TWI634527B - 感測系統 - Google Patents

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Abstract

一種感測系統，包括一基板、至少一外顯元件、至少一內部運作元件、多個導體及多個導電跡線。基板具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通第一表面與第二表面的多個貫孔。外顯元件配置於第一表面，其中此至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合。內部運作元件全部配置於第二表面，其中此至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合。這些導體分別配置於這些貫孔中，且連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件。這些導電跡線配置於第一表面與第二表面的至少其中之一。

Description

感測系統
本發明是有關於一種電子系統，且特別是有關於一種感測系統。
隨著電子元件技術的進步，除了可實現各式各樣用以符合人類生活需求的電子產品（例如可攜式電子產品）之外，藉由感測器或感測系統的搭配，更使電子產品能夠實現更多的功能與應用。
目前的電子產品已朝向輕、薄、短、小的方向發展，而同樣地，感測器或感測系統也朝向小型化發展，且希望能夠藉由體積小的感測器或感測系統來達到與大型感測系統類似或相同的功能與功效。因此，如何善用感測系統上的面積，便成為此領域的研發課題。
另外，隨著半導體技術的發展，電子元件的運算功能與速度越來越強大，且其訊號頻率也朝向高頻發展。因此，在感測系統中，如何促進電子訊號的傳輸速率，以及如何保持訊號的完整性並降低訊號的失真，是現今感測系統的設計者所會面臨的問題。
本發明提供一種感測系統，其可在高頻應用下良好地運作。
本發明的一實施例提出一種感測系統，包括一基板、至少一外顯元件、至少一內部運作元件、多個導體及多個導電跡線。基板具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通第一表面與第二表面的多個貫孔。外顯元件配置於第一表面，其中此至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合。內部運作元件全部配置於第二表面，其中此至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合。這些導體分別配置於這些貫孔中，且連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件。這些導電跡線配置於第一表面與第二表面的至少其中之一。每一貫孔在垂直於第一表面的方向上的深度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於第一表面的方向上的厚度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5。
本發明的一實施例提出一種感測系統，包括一基板、至少一外顯元件、至少一內部運作元件、至少一生理感測元件、多個導體及多個導電跡線。基板具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通第一表面與第二表面的多個貫孔。外顯元件配置於第一表面，其中此至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合。內部運作元件全部配置於第二表面，其中此至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合。這些導體分別配置於這些貫孔中，且連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件或此至少一生理感測元件。這些導電跡線配置於第一表面與第二表面的至少其中之一。每一貫孔在垂直於第一表面的方向上的深度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於第一表面的方向上的厚度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5。
本發明的一實施例提出一種感測系統，包括一基板、至少一外顯元件、至少一內部運作元件、多個導體及多個導電跡線。基板具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通第一表面與第二表面的多個貫孔。外顯元件配置於第一表面，其中此至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合。內部運作元件全部配置於第二表面，其中此至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合。這些導體分別配置於這些貫孔中，且直接連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件。這些導電跡線配置於第一表面與第二表面的至少其中之一。
在本發明的實施例的感測系統中，由於每一貫孔在垂直於第一表面的方向上的深度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於第一表面的方向上的厚度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5，因此感測系統可在高頻應用下良好地運作。此外，在本發明的實施例的感測系統中，由於這些導體分別配置於這些貫孔中，且直接連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件，且內部運作元件全部配置於第二表面，因此感測系統上的面積可以被有效地運用，且可有效提高訊號的訊雜比。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A為用以繪示本發明的一實施例的感測系統的正面的立體示意圖，圖1B為用以繪示本發明的一實施例的感測系統的背面的立體示意圖，而圖1C為圖1A與圖1B的感測系統沿著I-I線的剖面示意圖。圖2A為本發明的一實施例的感測系統的局部剖面示意圖，圖2B為圖2A中的區域A1的放大示意圖，而圖2C為圖2A中的區域A2的放大示意圖。請參照圖1A至圖2C，本實施例的感測系統100包括一基板110、至少一外顯元件120（圖中是以多個外顯元件120為例）、至少一內部運作元件130（圖中是以多個內部運作元件130為例）、多個導體140及多個導電跡線150。基板110具有相對的一第一表面112與一第二表面114，且具有連通第一表面112與第二表面114的多個貫孔116。外顯元件120配置於第一表面112，其中此至少一外顯元件120包括顯示器、感測器或其組合。在一實施例中，此至少一外顯元件包括感測器，且感測器包括環境溫度感測器、環境濕度感測器、其他感測器或其組合。
內部運作元件130全部配置於第二表面114，其中此至少一內部運作元件130包括訊號處理器、驅動器或其組合。在一實施例中，此至少一內部運作元件130更包括類比數位轉換器、被動元件、記憶體、電源供應器或其組合。這些導體140分別配置於這些貫孔116中，且連接此至少一外顯元件120與此至少一內部運作元件130。這些導電跡線150配置於第一表面112與第二表面114的至少其中之一。舉例而言，在圖1B中，導電跡線150配置於第二表面114。然而，在圖2A中，導電跡線150配置於第一表面112與第二表面114。
在本實施例中，每一貫孔116在垂直於第一表面112的方向上的深度H1除以在平行於第一表面112的方向上的寬度D（例如是最小直徑）所得到的深寬比大於或等於1.5（如圖2B所繪示），且每一導電跡線150在垂直於第一表面112的方向上的厚度H2除以在平行於第一表面112的方向上的寬度L所得到的厚寬比大於或等於1.5。此外，在本實施例中，基板110的材料為矽氧化物基材料（silicon-oxide-based material），例如為石英或玻璃，亦即基板110例如為玻璃基板或石英基板。如此一來，感測系統100在訊號（即電訊號）頻率大於10 GHz時的介電常數（dielectric constant）Dk小於6.0且介電損失正切（dielectric loss tangent）Df小於0.01。介電常數Dk小時可以使訊號（即電訊號）具有高傳輸速率，而介電損失正切Df小時可保持訊號（即電訊號）的完整性，減少訊號的失真。因此，本實施例的感測系統在高頻應用下可良好地運作。在本實施例中，可見光對基板110的穿透率可以是大於80%，換言之，基板110可以是透明基板。此外，採用矽氧化物基材料所製成的基板110相對於塑膠基板更具有防溼氣及熱穩定度高的優點，且具有較小的介電損失正切Df。
在本實施例中，這些貫孔116的壁面的平方平均值粗糙度(root mean square roughness)R RMS值小於100奈米，這些導電跡線150的表面的平方平均值粗糙度R RMS值小於100奈米，如此有助於在高頻應用下降低介電常數Dk與介電損失正切Df。當導電跡線150的表面越平滑時，在高頻應用下的訊號傳輸損失較低。此外，在本實施例中，這些貫孔116的寬度D（例如是最小直徑）小於或等於10微米，這些貫孔116的壁面與這些貫孔116的沿伸方向上的中心軸C的夾角θ小於或等於5度，如此亦有助於在高頻應用下降低介電常數Dk與介電損失正切Df。當寬度D越小時，且夾角θ越小時，在大於20 GHz的高頻應用下的訊號傳輸損失較低。另外，導電跡線150的寬度L可以控制在小於或等於5微米。
在本實施例中，這些導體140直接連接此至少一外顯元件120與此至少一內部運作元件130，且再加上內部運作元件130全部配置於第二表面114，因此可以有效增加外顯元件120的可用面積，例如可以加大顯示器或感測器的面積。此外，由於導體140是配置於貫孔116中，因此可以有效地提升感測系統100的訊號的訊雜比。在本實施例中，導體140的材質為金屬，例如是銅或其他導電性良好的材料。
在一實施例中，為了使貫孔116的壁面的平方平均值粗糙度R RMS值符合上述規範，可採用雷射剝蝕（laser ablation）製程來在基板110上燒蝕出貫孔116，或採用雷射破壞（laser damage）加上溼蝕刻（wet etching）製程來在基板110上形成貫孔116。
圖3為在基板上形成導電跡線的過程的剖面示意圖。請先參照圖3，為了使導電跡線150的表面的平方平均值粗糙度R RMS值符合上述規範，可採用下述製程來形成導電跡線150。首先，在基板110上形成種子層50，其中種子層可為鎳種子層，例如是化學黑鎳層。
接著，在種子層50上形成圖案化光阻層60，其形成方式可以是先在種子層50上形成整面覆蓋的光阻層，然後在對此光阻層進行部分曝光（即圖案化曝光）及顯影的製成，以形成圖案化光阻層。化學黑鎳層可以作為抗反射層，以減少曝光製程中反射光的產生，以有效減少反射光與入射光形成干涉現象而在接下來形成的圖案化光阻層60的側壁產生駐波紋路情形，其中駐波紋路會使導電跡線150的表面不平滑而平方平均值粗糙度R RMS上升。上述曝光製程可以採用雷射直接成像（laser direct imaging, LDI）曝光。此外，在本實施例中，可採用顯影後烘烤技述來處理顯影後的圖案化光阻層50。顯影後烘烤技術可使光阻產生部分流動性，以消除圖案化光阻層60的側壁上的駐波紋路。接著，藉由電鍍製層在種子層60未被圖案化光阻層60覆蓋的部分上形成導電層70，其中導電層的材質例如是銅或其他導電性良好的金屬。
然後，移除圖案化光阻層60。接著，蝕刻未被導電層70覆蓋的種子層50。之後，進行電解拋光（electropolishing）製程及形成在拋光後的修補性鍍層（其可以是電鍍層或無電鍍層），如此可以進一步修補由於微蝕導致的粗糙導體表面，以改善高頻訊號傳輸品質。如此一來，剩餘的種子層50及導電層70即形成導電跡線150。藉由上述製程，便可形成表面較為平滑的導電跡線150。
請在參照圖2B與圖2C，在一實施例中，貫孔116的寬度D（在此例如是指其最小直徑）例如是5微米，貫孔116的深度H1例如是50微米，而這些貫孔116的壁面與這些貫孔116的沿伸方向上的中心軸C的夾角θ小於或等於5度。此外，導電跡線150在平行於第一表面112的方向上的寬度L（即線寬）例如為2微米，導電跡線150在垂直於第一表面112的方向上的厚度H2例如為6微米，相鄰兩導電跡線150的間隙S例如為2微米，種子層50的底切（undercut）U小於或等於10%，且在感測系統100的訊號頻率大於20 GHz的情況下，這些導電跡線150的表面的平方平均值粗糙度R RMS值小於100奈米。在另一實施例中，寬度L可以是5微米，厚度H2可以是7.5微米，如此導電跡線的厚寬比（即厚度H2除以寬度L所得到的比值）可以是1.5。
圖4為本發明的另一實施例的感測系統的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例的感測系統100a與圖1C的感測系統100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例中，感測系統100a更包括至少一生理感測元件160（在圖4中繪示一個生理感測元件為例），而這些導體140連接外顯元件120與內部運作元件130或生理感測元件160。在本實施例中，部分的這些導體140連接外顯元件120與內部運作元件130，而另一部分的這些導體140連接外顯元件120與生理感測元件160。此外，在本實施例中，生理感測元件160配置於第二表面114。然而，在其他實施例中，生理感測元件160亦可以配置於第一表面112。再者，在本實施例中，生理感測元件160可用以感測脈博、血壓、皮膚阻抗、體液成分或其組合。另外，在本實施例中，生理感測元件160也可以透過導電跡線150電性連接至內部運作元件130。
綜上所述，在本發明的實施例的感測系統中，由於每一貫孔在垂直於第一表面的方向上的深度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於第一表面的方向上的厚度除以在平行於第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5，因此感測系統可在高頻應用下良好地運作。此外，在本發明的實施例的感測系統中，由於這些導體分別配置於這些貫孔中，且直接連接此至少一外顯元件與此至少一內部運作元件，且內部運作元件全部配置於第二表面，因此感測系統上的面積可以被有效地運用，且可有效提高訊號的訊雜比。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧種子層
60‧‧‧圖案化光阻層
70‧‧‧導電層
100、100a‧‧‧感測系統
110‧‧‧基板
112‧‧‧第一表面
114‧‧‧第二表面
116‧‧‧貫孔
120‧‧‧外顯元件
130‧‧‧內部運作元件
140‧‧‧導體
150‧‧‧導電跡線
160‧‧‧生理感測元件
D、L‧‧‧寬度
H1‧‧‧深度
H2‧‧‧厚度
S‧‧‧間隙
U‧‧‧底切
圖1A為用以繪示本發明的一實施例的感測系統的正面的立體示意圖。 圖1B為用以繪示本發明的一實施例的感測系統的背面的立體示意圖。 圖1C為圖1A與圖1B的感測系統沿著I-I線的剖面示意圖。 圖2A為本發明的一實施例的感測系統的局部剖面示意圖。 圖2B為圖2A中的區域A1的放大示意圖。 圖2C為圖2A中的區域A2的放大示意圖。 圖3為在基板上形成導電跡線的過程的剖面示意圖。 圖4為本發明的另一實施例的感測系統的剖面示意圖。

Claims (23)

  1. 一種感測系統，包括：一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通該第一表面與該第二表面的多個貫孔；至少一外顯元件，配置於該第一表面，其中該至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合；至少一內部運作元件，全部配置於該第二表面，其中該至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合；多個導體，分別配置於該些貫孔中，且連接該至少一外顯元件與該至少一內部運作元件；以及多個導電跡線，配置於該第一表面與該第二表面的至少其中之一，其中，每一貫孔在垂直於該第一表面的方向上的深度除以在平行於該第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於該第一表面的方向上的厚度除以在平行於該第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5。
  2. 一種感測系統，包括：一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通該第一表面與該第二表面的多個貫孔；至少一外顯元件，配置於該第一表面，其中該至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合； 至少一內部運作元件，全部配置於該第二表面，其中該至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合；至少一生理感測元件，配置於該第一表面與該第二表面的至少其中之一；多個導體，分別配置於該些貫孔中，且連接該至少一外顯元件與該至少一內部運作元件或該至少一生理感測元件；以及多個導電跡線，配置於該第一表面與該第二表面的至少其中之一，其中，每一貫孔在垂直於該第一表面的方向上的深度除以在平行於該第一表面的方向上的寬度所得到的深寬比大於或等於1.5，且每一導電跡線在垂直於該第一表面的方向上的厚度除以在平行於該第一表面的方向上的寬度所得到的厚寬比大於或等於1.5。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該感測系統在訊號頻率大於10GHz時的介電常數小於6.0且介電損失正切小於0.01。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該些貫孔的壁面的平方平均值粗糙度RRMS值小於100奈米。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該些導電跡線的表面的平方平均值粗糙度RRMS值小於100奈米。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該些貫孔的直徑小於或等於10微米。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該些貫孔的壁面與該些貫孔的沿伸方向上的中心軸的夾角小於或等於5度。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中可見光對該基板的穿透率大於80%。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該基板的材料為矽氧化物基材料。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該至少一外顯元件包括該感測器，且該感測器包括環境溫度感測器、環境濕度感測器或其組合。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該至少一內部運作元件更包括類比數位轉換器、被動元件、記憶體、電源供應器或其組合。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測系統，其中該些導體直接連接該至少一外顯元件與該至少一內部運作元件。
  13. 一種感測系統，包括：一基板，具有相對的一第一表面與一第二表面，且具有連通該第一表面與該第二表面的多個貫孔；至少一外顯元件，配置於該第一表面，其中該至少一外顯元件包括顯示器、感測器或其組合；至少一內部運作元件，全部配置於該第二表面，其中該至少一內部運作元件包括訊號處理器、驅動器或其組合； 多個導體，分別配置於該些貫孔中，且直接連接該至少一外顯元件與該至少一內部運作元件；以及多個導電跡線，配置於該第一表面與該第二表面的至少其中之一。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該感測系統在訊號頻率大於10GHz時的介電常數小於6.0且介電損失正切小於0.01。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該些貫孔的壁面的平方平均值粗糙度RRMS值小於100奈米。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該些導電跡線的表面的平方平均值粗糙度RRMS值小於100奈米。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該些貫孔的直徑小於或等於10微米。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該些貫孔的壁面與該些貫孔的沿伸方向上的中心軸的夾角小於或等於5度。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中可見光對該基板的穿透率大於80%。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該基板的材料為矽氧化物基材料。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的感測系統，其中該基板為玻璃基板或石英基板。
  22. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該至少一外顯元件包括該感測器，且該感測器包括環境溫度感測器、環境濕度感測器或其組合。
  23. 如申請專利範圍第13項所述的感測系統，其中該至少一內部運作元件更包括類比數位轉換器、被動元件、記憶體、電源供應器或其組合。
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