CN103699881A - 指纹识别装置和移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指纹识别装置和移动终端，所述指纹识别装置包括介电盖片、具有一通孔的支架、传感芯片、控制电路和底板，所述介电盖片容置于所述通孔内并与所述传感芯片紧密连接，所述传感芯片通过手指按压所述介电盖片来采集指纹并生成模拟信号，所述控制电路处理所述模拟信号并识别指纹，所述传感芯片包括感应部和于该感应部边缘径向延伸而形成的连接部，所述感应部连接所述介电盖片，所述连接部电连接所述底板。由于连接部避开了介电盖片，只需在支架上加工沟槽或缺口，或者在介电盖片上设置一凸台而呈阶梯状，来避开焊线位置，最终避免在传感芯片上加工沟槽来避开焊线位置，因此降低了加工难度和生产成本。

Description

指纹识别装置和移动终端
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，尤其是涉及一种电容型指纹识别装置，及具有该指纹识别装置的移动终端。
背景技术
指纹识别装置已开始广泛应用于各种终端设备，如移动终端、银行系统、考勤系统等。最常用的指纹识别装置是手指划动型和光学成像型，其中手指划动型灵敏度较差，手指有沾污或者方向不佳均会导致感应失灵；同时，手指划动型和光学成像型指纹识别装置的安全性差，容易被指纹复制方式破解。
目前，出现了电容型指纹识别装置，并开始应用于移动终端。该电容型指纹识别装置包括介电盖片、与介电盖片连接的传感芯片、与传感芯片电连接的柔性电路板，柔性电路板向外延伸外挂控制电路、滤波电路等外围电路。传感芯片顶部引出焊线与柔性电路板电连接，由于传感芯片顶部与介电盖片紧密连接，为了避免焊线影响介电盖片的平面度，因此需要在传感芯片上加工沟槽以容纳焊线。然而在传感芯片上加工沟槽的加工难度较大，生产良率和效率较低，因此生产成本很高。同时在柔性电路板上外挂外围电路，使得整个模组的结构比较复杂，原材工艺及模组封装工艺的要求都比较高，进一步提高了生产成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种指纹识别装置和移动终端，旨在通过结构改良降低加工难度，提高良品率和生产效率，降低生产成本。
为达以上目的，本发明提出一种指纹识别装置，包括介电盖片、具有一通孔的支架、传感芯片、控制电路和底板，所述介电盖片容置于所述通孔内并与所述传感芯片连接，所述传感芯片用于采集指纹并生成模拟信号，所述控制电路处理所述模拟信号并识别指纹，所述传感芯片包括感应部和于该感应部边缘径向延伸而形成的连接部，所述感应部连接所述介电盖片，所述连接部电连接所述底板。
优选地，所述连接部通过焊线或硅通孔结构与所述底板电连接。
优选地，所述连接部通过焊线与所述底板电连接，所述支架对应所述焊线位置处设有沟槽或缺口。
优选地，所述连接部通过焊线与所述底板电连接，所述介电盖片包括一穿过所述通孔与所述感应部连接的凸台，所述凸台与所述支架之间形成一容纳所述焊线的空间。
优选地，所述底板为柔性电路板或基板。
优选地，所述底板为基板，所述控制电路设于一控制芯片，该控制芯片电连接所述基板，所述基板电连接一柔性电路板并通过该柔性电路板与外部电路电连接。
优选地，所述指纹识别装置还包括一底盖，所述基板、传感芯片和控制芯片位于所述底盖和介电盖片之间。
优选地，所述介电盖片凹置于所述通孔内，所述控制电路与所述支架电连接。
优选地，所述控制电路与所述底板电连接，所述底板上设有至少一与所述支架电连接的导电端子，所述控制电路通过所述导电端子与所述支架电连接。
本发明同时提出一种移动终端，其包括一指纹识别装置，该指纹识别装置包括介电盖片、具有一通孔的支架、传感芯片、控制电路和底板，所述介电盖片容置于所述通孔内并与所述传感芯片连接，所述传感芯片用于采集指纹并生成模拟信号，所述控制电路处理所述模拟信号并识别指纹，所述传感芯片包括感应部和于该感应部边缘径向延伸而形成的连接部，所述感应部连接所述介电盖片，所述连接部电连接所述底板。
本发明所提供的一种指纹识别装置，通过于传感芯片感应部边缘径向延伸而形成一连接部，使得连接部避开了介电盖片。从而只需在支架上加工沟槽或缺口，或者在介电盖片上设置一凸台而呈阶梯状，来避开焊线位置；或者让传感芯片的连接部通过硅通孔结构与底板电连接。最终避免在传感芯片上加工沟槽来避开焊线位置，因此降低了加工难度，提高了良品率和生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的指纹识别装置第一实施例的结构示意图；
图2是图1中的指纹识别装置的爆炸图；
图3是本发明的指纹识别装置第二实施例的结构示意图；
图4是图3中指纹识别装置的A-A剖视图；
图5是本发明的指纹识别装置第三实施例的剖视图；
图6是本发明的指纹识别装置第四实施例的剖视图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的指纹识别装置为电容型指纹识别装置，可以应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等移动终端，也可以应用于ATM机等金融终端设备。
参见图1、图2，提出本发明的指纹识别装置第一实施例，所述指纹识别装置包括支架100、介电盖片200、传感芯片300、控制芯片（图未示）和底板，所述底板可以为基板410或柔性电路板420，本实施例优选基板410，则此时需在基板410上连接一柔性电路板420（或导线等其它传导部件）外接外部电路。
介电盖片200为各向异性的介电材料，优选以Al2O3为主要成分的人造蓝宝石玻璃或钢化玻璃，其用于保护内部结构，提供一平整界面供手指接触。介电盖片200的介电常数优选9.3～11.5，厚度350um以下，平面度小于10um，面形精度0.1λ，前述介电盖片200的参数仅做优选实施例，并不对其做限制。介电盖片200的颜色层次主要来自于沉积形成或者由特殊技术形成镀层或者于底下贴合油墨层，目的是保证介电盖片200不透明，避免用户看见底层器件结构，介电盖片200边缘可以使用热活化膜和周边密封剂粘结于支架100。
支架100为导电材料，优选金属材质，一方面起构架支撑作用以固定整个模组，另一方面用于传导脉冲信号。支架100具有一通孔110，该通孔110用于容置介电盖片200。在某些实施例中，介电盖片200与支架100通孔110内壁接触的四周设置有接地环。
传感芯片300通过手指按压介电盖片200采集指纹并生成模拟信号，其为多通道高效传感芯片300，包括感应部310和于该感应部310边缘径向延伸而形成的连接部320，感应部310具有传感电路并连接介电盖片200，连接部320电连接底板。传感电路用于感知用户指纹并将指纹信号转换成模拟信号，其可以封装在单列直插式封装(SiP)内，或者单颗芯片，下面可以添加元器件，可以填充胶体来保护，或者直接underfill进行填充保护。传感电路可以被封装于环氧树脂或其它弹性体材料内（或替代地，封装于陶瓷或者透明高介电常数材料内），然后去除感应区域的胶体或遮盖物，完全裸露出来，或者只是勉强露出顶部形成一个Exposed die封装，使得传感器芯片可以使用较少垂直空间，并得到合理保护，避免装配时被碰撞损坏。传感电路呈现电容型连接模式，与用户手指指纹的脊和谷形成电容的另一极，用户手指的表皮特征具有恒介电系数，当体液变化或者更换手指的时候，会导致读出的电容值不同，从而达到区分不同手指或指纹的目的。
控制芯片接收并处理模拟信号从而识别指纹，其上集成了控制电路，与底板电连接。控制电路将模拟信号转化成数字信号，通过相应的算法生成指纹图像，进而实现指纹识别。
传感电路及控制电路可以被塑封在一个整体封装内，上方贴传感芯片300，下方贴控制芯片700或flash芯片，如果空间允许甚至可以贴更多的外围元件。整体封装通过底板来进行电路连接，底板可以是基板410或柔性电路板420。如果是基板410，需要考虑另加柔性电路板420（或导线等其它传导部件）连出来与外部电路电连接，并且针脚（pin）的数量和位置将受限；如果是柔性电路板420则直接连接，不需再加另外的柔性电路板420，但需具备COF/COB制程能力。
本实施例中，介电盖片200容置于支架100的通孔110内，其正面供人手触摸按压，背面通过非导电胶膜或液态非导电胶所形成的粘结膜800（如图4-图6所示）与传感芯片300的感应部310紧密连接，该粘结膜800的厚度优选小于50um，以确保不会过度削弱信号，影响指令读取的灵敏度。传感芯片300位于基板410正面，其连接部320通过焊线500与基板410电连接，为了确保焊线500稳定，避免塌线，焊接完后做underfill底部填充固化，以保证结构稳定。支架100对应焊线500位置处设有一缺口120，以形成焊线500的避空位；在某些实施例中，支架100对应焊线500位置处也可以设置沟槽来容纳焊线500。控制芯片位于基板410背面，并通过焊线500与基板410电连接；在某些实施例中，控制芯片与传感芯片300并列设置于基板410正面，支架100对应控制芯片700的焊线500位置处设置沟槽或缺口120。基板410上还可以集成滤波电路等外围电路，连接于基板410并向外延伸的柔性电路板420上还可以连接DC-DC升压电路等外围电路，柔性电路板420电连接终端设备的主机板。
进一步地，控制电路与支架100电连接，确保基本脉冲信号或者加高压的脉冲信号能稳定送出到支架100通孔110边缘；介电盖片200凹置于支架100的通孔110内，即介电盖片200的表面低于支架100通孔110顶部（大约在0.1～0.25mm之间），从而引导并确保用户的手指在按压介电盖片200时会接触到支架100通孔110边缘，以形成脉冲回路，传导支架100通孔110边缘发射的脉冲信号，使传感芯片300能读到电场变化数值。作为优选，本实施例中，底板上设有至少一个导电端子411（如金属端子），以使底板与支架100保持至少一个接触点而电连接，继而使得控制电路通过导电端子411与支架100电连接。从而无需在支架100的通孔110内壁额外设置电极，节省了原料及装配成本。
进一步地，指纹识别装置还包括一底盖600，该底盖600一方面固定从基板410上引出的柔性电路板420确保连接稳定，另一方面使得基板410、传感芯片300和控制芯片位于底盖600和介电盖片200之间，保护它们免于碰撞受损。在某些实施例中，需要在指纹识别装置底部设置物理按键（如“Home”键），因为物理按键信号也需要走控制电路的端口，比如同柔性电路板420一起引出到终端设备的主电路，此时底盖600就可以将指纹识别系统与物理按键隔离开，保护内部结构。
在某些实施例中，底板为柔性电路板420，该柔性电路板420一部分位于指纹识别装置内部，另一部分向外延伸。传感芯片300与控制电路均与该柔性电路板420电连接，控制电路可以位于指纹识别装置内部或外部，也可以外挂于终端设备的主机板上。
本发明的指纹识别装置，可以与控制按钮或者开关元件组合，也可以设置在终端设备的屏幕主控面板下方，在智能手机中可能接近物理Home键或者虚拟Home键的主控板位置。在一些实施例中，可以利用蓝宝石玻璃的高硬度、耐磨等特点，直接形成控制按钮或者显示元件的组合。或者嵌入到一个盖玻璃系统或者固定结构或装置的壳体内。总之，能根据终端设备的条件进行一些适度的适应性调整，以便能够方便、灵敏的识别出指纹特征，作为系统密码锁，防止信息泄露，保护隐私。
如图3-图6所示，为本发明的指纹识别装置第二到第四实施例，它们的共同特点是其介电盖片200包括一凸台210，该凸台210穿过支架100通孔与传感芯片300的感应部310连接，从而使得凸台210与支架100之间形成一容纳焊线500的空间。因此无需在支架100上额外设置缺口120或沟槽来避开焊线500，控制芯片700和传感芯片300均可以电连接于基板410的同一侧，可以使得指纹识别装置更加轻薄。同时，控制芯片700、传感芯片300和底板（基板410或柔性电路板420）完全容置于介电盖片200、支架100和底盖600所形成的容置空间内，能够得到更好的保护。
如图4所示的指纹识别装置的第二实施例，所述指纹识别装置包括具有通孔的介电盖片200、具有通孔的支架100、具有感应部310和连接部320的传感芯片300、设有控制电路的控制芯片700、基板410和底盖600，介电盖片200凹置于支架100的通孔内，介电盖片200的凸台210穿过通孔并通过一粘结膜800与传感芯片300的感应部310紧密连接，传感芯片300的连接部320通过焊线500与基板410电连接，控制芯片700与传感芯片300位于基板410的同一侧并通过焊线500与基板410电连接，底盖600连接于支架100底部以保护传感芯片300、控制芯片700和基板410，基板410上连接一柔性电路板420，该柔性电路板420向外延伸穿过底盖600外接终端设备的主机板。
如图5所示的指纹识别装置的第三实施例，其与第二实施例的区别是，控制芯片700通过硅通孔结构与基板410电连接，从而避免焊线500从控制芯片700顶层引出而导致介电盖片200平面度的问题，同时可以保证控制芯片700上的电路可以连到别处。
如图6所示的指纹识别装置的第四实施例，其中基板410紧贴或连接支架100底部，基板410上具有一供介电盖片200的凸台210穿过的穿孔，控制芯片700和传感芯片300均通过硅通孔电连接于基板410（或柔性电路板420）背面。从而使得指纹识别装置更加轻薄化。
由于硅通孔结构可以避免焊线500从电路板的顶部引出，因此第一实施例中控制芯片700和传感芯片300也可以通过硅通孔结构与基板410（或柔性电路板420）电连接，且无需在支架100上设置缺口120或沟槽。
据此，本发明的指纹识别装置具有以下优势：
（1）通过于传感芯片300感应部310边缘径向延伸而形成一连接部320，使得连接部320避开了介电盖片200。从而只需在支架100上加工沟槽或缺口120，或者在介电盖片200上设置一凸台210而呈阶梯状，来避开焊线500位置；或者让传感芯片300的连接部320通过硅通孔结构与底板电连接。最终避免在传感芯片300上加工沟槽来避开焊线500位置，因此降低了加工难度，降低了生产成本。
（2）同时，将控制电路及滤波电路等外围电路与传感芯片300一起集成封装于指纹识别装置内部，一方面简化了电路结构，降低了制造成本，提高了生产良率（可达85%以上），模组整体结构及组成器件数量较精简，组装过程没有瓶颈，组装设备可以基于或修改原设备实现，组装工艺没有特殊要求；另一方面提高了电路的稳定性，提升了信号强度和感应灵敏度，能够保持信号一致性和准确的算法解读及反馈过程，使得内部传感电路与控制电路能稳定通信并能在最短时间内读出和反馈指纹信息。
（3）控制电路与支架100电连接，介电盖片200凹置于支架100的通孔内，使得用户按压介电盖片200时就能接触到支架100通孔边缘而形成脉冲回路。从而无需在支架100的通孔内壁额外设置电极，进一步节省了原料及装配成本。
本发明同时提出一种移动终端，该移动终端包括主机板和指纹识别装置，所述指纹识别装置包括介电盖片、具有一通孔的支架、传感芯片、控制电路和底板，所述介电盖片容置于所述通孔内并与所述传感芯片连接，所述传感芯片用于采集指纹并生成模拟信号，所述控制电路处理所述模拟信号并识别指纹，所述传感芯片包括感应部和于该感应部边缘径向延伸而形成的连接部，所述感应部连接所述介电盖片，所述连接部电连接所述底板，所述底板电连接所述主机板。本实施例中所描述的指纹识别装置为本发明中上述实施例所涉及的指纹识别装置，在此不再赘述。
本发明的移动终端，采用了上述指纹识别装置，通过于传感芯片感应部边缘径向延伸而形成一连接部，使得连接部避开了介电盖片。从而只需在支架上加工沟槽或缺口，或者在介电盖片上设置一凸台而呈阶梯状，来避开焊线位置；或者让传感芯片的连接部通过硅通孔结构与底板电连接。最终避免在传感芯片上加工沟槽来避开焊线位置，因此降低了加工难度，降低了生产成本。
同时，将控制电路及滤波电路等外围电路与传感芯片一起集成封装于指纹识别装置内部，一方面简化了电路结构，降低了生产成本；另一方面提高了电路的稳定性，提升了产品质量。
此外，控制电路与支架电连接，介电盖片凹置于支架的通孔内，使得用户按压介电盖片时就能接触到支架通孔边缘而形成脉冲回路。从而无需在支架的通孔内壁额外设置电极，进一步节省了原料及装配成本。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种指纹识别装置，包括介电盖片、具有一通孔的支架、传感芯片、控制电路和底板，所述介电盖片容置于所述通孔内并与所述传感芯片连接，所述传感芯片用于采集指纹信息并生成模拟信号，所述控制电路用于处理所述模拟信号并识别指纹，其特征在于：所述传感芯片包括感应部和于该感应部边缘径向延伸而形成的连接部，所述感应部连接所述介电盖片，所述连接部电连接所述底板。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述连接部通过焊线或硅通孔结构与所述底板电连接。
3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述连接部通过焊线与所述底板电连接，所述支架对应所述焊线位置处设有沟槽或缺口。
4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于：所述连接部通过焊线与所述底板电连接，所述介电盖片包括一穿过所述通孔与所述感应部连接的凸台，所述凸台与所述支架之间形成一容纳所述焊线的空间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的指纹识别装置，其特征在于：所述底板为柔性电路板或基板。
6.根据权利要求1-4任一项所述的指纹识别装置，其特征在于：所述底板为基板，所述控制电路设于一控制芯片，该控制芯片电连接所述基板，所述基板电连接一柔性电路板并通过该柔性电路板与外部电路电连接。
7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于：所述指纹识别装置还包括一底盖，所述基板、传感芯片和控制芯片位于所述底盖和介电盖片之间。
8.根据权利要求1-4任一项所述的指纹识别装置，其特征在于：所述介电盖片凹置于所述通孔内，所述控制电路与所述支架电连接。
9.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于：所述控制电路与所述底板电连接，所述底板上设有至少一与所述支架电连接的导电端子，所述控制电路通过所述导电端子与所述支架电连接。
10.一种移动终端，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的指纹识别装置。
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