CN106326807A - 指纹感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种指纹感测器，该指纹感测器包括感测阵列、设置于感测阵列的上方的绝缘表面以及设置于感测阵列的下方的印刷电路板。感测阵列用以感测使用者的指纹信息。印刷电路板包括基底、接地平面以及静电放电环，基底具有一第一表面以及相对于第一表面的一第二表面。接地平面设置于基底的该第二表面，静电放电环设置于基底的第一表面并环绕感测阵列。当静电放电事件发生时，静电放电能量从静电放电环经由基底的多个导通孔而放电至接地平面，且不通过感测阵列。本发明通过将静电放电环设置于印刷电路板上，相较于将静电放电环设置于绝缘表面以及模封材料之间的传统指纹感测器，可降低制造成本，同时静电放电能量不会对感测阵列造成损坏。

Description

指纹感测器
技术领域
本发明涉及指纹感测技术领域，尤其涉及一种指纹感测器。
背景技术
近年来，随着生物辨识技术逐渐成熟，许多不同的生物特征皆可被用来辨识使用者的身份。其中，由于指纹辨识技术的辨识率及准确率较其它生物特征的辨识技术更好，故目前指纹辨识的应用层面较广。
指纹辨识的技术先感测使用者的指纹图样(pattern)，再撷取指纹图样中独特的指纹特征并存储至存储器中。之后，当使用者再次按压或滑刷指纹时，指纹感测器会感测指纹图样并且撷取指纹特征，以便与先前所存储的指纹特征进行比对以进行辨识。若二者相符，则使用者的身份得以确认。
随着指纹传感器内集成电路(integrated circuit，IC)的持续微型化，集成电路却更易受到静电放电(electrostatic discharge，ESD)损害的影响。当过多的电荷快速地从输入/输出接脚传递至集成电路时，便会产生静电放电现象，而此现象会对内部电路造成损害。
因此，需在指纹感测器内设置静电放电保护机制来保护集成电路的内部电路以及元件，以避免静电放电事件所造成的损害。
发明内容
本发明提供一种指纹感测器，该指纹感测器包括一感测阵列、一绝缘表面以及一印刷电路板。该感测阵列用以感测一使用者的指纹信息。该绝缘表面设置于该感测阵列的上方。该印刷电路板设置于该感测阵列的下方，包括：一基底，具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面；一接地平面，设置于该基底的该第二表面；以及一静电放电环，设置于该基底的该第一表面并环绕该感测阵列。当一静电放电事件发生时，一静电放电能量从该静电放电环经由该基底的多个导通孔而放电至该接地平面，且不通过该感测阵列。
再者，本发明提供另一种指纹感测器。该指纹感测器包括一感测阵列、一绝缘表面以及一印刷电路板，该感测阵列用以感测一使用者的指纹信息，该绝缘表面设置于该感测阵列的上方。该印刷电路板设置于该感测阵列的下方，具有一特定形状，并包括：一基底，具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面；多个导通孔；一接地平面，设置于该基底的该第二表面；以及多个第一金属短线，设置于该基底的该第一表面。每一第一金属短线的一第一端点经由所对应的该导通孔而耦接于该接地平面，以及一第二端点延伸至该第一表面的边缘。当一静电放电事件发生时，一静电放电能量从该第一金属短线的该第二端点经由所对应的该导通孔而放电至该接地平面，且不通过该感测阵列。
本发明提供的指纹感测器，通过将静电放电环设置于印刷电路板上，相较于将静电放电环设置于绝缘表面以及模封材料之间的传统指纹感测器，可降低制造成本，同时静电放电能量可经由不同放电路径释放到接地端，不会对感测阵列造成损坏。
附图说明
图1为显示根据本发明一实施例所述的指纹感测器的上视图；
图2为显示沿图1中A-AA剖面线的指纹感测器的剖面图；
图3为显示图1中指纹感测器的侧视图；
图4为显示根据本发明另一实施例所述的指纹感测器的上视图；以及
图5为显示图4中指纹感测器的侧视图。
附图标记说明：
100、400～指纹感测器；
110、410～感测晶粒；
115～感测阵列；
120、420～印刷电路板；
130、430～静电放电环；
140、145、440、445～金属短线；
150、150A～接脚；
160、460～接地平面；
170、170A～接合导线；
180、180A～接合垫；
200、500～基底；
210～第一表面；
220～第二表面；
230～绝缘表面；
240、510～模封材料；
250A、250B～导通孔；以及
260～金属走线。
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图说明书附图，作详细说明如下：
图1为显示根据本发明一实施例所述的指纹感测器100的上视图。在图1中，移除掉指纹感测器100的模封材料以方便说明，其中指纹感测器100的模封材料将描述于图2与图3。参考图1，指纹感测器100包括感测晶粒(die)110、印刷电路板120、静电放电环130以及多个金属短线140与145。一般来说，感测晶粒110包括感测阵列、读取模块、处理器等电路。在感测晶粒110中，在得到感测阵列的感测输出之后，处理器会判断是否有使用者的手指接触设置在感测阵列上方的绝缘表面，并进一步得到手指的指纹信息，以便判断出该感测输出对应于手指的指纹波峰(ridge)或指纹波谷(valley)。接着，指纹感测器100会将手指的指纹信息提供给其他装置或电路，以进行后续程序，例如可经由指纹辨识演算法来执行指纹辨识操作等。在图1中，印刷电路板120为双面电路板。在其他实施例中，印刷电路板120可以是多层式印刷电路板。为了简化说明，印刷电路板120上的其他表面粘着元件(surfacemount device，SMD)将不进一步描述。
图2为显示沿图1中A-AA剖面线的指纹感测器100的剖面图。同时参考图1与图2，感测晶粒110的接脚150经由接合导线(bonding wire)170安装于印刷电路板120上的接合垫(pad)180。感测阵列设置在感测晶粒中，也就是说感测晶粒110包括感测阵列115，其中感测阵列115由多个感测单元以二维方式排列而成。此外，绝缘表面230覆盖于感测阵列115。印刷电路板120包括基底200、静电放电环130、多个金属短线(stub)140以及接地平面(ground plane)160。基底200为核心绝缘体(core insulator)，具有第一表面210与第二表面220，其中第二表面220位于第一表面210的对面。静电放电环130设置在基底200的第一表面210并环绕感测晶粒110。在此实施例中，印刷电路板120具有特定形状。例如，图1中印刷电路板120的形状为胶囊型。此外，静电放电环130由金属走线(trace)所形成的回路。在此实施例中，静电放电环130具有相同于印刷电路板120的特定形状。金属短线140设置在基底200的第一表面210，并直接耦接于静电放电环130。在此实施例中，金属短线140的一端点耦接于静电放电环130，而金属短线140的另一端点延伸至第一表面210的边缘。值得注意的是，静电放电环130设置在靠近印刷电路板120的边缘。举例来说，在基底200的第一表面210上，静电放电环130与印刷电路板120的边缘之间的距离d1(即金属短线140的线距)小于静电放电环130与感测晶粒110之间的距离d2。此外，静电放电环130可经由设置在基底200的多个导通孔(via)250A以及设置在基底200的第二表面220的金属走线260而耦接于设置在基底200的第二表面220的接地平面160。在一实施例中，接地平面160可以是多层式印刷电路板的接地层。此外，感测晶粒110的接地接脚150A也可经由接合导线170A、接合垫180A、设置在基底200的导通孔250B以及金属走线260而耦接于第二表面220的接地平面160。再者，在图2中，指纹感测器100还包括模封材料(moldingcompound)240，例如环氧树脂模封材料(Epoxy molding compound，EMC)，其经由灌模工艺(molding process)而形成于基底200的第一表面210，并覆盖金属短线140以及静电放电环130。值得注意的是，模封材料240会环绕感测晶粒110，并具有一开口以使绝缘表面230能裸露。于是，在完成封装之后，使用者的手指能接触到绝缘表面230以进行感测。此外，金属短线145设置在基板200的第二表面220。金属短线145的一端点经由基底200的导通孔250A而耦接于静电放电环130，并经由金属走线260而耦接于接地平面160。此外，金属短线145的另一端点延伸至第二表面220的边缘。为了简化说明，印刷电路板120的阻焊层(solder resist，SR)的设置方式将不进一步描述。
在进行封装程序时，传统上会在完成灌模工艺之后对每个指纹感测器执行切割工艺，以得到封装后的成品。图3为显示图1中指纹感测器100的侧视图(沿着箭头方向B)。在完成封装之后，印刷电路板120的金属短线140及145会在指纹感测器100的侧面形成裸露的放电点。此外，由于金属短线140及145的线距与线宽很小，因此容易进行切割工艺。同时参考图2与图3，金属短线140所形成的放电点设置在模封材料240以及基板200之间。因此，当静电放电事件发生时，来自空气的静电放电能量能经由金属短线140所形成的放电点而快速地传递至静电放电环130，并依序经由基板200的导通孔250A以及金属走线260而放电至接地平面160。于是，静电放电能量可经由静电放电环130所形成的放电路径而传递到接地端，其中该放电路径不会经过感测晶粒110。因此，静电放电能量不会对感测晶粒110造成损坏。此外，相较于将静电放电环(例如导电条)设置于绝缘表面以及模封材料之间的传统指纹感测器，通过将静电放电环设置于印刷电路板上，可降低制造成本。
图4为显示根据本发明另一实施例所述的指纹感测器400的上视图。在图4中，移除掉指纹感测器400的模封材料以方便说明。参考图4，指纹感测器400包括感测晶粒410、印刷电路板420、静电放电环430以及多个金属短线440与445。如先前所描述，在感测晶粒410中，在得到感测阵列的感测输出之后，处理器会判断是否有使用者的手指接触设置在感测阵列上方的绝缘表面，并进一步得到手指的指纹信息，以便判断出该感测输出对应于手指的指纹波峰或指纹波谷。接着，指纹感测器400会将手指的指纹信息提供给其他装置或电路，以进行后续程序，例如可经由指纹辨识演算法来执行指纹辨识操作等。在此实施例中，金属短线440与静电放电环430设置在印刷电路板420的顶层，而金属短线445设置在印刷电路板420的底层。在另一实施例中，印刷电路板420为多层式印刷电路板，而金属短线445可设置在印刷电路板420的顶层下方的任一层。在图4中，通过增加金属短线的数量，可增加放电路径的数量，于是可增强静电放电的防护力。值得注意的是，设置在印刷电路板420的不同层的金属短线440与金属短线445不会重叠的。
图5为显示图4中指纹感测器400的侧视图(沿着箭头方向C)。在完成封装之后，印刷电路板420的金属短线440及445会在指纹感测器400的侧面形成裸露的放电点。此外，由于金属短线440及445的线距与线宽很小，因此容易进行切割工艺。在图5中，由金属短线440所形成的放电点设置在模封材料510以及基板500之间，而由金属短线445所形成的放电点设置在基板500下方。因此，相邻的放电点能提供更多的放电路径，如标号530所显示。此外，金属短线440不会重叠于金属短线445。同时参考图4与图5，当静电放电事件发生时，来自空气的静电放电能量能经由金属短线440所形成的放电点快速地传递至静电放电环430，并依序经由基板500的导通孔以及金属走线而放电至接地平面460。此外，该静电放电能量亦能经由相邻于该金属短线440的金属短线445所形成的放电点直接经由对应的金属走线而放电至接地平面460。于是，静电放电能量可经由不同放电路径释放到接地端，其中金属短线440与金属短线445的放电路径皆不会经过感测晶粒410。因此，静电放电能量不会对感测晶粒410造成损坏。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种指纹感测器，其特征在于，包括：
一感测阵列，用以感测一使用者的指纹信息；
一绝缘表面，设置于所述感测阵列的上方；以及
一印刷电路板，设置于所述感测阵列的下方，包括：
一基底，具有一第一表面以及相对于所述第一表面的一第二表面；
一接地平面，设置于所述基底的所述第二表面；以及
一静电放电环，设置于所述基底的所述第一表面并环绕所述感测阵列，
其中当一静电放电事件发生时，一静电放电能量从所述静电放电环经由所述基底的多个导通孔而放电至所述接地平面，且不通过所述感测阵列。
2.如权利要求1所述的指纹感测器，其特征在于，所述印刷电路板还包括：
多个第一金属短线，设置于所述基底的所述第一表面，其中每一第一金属短线的一第一端点直接耦接于所述静电放电环，以及一第二端点延伸至所述第一表面的边缘。
3.如权利要求2所述的指纹感测器，其特征在于，还包括：
一模封材料，设置于所述基底的所述第一表面，且覆盖所述多个第一金属短线以及所述静电放电环。
4.如权利要求3所述的指纹感测器，其特征在于，所述模封材料环绕所述感测阵列以及所述绝缘表面，并具有一开口以使所述绝缘表面裸露。
5.如权利要求3所述的指纹感测器，其特征在于，每一第一金属短线的所述第二端点在所述印刷电路板的一侧面形成一第一放电点，以及当所述静电放电事件发生时，所述静电放电能量从所述第一放电点依序经由所述第一金属短线、所述静电放电环以及所述基底的所述多个导通孔而放电至所述接地平面。
6.如权利要求5所述的指纹感测器，其特征在于，所述印刷电路板还包括：
多个第二金属短线，设置于所述基底的所述第二表面，其中每一第二金属短线的一第三端点耦接于所述接地平面，以及一第四端点延伸至所述第二表面的边缘。
7.如权利要求6所述的指纹感测器，其特征在于，每一第二金属短线的所述第四端点在所述印刷电路板的所述侧面形成一第二放电点，以及当所述静电放电事件发生时，所述静电放电能量还从所述第二放电点依序经由所述第二金属短线而放电至所述接地平面。
8.如权利要求7所述的指纹感测器，其特征在于，所述多个第一金属短线不重叠于所述多个第二金属短线，以及在所述印刷电路板的所述侧面上，至少一个所述第一金属短线的所述第一放电点相邻于所述第二金属短线的所述第二放电点。
9.如权利要求2所述的指纹感测器，其特征在于，所述感测阵列设置在一感测晶粒中，且所述感测晶粒安装于所述印刷电路板的上方，其中在所述基底的所述第一表面上，所述第一金属短线的所述第二端点与所述静电放电环之间的距离小于所述静电放电环与所述感测晶粒之间的距离。
10.一种指纹感测器，其特征在于，包括：
一感测阵列，用以感测一使用者的指纹信息；
一绝缘表面，设置于所述感测阵列的上方；以及
一印刷电路板，设置于所述感测阵列的下方，具有一特定形状，包括：
一基底，具有一第一表面以及相对于所述第一表面的一第二表面；
多个导通孔；
一接地平面，设置于所述基底的所述第二表面；以及
多个第一金属短线，设置于所述基底的所述第一表面，其中每一所述第一金属短线的一第一端点经由所对应的所述导通孔而耦接于所述接地平面，以及一第二端点延伸至所述第一表面的边缘，
其中当一静电放电事件发生时，一静电放电能量从所述第一金属短线的所述第二端点经由所对应的所述导通孔而放电至所述接地平面，且不通过所述感测阵列。
11.如权利要求10所述的指纹感测器，其特征在于，所述印刷电路板还包括：
一金属走线，设置于所述基底的所述第一表面并形成具有所述印刷电路板的所述特定形状的一回路，以围绕所述感测阵列，
其中每一第一金属短线的所述第一端点直接耦接于所述金属走线，以及所述金属走线经由所述基底的所述多个导通孔而耦接于所述接地平面。
12.如权利要求11所述的指纹感测器，其特征在于，还包括：
一模封材料，设置于所述基底的所述第一表面，且覆盖所述多个第一短线以及所述金属走线。
13.如权利要求12所述的指纹感测器，其特征在于，所述模封材料环绕所述感测阵列以及所述绝缘表面，并具有一开口以使所述绝缘表面裸露。
14.如权利要求11所述的指纹感测器，其特征在于，每一第一金属短线的所述第二端点在所述印刷电路板的一侧面形成一第一放电点，以及当所述静电放电事件发生时，所述静电放电能量从所述第一放电点依序经由所述第一金属短线、所述金属走线以及所述基底的所述多个导通孔而放电至所述接地平面。
15.如权利要求14所述的指纹感测器，其特征在于，所述印刷电路板还包括：
多个第二金属短线，设置于所述基底的所述第二表面，其中每一第二金属短线的一第三端点耦接于所述接地平面，以及一第四端点延伸至所述第二表面的边缘。
16.如权利要求15所述的指纹感测器，其特征在于，每一第二金属短线的所述第四端点在所述印刷电路板的所述侧面形成一第二放电点，以及当所述静电放电事件发生时，所述静电放电能量还从所述第二放电点依序经由所述第二金属短线而放电至所述接地平面。
17.如权利要求16所述的指纹感测器，其特征在于，所述多个第一金属短线不重叠于所述多个第二金属短线，以及在所述印刷电路板的所述侧面上，至少一个所述第一金属短线的所述第一放电点相邻于所述第二金属短线的所述第二放电点。
18.如权利要求15所述的指纹感测器，其特征在于，所述感测阵列设置在一感测晶粒中，且所述感测晶粒安装于所述印刷电路板的上方，其中在所述基底的所述第一表面上，所述第一金属短线的所述第二端点与所述金属走线之间的距离小于所述金属走线与所述感测晶粒之间的距离。
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