TWI531980B - 感測裝置之製造方法 - Google Patents

感測裝置之製造方法 Download PDF

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Description

感測裝置之製造方法
本發明係關於一種感測裝置之製造方法，尤其是一種指紋感測裝置之製造方法。
將指紋感測裝置應用於攜帶型電子裝置已成為一種趨勢，指紋感測裝置係將感測電極層整合於一晶片中，於使用者手指按壓晶片表面時，感測電極層因應使用者手指之指脊部、指凹部而產生不同電容，進而使晶片取得使用者手指的指紋影像。
一般而言，習知指紋感測裝置1的結構如圖1所示，其製造方法如下所述。首先提供一電路板11，接著設置一感測晶片12於電路板11上表面，而後形成一保護層13覆蓋感測晶片12，以令使用者手指不會直接接觸感測晶片12表面，避免發生感測晶片12被重壓、刮擦而毀損，或受汗水侵蝕而損壞等問題。
由於保護層13最終將顯露於電子裝置表面以被使用者手指按壓，因此其尺寸及形狀將因應不同產品而有所不同，例如尺寸大於或小於感測晶片12，形狀為圓形或方形等。若保護層13的尺寸大於感測晶片12，為避免部分保護層13與電路板11間形成如圖1所示之間隔距離X而懸空，進而被使用者手指壓碎，於製造過程中需要額外設置其他元件於感測晶片12周圍，即懸空之保護層13下方，以支撐保護層13。且因應保 護層13形狀的不同，可能需要設置複數元件才能達成支撐保護層13之目的。
又為保護電路板11，於製造過程中尚需於電路板11下表面設置其他絕緣層或保護層，使得習知指紋感測裝置1的製程過於複雜，而需有一種改良的製造方法以降低製程複雜度。
本發明之目的在於提供一種可降低製程複雜度的感測裝置之製造方法。
本發明之目的在於提供一種感測裝置之製造方法，包括以下步驟：一黏著製程，包括：將一感測積體電路貼合於一第一電路板，其中該感測積體電路包括一感測表面；一封裝製程，包括：將該第一電路板封裝於至少包覆部分該第一電路板之一頂面之一封裝外殼內，其中該感測表面顯露於該封裝外殼之一上表該面；以及將一保護層貼合於該感測表面。
1‧‧‧指紋感測裝置
11‧‧‧電路板
12‧‧‧感測晶片
13‧‧‧保護層
X‧‧‧間隔距離
20‧‧‧電路板
201‧‧‧第一電路板
201a‧‧‧頂面
201b‧‧‧底面
201c‧‧‧側面
202‧‧‧第二電路板
203‧‧‧軟板
21‧‧‧訊號處理積體電路
22‧‧‧電子元件
23‧‧‧感測積體電路
231‧‧‧感測表面
24‧‧‧連接器
3‧‧‧封裝前之感測裝置
25‧‧‧模具
251‧‧‧上模
251a‧‧‧穿孔
252‧‧‧下模
252a‧‧‧容置槽
252b‧‧‧渠道
252c‧‧‧突部
252d‧‧‧交會處
252e‧‧‧上表面
26‧‧‧封裝外殼
261‧‧‧上表面
4‧‧‧封裝後之感測裝置
27‧‧‧保護層
5‧‧‧貼合保護層後之感測裝置
F‧‧‧使用者手指
F1‧‧‧指脊部
F2‧‧‧指凹部
圖1係為習知感測裝置之結構示意圖。
圖2係為本發明感測裝置之製造方法之流程圖。
圖3係為本發明感測裝置之電路板於一較佳實施例中之外觀示意圖。
圖4及圖5係為本發明封裝前之感測裝置於一較佳實施例中之外觀示意圖。
圖6係為本發明封裝製程之模具於一較佳實施例中之外觀示意圖。
圖7係為本發明封裝前之感測裝置被置於模具中時之示意圖。
圖8及圖9係為本發明封裝後之感測裝置於一較佳實施例中之正面示意圖及反面示意圖。
圖10係為本發明貼合保護層後之感測裝置於一較佳實施例中之外觀示意圖。
圖11係為使用者手指置於本發明感測裝置之保護層上時之示意圖。
本發明提供一種感測裝置之製造方法，如圖2所示，其包括一黏著製程S1、一封裝製程S2以及將一保護層貼合於感測表面之步驟S3，以下將進一步說明。
首先請參照圖3，其係為本發明感測裝置之電路板於一較佳實施例中之外觀示意圖。如圖3所示，於本例中用以供後續黏著製程S1、封裝製程S2以及保護層貼合步驟S3使用之電路板20係為一軟硬結合板(Rigid-flex Board)。電路板20包括第一電路板201、第二電路板202以及軟板203(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)。其中第一電路板201及第二電路板202為硬板(Printed Circuit Board，PCB)，且其兩者透過軟板203電性連接。需要說明的是，使用軟硬結合板僅為其中一種實施例，熟知本領域技術人員依實際需求進行之任何均等變更設計皆應涵蓋在本發明之範圍 內。所謂均等變更設計可以是，例如但不限於，僅提供第一電路板201作為基板，且第一電路板201為硬板或軟板等。
接下來說明本發明之黏著製程S1，請一併參照圖4及圖5，其係為本發明封裝前之感測裝置於一較佳實施例中之外觀示意圖。於黏著製程中，訊號處理積體電路21、電子元件22及感測積體電路23被貼合於第一電路板201之頂面201a，連接器24則被貼合於第二電路板202上而構成封裝前之感測裝置3。其中訊號處理積體電路21、電子元件22、感測積體電路23及連接器24的貼合順序及連接器24的貼合位置並無限制，可依實際需求進行調整。
於本例中黏著製程S1為表面黏著(Surface-mount techuology，SMT)製程，亦即於本例中係藉由將錫膏(solder paste)印刷在第一電路板201及第二電路板202上，並將訊號處理積體電路21、電子元件22、感測積體電路23及連接器24置於第一電路板201及第二電路板202上錫膏所在之處，而後使第一電路板201及第二電路板202通過迴焊爐(reflow)，以令熔化的錫膏包覆訊號處理積體電路21、電子元件22、感測積體電路23及連接器24的焊腳而將訊號處理積體電路21、電子元件22、感測積體電路23及連接器24焊接於第一電路板201及第二電路板202上，但不以此為限。
此外，電子元件22可以是一電阻、一電容或一靜電防護(ESD protection)元件等任何必需電子元件，且其數量及設置位置並無限制，而不以圖示者為限。
接下來說明本發明之封裝製程S2，請一併參照圖6至圖9，圖6係為本發明封裝製程之模具於一較佳實施例中之外觀示意圖，圖7係為本發明封裝前之感測裝置被置於模具中時之示意圖，圖8及圖9係為本發明封裝後之感測裝置於一較佳實施例中之正面示意圖及反面示意圖。
如圖6所示，模具25包括上模251以及下模252，上模251包括穿孔251a，下模252則包括複數容置槽252a以及與複數容置槽252a相連接之複數渠道252b。其中容置槽252a之長度及寬度大於第一電路板201，且每一容置槽252a內包括複數突部252c。需要說明的是，容置槽252a及突部252c的數量並無限制，圖6雖以4個容置槽252a且每一容置槽252a包括4個突部252c為例，但單一容置槽252a或複數容置槽252a，單一突部252c或複數突部252c皆應涵蓋在本發明之範圍內，而不以圖6所示者為限。
於封裝製程中，如圖7所示，封裝前之感測裝置3以訊號處理積體電路21、電子元件22及感測積體電路23朝上之方向被置於容置槽252a中，且容置槽252a內之複數突部252c將第一電路板201墊高而使其底面201b懸空。
而後上模251及下模252互相蓋合，使得上模251之穿孔251a與複數渠道252b之交會處252d相連通。於是當封裝材料，例如但不限於環氧樹脂材料，被填入穿孔251a時，封裝材料沿複數渠道252b流入複數容置槽252a內。由於下模252之上表面252e與第一電路板201之頂面201a形成一段差，因此封裝材料可流入第一電路板201之頂面201a與容置槽252a之間，又由於容置槽252a之長度及寬度大於第一電路板201， 因此封裝材料可流入第一電路板201之側面201c與容置槽252a之間，且由於容置槽252a內之複數突部252c將第一電路板201墊高而使其底面201b懸空，於是封裝材料亦可流入第一電路板201之底面201b與容置槽252a之間，進而形成如圖8及圖9之正面示意圖及反面示意圖所示，一體包覆第一電路板201之封裝外殼26，以產出封裝後之感測裝置4。
於封裝製程S2中，封裝材料之溫度需低於會導致第一電路板201及其上之元件之外型或性能損傷之溫度，例如低於導致銲錫熔解之溫度。且封裝材料進入模具25時產生之壓力亦需低於會導致第一電路板201及其上之元件外型、性能或黏著力損傷之壓力。
需要說明的是，於本例中感測積體電路23之厚度大於第一電路板201上之其他元件，且其感測表面231與下模252之上表面252e不具有段差，如圖7所示。又於本例中所填入之封裝材料量係經過計算而僅能剛好填入容置槽252a內，因此封裝材料將覆蓋第一電路板201之頂面201a，包括訊號處理積體電路21及電子元件22，但不覆蓋感測積體電路23的感測表面231。於是感測積體電路23的感測表面231不被封裝材料覆蓋而顯露於封裝外殼26之上表面261，且感測積體電路23的感測表面231與封裝外殼26之上表面261將形成一平面，亦即兩者不具有段差，如圖8所示。此外，為確保感測積體電路23之感測表面231不被封裝材料覆蓋，亦可變更設計使感測積體電路23之感測表面231於上模251及下模252互相蓋合後抵靠於上模251，使感測積體電路23之感測表面231及上模251之間不具有空隙而無法使封裝材料流入。
此外，上述封裝外殼26僅為其中一種實施例，並非用以限制本發明之內容，熟知本領域技術人員依實際需求進行之均等變更設計皆應涵蓋在本發明之範圍內，例如但不限於，封裝外殼26僅包覆第一電路板201之部分頂面201a，部分底面201b及部分側面201c，抑或封裝外殼26僅包覆第一電路板201之全部或部分頂面201a及底面201b，抑或封裝外殼26僅包覆第一電路板201之全部或部分頂面201a等。
接下來請參照圖10，其係為本發明貼合保護層後之感測裝置於一較佳實施例中之外觀示意圖。為保護感測積體電路23的感測表面231，以避免其被重壓、刮擦而毀損，或受汗水侵蝕而損壞，完成前述步驟後將執行將保護層27貼合於感測表面231之步驟而產出貼合保護層後之感測裝置5。於本例中保護層27可由均向性或非均向性高介電常數材料製成，例如二氧化鋯或藍寶石水晶玻璃等，但不以此為限。此外，保護層27係透過黏著劑、雙面膠等絕緣材料貼合於感測表面231，但亦不以此為限。
需要說明的是，由於感測積體電路23的感測表面231與封裝外殼26之上表面261形成一平面，亦即兩者不具有段差，因此當保護層27的尺寸大於感測積體電路23的感測表面231時，保護層27可直接貼合於該平面並被封裝外殼26之上表面261支撐而不致懸空，如此即不需要額外設置其他元件於感測積體電路23周圍來支撐保護層27。
接下來說明本發明感測裝置的運作原理，請參照圖11，其係使用者手指置於本發明感測裝置之保護層上時之示意圖。首先，感測積體電路23的感測表面231形成一電極層，且由於人體為一電導體，因此當 一使用者手指F置於保護層27上時，使用者手指F可被視為另一電極層。於是使用者手指F與感測積體電路23的感測表面231之間將產生電容耦合現象。又使用者手指F具有複數指脊部F1與複數指凹部F2，因此使用者手指F之每一點與感測積體電路23的感測表面231的距離不盡相同，故感測積體電路23所感應到之電訊號強度也不相同。基於此，感測積體電路23即可得知感測表面231與使用者手指F之每一點的距離，進而合成具有複數指脊部F1與複數指凹部F2的使用者手指之指紋影像資訊。
此外，於本例中亦可藉由感測積體電路23依據與使用者手指F之複數指脊部F1與複數指凹部F2之電容耦合現象取得強弱不同之複數電訊號，並透過訊號處理積體電路21依據複數電訊號取得相應於使用者手指F之指紋影像資訊。又當相應於使用者手指F之指紋影像資訊係由感測積體電路23取得時，亦可以不設置訊號處理積體電路21。
根據上述內容可知，本發明利用封裝製程形成一體包覆第一電路板201之頂面201a、底面201b及側面201c之封裝外殼26，並透過模具設計使得感測積體電路23的感測表面231顯露於封裝外殼26之上表面261，且與封裝外殼26之上表面261形成不具有段差之平面。藉此不論保護層27之尺寸是否大於感測積體電路23，其皆可直接貼附於感測表面231與封裝外殼26之上表面，而不需要額外設置其他元件於感測積體電路23周圍來支撐保護層27。此外，由於第一電路板201之底面201b亦被封裝外殼26所包覆，因此不需要設置其他絕緣層或保護層於第一電路板201之底面201b來保護第一電路板201。綜上所述，本發明所提供之感測裝置之製造方法可有效降低製程複雜度。
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。
S1~S3‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種感測裝置之製造方法，包括以下步驟：一黏著製程，包括：將一感測積體電路及一訊號處理積體電路貼合於一第一電路板，其中該感測積體電路包括一感測表面且該感測積體電路之厚度大於該訊號處理積體電路之厚度；一封裝製程，包括：將該第一電路板置於一模具之一容置槽中；其中該模具包括：一上模，包括一穿孔，用以填入一封裝材料；以及一下模，包括至少一該容置槽以及連接該容置槽之一渠道；其中，該容置槽包括至少一突部，用以墊高該第一電路板而使該第一電路板之一底面懸空，以使該封裝材料流入該第一電路板之該底面與該容置槽之間，且於該上模蓋合於該下模時，該穿孔與該渠道相連通，以使該封裝材料通過該渠道流入該容置槽內，以及，該下模之一上表面與該第一電路板之一頂面形成一段差，以使該封裝材料流入該第一電路板之該頂面與該容置槽之間，而該感測積體電路之該感測表面與該下模之該上表面不具有段差；將該封裝材料填入該容置槽內，以形成包覆該第一電路板之該封裝外殼，因此，該第一電路板被封裝於至少包覆部分該第一電路板之一頂面之一封裝外殼內且該感測積體電路之該感測表面顯露於該封裝外殼之一上表面並與該封裝外殼之該上表面形成一平面；以及 將一保護層貼合於該感測表面，其中該保護層貼合於該平面且至少覆蓋該感測表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該封裝材料之溫度低於使該第一電路板及其上之元件損傷之溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該封裝材料進入該模具時產生之壓力低於使該第一電路板及其上之元件損傷之壓力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該容置槽之長度及寬度大於該第一電路板，以使該封裝材料流入該第一電路板之一側面與該容置槽之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中封裝材料係環氧樹脂材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該感測積體電路藉由與一使用者手指之複數指脊部與複數指凹部之電容耦合現象取得強弱不同之複數電訊號，並依據該複數電訊號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項所述之感測裝置之製造方法，其中該感測積體電路藉由與一使用者手指之複數指脊部與複數指凹部之電容耦合現象取得強弱不同之複數電訊號，該訊號處理積體電路依據該複數電訊號取得相應於該使用者手指之一指紋影像資訊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該黏著製程更包括以下步驟：將至少一電子元件貼合於該第一電路板。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之感測裝置之製造方法，其中該至少一電子元件係一電阻、一電容或一靜電防護(ESD protection)元件。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之感測裝置之製造方法，其中其中該感測積體電路之厚度大於該至少一電子元件，於該封裝製程中，該至少一電子元件被封裝於該封裝外殼內。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該黏著製程更包括以下步驟：將一連接器貼合於一第二電路板。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置之製造方法，其中該第一電路板及該第二電路板為一硬板，且該第一電路板與該第二電路板係藉由一軟板相連接。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置之製造方法，其中該第一電路板、該第二電路板及該軟板結合為一軟硬結合板(Rigid-flex Board)。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置之製造方法，其中該黏著製程係一表面黏著(Surface-mount technology，SMT)製程。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置，其中該保護層係由二氧化鋯或藍寶石水晶玻璃材料製成。
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