CN106470527A - 用于形成增强型指纹辨识模块的印刷电路板结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于形成增强型指纹辨识模块的印刷电路板结构。该印刷电路板结构包括一印刷电路板、一影像感测芯片、至少一电极与一保护层。印刷电路板的一第一绝缘层的开口与一第二绝缘层共同形成一感测器部，以使该影像感测芯片能封装于该开口中。从而，增强型指纹辨识模块的厚度能比传统封装方法所提供的指纹辨识模块更薄。

Description

用于形成增强型指纹辨识模块的印刷电路板结构
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板结构，特别是关于一种印刷电路板结构，其上安装有影像传感器，以形成一个增强型指纹辨识感测模块。
背景技术
硅芯片或集成电路是电子设备的核心元件，通常以封装的形式存在。随着制造技术的发展及终端产品对轻薄设计的需要，各种包装方法不断推陈出新，以满足此需求。通常来说，硅芯片以保护材料密封，保护材料例如为模塑料。某些情况，特别是当硅芯片是一种感测设备时，诸如指纹传感器芯片，嵌入在移动电话或智能卡中时，硅芯片需要在基板上安装并露出表面。同时，对指纹识别读取装置来说，只要有可能的话，封装传感器的厚度必须降低，并应保持表面平坦。现在有几种技术，如引线接合、覆晶，以及其它非传统的包装方法，用于封装指纹感测芯片上。然而，它们都没有满足以下所有要求：上表面平坦、薄型封装、指纹感测芯片和封装材料之间的刚性及良好的电路连接。
传统引线接合有时可用于满足以上需求。如图1所示。一芯片1以晶粒的形式存在，安置在印刷电路板2上。许多焊接垫3在芯片1的表面上，一些连接点4排列在印刷电路板2上。通过引线接合，铝线或金线5形成以连接相关的焊接垫3与连接点4。为了固定该芯片1到印刷电路板2上，一层胶(未绘示)可使用于芯片1与印刷电路板2之间的接口处。通常来说，印刷电路板2上的金线5的高度将占据芯片表面上的一部分空间。此外，当芯片1与金线5密封在模塑料中以保护电路并维持一个平坦的表面时，芯片上的模塑料必须厚于接合金线5的高度。感测表面上方的额外密封材料将造成显著的性能衰减。对于厚度和表面平整度非常重视的电子设备来说，很显然，用于芯片1与印刷电路板2的引线接合方式并不合适。
覆晶技术是另一种广泛应用于晶粒与印刷电路板之间互连的封装方法。覆晶制作过程类似于传统集成电路制造，但有一些额外的步骤。如图2所示。在制造结束阶段，芯片11的贴附焊垫12进行金属化，使得它们更容易与焊料接合。它通常包含几个处理步骤。小颗粒的焊球13接着布设在每一金属化的焊垫12上。芯片11接着由晶圆上切出。为了贴附芯片11于一印刷电路板14上，该芯片(晶粒)11反转使得焊球13朝向下，置于其下印刷电路板14上的连接点15之上。焊球13接着再次融化，形成电连接，通常使用热超音波接合或选择性地使用回流焊接工艺。这留下一个小空间于芯片电路与下方的安装面之间。在很多情形中，电绝缘胶16接着填充底部以提供强固的机械性连接。然而，为了提供好的电路连接性与刚性，焊球13的体积不能缩小。此外，当使用覆晶技术时，芯片11的上表面与下方印刷电路板14之间的高度差一定会存在。因此，如果考虑厚度与表面平整性，覆晶技术不是合适的封装方法。
美国专利第7,090,139号公开了一种包含指纹传感器贴附到一薄布线膜上的小型卡，及具有一窗口或开口于感测表面上，以露出该感测表面。指纹传感器被两个基板所夹持，传感器与布线膜之间的电连接通过各向异性导电膜实现。当然，由传感器上方基板高度与该各向异性导电膜的高度造成一个明显的阶差，该阶差存在于该小型卡的上表面与传感器的上表面之间。从而，即便该小型卡由前案提出的方法达到小型卡厚度的需求，平坦的上表面仍无法达成。
一种指纹传感器的封装及其方法，诸如美国专利第8,736,001号所公开，如图3所示。指纹传感器30包括一基板35、一安装于基板35上的指纹感测集成电路34，与耦接到基板35与指纹感测集成电路34的接合线32。指纹感测集成电路34包括一指纹感测区于其上表面。该指纹传感器30包括一封装层33，封装该指纹感测集成电路34覆盖指纹感测区感测区。该封装层33包括一凹陷区37，用以承接使用者的手指。封装层33也包括一外周凸缘部38于基板35上，并围绕该指纹感测集成电路34与接合线32。指纹传感器30包括一边框31于封装层33上。边框31可耦接到电路中作为驱动电极，以发射驱动信号至用户的手指。指纹传感器30包括在基板35上导电线路36，用以耦接该边框31。边框31可包含一金属或其它导电材料。在某些例子中，静电放电防护电路可耦接到边框31。边框31粘贴在密封材料的最上表面(于接合线最高点的位置)意味着感测区表面与边框的上表面之间的阶差受限于接合线的回路高度，该回路高度在正常情况下约为100μm。从而，使用边框31可保护指纹感测集成电路34免于机械性及/或电子性损害，边框31不适于需要平坦及/或轻薄的产品，诸如智能卡或智能手机。
美国专利第8,933,781号公开了在智能卡中邻近于传感器的敏感表面额外的导电表面部分，以增强指纹传感器接收的信号。在提到的智能卡中，传感器和电路之间的连接没有特别的方法即指使用某些传统的连接方法。使用传统连接方法及不强调封装平坦性，意味着'781的宗旨不是上表面的平坦性，而是较厚的静电放电保护涂层。
于美国专利第8,736,001中提到的边框及美国专利第8,933,781中提到的导电表面两者都暴露到外部环境中。虽然边框结合该驱动电极与静电放电保护电路，它仍然是暴露的元件。这存在两个缺点：首先，人体的大小如同一个天线般的设备，可以接收辐射信号，这可能会干涉指纹感测的功能。第二，从工业设计的观点来看，暴露的导电材料，诸如反射金属表面，可能不是设计者的首选，即设计师可能想要选择任何适合的颜色或表面处理。
此外，美国专利第8,736,080号公开了一低剖面的集成电路结构，其包含：一集成电路、供集成电路布设的一基板、布设于信号沟槽中且耦接到一集成电路信号垫的一导电层，及装设以耦接至一外部焊垫的一连接线。该基板包含至少一信号沟槽，该至少一信号沟槽接近该集成电路信号垫且延伸到基板的一边缘。该连接线、至少一信号沟槽与导电层形成于集成电路的一表面平面之下。这种方法成功地降低了封装的高度，并提供平坦的上表面。此方法可以提供一种集成电路结构，具有平坦上表面。然而其制作过程涉及一深蚀刻步骤以形成所述信号沟槽及一额外金属电镀步骤以形成该导电层，需要更多的制造时间和额外费用。
因此，一种低成本及改进的印刷电路板结构架构，具有平坦上表面、一嵌入式信号发送部分，及一芯片，特别是一指纹传感器芯片，安装在印刷电路板的一开口上，极为所需。尤其，嵌入式信号发送部分与芯片密封在单一保护层下，该保护层形成平坦上表面。
发明内容
为了满足以上需求，本发明提供了一种用于形成增强型指纹辨识模块的印刷电路板结构。该印刷电路板结构包括：一印刷电路板、一影像感测芯片、至少一电极和一保护层，该印刷电路板包含一第一绝缘层、一第一导电层、一第二导电层、一第二绝缘层和一第三导电层，该第一绝缘层具有形成于其中的一开口；该第一导电层形成一第一特定电路于该第一绝缘层的一上表面的一部分上，并形成多个接点；该第二导电层形成一第二特定电路于该第一绝缘层的一下表面的一部分上；该第二绝缘层形成于第二导电层下方，其中该第二特定电路形成于该第二绝缘层的一上表面的一部分上；该第三导电层形成一第三特定电路于该第二绝缘层的一下表面的一部分上；该影像感测芯片的一上表面具有一感测区与多个焊接垫，该影像感测芯片固定于该开口中，该感测区面向外部且每一焊接垫连接到一对应接点；该至少一电极靠近或环绕于该开口且形成于该第一导电层，用以提供一激励信号至一物体，该物体具有能够被该影像感测芯片侦测的一被侦测表面；该保护层完整形成于该至少一电极与该影像感测芯片的上表面之上，且部分或完整形成于该第一绝缘层的上表面与该第一导电层的一上表面之上。其中该第一绝缘层中的开口与第二绝缘层于印刷电路板上形成一凹陷的感测器部；该保护层形成于印刷电路板结构的平坦上表面并位于该影像感测芯片与至少一电极之上。
依照本发明，该激励信号为一电容耦合激励信号，该电容耦合激励信号从该影像感测芯片经由该至少一电极发送到该物体。该至少一电极具有大于20mm2的总接触面积。该至少一电极为一各金属带、多个金属带或一金属环。
该焊接垫与一对应接点由一导电材料连接。该导电材料可为热固化导电膏或锡膏，其中该热固化导电膏为银膏、铜膏或镍膏。又，该焊接垫与一对应接点由金属电镀所连接。该开口的侧壁与影像感测芯片的周边之间的间隙填入一非导电材料。该非导电材料为环氧树脂。
该影像感测芯片可进一步包含形成于其中的一金属网格，该金属网格用于为该影像感测芯片提供静电放电防护。该保护层由一非导电材料形成，该非导电材料可为环氧树脂。该保护层由可有机涂层材料制成。
影像感测芯片为一指纹识别器传感器芯片，具有唤醒功能的低耗电设计。该第一开口的形状近似于该影像感测芯片的形状但足够大，以使该影像感测芯片能够容置于该开口中。
较佳的，该影像感测芯片的上表面的高度与该第一绝缘层及/或第一导电层在该影像感测芯片固定到感测器部后的高度之间的阶差小于0.1mm。
本发明还提供了一种制造上述印刷电路板结构的方法。该方法包含以下步骤：提供该印刷电路板；提供该影像感测芯片；上胶于该感测器部；放置该影像感测芯片于感测器部中；将一非导电材料填入该开口侧壁与影像感测芯片之间的间隙；由一导电材料形成连接相关焊接垫与接点的电路图案；及形成该保护层。
附图说明
图1为一种传统引线接合制作过程；
图2为一种传统覆晶技术制作过程；
图3为现有的指纹传感器的剖面图；
图4为本发明提供的一印刷电路板结构的一实施例的上视图，该印刷电路板结构包含一影像感测芯片；
图5为本发明提供的另一印刷电路板结构的一实施例的上视图，该印刷电路板结构包含一影像感测芯片；
图6为该印刷电路板结构的一剖面图；
图7为该印刷电路板结构与一物体的侧视图，该物体具有一被侦测表面，由该影像感测芯片所侦测；
图8至图12为制造该印刷电路板结构程序的每一步骤；
图13为本发明提供的制造该印刷电路板结构程序的流程图。
附图标记说明：1-芯片；2-印刷电路板；3-焊接垫；4-连接点；5-金线；11-芯片；12-焊垫；13-焊球；14-印刷电路板；15-连接点；16-电绝缘胶；30-指纹传感器；31-边框；32-接合线；33-封装层；34-指纹感测集成电路；35-基板；36-导电线路；37-凹陷区；38-外周凸缘部；100-印刷电路板；110-第一导电层；111-电极；112-接点；120-第一绝缘层；130-第二导电层；140-第二绝缘层；150-第三导电层；160-通孔；170-感测器部；200-影像感测芯片；210-感测区；220-焊接垫；300-保护层；400-导电材料；402-导电材料；404-非导电材料；500-物体；510-侦测表面。
具体实施方式
本发明将参照下列实施方式而更具体地描述。
如图4到图13所示。图4为一印刷电路板结构的上视图。该印刷电路板结构包括一印刷电路板100与一影像感测芯片200。此处可以使用各种影像感测芯片。在本实施例中，该影像感测芯片200为一指纹识别器。影像感测芯片200可进一步包括一形成于其中的金属网格(未绘示)，用来为其本身提供静电放电防护。请注意图式中的图案可能未按照比例，它们仅用于说明。影像感测芯片200在印刷电路板结构中占据的空间可能少于印刷电路板100。应留意图4中的剖面线AA'。为了较佳的说明，沿线AA'撷取的剖面将被用于之后某些图式中。
由于印刷电路板结构的作用是形成一指纹识别器模块，因而印刷电路板100具有多个主要部件。如图6所示，图6为沿着图4中剖面线AA'的侧视图。该多个主要部件为一第一导电层110、一第一绝缘层120、一第二导电层130、一第二绝缘层140及一第三导电层150，依顺序由上而下显示于图6中。第一导电层110形成一第一特定电路于第一绝缘层120的一上表面一部分上。如图所示，显示于图6中的该第一导电层110为不连续导体的形式。该多个导体由铜或其它金属，例如合金制成。虽然该多个导体在剖面中彼此没连接，当第一导电层110从印刷电路板100取出时，它们却相连以形成一第一电路。电路布局是常见的技术，此处不予以说明。应注意的是第二导电层130与第三导电层150具有相似结构，说明方式相同。此外，第一导电层110与第二导电层130之间，或第二导电层130与第三导电层150之间的电连接可通过通孔160实现。
第一导电层110包含第一特定电路与至少一电极111。如图4、图6及图8所示。接点112由第一特定电路形成而来，围绕一开口122(如图8所示)，用来电连接到影像感测芯片200中的焊接垫220。在实施例中有一个电极111，它形成于第一导电层110中，围绕开口122。电极111的功能为提供一激励信号至一物体，该物体具有能够被影像感测芯片200所侦测的一被侦测表面。电极111的形状可变化。比如，电极111可以是图4所示的金属环或是围绕开口122的金属框。依照本发明的精神，电极111的数量没有限定为一个，电极111能靠近开口122。在图5中所示的另一个实施例中有两个电极111，以金属带形式彼此平行。
如图7所示。依照本发明，影像感测芯片200具有一唤醒功能的低耗电设计。当影像感测芯片200侦测到一物体500接近时，影像感测芯片200醒来，一激励信号经电极111发送至物体500，该物体500具有能够被影像感测芯片200侦测的一被侦测表面510。在本实施例中，该影像感测芯片200为一指纹识别器传感器芯片。物体500指的是一手指，被侦测表面510包含指纹。
激励信号为一电容耦合激励信号，由影像感测芯片200经由电极111发送至物体500。电极111的总面积应足够大，以提供足够的信号强度。较佳的，电极111的总面积大于20mm2。此外，电容耦合激励信号可减少信号于低频下(约60Hz)的干扰，进一步减少影像感测芯片200输出信号的噪音，防止影像感测芯片200发生故障。
第一绝缘层120被用来分隔第一导电层110与第二导电层130。同时，第一绝缘层120也能够使印刷电路板100具有足够的硬度，从而防止折断。第一绝缘层120具有开口122(如图8所示)形成于其中。第二导电层130形成一第二特定电路于第一绝缘层120下表面的一部分与第二绝缘层140上表面的一部分上。
第二绝缘层140基本上具有与第一绝缘层120同样的功能，它形成于第二导电层110之下。由结合第一绝缘层120中的开口122与第二绝缘层140，一感测器部170形成于印刷电路板100上。第三导电层150形成一第三特定电路于第二绝缘层140下表面的一部分上。
影像感测芯片200具有多个焊接垫220于其上表面上。通过每一焊接垫220连接到一对应接点112，影像感测芯片200固定在感测器部170(开口122)中。影像感测芯片200也具有一感测区210，影像感测芯片200固定于印刷电路板100的感测器部170中后，该感测区210面向外部环境。
印刷电路板结构进一步包括一保护层300。保护层300在影像感测芯片200与电极111之上，形成印刷电路板结构的平坦上表面。如图6所示。保护层300形成于第一绝缘层120上表面与第一导电层110上表面的全部或某些部分之上，且形成于影像感测芯片200的感测区210之上。保护层300也覆盖电极111以隔离电极111与该物体500，如此一来该信号由电极111送出，电容耦合至该物体500。保护层300由非导电材料所形成。较佳的，非导电材料为环氧树脂。保护层300也能由有机涂层材料制造。
对于上述一些部件的连接而言，有许多种合适的方式。例如，焊接垫220与对应接点112由导电材料402连接。较佳的，使用银胶作为导电材料402，因为银胶有较好的电导率。实际实施时，导电材料402也可以是铜膏、镍膏(热固化导电膏)甚至是锡膏。此外，焊接垫220与对应接点112可由金属电镀来连接。导电材料402涂在每一焊接垫220与对应接点112之间的区域上，覆盖每一焊接垫220与对应接点112的上方。此外，第一绝缘层120的侧壁与影像感测芯片200的周边之间的间隙由非导电材料404填充。环氧树脂是非导电材料404非常好的选择。非导电材料404可以协助固定影像感测芯片200于开口122中，从而不太可能会发生电流泄漏。
依照本发明，第一开口122的形状近似于影像感测芯片200的形状但足够大，以使影像感测芯片200能容置于开口122中。这是为了降低当手指施加外力时，影像感测芯片200可能滑动的风险。该影像感测芯片200的上表面的高度与第一绝缘层120及/或第一导电层110在该影像感测芯片200固定到感测器部170后的高度之间的阶差小于0.1mm。从而，保护层300能良好附着而不会因大的阶差而脱落。
印刷电路板结构具有一个制造步骤。如图8至图13所示。图13为本发明提供的制造该印刷电路板结构程序的流程图。图8至图22为制造该印刷电路板结构程序的每一步骤。
首先，提供具有感测器部170的印刷电路板100、至少一电极111、多个接点112及一具有多个焊接垫220的影像感测芯片200(S01)。接着，将导电材料400上胶于感测器部170(S02)。其次，放置影像感测芯片200于感测器部170中，感测区朝上，面向外部环境(S03)。此后，以非导电材料404填入前述间隙(S04)。下一步骤，以导电材料402形成连接相关焊接垫220与接点112的电路图案(S05)。最后，形成保护层300于第一绝缘层120与感测区210的上表面之上(S06)。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本案的权利要求范围所界定为准。

Claims (19)

1.一种用于形成增强型指纹辨识模块的印刷电路板结构，其特征在于，包含：一印刷电路板、一影像感测芯片、至少一电极和一保护层，其中，
该印刷电路板包含一第一绝缘层、一第一导电层、一第二导电层、一第二绝缘层和一第三导电层，其中，
该第一绝缘层具有形成于其中的一开口；
该第一导电层形成一第一特定电路于该第一绝缘层的一上表面的一部分上，并形成多个接点；
该第二导电层形成一第二特定电路于该第一绝缘层的一下表面的一部分上；
该第二绝缘层形成于第二导电层下方，其中该第二特定电路形成于该第二绝缘层的一上表面的一部分上；
该第三导电层形成一第三特定电路于该第二绝缘层的一下表面的一部分上；
该影像感测芯片的一上表面具有一感测区与多个焊接垫，该影像感测芯片固定于该开口中，该感测区面向外部且每一焊接垫连接到一对应接点；
该至少一电极靠近或环绕于该开口且形成于该第一导电层，用以提供一激励信号至一物体，该物体具有能够被该影像感测芯片侦测的一被侦测表面；及
该保护层完整形成于该至少一电极与该影像感测芯片的上表面之上，且部分或完整形成于该第一绝缘层的上表面与该第一导电层的一上表面之上；
其中该第一绝缘层中的开口与第二绝缘层于印刷电路板上形成一凹陷的感测器部；该保护层形成于印刷电路板结构的平坦上表面并位于该影像感测芯片与至少一电极之上。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该激励信号为一电容耦合激励信号，该电容耦合激励信号从该影像感测芯片经由该至少一电极发送到该物体。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该至少一电极具有大于20mm2的总接触面积。
4.根据权利要求3所述的印刷电路板结构，其特征在于，该至少一电极为一个金属带、多个金属带或一金属环。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该焊接垫与一对应接点由一导电材料连接。
6.根据权利要求5所述的印刷电路板结构，其特征在于，该导电材料为热固化导电膏或锡膏。
7.根据权利要求6所述的印刷电路板结构，其特征在于，该热固化导电膏为银膏、铜膏或镍膏。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该焊接垫与一对应接点由金属电镀连接。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该开口的侧壁与影像感测芯片的周边之间的间隙填入一非导电材料。
10.根据权利要求9所述的印刷电路板结构，其特征在于，该非导电材料为环氧树脂。
11.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该影像感测芯片进一步包含形成于其中的一金属网格，该金属网格用于为该影像感测芯片提供静电放电防护。
12.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该保护层由一非导电材料形成。
13.根据权利要求12所述的印刷电路板结构，其特征在于，该非导电材料为环氧树脂。
14.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该保护层由有机涂层材料制成。
15.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该影像感测芯片为一指纹识别器传感器芯片。
16.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该影像感测芯片具有唤醒功能的低耗电设计。
17.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该第一开口的形状近似于该影像感测芯片的形状但足够大，以使该影像感测芯片能够容置于该开口中。
18.根据权利要求1所述的印刷电路板结构，其特征在于，该影像感测芯片的上表面的高度与该第一绝缘层及/或第一导电层在该影像感测芯片固定到感测器部后的高度之间的阶差小于0.1mm。
19.一种制造权利要求1所述的印刷电路板结构的方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供该印刷电路板；
提供该影像感测芯片；
上胶于该感测器部；
放置该影像感测芯片于感测器部中；
将一非导电材料填入该开口侧壁与影像感测芯片之间的间隙；
由一导电材料形成连接相关焊接垫与接点的电路图案；及
形成该保护层。
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