アップルの指紋センサーカプセル化技術は将来のiPhoneに採用される可能性がある

米特許商標庁は木曜日、指紋センサーとその導電性ベゼルの両方を保持する独自のカプセル化構造に関するアップルの出願を公開した。これにより、モバイル機器に適した、より小型で保護力の高い最終部品を実現できる。

Appleが2月に出願した「指紋センサー等のための一体成形ダイおよびベゼル構造」と題された特許出願は、繊細な生体認証アレイを保護する一体型のカプセル構造を規定している。同時に、センサーとベゼルの一部を露出させたり、保護シールで薄く覆ったりすることも可能である。出願は「ストリップ」型センサーに関するものだが、この技術は他の指紋認証方法にも適用可能である。

出願書類に記載されているように、現在の電気式センサーは、半導体とセンサー、そして関連回路を収容するダイを含むパッケージに形成されています。ダイのサイズが小さいため、ダイとそれが搭載されるプリント基板との電気的接続を確保するために、リードフレームやワイヤなどの二次構造が必要となります。これらの構造は、複雑なワイヤボンディングやその他の内部部品を損傷から保護するために、封止材で覆われています。

このようなセンサーはユーザーの指紋とダイの間の特定のしきい値距離内でのみ動作できるため、多くのカプセル化方法ではパッケージが覆われないままになります。

現在の回路設計では、読み取りのためにユーザーの指に微弱な電流を流して充電する場合もあります。指に適切な電流を流すために、小さな接触構造がセンシングダイの近くに形成され、配置されています。これらの「ベゼル」は、ダイの上部センシング面とほぼ同一平面上に配置されているため、指への充電とセンサーの理想的な位置決めが確保されます。

指によるアセンブリの断面図。

Apple の特許出願では、カプセル化されたダイとベゼルの接触構造を組み合わせて単一のパッケージを形成することが検討されている。

ベゼルとセンサーダイの両方を封止構造で包むことで、これらの要素をこれまで以上に近接させることができます。さらに、この封止構造はベゼルとセンサーダイを物理的に保護し、特にそれらの間の間隔を維持するという、現在知られているデバイス設計では不可能な手法を採用しています。

一実施形態では、センサアセンブリは、ダイアセンブリを収容するために特別に設計された領域と、ベゼルを保持するための領域を備えた、PCBまたはセラミック構造のような基板を含む。封止構造は樹脂またはプラスチックから成形され、ダイの上部とベゼルが平行またはほぼ同一平面になるように射出成形される。これらの構造は、部分的に露出させるか、または薄い材料層で覆って環境から保護することができる。

上記の実施形態に加えて、出願では、ベゼルに視覚インジケータと、場合によっては光源を設けることができると言及されている。

この発明は、Appleが将来のiPhoneに指紋リーダーを搭載する場合には、日常的な消耗に耐えられる小型で適度に耐久性のある部品の実現を可能にするため、大きな価値を持つことになるだろう。

一実施形態によるベゼルフレームの図。

Appleが次世代iOSデバイスに指紋認証技術を搭載するとの噂が広まっており、近々発売される「iPhone 5」がその有力候補とされています。こうした噂や憶測は、同社が2012年に生体認証企業Authentecを買収したことがきっかけとなりました。

興味深いことに、Appleの提出書類には、世界最大級の半導体企業の一つであるSTマイクロエレクトロニクスが保有する指紋認証に関する複数の特許および特許出願が引用されている。同社はセンサーや組み込み処理ソリューションに加え、iPhone 5に搭載されている3軸ジャイロスコープもAppleに供給している。

本出願の発明者のうち少なくとも一人、ジョヴァンニ・ゴッツィーニは、引用されているSTマイクロエレクトロニクスの特許にも名前が記載されています。アップルが出願した出願書類には、ゴッツィーニに加えて、ロバート・ヘンリー・ボンドとアラン・クレイマーも記載されています。