CN206225349U - 指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构，指纹识别模组包括：指纹识别芯片以及对指纹识别芯片进行封装的封装结构，封装结构使指纹识别芯片的指纹感应区裸露，指纹感应区的膜层上表面具有预设厚度的保护层，保护层保护裸露在封装结构外的指纹感应区并使指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离。本实用新型提供的一种指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构，通过在指纹识别芯片的上表面增加保护层，在保证指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离的基础上，为指纹识别芯片在下游的模组组装等加工环节提供足够的保护。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及指纹识别芯片技术领域，尤其涉及一种指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构。
背景技术
由于移动终端的越做越薄的趋势，在移动终端中适用的指纹识别芯片也越做越薄。现有的指纹识别芯片的封装，为减少其厚度，采用硅通孔(TSV，Through SiliconVias),trench挖槽工艺等技术，甚至把前两者再结合传统基板封装工艺把芯片封装到基板，以指纹芯片线路层作为基准平面进行塑封，与原始的采用打线工艺再进行相比，指纹识别芯片的指纹感应区减少了一塑封层，从而大大减少了指纹识别芯片封装完成后的厚度。
但采用这种封装结构的指纹识别芯片，指纹感应区无法得到有效的保护，在应用到下游移动终端的生产组装过程中极易损坏。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构，以在不影响指纹识别芯片厚度的基础上，为指纹识别芯片在下游模组组装等加工环节提供保护。
本实用新型实施例采用的技术方案如下：
本实用新型实施例提供一种指纹识别模组，包括指纹识别芯片以及对所述指纹识别芯片进行封装的封装结构，所述封装结构使所述指纹识别芯片的指纹感应区裸露，所述指纹感应区的膜层上表面具有预设厚度的保护层，所述保护层保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区并使所述指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离。
优选的，在本实用新型任一实施例中，还包括：与外部电路电连接的焊球阵列，所述焊球阵列位于所述指纹识别芯片的下方，并通过指纹识别芯片下表面的焊盘与所述指纹识别芯片的硅通孔结构电连接，令所述指纹识别芯片与所述外部电路电连接。
优选的，在本实用新型任一实施例中，在所述焊球阵列下方设置有基板，所述基板下方设置有触点阵列，所述焊球阵列通过所述触点阵列与所述外部电路电连接。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述封装结构还包括塑封体，所述塑封体设置在所述基板上且围绕所述指纹识别芯片。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述塑封体的上表面与所述保护层的上表面处于同一水平面。
优选的，在本实用新型任一实施例中，在所述指纹识别芯片的下表面设置有焊盘，所述焊盘下方设置有基板，所述指纹识别芯片上设置有使所述指纹识别芯片与所述焊盘上的电路电连接的槽结构，所述基板下方设置有与外围电路电连接的触点阵列，所述焊盘与所述触点阵列电连接，使所述指纹识别芯片通过所述触点阵列与外围电路电连接。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述保护层为钝化层。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述钝化层为具有介电功能的有机物钝化层或无机物钝化层。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述钝化层的介电常数大于3。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述钝化层为通过旋涂涂布、喷涂涂布、气相沉积或者模具注塑形成。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述钝化层的厚度为10～20um。
优选的，在本实用新型任一实施例中，在所述钝化层上方设置有盖板，所述盖板与所述钝化层贴合并作为与手指接触的工作面。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述盖板通过树脂类胶水与所述钝化层贴合，所述钝化层为与所述树脂类胶水适配的高表面能钝化层。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述钝化层直接作为与手指接触的工作面。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述指纹识别芯片包括裸晶芯片、晶圆级芯片或者封装芯片中的任一种。
优选的，在本实用新型任一实施例中，所述封装结构包括露芯片封装结构、基板类封装结构、框架类封装结构。
本实用新型实施例提供一种封装结构，所述封装结构使所述指纹识别芯片的指纹感应区裸露，所述指纹感应区的膜层上表面具有预设厚度的保护层，所述保护层保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区并使所述指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离。
本实用新型实施例提供一种指纹识别模组及指纹识别芯片封装结构，在露芯片封装的基础上，通过在指纹识别芯片的上表面增加保护层，在保证指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离的基础上，为指纹识别芯片在下游的模组组装等加工环节提供足够的保护。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中指纹识别芯片及其封装结构示意图；
图2为现有技术中的指纹识别芯片结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面通过具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
图1为现有技术中指纹识别芯片及其封装结构示意图，如图1所示，指纹识别芯片1的封装结构包括指纹识别芯片1底部的基板201与指纹识别芯片1四周的塑封体202，指纹识别芯片1的感应区的上表面与塑封体的上表面在同一水平面上，从而将指纹感应区101裸露在封装结构外。
采用裸露芯片的封装方法封装完成后，由于指纹识别芯片1的感应区裸露在封装结构外，在下游的模组组装等加工环节，裸露在外的指纹识别芯片1指纹感应区101极易损坏，因此，需要在进行下游模组组装等加工环节前，为指纹识别芯片1的指纹感应区101提供足够的保护。具体的，指纹识别芯片1的指纹感应区101上表面的膜层102在晶圆制造后就存在了，如图2所示，该膜层102材料一般为SiO2(二氧化硅)和Si3N4(氮化硅)两种材料叠层。两者的叠层厚度比例依据不同的制造工厂会有差异，但由于加工工艺的限制，一般的总厚度层在1～3um之间。由于膜层102的厚度较小，导致膜层102并不能在指纹识别芯片1的下游模组组装等加工环节为指纹感应区101提供足够的保护。
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种指纹识别模组，如图3所示，指纹识别模组包括指纹识别芯片1以及对所述指纹识别芯片1进行封装的封装结构，所述封装结构使所述指纹识别芯片1的指纹感应区101裸露，所述指纹感应区101的膜层102上表面具有预设厚度的保护层301，所述保护层301保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区101并使所述指纹识别芯片1具有定义的指纹识别距离。
由于现有技术中指纹识别芯片上表面的膜层厚度较小，不能在下游模组组装等加工环节提供足够的保护，因此本实施例通过在指纹感应区101的膜层上表面设置保护层301，用于在后续的上产过程中保护裸露在外的指纹感应区101，在下游模组组装等加工环节中指纹识别模组的指纹感应区101不易损坏，使指纹识别模组整体上具有较好的耐污染、耐划伤等性能，进而提高了指纹识别芯片1在下游模组组装等加工环节的成品率。
与此同时，为保证指纹识别芯片1具有定义的指纹识别距离，使得在不影响指纹识别芯片1对指纹进行有效识别的前提下，同时又对指纹识别芯片1的指纹感应区101进行保护，保护层301的厚度进行预设，比如可以根据指纹识别芯片的指纹感应距离与保护层301的材料特性预设，若保护层301的材料特性为指纹识别芯片1的指纹感应区101提供的保护效果越好，则保护层301的预设厚度越小。
具体的，本实用新型另一实施例中，如图4所示，经过封装后得到的指纹识别模组不仅包括保护层401，还包括：与外部电路电连接的焊球阵列402，所述焊球阵列402位于所述指纹识别芯片1的下方，并通过指纹识别芯片1下表面焊盘与所述指纹识别芯片1的硅通孔结构电连接，令所述指纹识别芯片1与所述外部电路电连接。
本实施例中，焊球封装阵列可以通过焊球阵列封装工艺(BGA，Ball Grid Array)形成，焊球采用的材料可以为锡球。指纹识别模组与外部电连接的引脚为焊球阵列402。具体地，焊球阵列402为球形，以为指纹识别芯片1提供更好的散热，同时由于焊球不易变形，而且焊球阵列402足够牢固，从而提高了指纹识别芯片1的使用寿命。
本实施例中，在指纹识别芯片1内部存在通过TSV工艺形成的硅通孔结构(在图中未标出)。指纹识别芯片1通过硅通孔结构将线路连接到所需的位置。由于硅通孔结构在指纹识别芯片1内部，并不暴露在外，因此不需要对硅通孔结构增加保护，从而有效减小了指纹识别芯片1的封装体积。
本实施例提供的指纹识别模组中，在指纹识别芯片1底部增加可作为引脚的焊球阵列，得到的指纹识别芯片1体积最小，厚度也最小。
本实用新型另一实施例提供一种指纹识别模组，如图5所示，本实施例提供的指纹识别模组是在上述实施例的基础上对指纹芯片进行的二次封装后得到的指纹识别模组。二次封装可以在增加指纹识别芯片1的下方增加基板或框架，以对指纹识别芯片1下方进行封装。本实施例以增加基板404为例进行说明。
本实施例中，在所述焊球阵列402下方设置有基板404，且增加的基板404可以为指纹识别芯片1的下方提供保护。所述基板404下方设置有通过触点阵列封装工艺(LGA，LandGrid Array)形成的触点阵列405，所述焊球阵列402通过所述触点阵列405与所述外部电路电连接。
具体的，本实施例中，焊球阵列402与触点阵列405间通过设置在基板404内的通路实现电连接，基板404内的通路将对应的焊球阵列402与触点阵列405进行电连接，从而把触点阵列405作为指纹识别芯片1与外部电路连接的引脚。
本实施例中，基板404的面积大于指纹识别芯片1的下表面面积，指纹识别芯片1的引脚有更多的排列方式，可以与不同的外部电路适配，从而增加了指纹识别芯片的适配性。
具体的，本实施例中，所述封装结构还包括塑封体403，所述塑封体403设置在所述基板404上且围绕所述指纹识别芯片1。
塑封体403的材料可以为环氧模塑料(EMC，Epoxy Molding Compound)，塑封体403包围指纹芯片并交联固化成型，从而为指纹识别芯片1的侧面提供保护。
具体的，所述塑封体403的上表面与所述保护层401的上表面理论上处于同一水平面，以方便后续加工。但在实际的工艺中保护层401与塑封体403是通过不同的工艺步骤分别形成在指纹识别芯片1上的，导致保护层401与塑封体403不一定在同一水平面上，此时，保护层401与塑封体403的高度差可为5微米左右。
本实用新型实施例提供的指纹识别模组中，封装指纹识别芯片1的封装结构包括设置在指纹识别芯片1下方的基板404，设置在指纹识别上表面的保护层401，以及设置在指纹识别芯片1周围的塑封体403。封装结构将指纹识别芯片1包含在内，为指纹识别芯片1的提供足够的保护。
本实用新型实施例提供的指纹识别模组，在露芯片封装的基础上，通过在指纹识别芯片的上表面增加保护层，增加的基板404可以为指纹识别芯片1的下方提供保护，从而得到的封装结构为基板类封装结构。
本实用新型实施例提供一种指纹识别模组，如图6所示，包括：指纹识别芯片1以及对所述指纹识别芯片1进行封装的封装结构，所述封装结构使所述指纹识别芯片1的指纹感应区101裸露，所述指纹感应区101的膜层上表面具有预设厚度的保护层501，所述保护层501保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区101并使所述指纹识别芯片1具有定义的指纹识别距离。
具体的，本实施例中，在所述指纹识别芯片1的下表面设置有焊盘，所述焊盘下方设置有基板505，所述指纹识别芯片1上设置有使所述指纹识别芯片1与所述焊盘上的电路电连接的槽结构502，所述基板505下方设置有与外围电路电连接的触点阵列506，所述焊盘与所述触点阵列506电连接，使所述指纹识别芯片1通过所述触点阵列506与外围电路电连接。
封装结构可以包括设置在指纹识别芯片1下方的基板505，基板505下方通过触点阵列封装工艺形成的触点阵列506，指纹识别芯片1与触点阵列506电连接后，再通过触点阵列506与外围电路电连接。
本实施例中，在指纹识别芯片1的侧面通过trench挖槽工艺形成的槽结构502，使指纹识别芯片1的侧面具有一台阶面，通过在槽结构502上设置布线层，将指纹识别芯片1表面的电路端口通过布线层引至台阶面，再通过金属引线503与指纹识别芯片1的焊盘上的电路电连接，然后焊盘上的电路通过重布线工艺(RDL，Redistribution Layer)与触点阵列506电连接。
具体的，本实施例中，通过trench挖槽工艺与重布线工艺将线路连接到所需要位置后，再在指纹识别芯片1的感应区表面加工形成保护层501。
本实施例或其他实施例中，保护层501为具有介电功能的有机物钝化层或无机物钝化层，钝化层的厚度为10～20um，钝化层的介电常数大于3，以减小钝化层对指纹识别芯片性能的影响。
钝化层通过旋涂涂布、喷涂涂布、气相沉积或者模具注塑形成，以保证钝化层具有预设厚度。
钝化层的材料组成一般为SiO2(二氧化硅),Al2O3(氧化铝)等无机成分颗粒，或树脂类有机涂料。具体的，保护层501包括有机材料时，可以通过改变不同的有机树脂的配比来改变材料的特性，如强度等，在改变材料特性后，如上述所示，保护膜的预设厚度也会根据不同的材料特性进行调整。
在通过气相沉积工艺形成保护层501时，由于气相沉积工艺为利用气相中发生的物理、化学过程，可在指纹感应区101上表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层，因此材料成分只含有无机类成分，不能含有有机类成分。
具体的，保护层501通过不同的工艺形成后，保护层501的物理特性与外观特性与指纹芯片封装结构中的塑封体504的物理特性与外观特性兼容。外观特性兼容是指保护层501的颜色与塑封体504的颜色可以相同或相近，具体的，塑封体504采用EMC塑封时，保护层501的颜色可以选择与EMC接近的黑色或灰色等。物理特性兼容例如：保护层501的材料与塑封体504的材料的膨胀和收缩力度相同或相近，使指纹识别芯片1的使用环境发生变化时，保护层501与塑封体504始终接触良好。
保护层501预设的厚度由多个方面综合确定，如封装前的指纹识别芯片1的识别距离、定义的指纹识别芯片1的识别距离、保护层501的材料、保护层501的适用环境等，指纹识别芯片1的定义的指纹识别距离越小，保护层501的厚度越大；保护层501的硬度越高，更不容易磨损或刮伤，保护层501的厚度越小；保护层501直接作为与手直接触的工作面时，所需的保护层501的厚度较大；保护层501上增加盖板后，盖板作为与手指接触的工作面时，保护层501所需的厚度较小。
具体的，本实施例中，所述封装结构还包括塑封体504，所述塑封体504设置在所述基板505上且围绕所述指纹识别芯片1。
塑封体504的材料可以为环氧模塑料(EMC，Epoxy Molding Compound)，塑封体504包围指纹芯片并交联固化成型，从而为指纹识别芯片1的侧面提供保护。
具体的，所述塑封体504的上表面与所述保护层501的上表面理论上处于同一水平面，以方便后续加工。但实际的工艺中保护层501与塑封体504是通过不同的工艺步骤分别形成在指纹识别芯片1上的，导致保护层501与塑封体504不在一定在同一水平面上，此时，保护层501与塑封体504的高度差为5微米左右。
以上实施例仅以封装完成后为露芯片封装或基板505类封装进行了示例性说明，但是指纹识别芯片1封装还包括框架类封装产品，框架类封装产品与基板505类封装类似，在此不再赘述。
指纹识别芯片1的保护层在封装完成后的下游模组组装等加工环节为指纹识别芯片1提供保护，但是，在下游的模组组装等加工环节完成后，指纹识别芯片1将投入使用，此时，也需要对指纹识别芯片1提供足够的保护。
在本实用新型提供的另一实施例中，如图7所示，指纹识别芯片1封装完成后，还可以在所述保护层上方设置有盖板507，所述盖板507通过树脂类胶水与所述保护层贴合，所述盖板507作为与手指接触的工作面，此时所述钝化层为与所述树脂类胶水适配的高表面能钝化层。表面能是衡量固体表面能量的单位，表面能高的钝化层与胶水的结合力高，使钝化层与树脂类胶水的结合更加紧密。
本实施例中，将盖板507作为指纹识别芯片1使用过程中与手指接触的工作面时，保护盖板507需要有足够的硬度，才能为指纹识别芯片1在使用过程中提供足够的保护。具体的，盖板507可以为玻璃、蓝宝石或者陶瓷材料。
可替代的，在使用过程中，所述保护层直接作为与手指接触的工作面。若需要在使用过程中为指纹识别芯片1提供足够的保护，保护层需要有足够的强度、厚度以及良好的疏油性、疏水性、防尘性、防刮伤性能等。保护层的性能可以通过采用不同的钝化材料实现，还可以在形成保护层的过程中进行加工，使保护层具有一定的微结构，如纳米级的凸起形状以及凸起形状间增加纳米级的间距等，通过微结构来增加指纹识别芯片1保护层的强度以及疏油性、疏水性等特性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种指纹识别模组，其特征在于，包括指纹识别芯片以及对所述指纹识别芯片进行封装的封装结构，所述封装结构使所述指纹识别芯片的指纹感应区裸露，所述指纹感应区的膜层上表面具有预设厚度的保护层，所述保护层保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区并使所述指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离。
2.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，还包括：与外部电路电连接的焊球阵列，所述焊球阵列位于所述指纹识别芯片的下方，并通过指纹识别芯片下表面的焊盘与所述指纹识别芯片的硅通孔结构电连接，令所述指纹识别芯片与所述外部电路电连接。
3.根据权利要求2所述的模组，其特征在于，在所述焊球阵列下方设置有基板，所述基板下方设置有触点阵列，所述焊球阵列通过所述触点阵列与所述外部电路电连接。
4.根据权利要求3所述的模组，其特征在于，所述封装结构还包括塑封体，所述塑封体设置在所述基板上且围绕所述指纹识别芯片。
5.根据权利要求4所述的模组，其特征在于，所述塑封体的上表面与所述保护层的上表面处于同一水平面。
6.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，在所述指纹识别芯片的下表面设置有焊盘，所述焊盘下方设置有基板，所述指纹识别芯片上设置有使所述指纹识别芯片与所述焊盘上的电路电连接的槽结构，所述基板下方设置有与外围电路电连接的触点阵列，所述焊盘与所述触点阵列电连接，使所述指纹识别芯片通过所述触点阵列与外围电路电连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的模组，其特征在于，所述保护层为钝化层。
8.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，所述钝化层为具有介电功能的有机物钝化层或无机物钝化层。
9.根据权利要求8所述的模组，其特征在于，所述钝化层的介电常数大于3。
10.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，所述钝化层为通过旋涂涂布、喷涂涂布、气相沉积或者模具注塑形成的所述钝化层。
11.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，所述钝化层的厚度为10～20um。
12.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，在所述钝化层上方设置有盖板，所述盖板与所述钝化层贴合并作为与手指接触的工作面。
13.根据权利要求12所述的模组，其特征在于，所述盖板通过树脂类胶水与所述钝化层贴合，所述钝化层为与所述树脂类胶水适配的高表面能钝化层。
14.根据权利要求7所述的模组，其特征在于，所述钝化层直接作为与手指接触的工作面。
15.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述指纹识别芯片包括裸晶芯片、晶圆级芯片或者封装芯片中的任一种。
16.根据权利要求1所述的模组，其特征在于，所述封装结构包括露芯片封装结构、基板类封装结构、框架类封装结构。
17.一种指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述封装结构使所述指纹识别芯片的指纹感应区裸露，所述指纹感应区的膜层上表面具有预设厚度的保护层，所述保护层保护裸露在所述封装结构外的所述指纹感应区并使所述指纹识别芯片具有定义的指纹识别距离。
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