CN105988650A - 感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种感测装置，包括一保护层以及一设置于保护层下方的感应模块，其中保护层由一均向性高介电常数材料制成。当一使用者手指置于保护层上时，感应模块通过其与一使用者手指产生的电容耦合现象得到对应于使用者手指的一信号。本发明提供的感测装置，由于保护层是由均向性高介电常数材料制成，可提供较大电容值，故当使用者手指与多个感测元件间产生电容耦合现象时，感应模块依据电容值强弱而接收到的电信号将更为明显，进而增加其感测灵敏度。还由于介电常数较大，则不需增加厚度也可提供较大电容值，因此保护层可在维持薄型化的同时提供较大电容值。
Description
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种电容式感测装置。
背景技术
由于电容式感测装置轻薄且体积小的特性，使其被大量用于携带型电子装置。电容式感测装置常被用于指纹辨识或触控感测，其原理将感测电极层整合于一晶片中。待使用者手指按压晶片表面时，感测电极层会因应使用者手指的指脊、指凹而产生不同电容，进而使晶片取得使用者手指的指纹影像或使用者手指的坐标位置。
为避免晶片被重压、刮擦而毁损，或受汗水侵蚀而损坏等问题，电容式感测装置必须在晶片上覆盖一层保护层，以令使用者手指不会直接接触晶片表面。例如相关技术中于电容式感测装置表面覆盖一层蓝宝石水晶玻璃以达到防护目的。
虽然蓝宝石水晶玻璃的介电常数高于一般玻璃而可提高感测灵敏度，但蓝宝石水晶玻璃却有着单价高，易碎，工艺复杂等诸多缺点。因此，寻找一种可以取代蓝宝石水晶玻璃的材质来用于保护层已成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高感测灵敏度、节省成本及降低工艺复杂度的电容式感测装置。
本发明的目的在于提供一种感测装置，包括：
一保护层，包括一均向性高介电常数材料；以及
一感应模块，设置于保护层下方，其中于一使用者手指置于保护层上时，感应模块通过其与使用者手指产生的电容耦合现象得到对应于使用者手指的一信号。
在本发明的一个实施例中，所述感应模块被封装于一封装外壳中。
在本发明的另一个实施例中，所述封装外壳为环氧树脂材料。
在本发明的另一个实施例中，所述感应模块为一指纹辨识晶片。
在本发明的另一个实施例中，所述感应模块包括一感测晶圆颗粒，所述感测晶圆颗粒包括多个感测元件以形成一电极层，且所述保护层设置于对应所述感测晶圆颗粒之处。
在本发明的另一个实施例中，所述感应模块通过所述多个感测元件与所述使用者手指的表面的指脊部与指凹部的电容耦合现象所得的强弱不同的电信号而取得对应于所述使用者手指的一指纹影像信号。
在本发明的另一个实施例中，所述感应模块为一触控感测晶片。
在本发明的另一个实施例中，所述感应模块包括由第一电极层及第二电极层组成的一感应线路层，且所述保护层设置于对应所述感应线路层之处。
在本发明的另一个实施例中，所述第一电极层包括多个第一电极电路图案，所述第二电极层包括多个第二电极电路图案，每一所述第一电极电路图案与相应的所述第二电极电路图案形成一电场，所述感应模块通过所述感应线路层与所述使用者手指产生电容耦合现象时，发生变化的所述电场所对应的位置取得对应于所述使用者手指的一坐标信号。
在本发明的另一个实施例中，所述保护层的均向性高介电常数材料为陶瓷材料。
在本发明的另一个实施例中，所述陶瓷材料为二氧化锆。
在本发明的另一个实施例中，还包括一接合物，设于保护层与所述感应模块之间。
本发明提供的感测装置，由于保护层是由均向性高介电常数材料制成，可提供较大电容值，故当使用者手指与多个感测元件间产生电容耦合现象时，感应模块依据电容值强弱而接收到的电信号将更为明显，进而增加其感测灵敏度。还由于介电常数较大，则不需增加厚度也可提供较大电容值，因此保护层可在维持薄型化的同时提供较大电容值。
附图说明
图1为本发明感测装置于第一优选实施例中的结构示意图。
图2为本发明感测装置于第一优选实施例中的感应模块的多个感测元件的示意图。
图3为本发明感测装置于第一优选实施例中于使用者手指置于保护层上时的示意图。
图4为本发明感测装置于第二优选实施例中的感应模块的感应线路层的示意图。
附图标记说明：
感测装置1 指脊部F1
保护层11 指凹部F2
感应模块12 感应线路层3
基板121 第一电极层31
感测晶圆颗粒122 第一电极电路图案31a
感测元件1221 第二电极层32
封装外壳123 第二电极电路图案32a
接合物13 第一方向A
使用者手指F 第二方向B
具体实施方式
本发明于一第一优选实施例中提供一种感测装置1。首先说明本发明感测装置1的元件组成。请参照图1及图2，图1为本发明感测装置于第一优选实施例中的结构示意图，图2为本发明感测装置于第一优选实施例中的感应模块的多个感测元件的示意图。感测装置1包括保护层11及感应模块12。其中保护层11由均向性高介电常数材料制成，且于本发明中所提及的高介电常数的数值指大于蓝宝石水晶玻璃的介电常数的数值。而于本实施例中所使用的均向性高介电常数材料为陶瓷材料，例如但不限于二氧化锆，其介电常数趋近30，远大于蓝宝石水晶玻璃的介电常数，其约为10，故可提高电容值而增强感应模块12接收的电信号强度，进而增加感测灵敏度，以下将进一步说明。
接着，感应模块12设置于保护层11下方，于本实施例中感应模块12为一指纹辨识晶片，且该指纹辨识晶片包括基板121、设置于基板121上的感测晶圆颗粒122以及封装外壳123。其中感测晶圆颗粒122包括多个感测元件1221，且多个感测元件1221形成一电极层。
晶圆(Wafer)是制造集成电路(Integrated Circuit，IC)的基本材料，通常是由硅(Silicon，Si)或砷化镓(Gallium Arsenide，GaAs)等半导体(Semiconductor)所组成，于本实施例中感测晶圆颗粒元件122可以是硅晶圆，但不以此为限。此外，基板121及感测晶圆颗粒122被封装于封装外壳123中，以达到保护的目的。于本实施例中封装外壳123由环氧树脂(Epoxy)材料制成，但不以此为限。而封装方式则可以是引脚插入型(PinThrough Hole，PTH)或表面粘着型(Surface Mount Technology，SMT)等任何可能现有封装方式，故于此不再赘述。
再者，保护层11通过接合物13贴合于感应模块12的封装外壳123，且保护层11位于对应感测晶圆颗粒122之处，于本实施例中接合物13为一绝缘材料，其可以是粘着剂、双面胶等，但不以此为限。
补充说明的是，基板121及感测晶圆颗粒122也可不被封装于封装外壳123中，而使保护层11直接贴合于感测晶圆颗粒122，而不以前述者为限。
接下来说明本发明第一优选实施例的感测装置1的工作原理，请参照图3，图3为本发明感测装置于第一优选实施例中于使用者手指置于保护层上时的示意图。由于人体为一电导体，因此当一使用者手指F置于保护层11上时，使用者手指F可被视为另一电极层，于是手指F与多个感测元件1221之间将产生电容耦合现象。又如图3所示，每一感测元件1221对应使用者手指F表面的一点，而使用者手指F表面具有多个指脊部F1与多个指凹部F2，因此使用者手指F表面的每一点与多个感测元件1221的距离不尽相同，故每一感测元件1221所感应的电信号强度也不相同。基于此，感应模块12即可得知每一感测元件1221与使用者手指F表面的距离，进而合成具有多个指脊部F1与多个指凹部F2的使用者手指F表面的指纹影像信号。
如前所述，保护层11由均向性高介电常数材料制成，且于本实施例中所使用的均向性高介电常数材料为陶瓷材料，其介电常数趋近30，可提供较大电容值，故当使用者手指F与多个感测元件1221间产生电容耦合现象时，感应模块12依据电容值强弱而接收到的电信号将更为明显，进而增加其感测灵敏度。
又保护层11可提供的电容值由其厚度与介电常数决定，也就是电容值与厚度的乘积等于介电常数，故当介电常数较大时，不需增加厚度也可提供较大电容值，因此本实施例的保护层11可于维持薄型化的同时提供较大电容值。
此外，本发明更提供一第二优选实施例。请同时参阅图4，图4为本发明感测装置于第二优选实施例中的感应模块的感应线路层的示意图。与第一优选实施例不同的是，于本实施例中感应模块12为触控感测晶片，因此第一优选实施例中的多个感测元件122将被替换为图4所示的感应线路层3。感应线路层3包括第一电极层31以及第二电极层32。其中第一电极层31与第二电极层32依序形成于基板121上。
第一电极层31包括多个沿第一方向A，例如X轴方向，排列的第一电极电路图案31a，第二电极层32包括多个沿第二方向B，例如Y轴方向，排列的第二电极电路图案32a，且每一第二电极电路图案32a皆设置于第一电极电路图案31a旁。
当感应线路层3通电时，每一第一电极电路图案31a与相应的第二电极电路图案32a形成电场，于使用者手指F置于保护层11上时，基于使用者手指F与感应线路层3间的电容耦合现象，位于使用者手指F下方的电场产生变化，感应模块12即可依据与发生变化的电场相应的第一电极电路图案31a与第二电极电路图案32a的位置取得使用者手指F的坐标信号。
于本实施例中第一电极层31以及第二电极层32为导电材质，可选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌、氧化锌铝、导电高分子、石墨烯(Graphene)、溴化银(AgBr)、氧化铟镓锌(IGZO)、碳纳米管(carbon nanotube)、纳米银(nano silver)或纳米铜(nano Cu)，但并不以此为限。
第二优选实施例的其余内容皆与第一优选实施例相同，故于此不再赘述。
根据上述内容可知，本发明利用具有均向性高介电常数特性的陶瓷材料制成保护层11，由于陶瓷材料的介电常数趋近30，远大于蓝宝石水晶玻璃的介电常数10，故可在不增加厚度的前提下提高电容值而增强感应模块12接收的电信号强度，进而增加感测灵敏度。又陶瓷材料的脆度低于蓝宝石水晶玻璃，故可做得更薄而不易碎裂。且陶瓷材料本身即带有颜色，不需为了使使用者看不见感应模块12而另行上色程序，可减少工艺复杂度，且陶瓷材料价格低廉，工艺也相对简单，可减少成本并利于大量生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的申请专利范围，因此凡其它未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种感测装置，其特征在于，包括：
一保护层，包括一均向性高介电常数材料；以及
一感应模块，设置于所述保护层下方，其中于一使用者手指置于所述保护层上时，所述感应模块通过其与所述使用者手指产生的电容耦合现象得到对应于所述使用者手指的一信号。
2.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块被封装于一封装外壳中。
3.如权利要求2所述的感测装置，其特征在于，所述封装外壳为环氧树脂材料。
4.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块为一指纹辨识晶片。
5.如权利要求4所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块包括一感测晶圆颗粒，所述感测晶圆颗粒包括多个感测元件以形成一电极层，且所述保护层设置于对应所述感测晶圆颗粒之处。
6.如权利要求5所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块通过所述多个感测元件与所述使用者手指的表面的指脊部与指凹部的电容耦合现象所得的强弱不同的电信号而取得对应于所述使用者手指的一指纹影像信号。
7.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块为一触控感测晶片。
8.如权利要求7所述的感测装置，其特征在于，所述感应模块包括由第一电极层及第二电极层组成的一感应线路层，且所述保护层设置于对应所述感应线路层之处。
9.如权利要求8所述的感测装置，其特征在于，所述第一电极层包括多个第一电极电路图案，所述第二电极层包括多个第二电极电路图案，每一所述第一电极电路图案与相应的所述第二电极电路图案形成一电场，所述感应模块通过所述感应线路层与所述使用者手指产生电容耦合现象时，发生变化的所述电场所对应的位置取得对应于所述使用者手指的一坐标信号。
10.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，所述保护层的均向性高介电常数材料为陶瓷材料。
11.如权利要求10所述的感测装置，其特征在于，所述陶瓷材料为二氧化锆。
12.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，还包括一接合物，设于所述保护层与所述感应模块之间。
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