CN101467240B - 半导体装置以及触摸感测器装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体装置及触摸感测器装置。半导体装置包括：晶粒，包括感测信号产生器，感测触摸信号以产生感测信号；导电式晶粒粘合垫，粘在晶粒上产生触摸信号；及封装，封装晶粒与晶粒粘合垫，晶粒粘合垫根据触摸物体是否接触封装产生触摸信号。触摸感测器装置包括多个以菊链通信模式连接的半导体装置，每个半导体装置包括：晶粒，包括感测信号产生器，感测触摸信号以产生感测信号；导电式晶粒粘合垫，粘在晶粒上产生触摸信号；及封装，封装晶粒与晶粒粘合垫，晶粒粘合垫根据触摸物体是否接触封装产生触摸信号。半导体装置触摸垫的尺寸与位置能在晶粒制程中预知，简化灵敏度调节制程。且，因触摸垫包括在触摸感测器中，所以系统可以低成本简单配置。

Description

半导体装置以及触摸感测器装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置，以及特别是涉及一种用于单频道触摸感测器系统的半导体装置，此单频道触摸感测器系统包括一具有触摸垫(touch pad)的半导体封装，以及涉及一种以菊链(daisy-chain)通信模式进行操作且持续传送每个半导体装置的触摸信息的触摸感测器装置。
背景技术
触摸垫是一种代替鼠标(mouse)而广泛使用的数据输入装置。此触摸垫包括按矩阵方式排列在一平面上的触点，以侦测用户触摸的地方与点接触的移动方向。现有习知地，目前已使用的有多种触摸垫。例如，触摸垫可包括排列在平面上的电开关、电容器式感测器、电阻器式或晶体管式感测器。
在现有习知触摸垫中，使用电容器式感测器的触摸垫通常用来控制笔记型电脑中指标(cursor)的移动。使用电容器式感测器的触摸垫的表面用一绝缘层覆盖，水平线与垂直线以规则间距排列在绝缘层下面。电容器作为等效电路配置在这些水平线与垂直线之间。水平线构成第一电极，而垂直线构成第二电极。
当作为导体的手指接触触摸垫表面时，对应于接触点的水平线与垂直线之间的电容不同于其他线之间的电容，这样一来就可以施加电压信号给水平线，且读取偏离垂直线的电容变化，藉此来侦测接触点。
图1是一种现有习知电触摸感测器系统的电路图。请参阅图1所示，现有习知电触摸感测器系统包括多个触摸垫10-1到10-N、一半导体装置20以及一主机(host computer)30。半导体装置20包括多个输入/输出端与多个感测信号产生器20-1到20-N。半导体装置20的输入/输出端分别向外连接到电源电压、接地电压以及接触垫10-1到10-N。而且，半导体装置20的感测信号产生器20-1到20-N内部具有：输入端，经由半导体装置20的输入/输出端分别连接到触摸垫10-1到10-N；以及输出端，经由半导体装置20的输入/输出端而连接到主机30。
当例如手指之类的触摸物体接触触摸垫10-1到10-N时，触摸垫10-1到10-N产生表示电性状态变化的触摸信号，其中触摸物体可视为具有一定导电程度的电阻性装置。
半导体装置20的输入/输出端分别连接到电源电压、接地电压以及触摸垫10-1到10-N以形成多个频道，使得半导体装置20能够适当控制触摸垫10-1到10-N所产生的触摸信号以及需要此触摸信号的系统。
在此情形下，多个相邻频道中难免会产生寄生电容(parasiticcapacitance)。这样一来，相邻频道之间就会产生干扰信号，且频道之间会产生触摸灵敏度差异。因此，触摸感测器系统各自具有不同尺寸的触摸垫和半导体装置以及不同的电特性。所以，现有习知的每个触摸感测器系统的结构都涉及额外的调谐制程，以调节各别频道的灵敏度，使这些频道的特性相同。
图2是图1所示的电触摸感测器系统中的触摸垫与电触摸感测控制器的方框图。请参阅图2所示，电触摸感测控制器包括一参考信号产生单元21、一第一信号产生单元23、一第二信号产生单元22以及一感测信号产生单元24。
下面将分别描述各方框的作用。
参考信号产生单元21产生时脉信号(clock signal)作为参考信号ref_sig，且将此时脉信号施加于第一信号产生单元23与第二信号产生单元22。
不管触摸物体是否接触电触摸感测器系统，第一信号产生单元23都将参考信号ref_sig延迟第一时间，并且产生第一信号sig1。
第二信号产生单元22包括触摸垫10-N，接触物体与此触摸垫10-N接触。这样一来，当接触物体没有接触触摸垫10-N时，第二信号产生单元22将参考信号ref_sig延迟比第一时间短的时间，当接触物体接触触摸垫10-N时，第二信号产生单元22将参考信号ref_sig延迟比第一时间长的时间，并且产生第二信号sig2。
换言之，当触摸物体没有接触触摸垫10-N时，第二信号产生单元22产生的第二信号sig2具有超前(lead)于第一信号sig1的相位，而当触摸物体接触触摸垫10-N时，第二信号产生单元22产生的第二信号sig2具有滞后(lag)于第一信号sig1的相位。
在此情形下，触摸物体可以是具有预定电容的任意物体，例如可积聚大量电荷的人体。
感测信号产生单元30与第一信号sig1同步，取样并闩锁(latch)第二信号sig2，以及产生感测信号con_sig。
在此情形下，如果触摸感测器系统与多个触摸垫10-1到10-N之间有一段距离，且触摸感测器系统与触摸垫10-1到10-N之间形成多个频道，那么要使各频道的灵敏度相同就会非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于单频道触摸感测器系统的半导体装置，其包括一具有触摸垫的半导体封装(semiconductor package)，使得在多频道触摸感测器系统的制程中调节各频道的触摸灵敏度的制程可以简化。
此外，本发明的目的是提供一种适用于多频道触摸感测器系统的触摸感测器装置，其以菊链通信模式进行操作，且不断地传送每个半导体装置的触摸信息。
根据本发明的一观点，一种半导体装置包括：一晶粒(die)，其包括一感测信号产生器，用来感测触摸信号以产生感测信号；一导电式晶粒粘合垫(die-attach pad)，粘在晶粒上以产生触摸信号；以及一封装，用来封装晶粒与晶粒粘合垫，其中晶粒粘合垫是根据触摸物体是否接触封装来产生触摸信号。
根据本发明的另一观点，一种半导体装置包括：一晶粒，其包括一最高金属层与一感测信号产生器，用来感测触摸信号以产生感测信号；一晶粒粘合垫，粘在晶粒上以固定此晶粒；以及一封装，封装此晶粒与晶粒粘合垫，其中最高金属层是根据触摸物体是否接触封装来产生触摸信号。
根据本发明的又一观点，一种半导体装置包括：一晶粒，其包括一第一金属层与一第二金属层，此第一与第二金属层配置在晶粒的上表面上的不同高度，一绝缘层介于第一与第二金属层之间，以及一感测信号产生器用来感测触摸信号以产生感测信号；一晶粒粘合垫，粘在晶粒上以固定此晶粒；以及一封装，封装此晶粒与晶粒粘合垫，其中第一金属层是根据触摸物体是否接触封装来产生触摸信号。
根据本发明的再一观点，一种触摸感测器装置包括多个以串行通信模式相互连接的半导体装置，其中每个半导体装置包括：一晶粒，其包括一感测信号产生器，用来感测触摸信号以产生感测信号；一导电式晶粒粘合垫，粘在晶粒上以产生触摸信号；以及一封装，封装此晶粒与晶粒粘合垫，其中晶粒粘合垫是根据触摸物体是否接触封装来产生触摸信号。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1是一种现有习知电触摸感测器系统的电路图。
图2是图1所示的电触摸感测器系统中的触摸垫与电触摸感测控制器的方框图。
图3是本发明的一实施例所提出的半导体装置的横截面图。
图4是图3所示的半导体装置的触摸感测器的结构图。
图5是图4的触摸感测器接触触摸物体的情形的信号波形图。
图6是图4的触摸感测器接触触摸物体的情形的电路图。
图7是本发明的另一实施例所提出的半导体装置的横截面图。
图8是图7所示的半导体装置的晶粒的结构图。
图9是本发明的又一实施例所提出的半导体装置的横截面图。
图10是图9所示的半导体装置的触摸感测器的结构图。
图11是连接多个包括触摸垫的半导体装置的通信模式的方框图。
图12是图11所示的每个半导体装置的内部配置方框图。
1-1到N-1：  接脚               1-2到N-2：  接脚
1-3到N-3：  接脚               1-4到N-4：  接脚
10-1到10-N：接触垫             20：        半导体装置
700-1到700-N：半导体装置       20-1到20-N：感测信号产生器
140、540：  感测信号产生器     640、710：  感测信号产生器
21、111：   参考信号产生单元   511、611：  参考信号产生单元
22、23：    信号产生单元       112、113：  信号产生单元
512、513：  信号产生单元       612、613：  信号产生单元
24、114：   感测信号产生单元   514、614：  感测信号产生单元
25-N：      电触摸感测控制器   30、800：   主机
100：       触摸感测器         110、500、600：晶粒
120：       环氧树脂           130：       晶粒粘合垫
150、550：  仲裁器             650、720：  仲裁器
220、750：  连接线             310、320：  引线框
400：       半导体封装         510、610：  电触摸感测器
520、620：  最高金属层         625：       绝缘层
630：       次高金属层         721：       输入端暂存器
722：       输出端暂存器       723：       控制器
724：       菊链暂存器         VDD：       电源电压
VSS：       接地电压           ref_sig：   参考信号
sig1、sig2、sig3：信号         con_sig：   感测信号
R11、R12：  电阻器             CAP1、CAP2：电容器
t1、t2：    延迟时间
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例所提出的半导体装置以及菊链通信模式触摸感测器装置。但是，本发明并不局限于以下所揭露的实施例，而是可以各种形式来实施。提供以下实施例是为了所揭露的内容使熟悉此技艺者能够制造本发明，并将其用于实践。
图3是本发明的一实施例所提出的半导体装置的横截面图。请参阅图3所示，此半导体装置包括一触摸感测器(touch sensor)100、第一与第二引线框(lead frame)310与320、一连接线(bonding wire)220以及一半导体封装400。触摸感测器100包括一晶粒粘合垫130作为触摸垫、一环氧树脂(epoxy)120以及一晶粒110。在这里，应注意的是，晶粒粘合垫130可连接到第一引线框310或第二引线框320，且更可连接到一外部触摸垫。
在本发明的当前实施例中，与触摸垫配置在半导体装置之外的现有习知电触摸感测器系统不同的是，现有习知地用来固定晶粒110的晶粒粘合垫130被用作触摸垫，且用环氧树脂120粘在半导体装置内部晶粒110上方。
下面将参阅图3来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置的各元件的作用。
晶粒粘合垫130固定晶粒110，以及散发晶粒110产生的热。而且，当触摸物体接触晶粒粘合垫130时，晶粒粘合垫130感测与触摸物体的接触状态，并产生表示电性状态变化的触摸信号。
晶粒110从晶粒粘合垫130接收触摸信息，并且使用感测信号产生器的操作来适当控制需要此触摸信息的系统。
环氧树脂120是一种绝缘树脂，用来将晶粒110粘在晶粒粘合垫130上，并且固定晶粒110。
连接线220电性连接晶粒110中包括的感测信号产生器的输入/输出端与连接到外部系统的引线框310、320。这样一来，连接线220就能够将晶粒粘合垫130中发生的电性状态变化传送到晶粒110。
半导体封装400是由例如陶瓷之类的绝缘材料形成，用来封装晶粒粘合垫130、晶粒110、环氧树脂120、第一与第二引线框310与320以及连接线220，以保护它们不受外界干扰，使晶粒110能够有效操作。当然，外部电极可代替晶粒粘合垫130或添加到晶粒粘合垫130上，以最小化与人类手指之类的触摸装置之间的距离。以板上晶粒(chip-on-board，COB)封装(例如球栅阵列(ball grid array，BGA)封装)为例，环氧树脂120的作用是将晶粒110粘在板上，且晶粒粘合垫130是由此板的电极制成。
在这里，要想最小化与人类手指之类的触摸装置之间的距离，可用外部电极代替晶粒粘合垫130或者可将外部电极添加到晶粒粘合垫130上。以球栅阵列(BGA)封装或板上晶粒(COB)封装为例，环氧树脂120的作用是将晶粒110粘在印刷电路板(printed circuit board，PCB)上，且晶粒粘合垫130是由印刷电路板的电极形成。
图4是图3所示的半导体装置的触摸感测器100的结构图。请参阅图4所示，触摸感测器100包括晶粒粘合垫130、一感测信号产生器140以及一仲裁器(arbiter)150。而且感测信号产生器140包括一参考信号产生单元111、一第一信号产生单元113、一第二信号产生单元112以及一感测信号产生单元114。
晶粒粘合垫130在感测信号产生器140上方，连接到此感测信号产生器140，且传送感测信号。第一信号产生单元113包括：一第一电阻器R11，介于参考信号产生单元111与感测信号产生单元114之间；及一电容器CAP1，介于第一电阻器R11与感测信号产生单元114之间，连接到接地电压VSS。第二信号产生单元112包括：一第二电阻器R12，介于参考信号产生单元111与感测信号产生单元114之间；以及晶粒粘合垫130，介于第二电阻器R12与感测信号产生单元114之间，且配置在晶粒110上方以使具有电容的触摸物体能够接触晶粒粘合垫130。
在这种情形下，第一与第二电阻器R11与R12使参考信号产生单元111与电容器CAP1之间的延迟元件可以等于参考信号产生单元111与晶粒粘合垫130之间的延迟元件。这样一来，当触摸物体没有接触晶粒粘合垫130时，第一与第二电阻器R11与R12使第一信号产生单元113与第二信号产生单元112之间的延迟元件的差异最小化。而且，当第一与第二电阻器R11与R12具有相似的值时，电容器CAP1的电容小于触摸物体。也就是说，电容器CAP1的电容小于人体的平均电容CAP2。
同时，感测信号产生单元114可以是D型正反器(D-flip-flop)、JK型正反器、闩锁电路以及组合逻辑中的任意一个，与第一信号sig1同步，接收并闩锁触摸信号。下面为了简便起见，假设感测信号产生单元114是D型正反器，其同步于第一信号sig1的下降边缘而操作。
感测信号产生单元114可具有额外功能，包括信号调节与以数字方式对感测信号con_sig进行额外的延迟控制，而不是调节第一电阻器R11、第二电阻器R12与电容器CAP1。
仲裁器150经由输入端接收先前半导体装置中产生的触摸信息，并且暂时储存此触摸信息。这样一来，于当前半导体装置的感测信号产生器140产生高位准(high-level)感测信号时，仲裁器150将先前半导体装置的触摸信息连同当前半导体装置的触摸信息一起经由输出端输出。
下面将参阅图3与4来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置的操作。
晶粒110的参考信号产生单元111产生时脉信号作为参考信号ref_sig。第一信号产生单元113接收此参考信号ref_sig，且不管触摸物体是否接触晶粒粘合垫130都将参考信号ref_sig延迟第一时间，且产生第一信号sig1。第二信号产生单元112包括晶粒粘合垫130以感测触摸物体的接触状态。这样一来，第二信号产生单元112接收参考信号ref_sig，且当晶粒粘合垫130没有感测到触摸物体的接触状态时将此参考信号ref_sig延迟比第一时间短的时间，当晶粒粘合垫130感测到触摸物体的接触状态时将此参考信号ref_sig延迟比第一时间长的时间，并且产生第二信号sig2。
感测信号产生单元114与第一信号sig1同步，且取样并闩锁第二信号sig2，产生感测信号con_sig，并且输出此感测信号con_sig到该仲裁器150。仲裁器150经由输入端接收先前半导体装置中产生的触摸信息，并且暂时储存此触摸信息。这样一来，根据内部演算法则，当感测信号con_sig为低位准时，仲裁器150仅传送先前半导体装置中产生的触摸信息，而当感测信号con_sig为高位准时，则产生当前半导体装置的触摸信息，并且将当前半导体装置的触摸信息连同先前半导体装置中产生的触摸信息一起经由输出端输出。
图5是图4的触摸感测器100接触触摸物体的情形的信号波形图。图6是图4的触摸感测器100接触触摸物体的情形的电路图。
请参阅图4到6所示，当触摸物体没有接触触摸感测器100时，第一信号产生单元113的延迟元件对应于第一电阻器R11与第一电容器CAP1，且第二信号产生单元112的延迟元件对应于第二电阻器R12。
这样一来，第一信号产生单元113根据第一电阻器R11与第一电容器CAP1的电阻-电容(RC)值将参考信号ref_sig延迟第一时间t1，并且输出第一信号sig1。当触摸物体没有接触触摸感测器100时，第二信号产生单元112输出相位略微超前于参考信号ref_sig的信号，如图4所示。当触摸物体接触触摸感测器100时，由于延迟元件更包括触摸物体的电容CAP2，所以第二信号产生单元112将参考信号ref_sig延迟比第一时间t1长的第二时间t2，并且输出第二信号sig2，如图6所示。
因此，感测信号产生单元114(是D型正反器)与第一信号sig1的下降边缘同步，且接收高位准的第二信号sig2。然后，感测信号产生单元114输出一高位准感测信号con_sig，并且通知仲裁器150触摸物体的定常态。仲裁器150储存先前半导体装置的触摸信息，产生当前半导体装置的触摸信息，并且输出先前半导体装置的触摸信息与当前半导体装置的触摸信息之和，以将累积的触摸信息传送给下一半导体装置。
图7是本发明的另一实施例所提出的半导体装置的横截面图。请参阅图7所示，此半导体装置包括一晶粒500、一环氧树脂120、一晶粒粘合垫130、第一与第二引线框310与320、一连接线220以及一半导体封装400。此外，晶粒500包括一最高金属层520与一电触摸感测器510。
在先前实施例中，晶粒粘合垫130是用环氧树脂120粘在半导体装置内部晶粒110上方，本发明的当前实施例不同于先前实施例的是，在半导体装置的晶粒500的制程中晶粒500中用作触摸垫的是最高金属层520。
下面将参阅图7来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置的各元件的作用。
因为晶粒500、环氧树脂120、第一与第二引线框310与320以及半导体封装400与先前实施例中参阅图3所述相同，所以在这里不再赘述。虽然最高金属层520通常是用来电性连接半导体装置，但在本发明的当前实施例中最高金属层520是用作触摸垫。具体地说，最高金属层520的作用是当触摸物体接触最高金属层520时，产生表示电性状态变化的触摸信号。此外，在本实施例中，晶粒粘合垫130的作用只是固定晶粒500以及散发晶粒500产生的热，而不是感测与触摸物体的接触状态与产生表示电性状态变化的触摸信号。
连接线220可电性连接最高金属层520与连接至外部系统的引线框310和320，其中最高金属层520连接晶粒500的输入/输出端。但是，连接线220不电性连接最高金属层520与晶粒粘合垫130。
在这里，为了缩小最高金属层520与例如人类手指之类的触摸装置之间的距离，可添加外部电极到最高金属层520上。
图8是图7所示的半导体装置的晶粒500的结构图。
请参阅图8所示，晶粒500，包括最高金属层520与电触摸感测器510。电触摸感测器510包括一感测信号产生器540与一仲裁器550，且感测信号产生器540包括一参考信号产生单元511、第一与第二信号产生单元513与512以及一感测信号产生单元514。
因为第一信号产生单元513、感测信号产生单元514以及仲裁器550这些元件的结构及连接与触摸感测器100中参阅图4所述的几乎相同，所以在这里不再详细解释。虽然第二信号产生单元512包括一第二电阻器R12，其介于参考信号产生单元511与感测信号产生单元514之间，这与先前实施例相同，但是最高金属层520连接到第二电阻器R12与感测信号产生单元514之间的接触点，被用作晶粒500中的触摸垫的是最高金属层520，而不是配置在晶粒500之外的晶粒粘合垫。
下面将参阅图7与8来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置的操作。参考信号产生单元511与感测信号产生单元514的操作与参阅图3与4所述的操作几乎相同。但是，当前实施例所述的半导体装置的操作与先前实施例所述的半导体装置的不同之处在于，在晶粒500中第二信号产生单元512包括最高金属层520，与触摸物体相接触的就是此最高金属层520，当触摸物体没有接触最高金属层520时，参考信号ref_sig被延迟比第一信号产生单元513中的第一电阻器R11与第一电容器CAP1导致的第一时间短的时间，而当触摸物体接触最高金属层520时，参考信号ref_sig被延迟比产生第一信号sig1的第一时间长的第二时间。因此，与先前实施例相同的是，感测信号产生单元514与第一信号sig1同步，取样并闩锁第二信号sig2，产生感测信号con_sig，并且输出感测信号con_sig至仲裁器550。仲裁器550储存先前半导体装置的触摸信息，产生当前半导体装置的触摸信息，并且输出先前半导体装置的触摸信息与当前半导体装置的触摸信息之和，以将累积的触摸信息传送给下一半导体装置。
图9是本发明的又一实施例所提出的半导体装置的横截面图。请参阅图9所示，此半导体装置包括一晶粒600、一环氧树脂120、一晶粒粘合垫130、第一与第二引线框310与320、一连接线220以及一半导体封装400。晶粒600包括一最高金属层620、一绝缘层625、一次高(seconduppermost)金属层630以及一电触摸感测器610。
图9的半导体装置与图7的半导体装置的不同之处在于，用作触摸垫的最高金属层620与电触摸感测器610之间增加了绝缘层625与用作电容式反射体(capaciflector)的次高金属层630。
下面将参阅图9来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置中的元件的作用。
因为最高金属层620、环氧树脂120、第一与第二引线框310与320、半导体封装400以及连接线220与先前实施例中参阅图7所述的相同，所以在这里不再赘述。但是，起电容式反射体作用的次高金属层630被施加与最高金属层620的电位相同的信号，以减小最高金属层620与绝缘层625之间的寄生电容，以致于当触摸物体接触最高金属层620时产生更大的电容变化，从而增大触摸灵敏度。
在这里，电容式反射体是一种感测器，其包括一反射板(reflectorplate)，介于感测板与接地板这两电极之间，以遮罩杂散电场(strayelectric field)。当一物体靠近时，电容式反射体可利用与典型电容器相同的原理来感测到此物体已靠近，具体地说，就是当具有不同介电常数的物体插入电场时，电容发生变化。
在此情形下，感测板与接地板之间难免产生寄生电容，使得感测板的灵敏度降低。这样一来，使用与感测板的电位和相位相同的反射板，可减小寄生电容，且提高感测板的灵敏度。
图10是图9所示的半导体装置的触摸感测器600的结构图。请参阅图10所示，触摸感测器600包括最高金属层620、次高金属层630以及电触摸感测器610。电触摸感测器610包括一感测信号产生器640与一仲裁器650，且感测信号产生器640包括一参考信号产生单元611、第一与第二信号产生单元613与612以及一感测信号产生单元614。
因为第一信号产生单元613和感测信号产生单元614的组件建构和连结几乎与图8描述的晶粒500一样，所以在此省略它们的描述。虽然，第二信号产生单元612包括第二电阻器R12(介于参考信号产生单元611和感测信号产生单元614之间)，如同前一实施例一样，次高金属层630(功用就像是电容式反射体(capaciflector))，还连接于最高金属层620(功用就像是接触垫)及接触点(介于第二电阻器R12和感测信号产生单元614)。
虽然图10中为方便起见绘示为最高金属层620与次高金属层630相互连接，但它们之间实际上是短路，且作为电容式反射体的电路操作已知，所以将省略其描述。
下面将参阅图9与10来描述本发明的当前实施例所提出的半导体装置的操作。参考信号产生单元611与感测信号产生单元614的操作与参阅图7、8所述的几乎相同。但是，当前实施例所述的半导体装置的操作与参阅图7、8所述的半导体装置的操作的不同之处，在于第二信号产生单元612包括接触触摸物体的最高金属层620与次高金属层630，两者相互粘合。此外，与先前实施例中参阅图7、8所述不同的是，当触摸物体没有接触最高金属层620时，参考信号ref_sig不被延迟，而当触摸物体接触最高金属层620时，参考信号ref_sig被延迟远远长于图5所示的第二时间t2的第三时间，并且产生第二信号sig3。
用作电容式反射体的次高金属层630上，被施加与最高金属层620的电位相同的信号，以致于当触摸物体接触最高金属层620时，寄生电容减小。结果，可产生更大的电容变化以进一步增大第二信号sig3的延迟时间。
此外，与先前实施例中参阅图7、8所述相同的是，不管触摸物体是否接触最高金属层620，第一信号产生单元613都将参考信号ref_sig延迟第一时间，并且产生第一信号sig1。因此，当感测信号产生单元614与第一信号sig1同步且对第二信号sig3进行取样时，感测信号产生单元614可使用更稳定的时间裕度(margin)来闩锁数据，并最终产生精确的感测信号con_sig。结果，感测信号con_sig可藉由第二引线框320而被输出到需要外部触摸信息的系统，从而增大半导体装置的灵敏度。
因此，在本发明所提出的使用触摸垫的触摸感测器系统中，触摸垫的尺寸及位置可在制造晶粒时预先得知。这样一来，此触摸感测器系统可简单构成以便于灵敏度调节。此外，由于晶粒包括触摸垫，所以不必制造额外的触摸垫，从而可降低触摸感测器系统的制造成本。
图11是连接多个包括触摸垫的半导体装置的通信模式的方框图。请参阅图11所示，此通信模式包括：多个半导体装置700-1到700-N，其包括多个接脚；一主机800；以及一条电线750，以菊链通信模式连接半导体装置700-1到700-N与主机800。因为每个半导体装置700-1到700-N都对应于根据本发明的实施例参阅图3到9所述的半导体装置之一，所以每个半导体装置700-1到700-N包括一感测信号产生器与一仲裁器，其配置在晶粒中。因此，在这里将不再解释包括在晶粒中的感测信号产生器与仲裁器这些元件的作用。
半导体装置700-1到700-N是利用电线750串联连接，并包括第一接脚1-1至N-1，它们中的每一个都连接到电源电压VDD，且第二接脚1-2至N-2，它们中的每一个都连接到接地电压VSS。半导体装置的第三接脚也分别连接到相邻的半导体装置的第四接脚。也就是说半导体装置700-1的第三接脚1-3连接到相邻的半导体装置700-2的第四接脚2-4，半导体装置700-2的第三接脚2-3连接到相邻的半导体装置700-3的第四接脚3-4，以此类推。
如前所述，半导体装置700-1至700-N是以菊链(daisy-chain)通信模式的方式连接，以致于最后的半导体装置700-N的第三接脚N-3是连接到主机800。接地电压被施于第一半导体装置700-1的第四接脚1-4，以传送信息(information)。
用以解释连接(具有接触垫的)半导体装置的通信模式的各组件的功能，将如图11所述。
当接触物体接触到含于各半导体装置700-1至700-N的接触垫时，各半导体装置700-1至700-N产生一接触信号(指出电状态的改变)。
主机800藉由最后一个半导体装置的仲裁器来接收多个以菊链通信模式连接的相邻半导体装置的内在识别码，并且储存此内在识别码。然后，当有些半导体装置感测到触摸物体时，主机800以累积方式接收接触触摸物体的半导体装置的内在识别码，识别触摸物体的接触状态，且适当控制需要触摸信息的系统。
电线750以串联方式连接半导体装置700-1到700-N，分别连接电源电压VDD与半导体装置700-1到700-N的各第一接脚1-1到N-1，分别连接接地电压VSS与半导体装置700-1到700-N的各第二接脚1-2到N-2，以及分别连接相邻半导体装置700-2到700-N的第四接脚2-4到N-4与相邻半导体装置700-1到700-(N-1)的第三接脚1-3到(N-1)-3，使得最后一个半导体装置700-N的第三接脚N-3可连接至主机800。
图12是图11所示的每个半导体装置700-1到700-N的内部配置方框图。请参阅图12所示，每个半导体装置700-1到700-N包括一感测信号产生器710、一仲裁器720以及多个接脚N-1到N-4，且仲裁器720包括一输入端暂存器721、一输出端暂存器722、一控制器723以及一菊链暂存器724。
因为感测信号产生器710的元件结构及连接与图4、6、8、10中所示的电触摸感测器100、510、610的感测信号产生器140、540、640相同，所以在这里将省略其描述。
输入端暂存器721接收接触触摸物体的先前半导体装置的内在码，暂时储存接收到的内在码，以及必要时在控制器723的控制下输出所储存的数据。
输出端暂存器722从当前半导体装置的感测信号产生器710中接收感测信号，暂时储存此感测信号，以及必要时在控制器723的控制下将此感测信号连同当前半导体装置的内在码一起输出。
控制器723感测当前半导体装置的感测信号产生单元114而产生感测信号，根据内部演算法则输出当前半导体装置的内在码，将当前半导体装置的内在码储存于输出端暂存器722中，控制输入端暂存器721与输出端暂存器722，以及输出所储存的数据。
菊链暂存器724在控制器723的控制下从输入端暂存器721中接收接触触摸物体的相邻半导体装置的内在码，从输出端暂存器722中接收当前半导体装置的内在码，计算接收到的内在码的和，以及将计算结果由当前半导体装置输出。
下面将参阅图11与12来描述上述通信模块的操作。
菊链通信模式通常是指输入/输出装置串联至中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)的通信模式。在本发明中，相邻半导体装置700-1到700-N的接脚藉由电线750相互连接，最终连接到主机800。因此，即使有些半导体装置700-1到700-N感测到触摸物体，触摸信息也是累加起来传送到主机800以使主机800能够知道触摸物体的接触状态。
举例来说，当用户的手指没有接触第一半导体装置700-1，而是接触第二、第三半导体装置700-2与700-3时，半导体装置700-1到700-N内部执行以下操作。
首先，因为第一半导体装置700-1没有接触手指，所以第二半导体装置700-2的输入端暂存器721与菊链暂存器724中不会储存信息。
第二半导体装置700-2的感测信号产生器710输出一高位准感测信号，仲裁器720的控制器723接收此高位准感测信号，且根据内部演算法则产生第二半导体装置700-2的内在识别码。第二半导体装置700-2的输出端暂存器722接收此识别码，并且在控制器723的控制下将此识别码适时输出到第二半导体装置700-2的菊链暂存器724上要求的点。
因为第二半导体装置700-2的菊链暂存器724没有储存第二半导体装置700-2之前的第一半导体装置700-1传送的触摸信息，所以第二半导体装置700-2的菊链暂存器724仅藉由第三接脚2-3输出第二半导体装置700-2的第一触摸信息，即，第二半导体装置700-2的内在识别码。
第三半导体装置700-3藉由第四接脚3-4而从第二半导体装置700-2中接收第一触摸信息，将此第一触摸信息储存在第三半导体装置700-3的输入端暂存器721中，在控制器723的控制下将此第一触摸信息输出至菊链暂存器724，以及将此第一触摸信息暂时储存在菊链暂存器724中。
如同第二半导体装置700-2，第三半导体装置700-3感测到触摸物体，产生第二触摸信息(即，第三半导体装置700-3的内在识别码)，以及在控制器723的控制下将第二触摸信息输出至菊链暂存器724。在此情形下，第三半导体装置700-3的菊链暂存器724以累积方式储存第一与第二触摸信息，并且藉由第三半导体装置700-3的第三接脚3-3来输出第一与第二触摸信息。
同时，假设第四半导体装置700-4不直接感测用户的手指，那么根据菊链通信模式，第四半导体装置700-4藉由第四接脚4-4而从第三半导体装置700-3中接收第一与第二触摸信息，并且将第一与第二触摸信息储存在仲裁器720的菊链暂存器724中。这样一来，当第四半导体装置700-4的感测信号产生器710产生低位准感测信号时，第四半导体装置700-4的控制器判定第四半导体装置700-4没有接触手指，仅藉由第三接脚4-3来传送第二、第三半导体装置700-2与700-3中产生的第一与第二触摸信息至第五半导体装置700-5。
在此过程中，第一与第二触摸信息经由最后一个(第N个)半导体装置700-N而被传送至主机800。因此，主机800得知用户手指接触第二与第三半导体装置700-2与700-3，并且可适当地控制需要触摸信息的系统。
在这里，半导体装置700-1到700-N的内在识别码可以各种方式形成。举一简单例子，当首次供应电源时，主机800可分配识别码给半导体装置700-1到700-N。在另一例中，因为最后一个半导体装置不能从其他半导体装置中接收信号，所以被识别，且号码从最后一个半导体装置开始按次序提供给以通信模式连接的半导体装置。
当各触摸垫之间有一定间距，且触摸感测器系统仅包括一个多频道半导体装置时，需要进行复杂的调谐来使各别频道的灵敏度相同。而根据本发明，使用包括触摸垫与菊链通信模式的半导体装置，就能够仅连接少量电信号而无需额外的灵敏度调节制程即可低成本配置多个触摸感测器系统。
半导体装置可包括一个以上的触摸垫，以使得多个半导体之间的连接与触摸垫的不同数量有利于成本与性能的最优化。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。
本发明所提出的半导体装置使得触摸垫的尺寸与位置可在晶粒制程中预先得知，以简化灵敏度调节制程。而且，因为触摸垫包括在触摸感测器中，所以系统可以低成本来简单配置。
此外，本发明所提出的触摸感测器装置不需要额外的灵敏度调节制程，使得多个触摸感测器系统能够仅连接少量电信号而以低成本构成。

Claims (19)

1.一种半导体装置，其特征在于其包括：
晶粒，包括感测信号产生器，感测触摸信号以产生感测信号；
导电式晶粒粘合垫，粘在所述晶粒上以产生所述触摸信号；以及
封装，封装所述晶粒与所述晶粒粘合垫，
其中所述晶粒粘合垫是根据触摸物体是否接触所述封装来产生所述触摸信号。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于更包括：
多个接脚，连接所述晶粒的多个输入/输出端至外部系统，以及向外界传送所述感测信号；以及
多条连接线，传送所述晶粒粘合垫所产生的所述触摸信号至所述晶粒，以及电性连接所述晶粒的所述输入/输出端与所述接脚。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述的感测信号产生器包括：
参考信号产生单元，产生时脉信号作为参考信号；
第一信号产生单元，接收所述参考信号，且不管所述触摸物体是否接触所述封装，都将所述参考信号延迟第一时间以产生第一信号；
第二信号产生单元，接收所述参考信号，当所述晶粒粘合垫没有感测到所述触摸物体时不延迟所述参考信号，当所述晶粒粘合垫感测到所述触摸物体时将所述参考信号延迟比所述第一时间长的时间，以产生第二信号；以及
感测信号产生单元，与所述第一信号同步，取样并闩锁所述第二信号，以及产生所述感测信号以藉由所述接脚将所述感测信号输出至外部系统。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述的封装是板上晶粒封装，则所述晶粒粘合垫用外部电极来代替，以最小化与所述触摸物体之间的距离。
5.一种半导体装置，其特征在于其包括：
晶粒，包括最高金属层与感测信号产生器，感测触摸信号以产生感测信号；
晶粒粘合垫，粘在所述晶粒上以固定所述晶粒；以及
封装，封装所述晶粒与所述晶粒粘合垫，
其中所述最高金属层是根据触摸物体是否接触所述封装来产生所述感测信号。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于更包括：
多个接脚，连接所述晶粒的多个输入/输出端至外部系统，以及向外界传送所述感测信号；以及
多条连接线，电性连接所述晶粒的所述输入/输出端与所述接脚。
7.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于在半导体制程中形成的多个金属层当中所述最高金属层配置在最高层。
8.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于所述的感测信号产生器包括：
参考信号产生单元，产生时脉信号作为参考信号；
第一信号产生单元，接收所述参考信号，且不管所述触摸物体是否接触所述封装，都将所述参考信号延迟第一时间以产生第一信号；
第二信号产生单元，接收所述参考信号，当所述最高金属层没有感测到所述触摸物体时不延迟所述参考信号，当所述最高金属层感测到所述触摸物体时将所述参考信号延迟比所述第一时间长的时间以产生第二信号；以及
感测信号产生单元，与所述第一信号同步，取样并闩锁所述第二信号，以及产生所述感测信号以藉由所述接脚将所述感测信号输出至外部系统。
9.一种半导体装置，其特征在于其包括：
晶粒，包括第一金属层与第二金属层，所述第一金属层与第二金属层配置在所述晶粒的上表面上的不同高度，绝缘层介于所述第一与第二金属层之间，以及感测信号产生器，用来感测触摸信号以产生感测信号；
晶粒粘合垫，粘在所述晶粒上以固定所述晶粒；以及
封装，封装所述晶粒与所述晶粒粘合垫，
其中所述第一金属层是根据触摸物体是否接触所述封装来产生所述触摸信号。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征在于更包括：
多个接脚，连接所述晶粒的多个输入/输出端至外部系统，以及向外界传送所述感测信号；以及
多条连接线，电性连接所述晶粒的所述输入/输出端与所述接脚。
11.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征在于：
在半导体制程中形成的多个金属层当中，所述第一金属层配置在最高层；以及
在所述半导体制程中形成的这些金属层当中，所述第二金属层配置在所述第一金属层下面。
12.根据权利要求9所述的半导体装置，其特征在于所述的感测信号产生器包括：
参考信号产生单元，产生时脉信号作为参考信号；
第一信号产生单元，接收所述参考信号，且不管所述触摸物体是否接触所述封装，都将所述参考信号延迟第一时间以产生第一信号；
第二信号产生单元，接收所述参考信号，当所述第一金属层没有感测到所述触摸物体时不延迟所述参考信号，当所述第一金属层感测到所述触摸物体时将所述参考信号延迟比所述第一时间长的时间以产生第二信号；以及
感测信号产生单元，与所述第一信号同步，取样并闩锁所述第二信号，以及产生所述感测信号以藉由所述接脚将所述感测信号输出至外部系统。
13.根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于所述的感测信号产生器使用所述第一金属层来产生所述触摸信号，施加与所述第一金属层的电位相同的信号给所述第二金属层，以增大所述触摸信号的电性状态变化，并且精确地感测所述触摸信号以产生所述感测信号。
14.根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于当所述的感测信号产生单元与所述第一信号同步且对所述第二信号进行取样时，藉由将所述参考信号延迟比所述第一时间长的时间来产生所述第二信号，使得所述感测信号产生单元利用更稳定的时间裕度来闩锁数据，并且精确地产生所述感测信号。
15.一种触摸感测器装置，其特征在于其包括多个以串行通信模式相连的半导体装置，
其中每个所述的半导体装置包括：
晶粒，包括感测信号产生器，感测触摸信号以产生感测信号；
导电式晶粒粘合垫，粘在所述晶粒上以产生所述触摸信号；以及
封装，封装所述晶粒与所述晶粒粘合垫，
所述晶粒粘合垫是根据触摸物体是否接触所述封装来产生所述触摸信号。
16.根据权利要求15所述的触摸感测器装置，其特征在于每个所述的半导体装置更包括仲裁器，接收产生所述感测信号的先前半导体装置的识别码，储存产生所述感测信号的所述先前半导体装置的所述识别码，当所述触摸物体接触当前半导体装置的所述封装时产生所述当前半导体装置的识别码，以及对所述先前半导体装置的所述识别码与所述当前半导体装置的所述识别码求和，以输出结果给下一半导体装置。
17.根据权利要求15所述的触摸感测器装置，其特征在于每个所述的半导体装置包括多个接脚，使得第一接脚藉由电线而分别连接相邻半导体装置的第二接脚，
其中即使有些所述相邻半导体装置感测到所述触摸物体，所述感测信号也是藉由所述相邻半导体装置而传送到最后一个半导体装置，以侦测与所述触摸物体之间的接触状态。
18.根据权利要求17所述的触摸感测器装置，其特征在于：
产生所述感测信号的所述半导体装置的识别码被输出至第一接脚；以及
电源电压被施加于第三接脚，且接地电压被施加于第四接脚。
19.根据权利要求15所述的触摸感测器装置，其特征在于所述的串行通信模式是菊链通信模式。
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