CN108932460A - 指纹成像模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹成像模组和电子设备，所述指纹成像模组包括：印刷电路板；光源，打件于所述印刷电路板上，用于产生入射光；感测面，所述入射光在所述感测面上形成携带有指纹信息的反射光；图像传感器，打件于所述印刷电路板上，用于采集所述反射光以获得指纹图像。本发明技术方案中通过硬质的印刷电路板固定所述光源和所述图像传感器之间的相对位置，从而降低后续装配工艺对所述指纹成像模组性能的影响，减少所述光源发生位移的几率，有利于提高所述指纹成像模组的性能。

Description

指纹成像模组和电子设备

技术领域

本发明涉及指纹成像领域，特别涉及一种指纹成像模组和电子设备。

背景技术

指纹识别技术通过指纹成像模组采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别系统里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹识别技术中所采用的指纹成像模组，有一种是通过光学指纹成像模组采集人体的指纹图像：通过光源产生入射光；入射光投射至手指表层，经手指反射形成带有指纹信息的反射光；由光学图像传感器接收所述反射光，获得指纹图像。

但是现有技术所形成的指纹成像模组在封装以后往往容易出现由图像质量下降而引起的识别率降低的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种指纹成像模组和电子设备，以提高封装后所获得指纹图像的质量，从而提高识别率。

为解决上述问题，本发明提供一种指纹成像模组，包括：

印刷电路板；光源，打件于所述印刷电路板上，用于产生入射光；感测面，所述入射光在所述感测面上形成携带有指纹信息的反射光；图像传感器，打件于所述印刷电路板上，用于采集所述反射光以获得指纹图像。

可选的，所述光源为发光二极管。

可选的，所述印刷电路板内具有灯槽；所述发光二极管打件于所述灯槽内。

可选的，所述光源通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接。

可选的，所述指纹成像模组还包括：导光板，位于所述光源一侧；所述导光板固定于所述灯槽内；所述图像传感器贴合于所述导光板表面。

可选的，所述导光板通过光学胶、UV胶或硅胶固定于所述灯槽内。

可选的，所述图像传感器通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接。

可选的，所述指纹成像模组还包括：密封材料，覆盖所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器。

可选的，所述指纹成像模组还包括：保护壳；所述保护壳和所述印刷电路板之间通过UV胶、硅胶或者光学胶固定相连。

可选的，所述光源和所述图像传感器通过打件的方式固定于所述印刷电路板上。

可选的，所述感测面的面积大于或等于12.8mm×18mm。

本发明还提供一种电子设备，包括：本发明的指纹成像模组。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述光源和所述图像传感器打件于所述印刷电路板上，印刷电路板的基材为硬质材料，不会在外力的影响下发生形变，因此通过硬质的印刷电路板固定所述光源和所述图像传感器之间的相对位置，能够有效降低后续装配工艺对所述指纹成像模组性能的影响，能够有效减少所述光源发生位移的几率，有利于提高所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量，有利于提高所述指纹成像模组性能的稳定性；而且，这种做法还能够实现所述指纹成像模组的自动化组装，有利于提高生产效率、提高良率；此外，通过所述印刷电路板实现所述光源和所述图像传感器之间相对位置固定的做法，无需引入额外结构，不会增加所述指纹成像模组结构的复杂度。

本发明可选方案中，所述图像传感器和所述光源通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接，因此所述指纹成像模组还包括：密封材料，覆盖所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器，所以所述密封材料能够实现所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器的隔离封装；与通过密封材料实现隔离封装的技术方案相比，UV胶、硅胶或者光学胶仅需要实现所述保护壳与所述印刷电路板之间的连接，无需填充满所述保护壳内部空间，能够有效避免溢胶现象的出现，无需溢胶后的人工擦拭，有利于所述指纹成像模组性能的提高，有利于良率的提高。

本发明可选方案中，所述印刷电路板内设置有灯槽，发光二极管和导光板固定于所述灯槽内，所述灯槽的设置能够有效降低所述指纹成像模组的厚度，有利于提高所述指纹成像模组的集成度。

附图说明

图1是一种指纹成像模组的剖面结构示意图；

图2是本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术所形成的指纹成像模组在封装后往往会出现指纹图像质量下降的问题。现结合一种指纹成像模组的结构分析其指纹图像质量下降问题的原因：

参考图1，示出了一种指纹成像模组的剖面结构示意图。

所述指纹成像模组包括：

光源11，用于产生入射光；感测面12，所述入射光在所述感测面12上形成携带有指纹信息的反射光；图像传感器13，采集所述反射光并根据所述反射光以获得指纹图像。

所述光源11用于产生初始光的发光二极管；所述指纹成像模组还包括导光板14，位于所述光源11一侧；所述发光二极管产生的初始光经所述导光板14传输，形成亮度分布更均匀的入射光。

其中，所述导光板14通过光学透明胶(Optically Clear Adhesive，OCA胶)贴合于所述图像传感器13的背面；所述图像传感器13通过光学透明胶贴合于保护盖板15的背面；集成芯片(Integrated Circuit，IC)17，通过各向异性导电胶膜(Anisotropic ConductiveFilm，ACF)工艺固定于所述图像传感器13表面。

为了实现所述指纹成像模组与外部电路的连接，从而实现供电、驱动以及信号读取等电学功能，所述指纹成像模组还包括柔性电路板16。所述柔性电路板16一端与所述图像传感器13通过表面安装技术(Surface Mount Technology，SMT)实现连接，另一端弯折至所述图像传感器13的下方固定于所述导光板14背面；所述光源11通过表面组装技术固定于所述柔性电路板16上，并通过所述柔性电路板16的弯折和固定，设置于所述导光板14的一侧。

所述指纹成像模组装配于手机等电子设备中时，所述电子设备的外壳21上开设有安装槽22，所述指纹成像模组设置于所述安装槽22内；所述柔性电路板16穿过所述安装槽22内的通孔，弯折至电子设备的印刷电路板23位置处并与所述印刷电路板23实现电性连接，通过所述柔性电路板16与所述印刷电路板23的连接实现所述指纹成像模组与所述电子设备其他硬件设备之间的电学连接。

由于柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种可挠性印刷电路板，也就是说，柔性电路板在受到外力时会发生形变。因此当所述指纹成像模组装配于电子设备之后，装配过程工艺可能使所述柔性电路板16发生形变，从而使固定于所述柔性电路板16上的所述光源11位置发生变动，从而使所形成入射光在所述感测面12上的分布发生变化。

指纹图像是根据所形成反射光光强在所述感测面12内的分布而采集，因此透射至所述感测面12上入射光光强分布的变化，会对所形成反射光的光强分布造成影响，从而造成所获得指纹图像质量下降。

而且通常情况下还会在所获得反射光光强分布的情况下，去除一定程度的背光分布，从而提高所获得指纹图像的对比度，改善指纹图像质量。所去除的背光分布是根据所述指纹成像模组在装配于电子设备之前的测试获得的；因此所述入射光光强分布的变化会使装配后指纹成像模组所去除的背光分布与实际背光分布发生偏差，从而也会造成所获得指纹图像质量的下降，甚至可能会引起无法获得指纹图像的问题。

此外，在将所述指纹成像模组固定于所述安装槽22内之后，后续需要在所述指纹成像模组上设置保护壳，所述保护壳与所述外壳21通过硅胶实现固定相连。而且所述保护壳内部需要填充满密封材料(例如UV胶、硅胶或光学胶)，以实现所述指纹成像模组与外部环境的隔离，特别是避免水汽进入，从而提高所述指纹成像模组性能的稳定性。

因此所述保护壳在安装时，所涂覆的密封材料必须溢出，以保证密封材料填充满所述保护壳内部，保证所述指纹成像模组的封装隔离。但是溢出的密封材料后续需要人工擦拭以去除。人工擦拭的过程可能会造成所述感测面12的划伤，从而可能会影响所述指纹成像模组性能，造成良率的损失。

为解决所述技术问题，本发明提供一种指纹成像模组，通过将所述光源和所述图像传感器打件于所述印刷电路板上，从而固定所述光源和所述图像传感器之间的相对位置，减少装配所述指纹成像模组过程中光源出现位移问题的可能，提高所获得指纹图像的质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图2，示出了本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图。

如图2所示，所述指纹成像模组包括：

印刷电路板110；光源120，打件于所述印刷电路板110上，用于产生入射光；感测面130，所述入射光在所述感测面上形成携带有指纹信息的反射光；图像传感器140，打件于所述印刷电路板110上，用于采集所述反射光以获得指纹图像。

所述光源120和所述图像传感器140打件于所述印刷电路板110上，通过硬质的所述印刷电路板110固定所述光源120和所述图像传感器140之间的相对位置，能够有效降低后续装配工艺对所述指纹成像模组性能的影响，能够有效减少所述光源120发生位移的几率，有利于提高所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量，有利于提高所述指纹成像模组性能的稳定性；而且，还能够实现所述指纹成像模组的自动化组装，有利于提高生产效率、提高良率；此外，通过所述印刷电路板110实现所述光源120和所述图像传感器140之间相对位置固定的做法，无需引入额外结构，不会增加所述指纹成像模组结构的复杂度。

所述印刷电路板110与外部电路相连，能够实现所述指纹成像模组与外部电路的电连接，承担对所述指纹成像模组供电、驱动以及数据信号读取的功能。

所述印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)110的基材一般是电木板、玻璃纤维板以及各式的塑胶板等硬质材料，因此所述印刷电路板110不会在外力作用下发生形变。

所述印刷电路板110上还设置有互联结构，与所述印刷电路板110相连的元器件能够通过所述印刷电路板110上的互联结构实现电学导通。本实施例中，所述印刷电路板110与外部电路相连，能够实现所述指纹成像模组与外部电路的连接。

本实施例中，所述印刷电路板110为集成指纹成像模组电子设备的印刷电路板，也就是说，所述印刷电路板110上还集成有所述电子设备的其他硬件设备。本发明其他实施例中，所述印刷电路板也开始独立的印刷电路板，即所述印刷电路板仅实现所述指纹成像模组与外部电路的连接。

所述光源120能够产生初始光，以形成所述入射光从而进行指纹图像的采集。

本实施例中，所述光源120为发光二极管。如图2所示，所述印刷电路板110内设置有灯槽(图中未标示)，所述光源120打件于所述灯槽内。这种做法，所述光源120不会凸起于所述印刷电路板110的表面，不易受到损伤；而且所述光源120设置于所述灯槽内也可以减少所述指纹成像模组的厚度和体积，有利于集成度的提高。

所述光源120打件于所述印刷电路板110上，就是指所述光源120与所述印刷电路板110固定相连，即所述光源120直接定位于所述印刷电路板110上，与所述印刷电路板110相对固定。因此所述光源120和所述印刷电路板110的位置相对固定，而且所述印刷电路板110为硬质，在外力作用下通常不会出现较大程度的形变。所以在后续装配的过程中，所述光源120与所述印刷电路板110之间相对位置不会发生变化。

本实施例中，所述光源120通过打线(Wire Bonding)的方式与所述印刷电路板110实现电连接。打线是指通过金属丝(金线、铝线等)，利用热压或超声能源的方式实现微电子器件中固态电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。

所以本实施例中，所述发光二极管的电极和所述印刷电路板110互联结构之间通过金属线实现电连接；并且所述光源120、所述印刷电路板110以及所述金属线上覆盖有密封材料。

但是本发明其他实施例中，所述光源还可以通过焊球阵列(Ball Grid Array，BGA)的方式与所述印刷电路板实现电连接。焊球阵列是在所述光源底部制作呈阵列排布的焊球，所述光源通过所述焊球实现与所述印刷电路板的电连接。

所述光源120所产生的入射光可以为可见光，也可以为不可见光。具体的，所述入射光可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光等颜色。

如图2所示，本实施例中，所述指纹成像模组还包括：导光板121，位于所述光源120一侧。所述导光板121用于传导所述光源120产生的初始光，并形成光强分布更均匀的入射光；入射光光强均匀度的提高，有利于提高所获得指纹图像的质量。

所述导光板121固定于所述灯槽内，与所述光源120相邻设置。这种设置方式，有利于所述入射光投射至所述导光板121；而且将所述导光板121设置于灯槽内，也可以减小所述指纹成像模组的厚度，从而有利于所述指纹成像模组集成度的提高。具体的，所述导光板121通过光学胶、UV胶或硅胶固定于所述灯槽内。

由于所述灯槽内需要设置所述光源120和所述导光板121，所以所述灯槽的深度不宜太大也不宜太小。所述灯槽的深度如果太小，则不利于所述指纹成像模组厚度的减小、集成度的提高，而且所述光源120和所述导光板121可能会过多的凸起于所述印刷电路板110表面，也可能增大所述光源120和所述导光板121受损的可能；所述灯槽的深度如果太大，则剩余所述印刷电路板120的厚度会过小，不利于所述印刷电路板110维持一定的强度，不利于所述指纹成像模组的稳定性。具体的，本实施例中，所述灯槽的深度在0.50mm到0.60mm范围内，即垂直所述印刷电路板110表面的方向上，所述灯槽的尺寸在0.50mm到0.60mm范围内。

所述感测面130能够接受触摸以进行指纹图像的采集。具体的，在进行指纹图像采集时，手指按压在所述感测面130上，所述入射光在所述感测面130上发生反射和折射，从而形成携带有指纹信息的反射光。

具体的，本实施例中，所述指纹成像模组还包括：玻璃盖板(图中未标示)，所述感测面130为所述保护盖板的表面。

需要说明的是，由于所述指纹成像模组具有导光板121，所述光源120所产生的初始光经所述导光板121传到形成所述入射光，因此所述入射光的光强分布较均匀，所以本实施例中，所述指纹成像模组为大面积指纹成像模组，即所述感测面130的面积较大，从而能够增大所获得指纹图像面积，提高所述指纹图像识别的精度。具体的，所述感测面130的面积大于或等于12.8mm×18mm，即所述感测面130长边的长度大于或等于18mm，所述感测面130短边的长度大于或等于12.8mm。

所述图像传感器140能够采集携带有指纹信息的反射光，并将所述反射光的光信号转换为电信号，从而获得所述指纹图像。

本实施例中，所述指纹成像模组为超薄式指纹成像模组，所以所述图像传感器140位于所述光源120和所述感测面130之间。具体的，所述图像传感器140贴合于所述导光板121的表面。

本实施例中，所述图像传感器140打件于所述印刷电路板110上，就是指所述图像传感器140与所述印刷电路板110固定相连，即所述图像传感器140直接定位于所述印刷电路板110上，与所述印刷电路板110相对固定。所述印刷电路板110为硬质，在外力作用下通常不会出现较大程度的形变。所以在后续装配的过程中，所述图像传感器140与所述印刷电路板110之间相对位置不会发生变化。

由于所述图像传感器140和所述光源120打件于所述印刷电路板110上，即所述图像传感器140和所述光源120与所述印刷电路板110之间的位置均相对固定，因此所述图像传感器140和所述光源120之间位置相对固定，所以与采用柔性电路板的技术方案相比，在后续装配过程中，所述光源120与所述图像传感器140之间位置不会发生变动，所述光源120与所述图像传感器140之间不会发生相对位移，从而保证了透射至所述感测面130上入射光光强分布的稳定性，降低后续组装工艺对所述指纹成像模组的影响，因此有利于提高所述指纹图像质量的提高。

而且所述光源120和所述图像传感器140之间相对位置的固定，也能够使测试所获得指纹成像模组背光分布于装配后的实际背光分布更接近，从而能够去除背光分布的反射光光强能够具有更好的成像质量，有利于提高所述指纹成像模组的性能。

本实施例中，所述图像传感器140通过打线的方式与所述印刷电路板110实现电连接，所以所述图像传感器140的连接端与所述印刷电路板110的互联结构之间通过金属线实现电连接，并且所述图像传感器140和所述印刷电路板110以及所述金属线上覆盖有密封材料。

本发明其他实施例中，所述图像传感器还可以通过焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接，即在所述图像传感器的底部制作呈阵列排布的焊球，作为所述图像传感器的连接端，所述图像传感器通过所述焊球实现与所述印刷电路板的电连接。

所述图像传感器140和所述光源120均打件所述印刷电路板110上，从而构成印刷电路板组件(Printed Circuit Board Assembly，PCBA)，因此所述图像传感器和所述光源120均可以通过自动化设备实现与所述印刷电路板110的打件固定，从而有利于生产效率的提高，有利于良率的提高。

而且所述图像传感器140和所述光源120均能够通过打线或焊球阵列的方式实现与所述印刷电路板110的电连接，所以所述指纹成像模组还包括：密封材料，覆盖所述印刷电路板110、所述光源120以及所述图像传感器140。所述密封材料能够实现所述印刷电路板110、所述光源120以及所述图像传感器140与外部环境的隔离，特别是能够有效防止水汽对所述印刷电路板110、所述光源120以及所述图像传感器140中金属材料的腐蚀，能够有效提高所述指纹成像模组的密封性能。

此外，如图2所示，所述指纹成像模组还包括：保护壳150，所述保护壳150包围所述指纹成像模组的元件，从而起到保护的作用。

本实施例中，所述保护壳150的材料为金属，所述保护壳150和所述印刷电路板110之间通过UV胶、硅胶或光学胶实现固定相连。由于所述印刷电路板110、所述光源120以及所述图像传感器140上覆盖有密封材料，所述指纹成像模组的密封性能较好，UV胶、硅胶或光学胶仅需要实现所述保护层和所述印刷电路板110之间的固定连接，并不需要起密封隔离的作用，因此所述保护壳150在安装时，仅需要在保护壳150和所述印刷电路板110相接触的位置覆盖UV胶、硅胶或光学胶，UV胶、硅胶或光学胶无需完全充满所述保护壳内部，所以在保证密封隔离的前提下，能够有效减少溢胶现象的出现，能够减少后续的人工擦拭，有利于良率的提高，有利于提高生产效率，有利于提高所述指纹成像模组的稳定性。

相应的，本发明还提供一种指纹成像模组，包括：本发明指纹成像模组。

所述指纹成像模组用于采集指纹图像。所述指纹成像模组为本发明指纹成像模组，具体技术方案参考前述指纹成像模组的具体实施例，本发明在此不再赘述。所述电子设备根据所述指纹成像模组所获得指纹图像，进行指纹识别。

所述印刷电路板能够实现所述指纹成像模组与外部电路的连接；而且硬质的所述印刷电路板还能够固定所述光源和所述图像传感器之间的位置，从而能够有效减少所述光源发生位移的几率，降低装配过程对所述指纹成像模组成像质量的影响，有利于提高所述指纹成像模组性能的稳定性。

而且本实施例中，所述印刷电路板为所述电子设备的印刷电路板，即所述印刷电路板上还集成有所述电子设备的其他元件，所以通过直接将所述光源和所述图像传感器直接打件至所述印刷电路板的做法能够在不增加额外结构的情况下实现所述光源和所述图像传感器之间相对位置的固定，不会增加所述指纹成像模组结构的复杂度。

综上，所述光源和所述图像传感器打件于所述印刷电路板上，印刷电路板的基材为硬质材料，不会在外力的影响下发生形变，因此通过硬质的印刷电路板固定所述光源和所述图像传感器之间的相对位置，能够有效降低后续装配工艺对所述指纹成像模组性能的影响，能够有效减少所述光源发生位移的几率，有利于提高所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量，有利于提高所述指纹成像模组性能的稳定性；而且，这种做法还能够实现所述指纹成像模组的自动化组装，有利于提高生产效率、提高良率；此外，通过所述印刷电路板实现所述光源和所述图像传感器之间相对位置固定的做法，无需引入额外结构，不会增加所述指纹成像模组结构的复杂度。本发明可选方案中，所述图像传感器和所述光源通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接，因此所述指纹成像模组还包括：密封材料，覆盖所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器，所以所述密封材料能够实现所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器的隔离封装；与通过密封材料实现隔离封装的技术方案相比，UV胶、硅胶或者光学胶仅需要实现所述保护壳与所述印刷电路板之间的连接，无需填充满所述保护壳内部空间，能够有效避免溢胶现象的出现，无需溢胶后的人工擦拭，有利于所述指纹成像模组性能的提高，有利于良率的提高。本发明可选方案中，所述印刷电路板内设置有灯槽，发光二极管和导光板固定于所述灯槽内，所述灯槽的设置能够有效降低所述指纹成像模组的厚度，有利于提高所述指纹成像模组的集成度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种指纹成像模组，其特征在于，包括：

印刷电路板；

光源，打件于所述印刷电路板上，用于产生入射光；

感测面，所述入射光在所述感测面上形成携带有指纹信息的反射光；

图像传感器，打件于所述印刷电路板上，用于采集所述反射光以获得指纹图像。

2.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述光源为发光二极管。

3.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述印刷电路板内具有灯槽；所述发光二极管打件于所述灯槽内。

4.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述光源通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接。

5.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：导光板，位于所述光源一侧；所述导光板固定于所述灯槽内；

所述图像传感器贴合于所述导光板表面。

6.如权利要求5所述的指纹成像模组，其特征在于，所述导光板通过光学胶、UV胶或硅胶固定于所述灯槽内。

7.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述图像传感器通过打线或焊球阵列的方式与所述印刷电路板实现电连接。

8.如权利要求4或7所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：密封材料，覆盖所述印刷电路板、所述光源以及所述图像传感器。

9.如权利要求8所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：保护壳；

所述保护壳和所述印刷电路板之间通过UV胶、硅胶或者光学胶固定相连。

10.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述感测面的面积大于或等于12.8mm×18mm。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至权利要求10任意一项权利要求所述的指纹成像模组。