TWI554933B - 指紋辨識裝置 - Google Patents

Description

指紋辨識裝置

本發明係有關一種指紋辨識裝置，尤指一種可提升感應靈敏度之指紋辨識裝置。

由於電子商務之興起，遠端支付之發展一日千里，故而生物辨識之商業需求急速膨脹。生物辨識技術又可區分為指紋辨識技術、虹膜辨識技術、DNA辨識技術等。考量效率、安全、與非侵入性等要求，指紋辨識已成為生物辨識之首選技術。指紋辨識技術又有光學式、熱感應式、超音波式與電容式，其中又以電容式技術在裝置體積、成本、省電、可靠、防偽等綜合考量下脫穎而出。

習知之電容式指紋辨識技術有滑動式、全指按壓式等形式，其中，又以全指按壓式在辨識度、效率及方便性中勝出。然而由於感應訊號極其微小與周遭雜訊繁雜具大等因素，全指按壓式之指紋辨識技術通常將感應電極與感應電路等一併做在一個積體電路晶片上。圖1A所示為一習知技術的電容式指紋辨識裝置側視圖，其包含一封裝基板102A、一指紋辨識積體電路(IC)100A、及一藍寶石保護層140A。此指紋辨識積體電路100A係安置在封裝基板102A上，且具有包含多個感測電極110A之感測區域。該些感測電極110A係位在該指紋辨識積體電路100A靠近操作者手指的側面上，且此指紋辨識積體電路100A之導電 連接墊120A係經由導出線130A而與封裝基板102A上之對應導電連接墊104A。習知之指紋辨識積體電路100A之封裝為免傷害導出線130A，因此以封膠體150A保護該等導出線130A，導致感應電極110A與手指F間平白多出數十微米(μm)之距離h1，影響感測正確性至鉅，故以昂貴之高介電係數的藍寶石膜140A填充保護；也由於多出了這數十微米(μm)之距離而更不利於整合至保護玻璃下。圖1B為另一習知技術的電容式指紋辨識裝置側視圖，若此指紋辨識裝置係封裝於一電子裝置內，且此電子裝置係有一保護玻璃20A，則此保護玻璃20A之厚度h2會再增加手指到感測電極110A之距離(h1+h2)。一種常見的解決方式是在保護玻璃開孔再將指紋辨識晶片以複雜方式作成按鈕鑲於孔中。如此，不僅墊高材料成本與封裝製程成本，且產品良率、壽命與耐受性堪慮。所以業界莫不致力於提高感測靈敏度與訊號雜訊比，期使有效感測距離能夠儘量加大，並簡化感測積體電路之封裝結構，盼能將其置於保護玻璃下，方可巨幅降低成本並增進產品之壽命與耐受性，故指紋辨識裝置仍有很大的改進空間。

本發明之一目的係在提供一種具低成本高效能封裝之指紋辨識裝置，經金屬凸塊引出相關訊號，去除數十微米(μm)之傳統出線封裝之額外間距，藉以提升感應靈敏度，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。再者，本發明另一目的係提供一種簡化封裝製程降低成本並增加靈活性之指紋辨識裝置。

為了達成上述之一目的，本發明係提供一種指紋辨識裝置，包含：一電極暨走線基板，該電極暨走線基板具有兩個相對之主要側面，其中一主要側面接近使用者操作手指，另一主要側面佈植有複數個感應電極；一積體電路晶片，該積體電路晶片包含指紋感測電路與複數個金屬凸塊，至少部份的該複 數個金屬凸塊係電氣連接至對應之該電極暨走線基板的該些感應電極，藉以提供該指紋感測電路與該些感應電極之電氣連接。

為了達成上述之另一目的，本發明係提供一種指紋辨識裝置，包含：一走線基板，該走線基板具有兩個相對之主要側面，其中一主要側面接近使用者操作手指，另一主要側面佈植有複數導電連接墊及複數走線；一積體電路晶片，該積體電路晶片包含指紋感測電路，複數個感應電極，及複數個金屬凸塊，該積體電路晶片之該指紋感測電路係電連接至該些感應電極，且指紋感測電路經該複數個金屬凸塊電氣連接至該走線基板上的對應導電連接墊及該走線，藉此與一外部電路連接；其中該走線基板為係一玻璃基板，陶磁基板，藍寶石基板或是一高分子材料之膠膜。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

【習知】

100A‧‧‧指紋辨識積體電路(IC)

102A‧‧‧封裝基板

104A,120A‧‧‧導電連接墊

130A‧‧‧導出線

140A‧‧‧藍寶石保護層

【本發明】

10‧‧‧指紋辨識裝置

100‧‧‧電極暨走線基板

100’‧‧‧走線基板

120,340,120R11~120R14,120C11~120C16,120R,120C‧‧‧感應電極

122‧‧‧導電連接墊

124‧‧‧走線

300‧‧‧積體電路晶片

302‧‧‧基板

310‧‧‧指紋感測電路

312‧‧‧開關電路

320‧‧‧金屬凸塊

322‧‧‧異方性導電膠

330‧‧‧平衡用金屬凸塊

50‧‧‧外部電路板

52‧‧‧導電連接墊

60‧‧‧電子零件

R1~R6‧‧‧列感應電極

C1~C3‧‧‧行感應電極

F‧‧‧手指

圖1A所示為一習知技術的電容式指紋辨識裝置側視圖。

圖1B為另一習知技術的電容式指紋辨識裝置側視圖。

圖2為依據本發明第一具體實例之指紋辨識裝置側視圖。

圖3為依據本發明第一具體實例之指紋辨識裝置上視圖。

圖4為依據本發明第二具體實例之指紋辨識裝置上視圖。

圖5為依據本發明第三具體實例之指紋辨識裝置上視圖。

圖6為依據本發明第四具體實例之指紋辨識裝置上視圖。

圖7為依據本發明第五具體實例之指紋辨識裝置側視圖。

圖8為依據本發明第六具體實例之指紋辨識裝置側視圖。

圖9為依據本發明第七具體實例之指紋辨識裝置側視圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖2，為依據本發明第一具體實例之指紋辨識裝置側視圖，復參見圖3，為依據本發明第一具體實例之指紋辨識裝置上視圖，且此具體實例係用於自電容式指紋辨識裝置。本發明之指紋辨識裝置10主要包含：一電極暨走線基板100及一積體電路晶片300。此電極暨走線基板100具有兩個主要側面，其中一個主要側面係供使用者手指F操作之操作面，而另一與操作面相對的主要側面上佈植有複數個感應電極120。此積體電路晶片300係位在一基板302之上且具有一指紋感測電路310及與此指紋感測電路310電連接之複數個金屬凸塊320。此些金屬凸塊320係設置在積體電路晶片300遠離基板302之表面上且對應電極暨走線基板100之複數個感應電極120，此外，此些金屬凸塊320與對應之感應電極120例如可以異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film，ACF)彼此電連接。此電極暨走線基板100在感應電極120佈植之側面上另外設置一個外部電路板50，且外部電路板50可為硬質印刷電路板或是可曲撓(軟性)電路板(flexible printed circuit board)，且透過導電連接墊52與電極暨走線基板100彼此電連接(詳見後述說明)。

參見圖3，為自使用者手指方向往下看之指紋辨識裝置10上視圖。在電極暨走線基板100側面上之複數個感應電極120例如可為陣列方式(array)排列，且對應之金屬凸塊320各自的面積係不大於其對應之感應電極120之面積。每一感應電極120係經由各自的金屬凸塊320而電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310。此指紋感測電路310可透過金屬凸塊320而選擇性地偵 測來自各個感應電極120的指紋感測訊號，以做自電容式指紋辨識。有關於自電容式指紋辨識機制，由於可見於習知技術，因此在此不再贅述。此外，金屬凸塊320可利用薄膜製程或化學鍍製程技術及電鍍或印刷技術，將銲錫或金直接置於積體電路晶片300之電連接墊(未圖示)上，以提供微細間距(fine pitch)、低感應、低成本、散熱能力佳之電連接機制。金屬凸塊320例如可為金凸塊(Gold bumping)或是錫鉛凸塊(Solder bumping)。復參見圖2，感應電極120例如可經由異方性導電膠(ACF)322而電連接到金屬凸塊320。復參見圖3，此電極暨走線基板100另具有複數個導電連接墊122與複數條走線124。至少部份導電連接墊122可以藉由對應之走線124而電連接到外部電路板50之導電連接墊52，且電極暨走線基板100之部份該些導電連接墊122也電連接到對應的金屬凸塊320，並透過金屬凸塊320電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310，藉此可以達成積體電路晶片300之指紋感測電路310與外部電路板50彼此訊號連接，換言之，可將積體電路晶片300之指紋感測相關訊號引至積體電路晶片300外部。在圖2及3所示之第一具體實例中，此電極暨走線基板100可為玻璃基板(例如顯示裝置之保護玻璃)，陶磁基板、藍寶石基板，或是高分子材料之膠膜，且厚度可以降到數個微米(μm)，較原來封膠體150A為了保護導出線130A所需厚度少了一個數量級，因此可以大幅提升感應靈敏度，並降低指紋感測裝置之成本。

參見圖4，為依據本發明第二具體實例之指紋辨識裝置上視圖，其側視圖例如可如圖2所示，因此圖4係自使用者手指方向向下看之指紋辨識裝置10上視圖。此具體實例可用於互電容式指紋辨識裝置，且此互電容式指紋辨識裝置之電極暨走線基板100之感應電極包含呈單列陣列(single row)排列之列感應電極R1~R6及呈長條狀之行感應電極C1~C3，每一列感應電極R1~R6各自包含複數之感應電極120R，且每一列感應電極之感應電極120R彼此被一長條狀之行感應電極隔開。再者，每一列感應電極R1~R6之各個感應電極120R係由對應之 金屬凸塊320電連接於其下的積體電路晶片300並經由積體電路晶片300內部的開關電路312(可參見圖2)電氣連接成列，且每一行感應電極C1~C3也由對應之金屬凸塊320電連接於其下的積體電路晶片300，藉由積體電路晶片300之指紋感測電路310依序自行感應電極C1~C3發射訊號，並偵測分別來自列感應電極R1~R6的指紋感測訊號，或依序自列感應電極R1~R6發射訊號，並偵測分別來自行感應電極C1~C3的指紋感測訊號，即可達成互電容式指紋辨識。此外，雖未繪示於此圖中，但是此互電容式指紋辨識裝置之電極暨走線基板100及積體電路晶片300相對配置關係可如圖2所示，且積體電路晶片300也包含基板302、指紋感測電路310及開關電路312。再者，此電極暨走線基板100另具有複數個導電連接墊122與複數條走線124。至少部份導電連接墊122可以藉由對應之走線124而電連接到電路板50之導電連接墊52，且電極暨走線基板100之該些導電連接墊122也電連接到對應的金屬凸塊320，並透過金屬凸塊320電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310，藉此可以達成積體電路晶片300之指紋感測電路310與外部電路板50彼此訊號連接，換言之，可將積體電路晶片300之互電容式指紋感測相關訊號引至積體電路晶片300外部。

參見圖5，為依據本發明第三具體實例之指紋辨識裝置上視圖，其側視圖例如可如圖2所示，因此圖5係自使用者手指方向向下看之指紋辨識裝置10上視圖。此具體實例不僅可如圖3作自電容偵測操作，也可適用於互電容式指紋辨識裝置，此具體實例之感應電極配置類似於圖2所示者，亦即包含多數個陣列狀感應電極，然經由積體電路晶片300之指紋感測電路310的開關選擇，可以將該些感應電極分成單列排列的列感應電極R1~R6，及呈單行排列之行感應電極C1~C3；如圖5所示，經由積體電路晶片300內部的開關電路312將感應電極120R11，120R12，120R13與120R14電氣連接成列感應電極R1，將感應電極120C11，120C12，120C13，120C14，120C15與120C16電氣連接成行感應電極， 其餘列感應電極R2~R6與行感應電極C2~C3之組成不另贅述；其中每一列感應電極R1~R6包含複數之感應電極120R，每一行感應電極C1~C3包含複數之感應電極120C。每一列感應電極中之各個感應電極120R彼此被一行感應電極隔開；同樣地，每一行感應電極中之各個感應電極120C彼此被一列感應電極隔開。同樣的，藉由積體電路晶片300之指紋感測電路310依序自行感應電極C1~C3發射訊號，並偵測分別來自列感應電極R1~R6的指紋感測訊號，或依序自列感應電極R1~R6發射訊號，並偵測分別來自行感應電極C1~C3的指紋感測訊號，即可達成互電容式指紋辨識。圖5所示僅為說明性範例，須知行及列之數目可以依需求調整而非本實例所繪示的3行及6列。此互電容式指紋辨識裝置之電極暨走線基板100及積體電路晶片300相對配置關係可如圖2所示，且積體電路晶片300也包含基板302及指紋感測電路310。再者，此電極暨走線基板100另具有複數個導電連接墊122與複數條走線124。至少部份導電連接墊122可以藉由對應之走線124而電連接到外部電路板50之導電連接墊52，且電極暨走線基板100之該些導電連接墊122也電連接到對應的金屬凸塊320，並透過金屬凸塊320電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310，藉此可以達成積體電路晶片300之指紋感測電路310與外部電路板50彼此訊號連接，換言之，可將積體電路晶片300之自電容或互電容式指紋感測相關訊號引至積體電路晶片300外部。

參見圖6，為依據本發明第四具體實例之指紋辨識裝置上視圖，其側視圖例如可如圖2所示，因此圖6係自使用者手指方向向下看之指紋辨識裝置10上視圖。此具體實例也可用於互電容式指紋辨識裝置，且此互電容式指紋辨識裝置之電極暨走線基板100之感應電極包含多數呈長條狀之列感應電極R1~R6。此外，此電容式指紋辨識裝置更包含在電極暨走線基板100下之積體電路晶片300(可參見圖2)，且積體電路晶片300包含多數呈長條狀之行感應電極C1~C6、基板302及指紋感測電路310。由正上方的投影來看，該些行感應電極 C1~C6與該些列感應電極R1~R6彼此交叉(但是分別位在不同平面)。積體電路晶片300上之行感應電極C1~C6係電連接到指紋感測電路310；且在電極暨走線基板100之每一列感應電極R1~R6經由對應之金屬凸塊320電連接到其下之指紋感測電路310。經由積體電路晶片300之指紋感測電路310依序自行感應電極C1~C6(位於積體電路晶片300)發射訊號，並偵測分別來自列感應電極R1~R6(位於電極暨走線基板100)的指紋感測訊號，即可達成互電容指紋辨識。在此具體實例中，由於部份之感應電極係佈植在積體電路晶片300，因此可以減少金屬凸塊320數目。此外，在電極暨走線基板100之列感應電極R1~R6係分別呈長條狀配置(而非每一列多個感應電極方式配置)，更可以進一步減少金屬凸塊320數目。圖6之所繪長條狀電極只為說明方便並不以此為限，其較佳實施例可為複數個菱形電極串接成之長條電極以增加行與列電極間有效之互電容；或以其它形狀串接之電極使行與列電極相互交錯，此等為此領域技術習知不另贅述。再者，此電極暨走線基板100另具有複數個導電連接墊122與複數條走線124。至少部份導電連接墊122可以藉由對應之走線124而電連接到外部電路板50之導電連接墊52，且電極暨走線基板100之該些導電連接墊122也電連接到對應的金屬凸塊320，並透過金屬凸塊320電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310，藉此可以達成積體電路晶片300之指紋感測電路310與外部電路板50彼此訊號連接，換言之，可將積體電路晶片300之互電容式指紋感測相關訊號引至積體電路晶片300外部。

參見圖7，為依據本發明第五具體實例之指紋辨識裝置側視圖，此具體實例大體與圖2所示者類似，然圖2所示之外部電路板50係替代以本圖所示之電子零件60；此電子零件較佳為一COG或COF封裝之積體電路。此外，雖未明確繪示出來，然圖7之側視圖可以圖3-6所繪示之側視圖實現，因此對圖7之更進一步說明在此省略。此外，在圖4-7所示之各個具體實例中，電極暨走線基 板100可為玻璃基板(例如顯示裝置之保護玻璃)，陶磁基板、藍寶石基板，或是高分子材料之膠膜，且厚度可以降到數個微米(μm)，較原來封膠體150A為了保護導出線130A所需厚度少了一個數量級，因此可以大幅提升感應靈敏度，並降低指紋感測裝置之成本。

參見圖8，為依據本發明第六具體實例之指紋辨識裝置側視圖，此具體實例大體與圖2所示者類似，然而在電極暨走線基板100改以未配置感應電極之走線基板100’，且在積體電路晶片300上配置感應電極340，且感應電極例如可如圖3所示之自電容式感應電極、圖4所示之互電容感應電極、或是圖5所示之以群組方式界定的互電容感應電極。類似圖3-6所示具體實例，走線基板100’另具有複數個導電連接墊122與複數條走線124。至少部份導電連接墊122可以藉由對應之走線124而電連接到外部電路板50之導電連接墊52，且走線基板100’之該些導電連接墊122也電連接到對應的金屬凸塊320，並透過金屬凸塊320電連接到積體電路晶片300之指紋感測電路310，藉此可以達成積體電路晶片300之指紋感測電路310與外部電路板50彼此訊號連接，換言之，可將積體電路晶片300之自電容或互電容式指紋感測相關訊號引至積體電路晶片300外部。此外，因為走線基板100’之導電連接墊122並未在投影上涵蓋積體電路晶片300之上表面，為了封裝結構之平衡，可選擇性地在積體電路晶片300遠離導電連接墊122之側佈植平衡用金屬凸塊330。此平衡用金屬凸塊330僅做結構平衡用，因此不像圖7所示之金屬凸塊320，須與導電連接墊122電連接(例如透過異方性導電膠322)。然而，視製程需求，此平衡用金屬凸塊330上也可以有異方性導電膠與空接之導電連接墊122。

參見圖9，為依據本發明第七具體實例之指紋辨識裝置側視圖，此具體實例大體與圖8所示者類似，然圖8所示之外部電路板50係替代以本圖所示之電子零件60。此外，雖未明確繪示出來，然圖9之積體電路晶片300之感應 電極例如可如圖3所示之自電容式感應電極、圖4所示之互電容感應電極、或是圖5所示之以群組方式界定的互電容感應電極。再者，類似圖8之具體實例，為了封裝結構之平衡，可選擇性地在積體電路晶片300遠離導電連接墊122之側佈植平衡用金屬凸塊330。此平衡用金屬凸塊330僅做結構平衡用，因此不像圖8所示之金屬凸塊320，須與導電連接墊122電連接(例如透過異方性導電膠322)。然而，視製程需求，此平衡用金屬凸塊330上也可以有異方性導電膠與空接之導電連接墊122。

綜上所述，本發明具有下列優點：

(1)提出一種新的指紋辨識裝置架構，將原本設於指紋辨識積體電路晶片之感應電極移至另一基板，以可有效薄化基板厚度，提升感應靈敏度。

(2)積體電路晶片可與一走線基板配合，以使積體電路晶片之指紋感測電路可經由走線基板上而與外部電路或是外部電路板連接，簡化封裝製程降低成本並增加指紋辨識裝置靈活性。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

10‧‧‧指紋辨識裝置

100‧‧‧電極暨走線基板

120‧‧‧感應電極

300‧‧‧積體電路晶片

302‧‧‧基板

310‧‧‧指紋感測電路

312‧‧‧開關電路

320‧‧‧金屬凸塊

322‧‧‧異方性導電膠

50‧‧‧外部電路板

F‧‧‧手指

Claims (17)

1. 一種指紋辨識裝置，包含：一電極暨走線基板，該電極暨走線基板具有兩個相對之主要側面，其中一主要側面接近使用者操作手指，另一主要側面佈植有複數個感應電極；一積體電路晶片，該積體電路晶片包含指紋感測電路與複數個金屬凸塊，至少部份的該複數個金屬凸塊係電氣連接至對應之該電極暨走線基板的該些感應電極，藉以提供該指紋感測電路與該些感應電極之電氣連接。
2. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，其中，該些金屬凸塊各自的面積係不大於其對應之感應電極之面積。
3. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，該電極暨走線基板更具有複數個導電連接墊與複數條走線，其中至少一個該導電連接墊係電氣連接至該積體電路晶片上的部份金屬凸塊，俾便將該積體電路晶片之指紋感測相關訊號引至該晶片外部。
4. 如申請專利範圍第3項之指紋辨識裝置，該電極暨走線基板之部份導電連接墊係與一可曲撓電路板或硬質電路板電氣連接。
5. 如申請專利範圍第3項之指紋辨識裝置，該指紋辨識裝置更具有與該電極暨走線基板電連接之一電子零件，該電子零件係經該等走線、該導電連接墊及該金屬凸塊而電氣連接至該積體電路晶片之該指紋感測電路。
6. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，該電極暨走線基板係一玻璃基板、陶磁基板或藍寶石基板。
7. 如申請專利範圍第6項之指紋辨識裝置，該玻璃基板係一顯示裝置之保護玻璃。
8. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，該電極暨走線基板係一高分子材料之膠膜。
9. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，該積體電路晶片之內部開關電路可將該電極暨走線基板之複數個感應電極聯結規劃為縱向及橫向兩組電極組。
10. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，該積體電路晶片之指紋感測電路係一互電容感測電路及/或自電容感測電路。
11. 如申請專利範圍第10項之指紋辨識裝置，該積體電路晶片面向該電極暨走線基板之一側另佈植有複數個感應電極，該積體電路晶片上複數個電極之走向係與該電極暨走線基板上的電極走向大略垂直。
12. 一種指紋辨識裝置，包含：一走線基板，該走線基板具有兩個相對之主要側面，其中一主要側面接近使用者操作手指，另一主要側面佈植有複數導電連接墊及複數走線；一積體電路晶片，該積體電路晶片包含指紋感測電路，複數個感應電極，及複數個金屬凸塊，該積體電路晶片之該指紋感測電路係電連接至該些感應電極，且指紋感測電路經該複數個金屬凸塊電氣連接至該走線基板上的對應導電連接墊及該走線，藉此與一外部電路連接；其中該走線基板為係一玻璃基板，陶磁基板，藍寶石基板或是一高分子材料之膠膜。
13. 如申請專利範圍第12項之指紋辨識裝置，該走線基板之部份導電連接墊係與一可曲撓電路板或硬質電路板電氣連接。
14. 如申請專利範圍第12項之指紋辨識裝置，該指紋辨識裝置更具有與該走線基板電連接之一電子零件，該電子零件係經該走線、該導電連接墊及該金屬凸塊而電氣連接至該積體電路晶片之該指紋感測電路。
15. 如申請專利範圍第12項之指紋辨識裝置，該指紋感測電路係自電容感測電路。
16. 如申請專利範圍第12項之指紋辨識裝置，該玻璃基板係一顯示裝置之保護玻璃。
17. 如申請專利範圍第12項之指紋辨識裝置，該積體電路晶片更包含至少一平衡用之金屬凸塊，該平衡用之金屬凸塊並未電性連接到該走線基板。