CN105989364B - 感测装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种感测装置的制造方法。本发明方法首先通过黏着制程将一感测集成电路贴合于一第一电路板，其中感测集成电路包括一感测表面。接着通过一封装制程将第一电路板封装于一封装外壳内而产出具有一体包覆第一电路板的至少部分顶面的封装外壳的感测装置。其中感测表面显露于封装外壳的一上表面，且于封装制程后一保护层贴合于感测表面。
Description
技术领域
本发明关于一种感测装置的制造方法，尤其是一种指纹感测装置的制造方法。
背景技术
将指纹感测装置应用于携带型电子装置已成为一种趋势，指纹感测装置是将感测电极层整合于一芯片中，于使用者手指按压芯片表面时，感测电极层因应使用者手指的指脊部、指凹部而产生不同电容，进而使芯片取得使用者手指的指纹影像。
一般而言，公知指纹感测装置1的结构如图1所示，其制造方法如下所述。首先提供一电路板11，接着设置一感测芯片12于电路板11上表面，而后形成一保护层13覆盖感测芯片12，以令使用者手指不会直接接触感测芯片12表面，避免发生感测芯片12被重压、刮擦而毁损，或受汗水侵蚀而损坏等问题。
由于保护层13最终将显露于电子装置表面以被使用者手指按压，因此其尺寸及形状将因应不同产品而有所不同，例如尺寸大于或小于感测芯片12，形状为圆形或方形等。若保护层13的尺寸大于感测芯片12，为避免部分保护层13与电路板11间形成如图1所示之间隔距离X而悬空，进而被使用者手指压碎，于制造过程中需要额外设置其他元件于感测芯片12周围，即悬空的保护层13下方，以支撑保护层13。且因应保护层13形状的不同，可能需要设置多个元件才能达成支撑保护层13的目的。
又为保护电路板11，于制造过程中尚需于电路板11下表面设置其他绝缘层或保护层，使得公知指纹感测装置1的制程过于复杂，而需有一种改良的制造方法以降低制程复杂度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降低制程复杂度的感测装置的制造方法。
本发明的目的在于提供一种感测装置的制造方法，包括以下步骤：
一黏着制程，包括：
将一感测集成电路贴合于一第一电路板，其中该感测集成电路包括一感测表面；
一封装制程，包括：
将该第一电路板封装于至少包覆部分该第一电路板的一顶面的一封装外壳内，其中该感测表面显露于该封装外壳的一上表该面；以及将一保护层贴合于该感测表面。
附图说明
图1为公知感测装置的结构示意图。
图2为本发明感测装置的制造方法的流程图。
图3为本发明感测装置的电路板于一较佳实施例中的外观示意图。
图4及图5为本发明封装前的感测装置于一较佳实施例中的外观示意图。
图6为本发明封装制程的模具于一较佳实施例中的外观示意图。
图7为本发明封装前的感测装置被置于模具中时的示意图。
图8及图9为本发明封装后的感测装置于一较佳实施例中的正面示意图及反面示意图。
图10为本发明贴合保护层后的感测装置于一较佳实施例中的外观示意图。
图11为使用者手指置于本发明感测装置的保护层上时的示意图。
其中，附图标记说明如下：
指纹感测装置1 模具25
电路板11 上模251
感测芯片12 穿孔251a
保护层13 下模252
间隔距离X 容置槽252a
电路板20 渠道252b
第一电路板201 突部252c
顶面201a 交会处252d
底面201b 上表面252e
侧面201c 封装外壳26
第二电路板202 上表面261
软板203 封装后的感测装置4
信号处理集成电路21 保护层27
电子元件22 贴合保护层后的感测装置5
感测集成电路23 使用者手指F
感测表面231 指脊部F1
连接器24 指凹部F2
封装前的感测装置3
具体实施方式
本发明提供一种感测装置的制造方法，如图2所示，其包括一黏着制程S1、一封装制程S2以及将一保护层贴合于感测表面的步骤S3，以下将进一步说明。
首先请参照图3，其为本发明感测装置的电路板于一较佳实施例中的外观示意图。如图3所示，于本例中用以供后续黏着制程S1、封装制程S2以及保护层贴合步骤S3使用的电路板20为一软硬结合板(Rigid-flex Board)。电路板20包括第一电路板201、第二电路板202以及软板203(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)。其中第一电路板201及第二电路板202为硬板(Printed Circuit Board，PCB)，且其两者通过软板203电性连接。需要说明的是，使用软硬结合板仅为其中一种实施例，熟知本领域技术人员依实际需求进行的任何均等变更设计皆应涵盖在本发明的范围内。所谓均等变更设计可以是，例如但不限于，仅提供第一电路板201作为基板，且第一电路板201为硬板或软板等。
接下来说明本发明的黏着制程S1，请一并参照图4及图5，其为本发明封装前的感测装置于一较佳实施例中的外观示意图。于黏着制程中，信号处理集成电路21、电子元件22及感测集成电路23被贴合于第一电路板201的顶面201a，连接器24则被贴合于第二电路板202上而构成封装前的感测装置3。其中信号处理集成电路21、电子元件22、感测集成电路23及连接器24的贴合顺序及连接器24的贴合位置并无限制，可依实际需求进行调整。
于本例中黏着制程S1为表面黏着(Surface-mount technology，SMT)制程，亦即于本例中通过将锡膏(solder paste)印刷在第一电路板201及第二电路板202上，并将信号处理集成电路21、电子元件22、感测集成电路23及连接器24置于第一电路板201及第二电路板202上锡膏所在之处，而后使第一电路板201及第二电路板202通过回焊炉(reflow)，以令熔化的锡膏包覆信号处理集成电路21、电子元件22、感测集成电路23及连接器24的焊脚而将信号处理集成电路21、电子元件22、感测集成电路23及连接器24焊接于第一电路板201及第二电路板202上，但不以此为限。
此外，电子元件22可以是一电阻、一电容或一静电防护(ESD protection)元件等任何必需电子元件，且其数量及设置位置并无限制，而不以图示者为限。
接下来说明本发明的封装制程S2，请一并参照图6至图9，图6为本发明封装制程的模具于一较佳实施例中的外观示意图，图7为本发明封装前的感测装置被置于模具中时的示意图，图8及图9为本发明封装后的感测装置于一较佳实施例中的正面示意图及反面示意图。
如图6所示，模具25包括上模251以及下模252，上模251包括穿孔251a，下模252则包括多个容置槽252a以及与多个容置槽252a相连接的多个渠道252b。其中容置槽252a的长度及宽度大于第一电路板201，且每一容置槽252a内包括多个突部252c。需要说明的是，容置槽252a及突部252c的数量并无限制，图6虽以4个容置槽252a且每一容置槽252a包括4个突部252c为例，但单一容置槽252a或多个容置槽252a，单一突部252c或多个突部252c皆应涵盖在本发明的范围内，而不以图6所示者为限。
于封装制程中，如图7所示，封装前的感测装置3以信号处理集成电路21、电子元件22及感测集成电路23朝上的方向被置于容置槽252a中，且容置槽252a内的多个突部252c将第一电路板201垫高而使其底面201b悬空。
而后上模251及下模252互相盖合，使得上模251的穿孔251a与多个渠道252b的交会处252d相连通。于是当封装材料，例如但不限于环氧树脂材料，被填入穿孔251a时，封装材料沿多个渠道252b流入多个容置槽252a内。由于下模252的上表面252e与第一电路板201的顶面201a形成一段差，因此封装材料可流入第一电路板201的顶面201a与容置槽252a之间，又由于容置槽252a的长度及宽度大于第一电路板201，因此封装材料可流入第一电路板201的侧面201c与容置槽252a之间，且由于容置槽252a内的多个突部252c将第一电路板201垫高而使其底面201b悬空，于是封装材料亦可流入第一电路板201的底面201b与容置槽252a之间，进而形成如图8及图9的正面示意图及反面示意图所示，一体包覆第一电路板201的封装外壳26，以产出封装后的感测装置4。
于封装制程S2中，封装材料的温度需低于会导致第一电路板201及其上的元件的外型或性能损伤的温度，例如低于导致焊锡熔解的温度。且封装材料进入模具25时产生的压力亦需低于会导致第一电路板201及其上的元件外型、性能或黏着力损伤的压力。
需要说明的是，于本例中感测集成电路23的厚度大于第一电路板201上的其他元件，且其感测表面231与下模252的上表面252e不具有段差，如图7所示。又于本例中所填入的封装材料量是经过计算而仅能刚好填入容置槽252a内，因此封装材料将覆盖第一电路板201的顶面201a，包括信号处理集成电路21及电子元件22，但不覆盖感测集成电路23的感测表面231。于是感测集成电路23的感测表面231不被封装材料覆盖而显露于封装外壳26的上表面261，且感测集成电路23的感测表面231与封装外壳26的上表面261将形成一平面，亦即两者不具有段差，如图8所示。此外，为确保感测集成电路23的感测表面231不被封装材料覆盖，亦可变更设计使感测集成电路23的感测表面231于上模251及下模252互相盖合后抵靠于上模251，使感测集成电路23的感测表面231及上模251之间不具有空隙而无法使封装材料流入。
此外，上述封装外壳26仅为其中一种实施例，并非用以限制本发明的内容，熟知本领域技术人员依实际需求进行的均等变更设计皆应涵盖在本发明的范围内，例如但不限于，封装外壳26仅包覆第一电路板201的部分顶面201a，部分底面201b及部分侧面201c，抑或封装外壳26仅包覆第一电路板201的全部或部分顶面201a及底面201b，抑或封装外壳26仅包覆第一电路板201的全部或部分顶面201a等。
接下来请参照图10，其为本发明贴合保护层后的感测装置于一较佳实施例中的外观示意图。为保护感测集成电路23的感测表面231，以避免其被重压、刮擦而毁损，或受汗水侵蚀而损坏，完成前述步骤后将执行将保护层27贴合于感测表面231的步骤而产出贴合保护层后的感测装置5。于本例中保护层27可由均向性或非均向性高介电常数材料制成，例如二氧化锆或蓝宝石水晶玻璃等，但不以此为限。此外，保护层27通过黏着剂、双面胶等绝缘材料贴合于感测表面231，但亦不以此为限。
需要说明的是，由于感测集成电路23的感测表面231与封装外壳26的上表面261形成一平面，亦即两者不具有段差，因此当保护层27的尺寸大于感测集成电路23的感测表面231时，保护层27可直接贴合于该平面并被封装外壳26的上表面261支撑而不致悬空，如此即不需要额外设置其他元件于感测集成电路23周围来支撑保护层27。
接下来说明本发明感测装置的运作原理，请参照图11，其为使用者手指置于本发明感测装置的保护层上时的示意图。首先，感测集成电路23的感测表面231形成一电极层，且由于人体为一电导体，因此当一使用者手指F置于保护层27上时，使用者手指F可被视为另一电极层。于是使用者手指F与感测集成电路23的感测表面231之间将产生电容耦合现象。又使用者手指F具有多个指脊部F1与多个指凹部F2，因此使用者手指F的每一点与感测集成电路23的感测表面231的距离不尽相同，故感测集成电路23所感应到的电信号强度也不相同。基于此，感测集成电路23即可得知感测表面231与使用者手指F的每一点的距离，进而合成具有多个指脊部F1与多个指凹部F2的使用者手指的指纹影像信息。
此外，于本例中亦可通过感测集成电路23依据与使用者手指F的多个指脊部F1与多个指凹部F2的电容耦合现象取得强弱不同的多个电信号，并通过信号处理集成电路21依据多个电信号取得相应于使用者手指F的指纹影像信息。又当相应于使用者手指F的指纹影像信息由感测集成电路23取得时，亦可以不设置信号处理集成电路21。
根据上述内容可知，本发明利用封装制程形成一体包覆第一电路板201的顶面201a、底面201b及侧面201c的封装外壳26，并通过模具设计使得感测集成电路23的感测表面231显露于封装外壳26的上表面261，且与封装外壳26的上表面261形成不具有段差的平面。藉此不论保护层27的尺寸是否大于感测集成电路23，其皆可直接贴附于感测表面231与封装外壳26的上表面，而不需要额外设置其他元件于感测集成电路23周围来支撑保护层27。此外，由于第一电路板201的底面201b亦被封装外壳26所包覆，因此不需要设置其他绝缘层或保护层于第一电路板201的底面201b来保护第一电路板201。综上所述，本发明所提供的感测装置的制造方法可有效降低制程复杂度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求内。
Claims (17)
1.一种感测装置的制造方法，包括以下步骤：
一黏着制程，包括：
将一感测集成电路贴合于一第一电路板，其中该感测集成电路包括一感测表面；
一封装制程，包括：
将该第一电路板封装于至少包覆部分该第一电路板的一顶面的一封装外壳内，其中该感测表面显露于该封装外壳的一上表面且该感测表面与该封装外壳的该上表面形成一平面；
将该第一电路板置于一模具的一容置槽中；
将一封装材料填入该容置槽内，以形成包覆该第一电路板的该封装外壳；以及
将一保护层贴合于该感测表面，藉此不论该保护层的尺寸是否大于该感测集成电路，该保护层均能直接贴附于该感测表面与该封装外壳的上表面，而不需要额外设置其他元件于该感测集成电路周围来保护该第一电路板，
其中该模具包括：一上模，包括一穿孔，用以填入该封装材料；以及一下模，包括至少一该容置槽以及连接该容置槽的一渠道；
其中于该上模盖合于该下模时，该穿孔与该渠道相连通，以使该封装材料通过该渠道流入该容置槽内，
其中该下模的一上表面与该第一电路板的该顶面形成一段差，以使该封装材料流入该第一电路板的该顶面与该容置槽之间，
其中该容置槽包括至少一突部，用以垫高该第一电路板而使该第一电路板的一底面悬空，以使该封装材料流入该第一电路板的该底面与该容置槽之间，以及
其中该容置槽的长度及宽度大于该第一电路板，以使该封装材料流入该第一电路板的一侧面与该容置槽之间。
2.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该保护层贴合于该平面且至少覆盖该感测表面。
3.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该封装材料的温度低于使该第一电路板及其上的元件损伤的温度。
4.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该封装材料进入该模具时产生的压力低于使该第一电路板及其上的元件损伤的压力。
5.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中封装材料为环氧树脂材料。
6.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该感测集成电路通过与一使用者手指的多个指脊部与多个指凹部的电容耦合现象取得强弱不同的多个电信号，并依据该多个电信号取得相应于该使用者手指的一指纹影像信息。
7.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该黏着制程还包括以下步骤：
将一信号处理集成电路贴合于该第一电路板。
8.如权利要求7所述的感测装置的制造方法，其中该感测集成电路通过与一使用者手指的多个指脊部与多个指凹部的电容耦合现象取得强弱不同的多个电信号，该信号处理集成电路依据该多个电信号取得相应于该使用者手指的一指纹影像信息。
9.如权利要求6所述的感测装置的制造方法，其中该感测集成电路的厚度大于该信号处理集成电路，于该封装制程中，该信号处理集成电路被封装于该封装外壳内。
10.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该黏着制程还包括以下步骤：
将至少一电子元件贴合于该第一电路板。
11.如权利要求10所述的感测装置的制造方法，其中该至少一电子元件为一电阻、一电容或一静电防护元件。
12.如权利要求10所述的感测装置的制造方法，其中该感测集成电路的厚度大于该至少一电子元件，于该封装制程中，该至少一电子元件被封装于该封装外壳内。
13.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该黏着制程还包括以下步骤：
将一连接器贴合于一第二电路板。
14.如权利要求13所述的感测装置的制造方法，其中该第一电路板及该第二电路板为一硬板，且该第一电路板与该第二电路板为通过一软板相连接。
15.如权利要求14所述的感测装置的制造方法，其中该第一电路板、该第二电路板及该软板结合为一软硬结合板。
16.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该黏着制程为一表面黏着制程。
17.如权利要求1所述的感测装置的制造方法，其中该保护层由二氧化锆或蓝宝石水晶玻璃材料制成。
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