似于在印刷電路板組件中的阻焊印刷，這里高度自動(dòng)化的絲網(wǎng)印刷機(jī)器與激光切削型板相適應(yīng)。該方法特別適用于生產(chǎn)20MHz聲波元件，因?yàn)樘沾稍挥?00微米厚。該方法涉及生產(chǎn)適當(dāng)稠度的陶瓷漿，且有不要求表面研磨的優(yōu)點(diǎn)，而用模制方法是可能要求的。
[0085]圖7A按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，示出包括矩形壓電陶瓷元件的傳感器陣列700。傳感器陣列700是多層結(jié)構(gòu)，它包含矩形壓電陶瓷元件200的兩維陣列，類似于陣列400。導(dǎo)體(諸如導(dǎo)體706和708)被連接到每一矩形壓電陶瓷元件200。與每一元件200的一端連接的導(dǎo)體(如導(dǎo)體706)，相對(duì)于與每一元件200的另一端連接的導(dǎo)體(如導(dǎo)體708)垂直地取向。防護(hù)層702能夠被添加到一側(cè)，以便在手指能夠貼近傳感器陣列700放置的地方提供保護(hù)涂層。支承704能夠被粘接到傳感器陣列的相反端。傳感器陣列700在下面更詳細(xì)地描述。
[0086]B.壓電膜傳感器
[0087]圖7B按照本發(fā)明實(shí)施例，示出包括壓電膜(壓電的膜)的傳感器陣列750。圖7B是傳感器陣列750的橫截面圖。傳感器陣列750是多層結(jié)構(gòu)，它包含被兩個(gè)導(dǎo)體網(wǎng)格754和756夾在中間的壓電層752。導(dǎo)體網(wǎng)格754和756各由平行導(dǎo)電線的行組成。最好是，網(wǎng)格754的線相對(duì)于網(wǎng)格756的線垂直地取向(就是說，分別沿X和y方向)。這一取向在壓電膜中建立多個(gè)個(gè)別地可尋址區(qū)或元件。如在本文所使用，術(shù)語元件是指能夠使用平行導(dǎo)電線的行(導(dǎo)體)，或者是個(gè)別地或者作為較大區(qū)的一部分被尋址的傳感器陣列的任一區(qū)。壓電聚合物膜傳感器在Piezo Film Sensor-Technical Manual中被進(jìn)一步描述，可從Measurement Specialities，Inc.Norristown, Pa.，Apr.2，1999REVB 得到(本文引用它的全部內(nèi)容，供參考)。
[0088]防護(hù)層758能夠被添加到手指放置的一側(cè)，以提供保護(hù)涂層。泡沫基底760能夠被用作支承。如圖7B所示，傳感器陣列750的多個(gè)層順一個(gè)方向(如z方向)被堆疊。
[0089]在實(shí)施例中，壓電層752是極化的含氟聚合物膜，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或它的共聚物。導(dǎo)體網(wǎng)格754和756是被印刷在PVDF膜752的相反兩側(cè)上的銀墨電極。防護(hù)層758由氨基甲酸乙酯或其他塑料制成。泡沫基底760由TEFLON制成。粘合劑762、764把防護(hù)層758和泡沫基底760固定在印刷的PVDF膜752的相反兩側(cè)，如圖7B所示。
[0090]在實(shí)施例中，包含印刷的電極的PVDF膜，能夠像標(biāo)簽?zāi)菢颖粍內(nèi)?，以便易于替換。如圖7B所示，傳感器陣列750能夠用粘合劑766安裝到蠟紙或其他材料(未畫出)上，以便易于剝?nèi)ァ＿@樣允許壓電傳感器簡單地和容易地以最小費(fèi)用被安裝和/或被替換。與光學(xué)的和硅的技術(shù)比較，壓電傳感器陣列750的維護(hù)是輕而易舉的。
[0091]C.傳感器陣列地址線
[0092]圖8示出傳感器陣列700的更詳細(xì)視圖。如上所述，傳感器陣列700包括有填充物602的壓電陶瓷元件。填充物602最好含有微球604。于是，該結(jié)構(gòu)被夾在數(shù)層之間。該中央合成物層是能夠用于，例如把指紋的機(jī)械阻抗映射成電阻抗值的矩陣的有效結(jié)構(gòu)。
[0093]傳感器陣列700的每一矩形壓電陶瓷元件200，被連接到兩根電極線(如導(dǎo)體706和708)。傳感器陣列700 —端上的電極線的走向垂直于傳感器陣列700相反端上的電極線。這樣，該陣列的任一單個(gè)元件200能夠通過選擇與之連接的兩根電極線而被尋址。電極線最好用真空淀積和光刻建立，且它們經(jīng)由下述互聯(lián)技術(shù)被連接到開關(guān)電子裝置。
[0094]在一組電極線的上部是保護(hù)層702。保護(hù)層702最好由氨基甲酸乙酯制成。該保護(hù)層旨在在傳感器操作期間與手指接觸。
[0095]支承704或支撐層作為每一矩形壓電陶瓷元件200的背面聲學(xué)阻抗起作用。在優(yōu)選實(shí)施例中，支承704由TEFLON泡沫制成。為了在加載和卸載時(shí)提供元件電阻抗的大的變化，聲學(xué)阻抗支承704應(yīng)該與傳感器元件材料在聲學(xué)上失配。要么非常低要么非常高的聲學(xué)阻抗材料能夠被使用。對(duì)使用壓電陶瓷材料的實(shí)施例，較好的阻抗失配能夠用空氣支撐而不是硬支撐而獲得。這是因?yàn)閭鞲衅饔懈叩穆晫W(xué)阻抗。
[0096]本文描述的用于構(gòu)建傳感器陣列700的材料，是示例而不企圖限制本發(fā)明。其他材料能夠被使用，如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知的。
[0097]圖9示出傳感器陣列700如何能夠被連接到專用集成電路。如本文所描述，傳感器陣列700的個(gè)別壓電陶瓷元件(m，η)，能夠通過選擇(尋址)傳感器陣列700的上部的導(dǎo)體m和傳感器陣列700的下部導(dǎo)體η而被尋址。其他導(dǎo)體，特別是用于對(duì)已被選擇元件鄰域中的那些元件尋址的那些導(dǎo)體，要么接地要么斷開(高阻抗?fàn)顟B(tài))，為的是降低串?dāng)_。被選擇元件鄰域中的寄生電流，如上面對(duì)圖6和7Α所述，是在機(jī)械上通過間隙填充物602被最小化的。因?yàn)樵谝粋€(gè)實(shí)施例中，元件之間的間隔(間距)約為50微米，而標(biāo)準(zhǔn)的焊接技術(shù)要求約100微米的間距，在傳感器陣列700的“東”和“西”的交替行以及“北”和“南”邊的交替列，如圖9所示，把傳感器連接到“外部世界”。如圖9所示，這些導(dǎo)體能夠是包圍ASIC復(fù)用器902三個(gè)邊緣908的“凸塊”(“Bump”)技術(shù)的終端。在實(shí)施例中，ASIC復(fù)用器902的邊908是約3_。
[0098]在實(shí)施例中，ASIC復(fù)用器902被連接到高密度板材(high density flex)906。高密度板材906被連接到環(huán)氧樹脂基底904。導(dǎo)體能夠被形成或粘接于高板材以把陣列的導(dǎo)體耦聯(lián)到ASIC復(fù)用器902。例如，圖9所示高密度板材906上的導(dǎo)體把導(dǎo)體708耦聯(lián)到ASIC復(fù)用器902。導(dǎo)體借助凸點(diǎn)焊接(bump soldering)被親聯(lián)到ASIC復(fù)用器902。非均質(zhì)膠能夠用于把高密度板材906上的導(dǎo)體耦聯(lián)到傳感器陣列的導(dǎo)體708。用于把ASIC復(fù)用器902連接或電耦聯(lián)到傳感器陣列700的其他手段，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是周知的，且按照本發(fā)明這些手段也能夠被使用。
[0099]圖10按照本發(fā)明實(shí)施例，示出如何把傳感器陣列1002連接到四個(gè)ASIC復(fù)用器902。如本文所述，電極線或?qū)w能夠被氣相淀積在基底902 (圖10沒有畫出)兩側(cè)，然后蝕刻成需要的圖型。在列和行的圖型被蝕刻前，基底902應(yīng)當(dāng)按類似于醫(yī)療換能器方式被極化。
[0100]極化的基底被連接到插座或與可用印刷電路板技術(shù)兼容的多芯片模塊盒。壓電陶瓷矩陣或傳感器陣列1002能夠被空氣等效泡沫或氧化鋁支撐?；蛘咴撝伪辉O(shè)計(jì)成與合成物壓電材料在8Mrayl上失配，使任何能量耦合只在例如指紋被掃描的傳感器陣列1002的前表面發(fā)生。應(yīng)當(dāng)指出，圖10中在傳感器陣列1002的上部和下部的導(dǎo)體，按上述方式被交織，以利于要求約100微米間距的焊接技術(shù)。
[0101]圖11示出按照本發(fā)明實(shí)施例的一種識(shí)別裝置1100。在優(yōu)選實(shí)施例中，裝置1100有物理上較大的壓電陶瓷傳感器陣列1102，足以采集沒有精確地放置在傳感器陣列1102(如約25mm的正方形)上的任何指紋。傳感器陣列1102最好在分辨率上遵從CJIS ANSII NIST標(biāo)準(zhǔn)(500點(diǎn)每25.4mm)，且有足以提供256個(gè)不同灰度級(jí)的像素動(dòng)態(tài)范圍。
[0102]如圖11所示，在實(shí)施例中，基底1110被附接到印刷電路板1104。傳感器陣列1102的導(dǎo)體被耦聯(lián)到兩塊集成電路1106和兩塊集成電路1108，它們把傳感器陣列1102耦聯(lián)到本文另行描述的其他電路。集成電路1112是無線收發(fā)信機(jī)，它使本發(fā)明實(shí)施例作為個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的一部分能與其他裝置通信。這種連通性允許本發(fā)明實(shí)施例把例如標(biāo)準(zhǔn)安全識(shí)別和/或授權(quán)令牌，提供給需要它或要求它的任何過程或交易。圖11所示連接方案，是能夠用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的另一種連接方案。
[0103]上面?zhèn)鞲衅麝嚵械拿枋?，是解說性的，并不企圖限制本發(fā)明。例如，壓電層752能夠是呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的任何材料，包含但不限于:壓電聚合物。導(dǎo)體網(wǎng)格706、708、754和756能夠是任何導(dǎo)電材料，包含但不限于:金屬。同樣，其他類型的保護(hù)材料能夠被用作防護(hù)層702和758，這對(duì)已知本描述的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，是顯而易見的。其他類型的支承作用的材料能夠代替支承704或泡沫基底760使用。
[0104]D.識(shí)別裝置例子
[0105]圖12示出按照本發(fā)明實(shí)施例的識(shí)別裝置1200。裝置1200包括:輸入信號(hào)發(fā)生器1202、傳感器陣列1220、輸出信號(hào)處理器1240、存儲(chǔ)器控制器1260、以及存儲(chǔ)器1270。傳感器陣列1220分別經(jīng)過復(fù)用器1225A和1225B，被耦聯(lián)到輸入信號(hào)發(fā)生器1202和輸出信號(hào)處理器1240。控制器1230控制復(fù)用器1225A和1225B的操作。識(shí)別裝置1200的操作在下面進(jìn)一步描述。
[0106]在實(shí)施例中，輸入信號(hào)發(fā)生器1202包括:輸入信號(hào)發(fā)生器或振蕩器1204、可變放大器1206、和開關(guān)1208。在一個(gè)實(shí)施例中，振蕩器1204產(chǎn)生20MHz信號(hào)，該信號(hào)被可變放大器1206放大到低的或高的電壓(如，約4伏或8伏)，要看裝置1200正在操作的模式。開關(guān)1208用于提供或者是沒有輸入信號(hào)、脈沖的輸入信號(hào)，或者是連續(xù)波輸入信號(hào)。開關(guān)1208按相關(guān)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的方式被控制，以產(chǎn)生本文描述的各種類型的輸入信號(hào)。如圖12所示，輸入信號(hào)發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號(hào)，通過復(fù)用器1225A被提供給傳感器陣列1220，并被提供給控制器1230和輸出信號(hào)處理器1240。
[0107]傳感器陣列1220的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)在上面已經(jīng)解釋。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器陣列1220是被設(shè)計(jì)成以20MHz輸入信號(hào)操作的矩形元件的壓電陶瓷合成物。
[0108]E.復(fù)用器例子
[0109]圖13A和13B按照本發(fā)明實(shí)施例，示出如何把輸入信號(hào)發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號(hào)施加到傳感器陣列1220，以及如何從傳感器陣列1220接收輸出信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器陣列1220包括200，000個(gè)元件200，被安排成兩維陣列(即，500乘400元件陣列)。連接到例如陣列1220下部上的元件行的陣列1220的500個(gè)導(dǎo)體，或者一次一個(gè)或者按各種分組，必須被連接到輸入信號(hào)發(fā)生器1202，而連接到陣列1220上部上的列的400條線，或者一次一條或者按各種組，必須被連接到例如阻抗計(jì)或多普勒電路。該任務(wù)是由復(fù)用器1225完成的。
[0110]在實(shí)施例中，復(fù)用器1225被合并成四個(gè)相同ASIC(見圖10)。這四個(gè)ASIC包括模擬復(fù)用器、放大器、檢測電路、和邏輯。在優(yōu)選實(shí)施例中，送至傳感器陣列1220的輸入信號(hào)電壓，被限制為小于8伏，這樣允許ASIC用3微米的幾何尺寸構(gòu)造，并獲得小于5歐姆的開關(guān)阻抗。這些ASIC每一個(gè)的四個(gè)基本部分是:(I)如本文所述的復(fù)用器；(2)放大器/自動(dòng)增益控制器；(3)多普勒檢測器；和(4)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)接口。(2)到(4)項(xiàng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)施，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是周知的。
[0111]在實(shí)施例中，復(fù)用器1225包括十七個(gè)16:1復(fù)用器，由此按選定給出一個(gè)輸出或16個(gè)輸出。復(fù)用器中每一開關(guān)的功能由移位寄存器1302確定，該移位寄存器有272比特長和2比特寬(見圖13B)。移位寄存器1302的裝入和時(shí)鐘由控制器1230實(shí)施，控制器1230包括計(jì)數(shù)器和邏輯，這是相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的。如圖13A所示，傳感器陣列1220的導(dǎo)體能夠或者被連接到地、信號(hào)輸入發(fā)生器1202，或者它們不被連接(高阻抗)。復(fù)用器1225A是為最低的“接通”電阻設(shè)計(jì)的。復(fù)用器1225B把傳感器陣列1220 —側(cè)的所有(256個(gè))導(dǎo)體，連接到一個(gè)或十六個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)復(fù)用器1225A和1225B都被連接到相同的功能邏輯(即控制器1230)，以便適當(dāng)傳感器元件被選擇和用于，例如電壓傳感。在被選定用于傳感的一個(gè)