CN104182743A - 发散式感测装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发散式感测装置及其制造方法，所述发散式感测装置包括，多个感测电路元形成于下结构体中，上结构体沿着一垂直方向设置于下结构体上，多个发散线路形成于上结构体中，并分别电连接至此等感测电路元。各发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段。多个感测电极元形成于上结构体中，并分别电连接至此等发散线路。此等感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路传输至此等感测电路元，此等感测电路元分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。涵盖此等感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖此等感测电极元的一最小分布面积。

Description

发散式感测装置及其制造方法

技术领域

本发明通常是涉及一种感测装置及其制造方法，且特别是涉及一种发散式感测装置及其制造方法，以及应用所述感测装置于例如指纹感测的技术。

背景技术

传统的非光学式指纹感测装置，譬如是电场/电容、热感应、压力感应等指纹感测装置，因为必须对手指的纹路进行感测动作，所以其感测面积需要维持与手指接触的必要面积，才能得到足够的感测准确度。以电场/电容式的指纹传感器为例，其具有多个排列成阵列的感测元，这些感测元所占的面积与手指的面积是一比一地对应。例如具有解析度500dpi的指纹传感器的设计，感测阵列中的感测元的节距(pitch)大约等于50微米(um)，每一个感测元同时包括了一感测电极及其下面所对应的感测电路，其通常的制作方式是将二者整合于半导体集成电路(IC)制造工艺，例如互补式金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺，通过制造工艺中的最上表层金属(top metal)作为感测电极元，以定义出感测元的节距，同时使每个感测电极下方成为所对应的感测电路，以形成一种单石型(monolithic)的设计。然而这样的单石型设计，对于面积型的传感器(area sensor)而言，如果需要有多大的感测面积，就需要有多大的感测阵列。例如，感测阵列具有100×100个感测元，则会有约5mm×5mm的感测面积，如果再加上周边的模拟及数字电路，则整个指纹传感器或芯片的面积将会是相当大，使得成本相当高昂。

因此，如何缩小感测电路的面积，却仍保有等效大的感测面积，实为本案所欲解决的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能缩小感测电路的面积，却仍保有等效大的感测面积的感测装置及其制造方法。

为达上述目的，本发明提供一种感测装置，至少包括一下结构体、多个感测电路元、一上结构体、多个发散线路以及多个感测电极元。多个感测电路元形成于下结构体中。上结构体沿着一垂直方向设置于下结构体上。多个发散线路形成于上结构体中，并分别电连接至此等感测电路元。各发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段。多个感测电极元形成于上结构体中，并分别电连接至此等发散线路，此等感测电极元感测一手指的指纹而产生多个感测信号。此等感测信号分别通过此等发散线路传输至此等感测电路元。此等感测电路元分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。涵盖此等感测电路元的一最小分布面积小于涵盖此等感测电极元的一最小分布面积。

本发明亦提供一种感测装置的制造方法，至少包括以下步骤：于一下基板上形成多个感测电路元而获得一下结构体，下结构体具有多个露出的下连接部；于一上基板上形成多个发散线路而获得一过渡上结构体，各发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，过渡上结构体具有多个露出的上连接部；将下结构体置于过渡上结构体上方，并使此等下连接部与此等上连接部分别对准并接合在一起而获得多个连接部；填入一底胶于过渡上结构体与下结构体之间，并使底胶包围此等多个连接部；以一模塑料(Molding Compound)层将过渡上结构体与下结构体固定在一起；移除部分的上基板，直到露出此等发散线路的其中一个垂直延伸区段为止；以及于上基板上形成多个电连接至此等发散线路的感测电极元，并于上基板及此等感测电极元上形成一保护结构。此等感测电极元感测一手指的指纹而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路传输至此等感测电路元，此等感测电路元分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。涵盖此等感测电路元的一最小分布面积小于涵盖此等感测电极元的一最小分布面积。

本发明更提供一种感测装置的制造方法，至少包括以下步骤：于一下基板上形成多个感测电路元而获得一下结构体，下结构体具有多个露出的下连接部；于一上基板上形成多个发散线路及多个感测电极元而获得一过渡上结构体，各发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，过渡上结构体具有多个露出的上连接部，此等感测电极元分别电连接至此等发散线路；将下结构体置于过渡上结构体上方，并使此等下连接部与此等上连接部分别对准并接合在一起而获得多个连接部；填入一底胶于过渡上结构体与下结构体之间，并使底胶包围此等多个连接部；以一模塑料(MoldingCompound)层将过渡上结构体与下结构体固定在一起；以及移除上基板，其中，此等感测电极元感测一手指的指纹而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路传输至此等感测电路元，此等感测电路元分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。涵盖此等感测电路元的一最小分布面积小于涵盖此等感测电极元的一最小分布面积。

本发明更提供一种感测装置的制造方法，至少包括以下步骤：于一下基板上形成配置成一感测电路元阵列的多个感测电路元而获得一下结构体，下结构体具有多个露出的下连接部；将多个下结构体置放于一封装基板上；以一模塑料层将下结构体与下基板固定在一起，模塑料层包覆此等下连接部；移除模塑料层的一部分，以露出此等下连接部；以及于模塑料层上形成多个发散线路及配置成一感测电极元阵列的多个感测电极元而获得多个上结构体，各发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，此等发散线路将此等感测电极元分别电连接至此等下连接部。此等感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路传输至此等感测电路元，此等感测电路元分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。涵盖此等感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖此等感测电极元的一最小分布面积。

通过上述的实施样态，可以在不缩小指纹感测元的节距的情况下缩小感测电路元的节距，因而可以降低感测电路的芯片所使用的面积，藉此降低感测装置的成本。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1显示依据本发明第一实施例的感测装置的局部立体分解图。

图2A与2B显示依据本发明第一实施例的感测装置的两个例子的局部剖面图。

图3A至3J显示依据本发明第一实施例的感测装置的制造方法的各步骤的结构图。

图3K至3N显示依据本发明第一实施例的感测电极元的形成方法的一个例子的各步骤的结构图。

图4显示依据本发明第二实施例的感测装置的局部立体分解图。

图5显示依据本发明第二实施例的感测装置的局部剖面图。

图6A至6D显示依据本发明第二实施例的感测装置的制造方法的各步骤的结构图。

图7A显示依据本发明第三实施例的感测装置的局部立体分解图。

图7B显示依据本发明第三实施例的感测装置的局部立体组合图。

图7C显示依据本发明第三实施例的感测装置的完整立体组合图。

图8A至8E显示依据本发明第四实施例的感测装置的制造方法的各步骤的结构图。

图9A显示装设有感测装置的电子设备的俯视图。

图9B与9C显示感测装置的装设位置的两个例子。

附图标号说明：

A20：最小分布面积

A50：最小分布面积

F：手指

P20：节距

P50：节距

SC：切割线

1、1'、1''、1'''：感测装置

10、10'''：下结构体

11：下基板

12：下连接部

13：介电材料

20、20'''：感测电路元

21：扫描电路

22：接收电路

30、30''：上结构体

30B：表面

30T：表面

30TR、30''TR：过渡上结构体

31、31''：上基板

31A1：绝缘层

31A2：电性连接口

31A3：金属层

31B：下表面

31T：上表面

32、32''：介电结构

33：保护结构

40、40''、40'''：发散线路

41、41''、41'''：水平延伸区段

42、42''、42'''：垂直延伸区段

42A：绝缘层

43：输出焊垫

43C：连接部

44：连接部

45：模塑料层

46：锡球

47：连接线

48：底胶

50、50''：感测电极元

51：扫描电极

52：接收电极

80：封胶层

90：电路板

101：粘性载板

150：封装基板

160：模塑料层

200：电子设备

210：面板

212：凹槽

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的概念主要是如何节省涵盖感测电路及相关周边处理电路的IC面积，以达到节省面积型指纹感测装置的成本。本发明实施的创意在于将感测装置拆开成为感测电路元阵列(包括相关周边处理电路成为单石型IC)与实际与手接触的感测电极元阵列，并予以分别制作。感测电路元阵列因为是完整的IC制造工艺，因此要求每一感测电路元彼此节距予以缩小至例如25um，然而感测电极元彼此节距仍维持原有的产品要求的规格(例如商用指纹感测装置要求至少500dpi，表示感测电极元的节距约为50um，这样一来，本发明感测电路元阵列的面积将只有感测电极元阵列面积的1/4，因此可以大幅节省感测IC的成本，而感测电极元阵列仅由IC制造工艺后段的金属导线(2至3层)制作而成，其成本相对低廉，而如何将两者组装而成是利用例如微凸块(micro-bump或ubump)结构相互连接所述感测电路元与所述感测电极元，以形成一对一对应。为了达到这样的效果，必须利用发散线路的设计，以下将有详细的说明。

图1显示依据本发明第一实施例的感测装置1的局部立体分解图。图2A与2B显示依据本发明第一实施例的感测装置1的两个例子的局部剖面图。于此实施例中，通过一个精密的中介层(interposer)，以完成本发明创新性的结构发明。在本实施例中，中介层为硅中介层，当然也可以是玻璃、陶瓷材料或者其他材料所形成的中介层，而利用硅中介层最大优点在于其可以完全利用半导体制造工艺的先进发展。

首先，如图1与图2A所示，本实施例提供一种感测装置1，至少包括一下结构体10、构成一感测电路元阵列的多个感测电路元20、一上结构体30、多个发散线路40以及多个感测电极元50。感测电极元50的节距的范围大概在25至80微米之间。

于一个例子中，下结构体10是通过在下基板(特别是半导体基板，更特别是硅基板)11上，利用半导体制造工艺形成多个感测电路元20。因此，感测电路元20是形成于下结构体10中，而下结构体10中因为形成有感测电路元等IC，故又可被称为是感测IC下结构体。

上结构体30沿着一垂直方向设置于下结构体10上，当作一个精密的硅中介层用。上结构体30中没有形成一主动元件(MOS晶体管或二极管等)，但可选择地形成有电阻或电容及电感等被动元件。上结构体30至少包括一上基板31、一介电结构(可能具有单层或多层材料)32以及一保护结构33。于一例子中，上基板31是由硅所构成。值得注意的是，于本实施例中，介电结构32是形成于上基板31上，例如标准的半导体薄膜沉积(thin film deposition)及光刻技术(photo lithography)，而非是利用组装的方式组装上去，所以图1的立体图只是为了提供清楚显示发散线路40的目的用。介电结构32位于上基板31的一下表面31B，并包围此等发散线路40以保护并辅助支撑此等发散线路40。保护结构33位于上基板31的一上表面31T，并包围此等感测电极元50。保护结构33可以为一般的介电结构材料(如氧化硅及氮化硅等材料)组成，更可以包括具有疏水与疏油性材料，也可以是其他高介电系数的陶瓷材料(例如氧化铝等等)，亦或者多层材料的组合，用来保护感测电极元50。

多个发散线路40形成于上结构体30中，并分别电连接至此等感测电路元20。各发散线路40包括互相垂直的至少一水平延伸区段41与至少一垂直延伸区段42。较佳是使用至少两个水平延伸区段41与至少两个垂直延伸区段42。垂直延伸区段42包括直通硅晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)，TSV与上基板31之间存在有绝缘层42A，才能电性隔开TSV与硅基板。值得注意的是，于本实施例的发散线路40的最上方的垂直延伸区段42为TSV，而除了TSV以外的对应的其他分配线路本质上为半导体后段制造工艺所形成的金属导线以及金属间的栓塞金属(via metal)组合而成，而介电结构32承载保护这些栓塞金属以及金属导线，分配线路的相关材料及制造方法为本领域技术人员所知悉，在此不加以说明。另外，水平延伸区段41的信号传导方向是沿着水平方向，而垂直延伸区段42的信号传导方向是沿着垂直方向。此外，TSV及发散线路是连接感测电极元50与感测电路元20的媒体，是作感测信号的传导使用，而不是如已知技术般作为封装使用般地连接至锡球或焊接至电路板作信号输出用。再者，下结构体10与上结构体30连接的部位是以微凸块接合的方式形成连接部44，且下结构体10与上结构体30之间填入有底胶(underfill)48来覆盖支撑连接部44。

多个感测电极元50形成于上结构体30中，并分别电连接至此等发散线路40。此等感测电极元50感测一手指F的指纹而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路40传输至此等感测电路元20，此等感测电路元20分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。除了感测手指F的指纹以外，本发明的感测装置亦可以感测与生物体接触的电信号，例如当作触控开关使用或感测皮肤的干湿度、温度、皮肤底下的血液成分、皮肤底下的血管分布图案等。亦即，本发明的感测电极元50可以感测生物体的生物特征。此生物特征最好是个人所独特拥有的(单手指或多手指触控并非是个人所独特拥有的)，但并不受限于此。由于发散线路40的特殊设计，使得涵盖此等感测电路元20的一最小分布面积A20(或称感测电路元阵列的最小分布面积)等于或小于涵盖此等感测电极元50的一最小分布面积A50(或称感测电极元阵列的最小分布面积)。举例而言，此等感测电路元20的一节距(pitch)P20小于此等感测电极元50的一节距P50。由于目前的硅中介层所使用的金属连线的线宽及线距都与现在半导体的制造工艺技术相匹配(现行半导体制造工艺已经可以提供至20nm制造工艺了)，因此本发明也是利用这些相当精细的导体连线，才能将小面积的感测电路元阵列发散成大面积的感测电极元阵列，所以将中介层的TSV作为核心集成电路(IC)区块(感测电路元20)的延伸是毫无问题的。

此外，为了将输出信号输出，上述的感测装置1可以更包括多个输出焊垫43、一模塑料(molding compound)层45以及一电路板90。

输出焊垫43形成于上结构体30的一表面30B上，并分别电连接至此等感测电路元20，且输出此等输出信号。模塑料层45覆盖上结构体30及下结构体10，达成固定的功效。输出焊垫43亦有其他的实施方式，说明于后。电路板90电连接至此等输出焊垫43。于图2A的例子中，此等输出焊垫43是通过多个锡球46焊接至电路板90上。

于图2B的感测装置1'的例子中，此等输出焊垫43是通过多个连接线47焊接至电路板90上，然后通过封胶层80将连接线47与输出焊垫43封住。

图3A至3J显示依据本发明第一实施例的感测装置1的制造方法的各步骤的结构图。首先，如图3A所示，于一下基板11上形成多个感测电路元20而获得一下结构体10，下结构体10具有多个露出的下连接部12。下基板11譬如是半导体基板，特别是硅基板，通过半导体制造工艺而在硅基板上形成感测电路元20以及包围感测电路元20的介电材料13。所述感测电路元可以包括位于硅基板内的主动元件以及连接所述的多个主动元件的线路元件，当然在本图为了简化说明，仅表示核心的感测电路元20的感测电路元阵列，然而本领域技术人员当知悉，感测电路元阵列为一感测IC的一部分，且所述IC更可以包括相关的模拟及数字电路。接着，如图3B所示，于一上基板31上形成一组多个发散线路40而获得一过渡上结构体30TR，各发散线路40包括互相垂直的水平延伸区段41与垂直延伸区段42，过渡上结构体30TR具有多个露出的上连接部43C。属于TSV的垂直延伸区段42的形成方式可以通过刻蚀出沟槽，在沟槽上形成绝缘层，在绝缘层上形成金属层、以此金属层(譬如铜层)作为种子层进行电镀等步骤以形成TSV。值得特别说明的是，本发明的上基板31的制造方式，是利用完整的晶片(wafer)制造流程，也就是考量到最佳的成本，可以利用八英寸或十二英寸晶片而以最佳成本效益来进行，然而晶片尺寸并不受限。

然后，如图3C与3D所示，将下结构体10置于过渡上结构体30TR上方，并使下连接部12与上连接部43C分别对准并接合在一起而获得多个连接部44。值得注意的是，可以形成多个下结构体10。利用属于芯片等级的多个下结构体10排列成阵列而与属于晶片等级的过渡上结构体30TR，通过芯片堆叠于晶片上(Chip On Wafer，COW)的技术来进行大量生产。此外，下连接部12及/或上连接部43C可以利用微凸块的型式来实施。微凸块可以是焊锡凸块、铜凸块或其他金属凸块，譬如金、银、镍、钨、铝及其合金所组成的凸块。下连接部12与上连接部43C的接合可以是焊锡接合或直接金属-金属(譬如铜-铜)扩散接合。兹以焊锡凸块的例子作说明，可以在露出的金属上面形成一介电结构，再对介电结构定义出开口以露出连接垫，然后于连接垫与介电结构上形成一铜种子层，然后在铜种子层上形成光阻并对光阻定义出一开口，接着进行电镀，以形成铜层，然后在铜层上形成焊帽(solder cap)，接着去掉光阻以进行回焊以形成微凸块。

接着，如图3E所示，填入一底胶48于过渡上结构体30TR与下结构体10之间，并使底胶48包围此等多个连接部44。

然后，如图3F所示，以模塑料层45将过渡上结构体30TR与下结构体10固定在一起。此举在COW的技术上，可以将模塑料填充在相邻的下结构体10之间，以利后续的切割程序的进行。

接着，如图3G所示，移除部分的上基板31，直到露出此等发散线路40的其中一个垂直延伸区段42为止，如此可以使过渡上结构体30TR变成上结构体30。举例而言，以一粘性载板101贴合模塑料层45，然后研磨部分的上基板31，使TSV露出为止。接着，移除粘性载板101。

然后，如图3H所示，于上基板31上形成多个电连接至此等发散线路40的感测电极元50，并于上基板31及此等感测电极元50上形成一保护结构33。感测电极元50当作前述的感测元使用，可以利用电容/电场/热感应/压力感应的原理来感测一手指F的指纹而产生多个感测信号。此等感测信号分别通过此等发散线路40传输至此等感测电路元20。此等感测电路元20分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。由于可以达成从感测电路元20发散至感测电极元50，所以涵盖此等感测电路元20的最小分布面积等于或小于涵盖此等感测电极元50的最小分布面积。涉及感测电极元50的形成方式的细节的一个例子将说明于后。

为了将感测电路元20的信号取出，可以采用多种半导体制造工艺及组装制造工艺，以下说明两个例示但非限制的例子。

为了形成图2A的感测装置1，上述制造方法可以更包括以下步骤。首先如图3I所示，移除部分的模塑料层45，以露出形成于上结构体30的表面30B上的多个输出焊垫43。于一例子中，可以利用激光来移除部分的模塑料层45。接着，如图3J所示，植入多个锡球46于此等输出焊垫43上，然后利用例如回焊(reflow)技术将此等输出焊垫43焊接至一电路板90(参见图2A)上。此电路板90具有至少一层导体连接层，主要是要将感测信号连接到其他电子装置(譬如手机的处理器)使用，同时使电子装置控制感测装置1的运作。

为了形成图2B的感测装置1'，上述制造方法可以更包括以下步骤。请参见图2B，首先移除部分的上基板31，以露出形成于上结构体30的表面30T上的多个输出焊垫43。然后，将模塑料层45置于一电路板90上。接着，利用多条连接线47将此等输出焊垫43连接线连接至电路板90上。由于这属于标准的封装制造工艺，所以于此不再赘述。

图3K至3N显示依据本发明第一实施例的感测电极元的形成方法的一个例子的各步骤的结构图。于一个例示但非限制例子中，感测电极元50可以通过下述方式而形成。首先，如图3K所示，在露出TSV(垂直延伸区段42)之后，在上基板31上形成一绝缘层(例如氧化硅或氮化硅层)31A1。接着，如图3L所示，利用光刻技术(lithography)于TSV处形成电性连接口31A2。然后，如图3M所示，于绝缘层31A1及TSV上形成一金属层31A3。接着，如图3N所示，利用光刻技术将金属层31A3定义出多个电连接至TSV的感测电极元50。在本实施例中，绝缘层31A1可以被视为是上结构体30的一部分。此等感测电极元50是直接制作于此等TSV上方，当然本发明并不受限于此，亦可以其他技术(譬如贴合、焊接等)来制作感测电极元50。

图4显示依据本发明第二实施例的感测装置1''的局部立体分解图。图5显示依据本发明第二实施例的感测装置1''的局部剖面图。如图4与图5所示，本实施例类似于第一实施例，不同之处在于在本实施的上结构体30''没有形成TSV，而是以图2A的发散线路40的最上方导体的水平延伸区段当作感测电极元50''。因此，上结构体30''至少包括一介电结构32''，包围此等发散线路40''及此等感测电极元50''。换言之，本实施例的发散线路40''也是形成于上结构体30''中，并分别电连接至此等感测电路元20。各发散线路40''包括互相垂直的至少一水平延伸区段41''与至少一垂直延伸区段42''，垂直延伸区段42''不包括TSV。多个感测电极元50''形成于上结构体30''中，并分别电连接至此等发散线路40''。

图6A至6D显示依据本发明第二实施例的感测装置1''的制造方法的各步骤的结构图。

首先，类似于图3A，于下基板11上形成多个感测电路元20而获得下结构体10，下结构体10具有多个露出的下连接部12。

然后，如图6A所示，于一上基板31''上形成多个发散线路40''及多个感测电极元50''而获得一过渡上结构体30''TR，各发散线路40''包括互相垂直的至少一水平延伸区段41''与至少一垂直延伸区段42''，过渡上结构体30''TR具有多个露出的上连接部43C，此等感测电极元50''分别电连接至此等发散线路40''。

接着，如图6B与图6C所示，将下结构体10置于过渡上结构体30''TR上方，并使下连接部12与上连接部43C分别对准并接合在一起而获得多个连接部44。然后，填入底胶48于过渡上结构体30''TR与下结构体10之间，并使底胶48包围此等多个连接部44。然后，以模塑料(Molding Compound)层45将过渡上结构体30''TR与下结构体10固定在一起。接着，以粘性载板101贴合模塑料层45，并研磨上基板31以移除上基板31，直到上基板31完全被移除为止，也就是剩下介电结构32''及其中的感测电极元50''与发散线路40''，如此获得如图6D所示的结构。此外，亦可以在介电结构32''上形成至少一保护结构，保护结构的材料可以如前所述。

当然，在于本实施例中，此等感测电极元50''亦能感测手指F的指纹而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路40''传输至此等感测电路元20，此等感测电路元20分别处理此等感测信号以获得多个输出信号，其中涵盖此等感测电路元20的最小分布面积小于涵盖此等感测电极元50''的最小分布面积。输出焊垫43的输出连接方式是类似于第一实施例，故于此不再赘述。

图7A、图7B与图7C分别显示依据本发明第三实施例的感测装置1'''的局部立体分解图、局部立体组合图以及完整立体组合图。本实施例类似于第二实施例，不同之处在于布线的型式。因此，于第三实施例的感测装置1'''中，此等感测电极元50'''的感测电极元阵列至少包括多个扫描电极51，以及多个接收电极52，与此等扫描电极51互相垂直交织，举例而言，利用两金属层设计即可以达到此一结构。所谓的垂直交织是指电极的连接线垂直跨过而不产生电连接。此外，感测电路元20'''的感测电路元阵列至少包括：多个扫描电路21，各扫描电路21电连接至此等扫描电极51的其中一行，以进行扫描动作；以及多个接收电路22，各接收电路22电连接至此等接收电极52的其中一列，以进行接收动作而获得感测信号。

此实施例的感测结构类似于传统触控面板的投射式电容，虽然扫描电极51与接收电极52是以正方形的方式排列成阵列，但是扫描电极51与接收电极52亦可以菱形的方式排列，以提高覆盖率。不同于传统触控面板的是本实施例的扫描电极51与接收电极52并未被玻璃(约为0.3～1mm)覆盖，覆盖扫描电极51与接收电极52的保护结构的厚度范围大约是0.1微米至60微米之间，较佳是10至50微米，且本实施例的解析度远高于触控面板，感测元的解析度譬如25至80微米，较佳是50微米左右，也远小于触控面板的6mm，触控面板的技术是将手指当作单一信息输入，而本发明则是要扫描到手指表面的纹路，这都使得本发明的感测元结构难度远高于传统的触控面板，因此传统的投射式电容触控面板设计是完全无法达到指纹、血管分布图案及血液成分感测的功能。此外，本实施例将扫描电路21与接收电路22都设计于单一芯片上。扫描电路21与接收电路22组合成感测电路元20'''。发散线路40'''同样包括水平延伸区段41'''与垂直延伸区段42'''。此外，在图7C中，模塑料层45同样被提供以固定下结构体10'''与上结构体30'''。

由于本实施例的下结构体10'''的硅芯片的水平面积与上结构体30'''的水平面积不是一对一地对应，所以硅芯片可以被设计得细长且很小，有助于更进一步降低成本。再者，本实施例与第二实施例的另一区别在于感测元阵列(包括扫描电极51与接收电极52)并非是位于下结构体10'''的正上方。

图8A至8E显示依据本发明第四实施例的感测装置的制造方法的各步骤的结构图。本实施例的结构类似于第二或第三实施例，但是由不同的制造方法所形成。

首先，如图8A所示，于下基板11上形成多个感测电路元20而获得下结构体10，下结构体10具有多个露出的下连接部12。下连接部12连接至感测电路元20。感测电路元20及下连接部12被介电材料13所包围。可以一次于一晶片上形成多个下结构体10，然后再进行切割以获得多个下结构体10。这是利用一般半导体制造工艺所成轻易完成的结构，故于此不再详述。接着，将多个下结构体10置放于晶片等级的封装基板(譬如是硅基板、玻璃基板等)150上。然后，如图8B所示，以一模塑料层160将下结构体10与下基板11固定在一起，模塑料层160包覆此等下连接部12。接着，以粘性载板101贴合封装基板150。然后，进行譬如研磨等程序来移除模塑料层160的一部分，以露出此等下连接部12，如图8C所示。接着，于模塑料层160上形成多个发散线路40''及多个感测电极元50''而获得多个上结构体30''，如图8D所示。发散线路的形成可以通过在模塑料层160上形成金属层并对其图案化，并通过多层的连线而达成。于此实施例中，是使用类似多层镀膜及介电层材料的技术来形成发散线路。上结构体30''至少包括一介电结构32''，包围此等发散线路40''及此等感测电极元50''。介电结构32''可以包括金属层间介电结构及保护结构。保护结构是位于最上表面，来保护感测电极元50''。接着，沿着切割线SC进行切割以获得多个感测装置，如图8E所示。于本实施例中，各发散线路40''包括互相垂直的至少一水平延伸区段41''与至少一垂直延伸区段42''。此等发散线路40''将此等感测电极元50''分别电连接至此等下连接部12。此等感测电极元50''可以感测一手指F的指纹而产生多个感测信号，此等感测信号分别通过此等发散线路40''传输至此等感测电路元20。此等感测电路元20分别处理此等感测信号以获得多个输出信号。类似于上述实施例的是，涵盖此等感测电路元20的最小分布面积等于或小于涵盖此等感测电极元50''的最小分布面积。

图9A显示装设有感测装置的电子设备200的俯视图。图9B与9C显示感测装置的装设位置的两个例子。如图9A所示，上述实施例的感测装置1/1'/1''/1'''可以装设在譬如移动电话的面板下方。因为使用者很重视移动电话的外观，所以将感测装置隐藏在面板210下方是本发明设计的重点。因此，感测装置一定要有全平面的设计，通过本发明的感测装置，可以实施为面积型或滑动式指纹感测，将其安置在面板210的下表面(图9B)或面板210的凹槽212中(图9C)，使面板210同时具有触控、显示及指纹感测的功能。

通过上述实施例，可以在不缩小指纹感测元的节距的情况下缩小感测电路元的节距，因而可以降低感测电路的芯片所使用的面积，藉此降低感测装置的成本。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。

Claims (18)

1.一种发散式感测装置，其特征在于，至少包括：

一下结构体；

多个感测电路元，组成一感测电路元阵列，并形成于所述下结构体中；

一上结构体，沿着一垂直方向设置于所述下结构体上；

多个发散线路，形成于所述上结构体中，并分别电连接至所述的多个感测电路元，各所述发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段；以及

多个感测电极元，组成一感测电极元阵列，形成于所述上结构体中，并分别电连接至所述的多个发散线路，所述的多个感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，所述的多个感测信号分别通过所述的多个发散线路传输至所述的多个感测电路元，所述的多个感测电路元分别处理所述的多个感测信号以获得多个输出信号，其中涵盖所述的多个感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖所述的多个感测电极元的一最小分布面积。

2.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，更包括：

多个输出焊垫，形成于所述上结构体的一表面上，并分别电连接至所述的多个感测电路元，且输出所述的多个输出信号；

一模塑料层，覆盖所述上结构体及所述下结构体；以及

一电路板，电连接至所述的多个输出焊垫。

3.根据权利要求2所述的发散式感测装置，其特征在于，所述的多个输出焊垫是通过多个锡球焊接至所述电路板上。

4.根据权利要求2所述的发散式感测装置，其特征在于，所述的多个输出焊垫是通过多个连接线焊接至所述电路板上。

5.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，所述的多个感测电路元的一节距等于或小于所述的多个感测电极元的一节距。

6.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，所述上结构体中没有形成一主动元件，所述至少一垂直延伸区段包括直通硅晶穿孔。

7.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，所述上结构体中没有形成一主动元件，所述至少一垂直延伸区段不包括直通硅晶穿孔。

8.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，所述上结构体至少包括：

一上基板；

一介电结构，位于所述上基板的一下表面，并包围所述的多个发散线路；以及

一保护结构，位于所述上基板的一上表面，并包围所述的多个感测电极元。

9.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，所述上结构体至少包括：

一介电结构，包围所述的多个发散线路及所述的多个感测电极元。

10.根据权利要求1所述的发散式感测装置，其特征在于，

所述感测电极元阵列至少包括：

多个扫描电极；以及

多个接收电极，与所述多个扫描电极相互垂直交织；且

所述感测电路元阵列至少包括：

多个扫描电路，各所述扫描电路电连接至所述的多个扫描电极的其中一行，以进行扫描动作；以及

多个接收电路，各所述接收电路电连接至所述的多个接收电极的其中一列，以进行接收动作而获得所述的多个感测信号。

11.一种发散式感测装置的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

(a)于一下基板上形成多个感测电路元而获得一下结构体，所述下结构体具有多个露出的下连接部；

(b)于一上基板上形成多个发散线路而获得一过渡上结构体，各所述发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，所述过渡上结构体具有多个露出的上连接部；

(c)将所述下结构体置于所述过渡上结构体上方，并使所述的多个下连接部与所述的多个上连接部分别对准并接合在一起而获得多个连接部；

(d)填入一底胶于所述过渡上结构体与所述下结构体之间，并使底胶包围所述的多个连接部；

(e)以一模塑料层将所述过渡上结构体与所述下结构体固定在一起；

(f)移除部分的所述上基板，直到露出所述的多个发散线路的其中一个垂直延伸区段为止，以使所述过渡上结构体变成一上结构体；以及

(g)于所述上基板上形成多个电连接至所述的多个发散线路的感测电极元，并于所述上基板及所述的多个感测电极元上形成一保护结构，其中，所述的多个感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，所述的多个感测信号分别通过所述的多个发散线路传输至所述的多个感测电路元，所述的多个感测电路元分别处理所述的多个感测信号以获得多个输出信号，其中涵盖所述的多个感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖所述的多个感测电极元的一最小分布面积。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(f)至少还包括：

(f1)以一粘性载板贴合所述模塑料层；以及

(f2)研磨部分的所述上基板。

13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，更包括以下步骤：

(h)移除部分的所述模塑料层，以露出形成于所述上结构体的一表面上的多个输出焊垫；

(i)植入多个锡球于所述的多个输出焊垫上；以及

(j)将所述的多个输出焊垫焊接至一电路板上。

14.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，更包括以下步骤：

(h)移除部分的所述上基板，以露出形成于所述上结构体的一表面上的多个输出焊垫；

(i)将所述模塑料层置于一电路板上；以及

(j)利用多条连接线将所述的多个输出焊垫连接线连接至所述电路板上。

15.一种发散式感测装置的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

(a)于一下基板上形成多个感测电路元而获得一下结构体，所述下结构体具有多个露出的下连接部；

(b)于一上基板上形成多个发散线路及多个感测电极元而获得一过渡上结构体，各所述发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，所述过渡上结构体具有多个露出的上连接部，所述的多个感测电极元分别电连接至所述的多个发散线路；

(c)将所述下结构体置于所述过渡上结构体上方，并使所述的多个下连接部与所述的多个上连接部分别对准并接合在一起而获得多个连接部；

(d)填入一底胶于所述过渡上结构体与所述下结构体之间，并使底胶包围所述的多个连接部；

(e)以一模塑料层将所述过渡上结构体与所述下结构体固定在一起；以及

(f)移除所述上基板，其中，所述的多个感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，所述的多个感测信号分别通过所述的多个发散线路传输至所述的多个感测电路元，所述的多个感测电路元分别处理所述的多个感测信号以获得多个输出信号，其中涵盖所述的多个感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖所述的多个感测电极元的一最小分布面积。

16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(f)至少还包括：

(f1)以一粘性载板贴合所述模塑料层；以及

(f2)研磨所述上基板。

17.一种发散式感测装置的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

(a)于一下基板上形成配置成一感测电路元阵列的多个感测电路元而获得一下结构体，所述下结构体具有多个露出的下连接部；

(b)将多个所述下结构体置放于一封装基板上；

(c)以一模塑料层将所述下结构体与所述下基板固定在一起，所述模塑料层包覆所述的多个下连接部；

(d)移除所述模塑料层的一部分，以露出所述的多个下连接部；以及

(e)于所述模塑料层上形成多个发散线路及配置成一感测电极元阵列的多个感测电极元而获得多个上结构体，各所述发散线路包括互相垂直的至少一水平延伸区段与至少一垂直延伸区段，所述的多个发散线路将所述的多个感测电极元分别电连接至所述的多个下连接部，其中，所述的多个感测电极元感测一生物体的生物特征而产生多个感测信号，所述的多个感测信号分别通过所述的多个发散线路传输至所述的多个感测电路元，所述的多个感测电路元分别处理所述的多个感测信号以获得多个输出信号，其中涵盖所述的多个感测电路元的一最小分布面积等于或小于涵盖所述的多个感测电极元的一最小分布面积。

18.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，

所述感测电极元阵列至少包括：

多个扫描电极；以及

多个接收电极，与所述多个扫描电极相互垂直交织；且

所述感测电路元阵列至少包括：

多个扫描电路，各所述扫描电路电连接至所述的多个扫描电极的其中一行，以进行扫描动作；以及

多个接收电路，各所述接收电路电连接至所述的多个接收电极的其中一列，以进行接收动作而获得所述的多个感测信号。