TWI533232B - 具靜電防護結構的指紋感測器 - Google Patents

Description

具靜電防護結構的指紋感測器

本發明係關於一種指紋感測器，尤指一種具靜電防護結構的指紋感測器。

目前如美國第5,325,442號專利揭示的一種晶片型指紋感測器，請參閱圖9及圖10所示，其結構係主要於一半導體基板80上先形成有一感應電極層60，再以一保護層81覆蓋該感應電極層60。該半導體基板80形成電性連接該感應電極層60的感測積體電路(圖中未示)，而該感應電極層60包含有複數呈矩陣排列的感應電極板61，當手指90接觸或靠近該保護層81，該手指90和各該感應電極板61會構成平板電容Cf，因此，該感測積體電路藉此量測各該感應電極板61的感測訊號，依據感測訊號的大小，判斷各該感測電極板61對應該手指90的谷部或峰部，進而讀出手指90指紋影像。

由於手指90容易帶有靜電，而靜電會損壞或擊穿半導體晶片的元件，如上述的感應電極板61及感測積體電路的半導體元件，因此該感應電極層60進一步包含有一接地的導電網格70，該導電網格70係與該複數感應電極板61共平面。該導電網格70提供一放電路徑，當帶靜電的手指90接觸保護層81，靜電會透過該導電網格70渲洩掉。

然而，由於該導電網格70係與該複數感應電極板61共平面，手指90與該導電網格70及該感應電極板61的距離相近，過大的靜電來不及透過接地的導電網格70渲洩掉時，可能損壞該感應電極板61，造成指紋感應的準確率下降。因此，目前指紋感測器的靜電防護結構有待進一步改良之。

有鑑於上述既有指紋感測器的靜電防護結構的缺點，本發明主要目的係提供一種具靜電防護結構的指紋感測器，提升該指紋感測器的靜電防護功效。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該具靜電防護結構的指紋感測器包含有： 複數感應電極板，係排列於一基板上，且該複數感應電極板之間形成有一容置空間；一複數感應電極板，係排列於一基板上，且該複數感應電極板之間形成有一容置空間； 一靜電防護電極部，係用以接地，並包含有一第一導電層及一第二導電層，該第一導電層係形成於該基板上並與該複數感應電極板共平面，且位於該複數感應電極板之間的該容置空間中； 一介電層，係形成於該基板上，以覆蓋該複數感應電極板及該第一導電層，該第二導電層形成於該介電層上，該第二導電層係包含有複數導電件，各該導電件係在一垂直方向上與該第一導電層重疊，各該導電件與相鄰之該其他導電件之間具有一間隙； 其中該介電層具有複數個貫孔，該貫孔內具有導電材供該導電件與該第一導電層形成電性連接；以及 一保護層，係形成於該介電層上，且覆蓋該第二導電層。

由上述可知，本發明的靜電防護結構包含有該第一及第二導電層以共同提供靜電放電路徑。由於該第二導電層較該複數感應電極板及該第一導電層高，當帶靜電的手指觸碰時，靜電會先透過該第二導電層渲洩到地，避免該複數感應電極板受靜電損壞。

本發明係針對指紋感測器提供一種靜電防護結構，避免該指紋感測器受到靜電損壞，以下複數實施例說明本發明指紋感測器的結構。

首先請參閱圖1、圖2及圖4A所示，係為本發明指紋感測器10的第一較佳實施例，其包含有一基板11、複數感應電極板20、一第一導電層21、一介電層30、一第二導電層40及一保護層50。

上述複數感應電極板20係排列於該基板11的一上表面上，且該複數感應電極板20之間形成有一容置空間22；於本實施例，該複數感應電極板20係呈方形，且呈矩陣式排列於該基板11的上表面上，而該容置空間22即呈一網格狀。該基板11可係為一半導體基板(semiconductor substrate)。複數感應電極板20連接至感測電路。該感應電極板20的感測訊號的大小，被用來判斷手指指紋的谷部或峰部，進而獲得手指指紋影像。

請配合參閱圖4B所示，上述第一導電層21係同樣形成於該基板11的上表面，並位於該容置空間22中，且與該複數感應電極板20共平面。該第一導電層21接地，以提供一靜電放電路徑，其中接地係指與大地電性導通或者連接一固定電位。於本實施例，該第一導電層21係呈網格狀，對應設置於該網格狀的容置空間22中，且與各該感應電極板20之間保持一間隔。該網格狀的第一導電層21係包含有沿著一第一水平方向H1設置的複數第一導電部211及沿著一第二水平方向H2設置的複數第二導電部212。

上述介電層30係形成於該基板11的上表面，以覆蓋該複數感應電極板20及該第一導電層21，該介電層30進一步對應該第一導電層21處形成有複數貫孔31，如圖4A及圖4C所示，各該貫孔31內具有一導電材，以與各該導電層21電性連接。於本實施例，該複數貫孔31形成於對應位於該第一導電部211及該第二導電部212的各交叉處213。

上述第二導電層40係形成於該介電層30的一上表面，且包含有複數導電件41，各該導電件41係在一垂直方向V上與下方的該第一導電層21重疊，如圖4A所示，各該導電件41與相鄰之該其他導電件41之間具有一間隙。於本實施例，對應位於該第一導電部211及該第二導電部212之各交叉處213的各該導電件41係呈十字形，各該十字形的導電件41分別經由對應的該貫孔31與該第一導電層21電性連接，如圖3、圖4A及圖4C所示。又為避免感應訊號遭電性連接至接地的該第二導電層40遮蔽，各該導電件41在垂直方向V上不與其下方的各該感應電極板20有重疊；因此，各該導電件41的長度及寬度不超過該容置空間22的長度及寬度。

上述保護層50係形成於該介電層30的上表面，且覆蓋該第二導電層40，以保護該第二導電層40，如圖4A及圖4C所示。

由本實施例可知，本發明的該第一導電層21係與該複數感應電極板20共平面，而該第二導電層40則形成於覆蓋該第一導電層21係與該複數感應電極板20的該介電層30之上，並且該第二導電層40在垂直方向V上與下方的該第一導電層21重疊且電性連接，因此該第一及第二導電層21、40共同提供一靜電放電路徑。由於該第二導電層40較該複數感應電極板20及該第一導電層21更接近手指，當帶靜電的手指觸碰時，該第二導電層40提供手指靜電一個更短的放電路徑，避免靜電損壞其他元件。在不同的實施例中，亦可以是由第二導電層40的導電件41接地。

再請參閱圖5所示，係為本發明指紋感測器10a的第二較佳實施例，其中該指紋感測器10a與第一較佳實施例結構大多相同，惟該介電層30的該複數貫孔31係沿著該第一導電層21的該第一導電部211設置；且該第二導電層40的各該導電件41a係呈長條狀，並沿著該第一水平方向H1相互間隔設置，各該導電件41a分別經對應的該貫孔31與該第一導電部211電性連接。

再請參閱圖6所示，係為本發明指紋感測器10b的第三較佳實施例，其中該指紋感測器10b與第一較佳實施例結構大多相同，惟該介電層30的該複數貫孔31係沿著該第一導電層21的該第二導電部212設置；且該第二導電層40的各該導電件41b係呈長條狀，並沿著該第二水平方向H2相互間隔設置，各該導電件41b分別經對應的該貫孔31與該第二導電部212電性連接。

再請參閱圖7所示，係為本發明指紋感測器10c的第四較佳實施例，其中該指紋感測器10c與第一較佳實施例結構大多相同，惟該介電層30的該複數貫孔31除了如圖2所示，形成於對應位於該第一導電部211及該第二導電部212的各交叉處213外，更進一步沿著該第一導電層21的該第一導電部211及該第二導電部212設置。此外，該第二導電層40除了十字形的該複數導電件41外進一步另包含長條狀的複數導電件41c，並沿著該第一及第二水平方向H1、H2設置於相鄰之該十字形的導電件41之間，各該導電件41c分別經對應的該貫孔31與該第一及第二導電部211、212電性連接。

再請參閱圖8所示，係為本發明指紋感測器10d的第五較佳實施例，其中該指紋感測器10d與第一較佳實施例結構大多相同，惟該介電層30的該複數貫孔31係沿著該第一導電層21的該第一及第二導電部211、212設置，且該第二導電層40進一步包含塊狀的複數導電件41d，並沿著該第一及第二水平方向H1、H2相互間隔設置，各該導電件41d分別經對應的該貫孔31與該第一導電層21的第一或第二導電部211、212電性連接。

綜前複數實施例所述，本發明的該第一導電層21及/或該第二導電層40係供接地用，以構成一靜電防護電極部，其中接地係指與大地電性導通或者連接一固定電位。如圖2所示，一般可與該基板11周圍I/O墊111的接地墊111a連接而予以接地，接地墊111a係供連接外部接地訊號。其中若僅由該第一導電層21接地，則該第二導電層40間隔設置並不相互連接的複數導電件41，藉由該介電層30的貫孔直接與其下方的第一導電層21連接，因此，該第二導電層40不必額外與該基板11的接地墊111a連接，即可與該第一導電層21共同構成該靜電放電路徑；同理，若僅由該第二導電層40接地，該第一導電層21同樣不必額外與該基板11的接地墊111a連接，即可透過貫孔與該第二導電層40共同構成該靜電放電路徑；此外，亦可將該第一導電層21及該第二導電層40同時接地。又由於該第二導電層40較該複數感應電極板20及該第一導電層21高，當帶靜電的手指觸碰時，靜電會先透過該第二導電層40進行放電，避免該複數感應電極板20及其連接的感測電路受靜電損壞。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10、10a~10d‧‧‧指紋感測器
11‧‧‧基板
111‧‧‧I/O墊
111a‧‧‧接地墊
20‧‧‧感應電極板
21‧‧‧第一導電層
211‧‧‧第一導電部
212‧‧‧第二導電部
213‧‧‧交叉處
22‧‧‧容置空間
30‧‧‧介電層
31‧‧‧貫孔
40‧‧‧第二導電層
41、41a~41d‧‧‧導電件
50‧‧‧保護層
60‧‧‧感應電極層
61‧‧‧感應電極板
70‧‧‧導電網格
80‧‧‧半導體基板
81‧‧‧保護層
90‧‧‧手指

圖1：係本發明指紋感測器的第一較佳實施例的俯視平面圖。 圖2：係圖1部份結構的俯視平面圖。 圖3：係圖1侷部俯視平面圖。 圖4A至4C：係圖3的三個不同位置沿著垂直方向的剖面圖。 圖5：係本發明指紋感測器的第二較佳實施例的俯視平面圖。 圖6：係本發明指紋感測器的第三較佳實施例的俯視平面圖。 圖7：係本發明指紋感測器的第四較佳實施例的俯視平面圖。 圖8：係本發明指紋感測器的第五較佳實施例的俯視平面圖。 圖9：係美國第5,325,442號專利揭示的指紋感測器的部份俯視平面圖。 圖10：係圖9的部份剖面圖。

211‧‧‧第一導電部

212‧‧‧第二導電部

30‧‧‧介電層

40‧‧‧第二導電層

41‧‧‧導電件

Claims (9)

1. 一種具靜電防護結構的指紋感測器，包括：一複數感應電極板，係排列於一基板上，且該複數感應電極板之間形成有一容置空間；一第一導電層，係包含有複數導電部，該複數導電部係形成於該基板上並與該複數感應電極板共平面，且位於該複數感應電極板之間的該容置空間中；一介電層，係形成於該基板上，其覆蓋該複數感應電極板及該第一導電層，該介電層具有複數個貫孔，各該貫孔內具有導電材；一第二導電層，係形成於該介電層的一上表面，且包含有複數導電件，各該導電件係在一垂直方向上與該第一導電層相對應的導電部重疊，且各該導電件透過該貫孔對應的該導電部形成電性連接；其中，各該導電件與相鄰之該其他導電件之間具有一間隙；以及一保護層，係形成於該介電層的上表面，且覆蓋該第二導電層。
2. 如請求項1所述之指紋感測器，該複數感應電極板係呈矩陣式排列於該基板上，使得該容置空間呈網格狀，且該第一導電層對應該容置空間亦呈一網格狀，該第一導電層的複數導電部係包含有沿著一第一水平方向設置的複數第一導電部及沿著一第二水平方向設置的複數第二導電部。
3. 如請求項2所述之指紋感測器，該第二導電層的複數導電件係呈長條狀，且於該容置空間中沿著該第一水平方向相互間隔設置，各該導電件分別經由該貫孔與該第一導電部電性連接。
4. 如請求項2所述之指紋感測器，該第二導電層的複數導電件係呈長條狀，且於該容置空間中沿著該第二水平方向相互間隔設置，各該導電件分別經由該貫孔與該第二導電部電性連接。
5. 如請求項2所述之指紋感測器，該第二導電層的複數導電件係呈長條狀，且於該容置空間中沿該第一水平方向及該第二水平方向相互間隔設置，各該導電件分別經由該貫孔與該第一導電部或該第二方向導電部電性連接。
6. 如請求項2或5所述之指紋感測器，對應位於該第一導電部及該第二導電部之各交叉處的各該導電件係呈十字形，各該十字形的導電件分別經由該貫孔向與該第一導電層電性連接。
7. 如請求項1所述之指紋感測器，該第一導電層接地。
8. 如請求項1或7所述之指紋感測器，該第二導電層接地。
9. 如請求項1所述之指紋感測器，該基板係為一半導體基板，以形成一感測積體電路，該感測積體電路係用以驅動各該複數感應電極板，並自各該複數感應電極板接收其所對應的電容感應變化量。