TW201445699A - 發散式感測裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

於一種感測裝置中，多個感測電路元形成於下結構體中，上結構體沿著垂直方向設置於下結構體上，多個發散線路形成於上結構體中，並分別電連接至此等感測電路元。各發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段。多個感測電極元形成於上結構體中，並分別電連接至此等發散線路，且感測生物體之生物特徵而產生多個感測信號，感測信號分別透過此等發散線路傳輸至此等感測電路元，感測電路元分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。涵蓋此等感測電路元的最小分佈面積等於或小於涵蓋此等感測電極元的最小分佈面積。

Description

發散式感測裝置及其製造方法
本發明通常是關於一種感測裝置及其製造方法，且特別是有關於一種發散式感測裝置及其製造方法，以及應用該感測裝置於例如指紋感測之技術。
傳統的非光學式指紋感測裝置，譬如是電場/電容、熱感應、壓力感應等指紋感測裝置，因為必須對手指的紋路進行感測動作，所以其感測面積需要維持與手指接觸的必要面積，才能得到足夠的感測準確度。以電場/電容式的指紋感測器為例，其具有多個排列成陣列的感測元，這些感測元所佔的面積與手指的面積是一比一地對應。例如具有解析度500dpi的指紋感測器的設計，感測陣列中的感測元的節距(pitch)大約等於50微米(um)，每一個感測元同時包含了一感測電極及其下面所對應的感測電路，其通常的製作方式係將二者整合於半導體積體電路(IC)製程，例如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程，藉由製程中的最上表層金屬(top metal)作為感測電極元，以定義出感測元的節距，同時使每個感測電極下方成為所對應的感測電路，以形成一種單石型(monolithic)的設計。然而這樣的單石型設計，對於面積型的感測器(area sensor)而言，如果需要有多大的感測面積，就需要有多大的感測陣列。例如，感測陣列具有100 X 100個感測元，則會有約5mm X 5mm的感測面積，如果再加上周邊的類比及數位電路，則整個指紋感測器或晶片的面積將會是相當大，使得成本相當高昂。
因此，如何縮小感測電路的面積，卻仍保有等效大的感測面積，實為本案所欲解決的問題。
因此，本發明之一個目的係提供一種能縮小感測電路的面積，卻仍保有等效大的感測面積的感測裝置及其製造方法。
為達上述目的，本發明提供一種感測裝置，至少包含一下結構體、多個感測電路元、一上結構體、多個發散線路以及多個感測電極元。多個感測電路元形成於下結構體中。上結構體沿著一垂直方向設置於下結構體上。多個發散線路形成於上結構體中，並分別電連接至此等感測電路元。各發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段。多個感測電極元形成於上結構體中，並分別電連接至此等發散線路，此等感測電極元感測一手指之指紋而產生多個感測信號。此等感測信號分別透過此等發散線路傳輸至此等感測電路元。此等感測電路元分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。涵蓋此等感測電路元的一最小分佈面積小於涵蓋此等感測電極元的一最小分佈面積。
本發明亦提供一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：於一下基板上形成多個感測電路元而獲得一下結構體，下結構體具有多個露出之下連接部；於一上基板上形成多個發散線路而獲得一過渡上結構體，各發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，過渡上結構體具有多個露出之上連接部；將下結構體置於過渡上結構體上方，並使此等下連接部與此等上連接部分別對準並接合在一起而獲得多個連接部；填入一底膠於過渡上結構體與下結構體之間，並使底膠包圍此等多個連接部；以一模塑料(Molding Compound)層將過渡上結構體與下結構體固定在一起；移除部分之上基板，直到露出此等發散線路之其中一個垂直延伸區段為止；以及於上基板上形成多個電連接至此等發散線路之感測電極元，並於上基板及此等感測電極元上形成一保護結構。此等感測電極元感測一手指之指紋而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路傳輸至此等感測電路元，此等感測電路元分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。涵蓋此等感測電路元的一最小分佈面積小於涵蓋此等感測電極元的一最小分佈面積。
本發明更提供一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：於一下基板上形成多個感測電路元而獲得一下結構體，下結構體具有多個露出之下連接部；於一上基板上形成多個發散線路及多個感測電極元 而獲得一過渡上結構體，各發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，過渡上結構體具有多個露出之上連接部，此等感測電極元分別電連接至此等發散線路；將下結構體置於過渡上結構體上方，並使此等下連接部與此等上連接部分別對準並接合在一起而獲得多個連接部；填入一底膠於過渡上結構體與下結構體之間，並使底膠包圍此等多個連接部；以一模塑料(Molding Compound)層將過渡上結構體與下結構體固定在一起；以及移除上基板，其中，此等感測電極元感測一手指之指紋而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路傳輸至此等感測電路元，此等感測電路元分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。涵蓋此等感測電路元的一最小分佈面積小於涵蓋此等感測電極元的一最小分佈面積。
本發明更提供一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：於一下基板上形成配置成一感測電路元陣列之多個感測電路元而獲得一下結構體，下結構體具有多個露出之下連接部；將多個下結構體置放於一封裝基板上；以一模塑料層將下結構體與下基板固定在一起，模塑料層包覆此等下連接部；移除模塑料層之一部分，以露出此等下連接部；以及於模塑料層上形成多個發散線路及配置成一感測電極元陣列之多個感測電極元而獲得多個上結構體，各發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，此等發散線路將此等感測電極元分別電連接至此等下連接部。此等感測電極元感測一生物體之生物特徵而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路傳輸至此等感測電路元，此等感測電路元分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。涵蓋此等感測電路元的一最小分佈面積等於或小於涵蓋此等感測電極元的一最小分佈面積。
藉由上述的實施樣態，可以在不縮小指紋感測元的節距的情況下縮小感測電路元的節距，因而可以降低感測電路的晶片所使用的面積，藉此降低感測裝置的成本。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
A20‧‧‧最小分佈面積
A50‧‧‧最小分佈面積
F‧‧‧手指
P20‧‧‧節距
P50‧‧‧節距
SC‧‧‧切割線
1、1'、1"、1'''‧‧‧感測裝置
10、10'''‧‧‧下結構體
11‧‧‧下基板
12‧‧‧下連接部
13‧‧‧介電材料
20、20'''‧‧‧感測電路元
21‧‧‧掃描電路
22‧‧‧接收電路
30、30"‧‧‧上結構體
30B‧‧‧表面
30T‧‧‧表面
30TR、30"TR‧‧‧過渡上結構體
31、31"‧‧‧上基板
31A1‧‧‧絕緣層
31A2‧‧‧電性連接口
31A3‧‧‧金屬層
31B‧‧‧下表面
31T‧‧‧上表面
32、32"‧‧‧介電結構
33‧‧‧保護結構
40、40"、40'''‧‧‧發散線路
41、41"、41'''‧‧‧水平延伸區段
42、42"、42'''‧‧‧垂直延伸區段
42A‧‧‧絕緣層
43‧‧‧輸出焊墊
43C‧‧‧連接部
44‧‧‧連接部
45‧‧‧模塑料層
46‧‧‧錫球
47‧‧‧連接線
48‧‧‧底膠
50、50"‧‧‧感測電極元
51‧‧‧掃描電極
52‧‧‧接收電極
80‧‧‧封膠層
90‧‧‧電路板
101‧‧‧黏性載板
150‧‧‧封裝基板
160‧‧‧模塑料層
200‧‧‧電子設備
210‧‧‧面板
212‧‧‧凹槽
圖1顯示依據本發明第一實施例之感測裝置之局部立體分解圖。
圖2A與2B顯示依據本發明第一實施例之感測裝置之兩個例子的局部剖面圖。
圖3A至3J顯示依據本發明第一實施例之感測裝置之製造方法之各步驟的結構圖。
圖3K至3N顯示依據本發明第一實施例之感測電極元之形成方法之一個例子的各步驟的結構圖。
圖4顯示依據本發明第二實施例之感測裝置之局部立體分解圖。
圖5顯示依據本發明第二實施例之感測裝置之局部剖面圖。
圖6A至6D顯示依據本發明第二實施例之感測裝置之製造方法之各步驟的結構圖。
圖7A顯示依據本發明第三實施例之感測裝置之局部立體分解圖。
圖7B顯示依據本發明第三實施例之感測裝置之局部立體組合圖。
圖7C顯示依據本發明第三實施例之感測裝置之完整立體組合圖。
圖8A至8E顯示依據本發明第四實施例之感測裝置之製造方法之各步驟的結構圖。
圖9A顯示裝設有感測裝置之電子設備之俯視圖。
圖9B與9C顯示感測裝置之裝設位置的兩個例子。
本發明的概念主要是如何節省涵蓋感測電路及相關週邊處理電路的IC面積，以達到節省面積型指紋感測裝置的成本。本發明實施的創意在於將感測裝置拆開成為感測電路元陣列(包含相關週邊處理電路成為單石型IC)與實際與手接觸的感測電極元陣列，並予以分別製作。感測電路元陣列因為是完整的IC製程，因此要求每一感測電路元彼此節距予以縮小至例如25um，然而感測電極元彼此節距仍維持原有的產品要求的規格(例如商用指紋感測裝置要求至少500dpi，表示感測電極元的節距約為50um，這樣一來，本發明感測電路元陣列的面積將只有感測電極元陣列面積的1/4，因此可以大幅節省該感測IC的成本，而感測電極元陣列係僅由 IC製程後段的金屬導線(2至3層)製作而成，其成本相對低廉，而如何將兩者組裝而成係利用例如微凸塊(micro-bump或ubump)結構相互連接該感測電路元與該感測電極元，以形成一對一對應。為了達到這樣的效果，必須利用發散線路的設計，以下將有詳細的說明。
圖1顯示依據本發明第一實施例之感測裝置1之局部立體分解圖。圖2A與2B顯示依據本發明第一實施例之感測裝置1之兩個例子的局部剖面圖。於此實施例中，藉由一個精密的中介層(interposer)，以完成本發明創新性的結構發明。在本實施例中，中介層為矽中介層，當然也可以是玻璃、陶瓷材料或者其他材料所形成之中介層，而利用矽中介層最大優點在於其可以完全利用半導體製程的先進發展。
首先，如圖1與圖2A所示，本實施例提供一種感測裝置1，至少包含一下結構體10、構成一感測電路元陣列之多個感測電路元20、一上結構體30、多個發散線路40以及多個感測電極元50。感測電極元50的節距的範圍大概在25至80微米之間。
於一個例子中，下結構體10是藉由在下基板(特別是半導體基板，更特別是矽基板)11上，利用半導體製程形成多個感測電路元20。因此，感測電路元20是形成於下結構體10中，而下結構體10中因為形成有感測電路元等IC，故又可被稱為是感測IC下結構體。
上結構體30沿著一垂直方向設置於下結構體10上，當作一個精密的矽中介層用。上結構體30中沒有形成一主動元件(MOS電晶體或二極體等)，但可選擇地形成有電阻或電容及電感等被動元件。上結構體30至少包含一上基板31、一介電結構(可能具有單層或多層材料)32以及一保護結構33。於一例子中，上基板31是由矽所構成。值得注意的是，於本實施例中，介電結構32是形成於上基板31上，例如標準的半導體薄膜沉積(thin film deposition)及光刻技術(photo lithography)，而非是利用組裝的方式組裝上去，所以圖1的立體圖只是為了提供清楚顯示發散線路40的目的用。介電結構32位於上基板31之一下表面31B，並包圍此等發散線路40以保護並輔助支撐此等發散線路40。保護結構33位於上基板31之一上表面31T，並包圍此等感測電極元50。保護結構33係可以為一般的介電結構材料(如氧化矽及氮化矽等材料)組成，更可以包含具有疏水與疏 油性材料，也可以是其他高介電係數的陶瓷材料(例如氧化鋁等等)，亦或者多層材料的組合，用來保護感測電極元50。
多個發散線路40形成於上結構體30中，並分別電連接至此等感測電路元20。各發散線路40包含互相垂直之至少一水平延伸區段41與至少一垂直延伸區段42。較佳是使用至少兩個水平延伸區段41與至少兩個垂直延伸區段42。垂直延伸區段42包含直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)，TSV與上基板31之間存在有絕緣層42A，才能電性隔開TSV與矽基板。值得注意的是，於本實施例之發散線路40的最上方的垂直延伸區段42為TSV，而除了TSV以外的對應的其他分配線路本質上係為半導體後段製程所形成的金屬導線以及金屬間的栓塞金屬(via metal)組合而成，而介電結構32承載保護這些栓塞金屬以及金屬導線，分配線路的相關材料及製造方法係為熟悉該領域者所知悉，在此不加以說明。另外，水平延伸區段41的信號傳導方向是沿著水平方向，而垂直延伸區段42的信號傳導方向是沿著垂直方向。此外，TSV及發散線路是連接感測電極元50與感測電路元20的媒體，是作感測信號的傳導使用，而不是如習知技術般作為封裝使用般地連接至錫球或焊接至電路板作信號輸出用。再者，下結構體10與上結構體30連接的部位是以微凸塊接合的方式形成連接部44，且下結構體10與上結構體30之間填入有底膠(underfill)48來覆蓋支撐連接部44。
多個感測電極元50形成於上結構體30中，並分別電連接至此等發散線路40。此等感測電極元50感測一手指F之指紋而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路40傳輸至此等感測電路元20，此等感測電路元20分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。除了感測手指F之指紋以外，本發明的感測裝置亦可以感測與生物體接觸的電信號，例如當作觸控開關使用或感測皮膚的乾濕度、溫度、皮膚底下的血液成分、皮膚底下的血管分佈圖案等。亦即，本發明的感測電極元50可以感測生物體的生物特徵。此生物特徵最好是個人所獨特擁有的(單手指或多手指觸控並非是個人所獨特擁有的)，但並不受限於此。由於發散線路40的特殊設計，使得涵蓋此等感測電路元20的一最小分佈面積A20(或稱感測電路元陣列之最小分佈面積)等於或小於涵蓋此等感測電極元50的一 最小分佈面積A50(或稱感測電極元陣列之最小分佈面積)。舉例而言，此等感測電路元20之一節距(pitch)P20小於此等感測電極元50之一節距P50。由於目前的矽中介層所使用的金屬連線的線寬及線距都與現在半導體的製程技術相匹配(現行半導體製程已經可以提供至20nm製程了)，因此本發明也是利用這些相當精細的導體連線，才能將小面積的感測電路元陣列發散成大面積的感測電極元陣列，所以將中介層的TSV作為核心積體電路(IC)區塊(感測電路元20)的延伸是毫無問題的。
此外，為了將輸出信號輸出，上述之感測裝置1可以更包含多個輸出焊墊43、一模塑料(molding compound)層45以及一電路板90。
輸出焊墊43形成於上結構體30之一表面30B上，並分別電連接至此等感測電路元20，用以輸出此等輸出信號。模塑料層45覆蓋上結構體30及下結構體10，達成固定之功效。輸出焊墊43亦有其他的實施方式，說明於後。電路板90電連接至此等輸出焊墊43。於圖2A的例子中，此等輸出焊墊43係透過多個錫球46焊接至電路板90上。
於圖2B的感測裝置1'的例子中，此等輸出焊墊43係透過多個連接線47焊接至電路板90上，然後藉由封膠層80將連接線47與輸出焊墊43封住。
圖3A至3J顯示依據本發明第一實施例之感測裝置1之製造方法之各步驟的結構圖。首先，如圖3A所示，於一下基板11上形成多個感測電路元20而獲得一下結構體10，下結構體10具有多個露出之下連接部12。下基板11譬如是半導體基板，特別是矽基板，藉由半導體製程而在矽基板上形成感測電路元20以及包圍感測電路元20的介電材料13。該感測電路元係可以包含位於矽基板內的主動元件以及連接該等主動元件的線路元件，當然在本圖為了簡化說明，僅表示核心的感測電路元20的感測電路元陣列，然而熟悉該領域者當知悉，該感測電路元陣列係為一感測IC的一部分，且該IC更可以包含相關的類比及數位電路。接著，如圖3B所示，於一上基板31上形成一組多個發散線路40而獲得一過渡上結構體30TR，各發散線路40包含互相垂直之水平延伸區段41與垂直延伸區段42，過渡上結構體30TR具有多個露出之上連接部43C。屬於TSV的垂直延伸區段42的形成方式可以透過蝕刻出溝槽，在溝槽上形成絕緣層， 在絕緣層上形成金屬層、以此金屬層(譬如銅層)做為種子層進行電鍍等步驟以形成TSV。值得特別說明的是，本發明的上基板31的製造方式，係利用完整的晶圓(wafer)製造流程，也就是考量到最佳的成本，可以利用八吋或十二吋晶圓而以最佳成本效益來進行，然而晶圓尺寸並不受限。
然後，如圖3C與3D所示，將下結構體10置於過渡上結構體30TR上方，並使下連接部12與上連接部43C分別對準並接合在一起而獲得多個連接部44。值得注意的是，可以形成多個下結構體10。利用屬於晶片等級的多個下結構體10排列成陣列而與屬於晶圓等級的過渡上結構體30TR，藉由晶片堆疊於晶圓上(Chip On Wafer，COW)的技術來進行大量生產。此外，下連接部12及/或上連接部43C可以利用微凸塊的型式來實施。微凸塊可以是焊錫凸塊、銅凸塊或其他金屬凸塊，譬如金、銀、鎳、鎢、鋁及其合金所組成的凸塊。下連接部12與上連接部43C的接合可以是焊錫接合或直接金屬-金屬(譬如銅-銅)擴散接合。茲以焊錫凸塊的例子作說明，可以在露出的金屬上面形成一介電結構，再對介電結構定義出開口以露出連接墊，然後於連接墊與介電結構上形成一銅種子層，然後在銅種子層上形成光阻並對光阻定義出一開口，接著進行電鍍，以形成銅層，然後在銅層上形成焊帽(solder cap)，接著去掉光阻以進行回焊以形成微凸塊。
接著，如圖3E所示，填入一底膠48於過渡上結構體30TR與下結構體10之間，並使底膠48包圍此等多個連接部44。
然後，如圖3F所示，以模塑料層45將過渡上結構體30TR與下結構體10固定在一起。此舉在COW的技術上，可以將模塑料填充在相鄰的下結構體10之間，以利後續的切割程序的進行。
接著，如圖3G所示，移除部分之上基板31，直到露出此等發散線路40之其中一個垂直延伸區段42為止，如此可以使過渡上結構體30TR變成上結構體30。舉例而言，以一黏性載板101貼合模塑料層45，然後研磨部分之上基板31，使TSV露出為止。接著，移除黏性載板101。
然後，如圖3H所示，於上基板31上形成多個電連接至此等發散線路40之感測電極元50，並於上基板31及此等感測電極元50上形成一保護結構33。感測電極元50當作前述的感測元使用，可以利用電 容/電場/熱感應/壓力感應的原理來感測一手指F之指紋而產生多個感測信號。此等感測信號分別透過此等發散線路40傳輸至此等感測電路元20。此等感測電路元20分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。由於可以達成從感測電路元20發散至感測電極元50，所以涵蓋此等感測電路元20的最小分佈面積等於或小於涵蓋此等感測電極元50的最小分佈面積。關於感測電極元50的形成方式的細節的一個例子將說明於後。
為了將感測電路元20的信號取出，可以採用多種半導體製程及組裝製程，以下說明兩個例示但非限制之例子。
為了形成圖2A的感測裝置1，上述製造方法可以更包含以下步驟。首先如圖3I所示，移除部分之模塑料層45，以露出形成於上結構體30之表面30B上之多個輸出焊墊43。於一例子中，可以利用雷射來移除部分之模塑料層45。接著，如圖3J所示，植入多個錫球46於此等輸出焊墊43上，然後利用例如回焊(reflow)技術將此等輸出焊墊43焊接至一電路板90(參見圖2A)上。此電路板90具有至少一層導體連接層，主要是要將感測信號連接到其他電子裝置(譬如手機的處理器)使用，同時使電子裝置控制感測裝置1的運作。
為了形成圖2B的感測裝置1'，上述製造方法可以更包含以下步驟。請參見圖2B，首先移除部分之上基板31，以露出形成於上結構體30之表面30T上之多個輸出焊墊43。然後，將模塑料層45置於一電路板90上。接著，利用多條連接線47將此等輸出焊墊43連接線連接至電路板90上。由於這屬於標準的封裝製程，所以於此不再贅述。
圖3K至3N顯示依據本發明第一實施例之感測電極元之形成方法之一個例子的各步驟的結構圖。於一個例示但非限制例子中，感測電極元50可以藉由下述方式而形成。首先，如圖3K所示，在露出TSV(垂直延伸區段42)之後，在上基板31上形成一絕緣層(例如氧化矽或氮化矽層)31A1。接著，如圖3L所示，利用光刻技術(lithography)於TSV處形成電性連接口31A2。然後，如圖3M所示，於絕緣層31A1及TSV上形成一金屬層31A3。接著，如圖3N所示，利用光刻技術將金屬層31A3定義出多個電連接至TSV的感測電極元50。在本實施例中，絕緣層31A1可以被視為是上結構體30的一部分。此等感測電極元50係直接製作於此等TSV 上方，當然本發明並不受限於此，亦可以其他技術(譬如貼合、焊接等)來製作感測電極元50。
圖4顯示依據本發明第二實施例之感測裝置1"之局部立體分解圖。圖5顯示依據本發明第二實施例之感測裝置1"之局部剖面圖。如圖4與圖5所示，本實施例係類似於第一實施例，不同之處在於在本實施的上結構體30"沒有形成TSV，而是以圖2A的發散線路40的最上方導體的水平延伸區段當作感測電極元50"。因此，上結構體30"至少包含一介電結構32"，包圍此等發散線路40"及此等感測電極元50"。換言之，本實施例之發散線路40"也是形成於上結構體30"中，並分別電連接至此等感測電路元20。各發散線路40"包含互相垂直之至少一水平延伸區段41"與至少一垂直延伸區段42"，垂直延伸區段42"不包含TSV。多個感測電極元50"形成於上結構體30"中，並分別電連接至此等發散線路40"。
圖6A至6D顯示依據本發明第二實施例之感測裝置1"之製造方法之各步驟的結構圖。
首先，類似於圖3A，於下基板11上形成多個感測電路元20而獲得下結構體10，下結構體10具有多個露出之下連接部12。
然後，如圖6A所示，於一上基板31"上形成多個發散線路40"及多個感測電極元50"而獲得一過渡上結構體30"TR，各發散線路40"包含互相垂直之至少一水平延伸區段41"與至少一垂直延伸區段42"，過渡上結構體30"TR具有多個露出之上連接部43C，此等感測電極元50"分別電連接至此等發散線路40"。
接著，如圖6B與圖6C所示，將下結構體10置於過渡上結構體30"TR上方，並使下連接部12與上連接部43C分別對準並接合在一起而獲得多個連接部44。然後，填入底膠48於過渡上結構體30"TR與下結構體10之間，並使底膠48包圍此等多個連接部44。然後，以模塑料(Molding Compound)層45將過渡上結構體30"TR與下結構體10固定在一起。接著，以黏性載板101貼合模塑料層45，並研磨上基板31以移除上基板31，直到上基板31完全被移除為止，也就是剩下介電結構32"及其中的感測電極元50"與發散線路40"，如此獲得如圖6D所示的結構。此外，亦可以在介電結構32"上形成至少一保護結構，該保護結構的材料可以如 前所述。
當然，在於本實施例中，此等感測電極元50"亦能感測手指F之指紋而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路40"傳輸至此等感測電路元20，此等感測電路元20分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號，其中涵蓋此等感測電路元20的最小分佈面積小於涵蓋此等感測電極元50"的最小分佈面積。輸出焊墊43的輸出連接方式是類似於第一實施例，故於此不再贅述。
圖7A、圖7B與圖7C分別顯示依據本發明第三實施例之感測裝置1'''之局部立體分解圖、局部立體組合圖以及完整立體組合圖。本實施例係類似於第二實施例，不同之處在於佈線的型式。因此，於第三實施例的感測裝置1'''中，此等感測電極元50'''的感測電極元陣列至少包含多個掃描電極51，以及多個接收電極52，與此等掃描電極51互相垂直交織，舉例而言，利用兩金屬層設計即可以達到此一結構。所謂的垂直交織是指電極的連接線垂直跨過而不產生電連接。此外，感測電路元20'''的感測電路元陣列至少包含：多個掃描電路21，各掃描電路21電連接至此等掃描電極51之其中一行，以進行掃描動作；以及多個接收電路22，各接收電路22電連接至此等接收電極52之其中一列，以進行接收動作而獲得感測信號。
此實施例的感測結構類似於傳統觸控面板的投射式電容，雖然掃描電極51與接收電極52是以正方形的方式排列成陣列，但是掃描電極51與接收電極52亦可以菱形的方式排列，以提高覆蓋率。不同於傳統觸控面板的是本實施例的掃描電極51與接收電極52並未被玻璃(約為0.3~1mm)覆蓋，覆蓋掃描電極51與接收電極52的保護結構的厚度範圍大約是0.1微米至60微米之間，較佳是10至50微米，且本實施例的解析度遠高於觸控面板，感測元的解析度譬如25至80微米，較佳是50微米左右，也遠小於觸控面板的6mm，觸控面板的技術係將手指當作單一資訊輸入，而本發明則是要掃描到手指表面的紋路，這都使得本發明的感測元結構難度遠高於傳統的觸控面板，因此傳統的投射式電容觸控面板設計是完全無法達到指紋、血管分佈圖案及血液成分感測的功能。此外，本實施例將掃描電路21與接收電路22都設計於單一晶片上。掃描電路21與接收電路22 組合成感測電路元20'''。發散線路40'''同樣包含水平延伸區段41'''與垂直延伸區段42'''。此外，在圖7C中，模塑料層45同樣被提供以固定下結構體10'''與上結構體30'''。
由於本實施例的下結構體10'''的矽晶片的水平面積與上結構體30'''的水平面積不是一對一地對應，所以矽晶片可以被設計得細長且很小，有助於更進一步降低成本。再者，本實施例與第二實施例的另一區別在於感測元陣列(包含掃描電極51與接收電極52)並非是位於下結構體10'''的正上方。
圖8A至8E顯示依據本發明第四實施例之感測裝置之製造方法之各步驟的結構圖。本實施例的結構係類似於第二或第三實施例，但是由不同的製造方法所形成。
首先，如圖8A所示，於下基板11上形成多個感測電路元20而獲得下結構體10，下結構體10具有多個露出之下連接部12。下連接部12連接至感測電路元20。感測電路元20及下連接部12被介電材料13所包圍。可以一次於一晶圓上形成多個下結構體10，然後再進行切割以獲得多個下結構體10。這是利用一般半導體製程所成輕易完成的結構，故於此不再詳述。接著，將多個下結構體10置放於晶圓等級的封裝基板(譬如是矽基板、玻璃基板等)150上。然後，如圖8B所示，以一模塑料層160將下結構體10與下基板11固定在一起，模塑料層160包覆此等下連接部12。接著，以黏性載板101貼合封裝基板150。然後，進行譬如研磨等程序來移除模塑料層160之一部分，以露出此等下連接部12，如圖8C所示。接著，於模塑料層160上形成多個發散線路40"及多個感測電極元50"而獲得多個上結構體30"，如圖8D所示。發散線路的形成可以透過在模塑料層160上形成金屬層並對其圖案化，並透過多層的連線而達成。於此實施例中，是使用類似多層鍍膜及介電層材料的技術來形成發散線路。上結構體30"至少包含一介電結構32"，包圍此等發散線路40"及此等感測電極元50"。介電結構32"可以包含金屬層間介電結構及保護結構。保護結構是位於最上表面，用以保護感測電極元50"。接著，沿著切割線SC進行切割以獲得多個感測裝置，如圖8E所示。於本實施例中，各發散線路40"包含互相垂直之至少一水平延伸區段41"與至少一垂直延伸區段42"。此等發散線路40" 將此等感測電極元50"分別電連接至此等下連接部12。此等感測電極元50"可以感測一手指F之指紋而產生多個感測信號，此等感測信號分別透過此等發散線路40"傳輸至此等感測電路元20。此等感測電路元20分別處理此等感測信號以獲得多個輸出信號。類似於上述實施例的是，涵蓋此等感測電路元20的最小分佈面積等於或小於涵蓋此等感測電極元50"的最小分佈面積。
圖9A顯示裝設有感測裝置之電子設備200之俯視圖。圖9B與9C顯示感測裝置之裝設位置的兩個例子。如圖9A所示，上述實施例的感測裝置1/1'/1"/1'''可以裝設在譬如行動電話的面板下方。因為使用者很重視行動電話的外觀，所以將感測裝置隱藏在面板210下方是本發明設計的重點。因此，感測裝置一定要有全平面的設計，透過本發明的感測裝置，可以實施為面積型或滑動式指紋感測，將其安置在面板210的下表面(圖9B)或面板210的凹槽212中(圖9C)，使面板210同時具有觸控、顯示及指紋感測的功能。
藉由上述實施例，可以在不縮小指紋感測元的節距的情況下縮小感測電路元的節距，因而可以降低感測電路的晶片所使用的面積，藉此降低感測裝置的成本。
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。
A20‧‧‧最小分佈面積
A50‧‧‧最小分佈面積
1‧‧‧感測裝置
10‧‧‧下結構體
12‧‧‧下連接部
20‧‧‧感測電路元
30‧‧‧上結構體
31‧‧‧上基板
32‧‧‧介電結構
40‧‧‧發散線路
41‧‧‧水平延伸區段
42‧‧‧垂直延伸區段
50‧‧‧感測電極元

Claims (18)

  1. 一種感測裝置，至少包含：一下結構體；多個感測電路元，組成一感測電路元陣列，並形成於該下結構體中；一上結構體，沿著一垂直方向設置於該下結構體上；多個發散線路，形成於該上結構體中，並分別電連接至該等感測電路元，各該發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段；以及多個感測電極元，組成一感測電極元陣列，形成於該上結構體中，並分別電連接至該等發散線路，該等感測電極元感測一生物體之生物特徵而產生多個感測信號，該等感測信號分別透過該等發散線路傳輸至該等感測電路元，該等感測電路元分別處理該等感測信號以獲得多個輸出信號，其中涵蓋該等感測電路元的一最小分佈面積等於或小於涵蓋該等感測電極元的一最小分佈面積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，更包含：多個輸出焊墊，形成於該上結構體之一表面上，並分別電連接至該等感測電路元，用以輸出該等輸出信號；一模塑料層，覆蓋該上結構體及該下結構體；以及一電路板，電連接至該等輸出焊墊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該等輸出焊墊係透過多個錫球焊接至該電路板上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該等輸出焊墊係透過多個連接線焊接至該電路板上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該等感測電路元之一節距(pitch)等於或小於該等感測電極元之一節距。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該上結構體中沒有形成一主動元件，該至少一垂直延伸區段包含直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該上結構體中沒有形成一主動元件，該至少一垂直延伸區段不包含直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該上結構體至少包含：一上基板；一介電結構，位於該上基板之一下表面，並包圍該等發散線路；以及一保護結構，位於該上基板之一上表面，並包圍該等感測電極元。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該上結構體至少包含：一介電結構，包圍該等發散線路及該等感測電極元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中：該感測電極元陣列至少包含：多個掃描電極；以及 多個接收電極，與該多個掃描電極相互垂直交織；且該感測電路元陣列至少包含：多個掃描電路，各該掃描電路電連接至該等掃描電極之其中一行，以進行掃描動作；以及多個接收電路，各該接收電路電連接至該等接收電極之其中一列，以進行接收動作而獲得該等感測信號。
  11. 一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：(a)於一下基板上形成多個感測電路元而獲得一下結構體，該下結構體具有多個露出之下連接部；(b)於一上基板上形成多個發散線路而獲得一過渡上結構體，各該發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，該過渡上結構體具有多個露出之上連接部；(c)將該下結構體置於該過渡上結構體上方，並使該等下連接部與該等上連接部分別對準並接合在一起而獲得多個連接部；(d)填入一底膠於該過渡上結構體與該下結構體之間，並使底膠包圍該等連接部；(e)以一模塑料(Molding Compound)層將該過渡上結構體與該下結構體固定在一起； (f)移除部分之該上基板，直到露出該等發散線路之其中一個垂直延伸區段為止，以使該過渡上結構體變成一上結構體；以及(g)於該上基板上形成多個電連接至該等發散線路之感測電極元，並於該上基板及該等感測電極元上形成一保護結構，其中，該等感測電極元感測一生物體之生物特徵而產生多個感測信號，該等感測信號分別透過該等發散線路傳輸至該等感測電路元，該等感測電路元分別處理該等感測信號以獲得多個輸出信號，其中涵蓋該等感測電路元的一最小分佈面積等於或小於涵蓋該等感測電極元的一最小分佈面積。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中該步驟(f)至少包含：(f1)以一黏性載板貼合該模塑料層；以及(f2)研磨部分之該上基板。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，更包含以下步驟：(h)移除部分之該模塑料層，以露出形成於該上結構體之一表面上之多個輸出焊墊；(i)植入多個錫球於該等輸出焊墊上；以及(j)將該等輸出焊墊焊接至一電路板上。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，更包含以下步驟：(h)移除部分之該上基板，以露出形成於該上結構體之一表面上之多個輸出焊墊；(i)將該模塑料層置於一電路板上；以及 (j)利用多條連接線將該等輸出焊墊連接線連接至該電路板上。
  15. 一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：(a)於一下基板上形成多個感測電路元而獲得一下結構體，該下結構體具有多個露出之下連接部；(b)於一上基板上形成多個發散線路及多個感測電極元而獲得一過渡上結構體，各該發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，該過渡上結構體具有多個露出之上連接部，該等感測電極元分別電連接至該等發散線路；(c)將該下結構體置於該過渡上結構體上方，並使該等下連接部與該等上連接部分別對準並接合在一起而獲得多個連接部；(d)填入一底膠於該過渡上結構體與該下結構體之間，並使底膠包圍該等連接部；(e)以一模塑料(Molding Compound)層將該過渡上結構體與該下結構體固定在一起；以及(f)移除該上基板，其中，該等感測電極元感測一生物體之生物特徵而產生多個感測信號，該等感測信號分別透過該等發散線路傳輸至該等感測電路元，該等感測電路元分別處理該等感測信號以獲得多個輸出信號，其中涵蓋該等感測電路元的一最小分佈面積等於或小於涵蓋該等感測電極元的一最小分佈面積。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之製造方法，其中該步驟(f)至少包含：(f1)以一黏性載板貼合該模塑料層；以及(f2)研磨該上基板。
  17. 一種感測裝置之製造方法，至少包含以下步驟：(a)於一下基板上形成配置成一感測電路元陣列之多個感測電路元而獲得一下結構體，該下結構體具有多個露出之下連接部；(b)將多個該下結構體置放於一封裝基板上；(c)以一模塑料層將該下結構體與該下基板固定在一起，該模塑料層包覆該等下連接部；(d)移除該模塑料層之一部分，以露出該等下連接部；以及(e)於該模塑料層上形成多個發散線路及配置成一感測電極元陣列之多個感測電極元而獲得多個上結構體，各該發散線路包含互相垂直之至少一水平延伸區段與至少一垂直延伸區段，該等發散線路將該等感測電極元分別電連接至該等下連接部，其中，該等感測電極元感測一生物體之生物特徵而產生多個感測信號，該等感測信號分別透過該等發散線路傳輸至該等感測電路元，該等感測電路元分別處理該等感測信號以獲得多個輸出信號，其中涵蓋該等感測電路元的一最小分佈面積等於或小於涵蓋該等感測電極元的一最小分佈面積。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之製造方法，其中：該感測電極元陣列至少包含：多個掃描電極；以及多個接收電極，與該多個掃描電極相互垂直交織；且該感測電路元陣列至少包含：多個掃描電路，各該掃描電路電連接至該等掃描電極之其中一行，以進行掃描動作；以及多個接收電路，各該接收電路電連接至該等接收電極之其中一列，以進行接收動作而獲得該等感測信號。
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