CN107526996A - 指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块。其中方法包含步骤：提供多个用于封装指纹感测芯片的印刷电路板，印刷电路板以连板形式相接；在每一印刷电路板上安装指纹感测芯片与其它所有电子组件，以形成多个印刷电路板总成；固定印刷电路板总成，使指纹感测芯片的表面实质位于同一平面；滴灌液状的封装材料至围堰体内，包覆指纹感测芯片与其它所有电子组件；固化液状的封装材料；及分割相接的印刷电路板总成并切除突起结构，以形成各自独立的印刷电路板总成。其较传统技术成本低廉。

Description

指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，特别是涉及一种指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块。

背景技术

指纹感测芯片是各种利用指纹来进行安全维护以及身份辨识设备的基础组件。随着行动支付服务在智能型手机上的广泛应用，指纹感测芯片渐渐成为智能型手机的必备组件。然而，为了满足智能型手机的轻薄化设计，指纹感测芯片除了本身厚度不宜过大，相应的封装方法更重要：因为它是决定最终产品外观与性能的重要因素。

参见图1，该图绘示一个利用传统封装方法所制成的指纹感测模块1。指纹感测模块1的封装方法如下：首先将必要的被动组件5焊接到印刷电路板2设计的位置上；再将指纹感测芯片4以银胶3固定在印刷电路板2上；接者以打线方式，利用结合线7连接指纹感测芯片4上接合垫6与印刷电路板2上的对应电路接点；最后，在上述组件上方以注模方式覆盖一层封装材料8(通常是环氧树脂模制化合物)，形成保护层。必要时，封装材料8的厚度可以通过研磨变薄，直到满足设计厚度。

以上的传统技术有以下的缺点。首先，由于每一个指纹感测模块1的封装材料8都需要研磨制程，这会造成额外的成本浪费。第二，研磨的精准度受到印刷电路板2厚度公差、平整度公差、固定模具公差以及研磨设备运作时的公差影响；最终研磨后的指纹感测模块1上表面，可能与指纹感测芯片4上表面有较大的偏差角度，进而影响指纹感测模块1的性能。或者，研磨之后各个指纹感测模块1之间的厚度也会有差异。第三，适用于注模工法的封装材料8通常不具透明特性，要定制化不同的封装后外观颜色，成本也高。最后，一般指纹感测模块的表面通常都会涂覆一层氟化物，以避免手指残余物污染指纹感测模块，造成后续使用上的失误，或残留的指纹造成安全上的问题。该氟化物的形成是一道特制工续，无法与封装材料8混合，利用密度差而形成，这使得指纹感测模块1的成本还是无法进一步减省。

因此，业界需要一种新的指纹感测芯片封装方法来解决以上各种问题。

发明内容

鉴于此，有必要针对传统技术中指纹感测模块制作成本高的问题，提供一种能够节省指纹感测模块制作成本的指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块。

为了解决上述的问题，本发明提出一种指纹感测芯片封装方法，该方法包含步骤：

A、提供多个用于封装指纹感测芯片的印刷电路板，所述印刷电路板以连板形式相接，其中在最外围的印刷电路板的上表面均各具有突起结构，每一突起结构与邻近突起结构相连，形成围堰体；

B、在每一印刷电路板上安装指纹感测芯片与其它所有电子组件，以形成多个印刷电路板总成；

C、固定所述印刷电路板总成，使所述指纹感测芯片的表面实质位于同一平面；

D、滴灌液状的封装材料至所述围堰体内，包覆所述指纹感测芯片与其它所有电子组件；

E、固化所述液状的封装材料；及

F、分割所述相接的印刷电路板总成并切除所述突起结构，以形成各自独立的印刷电路板总成。

在其中一个实施例中，在步骤E之后进一步包含步骤E1：E1、在所述固化的封装材料上方形成疏油疏水氟化物层。

在其中一个实施例中，所述疏油疏水氟化物可为全氟烷基甲基丙烯酸共聚物或氟化二氧化硅奈米颗粒。

在其中一个实施例中，步骤C包含以下子步骤：

C1、将所述连板相接的印刷电路板总成置于模具内，使所述连板相接的印刷电路板总成的下表面与模具的一部份形成空间；及

C2、对所述空间施加小于所述连板相接的印刷电路板总成上表面所接受压力的气压。

在其中一个实施例中，步骤E的固化为光固化、热固化或静置长时间自然固化。

在其中一个实施例中，所述液状的封装材料在进行滴灌前，进一步与疏油疏水氟化物混合，以便于滴灌后固化前，所述疏油疏水氟化物可借由密度差而上浮至所述液状封装材料的表面。

在其中一个实施例中，所述封装材料的成分包含环氧树脂、硅氧树脂、压克力树脂或前述物质的延伸物。

在其中一个实施例中，所述封装材料的成分包含可对其它成分进行硬化的硬化剂。

在其中一个实施例中，所述封装材料的成分包含染色剂。

在其中一个实施例中，具有突起结构的印刷电路板的至少一边长度长于未具有突起结构的印刷电路板的对应边长度。

在其中一个实施例中，每一具有突起结构的印刷电路板在裁除所述突起结构后，其外观形状与未具有突起结构的印刷电路板相同。

本发明还提供一种指纹感测模块，该指纹感测模块包含：

印刷电路总成；

指纹感测芯片，所述指纹感测芯片安装在所述印刷电路总成上；及

封装层，所述封装层包覆所述指纹感测芯片的上表面及所述印刷电路总成的部分上表面，

其中，所述印刷电路总成用以运作所述指纹感测芯片；所述封装层的上表面无研磨痕迹。

在其中一个实施例中，还包含在所述封装层上方的疏油疏水氟化物层。

在其中一个实施例中，所述封装层的材料成分包含环氧树脂、硅氧树脂、压克力树脂或前述物质的延伸物。

在其中一个实施例中，所述封装层的材料成分包含可对其它成分进行固化的固化剂。

在其中一个实施例中，所述封装层的材料成分包含染色剂。

本发明的有益效果至少包括：

上述指纹感测芯片封装方法无须进行研磨制程，较传统技术省去不少成本。制成的指纹感测模块各部件因为经过固定步骤，相对公差变小，各切割成型的指纹感测模块电器性能相近。此外，利用上述封装方法封装后的指纹感测模块可以借由染色剂，呈现不同颜色的外观，氟化物层形成的方式也多元。

附图说明

图1为一个实施例中的利用传统封装方法所制成的指纹感测模块；

图2为一个实施例中的指纹感测芯片封装方法的流程示意图；

图3为一个实施例中的16个形成连板的印刷电路板的上视图；

图4为一个实施例中的每一印刷电路板安装好指纹感测芯片与其它所有电子组件的上视图；

图5为图4中沿AA’线垂直图面的剖面图；

图6为一个实施例中的连板相接的印刷电路板总成置入模具内并施加压力差的示意图；

图7为一个实施例中的连板相接的印刷电路板总成置于模具内并施加压力差，以确保印刷电路板总成的平坦度的示意图；

图8为一个实施例中的形成的氟化物层；

图9为一个实施例中的利用指纹感测芯片封装方法制成的指纹感测模块的剖面图。

图10为一个实施例中的封装材料成形的态样。

图11为另一个实施例中的封装材料成形的态样。

具体实施方式

本发明将参照下述的实施方式而更具体地描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明指纹感测芯片封装方法及利用其制成的指纹感测模块进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图2，本方法第一个步骤是：S01，提供多个用于封装指纹感测芯片130的印刷电路板100，这些印刷电路板100以连板形式相接，其中在最外围的印刷电路板100的上表面均具有突起结构，每一突起结构与邻近突起结构相连，形成围堰体110。参见图2，该图为16个形成连板10的印刷电路板100的上视图。就印刷电路板的工艺而言，一般小型的印刷电路板基于制作成本考虑，会将多个印刷电路板制作在一个具有基本运作面积的母版上，形成一个连板(为了便于说明，以下提到所有印刷电路板100未分割前的连接状态，皆以连板10代之)。各印刷电路板间以沟槽(V-shaped grooves)为界，该些沟槽在印刷电路板完成电子组件的安装与封装后，可沿之折断或切割板与板间的连接，以形成独立的印刷电路板总成(PCBA)。在本实施例中，连板10包含了16个印刷电路板100。依照本发明的精神，印刷电路板100的数量不限定于16个，任何数量都可以。为了进行更进一步的说明，特别标定了几个不同特征的印刷电路板100而给予另外的特定名称，如第一印刷电路板100a、第二印刷电路板100b、第三印刷电路板100c及第四印刷电路板100d。

在图3中，印刷电路板间的沟槽以较细直线绘示(相对于连板10的边界)。然而，为了怕围堰体110因沟槽的存在而有破口，沟槽在围堰体110之下最好不要形成。当然，如果考虑连板10以机器精密切割，沟槽也可以不用形成。最外围的印刷电路板100为围堰体110横跨的12个印刷电路板100(包含第一印刷电路板100a、第二印刷电路板100b与第三印刷电路板100c)，这些印刷电路板100都具有组成围堰体110的突起结构，只是这该些突起结构外观不尽相同。举例来说，第一印刷电路板100a具有第一突起结构110a，该第一突起结构110a由一L形框所标示，上视外型为L形；第二印刷电路板100b具有第二突起结构110b，该第二突起结构110b由一椭圆形框所标示，上视外型为横向长棒形；第三印刷电路板100c具有第三突起结构110c，该第三突起结构110c由一椭圆形框所标示，上视外型为横纵向长棒形。其它最外围印刷电路板100上的突起结构，也是以上三种上视外型中的一个。然而，突起结构的上视外型并不局限于图3所示出的三种，只要是所有突起结构都能围结成一个密闭的围堰体110(围堰体110的功用及进一步设置条件将在之后说明)，任何形状的上视外型都可以，比如圆弧形、曲线形、折线形，甚至是任意的线形。

要注意的是，具有突起结构的印刷电路板100的之至少一边长度长于未具有突起结构的印刷电路板的对应边长度。如第二印刷电路板100b的长度较第四印刷电路板100d长度来的长，第三印刷电路板100c的宽度较第四印刷电路板100d宽度来的长，第一印刷电路板100a的长度与宽度都较第四印刷电路板100d的长度与宽度来的长。围堰体110本身是由连板10制作过程中的一些后续工序所形成。

由于考虑到最终指纹感测模块量产时的一致性，印刷电路板100最终的尺寸应如非最外围印刷电路板100(在本实施例中，为中央的4个印刷电路板100，包含第四印刷电路板100d)一般，故最外围印刷电路板100的实际尺寸在封装主体作业完成后，要进一步进行裁切。这裁切的线路为图3中的虚线框所示。如果仅以该虚线框范围内来看，每个印刷电路板100的尺寸都一样。要注意的是，图3是为了说明而绘示，其长宽比例相比实际的印刷电路板或大或小，并不以之限制本发明的应用。

本发明所提供的方法的第二个步骤是：S02，在每一印刷电路板100上安装指纹感测芯片130与其它所有电子组件120，以形成多个印刷电路板总成102。参见图4，该图为一个实施例中的每一印刷电路板100安装好指纹感测芯片130与其它所有电子组件120的上视图。此处所谓的其它所有电子组件120，包含了需要正常运作指纹感测芯片130的主被动组件，是指纹感测模块制作领域中具有通常知识的人所理解与熟知的，本发明不对其细节部分进行阐述。然而，所有电子组件120和指纹感测芯片130一样，安装的方式和本身I/O设计息息相关，可以是以银胶黏结再进行打线，或是直接进行焊接结合，依照指纹感测模块的设计，可以有不同的工序。在完成步骤S02后，每一印刷电路板100上就形成了一个印刷电路板总成102。举例而言，第三印刷电路板100就形成了第三印刷电路板总成102c。

接着，S03，固定这些印刷电路板总成102，使这些指纹感测芯片130的表面实质位于同一平面。为了进一步说明此点，兹取沿着图4的AA’线的垂直于图4平面的剖面图做说明，参见图5。此处要先说明，在剖面图中可以看出围堰体110(或每一突起结构)是突出于印刷电路板100的上表面而形成。围堰体110的顶端高度，要高于前述指纹感测芯片130、其它所有电子组件120或其链接打线的最高部位的高度。指纹感测芯片130的表面实质位于同一平面上可以确保封装后的每一指纹感测模块的电气特性近似。然而，因为连板10的制作与指纹感测芯片130及其它所有电子组件120的结合都会有些微公差，而其中最大的公差来源是连板10可能会弯曲。因此，若将印刷电路板总成102底部(也就是印刷电路板100底部，就本发明而言，最好所有电子组件都安装于印刷电路板100的一侧)固定于同一平面上，前述的公差可以减少到最小，指纹感测芯片130的表面也能实质位于同一平面上。

参见图6，在一个实施例中，前述的固定方式可以是将这些连板相接的印刷电路板总成102置于模具200内，使这些连板相接的印刷电路板总成102的下表面与模具200的一部份形成空间S，并对该空间S施加小于这些连板相接的印刷电路板102总成102上表面所接受压力的气压。因为存在压力差，印刷电路板总成102底部能与模具200底面尽可能平贴(参见图7)，只要保持模具200底面在水平状态，指纹感测芯片130表面所在的平面也能约在水平状态，有助于后续步骤的制作。要注意的是，在本实施例中的模具200虽绘示为开放状态，即连板相接的印刷电路板102总成102上表面接触到的是大气压力，但实作上，模具200也可以是一套具有密闭空间的模具。此时，前述的大气压力就可以改成任何的气体压力，以控制印刷电路板总成102底部的贴平作业。

接着，S04，滴灌液状的封装材料140至该围堰体110内，包覆这些指纹感测芯片130与其它所有电子组件120。此处所指的液状的封装材料140的成分可包含环氧树脂(epoxy)、硅氧树脂(silicone)、压克力树脂(Acrylic)或这些物质的延伸物，比如聚氨酯型环氧树脂。型态上，不同于传统指纹感测芯片封装使用的成型复合物(Molding Compound)，其用途为热熔注模，本发明使用的封装材料140必须在封装阶段为液体状，可流动。也就是说，本发明的封装材料140在步骤S04进行滴灌时，无须对其施加额外压力。借由封装材料140的流动性，连板10上方所有组件都能被包覆。此外，靠地心引力的作用，封装材料140停止流动时，其表面为一水平面，进而实质平行于各指纹感测芯片130的上表面，达成每一封装完成的指纹感测模块可具有一致电器特性的目的。封装材料140在滴灌后，最好其表面比下方组件的最高处，还要高一个保护厚度D，以提供下方电子组件120与指纹感测芯片130保护作用。保护厚度D至少要大于25μm，最好在25μm到75μm之间。现今科技的发展，精密定量滴灌可以控制灌入每批产品围堰体110内的封装材料140总量(体积)，几近相等。虽然每批大货生产的连板10与其印刷电路板总成或有公差存在，因为该些公差造成的总体积变动量相对于围堰体110上方水平面下的内部体积很小，使用精密定量滴灌，可确保每批每个印刷电路板总成上方的保护厚度D接近相同。进而，每一封装完成的指纹感测模块可具有一致电器特性。

另一个和传统指纹感测芯片封装材料不同之处，本发明的封装材料140的外观不一定是不透明的，也可以是透明或半透明状，通过透视下方组件外观，形成一种特别的视觉效果。此外，如果需要，封装材料140的成分可包含染色剂，用于改变封装后指纹感测模块的外观颜色。由于是以透明材料通过滴灌方式加工，染色剂的量可以视需要而添加。反观传统上如果封装材料要使用非常规色(黑色)，染色剂混合的量要很大，调出的颜色也有限(通常偏暗)，成本不经济效果也差。

本方法的下一步骤是：S05，固化该液状封装材料140。固化方法依不同的材质，可以是光固化，如施加紫外线，或热固化。然而，因为本发明使用的封装材料140是可以进行滴灌作业，因此，在封装材料140的成分中加入可对其它成分进行硬化的硬化剂，就如同AB胶的结合(例如使用丙烯酸改性环氧树脂时，硬化剂可为改性胺)。此时，固化方法就为静置长时间自然固化。

在本实施例中，本发明所提出的方法的最后一个步骤是，S06，分割这些相接的印刷电路板总成102，并切除这些突起结构，以形成各自独立的印刷电路板总成102。分割的方法可以是机器裁切或人工直接沿沟槽折断。至此，分割后的印刷电路板总成102可具有一致的功能性与接近的电器特性，并具有一致的外观尺寸。换句话说，也就是每一具有突起结构的印刷电路板100在裁除该突起结构后，其外观形状与未具有突起结构的印刷电路板100相同。

要注意的是，依照本发明的精神，封装后形成的指纹感测模块可以包含一层疏油疏水氟化物层，以避免手指上的油垢水渍黏附于指纹感测模块上。该疏油疏水氟化物可以是全氟烷基甲基丙烯酸共聚物，或者是氟化二氧化硅奈米颗粒。因此，在另一实施例中，在步骤S05之后，步骤S06之前加一步骤S05’，在该固化的封装材料140上方形成疏油疏水氟化物层150。形成氟化物层150后的剖面图如图8所示。以上所述的步骤S05’属于特定的加工步骤，用来形成氟化物层150。然而，氟化物层150也可以内发性地形成。比如，该液状的封装材料140在进行滴灌前，进一步与另一种疏油疏水氟化物混合，以便于滴灌后固化前，前述的疏油疏水氟化物可借由密度差而上浮至该液状封装材料的表面。待静置一段时间后，氟化物层150自然形成。

在一个实施例中，还提供一种利用上述方法制作的指纹感测模块20，如图9所示。该指纹感测模块20主要包含：印刷电路总成102、指纹感测芯片130、封装层141及疏油疏水氟化物层150。其中该指纹感测芯片130安装在印刷电路总成102上，封装层141包覆该指纹感测芯片130的上表面及该印刷电路总成102的部分上表面，印刷电路总成102用以运作指纹感测芯片130。由于少了研磨封装层141以获得想要的封装层141厚度，因此和一般封装后的指纹感测模块不同之处在于该封装层141的上表面无研磨痕迹，所以没有传统技术研磨造成的问题。

最后，本发明使用的封装材料140在液状时，会因其表面张力不同，与围堰体110间形成的界面会不同。如图10所示，封装材料140的表面张力较小，接口会是一个向下凹的曲面；而如图11所示，封装材料140的表面张力较大，接口会是一个向上凸的曲面。因此在选择封装材料140时，需考虑前述曲面形成的范围，要在图3的虚线框之外。这样一来，最终切割完成的指纹感测模块20，其上表面是平整的。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

附图标记说明：

图1中：

1指纹感测模块；2银胶；3印刷电路板；4指纹感测芯片；5被动组件；6接合垫；7结合线；8封装材料；

图3至图11中：

10连板；20指纹感测模块；100印刷电路板；100a第一印刷电路板；100b第二印刷电路板；100c第三印刷电路板；100d第四印刷电路板；102印刷电路板总成；102c第三印刷电路板总成；110围堰体；110a第一突起结构；110b第二突起结构；110c第三突起结构；120电子组件；130指纹感测芯片；140封装材料；141封装层；150氟化物层；200模具；D保护厚度；S空间。

Claims (16)

1.一种指纹感测芯片封装方法，其特征在于，包含步骤：

A、提供多个用于封装指纹感测芯片的印刷电路板，所述印刷电路板以连板形式相接，其中在最外围的印刷电路板的上表面均具有突起结构，每一突起结构与邻近突起结构相连，形成围堰体；

B、在每一印刷电路板上安装指纹感测芯片与其它所有电子组件，以形成多个印刷电路板总成；

C、固定所述印刷电路板总成，使所述指纹感测芯片的表面实质位于同一平面；

D、滴灌液状的封装材料至所述围堰体内，包覆所述指纹感测芯片与其它所有电子组件；

E、固化所述液状的封装材料；及

F、分割所述相接的印刷电路板总成并切除所述突起结构，以形成各自独立的印刷电路板总成。

2.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在步骤E之后进一步包含步骤E1：

E1、在所述固化的封装材料上方形成疏油疏水氟化物层。

3.如权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述疏油疏水氟化物为全氟烷基甲基丙烯酸共聚物或氟化二氧化硅奈米颗粒。

4.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，步骤C包含以下子步骤：

C1、将所述连板相接的印刷电路板总成置于模具内，使所述连板相接的印刷电路板总成的下表面与模具的一部份形成空间；及

C2、对所述空间施加小于所述连板相接的印刷电路板总成上表面所接受压力的气压。

5.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，步骤E中的固化为光固化、热固化或静置长时间自然固化。

6.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述液状的封装材料在进行滴灌前，进一步与疏油疏水氟化物混合，以便于滴灌后固化前，所述疏油疏水氟化物可借由密度差而上浮至所述液状封装材料的表面。

7.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述封装材料的成分包含环氧树脂、硅氧树脂、压克力树脂或前述物质的延伸物。

8.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述封装材料的成分包含可对其它成分进行硬化的硬化剂。

9.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述封装材料的成分包含染色剂。

10.如权利要求1所述的封装方法，其特征在于，具有突起结构的印刷电路板的至少一边长度长于未具有突起结构的印刷电路板的对应边长度。

11.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，每一具有突起结构的印刷电路板在裁除所述突起结构后，其外观形状与未具有突起结构的印刷电路板相同。

12.一种指纹感测模块，其特征在于，包含：

印刷电路总成；

指纹感测芯片，所述指纹感测芯片安装在所述印刷电路总成上；及

封装层，所述封装层包覆所述指纹感测芯片的上表面及所述印刷电路总成的部分上表面，

其中，所述印刷电路总成用以运作所述指纹感测芯片；所述封装层的上表面无研磨痕迹。

13.如权利要求12所述的指纹感测模块，还包含在所述封装层上方的疏油疏水氟化物层。

14.如权利要求12所述的指纹感测模块，其特征在于，所述封装层的材料成分包含环氧树脂、硅氧树脂或前述物质的延伸物。

15.如权利要求14所述的指纹感测模块，其特征在于，所述封装层的材料成分包含可对其它成分进行固化的固化剂。

16.如权利要求14所述的指纹感测模块，其特征在于，所述封装层的材料成分包含染色剂。