TW201439865A - 指紋感測裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種指紋感測裝置的製造方法，包含以下步驟：設置一指紋感測器於一封裝基板之一正面上；利用多條導線將指紋感測器電連接至封裝基板；設置一導電結構於封裝基板之正面上，使導電結構電連接至封裝基板，導電結構之一最高點高於各導線之一最高點；提供一膠體覆蓋此等導線、指紋感測器、導電結構及封裝基板之正面；以及移除部分的膠體以露出導電結構。藉此使指紋感測裝置具有似平面美麗的外觀。一種指紋感測裝置亦一併提供。

Description

指紋感測裝置及其製造方法

本發明是有關於一種指紋感測裝置及其製造方法，且特別是有關於一種具有似平面美麗外觀之指紋感測裝置及其製造方法。

習知應用於人體皮膚的電容感測技術，係可應用於例如感測手指紋路的指紋感測器或者做為電容觸控的觸控板或螢幕。

特別是做為皮膚紋路的感測器，其與皮膚紋路接觸的部分之基本結構為陣列型的感測元，亦即由數個相同的感測元組成了二維感測器，例如手指置放於其上時，手指紋路之紋峰(ridge)會與感測器直接接觸，而手指紋路之紋谷(valley)則與感測器間隔一間隙，藉由每一感測元與紋峰接觸或與紋谷形成間隙，可以將手指紋路從二維電容圖像擷取出來，這就是電容式皮膚紋路感測器的最基本原理。

最常見的感測元結構，因為人體體內的導電特性，因此與感測器接觸的皮膚可以視為一等電位(虛擬接地(virtual ground))的電極板，而每一感測元為一平板電極，其與皮膚間便可以形成一電容，而位於兩電極板間的材料除了手指皮膚表層的角質層外，另有一感測器保護層設置於感測電極之上，作為與皮膚接觸。該保護層係為一單一絕緣層或多重絕緣層且必須具有耐環境腐蝕、耐力量衝擊、耐磨耗及耐靜電破壞等等特質。

為了達到上述的保護層的特質，最直接的方法是增加保護層的厚度，即可以同時達到以上所有的要求。然而，太厚的保護層將導致很小的感測電容值，因而降低感測的靈敏度。

圖1顯示一種傳統的電容式指紋感測器500的結構示意圖。如圖1所示，傳統的電容式指紋感測器500通常分成兩階段來製作。第一階段是指紋感測晶片510的製作階段，利用半導體製程可以將多個感測元514及多個晶片焊墊515製作於半導體基板511上，然後將晶片保護層512 製作於感測元514上，以提供保護及耐衝擊的特性。第二階段是封裝階段，將指紋感測晶片510置放於封裝基板520上，透過打線的方式將多條連接線530焊接至晶片焊墊515及封裝焊墊525上，然後利用封裝保護層(或稱模塑料(Molding Compound)層)540封住連接線530及焊墊515、525，並且只有露出具有感測元陣列的區域，這種習知的封裝方式，需要特殊的模具及方法，以保護感測元區域不被模塑料覆蓋，並且需要特殊的機台才能製作，因此成本高。

以現有的IC打線封裝技術而言，晶片表面513到達封裝面523的距離至少要100微米(um)以上。而以指紋感測器之500dpi規格為例，每一感測元514的面積約為50um×50um，以目前商用的模塑料的介電係數來計算，感測元的電容值約小於1fF，這是相當小的。若同時考量到封裝基板、晶片等的厚度控制，這個距離更是會造成很大的誤差。

因此，傳統的封裝保護層540是不能覆蓋於感測元514的上方，所以必須於第一階段製作晶片保護層512，且晶片保護層512的厚度(約1至20微米)不能太厚，以免影響感測的結果。如此一來，除了上述成本高之外，對於感測器耐環境腐蝕、耐力量衝擊、耐磨耗及耐靜電破壞等等特質的要求，更是一大挑戰。

圖2顯示一種傳統的電容式指紋感測器600的局部感測電極之示意圖。如圖2所示，電容式指紋感測器600的每一感測電極610除了與手指F間的感測電容Cf外，從感測電極610往晶片的內部看去，會存在一寄生電容Cp1。另外由於感測裝置為陣列元件，具有複數個感測元，所以每一感測電極610與周圍各感測電極610之間也存在一寄生電容Cp2，這些寄生電容都是處於變動的狀態。這種非固定的寄生電容會干擾量測，所以常常是造成無法達到高感測靈敏度的主因之一。為了達到Cf小於1fF的感測能力，解決Cp1及Cp2的干擾是最重要的問題。此外，如圖1所示的感測裝置，如果要將之整合與電子裝置中，則必須要特別在電子設備的外殼製作一開口以鑲埋此感測裝置，所以不但影響美觀，而且灰塵及髒污會卡在感測器與電子設備的交界處，讓外觀更顯難看。如圖2A所示，傳統的行動電話2000若要裝設有指紋感測器500，那麼行動電話2000的外殼2010必須被挖開一個開口2015，且開口2015的上下側必須要形成內凹 的滑道2020，來引導手指接觸這個指紋感測器500的晶片保護層512並進入感測區域。如此一來，整個行動電話2000的整體美觀受到嚴重破壞，且指紋感測器500與開口2015之間的空隙2025也容易卡灰塵，影響美觀及清潔。

因此，本發明之一個目的是提供一種具有似平面美麗外觀之指紋感測裝置及其製造方法。

為達上述目的，本發明提供一種指紋感測裝置的製造方法，包含以下步驟：設置一指紋感測器於一封裝基板之一正面上；利用多條導線將指紋感測器電連接至封裝基板；設置一導電結構於封裝基板之正面上，使導電結構電連接至封裝基板，導電結構之一最高點高於各導線之一最高點；提供一膠體覆蓋此等導線、指紋感測器、導電結構及封裝基板之正面；以及移除部分的膠體以露出導電結構。

本發明亦提供一種指紋感測裝置，其包含一封裝基板、一指紋感測器、多條導線、一導電結構以及一膠體。指紋感測器設置於封裝基板之一正面上。此等導線將指紋感測器電連接至封裝基板。導電結構設置於封裝基板之正面上。導電結構電連接至封裝基板。導電結構之一最高點高於各導線之一最高點。膠體覆蓋此等導線、指紋感測器及封裝基板之正面，固定導電結構，並使導電結構露出。

藉由本發明之上述實施例，即使手指與電容式感測陣列裝置有保護層及殼體的覆蓋，仍能具有高感測靈敏度，且不會被寄生電容影響到感測結果，更能依據自我增益調整，來提升感測所得的影像的均勻度。此外，可以提供一體化的設計，讓指紋感測器以及裝設有此指紋感測器的電子設備的外表更為美觀，亦可以利用保護層來達成配色的效果。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

Cf‧‧‧感測電容

Ch‧‧‧電容器

Ch1-CHn‧‧‧參考電容器

Cp1‧‧‧寄生電容

Cp2、Cp22‧‧‧寄生電容

F‧‧‧物體

GND‧‧‧接地電壓

PH0‧‧‧重置開關

S、T0、T1‧‧‧開關

S1至Sn‧‧‧參考開關

Vdrive‧‧‧耦合訊號

Vout‧‧‧輸出訊號

Vref‧‧‧參考電壓

1、1A‧‧‧電容式感測陣列裝置

10‧‧‧感測電極

20‧‧‧遮蔽導體層

30‧‧‧耦合訊號源

40‧‧‧固定電壓源

50‧‧‧開關模組

60‧‧‧讀取電路

61‧‧‧運算放大器

61A‧‧‧正輸入端

61B‧‧‧負輸入端

61C‧‧‧輸出端

62‧‧‧可調式電容器

62A‧‧‧第一端

62B‧‧‧第二端

65‧‧‧半導體基板

66‧‧‧第二焊墊

67‧‧‧感測元

70‧‧‧封裝基板

71‧‧‧第一焊墊

72‧‧‧連接線

73‧‧‧封裝保護層

74‧‧‧外露表面

80‧‧‧參考開關控制器

200A‧‧‧電子設備

300、300'‧‧‧指紋感測裝置

310‧‧‧封裝基板

311‧‧‧正面

312‧‧‧焊墊

320‧‧‧指紋感測器

321‧‧‧感測元

322‧‧‧焊墊

330‧‧‧導線

331‧‧‧最高點

340‧‧‧導電結構

341‧‧‧最高點

350‧‧‧膠體

360‧‧‧保護層

500‧‧‧電容式指紋感測器

510‧‧‧指紋感測晶片

511‧‧‧半導體基板

512‧‧‧晶片保護層

513‧‧‧晶片表面

514‧‧‧感測元

515‧‧‧晶片焊墊

520‧‧‧封裝基板

523‧‧‧封裝面

525‧‧‧封裝焊墊

530‧‧‧連接線

540‧‧‧封裝保護層

600‧‧‧電容式指紋感測器

610‧‧‧感測電極

2000‧‧‧行動電話

2010‧‧‧外殼

2015‧‧‧開口

2020‧‧‧滑道

2025‧‧‧空隙

圖1顯示一種傳統的電容式指紋感測器的結構示意圖。

圖2顯示一種傳統的電容式指紋感測器的局部感測電極之示意圖。

圖2A顯示一種傳統的行動電話之外觀圖。

圖3顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置的結構示意圖。

圖4顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置之局部感測電極結構設計之示意圖。

圖5顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置的單一感測元及其對應的感測電路之示意圖。

圖6顯示依據本發明第二應用例之電容式感測陣列裝置之單一感測元及其對應的感測電路之電路示意圖。

圖7顯示依據本發明第二應用例之電容式感測陣列裝置之單一感測元的控制時序圖。

圖8顯示依據本發明的應用例之另一電子設備之示意圖。

圖9A至9G顯示依據本發明較佳實施例之指紋感測裝置之製造方法的各步驟的結構示意圖。

為了解決上述感測裝置整合於電子裝置中所造成的外觀醜陋的缺點，一種本發明的應用例解決方案如圖8所示。

圖8顯示依據本發明的應用例之一電子設備200A之示意圖。如圖8所示，電子設備200A係可以是一手持式電子裝置，特別是手機，如圖所示如時下流行的iphone(蘋果公司所出產)，其外觀設計簡潔，除聽孔及相機外，其正反面(顯示面板及背殼)都沒有破孔設計，因此如果要將習知技術的指紋感測裝置設計進去，是有工業設計的問題。

為此，其中一個可行的地方為按鍵區域，也就是將感測裝置設計成按鈕的外觀，其基本需求為必須是近似平面的設計，以求手指接觸感測裝置時容易接觸到感測元陣列以得到良好的影像，另外一個非常重要的特點是，該按鈕的表面顏色是要與手機的設計整體搭配，簡而言之，不僅材料的感覺與烤漆的顏色都必須與手機的前面板設計具有整體感，也 是本發明感測裝置的主要發明特點。

圖3顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置1的結構示意圖。圖4顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置1之局部感測電極結構設計之示意圖。圖5顯示依據本發明第一應用例之電容式感測陣列裝置1的單一感測元及其對應的感測電路之示意圖。如圖3至5所示，本應用例之電容式感測陣列裝置1包含多個感測電極10、一遮蔽導體層20、一耦合訊號源30、一固定電壓源40、多個開關模組50、一個半導體基板65、一封裝基板70、多條連接線72以及一封裝保護層73。

此等感測電極10、遮蔽導體層20、耦合訊號源30、固定電壓源40以及此等開關模組50可以構成一個感測元67之一部分或全部，且係形成於半導體基板65中，在此，施加於該半導體基板之製程係包含了一完整的前段及後段半導體製程，例如電晶體元件製作以及連接導線，該半導體製程(例如CMOS製程)係在本應用例被利用來完成這些結構的製作，使得製造成本可以大幅降低。半導體基板65係設置於封裝基板70上。利用打線接合的方式，可以利用此等連接線72將封裝基板70的多個第一焊墊71電連接至半導體基板65上的多個第二焊墊66，以利於封裝產品的訊號及電源的輸出輸入用。封裝保護層73是利用一般封裝所用的模塑料，覆蓋半導體基板65、此等連接線72、此等第一焊墊71及此等第二焊墊66。於一個例子中，封裝保護層73的材料是使用環氧樹脂(Epoxy)，且其最表面至晶片表面的高度為大於或等於50um，硬度大於5H，因此能提供耐磨損、耐靜電放電破壞(ESD)以及耐衝擊等特性。此外，封裝保護層73具有與一物體F接觸的外露表面74，外露表面74為一個平面，且整個外露表面74作為電容式感測陣列裝置1的一個完整的上部平面，而不再有如圖1所是的起伏，故能適合全平面裝置的需求。

關於感測元67的細部構造方面，這些感測電極10彼此隔開地排列成一陣列，包含但不限於一維陣列或二維陣列。各感測電極10與物體F形成一感測電容Cf。於此的物體係以手指作為例子作說明，但是本發明並未受限於此，舉凡利用電容式感測原理運作的裝置，都可以應用本發明的感測陣列裝置。

遮蔽導體層20位於此等感測電極10下方，遮蔽導體層20 與各感測電極10形成一垂直寄生電容Cp1。遮蔽導體層20可以是一大片的導體層，也可以是多片導體層，可以利用一對一、一對多或多對一的型式對應於感測電極10，用以提供固定的寄生電容。

在圖4中，中間的感測電極10與四周的感測電極10亦形成水平寄生電容Cp22。這些水平寄生電容Cp22在圖5中被等效為一水平寄生電容Cp2。因此，此感測電極10與周圍之感測電極10之間形成水平寄生電容Cp2。

遮蔽導體層20與感測電極10可以利用半導體製程的金屬製程來完成，至於遮蔽導體層20與感測電極10之間的材料可以是單層或多層的金屬間介電層(inter-metal dielectrics,IMD)。利用半導體製程的多道金屬及IMD製程，即可完成感測元的製作。

耦合訊號源30耦合至物體F，並提供一耦合訊號Vdrive耦合至物體F。耦合訊號Vdrive可以直接或間接耦合至物體F，直接耦合可以是利用一與物體F接觸的耦合電極將耦合訊號傳送至物體F，亦或者該耦合電極與物體F之間仍有一介電層，稱之為間接耦合，其為電路之習知技術，故於此不作特別限制。

固定電壓源40提供一固定電壓至遮蔽導體層20，使遮蔽導體層20與各感測電極10形成穩定的垂直寄生電容Cp1。於本應用例中，是以0V的接地電壓(GND)當作固定電壓，然而，本發明並未受限於此，亦可以使用3.3V、5V或其他固定電壓來達成本發明的效果，惟必須注意的是，該固定電壓源必須要相當穩定，且不易受外界干擾而浮動，因為那會降低感測元的靈敏度。

這些開關模組50，在圖4與5中僅以T0及T1表示，且這些開關模組50一對一的電連接至這些個感測電極10及固定電壓源。當選取一個感測電極10進行感測時，設定該開關模組50使得感測電極10與固定電壓源40之間成斷路(open circuit)，同時使得其餘感測電極10與固定電壓源40之間成短路(short circuit)，使選取的感測電極10與其餘感測電極10之間形成穩定的水平寄生電容Cp2，俾能使電容式感測陣列裝置1之輸出與水平寄生電容Cp2及垂直寄生電容Cp1無關(請參見以下的公式推導)。開關模組50可以用電晶體或其他適當手段來實施，本發明並不特別作限 制。在圖4與5中，當中間的感測電極10被選取以進行感測時，開關模組T0呈現斷路，而開關模組T1呈現短路，也就是導通狀態。如此一來，周遭的感測電極10都是接地(或耦合至固定電壓)，同時也將底部的遮蔽導體層20設定成接地狀態(或耦合至固定電壓)，如此一來可以提供一穩定屏蔽環境(shielding environment)，將該感測電極完全包覆在其中，雖然該感測電極與四周的屏蔽環境間仍然存在一相當大的寄生電容，但是不同於習知設計，此一寄生電容係為一固定且穩定值，此舉是有利於感測電路的設計的。

如圖5所示，電容式感測陣列裝置1可以更包含多個讀取電路60，分別電連接至此等感測電極10，並分別輸出多個輸出訊號Vout。在本應用例中，為了避免每一感測電極的訊號傳輸太遠而被干擾，因而設計每一感測元有一運算放大器與感測電極相連結，藉以就近放大感測訊號，因而不怕傳輸線太長的干擾，因此，各讀取電路60包含一運算放大器61、一可調式電容器62以及一重置開關PH0。

運算放大器61可以全部或部分製作於感測電極10的正下方，而且一個感測電極10可以對應至一個運算放大器61，當然也可以多個感測電極10對應至一個運算放大器61。運算放大器61具有一正輸入端61A、一負輸入端61B及一輸出端61C，負輸入端61B電連接至感測電極10，正輸入端61A電連接至一參考電壓Vref。可調式電容器62之第一端62A電連接至負輸入端61B，其第二端62B電連接至輸出端61C。於此例子中，可調式電容器62是由一電容器Ch與一開關S所構成。於本例子中，由於只有一個電容器Ch，所以可以移除開關S。重置開關PH0與可調式電容器62並聯連接。

依據圖5的電路圖，可以藉由電荷守恆原理，推導出輸出訊號Vout如下。

當Vdrive=0時，重置開關PH0為短路，節點A的電荷Q1可以表示如下：Q1=Cf×(Vref-Vdrive)+Cp×Vref=Cf×Vref+Cp×Vref

當Vdrive=高(high)時，重置開關PH0為斷路，節點A的電荷Q2可以表示如下： Q2=Cf×(Vref-Vdrive)+Cp×Vref+Ch×(Vref-Vout)

依據電荷守恆原理，Q1=Q2

也就是Cf×Vref+Cp×Vref=Cf×Vref-Cf×Vdrive+Cp×Vref+Ch×Vref-Ch×Vout

可以簡化為Cf×Vdrive-Ch×Vref=-Ch×Vout

然後得到Vout=Vref-(Cf/Ch)×Vdrive

其中，Cp=Cp1+Cp2，由以上公式可以發現輸出訊號Vout與寄生電容Cp1及Cp2無關，如前所言，本發明應用例的特色就是將寄生電容這一項變動值(因為周遭環境是變動的)，藉由設計將其穩定，才能在運算放大器感測電路的特性下，自然地將其忽略。其中Cf/Ch為增益值，在實際設計上，Ch是越小越好，因為如此可以讓感測訊號在每一個獨立感測元內就被放大，更可以避免在傳輸線中被干擾而影響訊號品質。在本發明之一應用例中，Vdrive為3.3V，Vref為1.8V，Ch為1至4fF，然而並不以此為限。

圖6顯示依據本發明第二應用例之電容式感測陣列裝置1之單一感測元及其對應的感測電路之示意圖。如圖6所示，本應用例係類似於第一應用例，不同之處在於可調式電容器62包含多個參考電容器Ch1-CHn，分別透過多個參考開關S1至Sn而並聯連接於負輸入端61B及輸出端61C之間，透過控制此等參考開關S1至Sn之斷路及短路，以調整可調式電容器62之電容值。

於此例子中，電容式感測陣列裝置1可以更包含一參考開關控制器80，電連接至此等參考開關S1至Sn，並控制此等參考開關S1至Sn之斷路及短路。參考開關控制器80可以一次導通此等參考開關S1至Sn之其中一個，於此情況下，此等參考電容器Ch1-CHn最好被設計成具有多個電容值。或者，參考開關控制器80可以也可以一次導通此等參考開關S1至Sn之其中多個，於此情況下，這些參考電容器Ch1-CHn具有同一個電容值，當然也可以具有不同的電容值。參考開關S1至Sn的短路或斷路可以透過另一組控制單元來控制。

這種自我增益調整是存在於每個感測元中，並非是全部的 感測元共用一個增益調整單元，所以可以長距離傳輸而不受外部線路所造成的雜訊干擾。並且由於製造公差的存在，100um的保護層的厚度有可能是在80至130um之間，透過自我增益調整，可以消除製造差異所造成的問題，有效加強影像的均勻度及感測的靈敏度調整，這對任何感測元陣列都是最重要的，各感測元都可以獨立的調整增益，以達到均勻的影像及訊號強度。

圖7顯示依據本發明第二應用例之電容式感測陣列裝置1之單一感測元的控制時序圖。如圖7所示，於時間t0至t1期間，設定開關T0為斷路、開關T1為短路，並且設定開關PH0為短路，此時耦合訊號Vdrive為低準位(在本應用例為0V)，此階段為感測元運算放大器的前充電動作(pre-charge)。然後，於時間t1至t2期間，設定Vdrive到高準位(在本應用例為3.3V)，開關T0持續斷路，開關T1持續短路，但開關PH0此時轉換為斷路，此階段藉由電荷重分配(charge sharing)，開始進行對應於開關T0的感測電極10的感測，經由單一感測元內部運算放大器放大而得到Vout。以此類推，接著下一組感測元亦實行如同前述的動作，便可以將完整感測元陣列的訊號讀出。Vout輸出訊號即代表每單一感測元與待測物體F運算之情況。

至此為止，本發明應用例係為提出一具有高感測靈敏度的電容感測裝置，以適合本發明以下的實施例應用，然而本發明之實施例並不以此為限。

圖8顯示依據本發明的應用例之電子設備200A之示意圖。如圖8所示，電子設備200A之電容式感測陣列裝置1A係設置於一按鈕內部，當作電子設備200A的主按鍵及方向鍵用，當然該按鍵更可以包括一機械按壓開關，使其除了感測功能外，也具有按壓功能，方便讓使用者辨識那邊是按鍵區。因此，除了提供對物體的感測功能以外，電容式感測陣列裝置更可以提供按鍵功能，用以供該使用者輸入一控制指令，包含但不限於選取、移動等指令。

透過本發明的電容式感測陣列裝置的設計，即使手指與電容式感測陣列裝置有保護層及殼體的覆蓋，仍能具有高感測靈敏度，且不會被寄生電容影響到感測結果，更能依據自我增益調整，來提升感測所得 的影像的均勻度。

為了讓圖4之耦合訊號Vdrive可以直接或間接耦合至物體F，以下將提供數種實施方式的製造方法及所製造出來的結構。值得注意的是，本發明的製造方法並不特別限制於上述的應用例，舉凡具有類似結構的指紋感測器或其他感測器，都可以利用本發明的製造方法加以封裝。圖9A至9G顯示依據本發明較佳實施例之指紋感測裝置之製造方法的各步驟的結構示意圖。

首先，如圖9A所示，提供一封裝基板310，其中包含至少一金屬線路層(未顯示)來達成線路連接。舉例而言，封裝基板310可以是一印刷電路板，上面形成有多個焊墊312，焊墊312可以是屬於金屬線路層之一部分，亦可以電連接至此金屬線路層。當然在本發明中，該封裝基板也可以是導線架，如果需要更薄的封裝，也可以是軟性電路板。

然後，如圖9B所示，設置一指紋感測器320於封裝基板310之一正面311上。指紋感測器320譬如是面積型指紋感測器、滑動式指紋感測器或結合面積型與滑動式指紋感測器之複合式指紋感測器。指紋感測器320上亦形成有供訊號輸出及輸入用之焊墊322，指紋感測器320具有排列成陣列的多個感測元321。指紋感測器320相當於圖4的結構，也相當於形成於圖3的半導體基板65上的結構。

接著，如圖9C所示，利用多條導線330將指紋感測器320電連接至封裝基板310。於此，是採用打線(wiring boding)的方式執行，由於打線連接已經是現有封裝廠很成熟的技術，故於此不再詳述，於本實施例中，為了有更好的感測靈敏度，該打線的弧度需要被壓低，以致於打線高於晶片表面的高度約介於40至70微米(um)。導線330呈現一個彎曲的弧度，因此相對於封裝基板310之正面311的水平面具有一個最高點331。

然後，如圖9D所示，設置一導電結構340於封裝基板310之正面311上，使導電結構340電連接至封裝基板310，導電結構340之一最高點341高於各導線330之最高點331，如此才能使導線330在後續封膠過程不致露出。導電結構340同時也透過封裝基板310電連接至指紋感測器320，以讓前述的耦合訊號Vdrive可以透過導電結構340直接或間接耦合至物體F。

於一例子中，導電結構340是由金屬或低阻值的矽所構成。此導電結構340可以是實心體或是空心體。採用實心體的好處是可以增強結構強度。採用空心體的好處是減少材料，其中可以充填下述的膠體。雖然於此例子是以矩形的型式呈現導電結構340，所以導電結構340的最高點341有多個點，可以連成一水平線。但是，吾入應注意到，導電結構340的上表面亦可呈現彎曲狀，因此只具有一個峰部的最高點。於其他例子中，導電結構340可以具有多個峰部的最高點。當然該導電結構也可以是任何形狀的形狀以搭配如圖8所示按鈕的形狀，例如圓形等等，但是本發明不特別受限於此。一個較佳實施例為具有鎳表面材料的金屬結構，其具有不易氧化，高硬度及耐磨耗等特性，以避免在後續手指接觸摩擦造成破壞。導電結構在本發明中，還有一個重要的目的，其高度係為了控制圖3至圖5的感測元的感測靈敏度，於一較佳實施例中其高度高於各導線330之最高點331達到約10至30um。

接著，如圖9E所示，提供一膠體350覆蓋此等導線330、指紋感測器320、導電結構340及封裝基板310之正面311。此時，導電結構340是被膠體350覆蓋的。此步驟可以是藉由塑料射出成型或灌注封裝用膠體之灌膠程序而完成。該塑料或注膠在本實施例中主要為環氧樹指(epoxy)組成。

然後，如圖9F所示，移除部分的膠體350以露出導電結構340。於一例子中，採用研磨的方式來去除膠體350，藉由膠體與導電結構兩者的硬度差異，該研磨的機制可以得到一良好的控制，以期將研磨的停頓點設置在裸露出導電結構的瞬間或左右。圖9F的結構本身可以成為一個成品，因此，圖9F的指紋感測裝置300包含封裝基板310、指紋感測器320、多條導線330、導電結構340以及膠體350。指紋感測器320設置於封裝基板310之正面311上。導線330將指紋感測器320電連接至封裝基板310。導電結構340設置於封裝基板310之正面311上，導電結構340電連接至封裝基板310，導電結構340之最高點341高於各導線330之最高點331。膠體350覆蓋此等導線330、指紋感測器320及封裝基板310之正面311，固定導電結構340，並使導電結構340露出。本發明採用研磨機制以露出導電結構有兩個主要優點，第一是不需要利用後續的人工組裝 方式安裝導電金屬框，節省成本及縮小封裝的面積，這是電子裝置發展趨勢必要的需求，同時藉由導電結構高度的控制可以最小化晶片表面至膠體表面的距離，該距離越小，電容值越大，感測元也越靈敏。傳統上，如果用射出成型的方法，膠體最外表面至各導線330之最高點331至少要50微米(um)以上，這樣會降低感測元靈敏度。

於另一例子中，如圖9G所示，可以於膠體350上及露出之導電結構340上形成一保護層360。保護層360可以具有彩色顏色以隱藏膠體350、此等導線330及導電結構340，增加整體的美觀性，此保護層的設計機制即是為了配合電子裝置的的整體美觀而設計，正如圖8的電子裝置及感測裝置按鈕的設計，將感測裝置的最表層材料及顏色搭配相同於電子裝置的前面板設計。此外，保護層360可以具有疏水性，以避免水氣聚集在保護層360上而影響到指紋感測效果。因此，於圖9G中，指紋感測裝置300'更包含一保護層360，形成於膠體350上及露出之導電結構340上。值得注意的是，為了有良好的感測靈敏度，該保護層的厚度是需要被嚴格控制的，在本實施例中，厚度最好小於100微米(um)。

值得注意的是，亦可以使用膠體350來充當保護層。於此情況下，只要控制膠體350的移除量，使導電結構340不會露出即可。

請參見圖3至5，由於指紋感測器320相當於圖4與5的結構，也相當於形成於圖3的半導體基板65上的結構，所以指紋感測器320包含多個感測電極10、遮蔽導體層20、耦合訊號源30、固定電壓源40以及多個開關模組50。感測電極10彼此隔開地排列成陣列，各感測電極10與物體F形成感測電容Cf。遮蔽導體層20位於此等感測電極10下方。耦合訊號源30提供耦合訊號Vdrive，其透過導電結構340耦合至物體F。值得注意的是，在圖9F的狀況下，物體F直接耦合至耦合訊號Vdrive；而在圖9G的狀況下，物體F間接耦合至耦合訊號Vdrive。

固定電壓源40提供一固定電壓至遮蔽導體層20，藉以使遮蔽導體層20與各感測電極10之間形成一穩定的垂直寄生電容Cp1。多個開關模組50一對一的電連接至多個感測電極10及固定電壓源40。當選取多個感測電極10之一個感測電極10進行感測時，此等開關模組50被設定成使得選取的感測電極10與固定電壓源40之間成斷路，同時使得其餘 感測電極10與固定電壓源40之間成短路，藉以使選取的感測電極10與其餘感測電極10之間形成穩定的水平寄生電容Cp22。

藉由本發明之上述實施例，即使手指與電容式感測陣列裝置有保護層及殼體的覆蓋，仍能具有高感測靈敏度，且不會被寄生電容影響到感測結果，更能依據自我增益調整，來提升感測所得的影像的均勻度。此外，可以提供一體化的設計，讓指紋感測器以及裝設有此指紋感測器的電子設備的外表更為美觀，亦可以利用保護層來達成配色的效果。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

F‧‧‧物體

300‧‧‧指紋感測裝置

310‧‧‧封裝基板

311‧‧‧正面

312‧‧‧焊墊

320‧‧‧指紋感測器

321‧‧‧感測元

322‧‧‧焊墊

330‧‧‧導線

331‧‧‧最高點

340‧‧‧導電結構

341‧‧‧最高點

350‧‧‧膠體

Claims (13)

1. 一種指紋感測裝置的製造方法，包含以下步驟：(a)設置一指紋感測器於一封裝基板之一正面上；(b)利用多條導線將該指紋感測器電連接至該封裝基板；(c)設置一導電結構於該封裝基板之該正面上，使該導電結構電連接至該封裝基板，該導電結構之一最高點高於各該導線之一最高點；(d)提供一膠體覆蓋該等導線、該指紋感測器、該導電結構及該封裝基板之該正面；以及(e)移除部分的該膠體以露出該導電結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，更包含以下步驟：(f)於該膠體上及露出之該導電結構上形成一保護層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該保護層具有彩色顏色以隱藏該膠體、該等導線及該導電結構。
4. 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該保護層具有疏水性，且該導電結構之該最高點高於各該導線之該最高點達到10至30微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該步驟(d)係藉由射出成型而完成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該步驟(d)係藉由灌膠而完成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該導電結構係由金屬或低阻值的矽所構成。
8. 一種指紋感測裝置，包含： 一封裝基板；一指紋感測器，設置於該封裝基板之一正面上；多條導線，將該指紋感測器電連接至該封裝基板；一導電結構，設置於該封裝基板之該正面上，該導電結構電連接至該封裝基板，該導電結構之一最高點高於各該導線之一最高點；以及一膠體，覆蓋該等導線、該指紋感測器及該封裝基板之該正面，固定該導電結構，並使該導電結構露出。
9. 如申請專利範圍第8項所述之指紋感測裝置，更包含：一保護層，形成於該膠體上及露出之該導電結構上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之指紋感測裝置，其中該保護層具有彩色顏色以隱藏該膠體、該等導線及該導電結構。
11. 如申請專利範圍第9項所述之指紋感測裝置，其中該保護層具有疏水性，且該導電結構之該最高點高於各該導線之該最高點達到10至30微米。
12. 如申請專利範圍第8項所述之指紋感測裝置，其中該指紋感測器包含：多個感測電極，彼此隔開地排列成一陣列，各該感測電極與一物體形成一感測電容；一遮蔽導體層，位於該等感測電極下方；一耦合訊號源，提供一耦合訊號，其透過該導電結構耦合至該物體； 一固定電壓源，提供一固定電壓至該遮蔽導體層，藉以使該遮蔽導體層與各該感測電極之間形成一穩定的垂直寄生電容；以及多個開關模組，一對一的電連接至該多個感測電極及該固定電壓源，當選取該多個感測電極之一個感測電極進行感測時，該等開關模組被設定成使得該選取的感測電極與該固定電壓源之間成斷路，同時使得其餘感測電極與該固定電壓源之間成短路，藉以使該選取的感測電極與其餘感測電極之間形成一穩定的水平寄生電容。
13. 如申請專利範圍第8項所述之指紋感測裝置，其中該導電結構係由金屬或低阻值的矽所構成。