりも若干長く形成されている ので、前記境界部 7を介し折り曲げて第 2の基板 6を第 1の基板 3に対して重ねること で、図 3に示す如く第 1の基板 3の上縁及び側縁と第 2の基板の上縁及び側縁を相 互に揃えることができ、その場合に第 1の基板 3の一部分が第 2の基板 6から一部露 出する形で配置され、この露出された第 1の基板 3の一部分が素子接続領域部 3Aと されている。
[0017] 前記第 1の基板 3に形成された第 1の配線群 2は、図 2に示す如く第 1の基板 3にお レ、て上下向きに延在しながら左右方向に複数配列された短冊状の複数の導体 2Aの 集合体からなり、これらの各導体 2Aは第 1の基板 3の素子接続領域部 3A側まで延 出されて第 1の素子接続領域 3aに集合配線され、その部分の上に駆動素子 8の右 側半分程度の端子が接続されてレ、る。
次に、第 1の基板 3において第 1の配線群 2と第 1の基板 3の側縁部 3Bとの間の部 分に、前記側縁部 3Bに沿って図 2の上下方向に延在しながら左右方向に複数配列 された導体 9Aが形成され、これらの導体 9Aから第 1の引出配線群 9が形成され、こ れらの導体 9Aが第 1の基板 3の素子接続領域部 3A側まで延出されて先の第 1の素 子接続領域 3aに隣接する第 2の素子接続領域 3bに集合配線され、この部分におい て駆動素子 8の左側半分程度の端子が接続されている。
[0018] なお、図 2と図 3においては第 1の配線群 2が第 1の基板 3の右側 2/3程度の面積 部分に配置され、第 1の引出配線群 9が第 1の基板 3の左側 1/3程度の面積部分に 配置されている力 S、この形態の面圧分布センサ 1を指紋センサなどの用途に供する 場合、基板 3のできる限り広い領域を占めるように第 1の配線群 2を配置し、第 1の引 出配線群 9は基板 3の側縁部のごく一部の幅の部分を占めるように配置することが望 ましい。
例えば、指紋センサの用途として見た場合、 30〜40 111程度の幅の導体2八を数 100本、例えば 200本程度、 40〜50 μ m程度のピッチ（導体間スペース 10 μ m)で 配置し、第 1の配線群 2を構成するが、第 1の引出配線群 9は 10〜20 x m程度、例 えば 15 μ mの幅の導体 9Αを数 100本、例えば 200本程度、導体間スペース 10 μ m 程度で配置するものとする。従って具体的に第 1の引出配線群 9は、第 1の配線群 2 の数分の 1程度の幅の領域（図 2では半分ほどの幅の領域）に配線されている。
[0019] 前記第 1の引出配線群 9を構成する複数の導体 9Aは、前記第 1の配線群 2に近い 側の導体 9Aが長ぐ前記第 1の配線群 2から離れる側の導体 9Aが順次短くなるよう に形成されていて、前記第 1の引出配線群 9の各導体 9Aの先端部の位置が前記第 1の引出配線群 9の長さ方向に順次位置ずれされて配置されている。また、第 1の基 板 3上には、この基板 3の上面と前記第 1の配線群 2及び第 1の引出配線群 9を覆う 絶縁層 10 (図 4、図 5参照）が被覆されている。なお、絶縁層 10は素子接続領域 3a、 3bの領域では略されていて、駆動素子 8への各導体 2A、 9Aの接続を阻害しないよ うになされている。前記各導体 2A、 9Aは例えば 0.1 /i m厚程度のアルミ膜などから なり、先の絶縁層 10は例えば Si Oあるいは Si〇などの絶縁材料の積層体からなる
3 4 2
[0020] 次に、前記第 2の基板 6上には、図 2の左右方向（第 1の配線群 2の導体 2Aとほぼ 直角な方向）に延在する導体 5Aが複数、第 2の基板 6の上下方向に複数並列形成 され、第 2の配線群 5が形成されている。この第 2の配線群 5を構成する各導体 5Aは 先の第 1の配線群 2を構成する各導体 2Aと同程度の幅であって同程度のピッチで形 成される。これらの各導体 5Aは個々に同じ幅とピッチでもってそのまま第 2の引出配 線群 11の導体 11Aとして境界部 7側に延出形成されて境界部 7を通過して第 1の基 板 3側にまで延出形成され、各導体 11Aが第 1の基板 2側の第 1の引出配線群 9の 各導体 9Aの先端部に接続されてレ、る。
[0021] 以上の構成から、第 2の基板 6側の第 2の配線群 5を構成する各導体 5Aは、第 2の 引出配線群 9の各導体 9Aと第 1の基板 3側の第 1の引出配線群 9の導体 9Aを介して 駆動素子 8の端子に接続されている。従って、第 2の配線群 5に接続された第 2の引 出配線群 9の各導体 9Aは境界部 7上においては第 2の配線群 5の各導体 5Aと同じ 太さとされ、その太さのまま第 1の基板 3側まで延出形成され、第 1の引出配線群 9の 導体 9Aになってからその幅とピッチが小さくなるように形成されているので、第 2の配 線群 5の整列方向の幅（図 2では上下方向の長さ）よりも小さい幅の領域に第 1の引 出配線群 9が配列されてレ、る。
また、第 2の基板 6上には、この基板 6の上面と前記第 2の配線群 5及び第 2の引出 配線群 11を覆う絶縁層 20が被覆されている。前記各導体 5A、 11Aは例えば Ο. ΐ μ m厚程度のアルミニウム膜などからなり、先の絶縁層 20は例えば Si〇あるいは SiO
3 4 2 などの絶縁材料の積層体からなる。
[0022] 前記構成の第 2の基板 6が前記第 1の基板 3の上に折り重ねられているが、この形 態の面厚分布センサ 1にあっては、第 1の基板 3と第 2の基板 6の重なり部分側にお いてその周縁部を囲むようにスぺーサ 21が介在され、第 1の基板 3側の第 1の配線 群 2と、それに対向する第 2の基板 6側の第 2の配線群 5との間にはスぺーサ 21の厚 さに対応する空気層 22が形成されるとともに、第 2の基板 6の裏面側にはステンレス 鋼板などからなる剛性の高い補強板 23が添設され、第 2の基板 6の外面側には、第 2の配線群 5を平面視取り囲むように枠体 24が貼着されている。従って、この枠体 24 の内側の領域であって、平面視した場合に第 1の配線群 2の複数の導体 2Aと第 2の 配線群 5の複数の導体 5Aとがほぼ 90°で交差されて対向配置された領域が面圧分 布センサ 1のセンシング領域 Sとされている。
[0023] 前記第 1の配線群 2の各導体 2Aと第 2の配線群 5の各導体 5Aは、駆動素子 8に内 蔵されている容量検出回路 25と列選択回路 26に図 1に示す如く接続されていて、第 1の配線群 2の各導体 2Aと第 2の配線群 5の各導体 5Aとが交差しているセンシング 領域 Sおける離間距離の変化に応じた静電容量の変化を容量検出回路 25で検出 すること力 Sできる。このようにして、可撓性フィルムからなる第 2の基板 6の外面に微細 な凹凸を押し付けた際に発生する多数の交差部の静電容量の変化を検出すること で被測定物の凹凸面の形状、例えば図 6に示すような指 30の指紋の形状を信号デ ータとして出力することが可能となる。
[0024] この形態で用いる容量検出回路 25は、例えば、図 7に示すような回路が用いられ、 測定時には列選択回路 26で選択されている第 2の配線群 5の導体 5A以外は全てグ ランド側に接続されるとともに、同一の第 1の配線群 2の導体 2A上の測定対象外の 静電容量は全て寄生容量として測定系に並列に入力されるが、寄生容量の反対側 の電極がグランド側に接続されていることにより、キャンセルすることが可能になって いる。こうした構成によって、微細な凹凸面の検出、即ち微小な静電容量の変化を精 度良く検出することが可能になる。
なお、本実施形態では、可撓性フィルムの第 2の基板 6側に第 2の配線群 5を形成 しているが、第 2の基板 6側に第 1の配線群 2を形成しても良レ、。しかし、静電気の影 響を受けにくいという関係から低出力インピーダンスである列選択回路 26と接続して レ、る第 2の配線群 5を第 2の基板 6側に形成するほうがより好ましい。
[0025] 以上の構成の面圧分布センサ 1は特に用途を限定するものではないが、例えば、 図 6に示すように指紋センサーとして用いることができる。第 2の基板 6の表面に指紋 などの微細な凹凸 27が押し付けられた際に発生する第 1の配線群 2の導体 2Aと第 2 の配線群 5の導体 5Aとの交差部分での離間距離の変化に応じた静電容量の変化を 検出することによって、指 30の指紋などの微細な凹凸 27の形状を正確に検出して信 号データとして出力することが可能になる。
[0026] この実施形態の面圧分布センサ 1を例えば指紋センサーに適用した例として、例え ば、携帯電話の持ち主認証システムなどに適用することができる。近年は携帯電話な どで決済などを行うことが考えられているが、携帯電話に面圧分布センサ 1を形成す ることによって、面圧分布センサ 1に押し付けられた指紋を正確に検出して、予め登 録された指紋データと照合することで持ち主を正しく認証することができる。
[0027] 前記構造の面圧センサ 1にあっては、第 2の基板 6側の第 2の配線群 5の導体 5Aを そのままの太さで境界部 7を介して第 1の基板 3側にまで延出形成し、折り曲げストレ スが作用する導体部分をできる限り太く形成しているので、折曲部分である境界部 7 に形成されている導体 11Aが折り曲げストレスに強ぐ面圧センサ 1の配線の信頼性 向上に寄与する。
これに対して図 9、図 10に示す構造の面圧分布センサ Dでは、面厚分布センサ 1の 第 1の引出配線群 9の導体 9A…に相当する導体 116…および、第 2の引出配線群 1 1の導体 11Aに相当する導体 115をセンシング領域 120の側方に沿って配置して、 そのままの方向に延出形成し、引出配線 115、 116の太さをセンシング領域 120の 外部領域の幅方向に直に影響を与えるようにしてレ、たために、面圧分布センサ Dの 基板サイズを小さくするためには引出配線 115、 116を細ぐ狭ピッチで形成する必 要があり、細く形成すると引出配線 116の折曲部分が弱くなつていたことが問題であ つた。
[0028] これに対して本実施形態の構造では、第 2の引出配線群 11の導体 11Aを第 1の配 線群 2の複数の導体 2Aに交差する方向に配列し、し力も、図 3に示すセンシング領 域 Sの縦幅そのものと同じ縦幅の境界部 3Bを導体 11Aの配線領域に利用できる構 成としたことで、導体 5Aの各導体幅及び本数と同じ分だけの導体幅と本数で導体 1 1Aを形成できるので、導体 11Aを細くすることなぐ導体 5Aと同じ太さとピッチで基 板 3上と基板 6上に形成できることにより配線信頼性を向上させることができる。
これら各導体の配置構造からすると、図 2に示す如く基板 3の左側に基板 6を配置 した構造に対し、基板 3の右側に基板 6を配置し、図 2に示す各配線の配置構造を左 右対称に形成した構造によっても本願発明の目的を達成できることは勿論である。 産業上の利用可能性
[0029] 本発明の面圧分布センサは、携帯電話の持ち主認証システムの指紋センサとして 利用可能であり、また、指紋認証システム付きの ICカード、携帯型情報機器、携帯型 音楽プレーヤー、自動車の電子キーの持ち主認証システムなどの電子機器に広く適 用することが可能である。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]図 1は本発明に係る面圧分布センサの一実施形態の構成の等価回路図。
[図 2]図 2は同面圧分布センサの第 1の基板と第 2の基板を展開した状態を示す図。
[図 3]図 3は同面圧分布センサの配線構造を示す平面図。 園 4]図 4は図 3に示す面圧分布センサの A— A'線に沿う断面図。
園 5]図 5は図 3に示す面圧分布センサの B— B'線に沿う断面図。
[図 6]図 6は同面圧分布センサの凹凸検出時の様子を示す説明図。
園 7]図 7は同面厚分布センサに適用される容量検出回路の一例を示す回路図。
[図 8]図 8は従来の面圧分布センサの一例を示す等価回路図である。
園 9]図 9は面圧分布センサの他の従来例を展開した状態を示す回路図。
[図 10]図 10は面圧分布センサの他の従来例の配線を示す図。
符号の説明
1 面圧分布センサ
2 第 1の配線群 (行配線)
2A 導体
3 第 1の基板
da 第 1の素子接続領域
3b 第 2の素子接続領域
5 第 2の配線群 (列配線)
5A 導体
6 第 2の基板
7 境界部
8 駆動素子
9 第 1の引出配線群
9A 導体
10 絶縁層
11 第 2の引出配線群

Claims

請求の範囲
[1] 複数の導体を並列形成してなる第 1の配線群が形成された第 1の基板と、複数の導 体を並列形成してなる第 2の配線群が形成された第 2の基板と、前記第 1の基板と第 2の基板とを接続した境界部とを具備してなり、前記境界部の折り曲げにより前記第 1 の基板の第 1の配線群と前記第 2の基板の第 2の配線群とを対向交差状態に配置す るように前記第 1の基板と前記第 2の基板とが接続されてなり、前記第 1の配線群の 導体及び前記第 2の配線群の導体の各交差部の静電容量の変化に基づいて面圧 の分布を検出可能な面圧分布センサであって、
前記第 1の基板に前記第 1の配線群と隣接して前記第 1の配線群とは別個に第 1の 引出配線群が形成され、前記第 2の基板に前記第 2の配線群に接続された第 2の引 出配線群が形成され、前記第 2の引出配線群が前記境界部を介し延出形成されて 前記第 1の基板側の第 1の引出配線群に接続されるとともに、前記第 1の配線群の導 体の幅及び前記第 2の配線群の導体の幅よりも前記第 1の引出配線群の導体の幅 力 S小さく形成され、前記境界部の折り曲げ部分に位置する前記第 2の引出配線群の 導体の幅が、前記第 1の引出配線群の導体の幅よりも大きくされてなることを特徴と する面圧分布センサ。
[2] 前記第 1の基板上において前記第 1の配線群に並列させて前記第 1の引出配線群 が形成され、前記第 1の配線群の各導体幅よりも前記第 1の引出配線群の各導体幅 が細く形成され、前記第 1の配線群の全体幅よりも前記第 1の引出配線群の全体幅 が小さく形成されるとともに、前記第 1の配線群の側方側に前記境界部を介して前記 第 2の基板が接続され、前記第 1の引出配線群の各導体と交差する方向に前記第 2 の配線群及び前記第 2の引出配線群が配列されてなることを特徴とする請求項 1に 記載の面圧分布センサ。
[3] 前記第 1の基板上の一部に前記第 1の配線群の一側が集中配線されて第 1の素子 接続領域が形成され、前記第 1の基板上の他の部分に前記第 1の引出配線群の一 側が集中配線されて第 2の素子接続領域が形成され、前記第 1の素子接続領域と前 記第 2の素子接続領域とが隣接配置されてこれらの素子接続領域に共用、または別 々のセンシング用駆動素子が接続されてなることを特徴とする請求項 2に記載の面 圧分布センサ。
前記第 2の基板側の第 2の配線群の各導体がそのままの幅で前記境界部を通過し て前記第 1の基板上まで延出形成され、前記第 1の引出配線群の各導体において 前記第 1の配線群に近い側の導体が長ぐ前記第 1の配線群から離れる側の導体が 順次短く形成されて前記第 1の引出配線群の各導体の先端部の位置が前記第 1の 引出配線群の長さ方向に順次位置ずれされて配置され、各位置ずれされて配置さ れた前記第 1の引出配線群の各導体の先端部に前記境界部を通過した前記第 2の 引出配線群の各導体が接続されてなることを特徴とする請求項 2に記載の面圧分布 センサ。
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