CN107358225A - 一种指纹模组 - Google Patents
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Abstract
一种指纹模组，包括指纹感测单元，指纹感测单元表面包括指纹图像感测区和非指纹图像感测区；所述指纹图像感测区下方包括指纹传感器晶粒；所述非指纹图像感测区下方设置电磁窗口，电磁窗口下方设置有天线，所述电磁窗口是自指纹感测单元表面至所述天线表面的电磁信号能够穿透的空间。本发明采用隔离方法来提高指纹模组的ESD能力，与泻放方法相比，节省成本也简化结构。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别领域，特别涉及一种用于指纹检测和识别的指纹模组。
背景技术
为了接收外界的信号，指纹模组中通常会设置天线，如检测手指触摸信号的天线，接发射频信号的天线等。
以下以检测手指触摸信号的天线为例，概述本领域指纹模组中设置天线的技术问题：
指纹模组自身作为触发开关可以达到“一触即开即解锁”的效果，在智能手机领域得到普遍应用。为了降低手指检测功耗以达到干电池供电系统对待机功耗的苛刻要求，往往不能采用智能手机领域使用指纹图像采集本身来检测手指的方法。功耗可行的方案是使用独立的电容触摸检测电路，在指纹传感区外围设置触摸检测电极，当检测到手指触摸，才启动指纹传感器进行指纹采集。本领域常见的触摸检测电极的设置方法为在指纹芯片外围设置金属环，如图1所示，金属环500设置在指纹芯片外围，并裸露。
对于与上述金属环类似的裸露的天线，ESD设计只能采用TVS等泻放电路，结构复杂，并且需要较高的成本才能满足要求。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，本发明提出以下技术方案：
一种指纹模组，包括指纹感测单元，指纹感测单元表面包括指纹图像感测区和非指纹图像感测区；指纹传感器晶粒设置在所述指纹图像感测区下方；电磁窗口设置在所述非指纹图像感测区下方，电磁窗口下方设置有天线，所述电磁窗口是自指纹感测单元表面至所述天线表面的电磁信号能够穿透的空间。
优选地，所述天线为触摸检测电极或射频收发天线。
优选地，所述空间不包含电磁屏蔽材料。
优选地，所述空间不包含导体材料。
优选地，还包括电路板，所述指纹感测单元设置在所述电路板上方，所述天线形成在所述电路板的上表面、中间层或下表面。
优选地，指纹感测单元包括封装基板，所述封装基板在电磁窗口的位置不设置导体，当天线形成在所述电路板的中间层或下表面，所述电路板在电磁窗口的位置不设置导体。
优选地，还包括电路板，天线为设置在指纹感测单元与电路板之间的导体垫片。
优选地，指纹感测单元包括封装基板，所述封装基板在电磁窗口的位置不设置导体。
优选地，所述指纹感测单元包括封装基板，所述指纹传感器晶粒设置在所述封装基板上，所述天线形成在所述封装基板的上表面、中间层或下表面。
优选地，当天线形成在所述封装基板的中间层或下表面，所述封装基板在电磁窗口的位置不包含导体。
优选地，所述天线电连接到触摸检测电路或射频电路。
本发明利用指纹传感器单元的封装材料隔离天线，此隔离方法使指纹模组具备良好的ESD能力，并且由于不使用泄放电路，节省成本，简化结构。在指纹模组中为天线开放电磁窗口，并将天线放置的电磁窗口下面，既可以穿过介质材料实现信号收发或手指检测，同时又利用介电材料来隔离静电放电。
另外，对于同时具备指纹解锁开启功能和无线解锁开启功能的电子设备，通常天线设置在指纹传感器单元的外围，本发明的射频天线设置在指纹传感器单元下方，节省了空间。
附图说明
图1是现有技术的指纹模组的示意图。
图2A-1，图2A-2，图2A-3为本发明第一实施例的指纹模组的天线位置的三种实施方式的示意图。
图2B为本发明第一实施例的指纹模组的仰视图。
图2C-1,图2C-2为本发明第一实施例的指纹模组的天线形状的两种实施方式。
图3-1，图3-2，图3-3为本发明第二实施例的指纹模组的天线位置的三种实施方式的示意图。
图4是本发明的第三实施例的指纹模组的示意图。
图5是本发明的指纹模组的工作流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明的中的“上”为手指接触指纹模组的方向。
本发明提供一种指纹模组，其特征在于，包括指纹感测单元，指纹感测单元表面包括指纹图像感测区和非指纹图像感测区；指纹传感器晶粒设置在所述指纹图像感测区下方；电磁窗口设置在所述非指纹图像感测区下方，电磁窗口下方设置有天线，所述电磁窗口是自指纹感测单元表面至所述天线表面的电磁信号能够穿透的空间。所述天线为触摸检测电极或射频收发天线。
所述指纹图像感测区是指该区域下方有感应指纹图像的电路，能够感测放置在该区域的手指的指纹图像；非指纹图像感测区是指该区域下方没有感应指纹图像的电路，不能够感测放置在该区域的手指的指纹图像。
指纹传感器晶粒为包括指纹传感器电路的部件，用来感测指纹图案。
射频收发天线收发无线信号，本发明不限定射频收发天线的用途，其可以与指纹模组并行，用于开启电子设备，可以用于控制电子设备，也可以用于控制指纹模组等。
第一实施例
如图2A所示，指纹模组100包括指纹感测单元10，电路板13，以及天线15，指纹感测单元10设置在电路板13上并与其电连接，优选地，通过焊盘14电连接，也可通过其他方式如焊球电连接。本实施例中，指纹感测单元10表面包括指纹图像感测区和非指纹图像感测区，指纹传感器晶粒12设置在所述指纹图像感测区下方，其设置在封装基板110上，并由封装材料111包覆，本领域公知的，封装材料111为介电材料，封装基板110设置有导体；非指纹图像感测区下方设置电磁窗口113，天线15设置在电磁窗口113下方，所述电磁窗口113是自指纹感测单元表面至所述天线表面的电磁信号能够穿透的空间，其穿过指纹传感器晶粒12外围的封装材料111，本发明所有的图示中，电磁窗口用虚线的椭圆表示，其只表示天线上方存在电磁窗口的空间，而并不准确表示电磁窗口的大小和形状。为了使电磁信号能够穿透的空间，所述空间不包含电磁屏蔽材料，优选地，所述空间不包含导体。
为形成上述的电磁窗口，包含电磁屏蔽材料如导体的部件或导体布线等都避开电磁窗口的位置，如图2A，为了方便示意，各个部件包含导体的部分（如指纹传感器晶粒12以及包含导体的封装基板110部分以及焊盘14）以网格图案填充，包含导体的部分都避开了需要形成电磁窗口113、113’或113’’的位置，具体如下：
本实施例中，天线形成在电路板13上，其可以形成在电路板13上的任意层，例如图2A-1，天线15可以形成在电路板13的上表面，其与电路板13的焊盘层同层，为形成电磁窗口，所述封装基板110在电磁窗口113的位置不设置导体；也可以如图2A-2，天线15’形成在电路板的中间层，也可以如例如图2A-3，天线15’’形成在电路板的下表面，当天线形成在电路板的中间层或下表面，由于电磁窗口需穿过电路板和封装基板，因此电路板13和封装基板110在电磁窗口113’或113’’的位置不设置导体。无论天线形成在电路板的哪个位置，指纹传感器单元10和电路板13之间的位于电磁窗口113、113’或113’’的位置不设置导体，如焊盘等。
本发明中，封装基板110和电路板13在电磁窗口的位置不设置导体，这样的结构下，既可以穿过介电材料实现天线信号收发或检测手指，同时又利用介电材料来隔离静电放电。
指纹感测单元10与电路板13之间的空隙中填充填充胶，可进一步隔离静电放电，指纹感测单元10四周也涂覆所述填充胶以保护指纹感测单元。
图2B为第一实施例的指纹模组的仰视图，指纹模组包括控制电路17，用于控制指纹感测单元11进行指纹检测，优选地，控制电路17还运算指纹检测结果进行指纹识别；电路116为触摸检测电路或射频收发电路，其电连接天线15，当电路116为触摸检测电路时，其接收天线15感应的触摸信号，当电路116为射频收发电路时，其接收天线15感应的射频信号，或者通过天线15发送射频信号。稳压器113,114分别用于稳定控制电路17和电路116的电压；flash112用于存储指纹信息；管脚115用于连接指纹模组与其他装置如主机，实现与其他装置之间的通信。
天线的形状可以为框形或条形或辐射形等，根据指纹传感单元形状的变化，天线的形状还可以为任意其他形状，如环形、多边形等，如图2C-1和图2C-2，为框形和条形天线的示意图，其他形状不一一示出。
第二实施例
如图3，与第一实施例不同的是，第二该实施例中，天线形成在封装基板210上，天线可以形成在封装基板的任意层。如图3-1，3-2，天线可以如25或25’形成在封装基板210的下表面或中间层，封装基板210在电磁窗口213或213’的位置不设置导体；如图3-3，天线25’’也可形成在封装基板210上表面。指纹模组背面的部件以及天线的形状等与第一实施例相同。
第三实施例
如图4，与第一实施例不同的是，天线45为设置在指纹感测单元40与电路板43之间的导体垫片，其可以设置在指纹感测单元40和电路板43之间任意高度。电磁窗口413设置在非指纹感测区下方，天线45设置在电磁窗口413下方。封装材料411中开设电磁窗口，封装基板410在电磁窗口413的位置不设置导体。指纹模组背面的部件以及天线的形状等与第一实施例相同。
图5为本发明天线为触摸检测电极时指纹模组的工作流程，当没有物体接触指纹图像感测区时，指纹传感器晶粒和控制电路都处于待机状态，触摸检测电路处于工作状态；当物体接触到指纹图像感测区时，触摸检测电极检测的物理量（如电容）发生变化，触摸检测电路感应触摸检测电极的检测产生触摸信号，触摸检测电路输出触摸信号至处理器，处理器根据触摸信号判断是否需要进行指纹识别，当判断需要进行指纹识别时，控制电路控制指纹感测单元进行指纹检测。由于先判断手指是否触摸指纹模组，可降低指纹模组的功耗。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种指纹模组，其特征在于，包括
指纹感测单元，指纹感测单元表面包括指纹图像感测区和非指纹图像感测区；
指纹传感器晶粒设置在所述指纹图像感测区下方；
电磁窗口设置在所述非指纹图像感测区下方，电磁窗口下方设置有天线，所述电磁窗口是自指纹感测单元表面至所述天线表面的电磁信号能够穿透的空间。
2.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，所述天线为触摸检测电极或射频收发天线。
3.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，所述空间不包含电磁屏蔽材料。
4.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，所述空间不包含导体材料。
5.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，还包括电路板，所述指纹感测单元设置在所述电路板上方，所述天线形成在所述电路板的上表面、中间层或下表面。
6.根据权利要求5所述的指纹模组，其特征在于，指纹感测单元包括封装基板，所述封装基板在电磁窗口的位置不设置导体，当天线形成在所述电路板的中间层或下表面，所述电路板在电磁窗口的位置不设置导体。
7.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，还包括电路板，所述天线为设置在指纹感测单元与电路板之间的导体垫片。
8.根据权利要求7所述的指纹模组，其特征在于，指纹感测单元包括封装基板，所述封装基板在电磁窗口的位置不设置导体。
9.根据权利要求1所述的指纹模组，其特征在于，所述指纹感测单元包括封装基板，所述指纹传感器晶粒设置在所述封装基板上，所述天线形成在所述封装基板的上表面、中间层或下表面。
10.根据权利要求9所述指纹模组，其特征在于，当天线形成在所述封装基板的中间层或下表面，所述封装基板在电磁窗口的位置不包含导体。
11.根据权利要求1-10任一项的所述的指纹模组，其特征在于，所述天线电连接到触摸检测电路或射频电路。
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