TWI531978B - 感測裝置 - Google Patents

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TWI531978B TW104100059A TW104100059A TWI531978B TW I531978 B TWI531978 B TW I531978B TW 104100059 A TW104100059 A TW 104100059A TW 104100059 A TW104100059 A TW 104100059A TW I531978 B TWI531978 B TW I531978B
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Description

感測裝置
本發明係關於一種感測裝置，尤其是一種電容式感測裝置。
由於電容式感測裝置輕薄且體積小的特性，使其被大量用於攜帶型電子裝置。電容式感測裝置常被用於指紋辨識或觸控感測，其原理係將感測電極層整合於一晶片中。待使用者手指按壓晶片表面時，感測電極層會因應使用者手指之指脊、指凹而產生不同電容，進而使晶片取得使用者手指的指紋影像或使用者手指的座標位置。
為避免晶片被重壓、刮擦而毀損，或受汗水侵蝕而損壞等問題，電容式感測裝置必須在晶片上覆蓋一層保護層，以令使用者手指不會直接接觸晶片表面。例如美國專利公開號US20140216914號專利申請案所揭露者，其係於電容式感測裝置表面覆蓋一層藍寶石水晶玻璃以達到防護目的。
雖然藍寶石水晶玻璃的介電常數高於一般玻璃而可提高感測靈敏度，但藍寶石水晶玻璃卻有著單價高，易碎，製程複雜等諸多缺點。因此，尋找一種可以取代藍寶石水晶玻璃的材質來用於保護層已成為極需解決的問題。
本發明之目的在於提供一種可提高感測靈敏度、節省成本及降低製程複雜度的電容式感測裝置。
本發明之目的在於提供一種感測裝置，包括：一保護層，包括一均向性高介電常數材料；以及一感應模組，設置於保護層下方，其中於一使用者手指置於保護層上時，感應模組藉由其與使用者手指產生之電容耦合現象得到相應於使用者手指之一資訊。
1‧‧‧感測裝置
11‧‧‧保護層
12‧‧‧感應模組
121‧‧‧基板
122‧‧‧感測晶圓顆粒
1221‧‧‧感測元件
123‧‧‧封裝外殼
13‧‧‧接合物
F‧‧‧使用者手指
F1‧‧‧指脊部
F2‧‧‧指凹部
3‧‧‧感應線路層
31‧‧‧第一電極層
31a‧‧‧第一電極電路圖案
32‧‧‧第二電極層
32a‧‧‧第二電極電路圖案
A‧‧‧第一方向
B‧‧‧第二方向
圖1係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中之結構示意圖。
圖2係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中之感應模組之複數感測元件之示意圖。
圖3係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中於使用者手指置於保護層上時之示意圖。
圖4係為本發明感測裝置於第二較佳實施例中之感應模組之感應線路層之示意圖。
本發明於一第一較佳實施例中提供一種感測裝置1。首先說明本發明感測裝置1之元件組成。請參照圖1及圖2，圖1係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中之結構示意圖，圖2係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中之感應模組之複數感測元件之示意圖。感測裝置1包括保護層11及感應模組12。其中保護層11由均向性高介電常數材料製成，且 於本發明中所提及之高介電常數之數值係指大於藍寶石水晶玻璃之介電常數之數值。而於本例中所使用的均向性高介電常數材料為陶瓷材料，例如但不限於二氧化鋯，其介電常數趨近30，遠大於藍寶石水晶玻璃之介電常數，其約為10，故可提高電容值而增強感應模組12接收之電訊號強度，進而增加感測靈敏度，以下將進一步說明。
接著，感應模組12設置於保護層11下方，於本例中感應模組12為一指紋辨識晶片，且該指紋辨識晶片包括基板121、設置於基板121上之感測晶圓顆粒122以及封裝外殼123。其中感測晶圓顆粒122包括複數感測元件1221，且複數感測元件1221形成一電極層。
晶圓(Wafer)是製造積體電路(Integrated Circuit,IC)的基本材料，通常是由矽(Silicon,Si)或砷化鎵(Gallium Arsenide,GaAs)等半導體(Semiconductor)所組成，於本例中感測晶圓顆粒元件122可以是矽晶圓，但不以此為限。此外，基板121及感測晶圓顆粒122被封裝於封裝外殼123中，以達到保護之目的。於本例中封裝外殼123由環氧樹脂(Epoxy)材料製成，但不以此為限。而封裝方式則可以是引腳插入型(Pin Through Hole，PTH)或表面黏著型(Surface Mount Technology，SMT)等任何可能習知封裝方式，故於此不再贅述。
再者，保護層11係透過接合物13貼合於感應模組12之封裝外殼123，且保護層11位於對應感測晶圓顆粒122之處，於本例中接合物13為一絕緣材料，其可以是黏著劑、雙面膠等，但不以此為限。
補充說明的是，基板121及感測晶圓顆粒122亦可不被封裝於封裝外殼123中，而使保護層11直接貼合於感測晶圓顆粒122，而不以 前述者為限。
接下來說明本發明第一較佳實施例之感測裝置1的運作原理，請參照圖3，圖3係為本發明感測裝置於第一較佳實施例中於使用者手指置於保護層上時之示意圖。由於人體為一電導體，因此當一使用者手指F置於保護層11上時，使用者手指F可被視為另一電極層，於是手指F與複數感測元件1221之間將產生電容耦合現象。又如圖3所示，每一感測元件1221對應使用者手指F表面之一點，而使用者手指F表面具有複數指脊部F1與複數指凹部F2，因此使用者手指F表面之每一點與複數感測元件1221的距離不盡相同，故每一感測元件1221所感應之電訊號強度也不相同。基於此，感應模組12即可得知每一感測元件1221與使用者手指F表面的距離，進而合成具有複數指脊部F1與複數指凹部F2的使用者手指F表面之指紋影像資訊。
如前所述，保護層11由均向性高介電常數材料製成，且於本例中所使用的均向性高介電常數材料為陶瓷材料，其介電常數趨近30，可提供較大電容值，故當使用者手指F與複數感測元件1221間產生電容耦合現象時，感應模組12依據電容值強弱而接收到之電訊號將更為明顯，進而增加其感測靈敏度。
又保護層11可提供之電容值係由其厚度與介電常數決定，亦即電容值與厚度的乘積等於介電常數，故當介電常數較大時，不需增加厚度也可提供較大電容值，因此本例之保護層11可於維持薄型化的同時提供較大電容值。
此外，本發明更提供一第二較佳實施例。請同時參閱圖 4，圖4係為本發明感測裝置於第二較佳實施例中之感應模組之感應線路層之示意圖。與第一較佳實施例不同的是，於本例中感應模組12為觸控感測晶片，因此第一較佳實施例中之複數感測元件122將被替換為圖4所示之感應線路層3。感應線路層3包括第一電極層31以及第二電極層32。其中第一電極層31與第二電極層32依序形成於基板121上。
第一電極層31包括複數沿第一方向A，例如X軸方向，排列的第一電極電路圖案31a，第二電極層32包括複數沿第二方向B，例如Y軸方向，排列的第二電極電路圖案32a，且每一第二電極電路圖案32a皆設置於第一電極電路圖案31a旁。
當感應線路層3通電時，每一第一電極電路圖案31a與相應之第二電極電路圖案32a形成電場，於使用者手指F置於保護層11上時，基於使用者手指F與感應線路層3間的電容耦合現象，位於使用者手指F下方之電場產生變化，感應模組12即可依據與發生變化之電場相應之第一電極電路圖案31a與第二電極電路圖案32a的位置取得使用者手指F的座標資訊。
於本例中第一電極層31以及第二電極層32為導電材質，可選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、導電高分子、石墨烯(Graphene)、溴化銀(AgBr)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、碳奈米管(carbon nanotube)、奈米銀(nano silver)或奈米銅(nano Cu)，但並不以此為限。
第二較佳實施例之其餘內容皆與第一較佳實施例相同，故於此不再贅述。
根據上述內容可知，本發明係利用具有均向性高介電常數 特性的陶瓷材料製成保護層11，由於陶瓷材料的介電常數趨近30，遠大於藍寶石水晶玻璃之介電常數10，故可在不增加厚度的前提下提高電容值而增強感應模組12接收之電訊號強度，進而增加感測靈敏度。又陶瓷材料的脆度低於藍寶石水晶玻璃，故可做得更薄而不易碎裂。且陶瓷材料本身即帶有顏色，不需為了使使用者看不見感應模組12而另行上色程序，可減少製程複雜度。且陶瓷材料價格低廉，製程亦相對簡單，可減少成本並利於大量生產。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
1‧‧‧感測裝置
11‧‧‧保護層
12‧‧‧感應模組
121‧‧‧基板
122‧‧‧感測晶圓顆粒
123‧‧‧封裝外殼
13‧‧‧接合物

Claims (12)

  1. 一種感測裝置，包括：一保護層，由一均向性高介電常數材料所製成，其介電常數趨近30；以及一感應模組，設置於該保護層下方，其中於一使用者手指置於該保護層上時，該感應模組藉由其與該使用者手指產生之電容耦合現象得到相應於該使用者手指之一資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該感應模組被封裝於一封裝外殼中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置，其中該封裝外殼包括環氧樹脂材料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該感應模組為一指紋辨識晶片。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之感測裝置，其中該感應模組包括一感測晶圓顆粒，該感測晶圓顆粒包括複數感測元件以形成一電極層，且該保護層設置於對應該感測晶圓顆粒之處。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之感測裝置，其中該感應模組藉由該複數感測元件與該使用者手指之表面之指脊部與指凹部之電容耦合現象所得之強弱不同之電訊號而取得相應於該使用者手指之一指紋影像資訊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該感應模組為一觸控感測晶片。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之感測裝置，其中該感應模組包括由第一電極層及第二電極層組成之一感應線路層，且該保護層設置於對應該感應線路層之處。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之感測裝置，其中該第一電極層包括複數第一電極電路圖案，該第二電極層包括複數第二電極電路圖案，每一該第一電極電路圖案與相應之該第二電極電路圖案形成一電場，該感應模組藉由該感應線路層與該使用者手指產生電容耦合現象時，發生變化之該電場所對應之位置取得相應於該使用者手指之一座標資訊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該保護層之該均向性高介電常數材料係陶瓷材料。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之感測裝置，其中該陶瓷材料係二氧化鋯。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，更包括一接合物設於該保護層與該感應模組之間。
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