CN105009143B

CN105009143B - 集成式指纹传感器

Info

Publication number: CN105009143B
Application number: CN201480009822.4A
Authority: CN
Inventors: R·W·伯恩斯特因; N·W·克里斯蒂; G·I·贝瑞德霍特; O·斯洛格达尔
Original assignee: Idex ASA
Current assignee: Adix Biometric General Co ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: CN105009143A; JP6276293B2; KR102157891B1; EP2959430B1; KR20150123844A; JP2016507846A; US20140241595A1; US9881196B2; US20170068836A1; EP2959430A1; NO20131423A1; WO2014128260A1; US9501685B2

Abstract

本发明涉及特别用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中的指纹传感器和指纹传感器系统，指纹传感器系统包括位于覆盖件的第一侧上的多个传感元件；位于界定覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针，多个探针至少部分地穿过覆盖件从覆盖件的第一侧伸出；在覆盖件的第一侧上使多个探针与多个传感元件互连的多根导体引线；连接到多个传感元件的多个放大器，放大器的数量小于传感元件的数量；以及连接到多个传感元件的激活电路，激活电路适于输出至少一个激活信号。

Description

集成式指纹传感器

技术领域

本发明涉及用于集成在智能电话或类似物中的指纹传感器。

背景技术

包括用于测量指纹表面中的特征的电极的指纹传感器是公知的，例如EP0988614、US5,963,679和6,069,970描述了基于不同的测量阻抗或电容的原理的传感器，及包括多个单独的传感器元件的条形或矩阵传感器。

当前指纹传感器的传感器表面通常不适合于与环境有大范围的直接接触，且通常必须设置有防止电路免受湿气、磨损、腐蚀、化学物质、电子噪声、机械影响、太阳光放电等的壳体。美国专利5,862,248提供了对这个问题的可能解决方案，其中电路被封装成使得允许手指通过在外壳的顶部中的开口来与传感器的敏感表面直接接触。

在很多情况下，这个解决方案将不足以提供所需的可靠性。在集成电路的表面上使用的材料(半导体、金属、介质)通常不足够可靠以经得起在较长的一段时间期间暴露在外部环境中并与手指接触，且因此这个解决方案也将导致可靠性问题。另一解决方案可以是在芯片表面上添加额外的金属和介电层，如在美国专利6,069,970中所述的。然而添加厚介电层通常导致测量信号的衰减且因而导致指纹传感器的性能的衰减。这些层也往往增加了生产成本，并通常产生与半导体工艺的兼容性问题(与工艺温度、由于温度差而引起的变化的尺寸等有关)。在US EP1303828中了描述又一解决方案，该解决方案将导体穿过衬底布线到处理器，然后导体在设备内部被安全地定位在衬底的另一侧面上。

触摸屏驱动设备，如智能电话和平板型个人计算机设备一般具有前表面，其中显示区域接近达100％利用率，且具有在显示区域外部的可用于物理按钮或其它用户交互设备的非常有限的空间。US 2013/0181949A1公开了覆盖在智能电话的触摸屏上面的透明指纹传感器的一个可能的实现。US 8,564,314公开了与电容触摸定位传感器集成在一起的指纹传感器的另一可能的实现，其中传感器位于玻璃之下。然而，该专利并没有讨论或提议克服由厚防护玻璃盖引起的传感器性能严重衰减的任何解决方案。

发明内容

集成在例如移动电话或平板型个人计算机的触摸屏设备的玻璃中的、特别用于通过触摸屏设备的前玻璃或防护盖进行感测的指纹传感器实现了防止指纹传感器暴露于外部环境的成本有效的解决方案、以及不同的手持装置制造商的各种不同的设计和人机工程学关键设计标准。

根据本公开的实施方式描述了以下方面：

1)通过提供特别用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中的指纹传感器来得到这些目的，其中指纹传感器包括：位于覆盖件的第一侧上的多个传感元件；位于界定覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针，多个探针至少部分地穿过覆盖件从覆盖件的第一侧伸出；以及在覆盖件的第一侧上使多个探针与多个传感元件互连的多根导体引线。

2)如项目1)所述的指纹传感器，其中，全部的所述多个探针部分地穿过所述覆盖件延伸。

3)如项目1)所述的指纹传感器，其中，所述多个探针中的第一数量的探针部分地穿过所述覆盖件延伸；以及

所述多个探针中的第二数量的探针穿过所述覆盖件延伸。

4)如项目1)所述的指纹传感器，其中，所述多个探针中的一定数量的探针穿过所述覆盖件延伸；以及

穿过所述覆盖件延伸的所述一定数量的探针中的至少一个覆盖有介电层。

5)如项目1)所述的指纹传感器，其中所述绝缘材料选自由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯组成的组。

6)如项目1)所述的指纹传感器，其中，每个传感元件适于：

由交流电流信号或交流电压信号激活，且如果被激活，则输出由激活信号调制的响应信号，或如果未被激活，则不输出信号。

7)如项目6)所述的指纹传感器，其中，所述传感元件被分组到多组传感元件中，且一组传感元件中的每个传感元件适于同时被所述一组传感元件中的所有传感元件所共有的激活信号激活。

8)如项目1)所述的指纹传感器，其中所述多个传感元件还包括：

在第一导电层中界定的传感电极；

在所述传感电极之下的第一介电层；以及

在所述第一介电层的相对侧上的第二导电层中界定的激活电极和拾取电极，并且所述激活电极和所述拾取电极至少部分地被所述传感电极覆盖。

9)如项目8)所述的指纹传感器，其中所述第一导电层被界定在所述覆盖件的所述第一侧上的导体引线层中。

10)如项目8)所述的指纹传感器，其中所述多个传感元件位于第二衬底上并电连接到在所述覆盖件的所述第一侧上的导体引线层。

11)如项目10)所述的指纹传感器，其中所述第二衬底是多层聚合物衬底。

12)如项目8)所述的指纹传感器，其中所述多个传感元件还包括：

在所述第二导电层之下的第二介电层；以及

在所述第二介电层的相对侧上的第三导电层中界定的激活行，并且所述激活行电连接到所述激活电极。

13)如项目12)所述的指纹传感器，其中所述激活行通过导电通路电连接到所述激活电极。

14)如项目12)所述的指纹传感器，其中所述激活行通过在所述第二介电层之上的电容耦合而电连接到所述激活电极。

15)如项目1)所述的指纹传感器，其中所述探针位于所述覆盖件的透明部分中，所述导体引线被布线到所述透明区域之外的处理单元，以及

所述探针和所述导体引线由本质上透明的材料制成。

16)本发明的另一目的是提供特别用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中的指纹传感器系统，其中指纹传感器系统包括位于覆盖件的第一侧上的多个传感元件；位于界定覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针，多个探针至少部分地穿过覆盖件从覆盖件的第一侧伸出；在覆盖件的第一侧上使多个探针与多个传感元件互连的多根导体引线；连接到多个传感元件的多个放大器，放大器的数量优选地小于传感元件的数量；以及连接到多个传感元件的激活电路，激活电路适于输出至少一个激活信号。

17)如项目16)所述的指纹传感器系统，其中，每个传感元件适于由来自所述激活电路的交流电流信号或交流电压信号激活，且如果被激活，则将由所述激活信号调制的响应信号输出到所述多个放大器中的一个放大器，或如果未被激活，则不输出信号。

18)如项目17)所述的指纹传感器系统，其中所述传感元件被分组到多组传感元件中，且一组传感元件中的每个传感元件适于同时被来自所述激活电路的对所述一组传感元件中的所有传感元件所共有的激活信号激活。

19)如项目18)所述的指纹传感器系统，其中所述激活电路还适于为所述一组传感元件中的每个传感元件输出一个激活信号，以及

在所述激活信号之间顺序地切换以一次激活所述一组传感元件中的一个传感元件。

20)如项目16)所述的指纹传感器系统，其中所述多个传感元件还包括：

在第一导电层中界定的传感电极；

在所述传感电极之下的第一介电层；

在所述第一介电层的相对侧上的第二导电层中界定的激活电极和拾取电极，并且所述激活电极和所述拾取电极至少部分地被所述传感电极覆盖；

所述激活电极被连接到所述激活电路；以及

所述拾取电极被连接到所述多个放大器中的一个放大器。

21)如项目20)所述的指纹传感器系统，其中所述多个传感元件还包括：

在所述第二导电层之下的第二介电层；以及

在所述第二介电层的相对侧上的第三导电层中界定的激活行，并且所述激活行电连接到所述激活电极，使得所述激活电极通过所述激活行连接到所述激活电路。

22)如项目17)和21)所述的指纹传感器系统，其中所述多个探针位于一维模式或二维模式中，所述二维模式对应于m行传感元件和n列传感元件，其中m≥1且n>1；

一列中的每个传感元件的所述拾取电极通过公共的拾取行连接到n个放大器中的一个放大器；

一行中的每个传感元件的所述激活电极通过公共的激活行连接到m个激活信号中的一个激活信号；

所述激活电路配置成在所述m个激活信号之间顺序地切换，所述激活信号激活一行中的每个传感元件，使得因而产生的信号在相应的拾取电极上被感测并由相应的列放大器放大。

23)如项目17)所述的指纹传感器系统，其中，多组传感元件布置在本质上线性的阵列中，每组传感元件本质上定义划擦指纹传感器。

24)如项目23)所述的指纹传感器系统，其中所述激活电路还适于从触控显示器接收输入；并且所述激活电路基于来自所述触控显示器的输入激活所述一组传感元件中的一个传感元件。

25)如项目24)所述的指纹传感器系统，其中，来自所述触控显示器的输入包括手指在所述触控显示器上移动的速度和方向。

附图说明

将参考只作为例子示出本发明的附图更详细地描述本发明。

图1示出根据本发明的包括指纹传感器的示例性设备。

图2示出根据本发明的电路系统的示例性布局。

图3a-d示出根据本发明的指纹传感器的示例性实施方式的横截面。

图4a-b示出根据本发明的指纹传感器的一个示例性传感器元件或传感器像素。

图5示出根据本发明的指纹传感器的另一示例性传感器元件或传感器像素。

图6是根据本发明的示例性测量原理的示意图。

图7是根据本发明的传感器元件阵列的示例性测量原理的示意图。

图8是根据本发明的示例性指纹传感器系统的示意图。

图9是根据本发明的另一示例性指纹传感器系统的示意图。

图10示出本发明的在智能电话内实现的示例性实施方式。

具体实施方式

图1示出具有前表面11的智能电话10，前表面11由玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯或其它透明玻璃等价物(它们在下文简称为玻璃)制成。前表面11优选地是如本领域中的技术人员理解的启用触摸屏的显示器的界面。前表面11一般由一块玻璃制成，且一般在视觉上分成在下文中分别被称为显示器12和按钮区域13的透明部分12和不透明部分13。如在本领域中的技术人员理解的智能电话10还包括处理器、存储器、无线收发机、触摸屏驱动器和相应的互连电路系统。如将在下文中进一步公开的，根据需要，本文所述的指纹传感器可位于显示区域12或按钮区域13内，并可以可选地连接到触摸屏驱动器。

图2示出位于界定例如玻璃的外壳或覆盖件20的正面上的传感区域的预定模式中的多个探针21，覆盖件20覆盖图1示例性所示的设备例如智能电话。多个探针中的每个探针21至少部分地穿过覆盖件20从覆盖件的背面伸出，并进一步耦合到在背面上的使探针21与背面上的多个传感元件互连的多根导体引线22。探针21提供与位于传感区域上的手指表面(未示出)的电耦合，根据如本领域中的技术人员认识到的不同的指纹测量原理例如电容或电阻测量来实现指纹等的测量。

如图2所示界定传感区域的预定模式是说明本发明的简化探针布局。如本文公开的指纹传感器不限于任何特定的探针布局或传感原理。在条形或划擦指纹传感器的一个示例性实施方式中，将有多个传感器元件被用于测量手指相对于传感器的运动，正如在上面提到的EP0988614或EP1303828中讨论的。可选地，传感器可以是如在US6,289,114中的对表面的一系列图像采样的子矩阵。在EP1328919中描述了又一探针布局，其中为了导航目地，两行传感器元件用于测量手指的运动。在触摸传感器的又一实施方式中，探针将被布局为覆盖完整的、不动的指纹的矩阵，这正如在US 6,512,381、US 6,862,942、US 6,525,547和US 6,327,376中讨论的。

图3a-3d示出与覆盖件20集成在一起的指纹传感器的示例性实施方式的横截面，覆盖件20由例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯或其它透明玻璃等价物的绝缘材料制成。多个传感元件27位于覆盖件20的第一侧上。在覆盖件的第二侧上由探针21、21’界定传感区域，探针21、21’至少部分地穿过覆盖件20延伸并连接到在覆盖件的第一侧上的导体引线22。导体引线22构成将信号从探针21、21’按规定路线发送到多个传感元件27的布线层或重新分布层。传感元件进一步连接到例如用于模拟信号调节的、位于覆盖件的第一侧上的信号处理器3(未示出)。信号处理器可以是CMOS ASIC或任何其它适当的IC。然而应注意，导体引线层可以是根据本发明的某些实施方式的传感元件的一部分。探针21、21’和导体引线22由导电材料制成，并可被形成为使得例如氧化铟锡(ITO)的小特征尺寸或透明的材料令导体变得对用户本质上不可见。因此，根据本发明的一个示例性实施方式，位于覆盖件20的透明部分12中的探针21、21’以及导体引线22被布线到在透明区域外部的处理单元23。

如在本文描述的指纹传感器的示例性制造工艺利用市场上可买到的盖材料和精密加工工艺。首先，在衬底材料中制成孔和/或盲孔，以通过本领域中的技术人员已知的方法例如激光钻孔、机械钻孔、离子钻孔、离子蚀刻等来界定探针的位置和深度。其次，通过本领域中的技术人员已知的方法例如沉积、离子交换金属化等来用导电材料填充和/或覆盖孔和表面。第三，可部分地在衬底的正面和/或背面上使用如本领域中的技术人员知道的标准光刻法和蚀刻工艺来处理电极和导体引线。

现在转到图3a，其示出与由例如玻璃的绝缘材料制成的覆盖件20集成在一起的指纹传感器的第一示例性实施方式。探针21穿过覆盖件延伸且本质上与覆盖件20的第二侧或上侧的表面齐平。根据所选择的指纹传感原理，特别是电容传感的指纹传感原理，介电层31也可覆盖探针21以提供与手指表面的电容耦合。介电层31可覆盖所有或大部分探针21。未被覆盖的探针21可提供与手指表面的电流耦合。

图3b示出与由例如玻璃的绝缘材料制成的覆盖件20集成在一起的指纹传感器的第二示例性实施方式。第二实施方式不同于第一实施方式之处仅在于，探针21延伸到覆盖件20的上侧之上。这允许在覆盖件的上侧上的探针21的布线。再次，根据所选择的指纹传感原理，特别是电容传感的指纹传感原理，介电层31也可覆盖探针21以提供与手指表面的电容耦合。介电层31可覆盖所有或大部分探针21。未被覆盖的探针21可提供与手指表面的电流耦合。虽然未示出，两个第一实施方式的组合也是可能的，例如多个探针可与覆盖件的上侧的表面齐平，而一些探针可延伸到表面之上。

图3c示出与由例如玻璃的绝缘材料制成的覆盖件20集成在一起的指纹传感器的第三示例性实施方式。在这个实施方式中，探针21’部分地穿过覆盖件20延伸。在探针21’的端部和覆盖件20的上侧的表面之间的距离d_21’48被选择成使得探针21’可提供与手指表面的电容耦合。这允许指纹传感器使用电容传感器原理而不将介电层添加在覆盖件20的上表面的顶部上。

图3d示出与由例如玻璃的绝缘材料制成的覆盖件20集成在一起的指纹传感器的第四示例性实施方式。在这个实施方式中，有部分地穿过覆盖件20延伸的探针21’和穿过覆盖件20延伸的探针21。如上面关于图3c所述的，在探针21’的端部和覆盖件20的上侧的表面之间的距离d_21’48被选择为使得探针21’可提供与手指表面的电容耦合。探针21可提供与手指表面的电流耦合。虽然未示出，但如上面参考图3b更详细描述的，探针21也可延伸到表面之上，允许在覆盖件20的上侧上的布线和探针结构。

在本发明的一个示例性实施方式中的导体引线22由至少一个导电层组成，至少一个导电层直接在覆盖件20上经由本领域中的技术人员已知的方法通过涂敷和图案化至少一层导电材料进行处理。导体引线可用作重分布层以使探针21、21’的一般非常窄的间距分散开从而使到随后的信号处理单元的互连容易。以这种方式，重分布层也使随后的信号处理单元的尺寸与传感区域的尺寸去耦。可选地，导体引线22可被提供有例如BGA球，其用于互连到随后的信号处理单元。在如下文关于图4a和4b更详细描述的又一实施方式中，导体引线是传感元件的部分。

图4a示出根据本发明的指纹传感器的一个示例性传感元件或传感器像素40。传感器元件由覆盖件20和探针21’组成，覆盖件20由绝缘材料例如玻璃制成，而探针21’由导电材料制成，其部分地穿过覆盖件20从盖的背面伸出。探针21’连接到在第一介电层42之上的第一导电层中界定的导体引线或传感电极22。传感电极22至少部分地覆盖第一介电层42的相对侧上的第二导电层中界定的激活电极43和拾取电极44。激活电极43和拾取电极44被界定在同一水平层中并由导电材料制成。传感元件也可包括位于第二介电层45的相对侧上的、激活电极43下方的第三导电层中界定的第三导体或激活行46。激活行46电连接到激活电极43，激活电极43在介电层45之上是电容的或通过导电通路47是电流的。应注意，激活电极43和拾取电极44可基于特定的实现来切换功能。在又一示例性实施方式中，传感元件40设置有位于第二和第三导电层之间的第四导电层(未示出)。第四导电层将充当激活行46和拾取电极44之间的屏蔽层。图4b示出指纹传感器的可选实施方式，其中传感元件40还包括由从覆盖件20的背面并穿过覆盖件20延伸的导电材料制成的探针21。在这里示出每个传感器元件或传感器像素有一个穿透探针21，然而应注意，如在特定的实现中适用的，指纹传感器可能只有这些探针的一个或仅仅几个。

图5示出本发明的可选实施方式，其是如关于图4a和4b描述的、使用例如在PCT/EP2010/070787中公开的现成可用的技术由多层聚合物衬底制成的传感元件或传感器像素50。聚合物衬底通过本领域中的技术人员已知的现成可用的芯片安装技术连接到探针21、21’和导体引线22，如由凸起接头58示出的。传感元件50包括在第一介电层52之上的第一导电层中界定的传感电极51。传感电极51至少部分地覆盖第一介电层52的相对侧上的第二导电层中界定的激活电极53和拾取电极54。激活电极53和拾取电极54被界定在同一水平层中并由导电材料制成。传感元件也可包括在位于第二介电层55的相对侧上的、激活电极53下方的第三导电层中界定的第三导体或激活行56。激活行56电连接到激活电极53，激活电极53在介电层55之上是电容的或通过导电通路57是电流的。应注意，激活电极53和拾取电极54可基于特定的实现来切换功能。在又一示例性实施方式中，传感元件50设置有位于第二和第三导电层之间的第四导电层(未示出)。第四导电层将充当在激活行56和拾取电极54之间的屏蔽层。

在图6中参考图4a和4b示出根据本发明的示例性测量原理。信号处理单元23(例如ASIC)包含连接到拾取电极44的放大来自那里的信号的放大器66以及其它信号调节电路系统。来自激活电极43的AC电压信号耦合到传感电极22。到放大器66的输入信号电流由与从探针21’的端部到接地电位的总电容串联的电容器62确定。所述总电容由与63(穿过传感器电介质48)和64(穿过手指41的脊(ridge)或穿过谷(valley)中的空气间隙)的串联电容并联的67给出。穿过手指到外部电位的额外的串联阻抗68对于这个讨论被假设是可忽略的。因为所有其它元件是固定的，输入信号电流的幅值将根据电容64的幅值而改变，电容64根据是否有存在于探针21’之上的手指脊或谷而改变。信号电流可由ASIC放大、过滤和解调(例如同步地)。也就是说，当AC电压被施加到激活电极43时，将有从激活电极43穿过传感器电极22到拾取电极44的电流的电容流。当存在直接位于探针21’之上的填充空气的指纹谷时，从传感器元件穿过手指41到外部电位61的阻抗将实际上是无限的。另一方面，当由指纹脊存在时，将存在从探针21’穿过手指41到外部电位61的低得多的有限阻抗。这将导致在拾取电极44处接收的信号电流的减小。信号电流的这个减小将引起在脊和谷之间的信号对比度，其在信号被放大并被数字化时可被视觉化为例如“灰度级”指纹图像。根据本发明的一个示例性实施方式外部电位61从穿透探针21电容或电流地耦合到手指41。可选地，根据本发明的另一示例性实施方式，手指41通过人体耦合到真正的地。

图7示出根据本发明的传感元件或传感器像素40的阵列，其中每个传感元件40a-d电容地耦合到同一拾取电极44。每个传感元件可由其相关激活电极43a-d激活。如可从图7看到的，如果激活电极(例如43a)在固定电位处保持浮动或保持不变，则实际上将没有从相应的传感元件40a到拾取电极44的信号电流。信号电流的这个缺乏不考虑是否有在元件40a上方的手指脊或凹部。这意味着只有由AC电压激活的那些传感元件40将引起由激活信号调制的响应信号，具体地是信号电流。传感元件40可被分组到多组传感元件中，使得在一组传感元件中的每个传感元件可同时被这组传感元件中的所有传感元件所共有的激活信号激活。这允许使用作为组合激活和控制信号的激活电极43的信号在公共拾取行44上的不同传感元件40之间的有效无源复用。这个无源复用极大地减小信号处理单元的尺寸，因为每个传感器元件的额外的有源开关和相关控制电路系统是不需要的。

图8是根据本发明的指纹系统的示例性实施方式的示意图。指纹系统包括位于界定覆盖件20的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针21’，覆盖件在绝缘材料例如玻璃上被制造，其中多个探针21’从覆盖件20的第一侧并至少部分地穿过覆盖件20延伸。在覆盖件20的第一侧上的多根导体引线22使覆盖件的第一侧上的多个探针21’与多个传感元件40互连。图8示出在覆盖件20的第一侧上的多个传感元件40和连接到多个传感元件的多个放大器66a-d，其中放大器66a-d的数量小于传感元件40的数量。在图8中也示出连接到多个传感元件40的激活电路，其中激活电路适于输出至少一个激活信号。传感元件40、信号处理单元23和相关联的互连电路系统可以在本发明的范围内的多个不同的配置进行布置，所述配置包括但不限于如前面讨论的行传感器配置、子矩阵传感器配置和矩阵配置。为了说明书的简单起见，图8所示的指纹传感器由传感元件40的2x4矩阵和具有分别连接到四个拾取电极44a-d的四个放大器66a-d的信号处理单元23以及向激活电极43馈电的激活电路系统组成。然而，矩阵可采取任何尺寸和形式，例如1x n和m x n。激活电路系统可例如如所示的具有通过复用器82耦合到m个输出沟道的AC驱动电路81的形式。在图8的示意图中，m＝2个驱动行46a-b通过通路47将激活电极43连接到AC驱动电路。AC驱动电路连接到驱动行46a，因此该行的传感元件(40aa、40ab、40ac和40ad)由相应的激活电极43激活，且因而产生的信号在相应的拾取行或列44a-d上被感测并由相应的列放大器66a-d放大。接下来是连接到驱动行46b的AC驱动电路，该行的传感元件(40ba、40bb、40bc和40bd)由相应的激活电极43激活，且因而产生的信号在相应的拾取行或列44a-d上被感测并由相应的列放大器66a-d放大。

激活电路还适于为这组传感元件中的每个输出一个激活信号，并在激活信号之间顺序地切换以一次激活这组传感元件中的一个。

上面关于图8的描述说明了传感元件的1x n矩阵，其中在一行中的所有传感元件40通过公共驱动行46连接到一个驱动电路81。然而，根据本发明的另一示例性实施方式，传感元件40的线性阵列连接到多个驱动行46以允许行传感器中的拾取电极44的复用。在这样的配置中，例如驱动行46a可连接到传感元件40aa和40ac，而驱动行46b可连接到传感元件40ab和40ad。在根据本发明的又一线性阵列配置中，驱动行46被界定在与激活电极43和拾取电极44相同的水平层，即第二导电层中，因此消除了第三导电层。

图9示出根据本发明的指纹传感器系统的另一示例性实施方式。指纹传感器90由传感元件40的本质上线性的阵列组成，其中线性阵列本质上拉伸触摸屏91的宽度。传感元件40被组织到多组传感元件92a-92n中，其中每组本质上定义划擦指纹传感器。组92中的每个传感元件的激活电极43被连接到公共驱动行，而一组中的每个传感元件的拾取电极44被布线到信号处理单元23中的一列放大器66。在信号处理单元23中的这列放大器66是这组传感元件92中的每个所共有的。因此，指纹传感器90由多个复用的或开关扫测的指纹传感器组成。在一个示例性实施方式中，这允许并行地测量多个手指。在另一示例性实施方式中，信号处理单元23也从触控显示器接收输入，例如手指速度和/或方向，允许信号处理单元23激活一组适当的传感器元件92。

单元还可包括可选的硅裸片和电路系统24用于安全生物认证。典型选项包括用于运行生物算法和通信和需要逻辑处理的其它功能的微控制器、用于授权财务交易或服务提供者识别的各种安全元件和USIM芯片以及用于射频通信的NFC控制器。

如图2所示，单元也可包括智能电话的其它部分或外部连接器和设备的接口25。天线(未示出)也可能与NFC控制器组合集成。

因此可能将指纹传感器集成在触摸屏设备例如移动电话或平板型个人计算机的外壳中同时考虑设计，和手持装置制造商的人机工程学关键设计标准。这将提供额外的优点，例如：

●设计

●人机工程学和可用性

●简化的集成和增强的耐久性

●对增加的生物性能的用户反馈

●与应用图形和动画的直接交互

图10示出智能电话100，其中根据本发明的单元使用标准智能卡控制器和NFC芯片组在电话中实现，NFC芯片组具有天线并被组合以模拟在玻璃盖101中的自主、生物、标准EMV卡。

Claims

1.一种指纹传感器，其用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中，所述指纹传感器包括：

多个传感元件，其位于所述覆盖件的第一侧上，其中所述多个传感元件包括：

在第一导电层中界定的传感电极；

在所述传感电极之下的第一介电层；以及

多个探针，其位于界定所述覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中，所述多个探针至少部分地穿过所述覆盖件从所述覆盖件的所述第一侧伸出；以及

多根导体引线，其在所述覆盖件的所述第一侧上使所述多个探针与所述多个传感元件互连。

2.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，全部的所述多个探针部分地穿过所述覆盖件延伸。

3.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述多个探针中的第一数量的探针部分地穿过所述覆盖件延伸；以及

所述多个探针中的第二数量的探针穿过所述覆盖件延伸。

4.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述多个探针中的一定数量的探针穿过所述覆盖件延伸；以及

5.如权利要求1所述的指纹传感器，其中所述绝缘材料选自由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯组成的组。

6.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，每个传感元件适于：

7.如权利要求6所述的指纹传感器，其中，所述多个传感元件被分组到多组传感元件中，且一组传感元件中的每个传感元件适于同时被所述一组传感元件中的所有传感元件所共有的激活信号激活。

8.如权利要求1所述的指纹传感器，其中所述第一导电层被界定在所述覆盖件的所述第一侧上的导体引线层中。

9.如权利要求1所述的指纹传感器，其中所述多个传感元件位于第二衬底上并电连接到在所述覆盖件的所述第一侧上的导体引线层。

10.如权利要求9所述的指纹传感器，其中所述第二衬底是多层聚合物衬底。

11.如权利要求1所述的指纹传感器，其中所述多个传感元件还包括：

在所述第二导电层之下的第二介电层；以及

12.如权利要求11所述的指纹传感器，其中所述激活行通过导电通路电连接到所述激活电极。

13.如权利要求11所述的指纹传感器，其中所述激活行通过在所述第二介电层之上的电容耦合而电连接到所述激活电极。

14.如权利要求1所述的指纹传感器，其中所述多个探针位于所述覆盖件的透明部分中，所述导体引线被布线到所述透明部分之外的处理单元，以及

所述多个探针和所述导体引线由本质上透明的材料制成。

15.一种指纹传感器系统，其用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中，所述指纹传感器系统包括：

多个传感元件，其位于所述覆盖件的第一侧上；

多个探针，其位于界定所述覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中，所述多个探针至少部分地穿过所述覆盖件从所述覆盖件的所述第一侧伸出；

多根导体引线，其在所述覆盖件的所述第一侧上使所述多个探针与所述多个传感元件互连；

多个放大器，其连接到所述多个传感元件，所述放大器的数量小于所述传感元件的数量；以及

激活电路，其连接到所述多个传感元件，所述激活电路适于输出至少一个激活信号；

其中所述多个传感元件还包括：

在第一导电层中界定的传感电极；

在所述传感电极之下的第一介电层；以及

在所述第一介电层的相对侧上的第二导电层中界定的激活电极和拾取电极，其中所述激活电极和所述拾取电极至少部分地被所述传感电极覆盖。

16.如权利要求15所述的指纹传感器系统，其中，每个传感元件适于由来自所述激活电路的交流电流信号或交流电压信号激活，且如果被激活，则将由所述交流电流信号或交流电压信号调制的响应信号输出到所述多个放大器中的一个放大器，或如果未被激活，则不输出信号。

17.如权利要求16所述的指纹传感器系统，其中所述多个传感元件被分组到多组传感元件中，且一组传感元件中的每个传感元件适于同时被来自所述激活电路的对所述一组传感元件中的所有传感元件所共有的激活信号激活。

18.如权利要求17所述的指纹传感器系统，其中所述激活电路还适于为所述一组传感元件中的每个传感元件输出一个激活信号，以及

在针对所述一组传感元件所输出的所有激活信号之间顺序地切换以一次激活所述一组传感元件中的一个传感元件。

19.如权利要求15所述的指纹传感器系统，其中所述激活电极被连接到所述激活电路；以及

所述拾取电极被连接到所述多个放大器中的一个放大器。

20.如权利要求15所述的指纹传感器系统，其中所述多个传感元件还包括：

在所述第二导电层之下的第二介电层；以及

在所述第二介电层的相对侧上的第三导电层中界定的激活行，其中所述激活行电连接到所述激活电极，使得所述激活电极通过所述激活行连接到所述激活电路。

21.如权利要求20所述的指纹传感器系统，其中所述多个探针位于一维模式或二维模式中，所述二维模式对应于m行传感元件和n列传感元件，其中m≥1且n>1；

所述激活电路配置成在所述m个激活信号之间顺序地切换，所述m个激活信号中的所述激活信号激活一行中的每个传感元件，使得因而产生的信号在相应的拾取电极上被感测并由相应的列放大器放大。

22.如权利要求17所述的指纹传感器系统，其中，多组传感元件布置在本质上线性的阵列中，每组传感元件本质上定义划擦指纹传感器。

23.如权利要求22所述的指纹传感器系统，其中所述激活电路还适于从触控显示器接收输入；并且所述激活电路基于来自所述触控显示器的输入激活所述多组传感元件中的一组传感元件。

24.如权利要求23所述的指纹传感器系统，其中，来自所述触控显示器的输入包括手指在所述触控显示器上移动的速度和方向。