CN103793689B - 指纹识别传感器封装结构、电子设备及指纹识别传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指纹识别传感器封装结构及具有这种指纹识别传感器封装结构的电子设备，指纹识别传感器封装结构包括：控制按钮；置于所述控制按钮下方的指纹识别传感器；其中，所述控制按钮包括玻璃盖板及镀在所述玻璃盖板表面的由非各向异性电介质材料制得的薄膜。控制按钮采用玻璃盖板加镀膜的方式，在保证控制按钮的硬度的同时降低了成本，此外也不影响指纹识别传感器封装的厚度，使得当指纹识别传感器封装嵌入电子设备中时，也不影响电子设备的厚度设计。

Description

指纹识别传感器封装结构、电子设备及指纹识别传感器的制 备方法

技术领域

本发明涉及电子感测领域，特别是涉及一种指纹识别传感器封装结构及使用这种指纹识别封装结构的电子设备、及指纹识别传感器的制备方法。

背景技术

传统的指纹识别传感器通过CMOS半导体工艺形成矩阵式的指纹识别传感器，由于硅基材作为衬底的指纹成像传感器容易脆裂，因此需要硬度较高抗划伤的保护镜片（如蓝宝石），蓝宝石成本高导致基于单晶硅的电容式指纹识别传感器生产昂贵。同时，指纹识别传感器被制备成封装结构内嵌入电子设备的外壳中，采用蓝宝石也会导致指纹识别传感器封装及电子设备的厚度较大。

发明内容

基于此，有必要提出一种成本低且厚度小的可应用于电子设备中的指纹识别传感器封装结构。此外，还提供一种使用这种指纹识别传感器封装结构的电子设备。

一种指纹识别传感器封装结构，包括：控制按钮；置于所述控制按钮下方的指纹识别传感器；其中，所述控制按钮包括玻璃盖板及镀在所述玻璃盖板表面的由非各向异性电介质材料制得的镀膜。

在其中一个实施例中，所述非各向异性电介质材料为类金刚石。

在其中一个实施例中，所述玻璃盖板的材质为硅铝酸盐玻璃或钙钠玻璃。

在其中一个实施例中，所述指纹识别传感器包括顶部形成有传感器电路的硅晶片及基板，所述硅晶片贴合在所述基板上，所述传感器电路通过接合线绑定至所述基板，其中所述硅晶片的顶部边缘开设有沟槽，所述沟槽具有低于所述传感器电路的底部，所述沟槽内设有导电层，所述导电层一端与所述传感器电路连接，另一端延伸至所述沟槽的底部，所述接合线绑定在所述导电层位于沟槽的底部的部分上。

在其中一个实施例中，所述沟槽垂直开设，形成的导电层为垂直式阶梯；或所述沟槽倾斜开设，形成的导电层为斜坡式阶梯。

在其中一个实施例中，所述指纹识别传感器封装结构还包括围绕所述玻璃盖板的基环，所述玻璃盖板相对于所述基环的顶部凹陷。

在其中一个实施例中，所述指纹识别传感器封装结构还包括支撑所述玻璃盖板的填充胶，所述填充胶承靠于所述基板。

在其中一个实施例中，所述填充胶呈环状填充；或所述填充胶填满所述玻璃盖板与所述指纹识别传感器之间的垂直空间。

在其中一个实施例中，所述指纹识别传感器封装结构还包括支撑所述指纹识别传感器且与所述基环相固定的加强元件。

在其中一个实施例中，所述加强元件开设有孔，所述孔内设置有柔性元件。

在其中一个实施例中，所述柔性元件下方还设置有弹片开关。

一种电子设备，其包括前述的指纹识别传感器封装结构。

一种指纹识别传感器封装结构中的指纹识别传感器的制备方法，包括以下步骤：在硅晶片的顶部形成传感器电路；在硅晶片的顶部的边缘位置蚀刻形成沟槽，所述沟槽的底部在垂直方向上位置低于所述传感器电路，然后在沟槽内形成导电层，使所述导电层一端与传感器电路连接，另一端延伸至所述沟槽的底部；在硅晶片的底部黏贴上黏贴薄膜或者胶体；利用所述黏贴薄膜或者胶体将所述硅晶片黏贴到基板上；将接合线的两端分别绑定至所述导电层位于所述沟槽底部的部分上及所述基板上。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：通过注塑方式在所述基板上形成将所述硅晶片及接合线包覆在内的封装。

在其中一个实施例中，所述沟槽倾斜开设或垂直开设，以形成斜坡阶梯式的导电层或垂直阶梯式的导电层。

上述指纹识别传感器封装结构及电子设备中，控制按钮采用玻璃盖板加镀膜的方式，在保证控制按钮的硬度的同时降低了成本，此外也不影响指纹识别传感器封装的厚度，使得当指纹识别传感器封装嵌入电子设备中时，也不影响电子设备的厚度设计。

附图说明

图1为指纹识别传感器封装结构的示意爆炸图；

图2为具有镀膜的玻璃盖板的示意剖面图；

图3为指纹识别传感器封装结构的局部剖面图；

图4为指纹识别传感器的制备过程的流程图；

图5为硅晶片垂直开设沟槽的示意图；

图6为硅晶片倾斜开设沟槽的示意图。

具体实施方式

请参考图1，图示了一种用在电子设备中的指纹识别传感器封装结构的爆炸状态。此处的电子设备应做广义的理解，可以是智能电话、触摸板、移动计算设备、电器、车辆的面板或机身等。

指纹识别传感器封装结构包括金属材料制得的基环110、被基环110围绕的控制按钮、置于控制按钮下方的指纹识别传感器130、置于指纹识别传感器130下方的柔性元件140和加强元件150，以及置于加强元件150下方的弹片开关160。

控制按钮被配置在指纹识别传感器130的电路上方并与其耦合。在电子设备中，控制按钮可相对于电子设备的显示元件设置，例如，控制按钮可存在于电子设备的防护玻璃中。请参考图2，控制按钮包括玻璃盖板122，玻璃盖板下表面镀有由非各向异性电介质材料制得的镀膜124。在其他实施方式中，玻璃盖板的上表面或双面均镀有由非各向异性电介质材料制得的镀膜124。玻璃盖板122的材质为硅铝酸盐玻璃或钙钠玻璃，非各向异性电介质材料可以采用类金刚石，类金刚石薄膜是一种非晶态薄膜，由于具有高硬度和高弹性模量，低摩擦因数，耐磨损以及良好的真空摩擦学特性，此处作为耐磨涂层，既保证玻璃盖板122的硬度，同时较蓝宝石或其他各向异性材料，按钮的厚度的得以降低，成本得以降低。

玻璃盖板122配置在基环110中，且相对于基环110的顶部凹陷，使得控制按钮与基环110形成的组合的顶部具有凹陷形状，如此，当用户手指被引导到凹陷形状时，用户手指能被很好地定位，以便进行指纹识别。

请参考图3至图6，指纹识别传感器130包括硅晶片132、黏贴薄膜134及基板136。硅晶片132的顶部形成有传感器电路1322，用于测量用户的指纹之间的电容，可以由此得到用户的手指的图像信息。玻璃盖板122下方由填充胶170支撑，按压时玻璃盖板122下方有支撑，玻璃盖板122强度得以保证。填充胶170承靠于基板136，且被设置于硅晶片132与基环110之间。本实施例中，填充胶170环绕硅晶片132设置，硅晶片132与玻璃盖板122之间预留有少许的垂直空间。但需要指出的是，在其他的实施例中，硅晶片132与玻璃盖板122之间的垂直空间也可以全部地或部分地用填充胶170填充，这样，可以带来对玻璃盖板122更好的支撑，进一步降低按压玻璃盖板122时发生破裂现象的几率。

本实施例中，指纹识别传感器130采用COB（chip on board，板上封装）工艺得到，其中黏贴薄膜134用来将硅晶片132黏贴到基板136上，以便下一道的接合线138绑定至基板136的工艺。

请参考图4，硅晶片132的顶部设有传感器电路1322。传感器电路1322通过接合线138绑定至基板136。通常情况下，接合线138一端直接从硅晶片132的顶部引出，但这将占据硅晶片132与玻璃盖板122之间的垂直空间，导致传感器厚度较大，感应不良。

本实施例中，在硅晶片132的顶部的边缘位置开设有沟槽1324，沟槽1324的底部在垂直方向上的位置低于硅晶片132的顶部，沟槽1324的侧壁上设置有导电层1326。导电层1326一端与硅晶片132的顶部的传感器电路1322连接，另一端延伸至沟槽1324的底部。接合线138的一端与导电层1326绑定连接。利用这种方式，相当于把接合线138上方连接的传感器电路1322的导电部的位置拉低，使接合线138可以从硅晶片132的侧部与传感器电路1322导通。这样，指纹识别传感器需要的垂直空间量较小，指纹识别传感器130就可以被放置在更靠近用户手指的位置，具有更好的分辨率及有效性。

沟槽1324可以是利用硅蚀刻的方式获得，形成的导电层1326是阶梯式的。沟槽1324的蚀刻方式有两种，一种是垂直开设，如图5所示，得到的导电层1326是垂直式阶梯；另一种是倾斜开设，如图6所示，得到的导电层1326是斜坡式阶梯。

请参考图4，指纹识别传感器130的制备过程大致如下。

步骤(a)，在硅晶片132的顶部形成传感器电路1322。

步骤(b)，硅晶片132的顶部的边缘位置蚀刻形成沟槽1324，沟槽1324的底部在垂直方向上位置低于传感器电路1322，然后形成导电层1326，使导电层1326一端与传感器电路1322连接，另一端延伸至沟槽1324的底部。

步骤(c)，在硅晶片132的底部黏贴上黏贴薄膜134或胶体。

步骤(d)，利用黏贴薄膜134或胶体将硅晶片132黏贴到基板136上。

步骤(e)，将接合线138的两端分别绑定至导电层1326和基板136上。

步骤(f)，通过注塑方式在基板136上形成将硅晶片132及接合线138包覆在内的封装139。以便指纹识别传感器130与控制按钮等一起内嵌到电子设备中。

本实施例中，还设置有加强元件150，被放置在指纹识别传感器130的基板136下方。加强元件150与基环110相固定，起到对指纹识别传感器130的保护作用。加强元件150通过粘结的方式与基环110相固定，也可以通过焊接的方式与基环110相固定。

加强元件150上开设有孔152，该孔152用来设置有柔性元件140。柔性元件140可以从指纹识别传感器130接受电信号（如表示指纹图像的信息），其上可以设置一些被动元件或连接器。由于柔性元件140可以嵌在孔152中，基本上不占用垂直上的空间，减小指纹识别传感器封装在垂直上的厚度。

柔性元件140下方还设置有弹片开关160。当设置弹片开关160时，弹片开关160可接收用户手指施加在控制按钮上施加的任何力，并可将表示用户手指按下的电信号传输到按钮电路，此外，弹片开关160还具有向用户手指提供触觉反馈的功能，以表示控制按钮被按下。

上述指纹识别传感器识别封装结构通常被安置在电子设备中，构成电子设备的指纹识别的部分。控制按钮可容纳在电子设备上的按钮孔中，如显示器，或者电子设备的防护玻璃上开设的孔中。上述的指纹识别传感器识别封装结构，控制按钮具有足够的强度和硬度的情况下，厚度可以很小，可保证指纹识别传感器130能够提供与用户手指的相对小的距离。此外，指纹识别传感器识别封装结构中，如接合线138从硅晶片132侧部引出，柔性元件140可嵌在加强元件150上的孔中，这样各部分组成就具有相对较小的叠加高度，同时又允许用户访问使用指纹识别传感器130的电子设备的按钮。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种指纹识别传感器封装结构，其特征在于，包括：

控制按钮；

置于所述控制按钮下方的指纹识别传感器；

其中，所述控制按钮包括玻璃盖板及镀在所述玻璃盖板表面的由非各向异性电介质材料制得的镀膜；

所述指纹识别传感器包括顶部形成有传感器电路的硅晶片及基板，所述硅晶片贴合在所述基板上，所述传感器电路通过接合线绑定至所述基板，其中所述硅晶片的顶部边缘开设有沟槽，所述沟槽具有垂直方向上位置低于所述传感器电路的底部，所述沟槽内设有导电层，所述导电层一端与所述传感器电路连接，另一端延伸至所述沟槽的底部，所述接合线绑定在所述导电层位于沟槽的底部的部分上。

2.根据权利要求1所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述非各向异性电介质材料为类金刚石。

3.根据权利要求1所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述玻璃盖板的材质为硅铝酸盐玻璃或钙钠玻璃。

4.根据权利要求1所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述沟槽垂直开设，形成的导电层为垂直式阶梯；或所述沟槽倾斜开设，形成的导电层为斜坡式阶梯。

5.根据权利要求1所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述指纹识别传感器封装结构还包括围绕所述玻璃盖板的基环，所述玻璃盖板相对于所述基环的顶部凹陷。

6.根据权利要求5所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述指纹识别传感器封装结构还包括支撑所述玻璃盖板的填充胶，所述填充胶承靠于所述基板。

7.根据权利要求6所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述填充胶呈环状填充；或所述填充胶填满所述玻璃盖板与所述指纹识别传感器之间的垂直空间。

8.根据权利要求5所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述指纹识别传感器封装结构还包括支撑所述指纹识别传感器且与所述基环相固定的加强元件。

9.根据权利要求8所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述加强元件开设有孔，所述孔内设置有柔性元件。

10.根据权利要求9所述的指纹识别传感器封装结构，其特征在于，所述柔性元件下方还设置有弹片开关。

11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的指纹识别传感器封装结构。

12.一种如权利要求1所述的指纹识别传感器封装结构中的指纹识别传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在硅晶片的顶部形成传感器电路；

在硅晶片的顶部的边缘位置蚀刻形成沟槽，所述沟槽的底部在垂直方向上位置低于所述传感器电路，然后在沟槽内形成导电层，使所述导电层一端与传感器电路连接，另一端延伸至所述沟槽的底部；

在硅晶片的底部黏贴上黏贴薄膜或者胶体；

利用所述黏贴薄膜或者胶体将所述硅晶片黏贴到基板上；

将接合线的两端分别绑定至所述导电层位于所述沟槽底部的部分上及所述基板上。

13.如权利要求12所述的指纹识别传感器封装结构中的指纹识别传感器的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：

通过注塑方式在所述基板上形成将所述硅晶片及接合线包覆在内的封装。

14.如权利要求12所述的指纹识别传感器封装结构中的指纹识别传感器的制备方法，其特征在于：所述沟槽倾斜开设或垂直开设，以形成斜坡阶梯式的导电层或垂直阶梯式的导电层。