CN105631421A - 一种具有指纹传感器封装结构的移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有指纹传感器封装结构的移动终端，其采用了电容式半导体指纹传感器的COG(Chip？On？Glass)封装技术；该移动终端包括机壳、显示屏、触摸屏盖板和半导体电容式指纹传感器，触摸屏模块包括触摸盖板和触摸感应传感器膜；通过异方向性导电膜将所述触摸屏盖板覆盖于所述半导体电容式指纹传感器之上。因此，本发明实施例通过将半导体电容式指纹传感器置于触摸屏的非显示区域下面，以达到隐藏指纹传感器的目的。本发明的指纹传感器有非常强的探测灵敏度，可透过几百微米的触摸屏盖板采集指纹图像，并且，采用标准COG封装技术的制作工艺，无需对触摸屏生产工艺做过多改动，减少了加工难度并提升了效率，提高了用户在使用指纹识别传感器的满意度。

Description

一种具有指纹传感器封装结构的移动终端

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，尤其是，涉及一种指纹传感器的封装技术及相关方法，更特别地，一种具有半导体电容式指纹传感器封装结构的移动终端。

背景技术

指纹识别技术得益于现代电子技术的快速发展，已经开始走入我们的日常生活，成为目前生物检测学中应用最广泛的技术。指纹识别技术是把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹进行比较，验证他的真实身份。每个人的皮肤纹路(包括指纹)在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，指纹图案是唯一的，并且终生不变。

近年来，随着苹果iphone5S指纹识别装置TouchID的兴起，在智能手机领域刮起了一股指纹识别的风潮，包括国内外如三星、宏达国际电子HTC、华为、魅族、ViVO、OPPO和金立等厂商也纷纷推出了带指纹识别功能的手机产品。目前的做法是在电脑(例如，安卓平板电脑)上装指纹识别装置，在开机前先进行身份认证，只有指纹录入人才能有权限打开电脑。

然而，上述现有的方案需要在手机壳体的正面或背面开槽安装指纹识别组件，以使得组件的采集面露出从而与手指接触。机壳开槽的方案尤其是前面板需要在触摸屏模块开孔，这不仅增加了触摸屏模块的工艺步骤，还影响了终端设备的整体结构和外观，使得ID设计变得复杂。

并且，上述现有的传统半导体电容式指纹传感器因设计原理及架构所限，其极限探测灵敏度也只能达到100微米左右；虽然射频式指纹传感器的探测灵敏度要高于电容式，但需要射频电极，而触摸屏模块加工工艺很难在触摸屏模块盖板的表面制造出导电的射频电极，使得现有的触摸屏模块对射频式指纹传感器的支持几乎是不可实现的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于移动终端、设备半导体电容式指纹传感器的封装结构和方法，其采用新型的玻璃覆晶封装(ChipOnGlass简称COG)封装技术，做到了在手机、平板电脑等移动终端等厂商无需在手机前面板或者后壳上开槽放入指纹传感器，而是将指纹传感器置于触摸面板之下，COG技术并不改变手机原有设计的ID风格，也无需用户改变对安卓手机的使用习惯，且解决了当前技术对半导体电容式指纹传感器的极限探测灵敏度不足的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有指纹传感器封装结构的移动终端或设备，其包括机壳、液晶显示屏和触摸屏模块，所述触摸屏模块包括触摸盖板和触摸感应传感器膜，还包括半导体电容式指纹传感器，通过异方向性导电膜(AnisotropicConductiveFilm，简称ACF)将所述指纹传感器粘合于所述触摸盖板之下。

具体地，所述触摸盖板的材质可以是蓝宝石玻璃(Sapphire)，其硬度是9H，介电常数：A向13.2，C向11.4；还可以是强化玻璃，其硬度可以达到7H，介电常数为6.0～7.38，例如，第三代康宁大猩猩玻璃(GorillaGlass)。

更具体地，所述触摸盖板的下面设有用作标识的丝印层，用于提示用户指纹传感器在触摸盖板下方所在位置，便于用户按压手指。

更具体地，所述半导体电容式指纹传感器采用创新的设计和定制的半导体制造工艺，其探测灵敏度大大提高最高可达500微米的探测深度。所述指纹传感器包括：半导体指纹传感器管芯、分列于管芯表面一侧或两侧的管脚以及管芯表面的感测像素阵列。

更具体地，所述触摸感应传感器膜由一层或两层掺锡氧化铟(即IndiumTinOxide，简称ITO)形成，所述ITO是一种N型半导体透明材料，由于具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性。

更具体地，所述指纹传感器管芯表面一侧或两侧的管脚表面设置有金凸块(GoldBump)，通过异方向性导电膜将指纹传感器和上述导电的ITO层进行电气连接。

更具体地，所述异方向性导电膜通常的介电常数在2.0～3.0之间，该介电常数比较低，会降低指纹传感器的探测灵敏度，而采用掺杂工艺将所述异方向性导电膜介电常数提高到20.0以上，以使指纹传感器的探测灵敏度不受影响。

更进一步地，所述触摸屏模块底部一侧设有柔性线路板(FPC)，所述ITO层的走线被引到柔性线路板上。所述柔性线路板上贴装有触摸感应控制芯片以实现对触摸屏模块手指按压响应和控制，或者指纹识别处理器芯片以实现对指纹图像数据的识别处理，所述柔性线路板上还贴装有接插件用于将触摸感应控制芯片和所述指纹传感器的通信及控制信号和机壳内部的主控芯片进行电气连接。

在另一种实施例中，智能手机底部非显示区域物理“Home”按键或者虚拟“Home”键的触摸盖板的厚度会被减薄并形成凹陷。所述指纹传感器被放置在凹陷内，使得指纹传感器在同样的信号强度下，探测灵敏度大大增强，可使得传感器采集到更加清晰的指纹图像。

更进一步地，所述触摸盖板的表面还喷涂有一层疏水性的纳米材料该材料模仿自然界荷叶的疏水，防尘，自清洁原理，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，以极低的表面张力和强劲的附着能力在玻璃盖板表面形成一种独特的类似荷叶表面的分子级纳米保护膜，该保护膜可非常有效得解决电容式指纹传感器因湿、油腻、脏污手指在触摸盖板按压时形成的指纹的残留，大大提高了电容式指纹传感器的手指检查灵敏度。

附图说明

通过结合附图详细描述示范性实施例，本发明的上述特点和优点将变得更加明显，在附图中，在各个附图之间采用类似的附图标记表示类似的元件。所述附图只是示范性的而不是按比例绘制的。在附图中：

图1为根据本发明移动终端的一较佳实施例的俯视图

图2为根据本发明移动终端一种实施例的剖视图，其示出置于触摸盖板之下的指纹传感器

图3为图2根据本发明移动终端另一种实施例的剖视图，并示出置于触摸盖板之下的指纹传感器

图4为根据本发明移动终端的一种实施例的剖视图

图中符号说明

10.半导体指纹传感器

20.机壳

21.触摸屏模块

22.液晶显示屏

30.触摸感应传感器膜

31.显示区域的ITO层形成的触摸感应传感器膜

32.非显示区域的ITO层形成的触摸感应传感器膜

33.ITO层的走线

34.触摸感应传感器膜切割出的矩形区域

35.柔性线路板

36.电子元器件

37.接插件

40.手指

100.指纹传感器管芯

101.指纹传感器管芯正面的管脚

102.指纹传感器管芯表面的感测像素阵列

103.金凸块

104.点胶材料

200.触摸盖板

200a.触摸盖板形成的凹陷

201.异方向性导电膜

202.ITO

203.ITO层形成的连接焊盘

204.补强材料

205.疏水性纳米喷涂材料

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，本发明能以许多不同形式体现且不应理解为局限于这里阐述的实施例。提供这些实施例使得本发明的公开将彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围，相似的附图标记始终指示相似的元件。

首先，请参阅图1，图1为根据本发明移动终端的一较佳实施例的俯视图。在本发明移动终端的一种实施例中，该移动终端包括机壳20、触摸屏模块21和液晶显示屏22。该触摸屏模块21包括触摸感应传感器膜30和触摸盖板200，还包括半导体指纹传感器10。液晶显示屏22覆盖在触摸屏模块21之下并占据绝大部分空间以形成显示区域，该指纹传感器10通过异方向性导电膜(ACF)201粘合于触摸盖板200底部非显示区域靠近实体Home键位置，或者以该指纹传感器10代替实体Home键功能形成虚拟Home键。

ACF的特点在于Z轴电气导通方向与XY绝缘平面的电阻特性具有明显的差异性。当Z轴导通电阻值与XY平面绝缘电阻值的差异超过一定比值后，既可称为良好的导电异方性。导通原理：利用导电粒子连接IC芯片与基板两者之间的电极使之成为导通，同时又能避免相邻两电极间导通短路，而达成只在Z轴方向导通之目的。

该触摸盖板200的下面设有用作标识的丝印层(未出示)，用于提示用户该指纹传感器10所在的虚拟Home键位置，便于用户按压手指40。

请参阅图2，图2为根据本发明移动终端一种实施例的剖视图，其示出置于触摸盖板之下的指纹传感器。在描述根据本发明该指纹传感器10的一种实施例中，该指纹传感器10包括：半导体电容式指纹传感器管芯100以及表面的感测像素阵列102，在该指纹传感器管芯正面管脚101上面植上金凸块103，在掺锡氧化铟(Indiumtinoxide，简称ITO)层202与金凸块103相对应的地方形成连接焊盘203，然后，通过异方向性导电膜201将指纹传感器10和ITO层的走线33进行电气连接。

需要说明的是，该半导体电容式指纹传感器管芯100通常是具有形成于一层或多层的硅基半导体，该层包括如晶体管、电容、电阻等集成电路器件及互连线和通孔，这些集成电路器件通过光刻或者其它半导体制造工艺形成。具体而言，管芯100具有形成于其上的图像存储单元(未出示)、图像读取电路(未出示)和用于采集指纹的感测像素阵列102。

需要说明的是，上述异方向性导电膜201常用的介电常数在2.0～3.0之间，该介电常数比较低，会降低指纹传感器10的探测灵敏度，因此，本发明采用本领域所公知的掺杂工艺将该异方向性导电膜介电常数提高到20.0，以使得指纹传感器的探测灵敏度不受影响。

需要说明的是，在该指纹传感器10的表面是感测像素阵列102及金凸块103，可以采用点胶工艺将该传感器10的背面和四周侧边用点胶材料104填充密封，该点胶材料104采用本领域所公知的集成电路封装材料，具有密封性好、防尘、防水、耐高温、耐候性好等特点，使得指纹传感器10免受电、机械和环境损伤。

需要说明的是，该指纹传感器10背面和侧面的点胶材料104四周及底部还有一层补强材料204，在本发明的实施例中，该补强材料204采用具有一定弹性的材料，诸如橡胶材料等。本领域技术人员将会认识到该材料的优点，当手指按压指纹传感器10上方的触摸盖板200的时候，该弹性材料可以吸收震动或撞击，以分散手指按压触摸盖板时产生的应力，避免触摸盖板破裂。

请参阅图3，图3为图2根据本发明移动终端另一种实施例的剖视图，并示出置于触摸盖板之下的指纹传感器。如图所示，描述根据本发明该指纹传感器10的另一种实施例，该智能手机底部非显示区域物理“Home”按键或者虚拟“Home”键的触摸盖板200的厚度会被减薄并形成凹陷200a，指纹传感器10被放置在凹陷200a内，该指纹传感器10通过异方向性导电膜201将指纹传感器10粘合于触摸盖板200之下，再用补强材料204把指纹传感器10填充密封在触摸盖板凹陷200a内。

需要说明的是，该触摸盖板200被减薄，使得指纹传感器在同样的信号强度下，探测灵敏度大大增强，以采集到更加清晰的指纹图像。

在本发明的一个优选实施例中，该触摸盖板200的表面还喷涂有一层疏水性的纳米材料205，该材料模仿自然界荷叶的疏水、防尘和自清洁原理，其利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，以极低的表面张力和强劲的附着能力在玻璃盖板表面形成一种独特的类似荷叶表面的分子级纳米保护膜，该保护膜使灰尘与涂层表面接触面积减少90％，并具有极强的疏水功能，水在纳米膜表面像在荷叶表面一样呈珠状滚动并在滚动过程中带走。

本领域技术人员清楚，该纳米材料205可以是碳化钛(TiC)，该材料无色透明，绝不改变材料的外观及光学特性，并具有强劲的疏水、抗尘、抗油脂和抗赃物的粘附能力及超长寿命。该纳米材料205可非常有效得解决电容式指纹传感器因湿、油腻、脏污手指在触摸盖板200按压时形成的指纹的残留，大大提高了电容式指纹传感器的手指检查灵敏度。

请参阅图4，图4为根据本发明移动终端的一种实施例的剖视图。上述触摸盖板200的下面是由透明导电的ITO层202形成的触摸感应传感器膜30，该触摸感应传感器膜30由两部分组成，一部分是在显示区域即液晶显示屏22的区域由一层或两层ITO叠层形成的触摸感应传感器膜31；另一部分是手机底部的非显示区域(指纹传感器10即在该区域)由一层ITO形成的触摸感应传感器膜32。该触摸感应传感器膜32根据指纹传感器10的尺寸被切割出一块矩形区域34，可在其下方安放指纹传感器10。在该触摸屏模块21的底部下方一侧延伸出一段柔性线路板35，通过ITO层的走线33将该指纹传感器10的信号及控制线连接到柔性线路板35上，在该柔性线路板35上还贴装有电子元器件36，该电子元器件36可以是触摸感应控制器芯片，以实现对触摸屏模块21的触摸感应控制，或者是指纹识别处理器芯片，以实现对指纹传感器10采集到的指纹图像数据进行识别处理，该电子元器件36还包括电阻、电容等无源器件。在该柔性线路板35上还贴装有接插件37，以将触摸屏模块21的控制信号和指纹传感器10的通信及控制信号和机壳20内的主控板(未出示)进行电气连接。

需要说明的是，该触摸盖板200的材质可以是蓝宝石玻璃(Sapphire)，其硬度是9H，介电常数：A向13.2，C向11.4；还可以是强化玻璃，其硬度可以达到7H，介电常数为6.0～7.38，例如，第三代康宁大猩猩玻璃(GorillaGlass)。因蓝宝石玻璃的介电常数较高，该触摸盖板200的厚度可以比较高，可以是标准的500um；而强化玻璃的介电常数较低，需要适当减薄以提升指纹传感器10的探测灵敏度，有利于传感器采集图像。

上述触摸盖板200的材料作为指纹传感器10表面的保护材料是非常理想的。安装有指纹传感器10的移动设备被放置于口袋或者包中，并与其中的钥匙、笔或其它坚硬物体接触、摩擦，指纹传感器10的保护材料硬度很高而免于被损伤。由于触摸盖板200有几百微米的厚度，手指静电很难对触摸盖板下的指纹传感器10造成静电损伤。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (15)

1.一种具有指纹传感器封装结构的移动终端，包括机壳、液晶显示屏和触摸屏模块，所述触摸屏模块包括触摸盖板和触摸感应传感器膜；其特征在于，还包括半导体电容式指纹传感器，通过异方向性导电膜将所述半导体电容式指纹传感器粘合于所述触摸盖板之下。

2.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸感应传感器膜由一层或两层掺锡氧化铟形成。

3.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述半导体电容式指纹传感器包括半导体指纹传感器管芯、分列于管芯表面一侧或两侧的管脚以及管芯表面的感测像素阵列。

4.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，所述半导体电容式指纹传感器管芯表面一侧或两侧的管脚表面设置有金凸块，通过所述异方向性导电膜将指纹传感器和所述导电的掺锡氧化铟层进行电气连接。

5.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，在所述半导体电容式指纹传感器的表面是感测像素阵列及金凸块，采用点胶工艺将所述传感器背面和四周侧边用点胶材料填充密封。

6.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，在所述半导体电容式指纹传感器背面和侧面的点胶材料四周及底部还有一层补强材料，所述材料为弹性材料。

7.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述异方向性导电膜采用掺杂工艺制造，以提高其介电常数。

8.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸感应传感器膜由两部分组成，一部分是在显示区域即液晶显示屏的区域由一层或两层掺锡氧化铟叠层形成；另一部分是手机底部安装所述半导体电容式指纹传感器的非显示区域由一层掺锡氧化铟形成的；所述半导体电容式指纹传感器安放在所述触摸感应传感器膜根据所述半导体电容式指纹传感器的尺寸被切割出一块矩形区域下方。

9.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸屏模块底部一侧设有柔性线路板，通过掺锡氧化铟层的走线将所述半导体电容式指纹传感器的信号及控制线连接到所述柔性线路板。

10.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，在所述柔性线路板上还贴装有电子元器件，所述电子元器件是触摸感应控制器芯片，以实现对所述触摸屏模块的触摸感应控制，或者是指纹识别处理器芯片，以实现对所述半导体电容式指纹传感器采集到的指纹图像数据进行识别处理，所述电子元器件还包括电阻和电容。

11.根据权利要求7所述的移动终端，其特征在于，在所述柔性线路板上还贴装有接插件，以将所述触摸屏模块的控制信号和所述半导体电容式指纹传感器的通信及控制信号和所述机壳内的主控板进行电气连接。

12.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸盖板材质是蓝宝石玻璃或是强化玻璃。

13.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸盖板的厚度会被减薄并形成凹陷，所述半导体电容式指纹传感器被放置在所述触摸盖板的凹陷内。

14.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述触摸盖板的下表面还设有丝印层。

15.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，在所述触摸盖板的表面还喷涂有一层疏水性的纳米材料。