CN113728331A - 用于芯片卡的生物识别传感器模块及所述模块的制造方法 - Google Patents

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克里斯托夫·马蒂厄
卡斯滕·尼兰德
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Linxens Holding SAS
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Abstract

用于芯片卡的生物识别传感器模块(4)的制造方法，包括以下步骤‑提供包括正面和背面的介电载体(101)，该正面和该背面均形成该载体(101)的主面，‑将用于检测指纹的生物识别传感器(300)附连至该背面，在该背面上的由该传感器覆盖的检测区部与在该正面上的检测区域相对放置，‑在该载体(101)的被电连接至该生物识别传感器(300)的该背面上制成导电连接片(7)，至少一个连接片(7)包括可被焊接材料润湿的区域，该区域在0.2平方毫米和5平方毫米之间的面积上延伸。

Description

用于芯片卡的生物识别传感器模块及所述模块的制造方法
技术领域
本发明涉及芯片卡领域。
背景技术
在芯片卡领域，尤其是在作为支付设备的芯片卡领域，制造商总是希望为用户提供更高的安全性。因此已经提出将用于读取指纹的生物识别传感器集成到芯片卡中。对于这种卡的示例，可以参考例如专利申请DE10139414A1和专利申请US20170277936A1。
例如，对于受益于基于接触式和非接触式读取模式的卡，集成到卡中并且包括生物识别传感器的模块可以仅在检测到持卡人的指纹的情况下允许交易授权。例如，在公开号EP 3 336 759A1的专利文件中描述了这种类型的卡。为了制造这种卡，在卡中铣出腔体，以便露出预先集成到卡体中的电路并将模块容纳在该腔体处。然后容纳在该腔体中的模块也与电路电连接。
将包括生物识别传感器的模块集成到卡中是一项困难的操作。具体而言，模块与卡的电路之间的连接必须可靠，长期稳定，不对传感器造成损坏，并且不应对卡的美观产生负面影响等。
本发明的一个目的是至少部分地有助于便于将模块集成到卡中。
发明内容
因此，根据本发明提出的是用于芯片卡的生物识别传感器模块，包括
-包括正面和背面的介电载体，该正面和该背面均形成该载体的主面，
-用于检测指纹的生物识别传感器，该生物识别传感器被附连至该背面并且在该背面下方在检测区部处以上，
-导电连接片，该导电连接片被布置在该载体的该背面上并且被电连接至该生物识别传感器。
在该模块中，至少一个连接片包括可被焊接材料润湿的区域，该区域在0.2平方毫米和5平方毫米之间的面积上延伸并且有利地在等于或大于0.79平方毫米的面积上延伸。
因此，凭借可被焊接材料润湿的区域的面积的这些尺寸，可以控制将沉积在连接片上的焊接材料团(或焊珠)的形状。在本文中，术语“团”用于指在沉积在连接片上之前和在沉积在连接片上之后的焊接材料(术语“滴”通常在沉积在连接片上之前使用，并且当焊接材料已经沉积在连接片上时，通常使用“焊接材料块”)。通常，在本文中，术语“团”指被沉积在连接片上的焊接材料的形状，但在适用的情况下，本领域技术人员将理解，根据使用术语“团”的上下文，无论该术语是否可能指尚未沉积在焊片上的焊接材料。例如，该焊接材料团可通过将材料沉积在可润湿区上并通过使用回流技术或通过以液体形式沉积该团然后将其冷却来获得。焊接材料团的受控形状可以获得具有一高度的焊接材料，该高度足以将连接片连接至卡的电路，同时避免焊接材料以不受控制的方式爬锡，例如在嵌入模块时焊接材料的至少部分回流期间，并且具体而言，在模块和腔体的壁之间至卡的表面上发生爬锡。
该芯片卡模块可选地包括以下特征中的一个和/或另一个，每个特征相互独立地考虑，或者每个特征与一个或多个其他特征组合考虑：
-至少一个连接片具有可被焊接材料润湿的区域，该区域由基本上连续的周边界定，该周边具有选自矩形、菱形、正方形、长圆形或圆形的形状；
-至少一个连接片包括从可被焊接材料润湿的区域至自由端延伸的延伸部；
-在至少一个连接片的可润湿区上沉积焊接材料团，该团的体积在0.002立方毫米和0.070立方毫米之间；
-该焊接材料为熔点低于或等于140℃的合金，例如包括在锡/铋、锡/铋/银和锡/铟组成的列表中；
-该焊接材料团具有沿垂直于该载体测量的、在其上沉积的连接片的表面与其最高点之间的高度，且其最高点之间高度在0.020毫米和0.200毫米之间，更优选地在0.040毫米和0.150毫米之间；
-至少一个连接片基本上与覆盖有边框的正面区相对放置，并且在该载体的厚度中制成至少一个导电导孔，该导孔将该边框电连接至该连接片；和
-该介电载体是柔性载体，该柔性载体来自被包括于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET和PET共聚物)、聚萘二甲酸乙二醇酯和环氧玻璃的列表的体系。
根据另一方面，本发明涉及包括根据本发明的生物识别传感器模块的芯片卡。该芯片卡包括卡体，该卡体中具有集成在该卡体中的电路。该模块和该电路被使用焊接材料相互电连接。
该芯片卡可选地包括以下特征中的一个和/或另一个，每个特征相互独立地考虑，或者每个特征与一个或多个其他特征组合考虑：
-该模块和该电路被使用焊接材料电连接，该焊接材料被沉积在至少一个连接片上，该焊接材料的熔点低于或等于140℃；
-该模块与该电路被使用被沉积在至少一个连接片上的焊接材料和被沉积在该电路上的焊接材料电连接，被沉积在至少一个连接片上的焊接材料的熔点低于或等于被沉积在该电路上的焊接材料。
根据另一方面，本发明涉及用于芯片卡的生物识别传感器模块的制造方法，包括以下步骤：
-提供包括正面和背面的介电载体，该正面和该背面均形成该载体的主面，
-将用于检测指纹的生物识别传感器附连至该背面，在该背面上被该传感器覆盖的检测区部与在该正面上的检测区域相对放置，
-在该载体的被电连接至该生物识别传感器的该背面上制成导电连接片。
根据该方法，至少一个连接片包括可被焊接材料润湿的区域，该区域在等于或大于0.79平方毫米的面积上方延伸。
该方法可选地包括以下特征中的一个和/或另一个，每个特征相互独立地考虑，或者各自与一个或多个其他特征组合考虑：
-焊接材料团被沉积在连接片上；
-使用列表中包括的技术将焊接材料沉积在连接片上，该列表包括喷射、放置焊接材料球(焊球)、分配液态或膏状焊接材料、印刷液态或膏状焊接材料(丝网印刷)、使用引脚的尖端(引脚转移)转移液态或膏状焊接材料、使用预成形的焊接材料(焊接材料预成形)进行放置，随后进行或不进行回流步骤；
-在生物识别传感器已经被附连至该载体的该背面之后，该焊接材料被沉积在连接片上；以及
-使用用于附连芯片且在100℃和150℃之间的温度下交联的粘合剂将该生物识别传感器附连至该载体的该背面。
附图说明
通过阅读以下详细说明并参考以非限制性示例的方式给出的附图，本发明的其他方面、目的和优点将变得明显易懂，其中：
[图1]示意性地示出根据本发明实施例的第一示例的芯片卡的透视图；
[图2]示意性地示出根据本发明实施例的第二示例的芯片卡的透视图；
[图3]示意性地示出生物识别传感器模块的制造方法的一个示例的各个步骤的截面图，例如集成到图2中所示的卡中的生物识别传感器模块；
[图4]示意性地示出使用例如图3所示的方法获得的将生物识别传感器模块集成到卡中的截面图；
[图5]示意性地示出对于放置在生物识别传感器模块的使用例如图3中所示的方法获得的背面上的连接片的形状而言，可以设想的各种变型；并且
[图6]示意性地示出对于放置在生物识别传感器模块的使用例如图3中所示的方法获得的背面上的连接片的形状而言，可以设想的其他变型。
具体实施方式
图1示出根据本发明的芯片卡1的一个示例。在该示例中，卡1是ID-1规格的银行卡。应当注意，这仅是一个示例，并且本发明可以被应用于其他类型的卡(受控访问卡、身份证、交通卡、逻辑访问控制卡等)。该卡1具有包括连接器3和电子芯片(在该连接器下方)的第一模块2。连接器3使得可以将该电子芯片电连接至读卡器以便在该芯片和该读卡器之间交换数据。
在双界面卡的情况下，即允许接触式或非接触式读取，该卡1还具有集成到卡1本体中的天线。例如，该天线被连接至位于第一模块2中的芯片。该天线允许芯片和非接触式读卡器之间进行非接触式数据交换。该天线或位于卡1本体中的电路的另一部分也电连接至集成到卡1中的第二模块4。第二模块4是生物识别模块。该生物识别模块4包括用于指纹识别的传感器。第二模块4使得可以确定传感器读取的指纹是否对应被授权使用该卡1的用户的指纹。在该情况下，可以授权芯片和读取器之间的非接触式通信。
图2中所示的卡1的示例性实施例与图1中所示的示例性实施例的主要区别在于，第二模块4包括可以是连续的或不连续的导电边界5(边框5)。边框5被电连接至位于第二模块4背面上的生物识别传感器。其允许移除可能损坏传感器或阻止传感器读取指纹的潜在静电荷。在图2中，边框5呈连续环的形状。根据一些变型，边框5可以由多个导电段或导电点组成，该导电段或导电点被布置在手指将被放置在其上以读取相应指纹的区域周围。
下面描述图2中所示类型模块的制造方法。
该工艺包括：
-提供复合材料100，复合材料100包括由介电材料制成的载体101，由导电材料102组成的片被层压在载体101上(见图3a)；例如，介电材料为聚酰亚胺，其厚度在25微米和75微米之间，并且优选地等于50微米，并且第一导电材料102为铜合金，其厚度在12微米和35微米之间，并且优选地等于18微米；为了在工业规模上有效地实施根据本发明的方法，该复合材料100(覆铜)有益地以料卷的形式提供并且该方法以卷对卷方式实施；
-用粘合材料103涂覆介电材料的与该第一导电材料被层压在其上的面相对的面(见图3b)；例如，粘合材料103是可以用矿物填料和树脂改性的环氧树脂；因此，粘合材料103被以10微米和25微米之间的厚度沉积；粘合材料103可以经历连续干燥工艺，以便在沉积时除去制剂中存在的溶剂；
-制成贯穿包括介电载体101、第一导电材料层102和粘合材料层103的新复合材料的孔104(参见图3c)；
-层压第二导电材料层105；例如，该第二导电材料是铜合金，其厚度在12微米和35微米之间，并且优选地，该厚度等于18微米；由第二导电材料105组成的该层封闭孔104(见图3d)；粘合材料103可以在具有适合粘合材料103化学特性的温度平台的界定循环之后经历交联步骤；
-在完成前一步骤时所获得的复合物的两个主面的每一者上分别层压干光刻胶膜106(见图3e)，然后通过掩模曝光并剥离光刻胶以形成用于后续步骤的图案；
-蚀刻第一导电材料层102和第二导电材料层105的特定区域；
-电解沉积多层金属107(例如铜、镍、金、钯或银)，多层金属107旨在便于连接线到第二导电材料的焊接并且/或者在第一导电材料102和第二导电材料105之间在孔104处制成导电导孔；
-在检测区域上沉积防护材料层108；例如，该防护材料108是可光成像覆盖材料，即感光材料；例如，防护材料层108的厚度在15微米和50微米之间，例如等于25微米；例如，防护材料层108被沉积为层压在载体101的正面上的薄膜；例如，防护材料层108被以环氧-丙烯酸酯薄膜的形式沉积(例如，其是由Ethernal(www.eternal-group.com)在标号下出售的产品)；替代地，防护材料层108被通过使用丝网印刷技术沉积；作为另一替代方案，使用类似于喷墨技术的技术沉积防护材料层108；作为另一替代方案，使用涂覆技术沉积防护材料层108；防护层108在正面上在对应于检测区域的区域上方延伸；并且
-在使用非选择性沉积技术沉积防护材料层108的情况下，在沉积防护材料层108之后，可能需要执行通过掩模暴露于合适辐射的步骤，然后是化学处理步骤；
-热交联防护层的步骤。
凭借由可光成像覆盖材料组成的防护材料层108，可以用相对具备机械抗性和化学抗性的材料保护载体101，其使用可以容易地集成到工业工艺中，尤其是卷对卷工艺中，与模块4至已经集成在卡本体内的电路200的可能的焊接连接所需的加热步骤兼容。其可光成像特性还与工业可控且与高产量兼容的光刻步骤的实施兼容。
优选地，包括可光成像覆盖材料的防护层108基于环氧-丙烯酸酯树脂，在UV交联或热交联后，其物理化学特性，特别是在硬度和耐磨性方面，优于可以由例如纯丙烯酸酯所获得的物理化学特性。同样地，环氧-丙烯酸酯树脂比环氧树脂更容易实施。
根据本发明方法的一个具体实施方式，在前述步骤中在第一导电材料层102中制成的连接片7上沉积焊接材料6。例如，焊接材料6为锡铋合金、锡铋银合金或锡铟合金。例如，使用丝网印刷或喷射(或使用如上所述的其他方法)来沉积焊接材料6。此外，除了使用电解沉积多层金属107使孔104导电之外，还可以利用沉积焊接材料6的步骤将该材料沉积在孔104中，从而使孔104在第一导电材料层102和第二导电材料层105之间导电。
焊接材料6可以被沉积在各种形状的连接片7上(见图5)。例如，这些形状具有基本上连续的周边，该周边界定可被焊接材料润湿的区域，可被焊接材料润湿的该区域呈矩形、菱形(可以是正方形)、长圆形或圆形。
作为替代方案，除了在连接片7上沉积焊接材料6，在将模块4嵌入卡1中的操作之前保持连接片7不受处理。然后，在嵌入操作期间，在将模块4安装在卡体中(例如通过铣削)形成的腔体208中之前，在连接片7上沉积焊接材料6、膏状物或各向异性导电膜6'以建立与容纳在卡体中的电路200的连接(参见图3g和图4)。当使用膏状物或各向异性导电膜6'时，连接片7可以采用例如上面参照图5所描述的那些形状，或者连接片7可以采用具有延伸部10的形状，以使得膏状物具备更好的粘合性能或在连接片7上的各向异性导电膜6'具备更好的导电性。
然而，更有益地，连接片7具有与焊接材料6的使用以及与膏状物或各向异性导电膜6'均兼容的形状。为此，连接片7可以采用包括可被焊接材料润湿的区域以及侧向延伸部10的形状，该区域由基本上连续的周边界定，该周边采用选自矩形、菱形、正方形、长圆形或圆形的形状，侧向延伸部10从可被焊接材料润湿的区域朝向自由端延伸(见图6)。
在上述步骤结束时，获得了带有用于芯片卡的生物识别传感器载体200的料卷。这些载体200中的每一者分别具有对应于例如图3f1或图3f2中所示结构的结构，这取决于生物识别传感器是在焊膏6被沉积在焊片7上之前还是在焊膏6被沉积在焊片7上之后被组装。因此，每个载体200包括：
-正面，该正面具有在第二导电材料层105中形成的边框5以及在粘合材料层103上在位于由边框5形成的环内部的检测区域处沉积的防护层108；
-具有连接片7的背面，可能具有被沉积在至少一些连接片7上的焊接材料团6，以便能够随后将模块4连接至集成到卡体中的电路200。
为了被使用和集成到芯片卡中，每个载体200配备有生物识别指纹传感器300。例如，使用已知的管芯附连技术将该生物识别传感器300固定到背面。例如，使用热固性粘合剂将生物识别传感器300固定到载体101的背面，该粘合剂在100℃和150℃之间的温度下固化并且具有通过毛细作用在传感器的整个表面下迁移的特性，而不会产生任何间隙或气泡(“填充不足”)。
在组装生物识别传感器300之前或之后，将焊接材料6沉积在连接片7上，但优选在组装之后，将焊接材料6沉积在连接片7上，以避免生物识别传感器300在形成焊接材料6的焊膏的回流操作期间经历热冲击。
同样地，使用丝网印刷或喷射(或使用如上所述的其他方法)来沉积焊接材料6。
如果生物识别传感器300已经组装在介电载体101上，则焊接材料6优选地通过喷射沉积在连接片7上。
生物识别传感器300，在其背面，占据基本上对应于位于检测区部的、在防护层108所沉积的区域对面的检测区域的区域。使用已知技术，例如倒装芯片技术或使用导线11的引线键合技术，将该生物识别传感器300连接至连接片7和边框5。有益地，生物识别传感器300及其可能的导线11被保护于封装树脂12中。热熔粘合剂10也可能布置在连接片7的背面上或连接片7旁边的背面上。该热熔粘合剂10旨在将生物识别传感器模块4固定在形成于芯片卡本体内的腔体208中。
当模块4被嵌入到卡体中时，有几种可能的选择用于在模块的连接片7和集成到卡体中的电路200之间建立连接。例如，可以使用沉积在连接片7上的焊接材料6将连接片7直接焊接至电路200(见图4)。作为替代方案，可以在电路200上沉积焊接材料团206并且在焊接片7和电路200之间通过分别熔化预先沉积在连接片7上的和在电路200上的一个焊接材料、另一焊接材料或两个焊接材料来形成连接。更具体地，例如，可以在连接片7上沉积第一焊接材料6并且在电路200上沉积第二焊接材料206。第二焊接材料优选地在最终完成卡体之前(即，在堆叠和层压芯片卡1的各个组成层之前)沉积在电路200上。然后第一焊接材料6有益地是具有低熔点(例如低于或等于140℃的熔点)的焊接材料，第二焊接材料206具有接近或等于第一焊接材料6的熔点的更高的熔点。有益地，具有较高熔点的第二焊接材料206的使用可以限制一个焊接材料或多个焊接材料爬锡进入腔体208的边缘和朝向腔体208的边缘爬锡的风险，或者甚至是爬锡超出腔体208的边缘的风险。
例如，为了在连接片7和电路200之间制成连接，热电极400被放置在边框5上。由于边框5有益地面对载体101两侧上的连接片7，因此在载体101的两个面之间具有尤其良好的热传导。
在连接片7上使用具有低熔点(低于或等于140℃)的第一焊接材料6并且在电路200上使用具有较高熔点的第二焊接材料206，被加热到例如230℃的温度的热电极400被施加2.5秒。由热电极400提供的热量也消散到热熔粘合剂10中，从而将模块4粘合到卡1中。
在连接片7上使用具有低熔点(低于或等于140℃)的第一焊接材料6并且在电路200上使用具有等于、接近或低于第一焊接材料6熔点的第二焊接材料206，被加热到例如230℃的温度的热电极400被施加1.5秒。因此，在该情况下，根据本发明的方法速度更快。此外，使用具有低熔点的焊接材料6、焊接材料206使得可以使用具有较小载体表面的热电极400，从而可能有助于更好地控制爬锡并限制卡1和/或模块4变形的风险。
一般而言，可以使用导电粘合剂或膏状物6'、各向异性导电膜或焊接材料6来将模块4连接至电路200。然而，在任何情况下，上述方法或其变型有益地通过制造具有与焊接材料6的使用、膏状物或各向异性导电膜6'，以及径向或侧向延伸部10(见图6)兼容的形状的连接片7来使用，该形状可以是矩形、对应于菱形的形状、正方形、椭圆形或圆盘形。随后，根据本发明的模块4无论是通过焊接还是使用导电粘合剂连接都是相同的。这使得可以以更大的规模制造模块4，同时仍然让嵌入件可以选择一种连接技术或另一种连接技术。
已经参考图2、图3和图4描述了包括正面上的边框5的模块4的制造和嵌入。例如，在生物识别传感器300对静电荷不敏感或者不非常敏感的情况下，边框5可以省略(见图1)。然后可以容易地简化上述方法。可以省略孔104的制造。也可以仅使用一片导电材料102(因此特别省略了图3c和图3d所示的步骤)。然后仅将导电材料102放置在载体101的背面上，以形成连接片7。防护层108被制成为至少覆盖与传感器300的检测区部相对的检测区域。防护层108除了实际保护载体101的功能外，还表明手指放置位置以便检测指纹。例如，防护层108可以以不同的颜色着色，以便使其与卡1的颜色相协调。
防护层108可以由油墨组成或包括油墨。例如，其是基于环氧-丙烯酸酯的油墨。例如，其是由Peters(www.peters.de)以标号SD2444NB-M出售的产品。

Claims (16)

1.用于芯片卡的生物识别传感器模块，包括
-包括正面和背面的介电载体(101)，所述正面和所述背面均形成所述载体(101)的主面，
-用于检测指纹的生物识别传感器(300)，所述生物识别传感器被附连至所述背面并在所述背面下方的检测区部处延伸，所述检测区部面向位于所述载体(101)的所述正面上的检测区域，
-导电连接片(7)，所述导电连接片(7)被布置在所述载体(101)的所述背面上并且被电连接至所述生物识别传感器(300)，
其特征在于，至少一个连接片(7)包括可被焊接材料润湿的区域，所述区域在0.2平方毫米和5平方毫米的面积上方延伸。
2.根据权利要求1所述的模块，其中至少一个连接片(7)具有可被焊接材料润湿的区域，所述区域由基本上连续的周边界定，所述周边采用选自矩形、菱形、正方形、长圆形或圆形的形状。
3.根据权利要求2所述的模块，其中至少一个连接片(7)包括从可被焊接材料润湿的所述区域朝向自由端延伸的延伸部(10)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中所述焊接材料团(6)被沉积在至少一个连接片(7)的可润湿区上，所述团具有在0.002立方毫米和0.070立方毫米之间的体积。
5.根据权利要求4所述的模块，其中所述焊接材料是具有低于或等于140℃的熔点的合金，并且所述合金选自锡/铋、锡/铋/银以及锡/铟。
6.根据权利要求4或5所述的模块，其中所述焊接材料团(6)具有垂直于所述载体(101)测量的、在所述连接片(7)的被沉积其上的所述表面和其最高点之间、在0.040毫米和0.150毫米之间的高度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中至少一个连接片(7)被基本上与所述正面的覆盖有边框(5)的区域相对放置，并且在所述载体(101)的厚度中制成至少一个导电导孔(104)，所述导孔(104)将所述边框(5)电连接至所述连接片(7)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中所述介电载体(101)是来自所述聚酰亚胺系的柔性载体。
9.芯片卡，所述芯片卡包括具有集成到卡体中的电路(200)的所述卡体和根据前述权利要求中任一项所述的模块(4)，所述模块(4)和所述电路(200)被使用焊接材料(6)电连接。
10.根据权利要求9所述的芯片卡，其中使用被沉积在至少一个连接片(7)上的焊接材料(6)将所述模块(4)和所述电路(200)电连接，所述焊接材料的熔点低于或等于140℃。
11.根据权利要求9或10所述的芯片卡，其中使用被沉积在至少一个连接片(7)上的焊接材料(6)和被沉积在所述电路(200)上的焊接材料(206)将所述模块(4)和所述电路(200)电连接，被沉积在至少一个连接片(7)上的所述焊接材料(6)的所述熔点低于或等于被沉积在所述电路(200)上的所述焊接材料(206)的所述熔点。
12.用于芯片卡的生物识别传感器模块(4)的制造方法，包括以下步骤
-提供包括正面和背面的介电载体(101)，所述正面和所述背面均形成所述载体(101)的主面，
-将用于检测指纹的生物识别传感器(300)附连至所述背面，在所述背面上被所述传感器覆盖的检测区部与位于所述载体(101)的所述正面上的检测区域相对放置，
-在所述载体(101)的所述背面上制成导电连接片(7)，所述导电连接片(7)被电连接至所述生物识别传感器(300)，
其特征在于，至少一个连接片(7)包括可被焊接材料润湿的区域，所述区域在0.2平方毫米至5平方毫米的面积上方延伸。
13.根据权利要求12所述的方法，其中焊接材料团(6)被沉积在连接片(7)上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过喷射在连接片(7)上沉积所述焊接材料(6)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中在所述生物识别传感器(300)已经被附连至所述载体(101)的所述背面后，将所述焊接材料(6)沉积在连接片(7)上。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中使用用于附连芯片且在100℃和150℃之间的温度交联的粘合剂将所述生物识别传感器(300)附连至所述载体(101)的所述背面。
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