CN213182779U - 一种基于隐藏式激励环的指纹传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于隐藏式激励环的指纹传感器，涉及集成电路技术领域，包括指纹传感芯片、基板、塑封层和隐藏式激励环；指纹传感芯片贴装在基板上，基板作为指纹传感芯片的载体，将指纹传感芯片上的信号传导到外部；塑封层覆盖在指纹传感芯片上面，保护指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器贴附在模组PCB板上，模组PCB板作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环集成到所述指纹传感器中。本发明降低了指纹传感器的封装成本、嵌入整机时的安装难度和安装成本，避免了人体手指与电信号的直接接触，避免了激励环引入的干扰，提高了指纹图像的采集质量，采图性能的鲁棒性更强。

Description

一种基于隐藏式激励环的指纹传感器

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于隐藏式激励环的指纹传感器。

背景技术

在现行技术中，指纹传感器已经广泛应用于各种智能锁，电子挂锁，手机等指纹识别装置中，利用人体的指纹特征对个人身份进行识别。而指纹传感器主要分光学式指纹传感器、电容式指纹传感器和超声波指纹传感器三种类型。其中，电容式指纹传感器由于体积小，功耗低，易于集成，成本低，产品一致性好等优点，而广泛应用于指纹锁和各种智能嵌入式设备。根据大多数的应用场景，市面上主流的指纹锁中采用的指纹传感器外部都带有一个环，用于检测手指的放上和采集指纹时将芯片内部的激励信号传导到手指上，这个环就是激励环，在指纹传感器中，激励环一般使用金属材料。实际应用中，很多智能锁和电子挂锁的外壳都是金属外壳，为了屏蔽静电，这些金属外壳通常做接地处理。指纹传感器的激励环与指纹锁外壳之间需要做隔离处理，否则激励环靠近系统地将导致手指检测的不灵敏且容易出现短路失效。另外，面对不同的人群，为了得到好的鲁棒性，激励信号往往会设计成大电流强驱动力的电信号。对于敏感人群，当手指直接接触到激励环，大电流信号注入手指时，往往会出现偶发的刺痛感，降低了产品使用的舒适性。同时，激励环的存在，增加了指纹传感器封装的成本。这些因素就限制了激励环在指纹识别装置中的应用。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于隐藏式激励环的指纹传感器。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是设计一种基于隐藏式激励环的指纹传感器，减少指纹传感器的封装成本，降低嵌入整机时的安装难度和安装成本，避免人体手指与电信号的直接接触，避免激励环引入的干扰，提高指纹图像的采集质量，采图性能的鲁棒性更强。

指纹传感器主要是指LGA封装成品(Land Grid Array，即栅格阵列封装)，发明人首先对传统的电容式指纹传感器进行分析，传统的电容式指纹传感器包括基板、指纹传感芯片、塑封层和表面coating层；指纹传感芯片贴装在基板上，基板作为指纹传感芯片的载体，将指纹传感芯片上的信号传导到外部；指纹传感芯片上方用塑封层进行覆盖，用于保护指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；塑封层上方覆盖表面coating 层，表面coating层为绝缘的介质材料，用于提高指纹传感器的抗ESD (Electro-Staticdischarge)等级，增强表面刮擦的硬度。为了使指纹传感器正常工作，还必须配以模组PCB板和激励环，指纹传感器贴附在模组PCB 板上，模组PCB板作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载，激励环为金属材料，采用焊接或者导电银胶粘贴的方式固定在模组PCB板上，激励环的内圈扣在指纹传感器四周上方。

当手指接触到激励环时，指纹传感芯片发出的激励信号通过模组PCB 板上布线传输到激励环，从而在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场的强弱来形成指纹图像。

发明人发现，传统的电容式指纹传感器为了避免激励环靠近系统地将导致手指检测的不灵敏且容易出现的短路失效，激励环与指纹锁外壳之间需要进行隔离处理；为了得到好的鲁棒性，激励信号往往会设计成大电流强驱动力的电信号，对于敏感人群，当手指直接接触到激励环，大电流信号注入手指时，往往会出现偶发的刺痛感；另外，传统的电容式指纹传感器的激励环需要单独开模具生产，然后安装在一起，增加了封装成本、安装难度和安装成本。

为解决传统的电容式指纹传感器上述问题，本发明的一个实施例中，提供了一种基于隐藏式激励环的指纹传感器，包括指纹传感芯片、基板、塑封层和隐藏式激励环；指纹传感芯片贴装在基板上，基板作为指纹传感芯片的载体，将指纹传感芯片上的信号传导到外部；塑封层覆盖在指纹传感芯片上面，用于保护指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器贴附在模组PCB板上，模组PCB板作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环集成到指纹传感器中。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，还包括表面coating层，表面coating层覆盖在塑封层上面。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，上述表面coating层采用绝缘的介质材料，厚度约为20um，用于提高指纹传感器的抗ESD(Electro-Staticdischarge)等级，增强表面刮擦的硬度。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，上述隐藏式激励环为导电coating层，覆盖在塑封层上面，环绕表面coating层的四周形成一圈环，并和表面coating层大致平齐位于同一层，通过通孔与指纹传感芯片内部激励信号相连。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，响应于手指与导电coating层的接触，指纹传感芯片发出激励信号，通过通孔传输到导电coating层，在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，上述隐藏式激励环为环绕指纹传感芯片的金属导线，贴附于基板表面，和指纹传感芯片位于同一层，并被塑封层和表面coating层覆盖。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，响应于手指与表面coating层的接触，隐藏式激励环与手指之间通过塑封层和表面coating层形成耦合，指纹传感芯片产生的激励信号在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，指纹传感芯片下沉到基板内部，隐藏式激励环和塑封层位于同一层并且大致平齐，并被表面coating层覆盖，隐藏式激励环到手指的耦合距离为表面 coating层的厚度。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，指纹传感器通过倒装的方式贴附在模组PCB板，隐藏式激励环制作于基板的顶部，通过基板内部走线，与指纹传感芯片的激励信号连接在一起，模组PCB 板在隐藏式激励环区域做挖空处理，确保手指与隐藏式激励环的接触。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，响应于手指与隐藏式激励环的接触，指纹传感芯片发出激励信号通过通孔传输到隐藏式激励环，在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，隐藏式激励环置于基板的顶部，通过基板内部走线，与指纹传感芯片的激励信号连接在一起。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，基板底部中间部位进行减薄处理放置指纹传感芯片，指纹传感芯片采集面朝上，基板底面与指纹传感芯底面大致在同一平面。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，响应于手指与隐藏式激励环的接触，指纹传感芯片的激励信号通过隐藏式激励环引出，并注入到手指上，在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

可选地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，还包括表面coating层，隐藏式激励环集成到指纹传感芯片上，并被塑封层覆盖，且上表面和指纹传感芯片的采集面大致平齐，表面coating层覆盖在塑封层上。

进一步地，在上述实施例中的基于隐藏式激励环的指纹传感器中，响应于手指与隐藏式激励环的接触，指纹传感芯片的激励信号通过隐藏式激励环引出，通过塑封层和表面coating层耦合到手指中，在手指内部形成电场，指纹传感芯片通过感测手指表面各点的电场强弱来形成指纹图像。

本发明将外部激励环集成到芯片封装内部或者芯片内部，无需在指纹传感器外部另外安装激励环，节省了指纹传感器的封装成本，降低了其嵌入整机时的安装难度。同时，本发明避免了人体手指与电信号的直接接触，应用起来更加便捷舒适，避免了外部激励环引入的干扰，提高了指纹图像的采集质量，采图性能的鲁棒性更强。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是图示根据示例性实施例的传统激励环的指纹传感器剖面图；

图2是图示根据示例性实施例的传统激励环的指纹传感器俯视图；

图3是图示根据示例性实施例一的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图；

图4是图示根据示例性实施例二的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图；

图5是图示根据示例性实施例三的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图；

图6是图示根据示例性实施例四的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图；

图7是图示根据示例性实施例五的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图；

图8是图示根据示例性实施例六的基于隐藏式激励环的指纹传感器结构图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方示意性地适当夸大了部件的厚度。

发明人发现，如图1和图2所示的传统的电容式指纹传感器，包括基板106、指纹传感芯片105、塑封层104和表面coating层103；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片105上的信号传导到外部；指纹传感芯片105上方用塑封层 104进行覆盖，用于保护指纹传感芯片105免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；塑封层104上方覆盖表面coating层103，表面coating层 103为绝缘的介质材料，用于提高指纹传感器的抗ESD(Electro-Static discharge)等级，增强表面刮擦的硬度。为了使指纹传感器正常工作，还必须配以模组PCB板102和激励环101，指纹传感器贴附在模组PCB板102 上，模组PCB板102作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载，激励环101为金属材料，采用焊接或者导电银胶粘贴的方式固定在模组PCB 板102上，激励环101的内圈扣在指纹传感器四周上方。响应于手指与激励环101的接触，指纹传感芯片105发出的激励信号通过模组PCB板102 上布线传输到激励环101，从而在手指内部形成电场，指纹传感芯片105 通过感测手指表面各点的电场的强弱来形成指纹图像。

为了避免激励环靠近系统地将导致手指检测的不灵敏且容易出现的短路失效，激励环101与指纹锁外壳之间需要进行隔离处理；为了得到好的鲁棒性，激励信号往往会设计成大电流强驱动力的电信号，对于敏感人群，当手指直接接触到激励环101，大电流信号注入手指时，往往会出现偶发的刺痛感；另外，传统的电容式指纹传感器的激励环101需要单独开模具生产，然后安装在一起，增加了封装成本、安装难度和安装成本。

为解决传统的电容式指纹传感器上述问题，发明人设计了一种基于隐藏式激励环的指纹传感器，包括指纹传感芯片、基板、塑封层和隐藏式激励环；指纹传感芯片贴装在基板上，基板作为指纹传感芯片的载体，将指纹传感芯片上的信号传导到外部；塑封层覆盖在指纹传感芯片上面，用于保护指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器贴附在模组PCB板上，模组PCB板作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环集成到指纹传感器中。

发明人对上述方案提供了实施例一，如图3所示，包括指纹传感芯片 105、基板106、塑封层104、隐藏式激励环304和表面coating层103；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片105上的信号传导到外部；塑封层104覆盖在指纹传感芯片105上面，用于保护指纹传感芯片105免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；表面coating层103覆盖在塑封层104上面，表面coating 层103采用绝缘的介质材料，厚度约为20um，用于提高指纹传感器的抗 ESD(Electro-Static discharge)等级，增强表面刮擦的硬度；指纹传感器贴附在模组PCB板102上，模组PCB板102作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环304集成在指纹传感器中，为导电coating层，覆盖在塑封层104上面，环绕表面coating层103的四周形成一圈环，并和表面coating层103大致平齐位于同一层，通过通孔与指纹传感芯片105内部激励信号相连。响应于手指与隐藏式激励环304(即导电coating层)的接触，指纹传感芯片105发出激励信号，通过通孔传输到隐藏式激励环304，在手指内部形成电场，指纹传感芯片105通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

发明人对上述方案提供了实施例二，如图4所示，包括指纹传感芯片 105、基板106、塑封层104和隐藏式激励环401；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片 105的信号传导到外部；塑封层104覆盖在指纹传感芯片105上面，用于保护指纹传感芯片105免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器贴附在模组PCB板102上，模组PCB板102作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环401集成到指纹传感器中，为环绕指纹传感芯片的金属导线，贴附于基板106表面，和指纹传感芯片105位于同一层，并被塑封层104和表面coating层103覆盖。响应于手指与表面coating层103的接触，隐藏式激励环401与手指之间通过塑封层104 和表面coating层103形成耦合，指纹传感芯片105产生的激励信号在手指内部形成电场，指纹传感芯片105通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

考虑到从激励环401到手指的耦合距离受塑封层104和表面coating 层103厚度的限制，发明人对上述实施例进行了改进，提供了实施例三，如图5所示，将基板106中间放指纹传感芯片105的部分制作得更薄，指纹传感芯片105贴装在基板106上，并下沉到基板106内部，隐藏式激励环401位于基板106较厚的部分，和塑封层104位于同一层并且大致平齐，并被表面coating层103覆盖，隐藏式激励环401到手指的耦合距离为表面coating层103的厚度。

发明人对上述方案提供了实施例四，如图6所示，包括指纹传感芯片 105、基板106、塑封层104和隐藏式激励环401；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片 105的信号传导到外部；塑封层104覆盖在指纹传感芯片105上面，用于保护指纹传感芯片105免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器通过倒装的方式贴附在模组PCB板102，模组PCB板102作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环401集成到指纹传感器中，制作于基板106的顶部，通过基板106内部走线，与指纹传感芯片 105的激励信号连接在一起，模组PCB板102在隐藏式激励环401区域做挖空处理，确保手指与隐藏式激励环401的接触。响应于手指与隐藏式激励环401的接触，指纹传感芯片105发出激励信号通过通孔传输到隐藏式激励环401，在手指内部形成电场，指纹传感芯片105通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

为了避免模组PCB板102做挖空处理，发明人对于上述实施例进行了改进，提供了实施例五，如图7所示，包括指纹传感芯片105、基板106、塑封层104和隐藏式激励环401；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片105上的信号传导到外部；隐藏式激励环401集成到指纹传感器中，置于基板106的顶部，通过基板106内部走线，与指纹传感芯片105的激励信号连接在一起，基板106底部中间部位进行减薄处理放置指纹传感芯片105，指纹传感芯片 105采集面朝上，基板106底面与指纹传感芯105底面大致在同一平面。响应于手指与隐藏式激励环401的接触，指纹传感芯片105的激励信号通过隐藏式激励环401引出，并注入到手指上，在手指内部形成电场，指纹传感芯片105通过感测手指表面各点的电场强弱形成指纹图像。

发明人对上述方案提供了实施例六，如图8所示，包括指纹传感芯片 105、基板106、塑封层104、表面coating层103和隐藏式激励环802；指纹传感芯片105贴装在基板106上，基板106作为指纹传感芯片105的载体，将指纹传感芯片105上的信号传导到外部；塑封层104覆盖在指纹传感芯片105上面，用于保护指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；指纹传感器贴附在模组PCB板上，模组PCB板102作为指纹传感器的载体，用于指纹传感器的承载；隐藏式激励环802集成到指纹传感芯片105上，且上表面和指纹传感芯片105的采集面大致平齐，表面 coating层103覆盖在塑封层104上。响应于手指与隐藏式激励环802的接触，指纹传感芯片105的激励信号通过隐藏式激励环802引出，通过塑封层104和表面coating层103耦合到手指中，在手指内部形成电场，指纹传感芯片105通过感测手指表面各点的电场强弱来形成指纹图像。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，包括指纹传感芯片、基板、塑封层和隐藏式激励环；所述指纹传感芯片贴装在所述基板上，所述基板作为所述指纹传感芯片的载体，将所述指纹传感芯片上的信号传导到外部；所述塑封层覆盖在所述指纹传感芯片上面，保护所述指纹传感芯片免受外部物理损伤、潮气入侵和化学腐蚀；所述指纹传感器贴附在模组PCB板上，所述模组PCB板作为所述指纹传感器的载体，用于所述指纹传感器的承载；所述隐藏式激励环集成到所述指纹传感器中。

2.如权利要求1所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，还包括表面coating层，所述表面coating层覆盖在所述塑封层上面。

3.如权利要求2所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述表面coating层采用绝缘的介质材料，厚度约为20um。

4.如权利要求2或3所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述隐藏式激励环为导电coating层，覆盖在所述塑封层上面，环绕所述表面coating层的四周形成一圈环，并和所述表面coating层大致平齐位于同一层，通过通孔与所述指纹传感芯片内部激励信号相连。

5.如权利要求2或3所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述隐藏式激励环为环绕所述指纹传感芯片的金属导线，贴附于所述基板表面，和所述指纹传感芯片位于同一层，并被所述塑封层和所述表面coating层覆盖。

6.如权利要求5所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述指纹传感芯片下沉到所述基板内部，所述隐藏式激励环和所述塑封层位于同一层并且大致平齐，并被所述表面coating层覆盖，所述隐藏式激励环到手指的耦合距离为所述表面coating层的厚度。

7.如权利要求1所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述指纹传感器通过倒装的方式贴附在所述模组PCB板，所述隐藏式激励环制作于所述基板的顶部，通过所述基板内部走线，与所述指纹传感芯片的激励信号连接在一起，所述模组PCB板在所述隐藏式激励环区域做挖空处理，确保手指与所述隐藏式激励环的接触。

8.如权利要求1所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述隐藏式激励环置于所述基板的顶部，通过所述基板内部走线，与所述指纹传感芯片的激励信号连接在一起。

9.如权利要求1所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，所述基板底部中间部位进行减薄处理放置所述指纹传感芯片，所述指纹传感芯片采集面朝上，所述基板底面与所述指纹传感芯底面大致在同一平面。

10.如权利要求1所述的基于隐藏式激励环的指纹传感器，其特征在于，还包括表面coating层，所述隐藏式激励环集成到所述指纹传感芯片上，并被所述塑封层覆盖，且上表面和所述指纹传感芯片的采集面大致平齐，所述表面coating层覆盖在所述塑封层上。

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