CN104848878B - 具有平坦接触面的生物传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有平坦接触面的生物传感器，至少包括：一基底；一生物感测模块，设置于基底上，并包括一生物感测芯片及一信号外延结构，信号外延结构与生物感测芯片共同作用，以感测一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号；一信号传输结构，设置于基底上以及生物感测模块的一侧或多侧，并具有一电连接至信号外延结构的第一连接端以及一靠近基底的第二连接端，以将生物信号从生物感测模块传输到第二连接端；以及一模塑层，连结基底、生物感测模块及信号传输结构，并使信号外延结构的一上表面露出模塑层。本发明还提供一种生物传感器的制造方法。本发明能够利用信号外延结构来提升感测灵敏度及图像品质。

Description

具有平坦接触面的生物传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种生物传感器及其制造方法，且特别是涉及一种通过信号外延结构形成的具有平坦接触面的生物传感器及其制造方法。
背景技术
已知应用于人体皮肤的电容/电场感测技术，是可应用于例如感测手指纹路的指纹传感器或者做为电容/电场触控的触控板或屏幕。特别是做为例如手指皮肤纹路的传感器，其与皮肤纹路接触的部分的基本结构为阵列型的感测元，亦即由数个相同的感测元组成了二维传感器，例如手指置放于其上时，手指纹路的纹峰(ridge)会与传感器直接接触，而手指纹路的纹谷(valley)则与传感器间隔一间隙，通过每一感测元与纹峰接触或与纹谷形成间隙，可以将手指纹路从二维电容/电场图像撷取出来，这就是电容/电场式皮肤纹路传感器的最基本原理。
图1A显示一种传统的指纹感测装置的示意图。如图1A所示，指纹感测装置500包括一封装基板510、一指纹传感器520、多条连接线530及一封装层540。指纹传感器520位于封装基板510上。连接线530将指纹传感器520的多个焊垫522电连接至封装基板510的多个焊垫512上。此外，芯片保护层514覆盖于指纹传感器520上。
这种电容/电场指纹感测装置在使用上的最大特征是必须让感测面与皮肤纹路接触，才能灵敏的建构出纹路的图像，传统的指纹感测装置在封装过程中的一个限制，就是需要具有外露的表面，来跟手指接触而感测手指纹路的图像。因此，于封装的过程中，必须使用特殊模具及软性材料层来保护指纹感测芯片的感测面，且封装完后的产品的两侧或四周因为有封装层540来保护连接线，所以都会高于中间的感测面部分，如图1A的两侧所示。如此，在使用时手指会被四周封装层顶住而不易直接接触到感测面，因而影响了指纹感测装置的图像品质。
同时，将上述图1A的例如滑动型指纹感测装置500嵌设于电子设备(譬如移动电话)600时，如图1B所示，电子设备600的外壳610必须要有一开口611，且开口611的上下侧必须要形成内凹的滑道612，来引导手指接触指纹感测装置500的芯片保护层514并进入感测区域。如此一来，整个电子设备600的整体美观受到严重破坏，且指纹感测装置500与开口611之间的空隙613也容易卡灰尘，影响美观及清洁。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有平坦接触面的生物传感器及其制造方法，利用半导体制造工艺可以制作出信号外延结构，并将电连接点导引到生物传感器的背面，有利于制作出具有实质上全平面或完全全平面的生物传感器，同时，也可以利用信号外延结构来提升感测灵敏度及图像品质。
为达上述目的，本发明提供一种生物传感器，至少包括：一基底；一生物感测模块，设置于基底的一上表面上，并包括一生物感测芯片及一信号外延结构，信号外延结构设置于并电连接至生物感测芯片，信号外延结构与生物感测芯片共同作用，以感测接触或接近信号外延结构的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号；一信号传输结构，设置于基底上以及生物感测模块的一侧或多侧，并具有一电连接至信号外延结构的第一连接端以及一从基底露出的第二连接端，以将生物信号从生物感测模块传输到第二连接端；其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述生物感测芯片的多个连接垫电连接至所述信号传输结构；以及一模塑层，连结基底、生物感测模块及信号传输结构，并使信号外延结构的一上表面露出模塑层，俾能使生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于生物传感器的一正面及一反面。
本发明亦提供一种生物传感器的制造方法，至少包括以下步骤：(a)提供一生物感测芯片；(b)于生物感测芯片上形成一信号外延结构的一部分而构成一生物感测模块的一部分；(c)提供一基底结构，其具有一基底及一位于基底上的信号传输结构；(d)将生物感测模块的部分设置于基底的一上表面上，使信号传输结构位于生物感测模块的一侧或多侧；(e)利用一模塑层连结基底、生物感测模块的部分及信号传输结构，并使信号外延结构的部分露出模塑层；以及(f)形成信号外延结构的另一部分以将信号外延结构的部分电连接至信号传输结构，其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述生物感测芯片的多个连接垫电连接至所述信号传输结构，信号外延结构与生物感测芯片共同作用，以感测接触或接近信号外延结构的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号传递至信号传输结构，俾能使生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于生物传感器的一正面及一反面。
本发明又提供一种生物传感器，至少包括：一基底；一生物感测模块，设置于基底的一上表面上，并包括一生物感测芯片、一信号处理芯片及一信号外延结构，信号外延结构设置于并电连接至生物感测芯片及信号处理芯片，信号外延结构与生物感测芯片及信号处理芯片共同作用，以感测接触或接近的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号，信号处理芯片接收并处理来自生物感测芯片的一感测信号而获得生物信号；一信号传输结构，设置于基底上以及生物感测模块的一侧或多侧，并具有一电连接至信号外延结构的第一连接端、一靠近基底的第二连接端以及一电连接生物感测芯片与信号处理芯片的中间连接部，以将生物信号从生物感测模块传输到第二连接端，其中信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将信号处理芯片的多个输出连接垫电连接至信号传输结构；以及一模塑层，连结基底、生物感测模块及信号传输结构，俾能使生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于生物传感器的一正面及一反面。
本发明更提供一种生物传感器的制造方法，至少包括以下步骤：(a)提供一生物感测芯片及一信号处理芯片；(b)于生物感测芯片及信号处理芯片上形成一信号外延结构的一部分而构成一生物感测模块的一部分；(c)提供一基底结构，其具有一基底及一位于基底上的信号传输结构；(d)将生物感测模块的所述部分设置于基底的一上表面上，使信号传输结构位于生物感测模块的一侧或多侧；(e)利用一模塑层连结基底、生物感测模块的所述部分及信号传输结构，并使信号外延结构的所述部分露出模塑层；以及(f)形成信号外延结构的另一部分以将信号外延结构的所述部分电连接至信号传输结构，并将生物感测芯片电连接至信号处理芯片，信号外延结构与生物感测芯片及信号处理芯片共同作用，以感测接触或接近信号外延结构的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号传递至信号传输结构，俾能使生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于生物传感器的一正面及一反面，其中，信号处理芯片接收并处理来自生物感测芯片的一感测信号而获得生物信号。
通过本发明的上述指纹传感器，利用信号外延结构将指纹感测芯片正面侧的电气信号导引至指纹感测芯片的外部，再利用信号传输结构将电气信号引导至感测芯片的背面侧，如此可以实施全平面的指纹传感器。由于本发明的实施例的指纹传感器可以利用半导体制造工艺及/或半导体封装制造工艺来生产，所以可以达到大量生产及降低成本的目的。再者，利用生物感测芯片与信号处理芯片分开设置的方式，亦可以有效降低成本。
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
图1A显示一种传统的指纹感测装置的示意图。
图1B显示一种应用图1A的指纹感测装置的电子设备的示意图。
图2A显示依据本发明的第一实施例的生物传感器的示意图。
图2B显示依据本发明的第二实施例的生物传感器的示意图。
图2C显示依据本发明的第三实施例的生物传感器的示意图。
图2D显示依据本发明的第四实施例的生物传感器的示意图。
图3A至3I及图4A至4O显示依据本发明的第一实施例的生物传感器的制造方法的各步骤的结构示意图。
图5A与5B显示依据本发明的第二实施例的生物传感器的制造方法的各步骤的结构示意图。
图6A至6C显示应用本发明的生物传感器的电子设备的三个例子的示意图。
图7A显示依据本发明的第五实施例的生物传感器的示意图。
图7B显示依据本发明的第五实施例的生物传感器的局部立体示意图。
A1：种子层
A2：光刻胶层
B1：载体晶圆
B2：黏胶层
B3：种子层
B4：光刻胶层
F：生物体
1：电子设备
1A：壳体
1B：屏幕
1C：喇叭
1D：相机镜头
1E：触控图标
1F：开关
1G：开口
1H：按键
10：基底
10A：上表面
10B：下表面
10P：基底结构
10W：窗口
20：生物感测模块
21：生物感测芯片
21A：基板
21B：连接垫
21C：感测电极
21D：芯片保护层
21W：窗口
23：信号处理芯片
23A：基板
23B：输出连接垫
23C：输入连接垫
23D：芯片保护层
23W：窗口
26：信号外延结构
26A：第二模塑层
26B：第一外延电极
26C：第二外延电极
26D：牺牲保护层
26E：上表面
26F：外扩连接结构
27A：第三模塑层
27B：第三外延电极
27C：第四外延电极
30：信号传输结构
31：第一连接端
32：第二连接端
33：导体层
34：重新分配层
40：模塑层
50：信号输出结构
60：外保护层
70：阻绝层
100：生物传感器
100A：感测面
100B：电气信号接口
500：指纹感测装置
510：封装基板
512：焊垫
520：指纹传感器
522：焊垫
530：连接线
540：封装层
514：芯片保护层
600：电子设备
610：外壳
611：开口
612：滑道
613：空隙
具体实施方式
本发明的实施例的指纹传感器在于利用信号外延结构将指纹感测芯片的正面侧(可接触手指的一侧)的电气信号导引至指纹感测芯片的外部，再利用信号传输结构将电气信号引导至指纹感测芯片的背面侧，达到感测面与电气信号接口实质上位于感测芯片的正反两面的目的，如此设计就不会有前述图1A的例子中，四周的打线封装层540干扰了手指的接触。我们称之为全平面的指纹传感器。由于本发明的实施例的指纹传感器可以利用半导体晶圆级制造工艺以取代传统封装的晶粒制造工艺来生产，所以可以达到更大量自动生产及降低成本的目的。
图2A显示依据本发明的第一实施例的生物传感器的示意图。如图2A所示，本实施例的生物传感器100至少包括一基底10、一生物感测模块20、一信号传输结构30以及一模塑层40。
基底10可以是一封装基板，其材质例如为环氧树脂(epoxy)、聚亚酰胺(polyimide)、苯环丁烯(benzocyclobutene，BCB)、聚苯恶唑(polybenzoxazole，PBO)及其相似物。亦或者所述基底的材质可以是无机的绝缘材料，例如玻璃，陶瓷材料如氧化铝等等。
生物感测模块20设置于基底10的一上表面10A上，并包括一生物感测芯片21及一信号外延结构26，特别值得注意的是，本发明的信号外延结构为一水平配置结构，虽然也有垂直配置的区段，但是主要是将信号沿着水平方向往外传递，而且信号外延结构不同于传统的打线连接结构，没有弧形区段，对比于传统的打线及保护封装层，才能提供一全平面的手指接触面，完全凸显出使用时的易用性，提高感测的图像品质。于本实施例中，生物感测模块20通过一隔绝层70设置于基底10上，隔绝层70在本实施例中为晶粒接合膜(DieAttach Film,DAF)，但本发明并不受限于此。此外，生物感测模块20在本实施例中为一种手指传感器，譬如是用来感测指纹、血管分布图像、血氧浓度的生物传感器，但本发明并未严格受限于此。信号外延结构26设置于并电连接至生物感测芯片21，信号外延结构26与生物感测芯片21共同作用，以感测接触或接近生物感测芯片21的一生物体F的一细微生物特征而获得一生物信号。当然，生物感测芯片21可以具有信号处理电路，来控制运作并处理所获得的生物信号以供输出给其他模块进行处理。
于本实施例中，生物感测芯片21至少包括一基板21A、多个连接垫21B、多个感测电极21C以及一芯片保护层21D。基板21A例如是半导体基板，特别是硅基板，但不限制于此。连接垫21B及感测电极21C是形成于基板21A上。连接垫21B是供信号输入输出用，感测电极21C为感测元的最外露部分，用来感测手指的生物信息，譬如是纹峰与感测元的距离，可以利用电容、电场、压电等感测技术来实施，当然也可以通过如热感应的方式来当作感测原理。芯片保护层21D形成于基板21A上，局部覆盖感测电极21C及连接垫21B，并具有多个窗口21W使感测电极21C及连接垫21B局部露出芯片保护层21D，当然在实际应用上，其通常会设计对应的感测元电路在每个感测电极下方(图中未示)，以及其他对应的信号处理电路，例如放大器、模拟数字转换器及相关的数字控制电路等等，此为本领域技术人员所了解的，因此在此并不特别标示说明，仅就本发明的主要特征加以描述说明，以让本领域技术人员得据以实施。
信号传输结构30设置于基底10上以及生物感测模块20的一侧或多侧，并具有一电连接至信号外延结构26的第一连接端31以及一靠近基底10的第二连接端32。于本实施例中，第二连接端32是从基底10露出，亦可称为是着陆(landing)于基底10。值得注意的是，信号传输结构30的数目是对应于连接垫21B的数目，但数目却不必要完全相同，且可以依据集成电路布局的方式设计其线路。因此，附图所示仅为单一截面的状态。
信号外延结构26包括一第二模塑层26A、嵌设于第二模塑层26A中的多个第一外延电极26B及多个第二外延电极26C、以及一水平的外扩连接结构26F。水平的方向相对于水平排列的感测电极21C而言，因此，如果多个感测电极21C是排列在一第一平面上，那么多个外扩连接结构26F就排列在一个平行于第一平面的第二平面上。第一外延电极26B分别设置于连接垫21B上以达成电连接，第二外延电极26C分别设置于感测电极21C上以达成电连接。外扩连接结构26F将连接垫21B电连接至信号传输结构30。藉此，可以将生物信号从生物感测模块20传输到第二连接端32，也就是将生物信号从生物感测芯片21的上侧往侧边周围传递。在某些实施例上，也可能将外扩连接结构26F连接至第二外延电极26C，而将感测元快扩到周边的模塑层40上方，达到感测元重新布局的效果，特别是扇出(fan-out)的效果，使得形成感测元的感测芯片的面积可以有效被缩小，降低成本。
模塑层40连结基底10、生物感测模块20及信号传输结构30，并使信号外延结构26的一上表面26E露出模塑层40，俾能使生物传感器的一感测面100A(用于感测手指)与一电气信号接口100B(用于输入输出电气信号)实质上分别位于生物传感器100的一正面及一反面，而非同一面。
此外，生物传感器100可以还包括一信号输出结构50，电连接至第二连接端32，并设置于基底10上。藉此，可以将生物信号从信号传输结构30往下传递至生物感测芯片21的下侧。于本例示但非限制性的实施例中，信号输出结构50是以锡球的型式存在设置于基底10的一下表面10B上。
于本实施例中，由于生物信号可以从生物感测芯片21的上侧通过外延结构26先向侧面周围传递，再通过垂直的信号传输结构30传递至生物感测芯片21的下侧，所以可以免除已知技术需要打线连接的制造工艺。这样设计的优点，第一是达到感测面与电气信号接口实质上位于感测芯片的正反两面的效果，如此设计就不会有前述图1A的例子中，四周的打线封装层540干扰了手指的接触。这可以提供一全平面的传感器设计，让手指接触时，提供最佳的感测品质，第二是整个制造方式都采用了半导体晶圆的流程及方法，可以让所有的线路设计都达到最小化，可以藉此缩小传感器的整体面积，达到轻薄短小的优点，也有助于降低制造成本。再者，由于第二外延电极26C可以将感测电极21C往上延伸而当作感测元，所以可以缩短感测元与手指的距离，有效提升感测灵敏度及图像品质。
图2B显示依据本发明的第二实施例的生物传感器的示意图。如图2B所示，本实施例是类似于第一实施例，不同之处在于本实施例的信号传输结构30包括一导体层33及一重新分配层34，导体层33通过重新分配层34的线路电连接至信号输出结构50。重新分配层34具有多个重新分配线路(未显示)，主要是用于将线路布局作重新分配，将信号输出结构50制作在适当的地方以供后续安装及电连接用。由于重新分配层34已经广泛应用于半导体集成电路产品中，故于此不再详述。值得注意的是，在本发明的实施例中，仅显示局部的剖面图。在实施时，信号传输结构30及信号输出结构50可以是对称地设置于左右两侧或前后左右侧。
图2C显示依据本发明的第三实施例的生物传感器的示意图。如图2C所示，本实施例是类似于第一实施例，不同之处在于生物传感器100还包括一外保护层60，覆盖信号外延结构26及模塑层40，用来保护信号外延结构26及模塑层40，更详细而言是覆盖外扩连接结构26F、第二模塑层26A、第一外延电极26B及第二外延电极26C。藉此，可以达到保护外露电极的效果。
图2D显示依据本发明的第四实施例的生物传感器的示意图。如图2D所示，本实施例是类似于第一实施例，不同之处在于没有第二外延电极26C。因此，生物感测芯片21包括一基板21A、多个连接垫21B以及一芯片保护层21D。连接垫21B形成于基板21A上。芯片保护层21D形成于基板21A上，局部覆盖感测电极21C并全局覆盖连接垫21B，并具有多个窗口21W使连接垫21B局部露出芯片保护层21D。此外，信号外延结构26包括一第二模塑层26A、嵌设于第二模塑层26A中的多个外延电极26B以及一外扩连接结构26F。外延电极26B分别设置于连接垫21B上。外扩连接结构26F将连接垫21B电连接至信号传输结构30。藉此构造，仍可以达成类似于第一实施例的效果。
图3A至3I及图4A至4O显示依据本发明的第一实施例的生物传感器的制造方法的各步骤的结构示意图。
首先，于步骤(a)，提供生物感测芯片21，如图3A所示。接着，于步骤(b)，于生物感测芯片21形成信号外延结构26的一部分而构成生物感测模块20的一部分，如图3B至3I所示。然后，于步骤(c)，提供一基底结构10P，其具有基底10及位于基底10上的信号传输结构30，如图4A至4H所示。接着，于步骤(d)，将生物感测模块20的部分设置于基底10的一上表面10A上，使信号传输结构30位于生物感测模块20的一侧或多侧，如图4I所示。然后，于步骤(e)，利用模塑层40连结基底10、生物感测模块20的部分及信号传输结构30，并使信号外延结构26的部分露出模塑层40，如图4J至4K所示。值得注意的是，相关的符号都可以参照图2A而获得理解，故在图3A至3I及图4A至4O中仅显示部分的标号。
接着，于步骤(f)，形成信号外延结构26的另一部分以将信号外延结构26的部分电连接至信号传输结构30，如图4L所示。藉此，信号外延结构26与生物感测芯片21共同作用，以感测接触或接近信号生物感测芯片21的生物体F的细微生物特征而获得生物信号传递至信号传输结构30。于一非限制例中，生物体F接触或接近信号外延结构26。
此外，制造方法还包括以下步骤。于步骤(g)，于基底10上形成信号输出结构50，其电连接至第二连接端32。
于图3A中，生物感测芯片21包括：基板21A；多个连接垫21B及多个感测电极21C，形成于基板21A上；以及芯片保护层21D，形成于基板21A上，局部覆盖感测电极21C及连接垫21B，并具有多个窗口21W使感测电极21C及连接垫21B局部露出芯片保护层21D。图3A所示的示意结构其实是一标准半导体集成电路的制造工艺结构，其所显示的仅为最外表层金属结构(亦即连接垫21B及感测电极21C)以及保护于其上的保护层21D，其余部分的集成电路制造工艺及结构在此不赘述，熟悉此技艺者当了解其细节。
如图3B所示，步骤(b)至少包括以下步骤。首先，于步骤(b1)，于芯片保护层21D、连接垫21B及感测电极21C上形成一种子层A1，所述种子层材料在此主要为Cu或者Ti/Cu等利用物理气相沉积所制作的金属层，其厚度约几百埃(Angstrom)。然后，于步骤(b2)，如图3C所示，于种子层A1上形成一图案化的光刻胶层A2以局部露出种子层A1。接着，于步骤(b3)，利用局部露出的种子层A1进行铜电镀，如图3D所示，其电镀高度至少大于5微米(um)，其最佳化最好为15um。当然铜电镀是配合前面的铜种子层，然而本发明并不限于此，任何目前及未来可能发展的相类似制造工艺，都可以被包括在本发明的精神之内。然后，于步骤(b4)，移除图案化的光刻胶层A2(图3E)及部分的种子层A1(图3F)，以形成多个第一外延电极26B及多个第二外延电极26C，如图3E与3F所示。接着，于步骤(b5)，制作绝缘材料(譬如是模塑料(molding compound))以形成一第二模塑层26A及一牺牲保护层26D(两者其实是一体的构造)，用于嵌设第二模塑层26A中的多个第一外延电极26B及多个第二外延电极26C，也就是让第一外延电极26B及第二外延电极26C嵌设于一体的第二模塑层26A及牺牲保护层26D中，如图3G所示，其中所述绝缘材料可以是环氧树脂(epoxy)、聚亚酰胺(polyimide)、苯环丁烯(benzocyclobutene，BCB)、聚苯恶唑(polybenzoxazole，PBO)及其相似物等等，当然也可以是集成电路制造工艺常使用的绝缘层，如氧化硅或氮化硅等。然后，于步骤(b6)，移除牺牲保护层26D而留下第二模塑层26A，如图3H所示，当然这一模塑料部分移除的动作，是可以选择的在后面的图4J至4K的步骤中执行，这样可以节省制造工艺的步骤，所以是可以弹性运用，而不是受限在本图中实施例说明。值得注意的是，图3H是对模塑料进行回磨的结果，而图3I是对多个生物感测模块进行切割(沿着图3H的虚线切割)的结果。亦即，图3A至3G的制造工艺为以晶圆为设计的生产流程，符合大量及自动化生产，是针对大量生产生物感测模块20作准备，相关的结构可以由本领域技术人员轻易推敲得知，故于此不再详述。
此外，虽然图3H的第二模塑层26A覆盖住第一外延电极26B及第二外延电极26C，但于另一例子中，第一外延电极26B及第二外延电极26C亦可以露出第二模塑层26A。再者，于又另一实施例中，可以直接省略图3G及3H的步骤，而直接利用模具制作出图3I的结构，而不用形成牺牲保护层26D，也不用移除牺牲保护层26D。或者，可以直接省略图3G及3H的步骤，而直接利用模具制作出上述露出第一外延电极26B及第二外延电极26C的结构。
在形成生物感测模块20后，可以利用单一个或多个生物感测模块20来进行图4A至4O的制造工艺步骤。因此，步骤(c)至少包括以下步骤。首先，于步骤(c1)，于一载体晶圆B1上设置基底10，如图4A至4C所示。载体晶圆B1包括但不限于玻璃晶圆。在图4B中，于载体晶圆B1上涂上黏胶层B2，譬如是光热转换(light-to-heat conversion,LTHC)层。然后，于黏胶层B2上形成基底10。接着，于步骤(c2)，于基底10上形成一种子层B3，种子层B3的材料可以相同于前述的种子层A1的材料，如图4D所示。然后，于步骤(c3)，于种子层B3上形成一图案化的光刻胶层B4以局部露出种子层B3，如图4E所示。接着，于步骤(c4)，利用局部露出的种子层B3进行电镀，如图4F所示。然后，于步骤(c5)，移除图案化的光刻胶层B4(图4G)及部分的种子层B3(图4H)，以形成信号传输结构30，于此实施例中所述信号传输结构的高度至少50um，最佳化为约150um，且所述材料相同于前述第一外延电极26B。值得注意的是，种子层B3的一部分在电镀过程已经与信号传输结构30合而为一。再来就是上述的步骤(d)。接着，进行模塑料的制作过程，形成模塑层40，如图4J所示。然后，回磨模塑层40，直到露出信号传输结构30、第二模塑层26A、第一外延电极26B及第二外延电极26C为止，如图4K所示。信号传输结构30、第二模塑层26A、第一外延电极26B及第二外延电极26C位在同一水平面上。值得注意的是，图4J以后的虚线表示切割线。此外，图4J可以省略，而直接以模具制作成图4K的结构，而不需要回磨的步骤。此时，第一外延电极26B及第二外延电极26C是于图3I的阶段已经露出。接着，形成信号外延结构26的外扩连接结构26F，所述外延结构的材料可以是任何金属导体，例如铝、铜、金等等，如图4L所示，可以利用电镀、网印、镀膜等方式。然后，利用LTHC的材料特性，以激光剥离制造工艺将玻璃载板跟基底10分开。接着，沿着切割线进行切割，以形成如图4M所示的结构。最后，可以执行步骤(g)，于基底10上形成一信号输出结构50，其电连接至第二连接端32。亦即，于基底10上开出多个窗口10W以露出信号传输结构30，如图4N所示。然后，于窗口10W中形成信号传输结构30，如图4O所示。
图2B的结构的制造方法大致类似于图2A的结构的制造方法，不同之处在于重新分配层34，使得信号传输结构30具有L形的截面。重新分配层可以利用光刻技术或者电镀方式定义出来后就成为L型底部的水平区段，然后再利用另一次电镀技术又形成垂直区段。因此，此实施例的制造方法中的步骤(c)至少包括以下步骤：(c1)于一载体晶圆B1上形成重新分配层34，并于重新分配层34上设置基底10；(c2)于基底10上形成一种子层B3，其电连接至重新分配层34；(c3)于种子层B3上形成一图案化的光刻胶层B4以局部露出种子层B3；(c4)利用局部露出的种子层B3进行电镀；以及(c5)移除图案化的光刻胶层B4及部分的种子层B3，以形成信号传输结构30。最后，于步骤(g)，于基底10上形成一信号输出结构50，其电连接至重新分配层34。在制作上，可以将图5A与5B和图4N与4O作比对，其中图5A的窗口10W的位置略不同于图4N的窗口10W的位置。细节部分可以参照图2B、图3A至4O和图5A与5B而轻易获得理解，故于此不再详述。
图2C的结构的制造方法大致类似于图2A的结构的制造方法，不同之处在于最后包括形成外保护层60。
图2D的结构的制造方法大致类似于图2A的结构的制造方法，不同之处在于没有形成第二外延电极26C。因此，步骤(b)至少包括以下步骤：(b1)于芯片保护层21D及连接垫21B上形成一种子层A1；(b2)于种子层A1上形成一图案化的光刻胶层A2以局部露出种子层A1；(b3)利用局部露出的种子层A1进行电镀；(b4)移除图案化的光刻胶层A2及部分的种子层A1，以形成外延电极26B；以及(b5)灌注模塑料以形成第二模塑层26A。当然可以进一步形成如图2C的外保护层60于最外表面(图中未示)，以保护外扩连接结构26F。
在需要回磨的实施例中，步骤(b)至少包括以下步骤：(b1)于芯片保护层21D及连接垫21B上形成一种子层A1；(b2)于种子层A1上形成一图案化的光刻胶层A2以局部露出种子层A1；(b3)利用局部露出的种子层A1进行电镀；(b4)移除图案化的光刻胶层A2及部分的种子层A1，以形成外延电极26B；(b5)灌注模塑料以形成芯片保护层21D及第二模塑层26A及牺牲保护层26D；以及(b6)移除牺牲保护层26D而留下第二模塑层26A。
至此，图4A至4O所显示的制造流程，都是为了让本领域技术人员得据以实施本发明的结构，而不是限定本发明的结构仅能利用此制造流程完成，相反的可以将图4I中的生物感测芯片21倒置(亦即正面朝下)，并且通过类似的制造流程完成前述图2A至2D的结构，譬如先在生物感测芯片21的背面(上方)形成信号输出结构50及相关结构，然后再于生物感测芯片21的正面形成信号传输结构30。
图6A至6C显示应用本发明的生物传感器的电子设备的三个例子的示意图。如图6A所示，电子设备1的壳体1A上安装有屏幕1B、喇叭1C、相机镜头1D及开关1F。屏幕1B上显示有多个触控图标1E。壳体1A形成有一个简单的开口1G，生物传感器100装设于开口1G中，不需要滑道的设计。如图6B所示，生物传感器100因为具有全平面的设计，所以可以设计成隐藏式在壳体1A的下方或者是屏幕的玻璃的下方。如图6C所示，生物传感器100因为具有全平面的设计，且被设计成小面积的传感器，故可以被隐藏于按键1H之下。此为应用本发明的全平面生物传感器的优点，可以让产品外观更美。
图7A显示依据本发明的第五实施例的生物传感器的示意图。图7B显示依据本发明的第五实施例的生物传感器的局部立体示意图。于本实施例中，利用分开的生物感测芯片21与信号处理芯片23来取代第一实施例的生物感测芯片。此举的用意在于信号处理芯片23与生物感测芯片21两者所需的制造工艺不同。一般而言，生物感测芯片21主要着重于模拟信号处理，需要低杂讯的制造工艺，而信号处理芯片23则是强调运算速度，需要较高阶的制造工艺(线宽较窄的制造工艺)，如果将二者整合成单芯片，突然增加成本，但也可能牺牲信号品质。因此，不同于第一至第四实施例的是，本实施例的生物感测芯片21本身可以不具有复杂的信号处理的功能，譬如是具有指纹识别算法或者复杂加解密功能的运算逻辑电路，而仅是标准的IO接口，例如SPI接口。
如图7A与7B所示，本实施例的一种生物传感器100至少包括一基底10、一生物感测模块20、一信号传输结构30以及一模塑层40。
生物感测模块20设置于基底10的一上表面10A上，并包括一生物感测芯片21、一信号处理芯片23及一信号外延结构26。信号外延结构26设置于并电连接至生物感测芯片21及信号处理芯片23。信号外延结构26与生物感测芯片21及信号处理芯片23共同作用，以感测接触或接近信号外延结构26的一生物体F的一细微生物特征(非手指碰触的有无)而获得一生物信号。信号处理芯片23接收并处理来自生物感测芯片21的一感测信号而获得生物信号。
信号传输结构30设置于基底10上以及生物感测模块20的一侧或多侧，并具有一电连接至信号外延结构26的第一连接端31、一靠近基底10的第二连接端32以及一电连接生物感测芯片21与信号处理芯片23的中间连接部26M，以将生物信号从生物感测模块20传输到第二连接端32。
模塑层40连结基底10、生物感测模块20(含生物感测芯片21与信号处理芯片23)及信号传输结构30，并使信号外延结构26的一上表面26D露出模塑层40，俾能使生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于生物传感器的一正面及一反面。
此外，生物传感器100可以还包括一信号输出结构50及一外保护层60。信号传输结构30包括一导体层33及一重新分配层34。生物感测模块20通过一阻绝层70设置于基底10上。生物感测芯片21包括一基板21A以及一芯片保护层21D。这些结构类似于第一至第四实施例，故于此不再赘述。值得注意的是，采用双芯片(生物感测芯片21与信号处理芯片23)的架构，同样可以应用于第一至第四实施例中。
信号处理芯片23包括：一基板23A；多个输出连接垫23B及多个输入连接垫23C，形成于基板23A上；以及一芯片保护层23D，形成于基板23A上，局部覆盖输入连接垫23C及输出连接垫23B，并具有多个窗口23W使输入连接垫23C及输出连接垫23B局部露出芯片保护层23D。
此外，信号外延结构26还包括：一第二模塑层26A及一第三模塑层27A；嵌设于第二模塑层26A中的多个第一外延电极26B及多个第二外延电极26C，以及嵌设于第三模塑层27A中的多个第三外延电极27B及多个第四外延电极27C，第一外延电极26B分别设置于连接垫21B上，第二外延电极26C分别设置于感测电极21C上，第三外延电极27B分别设置于输出连接垫23B上，且第四外延电极27C分别设置于输入连接垫23C上；以及一外扩连接结构26F，将输出连接垫23B电连接至信号传输结构30。藉此，生物感测芯片21的感测信号可以通过第一外延电极26B、中间连接部26M及第四外延电极27C输入至生物感测芯片21。生物感测芯片21处理感测信号后所获得的生物信号，可以通过第三外延电极27B而输出至外扩连接结构26F，最后输出至信号输出结构50。中间连接部26M与外扩连接结构26F可以在上述的同一制造工艺中形成。
第五实施例的生物传感器100亦可以应用于图2D的架构，于此情况下，信号处理芯片23包括：一基板23A；多个输出连接垫23B及多个输入连接垫23C，形成于基板23A上；以及一芯片保护层23D，形成于基板23A上，局部覆盖输入连接垫23C及输出连接垫23B，并具有多个窗口23W使输入连接垫23C及输出连接垫23B局部露出芯片保护层23D。信号外延结构26还包括：一第二模塑层26A及一第三模塑层27A；嵌设于第二模塑层26A中的多个外延电极26B，以及嵌设于第三模塑层27A中的多个第三外延电极27B及多个第四外延电极27C，外延电极26B分别设置于连接垫21B上、第三外延电极27B分别设置于输出连接垫23B上，且第四外延电极27C分别设置于输入连接垫23C上；以及一外扩连接结构26F，将输出连接垫23B电连接至信号传输结构30。
值得注意的是，生物感测芯片21与信号处理芯片23是在不同的晶圆产出，然后设置于基底10进行电连接及封装的制造工艺。生物感测芯片21的结构26A、26B、26C、26D的形成方式是类似于信号处理芯片23的结构27A、27B、27C的形成方式。生物感测芯片21与信号处理芯片23设置在阻绝层70上的同一水平高度上，如图7A所示。于另一例子中，生物感测芯片21与信号处理芯片23是设置在阻绝层70上的不同水平高度上，这适合于生物感测芯片21与信号处理芯片23具有不同厚度(高度)的例子中，通过电镀、研磨等上述制造工艺将生物感测芯片21与信号处理芯片23电连接在一起，并将信号处理芯片23与信号传输结构30电连接在一起。亦即，结构27B与26B可以具有不同的高度，结构27C与26C也可以具有不同的高度。此外，生物感测芯片21与信号处理芯片23通过模塑层40而固定在一起，轻易完成一个产品的结构。
第五实施例的生物传感器100的制造方法是类似于第一至第四实施例。请相对应的参见图7A及图3A至图4O的结构。首先，提供一生物感测芯片21及一信号处理芯片23。然后，于生物感测芯片21及信号处理芯片23上形成一信号外延结构26的一部分而构成一生物感测模块20的一部分。接着，提供一基底结构10P，其具有一基底10及一位于基底10上的信号传输结构30。然后，将生物感测模块20的部分设置于基底10的一上表面10A上，使信号传输结构30位于生物感测模块20的一侧或多侧。接着，利用一模塑层40连结基底10、生物感测模块20的部分及信号传输结构30，并使信号外延结构26的部分露出模塑层40。然后，形成信号外延结构26的另一部分以将信号外延结构26的部分电连接至信号传输结构30，并将生物感测芯片21电连接至信号处理芯片23，信号外延结构26与生物感测芯片21及信号处理芯片23共同作用，以感测接触或接近信号外延结构26的生物体F的细微生物特征而获得生物信号传递至信号传输结构30。藉此，能使生物传感器的感测面与电气信号接口实质上分别位于生物传感器的正面及反面。信号处理芯片23接收并处理来自生物感测芯片21的一感测信号而获得生物信号。其中，信号外延结构26的另一部分包括外扩连接结构26F与中间连接部26M。
通过本发明的上述实施例的指纹传感器，利用信号外延结构将指纹感测芯片正面侧的电气信号导引至指纹感测芯片的外部，再利用信号传输结构将电气信号引导至感测芯片的背面侧，如此可以实施全平面的指纹传感器。由于本发明的实施例的指纹传感器可以利用半导体制造工艺及/或半导体封装制造工艺来生产，所以可以达到大量生产及降低成本的目的。再者，利用生物感测芯片与信号处理芯片分开设置的方式，亦可以有效降低成本。
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 (24)

1.一种生物传感器，其特征在于，至少包括：
一基底；
一生物感测模块，设置于所述基底的一上表面上，并包括一生物感测芯片及一信号外延结构，所述信号外延结构设置于并电连接至所述生物感测芯片，所述信号外延结构与所述生物感测芯片共同作用，以感测接触或接近的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号；
一信号传输结构，设置于所述基底上以及所述生物感测模块的一侧或多侧，并具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端以及一靠近所述基底的第二连接端，以将所述生物信号从所述生物感测模块传输到所述第二连接端，其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述生物感测芯片的多个连接垫电连接至所述信号传输结构，所述生物感测芯片还包括一基板以及一芯片保护层，所述的多个连接垫形成于所述基板上，且芯片保护层形成于所述基板上并局部覆盖所述多个连接垫，并芯片保护层具有多个窗口使所述的多个连接垫局部露出所述芯片保护层；以及
一模塑层，连结所述基底、所述生物感测模块及所述信号传输结构，俾能使所述生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于所述生物传感器的一正面及一反面。
2.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，还包括：
一信号输出结构，电连接至所述第二连接端，并设置于所述基底上。
3.如权利要求2所述的生物传感器，其特征在于，所述信号传输结构包括一导体层及一重新分配层，所述导体层通过所述重新分配层的线路电连接至所述信号输出结构。
4.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，还包括：
一外保护层，覆盖所述信号外延结构及所述模塑层。
5.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述生物感测模块通过一阻绝层设置于所述基底上。
6.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述信号外延结构还包括：
一第二模塑层；以及
嵌设于所述第二模塑层中的多个第一外延电极，所述的多个第一外延电极分别设置于所述的多个连接垫上。
7.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于：
所述生物感测芯片还包括：多个感测电极，形成于所述基板上，所述的芯片保护层更局部覆盖所述的多个感测电极，且所述的多个窗口更使所述的多个感测电极局部露出所述芯片保护层；且
所述信号外延结构还包括：一第二模塑层；以及嵌设于所述第二模塑层中的多个第一外延电极及多个第二外延电极，所述的多个第一外延电极分别设置于所述的多个连接垫上，所述的多个第二外延电极分别设置于所述的多个感测电极上。
8.一种生物传感器的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
(a)提供一生物感测芯片；
(b)于所述生物感测芯片上形成一信号外延结构的一部分而构成一生物感测模块的一部分，所述生物感测芯片包括一基板以及一芯片保护层，其中多个连接垫形成于所述基板上，所述的芯片保护层形成于所述基板上且局部覆盖所述的多个连接垫，且所述的芯片保护层具有多个窗口使所述的多个连接垫局部露出所述芯片保护层；
(c)提供一基底结构，其具有一基底及一位于所述基底上的信号传输结构；
(d)将所述生物感测模块的所述部分设置于所述基底的一上表面上，使所述信号传输结构位于所述生物感测模块的一侧或多侧；
(e)利用一模塑层连结所述基底、所述生物感测模块的所述部分及所述信号传输结构，并使所述信号外延结构的所述部分露出所述模塑层；以及
(f)形成所述信号外延结构的另一部分以将所述信号外延结构的所述部分电连接至所述信号传输结构，其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述生物感测芯片的多个连接垫电连接至所述信号传输结构，所述信号外延结构与所述生物感测芯片共同作用，以感测接触或接近所述信号外延结构的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号传递至所述信号传输结构，俾能使所述生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于所述生物传感器的一正面及一反面。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述信号传输结构具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端以及一靠近所述基底的第二连接端，且所述制造方法还包括以下步骤：
(g)于所述基底上形成一信号输出结构，其电连接至所述第二连接端。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)至少包括以下步骤：
(b1)于所述芯片保护层及所述的多个连接垫上形成一种子层；
(b2)于所述种子层上形成一图案化的光刻胶层以局部露出所述种子层；
(b3)利用局部露出的所述种子层进行电镀；
(b4)移除所述图案化的光刻胶层及部分的所述种子层，以形成多个第一外延电极；以及
(b5)灌注模塑料以形成一第二模塑层，用于嵌设所述第二模塑层中的所述的多个第一外延电极。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(b)至少包括以下步骤：
(b1)于所述芯片保护层、所述的多个连接垫上形成一种子层；
(b2)于所述种子层上形成一图案化的光刻胶层以局部露出所述种子层；
(b3)利用局部露出的所述种子层进行电镀；
(b4)移除所述图案化的光刻胶层及部分的所述种子层，以形成多个第一外延电极；
(b5)灌注模塑料以形成所述生物感测芯片的一第二模塑层及一牺牲保护层；以及
(b6)移除所述牺牲保护层而留下所述第二模塑层。
12.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(c)至少包括以下步骤：
(c1)于一载体晶圆上设置所述基底；
(c2)于所述基底上形成一种子层；
(c3)于所述种子层上形成一图案化的光刻胶层以局部露出所述种子层；
(c4)利用局部露出的所述种子层进行电镀；以及
(c5)移除所述图案化的光刻胶层及部分的所述种子层，以形成所述信号传输结构。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述信号传输结构具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端以及一从所述基底露出的第二连接端，且所述制造方法还包括以下步骤：
(g)于所述基底上形成一信号输出结构，其电连接至所述第二连接端。
14.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(c)至少包括以下步骤：
(c1)于一载体晶圆上形成一重新分配层，并于所述重新分配层上设置所述基底；
(c2)于所述基底上形成一种子层，其电连接至所述重新分配层；
(c3)于所述种子层上形成一图案化的光刻胶层以局部露出所述种子层；
(c4)利用局部露出的所述种子层进行电镀；以及
(c5)移除所述图案化的光刻胶层及部分的所述种子层，以形成所述信号传输结构。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述信号传输结构具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端以及一靠近所述基底的第二连接端，且所述制造方法还包括以下步骤：
(g)于所述基底上形成一信号输出结构，其电连接至所述重新分配层。
16.一种生物传感器，其特征在于，至少包括：
一基底；
一生物感测模块，设置于所述基底的一上表面上，并包括一生物感测芯片、一信号处理芯片及一信号外延结构，所述信号外延结构设置于并电连接至所述生物感测芯片及所述信号处理芯片，所述信号外延结构与所述生物感测芯片及所述信号处理芯片共同作用，以感测接触或接近的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号，所述信号处理芯片接收并处理来自所述生物感测芯片的一感测信号而获得所述生物信号；
一信号传输结构，设置于所述基底上以及所述生物感测模块的一侧或多侧，并具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端、一靠近所述基底的第二连接端以及一电连接所述生物感测芯片与所述信号处理芯片的中间连接部，以将所述生物信号从所述生物感测模块传输到所述第二连接端，其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述信号处理芯片的多个输出连接垫电连接至所述信号传输结构，所述生物感测芯片包括一基板、多个连接垫以及一芯片保护层，其中所述的多个连接垫形成于所述基板上，所述的芯片保护层形成于所述基板上且局部覆盖所述的多个连接垫，且所述的芯片保护层具有多个窗口使所述的多个连接垫局部露出所述芯片保护层；以及
一模塑层，连结所述基底、所述生物感测模块及所述信号传输结构，俾能使所述生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于所述生物传感器的一正面及一反面。
17.如权利要求16所述的生物传感器，其特征在于，还包括：
一信号输出结构，电连接至所述第二连接端，并设置于所述基底上。
18.如权利要求17所述的生物传感器，其特征在于，所述信号传输结构包括一导体层及一重新分配层，所述导体层通过所述重新分配层的线路电连接至所述信号输出结构。
19.如权利要求16所述的生物传感器，其特征在于，更包括：
一外保护层，覆盖所述信号外延结构及所述模塑层。
20.如权利要求16所述的生物传感器，其特征在于，所述生物感测模块通过一阻绝层设置于所述基底上。
21.如权利要求16所述的生物传感器，其特征在于：
所述信号处理芯片还包括：一基板；所述的多个输出连接垫及多个输入连接垫，形成于所述基板上；以及一芯片保护层，形成于所述基板上，局部覆盖所述的多个输入连接垫及所述的多个输出连接垫，并具有多个窗口使所述的多个输入连接垫及所述的多个输出连接垫局部露出所述芯片保护层。
22.如权利要求21所述的生物传感器，其特征在于，所述信号外延结构还包括：
一第二模塑层以及一第三模塑层；以及
嵌设于所述第二模塑层中的多个第一外延电极，以及嵌设于所述第三模塑层中的多个第三外延电极及多个第四外延电极，所述的多个第一外延电极分别设置于所述的多个连接垫上，所述的多个第三外延电极分别设置于所述的多个输出连接垫上，且所述的多个第四外延电极分别设置于所述的多个输入连接垫上。
23.一种生物传感器的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
(a)提供一生物感测芯片及一信号处理芯片；
(b)于所述生物感测芯片及所述信号处理芯片上形成一信号外延结构的一部分而构成一生物感测模块的一部分，所述生物感测芯片包括一基板以及一芯片保护层，其中多个连接垫形成于所述基板上，所述的芯片保护层形成于所述基板上且局部覆盖所述的多个连接垫，且所述的芯片保护层具有多个窗口使所述的多个连接垫局部露出所述芯片保护层；
(c)提供一基底结构，其具有一基底及一位于所述基底上的信号传输结构；
(d)将所述生物感测模块的所述部分设置于所述基底的一上表面上，使所述信号传输结构位于所述生物感测模块的一侧或多侧；
(e)利用一模塑层连结所述基底、所述生物感测模块的所述部分及所述信号传输结构，并使所述信号外延结构的所述部分露出所述模塑层；以及
(f)形成所述信号外延结构的另一部分以将所述信号外延结构的所述部分电连接至所述信号传输结构，并将所述生物感测芯片电连接至所述信号处理芯片，所述信号外延结构与所述生物感测芯片及所述信号处理芯片共同作用，以感测接触或接近所述信号外延结构的一生物体的一细微生物特征而获得一生物信号传递至所述信号传输结构，俾能使所述生物传感器的一感测面与一电气信号接口实质上分别位于所述生物传感器的一正面及一反面，其中，所述信号处理芯片接收并处理来自所述生物感测芯片的一感测信号而获得所述生物信号。
24.如权利要求23所述的制造方法，其特征在于，所述信号传输结构具有一电连接至所述信号外延结构的第一连接端、一靠近所述基底的第二连接端以及一电连接所述生物感测芯片与所述信号处理芯片的中间连接部，其中所述信号外延结构至少包括一水平的外扩连接结构，将所述生物感测芯片的多个连接垫电连接至所述信号传输结构，且所述制造方法还包括以下步骤：
(g)于所述基底上形成一信号输出结构，其电连接至所述第二连接端。
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