CN107229897A - 指纹传感器模块 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种指纹传感器模块，包括：基板；指纹感测装置，其安装在基板的第一面上；至少一个连接焊盘，其布置在基板上并且被配置成将指纹传感器模块电连接至外部部件；以及导电层，其布置在基板的与第一面相对的、形成指纹感测模块的背面的第二面上，其中该导电层连接至指纹传感器模块的用于控制与导电层接触的手指的电位的控制电路。本公开还提供了一种包括指纹传感器模块的智能卡。

Description

指纹传感器模块
技术领域
本发明涉及指纹感测模块以及包括这种指纹感测模块的智能卡。
背景技术
为了提供增大的安全性和/或增强的用户方便性，越来越多地使用各种类型的生物计量系统。特别地，得益于指纹感测系统的小外形、高性能和用户接受性，其已在例如消费者电子装置中被采用。
在各种可用的指纹感测原理(诸如电容、光、热等)中，电容感测是最常用的，尤其是在尺寸和功耗是重要问题的应用中。所有电容指纹传感器提供指示若干个感测结构中的每个与放置在指纹传感器表面上或跨越指纹传感器表面移动的手指之间的电容的度量。
为了准确测量手指和感测结构之间的电容，期望手指可以保持在已知的基准电位。通常在智能电话等中使用时，基准电位可以借助于布置在指纹传感器周围的导电边框(bezel)来提供，其中放置在传感器上的手指也接触该边框。
然而，对于集成在市场越来越需要的智能卡中的指纹传感器，相比于传感器在智能电话中使用的情况，对指纹传感器的要求可能改变。例如，边框涉及单独的制造步骤并且还增加了装配指纹传感器的步骤，从而增加了指纹传感器的成本。因为智能卡的成本显著低于智能手机的成本，所以有利的是还降低用于智能卡的指纹传感器的成本。再者，刚性金属边框不能够并入柔性智能卡中。
因此，需要用于集成在智能卡中的改进的指纹传感器。特别地，需要其中能够在不使用边框的情况下向手指提供受控的基准电位的指纹传感器。
发明内容
考虑到现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的在于提供适合用于集成在智能卡中的指纹感测模块。具体地，本发明涉及其中能够在不使用边框的情况下向手指提供基准电位的指纹感测模块，以及包括这种指纹感测模块的智能卡。
根据本发明的第一方面，提供了一种指纹传感器模块，其包括：基板；指纹感测装置，其安装在基板的第一面上；至少一个连接焊盘，其布置在基板上并且被配置成将指纹传感器模块电连接至外部部件；以及导电层，其布置在基板的与第一面相对的第二面上，形成指纹感测模块的背面，其中该导电层连接至指纹传感器模块的用于控制与该导电层接触的手指的电位的控制电路。
其上安装有指纹感测装置的基板可以是常规PCB基板、硅基板、或者用作指纹感测装置的载体的任何其他类型的基板。例如，基板可以是柔性基板，便于将指纹感测模块集成在智能卡中，在该情况下可能需要一定程度的柔性。
指纹感测装置可以是电容感测装置，其中通过确定感测装置的感测结构与放置在感测装置的感测表面上的手指之间的电容耦合来捕获指纹图像，其中通过特定的读出电路来获取指纹图像。读出电路可以完全地或部分地与感测电路集成在同一芯片中，或者读出电路可以包括与指纹感测装置分立布置的电路。
此外，控制电路可以被配置成向导电层提供电位基准信号，用于控制与感测表面接触的手指的电位。
本发明基于下述实现方式：适合用在智能卡中的指纹传感器模块可以通过在基板的背面上布置导电层来提供，使得可以在不使用边框的情况下控制手指的电位。从而，当用两个手指(例如，拇指和食指)抓握指纹感测模块时，一个手指将与指纹感测装置的感测表面接触并且另一手指将与导电层接触。这允许控制与感测表面接触的手指的电位，继而便于指纹捕获。如下文将更详细讨论的，所描述的指纹传感器模块可以有利地集成在智能卡中。
因此，提供了一种指纹传感器模块，其中不需要与指纹传感器位于同一面上的边框或类似的导电结构，从而简化了指纹传感器模块的构造。
根据本发明的一个实施例，传感器模块还可以包括布置在基板上的覆盖层，该覆盖层覆盖基板的一部分以封装指纹感测装置的至少一部分。
在本文中，覆盖层可以是被布置成覆盖和保护指纹传感器的二次成型层(overmold layer)。覆盖层也可以是包括诸如防护板和粘合剂等的另外的层的层堆叠。覆盖层也可以被布置成仅覆盖部分指纹感测装置，诸如包括接合焊盘和接合线的装置边缘，在这种情况下，可以使用分立的层或结构来保护指纹感测装置的感测结构。
根据本发明的一个实施例，至少一个连接焊盘可以布置在基板的第一面上，并且其中覆盖层不覆盖该至少一个连接焊盘。因此，连接焊盘将与指纹感测装置布置在基板的同一面上，面向同一方向。此外，连接焊盘未被覆盖层覆盖，意味着连接焊盘被暴露以实现与诸如智能卡的外部部件的连接。
根据本发明的一个实施例，至少一个连接焊盘可以被布置成邻近基板边缘，从而便于传感器模块和外部部件之间的连接。并不总是要求连接焊盘被布置成直接邻近基板边缘。在一些实施例中，连接焊盘布置在基板的第一面上的、在指纹感测装置和基板边缘之间的某处就足够了。此外，还可以将连接焊盘布置在基板边缘上，即，基板的侧面上。
根据本发明的一个实施例，覆盖层的形状与基板的形状相同，并且其中覆盖层的面积小于基板的面积。此外，负载层的中心可以与基板的中心对准。作为示例，传感器模块可以包括矩形基板，其具有其上布置有矩形覆盖层的矩形指纹感测装置。因此，一个或更多连接焊盘可以被布置成邻近基板边缘，其中所述一个或更多连接焊盘被暴露并且不被覆盖层覆盖。
根据本发明的一个实施例，至少一个连接焊盘可以布置在基板的第二面上，并且与导电层电流隔离。因此，连接焊盘可以与导电层布置在同一面上，其提供传感器模块的另外的集成可能性。
在本发明的一个实施例中，控制电路可以被配置成向导电层提供驱动信号和/或地电位。假设用两个手指抓握传感器模块，其中一个手指与导电层接触并且另一手指与指纹感测装置接触，则与感测装置接触的手指的电位也可以由包括在传感器模块中的控制电路控制。消除对边框的需求的另外的优点在于传感器模块可以被配置成占据更小的表面区域。
根据本发明的一个实施例，导线层可以借助于贯穿基板的通孔连接与控制电路连接。在硅基板的情况下，连接可以称作硅通孔(TSV)连接。这使控制电路能够布置在离导电层一定的距离处。例如，控制电路可以与指纹感测装置分立布置在同一面上，或者控制电路可以集成在指纹感测装置中。
根据本发明的一个实施例，导电层可以有利地是金属层，这提供高导电性和高抗磨损性二者。此外，金属的使用使得能够使用常规的淀积技术，诸如电镀、蒸发、溅射等。
此外，导电层可以被图案化，允许导电层的美学外观被调整以适应不同的要求，继而便于传感器模块集成在广泛的应用中。
根据本发明的一个实施例，传感器模块还可以包括布置在指纹感测装置和/或覆盖层上的涂覆层。该涂覆层则可以是传感器模块的最外层，形成感测表面。涂覆层可以用于例如向传感器模块提供期望的颜色或图案，或者涂覆层可以是防止污垢粘附至传感器表面的疏水和/或疏油层。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种包括智能卡电路和根据上述实施例中的任何一个实施例的传感器模块的智能卡，其中智能卡包括其中布置有传感器模块的开口，并且其中指纹传感器经由布置成与传感器模块的连接焊盘接触的连接点电连接至智能卡电路。
因为通常用两个手指抓握智能卡，所以这可以用于借助于布置在指纹传感器的背面上的电极来控制手指的电位，使得当人抓握卡并且将一个手指放在传感器上时，另一手指将与该电极接触并且从而可以控制手指的电位。
因此，传感器模块可以用于对智能卡的用户进行认证，并且可以借助于传感器模块的连接焊盘和智能卡的相应连接点将与认证相关的信息提供给智能卡电路。
根据本发明的一个实施例，智能卡包括：第一层，该第一层包括具有对应于传感器模块的覆盖层的尺寸和形状的第一开口；第二层，该第二层包括大于第一开口并且具有对应于传感器模块的基板的尺寸和形状的第二开口；和传导层，该传导层包括连接点，该传导层布置在第一层和第二层之间，其中该传感器模块被布置成使得该传感器模块的连接焊盘与智能卡的连接点接触。第一层的开口也可以具有对应于感测模块的指纹感测装置的尺寸。
根据本发明的一个实施例，智能卡的第一层的外表面与传感器模块的感测表面位于同一平面中，并且智能卡的第二层的外表面与传感器模块的导电层位于同一平面中。从而，传感器模块可以智能卡集成在平面中，而不需要中断智能卡的表面轮廓。
根据本发明的一个实施例，提供了一种包括智能卡电路和根据上述实施例中的任何一个实施例的传感器模块的智能卡，其中智能卡包括凹入部，传感器模块被布置在该凹入部中，使得指纹感测装置被智能卡的第一层覆盖；并且其中指纹传感器模块经由布置成与传感器模块的连接焊盘接触的连接点电连接至智能卡电路。
因此，当从智能卡的第一面观看时，感测模块可以是隐藏的，并且可以通过将手指放置在智能卡的表面上的、对应于传感器模块的位置的适当位置处来获取指纹，该适当的位置例如可以被视觉地指示在智能卡表面上。此外，通过将导电层集成在智能卡的背面中，传感器模块可以完全地且无缝地集成在智能卡中。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的另外的特征和优点将变得明显。本领域的技术人员会认识到，在不背离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合以创建除了以下描述的实施例以外的实施例。
附图说明
现将参照示出本发明的示例实施例的附图，更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的包括指纹传感器模块的智能卡；
图2A至图2C示意性地图示了根据本发明的实施例的传感器模块；
图3示意性地图示了根据本发明的实施例的包括传感器模块的智能卡；
图4A至图4C示意性地图示了根据本发明的实施例的传感器模块；
图5A至图5B示意性地图示了根据本发明的实施例的包括传感器模块的智能卡；以及
图6示意性地图示了根据本发明的实施例的包括传感器模块的智能卡；
具体实施方式
在本详细描述中，根据本发明的指纹传感器模块的各种实施例主要参照用于集成在智能卡中的指纹传感器模块和包括这种传感器模块的智能卡来进行描述。然而，该传感器模块同样可以集成在诸如USB连接器、电子钥匙和钥匙链、安全令牌的部件中以及可以受益于生物计量验证功能的类似部件中。
图1是根据本发明的实施例的包括传感器模块102的智能卡100的示意性图示。
图2A示出了包括基板202和安装在基板202的第一面上的指纹感测装置204的指纹传感器模块102。连接焊盘206布置在基板的第一面上，与指纹感测装置204面向同一方向。连接焊盘206电连接至指纹感测装置204以将所捕获的指纹的信息提供给在传感器模块102的外部的电路，诸如智能卡电路。指纹感测装置204由布置在基板202上的覆盖层208封装和保护。覆盖层208可以是例如成型层，并且该覆盖层208还可以包括多个分立的层。在这里，覆盖层208形成传感器模块102的外表面，即感测表面。然而，覆盖层208也可以被布置成仅覆盖指纹感测装置204的一部分，诸如由感测元件212覆盖的区域，或者可以布置分立的层以仅保护指纹感测装置204的感测元件212。被布置成保护感测元件的分立的层例如可以是有色涂层或者保护性电介质板，诸如覆盖玻璃。
在这里，指纹感测装置204被图示为包括导电感测元件212的阵列的电容感测装置204，其中利用放置在传感器模块上的手指的指纹脊和指纹谷之间的电容耦合的差来捕获指纹。
指纹传感器模块102还包括导电层210，该导电层210布置在基板202的、与第一面相对的第二面上，从而形成指纹感测模块102的背表面。导电层连接至指纹传感器模块102的用于控制与导电层210接触的手指的电位的控制电路。导电层210可以是例如通过电镀淀积的铜层。导电层210还可以被图形化以提供期望的美学外观，其中图形化可以通过激光切割、光刻、镀覆等来实现。例如，导电层210可以成形为连合活字(logotype)或任何其他图案。指纹感测装置还可以包括与指纹传感器204布置在基板的同一面上的静电放电(ESD)节点(未示出)，以保护传感器免受静电放电的影响。
图2B是传感器模块102的透视图，其更清楚地图示了被布置成邻近基板202的边缘的多个连接焊盘206。此外，在这里，覆盖层208具有与指纹感测装置204和基板202相同的形状，但是尺寸小于基板202，从而在基板202的边缘处使连接焊盘暴露。应当注意，覆盖层和连接焊盘的许多不同的配置是可能的。连接焊盘206例如可以被布置成邻近基板202的所有四个边缘。覆盖层208也可以被布置成到达基板的一个或更多个侧边缘。此外，尽管本文中基板202被图示为矩形或正方形基板202，但是原则上可以任意选择基板的形状，诸如圆形基板或椭圆形基板。基板202可以是常规PCB基板或者其可以是柔性基板，诸如聚酰亚胺基板。
图2C图示了传感器模块102的背面，其包括导电层210。导电层210可以被布置成覆盖基板202的、与其中布置有指纹感测装置204的面相对的整个面，或者可以如图2C所示覆盖基板202的选定部分，只要当抓握传感器模块102并且另一手指(例如，拇指)放置在指纹感测装置204的表面上时能够假定导电层210与手指(例如，食指)电流接触即可。
用于提供基准电位的控制电路和读出电路的可能配置对于本领域的技术人员是公知的，在本文中将不进一步详细讨论。此外，读出电路和控制电路两者均可以完全集成在指纹感测装置204中，或者部分电路可以作为分立部件布置在基板202上。指纹传感器模块102也可以被设置为系统级封装(SIP)模块，其中例如表示感测装置以及全部或部分的读出电路和控制电路的许多集成电路被封闭在单个模块中。再者，传感器模块可以包括用于处理静电放电ESD的节点。例如，专用接触可以布置在基板的第一面上以将手指连接至ESD电路。
图3示意性地图示了包括上述传感器模块102的智能卡300。在本文中智能卡应该被广义地解释为包括具有提供功能的嵌入式集成电路的任何卡。智能卡例如可以是信用卡、门禁卡(access card)或身份卡。
智能卡300包括贯穿开口，其中布置有指纹传感器模块102并且传感器模块102经由被布置成与传感器模块102的连接焊盘206接触的连接点304电连接至智能卡电路(未示出)。此外，智能卡300包括：第一层306，其包括具有对应于传感器模块102的覆盖层208的尺寸和形状的第一开口；和第二层308，其包括大于第一开口并且具有对应于传感器模块102的基板202的尺寸和形状的第二开口。如这里所示，第一层306和第二层308的各自的第一开口和第二开口对准，使得传感器模块102可以布置在开口中。智能卡300还包括将传感器模块102连接至智能卡电路的导电层310。导电层310例如可以包括多个传导迹线，每个传导迹线包括被布置成单独接触传感器模块102的相应连接焊盘206的连接点304。可以使用粘合剂将传感器模块102附接至智能卡300。
图4A至图4C是指纹传感器模块402的另一实施例的示意性图示，图4A示出感器模块402的侧视图，图4B示出感器模块402的透视图并且图4C示出传感器模块402的背面。这里，连接焊盘404与导电层408布置在基板406的同一面上，即在传感器模块102的背面上。传感器模块402还包括指纹感测装置410和覆盖指纹感测装置410的覆盖层412，以形成传感器模块402的感测表面。因此，所述指纹传感器模块402提供集成在智能卡中或其他部件中的另外可能性。
图5A示意性地图示了包括上述传感器模块402的智能卡500。智能卡包括第一层502和第二层504以及它们之间的导电层506，导电层506可以包括多个传导迹线。在图5A中的智能卡中，第一层502中的开口大于第二层504中的相应的对准的开口，使得当传感器模块402布置在开口中时，传感器模块402的连接焊盘404接触智能卡500的连接点508。这里，包括导电层408的传感器模块402的背面相对于智能卡500的第二层506的外表面略微凹入，而仍然能够从智能卡500的两面进入传感器模块402的两面。在将传感器模块集成在比该传感器模块更厚的装置中时，类似的布置会是适合的，其中传感器模块的两面可以凹入，即布置在凹入部中，使得传感器模块的表面在其中布置有该传感器模块的装置的相应表面之下。因此，即使装置相比于感测模块厚得多，也可以进入传感器模块的两面。替选地或组合地，可以调节传感器模块的基板的厚度和/或指纹感测装置的厚度，使得传感器模块的总厚度对应于其中要布置该传感器模块的装置的厚度。
图5B示意性地图示了包括传感器模块402的智能卡510，该传感器模块402被智能卡的第一层512覆盖，使得传感器模块402隐藏在智能卡510的表面之下。可以调节第一层512在指纹感测装置410的位置处的厚度，使得可以通过第一层512获取指纹。
本领域的技术人员会认识到，涉及到连接焊盘位于传感器模块的哪一面上、传感器模块如何集成在智能卡中等，上述实施例的许多组合是可能的。
再者，传感器模块可以包括布置在不同位置处的多个连接焊盘，用于实现该模块与诸如，智能卡、USB令牌、车钥匙等不同类型的部件的连接。因此，可以设置下述传感器模块：在不需要对该传感器模块进行专用修改的情况下，可以将其用在广泛的不同应用中。
图6示意性地图示了智能卡600，其中基板602形成整个智能卡600的大部分。基板602例如可以完全地或部分地替代智能卡600的第二层，即底层。如图6所示，智能卡600的第一层604，即顶层布置在基板602的顶部，并且在基板602的连接焊盘606和智能卡600的相应连接点608之间形成电接触，以将传感器模块600连接至智能卡电路610。此外，第一层可以延伸用于通过与针对图5B描述的方式类似的方式覆盖指纹感测装置，从而形成具有完全集成的传感器模块的智能卡。
尽管已经参照本发明的特定例示实施例描述了本发明，但是许多不同的变化、修改等对于本领域的技术人员将是明显的。而且，应当注意，指纹传感器模块的部分可以以各种方式省略、交换或布置，而指纹传感器模块仍然能够执行本发明的功能。
另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，可以理解和实现关于所公开的实施例的变化。在权利要求中，术语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除复数。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (18)

1.一种指纹传感器模块，包括：
基板；
指纹感测装置，其安装在所述基板的第一面上；
至少一个连接焊盘，其布置在所述基板上并且被配置成将所述指纹传感器模块电连接至外部部件；以及
导电层，其布置在所述基板的与所述第一面相对的第二面上，形成所述指纹感测模块的背面，其中所述导电层连接至所述指纹传感器模块的用于控制与所述导电层接触的手指的电位的控制电路。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，还包括布置在所述基板上的覆盖层，所述覆盖层覆盖所述基板的一部分以封装所述指纹感测装置的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的传感器模块，其中所述至少一个连接焊盘布置在所述基板的第一面上，以及其中所述覆盖层不覆盖所述至少一个连接焊盘。
4.根据权利要求3所述的传感器模块，其中所述至少一个连接焊盘被布置成邻近所述基板的边缘。
5.根据权利要求2所述的传感器模块，其中所述覆盖层的形状与所述基板的形状相同，以及其中所述覆盖层的面积小于所述基板的面积。
6.根据权利要求2所述的传感器模块，其中所述覆盖层的中心与所述基板的中心对准。
7.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述至少一个连接焊盘布置在所述基板的第二面上并且与所述导电层电流隔离。
8.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述控制电路被配置成向所述导电层提供驱动信号或地电位。
9.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述导电层借助于贯穿所述基板的通孔连接与所述控制电路连接。
10.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述导电层为金属层。
11.根据权利要求1所述的传感器模块，其中所述导电层被图案化。
12.根据权利要求1所述的传感器模块，还包括布置在所述指纹感测装置上的涂覆层。
13.根据权利要求12所述的传感器模块，其中所述涂覆层是有色的。
14.根据权利要求12所述的传感器模块，其中所述涂覆层包括图案。
15.一种包括智能卡电路和根据权利要求1所述的传感器模块的智能卡，其中所述智能卡包括其中布置有所述传感器模块的开口，以及其中所述指纹传感器模块经由被布置成与所述传感器模块的连接焊盘接触的连接点而电连接至所述智能卡电路。
16.根据权利要求15所述的智能卡，包括：
第一层，所述第一层包括具有对应于所述传感器模块的覆盖层的尺寸和形状的第一开口；
第二层，所述第二层包括大于所述第一开口并且具有对应于所述传感器模块的基板的尺寸和形状的第二开口；以及
传导层，所述传导层包括所述连接点，所述传导层布置在所述第一层和所述第二层之间，其中所述传感器模块被布置成使得所述传感器模块的连接焊盘与所述智能卡的连接点接触。
17.根据权利要求16所述的智能卡，其中所述智能卡的第一层的外表面与所述传感器模块的感测表面位于同一平面中；以及
所述智能卡的第二层的外表面与所述传感器模块的导电层位于同一平面中。
18.一种包括智能卡电路和根据权利要求1所述的传感器模块的智能卡，其中所述智能卡包括凹入部，所述传感器模块布置在所述凹入部中，使得所述指纹感测装置被所述智能卡的第一层覆盖；以及其中所述指纹传感器模块经由被布置成与所述传感器模块的连接焊盘接触的连接点而电连接至所述智能卡电路。
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