TWM537678U - 指紋辨識裝置的封裝結構 - Google Patents
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Description
本創作涉及一種生物辨識裝置，特別是涉及一種指紋辨識裝置的封裝結構。
所謂指紋辨識，顧名思義就是利用人體手指上獨有的指紋資訊進行辨識。常見的指紋辨識裝置可由兩種元素組成，其一為指紋感測器(Fingerprint Sensor)，主要目的是採集一枚完整的指紋圖像，另一則為指紋辨識演算法(Fingerprint Algorithm)；當指紋感測器採集到指紋圖像後，隨即交由演算法進行指紋圖像處理與指紋特徵點抽取，以生成指紋模板後，並以此進行指紋比對。
常見的指紋感測器有電容式(Capacity)與光學式(Optical)兩種，其中電容式指紋感測器的應用原理有RF電容感測、壓力感測、熱感測等，使用方式是將高密度的電容感測器或壓力感測器等微型化感測器整合於一晶片之中，一旦使用者手指按壓晶片表面，內部的微型電容感測器便會根據指紋的波峰與波谷聚集而產生的不同電荷量(或是溫差)，而形成指紋圖像。
一般來說，電容式感測器的優點主要有薄型化與小型化，因而被大量用於行動裝置產品上，缺點則是成本太高且耐用性備受考驗，原因是電容式感測器為了要增加按壓面積須切割整片晶圓，所以每一個晶片的產出成本相當高；再者，電容式感測器本身是裸露的半導體晶片，其容易受到手指上的汗水與酸鹼性的影
響，而發生晶片表面侵蝕及容易產生靜電等問題，造成電容式感測器的耐受度與使用壽命大幅降低。雖然只要在電容式感測器的表面上增貼一藍寶石基板就可以避免上述問題，但相對也提高製作成本。
光學式指紋感測器是最早被使用的指紋採集元件，其主要是利用光源、三菱鏡、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)或電荷耦合元件(CCD)所組成一套系統來採集指紋圖像，使用方式是手指按壓於三菱鏡後，通過指紋的波峰與波谷對全反射光線的吸收與破壞而得到一枚指紋圖像，然後再由互補式金屬氧化物半導體(CMOS)或電荷耦合元件(CCD)將影像擷取與輸出。由於光學式指紋感測器的指紋按壓處是位在壓克力或玻璃之光學元件上，而非直接接觸晶片本身，因此光學式指紋感測器最大的優勢就是價格低廉且耐用。然而，光學式指紋感測器因其體積較大且組裝時較複雜，故難以用於行動裝置產品內部。
依上所述，習知的電容式指紋感測器存在容易受環境靜電影響及製作成本高的問題，光學式指紋感測器則存在體積大以致難以應用於行動裝置產品的問題。
此外，指紋辨識晶片封裝結構能夠裝設於各類的電子產品，例如智慧型手機、行動電話、平板電腦、筆記型電腦以及個人數位助理(PDA)等。現有的指紋辨識晶片封裝大致可分成以軟性電路板或硬式電路板作為承載件的封裝方式。然而，目前現有的指紋辨識晶片因目前的電子裝置設計趨勢，倘若，要在現有的指紋辨識模組中，添加其他生物偵測或辨識的功能(如血糖、血氧濃度偵測等)，則會大幅增加該指紋辨識模組的厚度，故而需要重行考量一種新的設計方案。
本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種可符合現代電子產品微型化與多功能化需求的指紋辨識裝置
的封裝結構。
為了解決上述的技術問題，本創作所採用的技術方案是，提供一種指紋辨識裝置的封裝結構，其包括一基板、一光電傳感器、一可見光發光單元、一非可見光發光單元以及一可透光封裝膠體。所述基板具有相對的一上表面及一下表面，所述上表面具有一感測區域及一圍繞所述感測區域的周邊區域；所述光電傳感器設置於所述感測區域上；所述可見光發光單元設置於所述周邊區域上；所述非可見光發光單元設置於所述周邊區域上；所述可透光封裝膠體設置於所述上表面，以覆蓋所述光電傳感器、所述非可見光發光單元及所述可見光發光單元，其中所述可透光封裝膠體具有一指紋感測面，且所述光電傳感器位於所述指紋感測面的下方。
在本新型的一實施例中，所述基板具有一金屬環，所述金屬環設置於所述上表面與所述下表面之間，且圍繞所述感測區域。
在本新型的一實施例中，所述非可見光發光單元包括兩個非可見光發光元件，其分別設置於所述光電傳感器的相對二側。
在本新型的一實施例中，每一所述非可見光發光元件為一紅外線二極體或一雷射二極體。
在本新型的一實施例中，所述可見光發光單元包括多個可見光發光元件，其分別設置於所述光電傳感器的相對二側，且與兩個所述非可見光發光元件呈陣列式排佈。
在本新型的一實施例中，每一所述可見光發光元件為紅光發光二極體、綠光發光二極體或藍光發光二極體。
在本新型的一實施例中，所述指紋辨識裝置的封裝結構還包括一光電二極體，其設置於所述周邊區域上，且與所述光電傳感器電性連接。
在本新型的一實施例中，所述指紋辨識裝置的封裝結構還包括一特定頻帶光吸收塗佈層，其設置於所述可透光封裝膠體上。
在本新型的一實施例中，所述指紋感測面與所述光電傳感器之間的垂直距離小於100μm。
在本新型的一實施例中，所述基板還包括多個第一焊墊、多個第二焊墊及一內部互連線路，多個所述第一焊墊設置於所述基板的所述上表面，多個所述第二焊墊設置於所述基板的所述下表面，所述內部互連線路設置於所述所述上表面與所述下表面之間，以使所述第一焊墊與所述第二焊墊形成導通，其中，所述第二焊墊裸露在外。
基於上述，本創作實施例所提供的指紋辨識裝置的封裝結構，其可通過“光電傳感器設置於基板的感測區域上，非可見光發光單元與可見光發光單元設置於基板的周邊區域上，光電傳感器、可見光發光單元及非可見光發光單元被可透光封裝膠體所覆蓋，其中可透光封裝膠體具有一指紋感測面，且光電傳感器位於指紋感測面的下方”的設計，以實現現代電子產品完整性、多功能化與微型化等設計。
為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。
Z‧‧‧指紋辨識裝置的封裝結構
1‧‧‧基板
11‧‧‧上表面
111‧‧‧感測區域
112‧‧‧周邊區域
12‧‧‧下表面
13‧‧‧金屬環
14‧‧‧第一焊墊
15‧‧‧第二焊墊
2‧‧‧光電傳感器
3‧‧‧非可見光發光單元
31‧‧‧非可見光發光元件
4‧‧‧可見光發光單元
41‧‧‧可見光發光元件
5‧‧‧可透光封裝膠體
51‧‧‧指紋感測面
6‧‧‧特定頻帶光吸收塗佈層
7‧‧‧光電二極體
D‧‧‧垂直距離
F‧‧‧手指
圖1為本創作的指紋辨識裝置的封裝結構的上視圖。
圖2為本創作的指紋辨識裝置的封裝結構的側視圖(一)。
圖3為本創作的指紋辨識裝置的封裝結構的側視圖(二)。
圖4為本創作的指紋辨識裝置的封裝結構的使用示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“指紋辨識裝置的封裝結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可
基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的精神下進行各種修飾與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，予以聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的技術範圍。
請參照圖1至圖4，圖1為上視圖，圖2及圖3為側視圖，圖4為使用示意圖。本創作提供一種指紋辨識裝置的封裝結構Z，其包括一基板1、一光電傳感器2、一非可見光發光單元3、一可見光發光單元4以及一可透光封裝膠體5。
基板1是一承載電子零件和驅動線路的電路基板，其具有相對的一上表面11及一下表面12，其中上表面11具有一感測區域111及一圍繞感測區域111的周邊區域112，光電傳感器2設置於感測區域111上，非可見光發光單元3與可見光發光單元4則設置於周邊區域112上，可透光封裝膠體5設置於基板1的上表面11，以將光電傳感器2、可見光發光單元4及非可見光發光單元3覆蓋而加以封裝保護，可透光封裝膠體5並具有一指紋感測面51，且光電傳感器2位於指紋感測面51的下方。
為增加指紋辨識裝置的封裝結構Z的使用性，可於基板中設置一金屬環13，其位置可以是在上表面11與下表面12之間且圍繞感測區域111。藉此，當使用者手指F按壓在可透光封裝膠體5的指紋感測面51上時，即可通過感應起電的方式使裝置開始運作，而指紋辨識裝置的封裝結構Z可於未使用時進入暫時停止狀態，以達到節能省電的功效。
本實施例中，光電傳感器2所使用的光電轉換方式可以是光伏特、光傳導或光發射，但不限於此。具體地說，光伏特轉換方式是通過兩種不同材料的接面(如矽鍺異質接面)來實現，一旦有非可見光照射到接面，接面兩端便會產生對應所接收照度的一輸出電壓；光傳導轉換方式是通過半導體材料所產生之電阻隨著照
度增加而減少的特性來實現；光發射轉換方式是要有足夠的入射光能量使電子脫離軌道而射出。
非可見光發光單元3用以產生一預設光譜之非可見光，當使用者手指F按壓在可透光封裝膠體5的指紋感測面51上時，所產生之非可見光的光束將照射至手指F，並由光電傳感器2接收自手指F反射的光強度信號(Intensity Signal)，其包括對應手指F表面皮紋波峰的光強度信號與對應手指F表面皮紋波谷的光強度信號，且轉換成光電流信號(Photocurrent Signal)。本實施例中，非可見光發光單元3包括兩個非可見光發光元件31，其可以是紅外線二極體(IR-LED)或雷射二極體(laser diode)，但不限於此；較佳地，兩個非可見光發光元件31分別設置於光電傳感器2的相對二側且相互對稱，依此設計，可增加指紋辨識的精確度。
須說明的是，雖然在圖1中，非可見光發光單元3所包含的非可見光發光元件31的數量是兩個，其分別設置於光電傳感器2的相對二側且相互對稱，但是於實際應用中，非可見光發光單元3所包含的非可見光發光元件31的數量和分佈位置並不限制於此；例如，非可見光發光元件31的數量可以有兩個以上，且沿著光電傳感器2的四周配置。
值得一提的是，現代電子產品均強調多功能性，故本創作將可見光發光單元4整合於指紋辨識裝置的封裝結構Z中。本實施例中，可見光發光單元4包括多個可見光發光元件41，而可見光發光元件41的數量、發光類型和分佈位置主要視產品設計需求而定，並無特別限制；例如，多個可見光發光元件41可包括紅光、綠光及藍光發光二極體，且平均分佈在光電傳感器2的相對二側或沿著光電傳感器2的四周配置，且與非可見光發光元件31呈陣列式排佈，以達到裝飾美觀與提示的效果。
可透光封裝膠體5是由透明封裝材料所形成，所述透明封裝材料可以是環氧樹脂(Epoxy)系統、矽膠(Silicone)、尿素樹脂
(Urea resin)系統或壓克力樹脂系統，但不限於此。較佳地，指紋感測面51與光電傳感器2之間的垂直距離小於100μm，以符合現代電子產品微型化的需求。指紋辨識裝置的封裝結構Z可再包括一設置於可透光封裝膠體5上的特定頻帶光吸收塗佈層6，用以消除或減少雜訊對於指紋辨識結果的影響。
另值得一提的是，指紋辨識裝置的封裝結構Z中可進一步整合有一光電二極體7(photodiode)，其設置於所述周邊區域上，且與光電傳感器2電性連接，用以偵測光電傳感器2目前所接收光線之強度或功率，以提供更多元化的生物偵測或辨識的功能(如心跳、血氧濃度偵測等)，其原理是，血流脈搏的變化會造成光強度變化。於實際應用中，光電二極體7的具體設置位置可以是光電傳感器2周圍非可見光發光單元3與可見光發光單元4所在之側以外的另一側，但不限於此。
附帶一提的是，為了將光電傳感器2、非可見光發光單元3、可見光發光單元4及光電二極體7同時整合在同一塊基板1上，以實現現代電子產品完整性、多功能化與微型化等設計。基板1還包括多個設置於上表面11的第一焊墊14、多個設置於下表面12的第二焊墊15及一設置於上表面11與下表面12之間的內部互連線路(圖未示)，其中第一焊墊14被可透光封裝膠體5覆蓋，第二焊墊15裸露在外作電性連接用。
[實施例的有益效果]
綜上所述，本創作的有益效果在於，本創作實施例所提供的指紋辨識裝置的封裝結構，其可通過“光電傳感器設置於基板的感測區域上，非可見光發光單元與可見光發光單元設置於基板的周邊區域上，光電傳感器、可見光發光單元及非可見光發光單元被可透光封裝膠體所覆蓋，其中可透光封裝膠體具有一指紋感測面，且光電傳感器位於指紋感測面的下方”的設計，以實現現代
電子產品完整性、多功能化與微型化等設計。
再者，所述指紋辨識裝置的封裝結構中可進一步整合一光電二極體，其設置於基板的周邊區域上且與光電傳感器電性連接，以提供更多元化的生物偵測或辨識的功能。
以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。
Z‧‧‧指紋辨識裝置的封裝結構
1‧‧‧基板
11‧‧‧上表面
111‧‧‧感測區域
112‧‧‧周邊區域
12‧‧‧下表面
13‧‧‧金屬環
14‧‧‧第一焊墊
15‧‧‧第二焊墊
2‧‧‧光電傳感器
3‧‧‧非可見光發光單元
31‧‧‧非可見光發光元件
4‧‧‧可見光發光單元
41‧‧‧可見光發光元件
5‧‧‧可透光封裝膠體
51‧‧‧指紋感測面
6‧‧‧特定頻帶光吸收塗佈層
7‧‧‧光電二極體
D‧‧‧垂直距離
Claims (10)
- 一種指紋辨識裝置的封裝結構，其包括：一基板，其具有相對的一上表面及一下表面，所述上表面具有一感測區域及一圍繞所述感測區域的周邊區域；一光電傳感器，其設置於所述感測區域上；一可見光發光單元，其設置於所述周邊區域上；一非可見光發光單元，其設置於所述周邊區域上；以及一可透光封裝膠體，其設置於所述上表面，以覆蓋所述光電傳感器、所述非可見光發光單元及所述可見光發光單元，其中所述透明可透光封裝膠體具有一指紋感測面，且所述光電傳感器位於所述指紋感測面的下方。
- 如請求項1所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，所述基板具有一金屬環，所述金屬環設置於所述上表面與所述下表面之間，且圍繞所述感測區域。
- 如請求項1或2所述的指紋辨識裝置的封裝結構，還包括一光電二極體，其設置於所述周邊區域上，且與所述光電傳感器電性連接。
- 如請求項1或2所述的指紋辨識裝置的封裝結構，還包括一特定頻帶光吸收塗佈層，其設置於所述透明可透光封裝膠體上。
- 如請求項1或2所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，所述指紋感測面與所述光電傳感器之間的垂直距離小於100μm。
- 如請求項1或2所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，所述非可見光發光單元包括兩個非可見光發光元件，其分別設置於所述光電傳感器的相對二側。
- 如請求項6所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，每一所述非可見光發光元件為一紅外線二極體或一雷射二極體。
- 如請求項6所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，所述可見 光發光單元包括多個可見光發光元件，其分別設置於所述光電傳感器的相對二側，且與兩個所述非可見光發光元件呈陣列式排佈。
- 如請求項8所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，每一所述可見光發光元件為紅光發光二極體、綠光發光二極體或藍光發光二極體。
- 如請求項1所述的指紋辨識裝置的封裝結構，其中，所述基板還包括：多個第一焊墊，其設置於所述基板的所述上表面；多個第二焊墊，其設置於所述基板的所述下表面；以及一內部互連線路，其設置於所述所述上表面與所述下表面之間，以電性連接所述第一焊墊與所述第二焊墊；其中，所述第二焊墊裸露在外。
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