TW202026941A - 超音波指紋偵測和相關設備及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明描述一種超音波指紋感測器。該超音波指紋感測器可併有電容式超音波感測技術，例如呈一電容式超音波換能器陣列的形式。該超音波指紋感測器可併入至諸如呈智慧型手機及平板電腦之形式之行動電子裝備的各種電子裝備中，及併入於諸如指紋存取終端機之生物測定感測裝備中。
Description
本申請案係關於超音波感測器。相關申請案之交互參考
本申請案依據35 U.S.C. § 119(e)主張2018年12月7日在代理人案號B1348.70090US00下所申請且標題為「超音波指紋偵測以及相關設備及方法（ULTRASOUND FINGERPRINT DETECTION AND RELATED APPARATUS AND METHODS）」之美國臨時專利申請案第62/777,027號的權利，該案特此以全文引用的方式併入本文中。
超音波系統可用以使用具有比人類可聽頻率高之頻率的音波來執行診斷性成像及/或治療。超音波成像可用以查看內部軟組織體結構。在將超音波脈衝傳輸至組織中時，音波自組織反射，其中不同組織反射不同程度之聲音。可接著記錄此等所反射音波且以超音波影像顯示給操作者。聲音信號之強度（振幅）及波行進通過身體所花費的時間提供用以產生超音波影像之資訊。可使用超音波系統形成不同類型的影像。舉例而言，可產生用以展示組織之二維橫截面、血流、組織隨時間之運動、血液之位置、特定分子之存在、組織硬度或三維區之解剖結構的影像。
可使用包括懸掛在基板上方之可撓性薄膜之微機械超音波換能器來製造一些超音波成像裝置。空腔位於基板之部分與薄膜之間，使得基板、空腔及薄膜之組合形成可變電容器。當由適當電信號致動時，薄膜藉由振動產生超音波信號。回應於接收到超音波信號，而使薄膜振動，且結果上，可產生輸出電信號。
本申請案之態樣提供一種超音波指紋感測器。該超音波指紋感測器可併有電容式超音波感測技術，例如呈一電容式超音波換能器陣列的形式。該超音波指紋感測器可併入至諸如呈智慧型手機及平板電腦之形式之行動電子裝備的各種電子裝備中，及併入於諸如指紋存取終端機之生物測定感測裝備中。
根據本申請案之態樣，提供一種超音波指紋感測系統，其包含：一外殼；一顯示器，其耦接至該外殼使得該顯示器及該外殼界定一內部區域；及一單晶片超音波裝置，其安置於該顯示器與該外殼之間的該內部區域中且包含與一積體電路整合之一電容式超音波換能器陣列，該電容式超音波換能器陣列經組態以經由該顯示器發射及偵測超音波信號。
根據本申請案之態樣，提供一種具有指紋偵測之行動電子裝置，其包含：一外殼；一單晶片超音波裝置，其安置於該外殼內；及一顯示器，其耦接至該外殼，其中該單晶片超音波裝置安置於該外殼與該顯示器之間且經組態以自安置於該顯示器上之一物件接收所反射之超音波信號。
根據本申請案之態樣，提供一種超音波指紋偵測器，其包含：一單晶片超音波組件，其包含電容式超音波換能器，該等電容式超音波換能器與具有互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路之一CMOS基板單片地整合且經組態以自該等電容式超音波換能器發射具有約1/2吋之焦點的一射束；一顯示器玻璃；及一外殼，其耦接至該顯示器玻璃且經安置使得該單晶片超音波裝置安置於該外殼與該顯示器玻璃之間。
根據本申請案之態樣，提供一種超音波指紋偵測設備，其包含：一單晶片超音波裝置，其包含與互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路單片地整合之一電容式微機械超音波換能器（capacitive micromachined ultrasonic transducer；CMUT）陣列；一處理器，其耦接至該CMOS電路；及一記憶體，其耦接至該處理器且經組態以儲存一已知指紋，其中該處理器經組態以自積體電路接收用以指示一偵測到之指紋的資料且比較該資料與該已知指紋。
本申請案之態樣提供一種超音波指紋感測器。該超音波指紋感測器可併有電容式超音波感測技術，例如呈一電容式超音波換能器陣列的形式。該超音波指紋感測器可併入至諸如呈智慧型手機及平板電腦之形式之行動電子裝備的各種電子裝備中，及併入於諸如指紋存取終端機之生物測定感測裝備中。
根據本申請案之態樣，一種超音波指紋感測器包含單晶片超音波裝置，其處於外殼內且經組態以經由顯示器來感測個體之指紋。諸如智慧型手機、平板電腦及自動櫃員機之各種電子裝備包括顯示器，該顯示器在至少一些情形中為觸敏式的。根據本申請案之態樣，一種超音波感測器可內含於此裝備內且經組態以偵測使用者觸摸顯示器之指紋。習知超音波成像裝置使用聲學阻抗匹配層以接觸個體。然而，在諸如上文所列舉出裝備的電子裝備之狀況下，典型地出於指紋偵測除外之功能（諸如，顯示功能）的目的而選擇該裝備之材料。舉例而言，典型地為智慧型手機選擇覆蓋玻璃，其覆蓋可包括有機發光二極體（OLED）層或其他顯示材料之顯示層。此類材料之聲學性質對於超音波傳輸並不理想，此係因為該等性質可導致超音波信號之不良或大的反射。儘管如此，本申請案之態樣提供超音波指紋感測器作為具有其他功能（例如，電話）之電子裝備之部分且經組態以經由顯示層偵測指紋。
應瞭解，本文中所描述之具體實例可用眾多方式中之任一者來實施。下文僅出於說明目的而提供特定實施方案之實例。應瞭解，此等具體實例及所提供之特徵/能力可個別地、全在一起或以兩個或多於兩個之任何組合加以使用，此係因為本文中所描述之技術的態樣在此方面不受限制。
圖1A說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含指紋感測器之攜帶型電子裝置的分解圖。攜帶型電子裝置100包括外殼102、電路板104、超音波指紋感測器106及覆蓋玻璃108。
攜帶型電子裝置100可為行動電話、智慧型手機或其他攜帶型電子裝置。攜帶型電子裝置100可經大小設定為手持型的，例如具有小於大約六吋之長尺寸 M
。本文中所描述之各種態樣不受特定尺寸限制。攜帶型電子裝置可提供各種功能，諸如進行及接收電話呼叫、發送及接收文字訊息、連接至網際網路、文書處理、語音辨識或其他功能。
外殼102經組態以容納電路板104。在一些具體實例中，電路板104為印刷電路板，但替代例為可能的。更一般而言，電路板104為可經提供以支撐攜帶型電子裝置100之各種組件的基板之一個非限制性實例。
超音波指紋感測器106可為電容式超音波指紋感測器。在一些具體實例中，超音波指紋感測器為包含與積體電路整合之電容式超音波換能器陣列的單晶片超音波裝置。在一些具體實例中，單晶片超音波裝置包含與互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路整合之電容式微機械超音波換能器（CMUT）陣列。下文結合圖4B及圖4C進一步描述非限制性實例。如圖1A中所展示，超音波指紋感測器106可為耦接至電路板104之離散封裝組件。然而，其他組態為可能的，諸如將超音波指紋感測器106之超音波換能器與共同基板上之其他組件單片地整合。
覆蓋玻璃108經組態以與外殼102配合且界定供安置電路板104之封閉空間。覆蓋玻璃108可簡單地為一層玻璃或塑膠，或可為顯示器之部分。舉例而言，有機顯示層可安置於覆蓋玻璃108之背側上，其實例展示於圖3中且在下文進一步描述。
超音波指紋感測器106可經組態以經由覆蓋玻璃108來發射及接收超音波信號。以此方式，可偵測到觸摸覆蓋玻璃108之個體的指紋。在一些具體實例中，超音波指紋感測器106可經組態以經由玻璃、陶瓷、金屬及有機膜堆疊進行發射及接收，諸如可存在於智慧型手機、平板電腦及其他電子裝置中。
圖1B展示圖1A之經組裝攜帶型電子裝置。在此圖中，超音波指紋感測器106說明為虛線框，此係因為其經由覆蓋玻璃108為不可見。超音波指紋感測器106安置於由外殼102及覆蓋玻璃108所界定之封閉空間內。
圖2說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含掃描手指202之超音波指紋感測器的電子裝置之側視圖。圖2描繪自超音波指紋感測器朝向個體之手指延伸距離D1的超音波束204之實例。超音波指紋感測器在一些狀況下可包含電容式微機械超音波換能器（CMUT），且在一些狀況下可包含一起感測目標之CMUT陣列。舉例而言，如先前所描述，超音波指紋感測器可為包含電容式超音波換能器陣列的單晶片超音波裝置。距離D1之值可為小的，且在一些具體實例中可為零，意謂手指202與攜帶型電子裝置100直接接觸，諸如與覆蓋玻璃108直接接觸。然而，出於說明目的，距離D1展示為非零。超音波束204可具有經組態以自手指202之表面反射的頻率。以此方式，可產生指紋之影像。根據一些具體實例，超音波束可聚焦於超音波指紋感測器的二分之一吋內。舉例而言，自CMUT（或CMUT陣列）之上表面至超音波束204之焦點的距離可小於二分之一吋。在一些具體實例中，超音波指紋感測器可經組態以將超音波束實質上聚焦於安置有超音波指紋感測器之電子裝置的顯示器之表面處。舉例而言，超音波束可聚焦於電子裝置之顯示器玻璃之外表面的0.5 mm至5 mm內。在一些具體實例中，射束之焦點可藉由校正由顯示器所引入之預期信號延遲而最佳化以處於所要位置處，諸如顯示器之外表面處。在一些具體實例中，超音波束204可經電子掃描且因此並非靜態射束。電子掃描可受指紋感測器內之電路控制，諸如單晶片超音波裝置之CMOS電路。
圖3說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含超音波指紋感測器之電子裝置的非限制性內部橫截面。在圖3之實例中，電子裝置300包含電路板340，其電耦接至顯示層320及超音波換能器陣列330且經組態以控制顯示層320及超音波換能器陣列330。顯示層經組態以經由可例如包含玻璃或透明塑膠之表面310來產生光311。作為非限制性實例，顯示層320可包含發光二極體（LED）顯示器或有機發光二極體（OLED）顯示器。超音波換能器陣列330經組態以藉由發射超音波信號312來感測個體之手指202。超音波換能器陣列330可包含配置於一層中之任何數目個電容式超音波換能器。在一些具體實例中，超音波換能器陣列330可為單晶片超音波裝置之部分，其中的積體電路與電容式超音波換能器整合。下文結合圖4B及圖4C進一步描述實例。
應瞭解，圖3之電子裝置300可包括未說明之額外組件。舉例而言，電路板340可包括處理器、記憶體、麥克風、揚聲器、攝影機、顯示驅動器或其他組件。因此，電子裝置300可執行指紋偵測除外的功能。實際上，在一些具體實例中，電子裝置300可主要用於指紋偵測除外的功能。舉例而言，指紋偵測功能性可用以提供使用者對電子裝置之存取從而存取額外功能，諸如本文中先前所描述的彼等功能。
如本文中已描述，本申請案之態樣提供電容式感測超音波指紋感測器。在一些具體實例中，可使用電容式微機械超音波換能器。可使用電容式換能器以及控制及處理電路之各種組態。三個非限制性實例包括：（a）安置於半導體基板上與控制及處理電路分開之電容式微機械超音波換能器陣列；（b）藉由與電路基板整合之工程基板所形成的電容式微機械超音波換能器陣列；及（c）經由積體電路基板上之薄膜層之低溫晶圓接合而直接整合於電路基板上的電容式微機械超音波換能器陣列。現描述此等實例中之每一者。
圖4A說明根據本申請案之具體實例的如可用於超音波指紋感測器中之微機械電容式超音波換能器的非限制性實例。如下文將進一步描述，所說明之換能器不包括控制或處理電路。因此，一個半導體晶片上之此類換能器的陣列可耦接至具有合適的控制及/或處理電路之分開的晶片或電路板。
電容式微機械超音波換能器400包含基板402、電極404、介電層406、408及410以及矽層412。介電層410與矽層412之組合可充當空腔414上方之薄膜。矽層412可經合適摻雜為導電的，或可選的另一電極層可安置於矽層412上。因此，薄膜、空腔及電極404之組合可形成可變電容器，其中電容取決於薄膜與電極之間的距離。
基板402可為任何合適之基板。舉例而言，基板402可為由矽或其他合適之半導體材料所形成的半導體基板。如先前所描述，雖然基板402可包括電極404及電佈線層，但其可缺乏用於控制電容式微機械超音波換能器之操作及處理來自電容式微機械超音波換能器之輸出信號的控制電路及處理電路。實情為，此電路可設置於晶片外。
電極404可為用於提供所要電行為之任何材料、形狀及尺寸，所要電行為包括施加電壓及接收由薄膜振動所產生之信號。在一些具體實例中，電極404可為環，且因此可在如圖4A中所展示之橫截面中出現。然而，其他形狀為可能的。電極可由金屬或其他合適的導電材料來形成。
介電層406、408及410可為用於提供介電行為之任何合適的材料。作為非限制性實例，介電層406可為氧化鋁（Al2
O3
），且介電層408及410可為氧化矽。
矽層412可具有用於結合介電層410以充當薄膜或薄膜之部分的任何合適厚度。舉例而言，在一些具體實例中，包括矽層412之薄膜可具有小於50微米之厚度。
如上文所描述，電容式微機械超音波換能器之替代實施方案為將換能器形成作為接合至積體電路基板之工程基板的部分。積體電路基板可包括表示控制電路及/或處理電路之積體電路。圖4B說明非限制性實例。具體而言，圖4B為根據本申請案之非限制性具體實例的包括電路基板之複數個電容式超音波換能器之橫截面圖，該電路基板與具有密封空腔之工程基板整合。
電容式超音波換能器420包括工程基板422及電路基板424。工程基板422包括第一矽層426、介電層428及表示薄膜之第二矽層430。空腔432定位於介電層428與第二矽層430之間。在此非限制性實例中，該等空腔由第二矽層430加以密封。工程基板422進一步包含在第一矽層426之導電部分之間提供電絕緣的絕緣部分434。
電路基板424包括積體電路438。積體電路438可包括用於控制工程基板之超音波換能器之操作及/或用於處理自超音波換能器輸出之信號的控制及/或處理電路。在一些具體實例中，積體電路438為CMOS電路且電路基板424為CMOS基板。積體電路可包括經組態以執行接收波束成形之接收波束成形器。積體電路可控制超音波換能器以發射及接收，其方式為使得對於單一傳輸事件來說，多個換能器可發射及接收超音波信號。在一些具體實例中，多通道發射及接收可作為給定傳輸事件之部分來執行，從而與單通道傳輸及接收將提供的資料相比為提供較大資料。在指紋偵測之內容背景中，用於給定傳輸事件之多通道操作可促進資料中之像差或其他不良效應的校正。在一些具體實例中，電路可包括多工電路。在一些具體實例中，可提供經組態以對多個通道之傳輸或接收進行多工的多工電路。
工程基板422及電路基板424藉由接合件436而接合在一起。在一些具體實例中，接合件436可為導電的，以在工程基板與積體電路438之間提供電連接。
可使用兩個晶圓級接合步驟以形成電容式超音波換能器420。工程基板422可藉由將第一矽晶圓與第二矽晶圓接合且接著在高溫下退火以形成強接合而形成。在一些具體實例中，退火溫度可高於450℃。工程基板可隨後在足夠低以確保積體電路438在接合期間不會損壞之溫度下與電路基板424接合。
形成於工程基板中且與電路基板接合之電容式微機械超音波換能器的其他實例描述於美國專利公開案第2018/0257927 A1號中，該案特此以全文引用的方式併入本文中。
電容式微機械超音波換能器之替代實施方案為藉由將換能器之薄膜直接接合至積體電路基板而直接在積體電路基板上以形成換能器。圖4C說明非限制性實例。如所展示，圖4C之電容式超音波換能器440的結構與圖4A之電容式微機械超音波換能器400的結構實質上相同，除了用包括積體電路444之電路基板442替換基板402。積體電路444可與圖4B之積體電路438實質上相同，且在一些具體實例中，可執行相同功能。
圖4C之電容式超音波換能器440可使用低溫晶圓接合來製造。可製造包括空腔414之電路基板442的結構，之後可將包含介電層410及矽層412之晶圓與電路基板接合以密封空腔414。該接合可在足夠低以確保積體電路444不會損壞之溫度下執行。舉例而言，在一些具體實例中，該接合可在不使用高於450℃之溫度的情況下來執行。
與積體電路基板整合且具有與積體電路基板直接接合之薄膜的電容式微機械超音波換能器之其他實例描述於美國專利第9,242,275號中，該專利以全文引用的方式併入本文中。
根據本申請案之態樣，超音波指紋感測器使用電容式微機械超音波換能器陣列。舉例而言，可提供展示於圖4A至圖4C中之換能器類型的陣列。圖5說明非限制性實例。
圖5說明微機械超音波換能器500之二維陣列的俯視圖。超音波換能器可為先前結合圖4A至圖4C所描述之類型中之任一者，但可使用其他形式之電容式超音波換能器。在所說明之實例中，超音波換能器502為圓形且分開成換能器單元504。該等單元可具有介於10微米與100微米之間、介於25微米與100微米之間、介於50微米與75微米之間的寬度W
（其在圓形橫截面單元之狀況下可為直徑），或用於提供足以偵測指紋之特徵之解析度的任何其他合適尺寸。超音波換能器502可隔開距離L
，其可介於1微米與20微米之間。單元薄膜可具有在一些具體實例中介於1微米與20微米之間且在其他具體實例中介於1微米與5微米之間的厚度（進出頁面）。換能器可具有諸如在先前所描述之 W
值之範圍內的任何合適值之間距。超音波換能器可具有足以在以下頻率下操作之尺寸：介於1 MHz與50 MHz之間、介於5 MHz與80 MHz之間（例如，介於5 MHz與30 MHz之間），或在此等範圍內之任何其他頻率或頻率範圍。如所展示，在一些具體實例中，換能器可按二維陣列配置，但替代例為可能的。當按二維陣列配置時，該陣列沿著列及行可具有任何合適數目個換能器。在一些具體實例中，該陣列在列及行中可具有相等數目個換能器，然而，替代例為可能的。根據本申請案之具體實例，超音波換能器可傳輸及/或接收具有假定為上文所列舉之彼等範圍內之任何值或值範圍的頻率之超音波信號。
圖6說明除了包含單晶片超音波裝置之超音波指紋感測器以外亦包括若干電組件的電路板之非限制性實例。電路板600包括超音波指紋感測器106、處理器602、記憶體604及顯示驅動器606。超音波指紋感測器106、處理器602、記憶體604及顯示驅動器606中之每一者可為離散組件，其如所展示藉由導電跡線608加以互連。亦可包括其他組件，此係因為圖6為可包括於併有超音波指紋感測器之電子裝備（諸如，智慧型手機、平板電腦或智慧型手錶）中的組件類型的非限制性實例。
根據非限制性具體實例，超音波指紋感測器106可與處理器602及記憶體604通信以執行指紋偵測。記憶體604可儲存一或多個已知指紋。超音波指紋感測器106可偵測指紋且將偵測到之指紋提供至處理器602。處理器602可自記憶體604擷取一或多個已知指紋，且比較偵測到之指紋與所擷取之一或多個指紋。若偵測到之指紋匹配已知指紋，則處理器602可授權使用者存取併有電路板600之裝置或系統的額外功能性。若判定不匹配，則可拒絕進一步存取。此操作方式為非限制性實例，此係因為替代例為可能的。
圖7A至圖7D說明根據本申請案之非限制性具體實例的電子裝置之非限制性實例，該等電子裝置可包括本文中所描述之類型的超音波指紋感測器。此等實例為除了圖1B中所說明之實例以外的實例。
圖7A說明具有顯示器702、外殼704及超音波指紋感測器706之平板電腦700。超音波指紋感測器可安置於顯示器702與外殼704之間，且因此在一些具體實例中，安置於顯示器702與外殼704兩個組件之間的封閉空間內。出於此原因，超音波指紋感測器可在視覺上被顯示器702遮擋，且因此展示為虛線框。顯示器702可為本文中先前所描述之類型中之任一者，或任何其他合適類型。舉例而言，顯示器702可包括例如OLED層之顯示層及覆蓋玻璃。替代例為可能的。超音波指紋感測器706可用以對平板電腦700之額外功能提供存取，諸如關鍵資料、文書處理、網際網路存取及攝影機功能性，連同其他可能功能。超音波指紋感測器706之定位為非限制性的，此係因為其可定位於任何合適位置處以用於經由顯示器來偵測使用者之指紋。
圖7B說明具有外殼711、超音波指紋感測器712及顯示器714之膝上型電腦710。在此實例中，超音波指紋感測器712並不安置於電子裝置之顯示器下方，而是安置於外殼之可能不用於顯示的一部分之下。可為本文中所描述之超音波指紋感測器的類型中之任一者的超音波指紋感測器712可用以對膝上型電腦之其他功能性提供存取。
圖7C說明根據本申請案之態樣的併有超音波指紋感測器之安全存取終端機的實例。安全存取終端機720包括覆蓋玻璃722及超音波指紋感測器724，該超音波指紋感測器可安置於覆蓋玻璃之下。視情況，覆蓋玻璃722可為顯示器之部分。然而，在替代具體實例中，安全存取終端機720可僅提供指紋偵測功能而不顯示其他類型之內容。舉例而言，使用者726可在超音波指紋感測器724上掃描其指紋，以使得能夠進入建築物、房間或其他固定位置。安全存取終端之其他用途亦為可能的。
圖7D說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含超音波指紋感測器之可穿戴式電子裝置。智慧型手錶700包括外殼701、顯示器702、腕帶704及超音波指紋感測器706。超音波指紋感測器706可為本文中先前所描述之超音波指紋感測器之類型中的任一者。超音波指紋感測器706可安置於外殼701與顯示器702之間，且因此由虛線框來指示。使用者可掃描其指紋以使得能夠存取手錶之其他功能。
除非有明確相反指示，否則如本文中在說明書及申請專利範圍中所使用之數詞「一」應被理解為意謂「至少一個」。
如本文中在說明書及申請專利範圍中使用之片語「及/或」應理解為意謂如此結合之要素中的「任一者或兩者」，亦即，在一些狀況下結合地存在且在其他狀況下未結合地存在的要素。使用「及/或」所列舉出的多個要素應以相同方式解釋，亦即，如此結合之「一或多個」要素。可視情況存在藉由「及/或」短語所特定地識別之要素除外的其他要素，無論與特定地識別之彼等要素相關抑或不相關。
如本文中在說明書及申請專利範圍中所使用，參考一或多個要素之清單的片語「至少一個」應理解為意謂選自要素清單中之任何一或多個要素的至少一個要素，但未必包括要素清單內所特定地列舉出的每一個要素中之至少一者，且未必排除要素清單中之要素的任何組合。此定義亦允許可視情況存在片語「至少一個」所指的要素清單內特定地識別之要素除外的要素，無論與特定地識別之彼等要素相關抑或不相關。
如本文中所使用，對介於兩個端點之間的數值之參考應理解為涵蓋數值可採用端點中之任一者的情形。舉例而言，陳述特性具有介於A與B之間或介於大約A與B之間的值應理解為意謂除非另外指出，否則所指示範圍包括端點A及B。
術語「大約」及「約」可用以意謂在一些具體實例中在目標值之±20%內、在一些具體實例中在目標值之±10%內、在一些具體實例中在目標值之±5%內，及又在一些具體實例中在目標值之±2%內。術語「大約」及「約」可包括目標值。
又，本文中所使用之片語及術語係出於描述之目的，且不應被視為限制性的。本文中對「包括」、「包含」或「具有」、「含有」、「涉及」及其變體的使用意謂涵蓋在其後所列舉出的項目及其等效物以及額外項目。
在上文已描述至少一個具體實例之若干態樣的情況下，應瞭解，所屬領域中具有通常知識者將易於想到各種更改、修改及改良。此類更改、修改及改良意欲為本發明之目標。因此，前文描述及圖式僅作為實例。
100:攜帶型電子裝置
102:外殼
104:電路板
106:超音波指紋感測器
108:覆蓋玻璃
202:手指
204:超音波束
300:電子裝置
310:表面
311:光
312:超音波信號
320:顯示層
330:超音波換能器陣列
340:電路板
400:電容式微機械超音波換能器
402:基板
404:電極
406、408、410:介電層
412:矽層
414:空腔
420:電容式超音波換能器
422:工程基板
424:電路基板
426:第一矽層
428:介電層
430:第二矽層
432:空腔
434:絕緣部分
436:接合件
438:積體電路
440:電容式超音波換能器
442:電路基板
444:積體電路
500:微機械超音波換能器
502:超音波換能器
504:換能器單元
600:電路板
602:處理器
604:記憶體
606:顯示驅動器
608:導電跡線
700:平板電腦/智慧型手錶
701:外殼
702:顯示器
704:外殼/腕帶
706:超音波指紋感測器
710:膝上型電腦
711:外殼
712:超音波指紋感測器
714:顯示器
720:安全存取終端機
722:覆蓋玻璃
724:超音波指紋感測器
726:使用者
本申請案之各種態樣及具體實例將參看以下圖式進行描述。應瞭解，該等圖式未必按比例繪製。藉由出現於所有圖式中之相同參考標號來指示出現於多個圖式中之項目。
[圖1A]說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含指紋感測器之攜帶型電子裝置的分解圖。
[圖1B]展示圖1A之經組裝攜帶型電子裝置。
[圖2]說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含掃描手指之超音波指紋感測器的電子裝置之側視圖。
[圖3]說明根據本申請案之非限制性具體實例的包含超音波指紋感測器之電子裝置的非限制性內部橫截面。
[圖4A]說明根據本申請案之非限制性具體實例的電容式超音波換能器之非限制性實例。
[圖4B]說明根據本申請案之非限制性具體實例的替代電容式超音波換能器之非限制性實例，該替代電容式超音波換能器包括與積體電路基板接合之工程基板。
[圖4C]說明根據本申請案之非限制性具體實例的替代電容式超音波換能器之非限制性實例，該替代電容式超音波換能器包括直接接合至積體電路基板之薄膜。
[圖5]說明根據本申請案之非限制性具體實例的可形成超音波指紋感測器之電容式超音波換能器陣列。
[圖6]說明除了包含單晶片超音波裝置之超音波指紋感測器以外亦包括若干電組件的電路板之非限制性實例。
[圖7A、圖7B、圖7C及圖7D]說明根據本申請案之非限制性具體實例的併有超音波指紋感測器之電子裝置的替代外觀尺寸。
100:攜帶型電子裝置
102:外殼
104:電路板
106:超音波指紋感測器
108:覆蓋玻璃
Claims (27)
- 一種超音波指紋感測系統，其包含： 外殼； 顯示器，其耦接至該外殼使得該顯示器及該外殼界定內部區域；及 單晶片超音波裝置，其安置於該顯示器與該外殼之間的該內部區域中，且包含與積體電路整合之電容式超音波換能器陣列，該電容式超音波換能器陣列經組態以經由該顯示器來發射及偵測超音波信號。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該顯示器為觸敏式顯示器。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該顯示器包含有機發光二極體（OLED）顯示層及覆蓋玻璃。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該外殼為手持型外殼。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該電容式超音波換能器陣列安置於工程基板中，且該積體電路安置於與該工程基板接合之電路基板中。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該積體電路安置於互補金屬氧化物半導體（CMOS）基板中，且該電容式超音波換能器陣列包含接合至該CMOS基板之薄膜。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該單晶片超音波裝置經組態以將所發射之超音波信號大致聚焦於該顯示器之表面處。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其進一步包含記憶體，該記憶體安置於該顯示器與該外殼之間的該內部區域中且耦接至該單晶片超音波裝置。
- 一種攜帶型電子裝置，其包含如請求項1之超音波指紋感測系統。
- 如請求項9之攜帶型電子裝置，其中該攜帶型電子裝置為智慧型手機。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該電容式超音波換能器陣列經組態以發射及偵測在5 MHz至30 MHz之頻率範圍內的超音波信號。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該電容式超音波換能器陣列包含複數個超音波換能器，該複數個超音波換能器具有介於25微米與100微米之間的空腔寬度。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該電容式超音波換能器陣列為二維陣列。
- 如請求項1之超音波指紋感測系統，其中該積體電路經組態以控制該超音波信號，以執行電子掃描。
- 一種具有指紋偵測之行動電子裝置，其包含： 外殼； 單晶片超音波裝置，其安置於該外殼內；及 顯示器，其耦接至該外殼，其中該單晶片超音波裝置安置於該外殼與該顯示器之間，且經組態以自安置於該顯示器上之物件接收所反射之超音波信號。
- 如請求項15之行動電子裝置，其中該外殼具有小於大約六吋之最長尺寸。
- 如請求項15之行動電子裝置，其中該顯示器包含發光顯示器層及玻璃層。
- 如請求項15之行動電子裝置，其中該單晶片超音波裝置包含安置於工程基板中之電容式超音波換能器陣列，及安置於與該工程基板接合之電路基板中的積體電路。
- 如請求項15之行動電子裝置，其中該單晶片超音波裝置包含安置於互補金屬氧化物半導體（CMOS）基板中之積體電路，及具有接合至該CMOS基板之薄膜的電容式超音波換能器陣列。
- 如請求項19之行動電子裝置，其中該行動電子裝置為智慧型手錶。
- 如請求項19之行動電子裝置，其中該行動電子裝置為智慧型手機。
- 如請求項18或19之行動電子裝置，其中該電容式超音波換能器陣列經組態以發射及偵測在5 MHz至30 MHz之頻率範圍內的超音波信號。
- 如請求項18或19之行動電子裝置，其中該電容式超音波換能器陣列包含複數個超音波換能器，該複數個超音波換能器具有介於25微米與100微米之間的空腔寬度。
- 如請求項15之行動電子裝置，其進一步包含電路板，該電路板包含安置於其上之複數個離散電子組件，其中該單晶片超音波裝置安置於該電路板上，且與該複數個離散電子組件中之第一電子組件電連通。
- 一種超音波指紋偵測器，其包含： 單晶片超音波組件，其包含電容式超音波換能器，該電容式超音波換能器與具有互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路之CMOS基板單片地整合，且經組態以自該電容式超音波換能器發射具有約1/2吋之焦點的射束； 顯示器玻璃；及 外殼，其耦接至該顯示器玻璃且經安置使得該單晶片超音波裝置安置於該外殼與該顯示器玻璃之間。
- 如請求項25之超音波指紋偵測器，其中該電容式超音波換能器經組態以發射射束，該射束具有在該顯示器玻璃之外表面之5 mm內的焦點。
- 一種超音波指紋偵測設備，其包含： 單晶片超音波裝置，其包含與互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路單片地整合之電容式微機械超音波換能器（CMUT）陣列； 處理器，其耦接至該CMOS電路；及 記憶體，其耦接至該處理器且經組態以儲存已知指紋，其中該處理器經組態以自該積體電路接收用以指示偵測到之指紋的資料且比較該資料與該已知指紋。
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Cited By (1)
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Families Citing this family (7)
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Family Cites Families (7)
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| US10497748B2 (en) * | 2015-10-14 | 2019-12-03 | Qualcomm Incorporated | Integrated piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer pixel and array |
| US10445547B2 (en) * | 2016-05-04 | 2019-10-15 | Invensense, Inc. | Device mountable packaging of ultrasonic transducers |
| US10408797B2 (en) * | 2016-05-10 | 2019-09-10 | Invensense, Inc. | Sensing device with a temperature sensor |
| US10235552B2 (en) * | 2016-10-12 | 2019-03-19 | Qualcomm Incorporated | Hybrid capacitive and ultrasonic sensing |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI777485B (zh) * | 2020-07-20 | 2022-09-11 | 神盾股份有限公司 | 指紋感測裝置 |
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