CN110785764A - 包括天线的指纹传感器模块和制造指纹传感器模块的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括指纹传感器装置(102)的指纹传感器模块(100，400)。指纹传感器装置(102)包括由多个感测元件组成的感测阵列(104)，该传感器装置被配置成获取放置在指纹传感器模块的感测表面上的手指的图像。指纹传感器模块(100，400)还包括具有开口(110，401)的基板(108)，其中，指纹传感器装置被布置在基板的开口中，并且其中，基板包括嵌入基板中的天线(112，402)，该天线电连接至指纹传感器装置。

Description

包括天线的指纹传感器模块和制造指纹传感器模块的方法
技术领域
本发明涉及包括嵌入式天线的指纹传感器模块以及制造这种指纹传感器模块的方法。
背景技术
随着用于身份验证的生物计量装置(特别是指纹传感装置)的发展已经使得这些装置变得更小、更便宜且更节能，因此这些装置的潜在应用也越来越多。特别地，指纹感测由于其形状因数小、性能价格比相对有益以及用户接受度高，已经在越来越多的应用(例如消费者电子设备和智能卡)中被采用。
特别地，市场对于智能卡中的指纹传感器集成的需求越来越高。然而，与在智能电话中使用指纹传感器相比，对智能卡中的指纹传感器的要求可能有所不同。例如，由于智能卡的成本显著低于智能电话的成本，因此，甚至更希望降低用于智能卡的指纹传感器的成本。此外，与在智能电话中相比，智能卡中的电力供应可能更受限。
因此，期望在智能卡中具有经改进且高效的指纹传感器集成。
发明内容
鉴于现有技术的上述以及其他缺陷，本发明的目的是提供一种用于智能卡中的集成的经改进的指纹传感器模块。
根据本发明的第一方面，提供了一种指纹传感器模块，包括：指纹传感器装置，其包括由多个感测元件组成的感测阵列，该传感器装置被配置成获取放置在指纹传感器模块的感测表面上的手指的图像；基板，其包括开口；其中，指纹传感器装置被布置在基板的开口中，并且其中，基板包括嵌入该基板中的天线，天线电连接至指纹传感器装置。
可以认为指纹传感器模块包括指纹传感器装置和至少部分地包围该指纹传感器装置的封装结构。指纹传感器装置的感测阵列是包括多个单独的感测元件(也称为像素)的阵列。在电容式指纹感测装置中，每个感测元件包括导电板和相关联的感测与读出电路，用于检测每个感测元件与放置在指纹传感器模块的感测表面上的手指之间的电容耦合。然而，应当注意，本发明的各种实施方式同样适用于其他类型的指纹传感器技术，例如光学、热以及超声指纹传感器装置。
基板的开口被构造成接纳并保持指纹传感器装置，并且开口的形状和大小通常反映指纹传感器模块的形状和大小。
天线可以有利地是RFID(射频识别)天线，其被配置成与对应的RFID装置通信并且还通过从由RFID读取器发送的无线电波中收集能量来向指纹传感器模块提供电力。因此，无需外部电源即可为指纹传感器模块供电。天线例如可以是根据现有的近场通信标准而配置的NFC(近场通信)天线。
本发明基于以下认识：包括有嵌入式天线的指纹传感器模块提供了指纹传感器模块的附加功能，并且还更高效地利用了模块的面积。
此外，对于集成在智能卡中的指纹传感器模块，天线可以实现使用从嵌入式天线收集的能量使指纹传感器装置上电，而无需等待来自智能卡的控制器芯片的电力供应。如果仅意在将天线用于能量收集，则它将仅充当接收器而不充当发射器。仅充当接收器的天线还将简化天线设计。通过使用这种嵌入式天线，可以在智能卡的控制器芯片准备好与传感器芯片通信之前使指纹传感器装置上电并初始化。此外，对于作为一体化解决方案提供的指纹传感器模块，可以消除在智能卡上装配另一天线的需要，这简化了卡的制造过程。
根据本发明的一个实施方式，天线可以被布置成环绕包括有指纹传感器装置的开口。有利地，天线可以环绕指纹传感器装置，其中天线在指纹传感器装置周围实现多个环。由此，使指纹传感器装置位于天线环内，这提供了指纹传感器模块的更高效的面积利用。可以基于指纹传感器模块的预期应用来确定天线的特定配置，例如天线的大小和环的数目。
根据本发明的一个实施方式，天线可以被布置在指纹传感器装置的下方，处于指纹传感器装置的与包括感测阵列的一侧相反的一侧。对于被布置在指纹传感器装置下方的天线，该天线的最小尺寸不受指纹传感器装置的尺寸限制。因此，在天线被布置在指纹传感器装置下方的情况下可以形成具有较小占用面积的天线。即使被布置在指纹传感器装置下方的天线在一定程度上可能被指纹传感器装置屏蔽，到达该天线的信号的强度仍会是足够的，尤其在信号不必通过指纹传感器装置传播的情况下更是如此。
根据本发明的一个实施方式，基板可以包括多个传导层，其中天线形成在基板的多个传导层中。因此，在设计天线时提供了额外的自由度。特别地，将天线布置在多层中有助于调谐天线的阻抗、效率、Q值和频率范围。例如，基板可以包括至多20层传导材料以用于天线设计。
根据本发明的一个实施方式，基板可以是层压基板，其包括通过多个导电层间隔开的多个载体层。由此，提供了相对直接的形成天线的方式，其中传导层的天线图案夹在非传导性载体层之间。基板例如可以是基于环氧树脂的层压基板，例如基于FR4的PCB(印刷电路板)基板。
根据本发明的一个实施方式，基板可以有利地包括其中嵌入有多个导电层的玻璃或陶瓷材料。玻璃或陶瓷材料可以提供改进的天线RF特性，从而改进用于某些应用的天线特性。
根据本发明的一个实施方式，基板的开口可以是基板中的凹部。由此，指纹传感器模块可以位于凹部中，并且天线可以位于指纹传感器装置下方或者环绕指纹传感器装置。
根据本发明的一个实施方式，基板的开口可以是穿过基板的通孔。一直延伸穿过基板的开口相比而言易于制造，从而提供了用于形成指纹传感器模块的简化的制造过程。通过将指纹传感器装置布置在基板的贯通开口中，基板的整个厚度都可以用于容纳指纹传感器模块，从而使得可以使基板的整体厚度最小化。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器装置可以包括被定位成邻近感测阵列的至少一个连接焊盘，并且其中，指纹传感器装置经由这些连接焊盘电连接至天线。有利地，使指纹传感器装置的一个或更多个连接焊盘与电容式指纹传感器装置中的感测阵列的导电感测结构的顶部金属层同时形成。因此，连接焊盘可以处于与感测阵列相同的平面内。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器装置的连接焊盘与天线之间的电连接可以被形成为处于与连接焊盘相同的平面内的导电迹线。由此，可以在连接焊盘与天线的对应连接位置之间形成平面电连接，优选的是该天线也处于与指纹传感器连接焊盘相同的平面内。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器模块还可以在基板中包括过孔连接，其中，连接焊盘借助于该过孔连接电连接至天线。由此，天线本身可以嵌入基板内，其中过孔连接用作将指纹传感器装置连接至天线的传导路径。
根据本发明的一个实施方式，基板可以包括至少一个基板连接焊盘，其用于将指纹传感器模块电连接至外部电路。基板连接焊盘可以位于基板的任一侧，并且基板以及由此指纹传感器模块也可以具有T形轮廓，以便于将指纹传感器模块安装在智能卡的对应形状的开口中，在这种情况下，基板的连接焊盘可以位于T形基板的突出部分的下侧。
所描述的指纹传感器模块还可以包括另外的电子部件，包括可以与指纹传感器装置的功能相关联的有源部件和无源部件。
还提供了一种智能卡，其包括根据前述实施方式中的任一个的指纹传感器模块，其中，指纹传感器模块被布置在智能卡的开口中，并且借助于基板连接焊盘电连接至智能卡电路。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造指纹传感器模块的方法，该方法包括：设置包括由多个感测元件组成的感测阵列的指纹传感器装置，该传感器装置被配置成获取放置在指纹传感器模块的感测表面上的手指的图像；设置基板，其包括嵌入该基板中的天线，该基板还包括用于接纳指纹传感器装置的开口；将指纹传感器装置布置在开口中；以及在指纹传感器装置与基板之间形成电连接。
根据本发明的一个实施方式，基板开口可以是穿过基板的开口，该方法还包括：将基板布置在载体上；将指纹传感器装置布置在基板开口中的载体上，并使感测阵列面向载体；沉积覆盖指纹传感器装置的背面和基板的背面的模制材料，以将指纹传感器装置机械地附接至基板；移除载体；以及在位于指纹传感器装置上的邻近感测阵列的连接焊盘与天线之间形成电连接。例如，载体可以是可以包括PI、PET或任何其他类似聚合物的粘合带。载体也可以是涂有粘合胶的玻璃或硅的晶片或板。该载体的粘合性可以随后通过UV光、热或机械滑动方法来清除。这有时被称为粘结与剥离技术，即，将装置附接至载体然后再从载体移除。
根据本发明的一个实施方式，基板开口可以是基板中的凹部。该方法还包括：将指纹传感器模块布置在基板凹部内；沉积模制材料，其围绕填充指纹传感器装置与基板凹部的侧壁之间的空间，以将指纹传感器装置机械地附接至基板；以及在位于指纹传感器装置上的邻近感测阵列的连接焊盘与天线之间形成电连接。
根据本发明的一个实施方式，可以有利地使用圆片级扇出工艺将指纹传感器装置与天线之间的电连接形成在重分配层(RDL)中。由此，提供了将指纹传感器装置的相对小的连接焊盘连接至天线的可能较大的连接焊盘的简单方式。
本发明第二方面的附加效果和特征在很大程度上类似于以上关于本发明第一方面描述的那些附加效果和特征。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。技术人员会认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合以创造出除下述实施方式之外的实施方式。
附图说明
现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图来更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1A至图1B示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器模块；
图2是概述根据本发明的实施方式的制造指纹传感器模块的方法的一般步骤的流程图；
图3A至图3E示意性地示出了根据本发明的实施方式的制造指纹传感器模块的方法的步骤；
图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器模块；
图5是概述根据本发明的实施方式的制造指纹传感器模块的方法的一般步骤的流程图；
图6A至图6C示意性地示出了根据本发明的实施方式的制造指纹传感器模块的方法的步骤；以及
图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的包括指纹传感器模块的智能卡。
具体实施方式
在该详细描述中，主要参考电容式指纹传感器装置来描述根据本发明的系统和方法的各种实施方式。然而，本发明的各种实施方式也同样适用于其他类型的指纹传感器，例如光学、超声和热指纹传感器。
图1A示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器模块100的侧视图。指纹传感器模块100包括指纹传感器装置102，指纹传感器装置102又包括由多个感测元件组成的感测阵列104。传感器装置102被配置成获取放置在指纹传感器模块100的感测表面106上的手指的图像。在电容式指纹传感器装置102中，每个感测元件包括导电结构和相关联的检测电路，该检测电路连接至导电结构并且被配置成获取与每个感测结构与放置在指纹传感器模块100的感测表面106上的手指之间的电容耦合成比例的信号。
指纹传感器模块100还包括具有开口110的基板108，并且指纹传感器装置102被布置在基板108的开口110中。基板108还包括嵌入基板108中的导电天线112，天线110电连接至指纹传感器装置102。这里，天线与指纹传感器装置102之间的电连接114是将天线112连接至指纹传感器装置102的连接焊盘116(其与感测阵列104位于指纹传感器装置102的同一侧)的传导迹线114。然而，也可以在指纹传感器装置102的相对侧(即，背面)形成到指纹传感器装置102的电连接。
如图1A中以及图1B的指纹传感器模块的俯视图所示，天线112被布置成围绕基板108的开口110。此外，天线112包括被平行地布置在基板108的多层中的天线环。基板例如可以是层压基板108，其中天线位于层压基板108的层之间。基板108例如可以是PCB基板108。然而，也可以仅在基板108的一层中设置天线。
基板的开口110是一直延伸穿过基板108的贯通开口，并且借助于模制材料118、密封剂或任何其他合适的填充材料将指纹传感器装置102固定在适当位置。
图2是概述根据本发明的实施方式的制造指纹传感器模块100的方法的一般步骤的流程图。将进一步参照图3A至图3C来讨论图2的流程图，图3A至图3C示出了制造指纹传感器模块100的方法的选定步骤。
该方法包括如以上关于图1A所述那样设置200指纹传感器装置102。设置202包括嵌入基板108中的天线112的基板108。如图3A所示，将基板布置在诸如粘合带、晶片载体、板载体等的载体300上。基板108包括用于接纳指纹传感器装置102的开口110。
该方法还包括如图3B所示将指纹传感器装置102布置204在开口110中。接下来，如图3C所示，在开口110中沉积模制材料118以保护指纹传感器装置102并将其保持在基板开口110中的适当位置。
在接下来的步骤中，如图3D所示，移除载体300，或者将指纹传感器模块从载体300移除，使得露出指纹传感器装置102的表面。如图3E所示，这使得能够在基板108的天线112与指纹传感器装置102的连接焊盘116之间形成206电连接114。可以在指纹传感器装置102与天线112之间直接形成电连接114。也可以将指纹传感器装置102连接至基板的中间连接焊盘或路由电路，其进而电连接至天线112。可以使用金属电镀或任何其他已知的金属沉积方法来形成电连接114。此外，指纹传感器装置102与天线112之间的电连接可以位于指纹传感器装置102的背面，在这种情况下可以设置过孔连接以延伸穿过指纹传感器装置102。
由此，指纹传感器装置102电连接至天线112，使得指纹传感器装置102例如能够接收由天线112接收的能量。
图3E进一步示出了沉积保护层304以覆盖指纹传感器模块100的上表面。应当注意，保护层304可以包括密封剂或涂层。保护层301还可以包括多个层，例如粘合剂、颜料层、电介质层和上表面涂层。指纹传感器模块100还可以包括玻璃或陶瓷板形式的保护板。由此，完成了指纹传感器模块100并且准备好将其布置在诸如智能卡的设备中。
图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹传感器模块400，其中指纹传感器装置102被布置在基板108的凹部401中。因此，基板108中的开口401不是贯通开口。因此，开口401应被视为基板中的移除了基板材料以容纳指纹传感器装置102的部分。也可以直接形成具有期望的开口110，401的基板108。此外，天线402在此位于指纹传感器装置102的下方。与将天线布置成环绕指纹传感器装置102相比，这使得指纹传感器模块400的整体大小缩小。然而，即使指纹传感器装置102位于凹部401中而不是在贯通开口中，也同样可以将天线布置成环绕指纹传感器装置102。
图5是概述制造如图4所示的指纹传感器模块400的方法的一般步骤的流程图。将进一步参照示出该方法的选定步骤的图6A至图6C来讨论该方法。
图6A至图6C所示的方法在许多部分类似于以上参照图2和图3A至图3E所讨论的方法。首先，设置包括凹部401形式的开口的基板108。然后，如图6A所示，将指纹传感器装置102布置500在基板凹部401中。接下来，如图6B所示，沉积502模制材料118以围绕指纹传感器装置102并且填充指纹传感器装置102与基板凹部401的侧壁之间的空间，从而将指纹传感器装置102机械地附接至基板108。
在下一步骤中，如图6C所示，在位于指纹传感器装置102上的邻近感测阵列的连接焊盘116与基板的将指纹传感器装置102连接至天线402的对应连接焊盘之间形成504电连接114。最后，沉积保护层304以覆盖指纹传感器装置102和基板108。图6C还示出了指纹传感器模块背面的凸块，即，基板连接焊盘，用于连接至外部电路。
图7示意性地示出了包括指纹传感器模块100的智能卡700，指纹传感器模块被布置在智能卡700的开口中。指纹传感器模块100通信地耦合至智能卡700的集成电路，从而可以验证用户的身份。智能卡700的开口可以是贯通开口或凹部。此外，开口可以具有T形轮廓，并且指纹传感器模块100、400可以具有对应的T形轮廓以适于装配到智能卡700的T形开口中，从而简化了组装过程。
即使已经参考本发明的特定示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得明显。另外，应当注意，在该方法和模块仍能够实现本发明的功能的情况下，可以以各种方式省略、互换或布置该方法和模块的部分。
此外，通过研究附图、本公开内容及所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的各种变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“a”或“an”不排除多个。仅在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这一事实并不意味着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(100，400)，包括：
指纹传感器装置(102)，其包括由多个感测元件组成的感测阵列(104)，所述传感器装置被配置成获取放置在所述指纹传感器模块的感测表面上的手指的图像；
基板(108)，其包括开口(110，401)；
其中，所述指纹传感器装置被布置在所述基板的所述开口中，并且其中，所述基板包括嵌入所述基板中的天线(112，402)，所述天线电连接至所述指纹传感器装置。
2.根据权利要求1所述的指纹传感器模块，其中，所述天线被布置成环绕包括有所述指纹传感器装置的所述开口。
3.根据权利要求1所述的指纹传感器模块，其中，所述天线被布置在所述指纹传感器装置的下方，处于所述指纹传感器装置的与包括所述感测阵列的一侧相反的一侧。
4.根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板包括多个传导层，并且其中，所述天线形成在所述基板的所述多个传导层中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板是层压基板，其包括通过多个导电层间隔开的多个载体层。
6.根据权利要求5所述的指纹传感器模块，其中，所述基板是基于环氧树脂的层压基板。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板包括其中嵌入有多个导电层的玻璃或陶瓷材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板的所述开口是所述基板中的凹部。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板的所述开口是穿过所述基板的通孔。
10.根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述指纹传感器装置包括被定位成邻近所述感测阵列的至少一个连接焊盘(116)，并且其中，所述指纹传感器装置经由所述连接焊盘电连接至所述天线。
11.根据权利要求10所述的指纹传感器模块，其中，所述指纹传感器装置的所述连接焊盘与所述天线之间的电连接被形成为处于与所述连接焊盘相同的平面内的传导迹线(114)。
12.根据权利要求11所述的指纹传感器模块，其中，所述连接焊盘处于与所述感测阵列相同的平面内。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的指纹传感器模块，还包括所述基板中的过孔连接，其中，所述连接焊盘借助于所述过孔连接而电连接至所述天线。
14.根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述基板包括基板连接焊盘，其用于将指纹传感器模块电连接至外部电路。
15.一种智能卡(700)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的指纹传感器模块，其中，所述指纹传感器模块被布置在所述智能卡的开口中并且借助于基板连接焊盘电连接至智能卡电路。
16.一种制造指纹传感器模块(100，400)的方法，所述方法包括：
设置(200)指纹传感器装置(102)，所述指纹传感器装置包括由多个感测元件组成的感测阵列(104)，所述传感器装置被配置成获取放置在所述指纹传感器模块的感测表面上的手指的图像；
设置(202)基板(108)，所述基板包括嵌入该基板的天线(112，402)，所述基板还包括用于接纳所述指纹传感器装置的开口(110)；
将所述指纹传感器装置布置(204)在所述开口中；以及
在所述指纹传感器装置与所述天线之间形成(206)电连接。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述基板开口是穿过所述基板的开口，所述方法还包括：
将所述基板布置在载体(300)上；
将所述指纹传感器装置布置在所述基板开口中的载体上，使所述感测阵列面向所述载体；
沉积模制材料(118)，使其覆盖所述指纹传感器装置的背面和所述基板的背面，以将所述指纹传感器装置机械地附接至所述基板；
移除所述载体；以及
在位于所述指纹传感器装置上的邻近所述感测阵列的连接焊盘(116)与所述天线之间形成电连接(114)。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述基板开口是所述基板中的凹部(401)，所述方法还包括：
将所述指纹传感器装置布置(500)在所述基板凹部内；
沉积(502)模制材料(118)，使其围绕填充所述指纹传感器装置与所述基板凹部的侧壁之间的空间，以将所述指纹传感器装置机械地附接至所述基板；以及
在位于所述指纹传感器装置上的邻近所述感测阵列的连接焊盘(116)与所述天线之间形成电连接(114)。
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