CN1202566C - 指纹传感器设备 - Google Patents

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Abstract

指纹传感器设备可以提供常规的指纹传感功能甚至当形成了浇铸毛边后。指纹传感器设备通过接触手指识别指纹模式。半导体芯片(2)具有其上形成了传感器部分(4)的表面。半导体芯片(2)被密封树脂密封。传感器部分(4)暴露在密封树脂部分10形成的缺口(18)的底部。缺口底部边缘和传感器部分(4)边缘间的距离是0.3毫米到1.0毫米。

Description

指纹传感器设备
技术领域
本发明涉及指纹传感器设备，尤其涉及其中指纹传感器元件形成于半导体元件上的指纹传感设备，该半导体元件包装为这样一种状态，其中指纹传感器元件暴露在指纹传感器设备的表面。
随着电子信息通信的蔓延，为保护个人信息机密而使用电子设备进行个人识别的要求正在逐步增加。尽管已经开发出各种技术用于个人身份认证设备并投入实际使用，但指纹识别技术在其中引人注目。
背景技术
指纹传感器设备是用于识别人类手指指纹模式的设备。为开发出微型的指纹传感器设备，用在指纹传感器上的其上形成了指纹传感器部分的半导体芯片已经被开发出来。通常指纹传感器部分包括压力传感器或电容传感器和通过半导体芯片传来的传感器部分的处理信息以便识别和鉴定指纹。这种用在指纹传感器上的半导体芯片和常规半导体芯片一样用密封树脂进行密封，并被合并到电子设备中作为指纹传感半导体设备。
图1是代表性的视图，它示出了在常规指纹传感器设备制造过程中用树脂进行密封的过程。指纹传感器的半导体元件2的表面由电路中的传感器部分4形成，而电极围绕着传感器部分4。电极作为插入层通过金质电路线6或类似的电路线连接到电路板的电极垫8a。半导体芯片2和金质电路线6被密封树脂浇铸在一起，而这样形成了密封树脂部分10。
传感器部分4是手指直接接触的部分以便识别指纹，并需要暴露在密封树脂部分10外面。因此如图1所示，当半导体芯片2用浇铸模具12浇铸时，在浇铸模具12和传感器部分4之间提供隔离装置14压在传感器部分4上，这样密封树脂就不会覆盖传感器部分4。
隔离装置14用有一定弹性的类似橡胶或塑料的材料制成，并被浇铸模具12压在传感器部分4上。因此在浇铸时可以防止密封树脂流到传感器部分4的表面。
根据在浇铸过程中通过压上隔离装置14使传感器部分4处于暴露状态的方法，当隔离装置14压在传感器部分4上时，如果隔离装置没有一定程度的弹性，传感器部分4可能损毁。然而如果传感器部分4有弹性，密封树脂可能因为树脂浇铸压力进入传感器部分4和隔离装置14之间。
图2是指纹传感器装置的代表性视图，指纹传感器在这样一种状态下进行浇铸，其中密封树脂进入了传感器部分4和隔离装置14之间。在浇铸过程中隔离装置14就放在密封树脂部分10的缺口10a形成的那部分，而且传感器部分4暴露在缺口10a中。
然而如图2所示，进入传感器部分4和隔离装置14之间的密封树脂形成浇铸毛边16紧贴着传感器部分4的表面。因此传感器部分4表面的一部分覆盖着浇铸毛边16，并且这部分可能丧失作为传感器部分的功能。就是说，提供传感器部分4功能的区域的面积减少了。
如果指纹传感器有所谓的区域其中传感器部分4占有相当大的面积，那么因为浇铸毛边覆盖部分的比率很小剩下的未覆盖部分就维持了作为传感器部分的功能。然而，在所谓的通过手指擦拭传感器部分读取指纹的扫描型指纹传感器的情况下，传感器部分4的宽度H会小到1毫米。通常浇铸毛边的长度L是0.3毫米-0.5毫米，而传感器部分4的大部分都被浇铸毛边覆盖，这将导致传感器部分的功能丧失。
另外在扫描型指纹传感器的情况下，围绕传感器部分4的暴露部分的树脂高度很高，当手指接触传感器部分4时也存在问题，被手指擦拭(扫描)的操作变得很困难。
发明内容
本发明总的目的是提供已改良的实用的去除了上述问题的指纹传感器装置。
本发明更具体的目的是提供甚至当形成浇铸毛边时也可以提供常规指纹传感器功能的指纹传感器装置。
本发明另一个目的是通过减少传感器部分周围的树脂部分而提供方便的手指移动的扫描型指纹传感器。
为达成上述目的，根据本发明的一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置，它包括：在表面形成了传感器部分的半导体芯片；和密封半导体芯片的密封树脂部分，其中传感器部分暴露在密封树脂部分形成的缺口的底部，而缺口底部边缘和传感器边缘的距离是0.3毫米到0.1毫米。
根据上述发明，当半导体芯片被树脂密封而隔离装置压在传感器部分上以便暴露传感器部分，并且如果树脂进入传感器部分和半导体芯片中间并形成浇铸毛边，那么浇铸毛边无法到达传感器部分，传感器部分仍保证了传感器部分的正常功能。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置，它包括：在表面形成了传感器部分的半导体芯片；和密封半导体芯片的密封树脂部分，其中传感器部分暴露在密封树脂部分形成的缺口底部；缺口底部由第一表面和比第一表面高的第二表面形成的台阶，传感器部分暴露在第一表面上；传感器第一表面和第二表面的垂直距离是70微米到150微米。
根据上述发明，缺口底部有一个两台阶的结构，而传感器周围的密封树脂部分的厚度小于其它部分。这样当密封树脂填入减少厚度部分对应的空间时，树脂填充压力减少因此防止浇铸毛边的发生。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置，它包括：在表面形成了传感器部分的半导体芯片；和密封半导体芯片的密封树脂部分，其中传感器部分和暴露在密封树脂部分中形成缺口底部的半导体芯片表面的一部分，和在手指移动方向上形成缺口的密封树脂部分是一个平的表面，半导体芯片暴露部分也位于同一平面中。
根据上述发明，当手指沿着传感器部分移动(扫描)并接触传感器部分时，没有密封树脂部分阻碍手指的移动。这样指纹识别操作可以轻松进行并可维持准确的识别。
在上述指纹传感装置中密封树脂部分可形成一个突出部分，该突出顺延并跨越半导体芯片的暴露表面与密封树脂部分的平面间的边界。因此，因为半导体芯片边缘被密封树脂部分的突出覆盖，所以容易破碎或破裂的半导体芯片边缘被保护起来。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置，它包括：在表面形成了传感器部分的半导体芯片；和密封半导体芯片的密封树脂部分，其中传感器部分和暴露在密封树脂部分中形成缺口底部的半导体芯片表面的一部分，和在手指移动方向上形成缺口的密封树脂部分低于密封树脂部分的其它部分但高于半导体芯片暴露的表面。
根据上述发明，在手指移动方向上形成缺口的密封树脂部分低于密封树脂部分的其它部分。这样，当手指沿着传感器部分移动(扫描)并接触传感器部分时，指纹识别操作可以轻松进行并可维持准确的识别。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置的制造方法包括的步骤：为了用树脂浇铸一个传感器部分形成在表面的半导体芯片，将隔离装置贴在浇铸模具预先确定的位置上，隔离装置的宽度大于传感器部分预先确定的宽度；并将半导体芯片放置在浇铸模具内，并在这样一种情况下用树脂浇铸半导体芯片，其中隔离装置覆盖半导体芯片的传感器部分。
根据上述发明，当半导体芯片被用树脂浇铸时隔离装置压在传感器部分上以便暴露传感器部分，并且如果树脂进入传感器部分和半导体芯片中间并形成浇铸毛边，那么浇铸毛边无法到达传感器部分，这就保证了传感器部分的正常功能。
在上述制造方法中，隔离装置覆盖传感器部分的全部宽度，而且一部分横向跨越传感器部分边缘的隔离装置长度是0.3毫米到1.0毫米。因此，树脂通过隔离装置边缘进入传感器部分和半导体芯片中间并形成浇铸毛边，那么浇铸毛边无法到达传感器部分，因为浇铸毛边的长度通常等于或小于0.3毫米。这就保证了传感器部分的正常功能。
另外隔离装置覆盖传感器部分的全部宽度，而且一部分横向跨越传感器部分边缘的隔离装置跨越了半导体芯片表面的边缘。因此从传感器部分延伸出来的半导体芯片的上表面暴露出来。这样，当手指沿着传感器部分移动(扫描)并接触传感器部分时，指纹识别操作可以轻松进行并可维持准确的识别。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置的制造方法包括的步骤：在半导体芯片和在半导体芯片表面形成的传感器部分的表面的一部分上放置预先确定厚度的保护性薄膜；将半导体芯片放置在浇铸模具中，并用树脂浇铸半导体芯片直到保护性的带子覆盖半导体芯片的传感器部分；并在用树脂浇铸后从半导体芯片上移除保护性薄膜以便暴露传感器部分和半导体芯片表面的一部分。
根据上述发明，传感器部分和半导体芯片的上表面很容易仅通过在传感器部分和周围部分放置保护性薄膜后用树脂浇铸半导体芯片而暴露出来。
另外根据本发明的另一方面提供的通过与手指接触来识别指纹模式的指纹传感装置的制造方法包括的步骤：在半导体芯片和在半导体芯片表面形成的传感器部分的表面的一部分上形成预先确定厚度的感光树脂薄膜；将半导体芯片放置在浇铸模具中，并在这样一种情况下用树脂浇铸半导体芯片，其中隔离装置覆盖半导体芯片的传感器部分；并在用树脂浇铸后从半导体芯片上移除感光树脂薄膜至裸露的程度以便暴露传感器部分和半导体芯片表面的一部分。
根据上述发明，只要通过在传感器部分和周围部分形成感光树脂薄膜后用树脂浇铸半导体芯片，传感器部分和半导体芯片的上表面就很容易暴露出来。
通过以下详细描述及阅读伴随的附图，本发明其他目的、特点和优点将变得更清晰。
附图说明
图1是有代表性的视图，它示出了常规指纹传感器设备制造过程中树脂密封的过程；
图2是指纹传感器装置的代表性视图，指纹传感器在这样一种状态下进行浇铸，其中密封树脂进入传感器部分和隔离装置之间；
图3是根据本发明第一个实施例的指纹传感器装置的代表性视图；
图4是代表性的视图，它示出了图3所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图5是根据本发明第二个实施例的指纹传感器装置的代表性视图；
图6是代表性的视图，它示出了图5所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图7是解释扫描型指纹传感器装置的代表性视图；
图8是根据本发明第三个实施例的指纹传感器装置的代表性视图；
图9是代表性的视图，它示出了图8所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图10是代表性视图示出了根据本发明第三个实施例的指纹传感器装置的变体；
图11是代表性的视图，它示出了图10所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图12是根据本发明第四个实施例的指纹传感器装置的代表性视图；
图13是代表性的视图，它示出了图10所示指纹传感器设备制造过程中在用树脂浇铸半导体芯片前的准备过程；
图14是代表性的视图，它示出了图12所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图15是代表性的视图，它示出了图12所示指纹传感器设备制造过程中在用树脂浇铸半导体芯片前形成感光树脂薄膜的过程；
图16是代表性的视图，它示出了图12所示指纹传感器设备制造过程中在用树脂浇铸半导体芯片的过程；
图17是代表性的视图，它示出了图12所示指纹传感器设备制造过程中在用树脂浇铸后的暴露过程；
具体实施方式
现在参考图3给出本发明第一个实施例的描述。图3是根据本发明第一个实施例的指纹传感器装置的代表性视图。图3中和图2相同的部分使用相同的标号，并且忽略它们的描述。
根据本发明第一个实施例的指纹传感器装置不同于图2所示的指纹传感器装置之处在于缺口18比图2所示的在指纹传感器装置的密封树脂部分10的上面表面形成的缺口10a大。
图3所示指纹传感器装置的基本结构和图2所示指纹传感器装置的结构相同，而被模具附属部件22固定在电路板上的半导体芯片2用密封树脂进行浇铸。缺口18形成在密封树脂部分10中，并且半导体芯片2的传感器部分4暴露在缺口18的底部。
图4是有代表性的视图，它示出了图3所示指纹传感器设备制造过程中用密封树脂密封半导体芯片2的过程。通过将隔离装置20放入浇铸模具中形成了密封树脂部分10的缺口18。根据本实施例的指纹传感器设备具有4.5毫米X 14毫米的平面配置，而半导体芯片2的平面配置为3毫米X 13毫米。传感器部分4形成在宽度大约1毫米的延长区域。图3和图4所示的传感器部分4用传感器部分4横向的横截面显示。
如图4所示，当用密封树脂密封半导体芯片2时，隔离装置20贴在浇铸模具12上，因此隔离装置20位于浇铸模具12和传感器部分4之间。因为隔离装置20对应着缺口18，密封树脂不再流入该部分。就是说缺口18形成于隔离装置20现在的位置上，而且传感器部分4暴露在缺口18的底部。
隔离装置20由耐热塑料比如聚酰亚胺树脂或耐热橡胶比如硅胶这样的有弹性的材料形成，而且贴到浇铸模具12预先确定的部分。树脂密封部分10的缺口18的深度大约是0.2毫米，而考虑可压缩性隔离装置20的厚度设置到比0.2毫米略大的值。
因此隔离装置20的宽度(传感器部分的横向尺寸)是传感器部分4的宽度的2倍。因此传感器部分4的周围部分横向暴露在传感器部分4的两侧，具体地说，设置隔离装置20的横向尺寸使得传感器部分4的横向末端和隔离装置20的末端间的距离S是如图4所示的0.3毫米到1.0毫米。
甚至在由上述尺寸的隔离装置20形成缺口18的情况下，也有可能形成图2所示的浇铸毛边。然而如上所述，因为浇铸毛边距隔离装置末端的距离是大约0.3毫米-0.5毫米，即使浇铸毛边形成也无法到达传感器部分4。因此传感器部分4可防止因浇铸毛边16覆盖传感器部分4而丧失作为传感器部分的功能。
既然半导体芯片宽度大约为4毫米，如果上述尺寸超出1毫米，则将不可能对在传感器部分4的同一表面上形成的半导体芯片2的电极进行树脂密封。最好基于上述尺寸限制将上述距离S设为0.3毫米-1.0毫米。此时距离S起始点的位置为对应隔离装置20末端的位置，也就是未形成浇铸毛边时缺口18底部的末端。
现在参考图5和图6给出本发明第二个实施例的描述。图5是根据本发明第二个实施例的指纹传感器装置的代表性视图；图6是代表性的视图，它示出了图5所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程。
根据本发明第二个实施例的指纹传感器装置的基本结构和图3所示根据本发明第一个实施例的指纹传感器装置的结构相同，而在浇铸密封部分形成的缺口的外形除外。本实施例中如图5所示缺口外形在其底部有个台阶，因此高度为70微米到150微米的台阶部分18A在传感器部分4的暴露表面周围形成。
为形成台阶部分18A，隔离装置20A形成如图6所示的两台阶外形。就是说隔离装置20上层台阶表面接触并按压在传感器部分4上，而上层台阶周围的表面比上层台阶低70微米-150微米。当具有这种外形的隔离装置20A进行树脂密封时，密封树脂流入半导体芯片2的表面和下层台阶表面间的70微米-150微米的间隙空间G，因此如图5所示形成了台阶部分18A。
因此当密封树脂流入间隙G，流入间隙G的树脂的压力因为间隙G很小而迅速下降。这样当密封树脂到达间隙G的最底部，比如传感器部分4的末端，密封树脂的压力变得非常小，而且这样密封树脂就无法进入隔离装置20A和传感器部分4中间了。因此就可以防止因密封树脂进入隔离装置20A和传感器部分4中间而形成浇铸毛边。
如果间隙G的宽度，就是台阶部分18A距传感器部分4的高度太小，另一方面，如果台阶部分高度太大，那么压力降低太小而密封树脂维持了足够的压力以形成浇铸毛边。如果密封树脂正常用于移植铸型而且间隙G有70微米-150微米，密封树脂就可以到达间隙G的最底部同时密封树脂的压力适当减少。因此，半导体芯片2的整个表面可以用密封树脂密封而不覆盖传感器部分4，同时在密封树脂部分10的缺口18的底部不产生浇铸毛边。
现在给出本发明第三个实施例的描述。根据本发明第三个实施例的指纹传感器装置尤其与扫描型的指纹传感器装置相关。首先参考图7对扫描型的指纹传感器装置进行解释。
当手指接触传感器部分时，扫描型指纹传感器装置通过移动手指得到指纹进行指纹模式识别。电容传感器可用做传感器部分，而在这种情况下个人的指纹模式通过手指移动时指纹对应的不平坦移动产生的电容变化进行识别。因此如果缺口周围传感器暴露部分的高度H过大，那移动手指并接触传感器器部分将很困难。因此沿手指运动方向缺口部分周围最好尽可能低。
图8是根据本发明第三个实施例的指纹传感器装置的代表性视图。图9是有代表性的视图，它示出了图8所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程。图8中和图9相同的部分使用相同的标号，并且忽略它们的描述。
在根据本发明第三个实施例的扫描型指纹传感器装置中，半导体芯片2被密封树脂密封为这样一种状态，半导体芯片2的表面在扫描方向上暴露于传感器部分的下游。就是说半导体芯片2被密封树脂密封为这样一种状态，在扫描方向上传感器4下游表面上的缺口18周围的密封树脂被移除。值得注意的是保护性薄膜最好在半导体芯片上面表面的暴露部分形成。
上述缺口18B可通过向浇铸模具12上贴隔离装置24而形成，如图9所示，因此在扫描方向上隔离装置24在传感器部分4的下游表面上延伸。隔离装置24被配置并安排去覆盖被密封的半导体芯片2上面的表面并进一步在下游表面上延伸。因此当为指纹识别而扫描手指时，手指可以平滑地移动而没有阻碍，因此提高指纹识别的准确性。
图10是代表性视图，示出了根据本发明第三个实施例的指纹传感器装置的变更。图11是代表性的视图，示出了图10所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程。
图10所示指纹传感器设备带有密封树脂形成的并在半导体芯片10和密封树脂部分10之间的边界部分略微突出的突出26。突出26可以通过在隔离装置24中开个凹槽而轻易形成，该凹槽形状与图11所示的突出26的外形相对应。突出26位于覆盖半导体芯片2边界的位置并用于防止半导体芯片2的边界破碎或毁坏。
现在参考图12到14给出本发明第四个实施例的描述。图12是根据本发明第四个实施例的指纹传感器装置的代表性视图。图13是代表性的视图，它示出了图10所示指纹传感器设备制造过程中在用树脂浇铸半导体芯片前的准备过程。图14是代表性的视图，它示出了图12所示指纹传感器设备制造过程中用树脂浇铸半导体芯片的过程。
根据本发明第四个实施例的指纹传感器装具有这样的结构，其中半导体芯片2表面的一部分类似图8所示的指纹传感器装置一样暴露出来，因此传感器部分4很容易被手指扫描。然而在本实施例中，为保护半导体芯片2的边界，密封树脂部分10略高于半导体芯片2的暴露表面。
为使密封树脂部分10略高于半导体芯片2的暴露表面，如图13所示，保护带30在进行树脂浇铸前先使用在半导体芯片2的顶部表面。保护带30最好使用和上述隔离装置相同的材料制成。那么如图14所示，树脂浇铸在这样一种状态下进行，保护带30在传感器部分4的表面和将被暴露的半导体芯片2表面的一部分上使用。浇铸后保护带30剥落，图12所示的指纹传感器装置就制作完成了。因此在密封树脂部分10的顶部表面和半导体芯片2的顶部表面间产生了和保护带30的厚度对应的高度差。因此保护了半导体芯片2的边缘。
另一种选择是，感光树脂可代替保护带30用在传感器部分4和半导体芯片2的顶部表面上。就是说，如图15所示，感光树脂薄膜32形成于传感器部分4的表面和将被暴露的半导体芯片2表面的一部分上。感光树脂薄膜32可用某种技术定型和蚀刻抗蚀剂，该技术用在常规的半导体芯片制造技术中。
而后如图16所示，树脂浇铸在这样一种状态下进行，感光树脂薄膜32形成于传感器部分4的表面和将被暴露的半导体芯片2表面的一部分。浇铸后如图17所示感光树脂薄膜32因遭受暴光和清洗而被移除，图12所示的指纹传感器装置就制造完成了。因此在密封树脂部分10的顶部表面和半导体芯片2的顶部表面间产生了和保护带30的厚度对应的高度差。因此保护了半导体芯片2的边缘。
本发明不限于具体揭示的实施例，并可能进行不脱离本发明范围的变更与修改。
本发明基于2002年2月20日提出的日本在先申请No.2002-043708，这里引用它作为参考。

Claims (3)

1.通过手指接触来识别指纹模式的指纹传感器设备，包括：
表面形成有传感器部分的半导体芯片；和
密封半导体芯片的密封树脂部分，
其特征在于：
所述的传感器部分和半导体芯片表面的一部分暴露于密封树脂部分中形成的缺口底部，在手指移动方向上形成所述的缺口的所述的密封树脂部分的一部分是一个平的表面，同所述半导体芯片的暴露表面处于同一平面内。
2.根据权利要求1的指纹传感器设备，其特征在于有一个突起成为所述密封树脂部分的一部分，该突起跨越并沿着所述半导体芯片的暴露表面和所述密封树脂部分的平的表面之间的边界延伸。
3.通过手指接触来识别指纹模式的指纹传感器设备，包括：
表面形成有传感器部分的半导体芯片；和
密封半导体芯片的密封树脂部分，
其特征在于：
所述的传感器部分和半导体芯片表面的一部分暴露于密封树脂部分形成的缺口底部，在手指移动方向上形成所述的缺口的所述的密封树脂部分的一部分比所述密封树脂部分的其它部分低，但比所述半导体芯片的暴露表面高。
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