CN104156711A - 指纹识别装置及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指纹识别装置及终端设备。该指纹识别装置包括：电路板；指纹识别组件，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接，包括：基板；传感器，形成于所述基板的顶表面上；以及控制芯片，以倒装芯片的形式安装于所述基板的底表面，并与所述传感器电连接；至少一个发光模块，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接；以及模塑层，形成于所述电路板之上，并填充于所述电路板、所述指纹识别组件和所述至少一个发光模块之间。
Description
技术领域
本发明涉及生物识别领域，尤其涉及一种内置发光组件的指纹识别装置及包含其的终端设备。
背景技术
近年来，随着存储技术的发展，终端设备如智能手机、平板电脑等存储有大量个人信息等重要资料，其安全性变得更为重要。目前多使用口令、图形等形式来实现对其终端设备的密码保护。
然而，对于口令、图形等加密方式，用户需记住设定的口令和/或图形；此外，在公共场合，还存在密码泄露的危险。而为了提高安全性，往往需要增加口令和图形的复杂度，这无疑进一步增加了用户记忆的难度，造成安全与易用之间的冲突。
指纹是由手指表面皮肤凹凸不平的纹路组成，是人体独一无二的特征，其复杂程度可提供用于识别的足够特征。指纹识别即是利用指纹唯一性和稳定性的特点来实现身份识别，而无需用户记忆。
随着智能手机、平板电脑等手持式终端设备的广泛应用，集成于智能手机等移动终端设备的指纹识别装置渐渐被使用。通常在这种应用场景下，会在智能手机或平板电脑等终端设备上通过图标等方式标识出一处指纹识别区域，以使用户在该区域上进行识别。在白天或光线充足的环境下，用户可以容易地找到该指纹识别区域进行指纹操作，但当黑天且没有灯光或光线不充足时，用于较难准确找到指纹识别区域，降低了指纹识别的成功率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有发光组件的指纹识别装置及包含其的终端设备，以使用户在夜晚光线不充足的环境下，准确找到终端设备上 的指纹识别区域。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
本发明一方面公开了一种指纹识别装置，包括：电路板；指纹识别组件，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接，包括：基板；传感器，形成于所述基板的顶表面上；及控制芯片，以倒装芯片的形式安装于所述基板的底表面，并与所述传感器电连接；至少一个发光模块，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接；以及模塑层，形成于所述电路板之上，并填充于所述电路板、所述指纹识别组件和所述至少一个发光模块之间。
于一实施例中，所述至少一个发光模块包括LED或荧光粉。
于另一实施例中，所述至少一个发光模块的数量为两个，分别位于所述指纹识别组件的两侧。
于再一实施例中，所述指纹识别装置还包括：保护层，形成在所述指纹识别组件之上，并位于所述传感器的上方。
于再一实施例中，所述保护层的材料包括：玻璃、陶瓷、蓝宝石、石英、UV胶、热固化胶或类金刚石。
于再一实施例中，所述指纹识别装置还包括：颜色层，涂覆于所述指纹识别组件之上，并位于所述指纹识别组件和所述保护层之间。
于再一实施例中，所述颜色层包括半透明的油墨层。
于再一实施例中，所述指纹识别装置还包括：框架，具有顶开口，将所述指纹识别组件容置于其中。
于再一实施例中，所述框架的顶表面高于所述保护层的顶表面。
于再一实施例中，所述框架的顶表面具有朝向中心的倒角，或者所述框架的顶表面朝向中心一侧呈圆弧形。
于再一实施例中，所述框架包括侧部和连接于所述侧部的凸出部，所述凸出部的底表面接触所述保护层。
于再一实施例中，所述框架的顶表面与所述保护层的顶表面的高度差为H，所述框架与所述传感器之间的最短距离为L，H/L为1/5～2/3。
于再一实施例中，H/L为1/4～1/2。
于再一实施例中，所述框架的顶表面与所述保护层的顶表面平齐。
于再一实施例中，所述指纹识别装置还包括：柔性电路板，通过表面贴装技术与所述电路板电连接。
本发明一方面公开了一种终端设备，包括上述任一项的指纹识别装置。
于一实施例中，所述终端设备还包括压敏元件，设置在所述指纹识别装置的下方。
本发明的指纹识别装置，通过将发光模块置于其封装结构中，可为用户在黑暗中或光线不充足的环境下提供亮光，以使用户能准确找到终端设备中的指纹识别区域，以准确进行指纹识别，为用户的使用提供了便利。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1为本发明实施例一的指纹识别装置的爆炸图。
图2为本发明实施例一的指纹识别装置沿图1中A-A’的剖面图。
图3为本发明实施例二的指纹识别装置的剖面图。
图4为本发明实施例三的指纹识别装置的剖面图。
图5为本发明实施例中的框架结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。
所描述的特征或结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本发 明。
终端设备通常被配置为包括：显示屏、触摸屏、盖板玻璃、存储、片上系统(system on chip)、CPU、GPU、内存、Wi-Fi连接、蓝牙连接、USB连接、电池、外接电源、计算机可读媒体及软件等。
此外，终端设备或终端设备的显示屏可以被配置为包括用于用户交互(例如开/关机、音量调整等)的一个按钮或者一种物理外形(form factor)。按钮可以集成于终端设备的外壳中，也可以包括在终端设备的屏幕中。物理外形的尺寸可以小于或等于900mm2，可以小于或等于400mm2，可以小于或等于225mm2，可以小于或等于100mm2，可以小于或等于75mm2，可以小于或等于50mm2，可以小于或等于25mm2，可以小于或等于10mm2，或者可以小于或等于5mm2。在一些实施例中，物理外形的厚度小于或等于2mm，优选地小于或等于1.5mm，更进一步地，还可以小于或等于1mm。
指纹识别装置例如可以包括：指纹传感器、速度传感器和电性连接于指纹传感器和速度传感器的控制电路。指纹传感器和速度传感器的电极通过蚀刻等方式形成于基底的顶表面。保护层形成于指纹传感器和速度传感器上，以为传感器提供电性隔离及机械保护。可选地，指纹传感器的电极也可以形成于基底的底表面，其中基底可以作为保护层，并进一步地在基底的顶表面上形成一层硬涂层(hard coating)。
本发明公开的指纹识别装置被集成于终端设备的屏幕或者外壳中，并位于终端设备的屏幕或者外壳的顶表面上，以使用户的手指接触终端设备的顶表面时，指纹传感器与手指的距离在250μm内。在至少部分地配置中，指纹识别装置可以被配置为当用户的手指接触终端设备的顶表面时，其中的指纹传感器与手指的距离在200μm内，优选地在150μm内，更优选地在100μm内，更甚者可在50μm内。
在一些实施例中，可提供一单一芯片来控制显示屏、触摸屏和指纹识别装置的至少其中之一的功能。此外，本发明中的包含指纹传感器的终端设备的顶表面是光滑的或大致光滑的。显示屏和指纹识别装置被配置为集成在一起并具有相同的操作方式，或者被配置为终端设备包含的单一组件。
本发明公开的指纹识别装置为终端设备的一个用户接口壳体，例如为 终端设备中的一个按钮，被集成于终端设备中，例如智能手机。其尺寸可因终端设备的不同而适应性地进行设计。适配的二维尺寸，例如正方形或长方形，可以为4mm×1mm、4mm×4mm、5mm×15mm、10mm×10mm或10mm×15mm等。适配的直径，例如为圆形或椭圆形，可以为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。列举的上述尺寸仅为示例，本发明不以此为限。此外，本发明中的指纹识别装置的尺寸还与其中的传感器是一维传感器还是二维传感器有关。
本发明公开的指纹识别装置的形状可以为任何物理形状，包括：圆形、椭圆形、正方形、长方形、梯形、三角形等，本发明不以此为限。智能手机或平板电脑通常使用具有高光泽度的基底作为其盖板。这些盖板的材料通常为玻璃、强化玻璃、透明塑料、丙烯酸或者具有任何高光泽度表面的材质。为了适配于这样的终端设备中，指纹识别装置的壳体的顶表面也需要具有高光泽度的表面，以与周围的表面所匹配。指纹识别装置的壳体的顶表面的材料，例如可以为玻璃、塑料、丙烯酸等。
在一些实施例中，指纹识别装置中的指纹传感器还可以与终端设备的触摸传感器(touch sensor)协同工作。使用同一个控制芯片控制触摸传感器电路和指纹传感器电路。该双功能控制器可以集成于指纹识别装置中，或者通过柔性电路板与指纹识别装置电性连接。
图1为本发明实施例一的指纹识别装置的爆炸图。图2为本发明实施例一的指纹识别装置沿图1中A-A’的剖面图。如图1和图2所示，指纹识别装置1包括：指纹识别组件10、电路板12、至少一个发光模块14、模塑层16及保护层18。
指纹识别组件10设置于电路板12之上，与电路板12之间采用BGA(Ball Grid Array,球栅阵列)封装方式进行封装。指纹识别组件10通过多个BGA焊锡球(Solder Ball)11与电路板12电性连接。
至少一个发光模块14设置于电路板12之上，并与电路板12电性连接。在一些实施例中，采用两个发光模块14，如图2所示，分别位于指纹识别组件10的两侧，以为指纹识别区域提供均匀的光源。
发光模块14例如为发光二极管(LED)。发光模块14还可以为荧光粉，能够在没有光线或光线不充足的环境中自行发光，因为荧光粉是在受到自 然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时，因而其无需消耗终端设备的电量。此外，发光模块还可以LED和荧光粉的结合，在指纹识别装置所属的终端设备电量充足时，如果需要启动发光模块，则可以开启LED，使LED和荧光粉同时发光；而当该终端设备的电量较低(例如低于10％)时，再夜间或黑暗处则不开启LED灯，仅通过荧光粉自行发光，以节省终端设备的电量。
模塑层16形成于电路板12之上，填充于指纹识别组件10、电路板12和至少一个发光模块之间。模塑层16采用的材料例如为环氧树脂模压胶(Epoxy Modeling Compound,EMC)。
保护层18设置于指纹识别组件10上方，例如为材质为玻璃、陶瓷、蓝宝石或石英的面板，兼有抗压、防刮及透光的特性。保护层18使得指纹识别组件10不会直接接触用户的手指，从而使指纹识别装置持久耐用。
指纹识别组件10包括：基板100、传感器110和控制芯片120。
传感器110形成于基板100的顶表面上。包括至少一个传感元件，以感测用户手指的脊和谷，从而对用户的指纹进行识别。传感器1002可以为一维结构也可以为二维结构，本发明不以此为限。
本发明中的传感器110可以为呈条状式分布的擦划式传感器，也可以为呈阵列式分布的按压式传感器，本发明不以此为限。此外，传感器1002还可以与执行对用户的指纹的光学感测、红外感测、或其他感测的元件结合或组合地工作，这些元件本身可以耦合到用户手指的表皮、用户手指的皮下部分、或者表示用户的指纹的某种其他特征。
控制芯片120以倒装芯片(flip chip)形式安装在基板100的底表面上，并通过基板100与传感器110电性连接，从而使传感器110的信号传输到控制芯片120中进行处理。
指纹识别组件10还包括：柔性电路板(FPC)19(见图1)。电路板12通过表面贴装技术(Surface Mount Technology,SMT)与柔性电路板电性连接。
指纹识别装置1通过柔性电路板与外部电路(例如，智能手机或平板 电脑等的处理电路)进行电性连接。此外，柔性电路板上还包括至少一个无源元件，例如电阻或电容等。
指纹识别组件10还包括：框架17。框架17具有顶开口，盖在形成有保护层18的指纹识别组件10上，将指纹识别组件10置于其中，用于形成指纹识别装置1的外部轮廓。框架17的材质例如为金属、塑料或者PEEK(polyetheretherketone,聚醚醚酮树脂)材料，其具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等特点。
框架17的顶表面与保护层18的顶面可以平齐，也可以如图5中(a)至图5中(d)所示，框架17的顶表面高于保护层18。如图5中(a)中所示，框架17朝向其中心，即朝向指纹识别组件10的顶角可以为直角；或者，如图5中(b)所示，框架17的顶表面具有朝向其中心，即朝向指纹识别组件10的倒角；或者，如图5中(c)所示，框架17朝向其中心，即朝向指纹识别组件10的顶角呈圆弧形；再或者，如图5中(d)所示，框架17包括侧部和连接于侧部的凸出部，凸出部的底表面与保护层18接触。
如图5中(a)或图5中(d)所示，框架17的顶表面高于保护层18的顶表面，例如两者之间的高度差为H，在用户的手指进行指纹识别时，如果指纹识别组件100与框架之间的间距L为0时，在靠近框架17的部分，手指将接触不到指纹识别组件100，从而无法准确地识别用户手指的指纹。
而如图5中(b)或图5中(c)中所示，虽然由于框架17具有倒角或朝向中心部分的顶角呈圆弧形，手指接触不到指纹识别组件100的面积小于如图5中(a)或图5中(d)所示的朝向中心部分的顶角为直角的情况，但也需要L大于0，以确保准确地进行指纹识别。
在研究中发现，间距L与高度H之间存在一定的比例关系，当H与L的比值，即H/L为1/5～2/3时，可以确保指纹识别地准确进行。优选地，H/L为1/4～1/2。
图3为本发明实施例二的指纹识别装置的剖面图。图3所示的实施例二的指纹识别装置2与图2所示的实施例一的指纹识别装置1的区别在于：指纹识别装置2中的保护层28与指纹识别装置1中的保护层18所采用的材料不同，此外指纹识别装置2还可以包括颜色层20。
保护层28形成于指纹识别组件10的上方，以对指纹识别组件10， 尤其是对传感器110进行保护。保护层28通过喷涂技术或印刷技术形成，其材料例如包括UV胶(紫外光表面透明胶)、热固化胶或类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)。
在一些实施例中，指纹识别装置2还包括颜色层20，形成于指纹识别组件10与保护层28之间，以保证其下的指纹识别组件10对用户不可见，美化指纹识别装置；此外还具有与终端设备的壳体外观同步的作用，例如如果其所属的终端设备为白色，则可以通过颜色层20使指纹识别装置1呈现白色，而如果其所属的终端设备为黑色，则通过颜色层20使指纹识别装置1呈现黑色。颜色层20例如为一半透明的油墨层，或者为通过沉积技术形成或者由其他特殊技术形成的半透明镀层。通常，颜色层20可显示为白色、黑色等，但本发明不以此为限。
此外，在保护层28或者在保护层28和颜色层20之下，还可以包括其他层，本发明不以此为限。
实施例二中与实施例一中相同的内容，在此将不再赘述。
图4为本发明实施例三的指纹识别装置的剖面图。图4所示的实施例三的指纹识别装置3与图2所示的实施例一的指纹识别装置1的区别在于：指纹识别装置3不包括保护层18和框架17。
如图4所示，实施例三的指纹识别装置3相比于实施例一的指纹识别装置1结构上更为简单，不包括保护层18和框架17，简化了封装结构，节省了材料成本。
此外，指示识别装置3也可以仅不包括保护层18或者仅不包括框架17，本发明不以此为限。
实施例三中与实施例一中相同的内容，在此将不再赘述。
本发明公开的指纹识别装置可集成于终端设备例如智能手机、平板电脑等的触摸屏或壳体中。例如，可以与终端设备的控制按钮或者开关元件组合使用，也可以直接嵌入到终端设备的盖板玻璃或壳体内单独使用。总之，能根据终端设备的情况，进行适应性的调整，以方便用户的使用。当指纹识别装置与终端设备的控制按钮或者开关元件组合使用时，在指纹识别装置的下方还需要设置有压敏元件，以感应用户在操作该控制按钮或者开关元件时的按压操作。
本发明的指纹识别装置，通过将发光模块置于其封装结构中，可为用户在黑暗中或光线不充足的环境下提供亮光，以使用户能准确找到终端设备中的指纹识别区域，以准确进行指纹识别，为用户的使用提供了便利。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。
Claims (17)
1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括：
电路板；
指纹识别组件，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接，包括：
基板；
传感器，形成于所述基板的顶表面上；以及
控制芯片，以倒装芯片的形式安装于所述基板的底表面，并与所述传感器电连接；
至少一个发光模块，位于所述电路板之上，与所述电路板电连接；以及
模塑层，形成于所述电路板之上，并填充于所述电路板、所述指纹识别组件和所述至少一个发光模块之间。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个发光模块包括LED或荧光粉。
3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个发光模块的数量为两个，分别位于所述指纹识别组件的两侧。
4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：保护层，形成在所述指纹识别组件之上，并位于所述传感器的上方。
5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述保护层的材料包括：玻璃、陶瓷、蓝宝石、石英、UV胶、热固化胶或类金刚石。
6.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：颜色层，涂覆于所述指纹识别组件之上，并位于所述指纹识别组件和所述保护层之间。
7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述颜色层包括半透明的油墨层。
8.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：框架，具有顶开口，将所述指纹识别组件容置于其中。
9.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述框架的顶表面高于所述保护层的顶表面。
10.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述框架的顶表面具有朝向中心的倒角，或者所述框架的顶表面朝向中心一侧呈圆弧形。
11.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述框架包括侧部和连接于所述侧部的凸出部，所述凸出部的底表面接触所述保护层。
12.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述框架的顶表面与所述保护层的顶表面的高度差为H，所述框架与所述传感器之间的最短距离为L，H/L为1/5～2/3。
13.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，H/L为1/4～1/2。
14.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述框架的顶表面与所述保护层的顶表面平齐。
15.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：柔性电路板，通过表面贴装技术与所述电路板电连接。
16.一种终端设备，其特征在于，包括权利要求1-15任一项所述的指纹识别装置。
17.根据权利要求16所述的终端设备，其特征在于，还包括压敏元件，设置在所述指纹识别装置的下方。
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