CN103886300A

CN103886300A - 一种电容式指纹传感器芯片及其封装结构

Info

Publication number: CN103886300A
Application number: CN201410118083.4A
Authority: CN
Inventors: 周育樑; 王勇
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明公开了一种电容式指纹传感器芯片，其包括指纹感测单元以及引脚单元。所述指纹感测单元包括用于接受手指按压的面阵区域和多个电容式的感测元件，用于检测各所述感测元件与手指之间电容；所述引脚单元用于将所述指纹感测单元的检测信号输出至外部电路；其中，所述面阵区域与所述引脚单元位于所述电容式指纹传感器芯片的不同表面，且所述引脚单元所处的表面与所述面阵区域所处的表面相互垂直。本发明能够节省生产成本和时间。

Description

一种电容式指纹传感器芯片及其封装结构

技术领域

本发明涉及半导体指纹传感器，特别涉及一种电容式指纹传感器芯片及其封装结构。

背景技术

随着社会的进步和技术的发展，近年来，移动银行、手机钱包、网络购物等电子商务业务在智能移动设备上的应用日趋广泛。相对的，公众对于集成的电子元器件性能以及网络信息安全的要求也越来越高。指纹由于具有唯一性和稳定性而使其成为个人身份识别的一种有效手段。指纹传感器有很多种类型，目前主流的有三种类型：光学取像指纹传感器、晶体电容式（或者压感式）指纹传感器和超声波取像指纹传感器。光学设备取像是利用全反射原理并使用CCD器件来获取指纹图像，效果较好、器件本身耐磨损但成本高、体积大，不适用于集成度要求很高的移动终端上。超声波取像直接扫描真皮组织，积累在皮肤表面的赃物或油脂对获得图像影响不大，但器件成本极高，目前没有成熟的产品市场。晶体电容式指纹传感器生产采用标准CMOS技术，获取图像质量比较好（可以通过软件调整来改善增益的图像质量）且体积和功耗都比较小，成本相对于另2种传感器低廉很多。只有耐损方面性能逊色，因此在电容式指纹触感器芯片封装前，需在面阵表面镀一层保护薄膜，薄膜可以采用物理溅射方式或者涂层方式附着在芯片面阵表面，既能保护芯片面阵不易受磨擦损坏又起到抗电压（静电）作用。

附图1是目前现有的电容式指纹传感器芯片结构俯视图，其分为面阵区域101和PAD（管脚）区域102。如图所示，两个区域在同一个表面上。当需要采集指纹时，手指按压在面阵区域101上，构成了电容（电感）的一面，另一面由成千上万个电子元器件组成。由于手指平面凹凸不平，凸点与凹点接触面阵的实际距离不同，电容（电感）也就不一样，根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。信号引线112和接地引线（GND）111均通过PAD区域的管脚引出焊接到封装结构中。附图2是现有的电容式指纹传感器芯片封装结构示意图。一般先将指纹传感器21通过粘合剂固定在基板22上。然后将指纹传感器21的PAD区域的管脚用金线焊接的方式连接到基板22的管脚上，形成电路相通。最后将金属板盖和基板22的正面贴合，侧面四周用粘合剂固定，完成封装。

由于电容式指纹传感器芯片在封装前需要镀一层保护薄膜，保护面阵区域101，但同时又不能影响到PAD区域102的管脚，因此在镀膜前需在PAD区域102覆盖一层光刻胶。一般光刻胶的材料为高分子光敏材料，待指纹传感器芯片镀膜完后，先用光照射在指纹传感器芯片表面使光刻胶分子分散、化解，再用清洗剂冲洗，把胶彻底洗掉。如此一来在生产电容式指纹传感器芯片的过程中就要增加好几道工艺步骤，也产生了额外的生产成本，同时易造成生产良率的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低生产成本，提高生产效率的电容式指纹传感器芯片，以及应用于该芯片的封装结构。

为达成上述目的，本发明提供一种电容式指纹传感器芯片，其包括指纹感测单元以及引脚单元。其中，所述指纹感测单元包括用于接受手指按压的面阵区域和多个电容式的感测元件，所述指纹感测单元检测各所述感测元件与手指之间电容；所述引脚单元用于将所述指纹感测单元的检测信号输出至外部电路；其中，所述面阵区域与所述引脚单元位于所述电容式指纹传感器芯片的不同表面，且所述引脚单元所处的表面与所述面阵区域所处的表面相互垂直。

优选地，所述引脚单元包括信号引脚和接地引脚，其中所述面阵区域、所述信号引脚和所述接地引脚分别位于所述电容式指纹传感器芯片相互垂直相交的三个表面。

优选地，所述指纹感测单元镀有保护膜。

本发明还提供了一种应用于上述电容式指纹传感器芯片的封装结构，其包括基板，连接板以及金属壳体。其中所述基板具有用于与所述电容式指纹传感器芯片贴合的载置面；所述连接板垂直连接于所述基板，其对应于所述接脚单元的位置设有键合指；所述金属壳体组装于所述连接板，用于包覆所述基板、连接板及所述电容式指纹传感器芯片。

优选地，所述引脚单元包括信号引脚和接地引脚，其中所述面阵区域、所述信号引脚和所述接地引脚分别位于所述电容式指纹传感器芯片相互垂直相交的三个表面。所述连接板包括相互垂直的第一连接板和第二连接板，所述第一连接板对应于所述信号引脚的位置设有第一键合指，所述第二连接板对应于所述接地引脚的位置设有第二键合指。

优选地，所述金属壳体通过卡合结构可拆卸地组装于所述连接板，所述卡合结构包括位于所述连接板上的卡槽以及位于所述金属壳体的卡勾。

优选地，所述连接板顶部具有水平向内延伸、用于抵接所述电容式指纹传感器芯片的限制部。

优选地，所述卡槽形成于所述限制部上。

优选地，所述基板与所述连接板之间通过焊点连接固定；所述第一连接板和第二连接板之间通过粘合剂连接固定。

优选地，所述基板和所述连接板为PCB板或陶瓷基板。

本发明的优点在于，通过将面阵区域和引脚单元设置于芯片不同表面，可在流片后直接对芯片进行保护膜的镀膜而不会影响到位于不同平面的引脚单元，因此相较于现有技术无需再增加光刻胶保护、散胶、清洗等工艺步骤，节省了生产成本和时间，同时也增加了生产良率。

附图说明

图1为现有技术的电容式指纹传感器芯片的示意图；

图2为现有技术的电容式指纹传感器芯片封装结构的示意图；

图3为本发明一实施例的电容式指纹传感器芯片的示意图；

图4为本发明一实施例的电容式指纹传感器芯片的局部剖视图；

图5为本发明一实施例的电容式指纹传感器晶圆的切割示意图；

图6a～6c为本发明一实施例的电容式指纹传感器芯片封装结构的组装示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图3为本发明一实施例的电容式指纹传感器的结构示意图。指纹传感器芯片包括指纹感测单元和引脚单元。指纹感测单元包括用于接受手指按压的面阵区域和多个电容式的感测元件（图中未示），感测单元可检测各电容式感测元件与手指之间电容。引脚单元则将感测单元的检测信号输出至外部电路，由外部电路根据电容的变化转换为指纹图像数据。在本发明中，面阵区域与引脚单元是位于电容式指纹传感器芯片的不同表面，且两者所处的表面相互垂直。具体的，引脚单元包括接地(GND)引脚311和信号引脚312，其所处的表面302、303均与面阵区域所处的表面301为不同面。如图所示，本实施例中，面阵区域设置在芯片的整个正面301，接地(GND)引脚311和信号引脚312分别设置在芯片的两个相交的侧面302、303，即面阵区域、接地引脚311和信号引脚312分别位于电容式指纹传感器芯片相互垂直相交的三个表面。利用该芯片结构，可在流片后直接对芯片的面阵区域进行保护膜的镀膜，而不会对侧面的引脚单元产生影响，也就无需再增加光刻胶保护、散胶、清洗等工艺步骤，节省了生产成本和时间，同时也提升了生产良率。在其他实施例中，接地引脚311和信号引脚312也可以是处于芯片的同一表面，或处于芯片相对的两个表面，但仍然与面阵区域保持不同面。

图4为本发明一实施例的指纹传感器芯片的局部剖视图，用于对将检测信号引出至引脚单元加以说明。如图所示，芯片包括半导体衬底401。MOS晶体管402形成在衬底401上，且与电容式感测元件（图中未示）电连接。金属互连结构形成于MOS晶体管402上的互连介质层403中，金属互连结构包括金属互连线M1，M2，M3以及与金属互连线M1，M2，M3配套的接触孔CT，通孔V1以及通孔V2。金属互连线M1通过接触孔CT与MOS晶体管402电连接，金属互连线M2通过通孔V1与金属互连线M1电连接，金属互连线M3通过通孔V2与金属互连线M2电连接。在金属互连线M3上，增加一层重新布线层（RDL层）404，该重新布线层中埋入金属，由此该金属的重新布线层404和MOS晶体管402电连接，一般可采用铝作为重新布线层埋入的金属材料。如图4所示，该重新布线层在水平方向延伸，终止于指纹传感器芯片的侧面，与该侧面的接脚单元电连接，图4中仅显示接地引脚405。请参考图5，接脚单元（包括接地引脚和信号引脚）通过在芯片相交的两个侧面上钻孔并注入金属形成，打孔的直径为约为100um（包含晶圆切割道），注入的金属材料例如为钨。如图所示，在钻孔区域505钻孔后可直接注入金属，随后按切割道52对晶圆进行切割以分离多个指纹传感器芯片51。待晶圆切割完成后，会形成图3所示的指纹传感器芯片。

对应于上述指纹传感器芯片，本发明还提供了一种指纹传感器芯片的封装结构。图6a～6c为该封装结构的组装示意图。以下将结合图6a～6c对封装结构及指纹传感器芯片的封装方法加以说明。

封装结构包括基板61，连接板62以及金属壳体63。其中基板具有用于与电容式指纹传感器芯片贴合的载置面，在本实施例中基板61的正面与芯片的背面（面阵区域相对的面）贴合，基板61的背面可放置进行数据处理的电子元器件。基板61例如为PCB板或陶瓷基板。连接板62垂直于基板61且与基板61连接，其对应于接脚单元的位置设有键合指621。具体来说，本实施例中连接板62为2块，分别对应于指纹传感器芯片的接地引脚和信号引脚；连接板可以为PCB板或陶瓷基板。基板61与连接板62由锡焊焊点W垂直连接并固定；两块连接板62之间通过粘合剂连接固定；基板61和连接板62之间可通过布线实现电连接。连接板62的内侧对应于接地引脚或信号引脚的位置设有突出式的键合指621，用于指纹传感器芯片引脚的插入连接并实现电路导通。较佳的，连接板62顶部具有水平向内延伸、用于抵接电容式指纹传感器芯片的限制部622，由此连接板62通过该限制部622与基板61之间形成供芯片插入的卡槽结构，可起到指纹传感器芯片的封装以及固定作用。金属壳体63组装于连接板62，用于包覆基板、连接板及电容式指纹传感器芯片，以完成电容式指纹传感器芯片的封装。由于电容式指纹传感器芯片在使用过程中不断的接触手指，需要经受外力挤压，摩擦，汗渍腐蚀等考验，不可避免的会有损坏情况发生。若金属壳体包覆指纹传感器芯片和基板后无法分开，这样无论是指纹传感器芯片损坏还是基板损坏，就需要更换整个封装结构来替换，无形中又增加了生产成本，造成不必要的浪费。因此，本实施例中，金属壳体为可拆卸地组装于连接板。具体的，金属壳体63通过卡合结构可拆卸地组装于连接板62，该卡合结构包括位于连接板上的卡槽623以及位于金属壳体的卡勾（图未示），其中卡槽623形成于限制部622上，由此可实现金属壳体从上方向下覆盖并固定于连接板。当然，在其它实施例中卡合结构也可位于连接板及金属壳体的其他位置。此外，在其它实施例中，在可以达成本发明的技术特点的前提下，卡合结构也可与本实施例的卡槽和卡勾有所差异，需视实际应用而定。

当进行指纹传感器芯片6的封装时，首先将芯片6插入卡槽结构中，芯片的信号引脚和接地引脚分别与对应位置的键合指对接，由于连接板和基板电气连接，键合指通过连接板和基板的布线可连接至基板背面的电子元器件，由此实现将指纹感测单元的检测信号输出至外部电路进行处理最终获得指纹图像数据。之后，金属壳体63向下罩住并通过卡合结构固定基板、连接板及电容式指纹传感器芯片，实现了指纹传感器芯片的封装。

综上所述，与现有技术相比，本发明所提供的电容式指纹传感器芯片通过将面阵区域和引脚单元设置于芯片不同表面，可在流片后直接对芯片进行保护膜的镀膜而不会影响到位于不同平面的引脚单元，因此相较于现有技术无需再增加光刻胶保护、散胶、清洗等工艺步骤，节省了生产成本和时间，同时也增加了生产良率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims

1.一种电容式指纹传感器芯片，其特征在于，包括：

指纹感测单元，其包括用于接受手指按压的面阵区域和多个电容式的感测元件，用于检测各所述感测元件与手指之间电容；以及

引脚单元，用于将所述指纹感测单元的检测信号输出至外部电路；

其中，所述面阵区域与所述引脚单元位于所述电容式指纹传感器芯片的不同表面，且所述引脚单元所处的表面与所述面阵区域所处的表面相互垂直。

2.根据权利要求1所述的电容式指纹传感器芯片，其特征在于，所述引脚单元包括信号引脚和接地引脚，其中所述面阵区域、所述信号引脚和所述接地引脚分别位于所述电容式指纹传感器芯片相互垂直相交的三个表面。

3.根据权利要求2所述的电容式指纹传感器芯片，其特征在于，所述面阵区域镀有保护膜。

4.一种用于权利要求1所述的电容式指纹传感器芯片的封装结构，其特征在于，包括：

基板，其具有用于与所述电容式指纹传感器芯片贴合的载置面；

连接板，垂直连接于所述基板，其对应于所述接脚单元的位置设有键合指；以及

金属壳体，组装于所述连接板，用于包覆所述基板、连接板及所述电容式指纹传感器芯片。

5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述引脚单元包括信号引脚和接地引脚，其中所述面阵区域、所述信号引脚和所述接地引脚分别位于所述电容式指纹传感器芯片相互垂直相交的三个表面；

所述连接板包括相互垂直的第一连接板和第二连接板，所述第一连接板对应于所述信号引脚的位置设有第一键合指，所述第二连接板对应于所述接地引脚的位置设有第二键合指。

6.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述金属壳体通过卡合结构可拆卸地组装于所述连接板，所述卡合结构包括位于所述连接板上的卡槽以及位于所述金属壳体的卡勾。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述连接板顶部具有水平向内延伸、用于抵接所述电容式指纹传感器芯片的限制部。

8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述卡槽形成于所述限制部上。

9.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述基板与所述连接板之间通过焊点连接固定；所述第一连接板和第二连接板之间通过粘合剂连接固定。

10.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述基板和所述连接板为PCB板或陶瓷基板。