WO2020244006A1 - 指纹芯片、制作指纹芯片的方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种制作指纹芯片的方法，能够实现超薄指纹芯片。该方法包括：在晶圆上制作加固层，其中，所述晶圆上形成有多个像素阵列，所述多个像素阵列上方设置有光路层，所述光路层用于将入射至手指并经所述手指反射的光信号传输至所述多个像素阵列，所述加固层通过胶层接合在所述光路层的上表面；对具有所述加固层的所述晶圆进行减薄处理；对具有所述加固层的所述晶圆进行切割，得到多个指纹芯片，其中每个指纹芯片包括一个像素阵列；去除各个指纹芯片上的所述加固层。

Description

指纹芯片、制作指纹芯片的方法和电子设备

本申请要求于2019年6月5日提交中国专利局、申请号为PCT/CN2019/090171、名称为“光学指纹装置和电子设备”的PCT申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请实施例涉及指纹识别领域，并且更具体地，涉及一种指纹芯片、制作指纹芯片的方法和电子设备。

背景技术

伴随着科学技术的进步以及用户需求的逐步提升，电子设备的集成度越来越高。为了适应这种发展趋势，电子设备当中使用的各类元件、器件也面临着向集成度更高、体积更小、标准化程度更高的方向转变。

光学指纹芯片作为具有光学指纹识别功能的电子设备的重要组成部分，受其封装方式的影响，其厚度受到了很大的限制，从而很难减小其体积。因此，如何减小光学指纹芯片的厚度，给电子设备厂商带来更大的整机结构设计空间，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种指纹芯片、制作指纹芯片的方法和电子设备，能够实现超薄指纹芯片。

第一方面，提供了一种指纹芯片，包括：基底，所述基底的厚度大或等于30微米且小于80微米，所述基底上形成有像素阵列，所述像素阵列用于检测入射至手指并经所述手指反射或散射的光信号；光路层，设置在所述基底上方，用于将所述光信号传输至所述像素阵列。

在一种可能的实现方式中，所述基底还包括导电通孔结构，所述导电通孔结构用于电连接所述像素阵列和所述指纹芯片的线路板。

在一种可能的实现方式中，所述导电通孔结构由TSV工艺形成。

在一种可能的实现方式中，所述导电通孔结构包括填充有金属材料的通孔，所述金属材料与所述基底的材料之间由绝缘侧壁电隔离。

在一种可能的实现方式中，所述通孔为垂直通孔或者倾斜通孔。

在一种可能的实现方式中，所述通孔的横截面为矩形、圆形或者梯形。

在一种可能的实现方式中，所述导电通孔结构通过设置在所述基底下表面的电连接层，与所述线路板之间进行电连接。

在一种可能的实现方式中，所述电连接层为金属层或者ACF层。

在一种可能的实现方式中，所述光路层包括微透镜阵列。

在一种可能的实现方式中，所述微透镜阵列的表面镀有保护膜层。

在一种可能的实现方式中，所述保护膜层为绝缘的无机材料层。

在一种可能的实现方式中，所述无机材料为硅氧化物或者硅氮化物。

在一种可能的实现方式中，所述保护膜层的厚度位于0.05微米至1微米之间。

在一种可能的实现方式中，所述光路层还包括至少一个挡光层，所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列和所述像素阵列之间，其中每个挡光层上设置有与多个微透镜分别对应的多个开孔，经每个微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达所述像素阵列。

在一种可能的实现方式中，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔由上至下孔径依次减小。

在一种可能的实现方式中，每个微透镜对应于一个像素，其中，经所述微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达与所述微透镜对应的像素。

在一种可能的实现方式中，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔的连线，经过所述微透镜对应的光学感应单元的中心区域。

在一种可能的实现方式中，所述微透镜的聚光面在与其光轴垂直的平面上的投影为矩形或者圆形。

在一种可能的实现方式中，所述光路层包括滤光层，所述滤光层用于过滤非特定波段的光信号。

在一种可能的实现方式中，所述光信号为经所述手指反射的垂直光信号或者倾斜光信号。

第二方面，提供了一种制作指纹芯片的方法，包括：

在晶圆上制作加固层，其中，所述晶圆上形成有多个像素阵列，所述多个像素阵列上方设置有光路层，所述光路层用于将入射至手指并经所述手指 反射的光信号传输至所述多个像素阵列，所述加固层通过胶层接合在所述光路层的上表面；

对具有所述加固层的所述晶圆进行减薄处理；

对具有所述加固层的所述晶圆进行切割，得到多个指纹芯片，其中每个指纹芯片包括一个像素阵列；

去除各个指纹芯片上的所述加固层。

在一种可能的实现方式中，减薄处理后的所述晶圆的厚度位于30微米至100微米之间。

在一种可能的实现方式中，在所述去除各个指纹芯片上的所述加固层之前，所述方法还包括：将每个指纹芯片中的像素阵列与所述指纹芯片的线路板进行电连接。

在一种可能的实现方式中，在所述对具有所述加固层的所述晶圆进行切割之前，所述方法还包括：对减薄后的所述晶圆进行穿过硅片通道TSV处理，得到多个导电通孔结构，其中，所述导电通孔结构用于电连接所述像素阵列和所述线路板。

在一种可能的实现方式中，所述导电通孔结构通过设置在所述晶圆下表面的电连接层，与所述线路板之间电连接。

在一种可能的实现方式中，所述电连接层为金属层或者ACF层。

在一种可能的实现方式中，所述导电通孔结构包括填充有金属材料的通孔，所述金属材料与所述晶圆的材料之间由绝缘侧壁电隔离。

在一种可能的实现方式中，所述通孔为垂直通孔或者倾斜通孔。

在一种可能的实现方式中，所述通孔的横截面为矩形、圆形或者梯形。

在一种可能的实现方式中，所述光路层包括多个微透镜阵列，所述加固层通过所述胶层接合至所述多个微透镜阵列。

在一种可能的实现方式中，在所述在晶圆上制作加固层之前，所述方法还包括：在每个微透镜阵列的表面制作保护膜层，其中，所述胶层覆盖在所述多个微透镜阵列的保护膜层上。

在一种可能的实现方式中，所述保护膜层为绝缘的无机材料层。

在一种可能的实现方式中，所述无机材料为硅氧化物或者硅氮化物。

在一种可能的实现方式中，所述保护膜层的厚度位于0.05微米至1微米。

在一种可能的实现方式中，所述微透镜阵列中每个微透镜的聚光面在与 其光轴垂直的平面上的投影为矩形或者圆形。

在一种可能的实现方式中，所述光路层还包括至少一个挡光层，所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列和所述像素阵列之间，其中每个挡光层上设置有与多个微透镜分别对应的多个开孔，经每个微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达所述像素阵列。

在一种可能的实现方式中，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔由上至下孔径依次减小。

在一种可能的实现方式中，每个微透镜对应于一个像素，其中，经所述微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达与所述微透镜对应的像素。

在一种可能的实现方式中，所述去除各个指纹芯片上的所述加固层，包括：使用特定溶剂将所述加固层与所述光路层之间的所述胶层溶解，以使各个指纹芯片与其加固层分离。

在一种可能的实现方式中，所述去除各个指纹芯片上的所述加固层，包括：通过激光将所述加固层与所述光路层之间的所述胶层分解，以使各个指纹芯片与其加固层分离；使用特定溶剂将未被激光分解的残留胶体溶解。

在一种可能的实现方式中，所述胶层为临时键合胶层。

在一种可能的实现方式中，所述临时键合胶层的厚度位于15微米至50微米之间。

在一种可能的实现方式中，所述加固层为玻璃层。

在一种可能的实现方式中，所述加固层的厚度位于200微米至1000微米。

第三方面，提供了一种电子设备，包括第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的指纹芯片。

基于上述技术方案，在制作指纹芯片的过程中，使用固定层对晶圆提供机械支撑，并在指纹芯片制作完成后才将该固定层去除，能够避免晶圆在后续工艺过程中由于太薄而引起翘曲等问题，实现了制作超薄指纹芯片的可能。基于该方法得到的指纹芯片的基底的厚度能够达到30微米至100微米之间。

附图说明

图1(a)是本申请可以适用的电子设备的结构示意图。

图1(b)是图1(a)所示的电子设备沿A-A’方向的剖面示意图。

图2是本申请实施例的制作指纹芯片的方法的示意性流程图。

图3(a)至图3(h)是图2所示的制作指纹芯片的方法的一种可能的工艺流程图。

图4是本申请实施例的指纹芯片的示意性框图。

图5是图4所示的指纹芯片的一种可能的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

应理解，本申请实施例可以应用于指纹系统，包括但不限于光学、超声波或其他指纹识别系统和基于光学、超声波或其他指纹成像的医疗诊断产品，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学、超声波或其他成像技术的系统等。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他电子设备；更具体地，在上述电子设备中，指纹模组可以具体为光学指纹模组，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display或Under-screen)光学指纹系统。或者，所述光学指纹模组也可以部分或者全部集成至所述电子设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display或In-screen)光学指纹系统。

光学屏下指纹识别技术使用从设备显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应和其他感应操作。该返回的光携带与该顶面接触的物体(例如手指)的信息，通过采集和检测该返回的光，实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块。光学传感器模块的设计可以为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像。

图1(a)和图1(b)示出了本申请实施例可以适用的电子设备的示意图。其中，图1(a)为电子设备10的定向示意图，图1(b)为图1(a)所示的电子设备10沿A-A’方向的部分剖面示意图。

所述电子设备10包括显示屏120和光学指纹模组130。其中，所述光学指纹模组130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹模组130 包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133。所述感应阵列133所在区域或者其感应区域为所述光学指纹模组130的指纹检测区域103(也称为指纹采集区域、指纹识别区域等)。如图1(a)所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹模组130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将来自所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹模组130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。

应理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹模组130的感应阵列133的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹模组130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹模组130的感应阵列133的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹模组130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹模组130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对所述电子设备10进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的电子设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个电子设备10的正面。

作为一种可选的实现方式，如图1(b)所示，所述光学指纹模组130包括光检测部分134和光学组件132。所述光检测部分134包括所述感应阵列133以及与所述感应阵列133电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)上，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器。所述感应阵列133具体为光探测器(Photodetector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元。所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列133的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构、以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光 层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列133进行光学检测。

在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装操作在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装操作在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的指纹芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述指纹芯片的上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述指纹芯片之中。

其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列133便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实现方式中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列133，以使得所述感应阵列133可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹模组130的视场，以提高所述光学指纹模组130的指纹成像效果。

在其他实现方式中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列133上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列133的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层。更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层(或称为遮光层、阻光层等)，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透 镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。

应理解，上述导光层或者光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用。比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层的上方或下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

作为一种可选的实现方式，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹模组130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光。在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的脊(ridge)141与谷(valley)142对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊的反射光151和来自指纹谷的反射光152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹模组130中的感应阵列133所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在电子设备10实现光学指纹识别功能。

在其他实现方式中，所述光学指纹模组130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹模组130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述电子设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述电子设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹模组130可以 设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹模组130；或者，所述光学指纹模组130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹模组130。当采用所述光学指纹模组130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。

应理解，在具体实现上，所述电子设备10还可以包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备10的正面。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。

另一方面，在某些实现方式中，所述光学指纹模组130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹模组130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹模组130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹模组130可以具体包括多个光学指纹传感器。所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹模组130的指纹检测区域103。从而所述光学指纹模组130的指纹检测区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。进一步地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域103还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

指纹芯片作为具有光学指纹识别功能的电子设备的重要组成部分，受其封装方式的影响，其厚度受到了很大的限制。本申请实施例提供了一种制作指纹芯片的方法，能够获得超薄的指纹芯片。

以下，将上述的光学感应单元131也称为像素或者感光像素，将感应阵列133也称为像素阵列，将光学组件132也称为光路层。

图2是本申请实施例的制作指纹芯片的方法的示意性流程图。如图2所示，包括以下步骤中的部分或全部。

在210中，在晶圆上制作加固层。

其中，该晶圆上形成有多个像素阵列，该多个像素阵列上方设置有光路层，该光路层用于将入射至手指并经该手指反射的光信号传输至该多个像素阵列，该加固层通过胶层接合在该光路层的上表面。

该晶圆的材料例如可以是硅等半导体材料。

该晶圆上形成有多个像素阵列，并且该多个像素阵列的上方设置有光路层。该加固层设置在该光路层的上方，例如该加固层可以通过胶层接合在该光路层的上表面。在后续的工艺步骤中，该加固层始终与该晶圆保持连接，从而为该晶圆提供机械支撑，直至独立的指纹芯片制作完成后再去除。

每个像素阵列中包括由例如多个光电二级光形成的多个像素。这些像素阵列的上方设置有光路层，该光路层可以将显示屏上方的手指反射或散射的光信号传输至像素阵列，该光信号中携带该手指的指纹信息，因此根据这些指纹信息可以进行指纹识别。

用于连接该加固层与该光路层的胶层例如可以是临时键合胶层，可以将该胶层涂覆在光路层上，当该胶层固化后，可以实现固定层和光路层之间的有效键合。该胶层在特定溶剂中可以被溶解从而失去键合作用。

该胶层的厚度例如可以位于15微米至50微米之间。

该光路层中可以包括多个微透镜阵列，该加固层通过该胶层接合至该多个微透镜阵列。

可选地，在210之前，即在晶圆上制作加固层之前，该方法还包括：在每个微透镜阵列的表面制作保护膜层，其中，该胶层覆盖在该多个微透镜阵列的保护膜层上。

该微透镜阵列的表面所镀的保护膜层用于保护各个微透镜在后续工艺中不被损伤，此时，该胶层覆盖在该多个微透镜阵列的保护膜层的上表面。该保护膜层可以为采用镀膜方式生长的化学性质稳定的绝缘的无机材料层，例如为硅氧化物或者硅氮化物等。该无机物材料覆盖晶圆上表面的全部微透镜阵列。该保护膜层的厚度例如可以位于0.05微米至1微米。

该光路层中还可以包括其他光学部件，例如挡光层、滤光层等。这些光学部件的具体结构参考下述针对图4和图5的描述。

该加固层例如可以为玻璃层等，用于在制作指纹芯片的过程中对该晶圆进行支撑。该加固层的厚度例如可以位于200微米至1000微米。

在220中，对具有该加固层的该晶圆进行减薄处理。

由于该晶圆上覆盖有加固层，因此能够在该加固层的支撑和稳固下对该晶圆进行减薄处理。该减薄处理例如可以是利用机械研磨、化学衬底刻蚀和化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等方式，从晶圆背面去除晶圆材料来进行该晶圆的减薄。减薄处理后的该晶圆的厚度例如可以位于30微米至250微米之间，进一步地位于30至100微米之间，进一步地位于30至80微米之间，或者大于等于30微米且小于80微米，甚至可以达到更薄。

在230中，对具有该加固层的所述晶圆进行切割，得到多个指纹芯片。

在一个晶圆上可以制作出多个指纹芯片。在对该晶圆进行减薄后，将该晶圆，连同其上方的光路层和与该光路层接合的固定层同时进行切割，得到多个指纹芯片。其中，每个指纹芯片包括一个像素阵列，该像素阵列的上方具有与其对应的光路层。在从该晶圆中分割出各个指纹芯片后，每个指纹芯片上方仍存在该固定层，因此需要将该固定层去除。

在240中，去除各个指纹芯片上的所述加固层。

在基于该晶圆进行指纹芯片的各个制造工艺时，该加固层始终与该晶圆保持连接，从而对该晶圆进行机械支撑，保护该晶圆在加工过程中不被损伤。当形成各个指纹芯片后，才将该加固层去除。

去除各个指纹芯片与其上方的固定层之间的胶层，就可以使各个指纹芯片与其上方的固定层之间分离。

例如，使用特定溶剂将该加固层与该光路层之间的该胶层溶解，以使各个指纹芯片与其加固层分离。

又例如，通过激光或紫外光将该加固层与该光路层之间的该胶层分解，以使各个指纹芯片与其加固层分离；并使用特定溶剂将未被激光分解的残留胶体溶解。

该特定溶剂仅对该胶层进行溶解，而不会对微透镜阵列表面的保护膜层和线路板等部分造成损伤。

可选地，在240之前，即在去除各个指纹芯片上的该加固层之前，该方法还包括：将每个指纹芯片中的像素阵列与该指纹芯片的线路板进行电连接。

例如，可以对减薄后的该晶圆进行穿过硅片通道(Through Silicon Vias，TSV)处理，得到多个导电通孔结构。其中，该导电通孔结构用于电连接该 像素阵列和该线路板。

该TSV工艺例如可以包括通孔的形成、绝缘侧壁的形成、通孔的填充等步骤，具体可以参考相关技术中的TSV工艺，这里不再赘述。

该实施例中，指纹芯片采用导电通孔结构实现指纹芯片的像素阵列与线路板之间的电连接。在得到该多个导线通孔结构后，对该晶圆进行切割，从而得到多个指纹芯片，再通过该导电通孔结构将该像素阵列与该线路板进行电连接，从而完成指纹芯片的封装。因此，可以避免在指纹芯片外部设置连接指纹芯片上表面焊盘和指纹芯片下表面焊盘的封装焊线，克服封装焊线的线弧高度对光学指纹装置厚度的影响，使指纹芯片可以做到更薄。

其中，该导电通孔结构包括填充有金属材料的通孔，该金属材料与所述晶圆的材料之间由绝缘侧壁电隔离。该金属材料例如可以是铝、铜、钨和高分子导体等，其可以通过电镀、金属沉积等方式形成。该绝缘侧壁的材料例如可以是氧化物、氮化硅等。

该导电通孔结构例如可以通过设置在该晶圆下表面的电连接层，与该线路板之间实现电连接。在得到各个指纹芯片后，将该电连接层与该指纹芯片的线路板进行连接。也就是说，该导电通孔结构的一端与晶圆上表面的焊盘之间电连接，另一端与该晶圆下表面的电连接层之间电连接。

该电连接层例如可以是焊盘或异方性导电膜胶(Anisotropic Conductive Film，ACF)层等。

该导电通孔结构中的通孔可以为垂直通孔或者倾斜通孔。当为倾斜通孔时，本申请对该通孔的倾斜角度不做限定，例如可以是与指纹芯片下表面之间成45°-90°之间的夹角。

本申请对该通孔的形状也不做限定，例如该通孔的横截面可以为圆形、矩形、梯形或者其他多边形。

可见，在制作指纹芯片的过程中，使用固定层对晶圆提供机械支撑，并在指纹芯片制作完成后才将该固定层去除，能够避免晶圆在后续工艺过程中由于太薄而引起翘曲等问题，实现了制作超薄指纹芯片的可能。

下面以图3(a)至图3(h)为例，对本申请实施例的制作指纹芯片的方法进行详细描述。

图3(a)至图3(h)中示出了晶圆301、微透镜阵列302、微透镜302上镀的保护膜层303、玻璃层304、用于键合玻璃层304和晶圆301的临时 键合胶层305、导电通孔结构306、电连接层307和线路板308。

应理解，在图3(a)之前的工艺过程中，可以在晶圆301上形成有多个微透镜阵列302，图3(a)至图3(h)仅以两个微透镜阵列为例进行说明。在实际操作中，一个晶圆上可以制作出大量的微透镜阵列302。

在图3(a)中，在微透镜阵列302的上表面，镀上保护膜层303。

在图3(b)中，在形成有微透镜阵列302的晶圆301的上方旋涂临时键合胶层305。其中，该临时键合胶层305覆盖在保护膜层303上。

在图3(c)中，将涂覆有临时键合胶层305的晶圆301与玻璃层304进行键合和固化。至此，该玻璃层304通过临时键合胶层305固定在晶圆301的上方。

在后续的图3(d)至图3(g)所示的工艺过程称为指纹芯片的封装过程，在该过程中，玻璃层304始终与晶圆301保持接合状态。

在图3(d)中，对具有该玻璃层304的晶圆301进行减薄。其中，可以从晶圆301的背部3011的方向将晶圆的材料研磨至所需的厚度。由于有玻璃层304对晶圆301进行支撑和稳固，因此避免了晶圆301的厚度较薄时产生的翘曲的问题，能够实现较薄的晶圆厚度，例如大于或等于30微米且小于80微米。

在图3(e)中，对减薄后的晶圆301进行TSV加工，在晶圆301上形成导电通孔结构306。导电通孔结构306位于微透镜阵列302所在区域之外的区域，其可以将晶圆301的上表面3012与下表面3011之间电连接。其中，晶圆301的下表面3011上设置有电连接层307。导电通孔结构306的一端可以与晶圆301的上表面3012上的焊盘连接，另一端与电连接层307连接。

在图3(f)中，对具有玻璃层304的晶圆301进行切割，从而从晶圆301中分割出来多个指纹芯片。应注意，在切割过程中，是对晶圆301以及其上方的临时键合胶层305和玻璃层304一起进行切割，从而分割出多个指纹芯片。由于晶圆301的厚度较薄，连同其上方的临时键合胶层305和玻璃层304一起进行切割能够保护晶圆301在切割过程中不会发生形变，从而保障了分割出来的指纹芯片的质量。其中，每个指纹芯片包括一个微透镜阵列302，该微透镜阵列用于将光信号传输至其下方的像素阵列，该像素阵列在此处未示出。

在图3(g)中，将得到的指纹芯片连接至其线路板308。可以将电连接 层307与线路板308连接，从而完成指纹芯片的封装。图3(g)中所示为封装完成的一个指纹芯片，此时，该指纹芯片的上方还连接有玻璃层304。

在图3(h)中，将图3(g)中得到的整个指纹芯片浸泡在可以溶解临时键合胶层305的特定溶剂中，从而将临时键合胶层305溶解，使得玻璃层304与指纹芯片分离；或者，可以根据临时键合材料选择使用激光或紫外光分解临时键合胶层305，以使玻璃层304与指纹芯片分离，之后再使用可使用可以溶解临时键合胶层305的特定溶剂清除指纹芯片表面上残留的临时键合材料，最终得到图3(h)所示的指纹芯片。

晶圆301上方设置有光路层，在3(a)至图3(h)中，仅示出了该光路层中的微透镜阵列302。该光路层中还可以包括例如滤光层、挡光层等其他光学器件。并且，晶圆301和玻璃层304之间还可以设置其他结构，例如具有其他电气结构的层。为了简洁，这里均未示出。

另外，晶圆301中还形成有多个像素阵列，其中每个像素阵列可以对应于一个微透镜阵列，该像素阵列用于检测其对应的微透镜阵列302传输下来的光信号。为了简洁，图3(a)至图3(h)中均未示出像素阵列。

该像素阵列包括多个像素，每个像素可以用于检测光信号，并将其转换为电信号。该像素例如可以是光电二极管等。

本申请实施例中，需要在指纹芯片制作完成之后，再去除固定层。即得到封装好的指纹芯片后才去除固定层。但是并不限定指纹芯片的封装过程中的各个步骤的顺序。例如，可以先进行TSV加工再对晶圆进行减薄，也可以先减薄再进行TSV加工。

本申请还提供了基于图2所示的方法制作的指纹芯片。方法实施例所描述的各个技术特征也适用于以下装置实施例。如图4所示，该指纹芯片400包括基底410和光路层420。

其中，基底410的厚度位于30微米至100微米之间，基底410上形成有像素阵列，该像素阵列用于检测入射至手指并经该手指反射或散射的光信号。光路层420设置在基底410的上方，用于将手指反射或散射的该光信号传输至该像素阵列。

用于照射该手指的光源例如可以是OLED显示屏等自发光显示屏内的发光单元，也可以是外置的其他激励光源，这里不做限定。

该光信号可以为经该手指反射的垂直光信号或者倾斜光信号。其中，由 于倾斜入射至手指的光信号经所述手指反射后的光强明显提升，因此能够提高指纹谷和脊的对比度，对特殊手指例如干手指具有更好的指纹识别性能。

可选地，指纹芯片400还包括线路板430，线路板430例如包括该像素阵列的辅助电路和处理电路等。

基底410可以由前述的晶圆，例如图3(a)至图3(h)中的晶圆301形成，基底410例如可以是硅基底。可以看出，通过图2所示的方法形成的基底410的厚度能够达到30微米至100微米，例如通常可以大于或等于30微米且小于80微米。从而实现了超薄指纹芯片，给手机厂商带来更大的整机结构设计空间。其中，指纹芯片400例如可以粘贴在手机的显示屏的下表面，或者通过中框固定在显示屏的下方。

可选地，基底410上还包括导电通孔结构，该导电通孔结构用于电连接该像素阵列和该指纹芯片的线路板430。

该导电通孔结构例如可以由TSV工艺形成。该导电通孔结构为填充有金属材料的通孔，该金属材料与基底410的材料之间由绝缘侧壁电隔离。

该通孔可以为垂直通孔或者倾斜通孔。该通孔的横截面可以为矩形、圆形或者梯形，也可以为其他任何形状。本申请对此均不作限定。

该导电通孔结构的一端与基底410上表面的焊盘连接，另一端通过基底410下表面的电连接层与线路板430之间进行电连接。该电连接层例如可以是金属层或者ACF层。

光路层420可以包括微透镜阵列。该微透镜阵列中的各个微透镜的聚光面在与其光轴垂直的平面上的投影可以为圆形或者矩形。其中，该微透镜阵列中的微透镜为矩形微透镜时，相比于圆形透镜具有更好的聚光面积占比，因此能够使像素阵列采集到更多的指纹信息，提高指纹识别性能。

该微透镜阵列的表面例如可以镀有保护膜层。该保护膜层可以为采用镀膜方式生长的化学性质稳定的绝缘的无机材料层，例如为硅氧化物或者硅氮化物等。该无机物材料覆盖全部微透镜阵列的上表面。该保护膜层的厚度例如可以位于0.05微米至1微米。

可选地，光路层420还可以包括至少一个挡光层，该至少一个挡光层依次设置在该微透镜阵列和该像素阵列之间，其中每个挡光层上设置有与多个微透镜分别对应的多个开孔，经每个微透镜会聚后的该光信号穿过不同挡光层内与该微透镜对应的开孔，到达该像素阵列。

每个挡光层内的开孔，除了实现光路引导，还可以有效地防止光线串扰，阻挡杂光，使得手指反射的满足一定预设角度的倾斜光线能够经过挡光层达到像素阵列。本申请实施例对挡光层的数量不做限定。挡光层的数量太多会增加指纹识别装置的厚度和复杂度，而挡光层的数量太少会带来较多的干扰光，影响成像效果。在实际使用时，可以根据需求设置合理数量的挡光层。

微透镜阵列中的每个微透镜对应于像素阵列中的一个像素，经该微透镜会聚后的该光信号穿过不同挡光层内与该微透镜对应的开孔，到达与该微透镜对应的像素。

当采用手指反射的倾斜光进行指纹识别时，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔之间的连线的倾斜角度，与该倾斜光信号的倾斜角度相同。为了对手指反射的倾斜光线进行传输，与同一微透镜对应的位于不同挡光层内的开孔之间应当具有横向偏移，并且位于不同挡光层内的这些开孔的连线应当经过对应的像素，这样才能够使该倾斜光信号能够达到该像素。

另外，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔可以由上至下孔径依次减小。

由于微透镜对光线具有会聚作用，越往下传输则被汇会聚形成的光束的角度越窄。因此，可选地，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔由上至下孔径依次减小，从而到达像素的光束为窄光束，实现对光线的窄角度接收，在保证准直度的同时还可以有效衰减不需要的光线，进一步提高指纹芯片采集到的光学指纹图像的清晰度。

可选地，光路层420还可以包括滤光层，该滤光层用于过滤非特定波段的光信号，以使满足波长条件的光线能够到达像素，而不满足波长条件的光线被过滤掉，例如可以过滤红外波段的光线，而透过可见光波段的光线。该滤光层可以设置在微透镜阵列的上方，并通过透明胶层与微透镜阵列连接在一起；或者该滤光层也可以设置在该微透镜阵列的下方；或者也可以在微透镜阵列的上方和/或下方设置至少一个滤光层。

图5示出了图4的指纹芯片的一种可能的结构示意图。图5示出了基底510、光路层520和线路板530。

其中，基底510上形成有像素阵列511和导电通孔结构512。像素阵列511通过驱动电路513电连接至焊盘5121。基底510的下表面依次设置有绝缘层514、重布线层531和电连接层532。导电通孔结构512的两端分别与 焊盘5121和焊盘5122连接，焊盘5122与基底510下表面的重布线层531和电连接层532连接，电连接层532与线路板530之间连接，从而使得像素阵列511能够电连接至线路板530。

光路层520包括滤光层521、滤光层525、挡光层523和微透镜阵列526。其中，滤光层521与挡光层523之间通过介质层或胶层522连接，滤光层525与挡光层523之间通过介质层或胶层524连接，微透镜阵列526位于滤光层525上方。滤光层521和滤光层525可以分别用来过滤不同波段的光线，从而使满足要求的光线传输至像素阵列511。入射至手指并经该手指反射或散射的光信号，被微透镜阵列526会聚，并经过挡光层523中的小孔传输至像素阵列511。像素阵列511检测到该光信号后，可以将光信号转换成电信号并进一步用于进行指纹识别。

图5中的指纹芯片的四周可以通过点胶515进行加固。

本申请实施例的指纹芯片具有较薄的厚度，例如可以达到150微米至400微米。其中，基底510的厚度可以达到大于或等于30微米且小于80微米的范围。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述本申请各种实施例中的指纹芯片。

可选地，该电子设备还包括显示屏，该显示屏可以为普通的非折叠显示屏，该显示屏也可以为可折叠显示屏，或称为柔性显示屏。

作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可 以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (45)

1. 一种指纹芯片，其特征在于，包括：

   基底，所述基底的厚度大于或等于30微米且小于80微米，所述基底上形成有像素阵列，所述像素阵列用于检测入射至手指并经所述手指反射或散射的光信号；

   光路层，设置在所述基底上方，用于将所述光信号传输至所述像素阵列。
2. 根据权利要求1所述的指纹芯片，其特征在于，所述基底还包括导电通孔结构，所述导电通孔结构用于电连接所述像素阵列和所述指纹芯片的线路板。
3. 根据权利要求2所述的指纹芯片，其特征在于，所述导电通孔结构由穿过硅片通道TSV工艺形成。
4. 根据权利要求2或3所述的指纹芯片，其特征在于，所述导电通孔结构包括填充有金属材料的通孔，所述金属材料与所述基底的材料之间由绝缘侧壁电隔离。
5. 根据权利要求4所述的指纹芯片，其特征在于，所述通孔为垂直通孔或者倾斜通孔。
6. 根据权利要求4或5所述的指纹芯片，其特征在于，所述通孔的横截面为矩形、圆形或者梯形。
7. 根据权利要求2至6中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述导电通孔结构通过设置在所述基底下表面的电连接层，与所述线路板之间进行电连接。
8. 根据权利要求7所述的指纹芯片，其特征在于，所述电连接层为金属层或者异方性导电膜胶ACF层。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述光路层包括微透镜阵列。
10. 根据权利要求9所述的指纹芯片，其特征在于，所述微透镜阵列的表面镀有保护膜层。
11. 根据权利要求10所述的指纹芯片，其特征在于，所述保护膜层为绝缘的无机材料层。
12. 根据权利要求11所述的指纹芯片，其特征在于，所述无机材料为硅氧化物或者硅氮化物。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述保护膜层的厚度位于0.05微米至1微米之间。
14. 根据权利要求9至13中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述光路层还包括至少一个挡光层，所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列和所述像素阵列之间，其中每个挡光层上设置有与多个微透镜分别对应的多个开孔，经每个微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达所述像素阵列。
15. 根据权利要求14所述的指纹芯片，其特征在于，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔由上至下孔径依次减小。
16. 根据权利要求14或15所述的指纹芯片，其特征在于，每个微透镜对应于一个像素，其中，经所述微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达与所述微透镜对应的像素。
17. 根据权利要求16所述的指纹芯片，其特征在于，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔的连线，经过所述微透镜对应的像素的中心区域。
18. 根据权利要求9至17中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述微透镜的聚光面在与其光轴垂直的平面上的投影为矩形或者圆形。
19. 根据权利要求1至18中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述光路层包括滤光层，所述滤光层用于过滤非特定波段的光信号。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的指纹芯片，其特征在于，所述光信号为经所述手指反射的垂直光信号或者倾斜光信号。
21. 一种制作指纹芯片的方法，其特征在于，包括：

    在晶圆上制作加固层，其中，所述晶圆上形成有多个像素阵列，所述多个像素阵列上方设置有光路层，所述光路层用于将入射至手指并经所述手指反射的光信号传输至所述多个像素阵列，所述加固层通过胶层接合在所述光路层的上表面；

    对具有所述加固层的所述晶圆进行减薄处理；

    对具有所述加固层的所述晶圆进行切割，得到多个指纹芯片，其中每个指纹芯片包括一个像素阵列；

    去除各个指纹芯片上的所述加固层。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，减薄处理后的所述晶圆的厚度大于或等于30微米且小于80微米。
23. 根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，在所述去除各个指纹芯片上的所述加固层之前，所述方法还包括：

    将每个指纹芯片中的像素阵列与所述指纹芯片的线路板进行电连接。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在所述对具有所述加固层的所述晶圆进行切割之前，所述方法还包括：

    对减薄后的所述晶圆进行穿过硅片通道TSV处理，得到多个导电通孔结构，其中，所述导电通孔结构用于电连接所述像素阵列和所述线路板。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述导电通孔结构通过设置在所述晶圆下表面的电连接层，与所述线路板之间电连接。
26. 根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述电连接层为金属层或者异方性导电膜胶ACF层。
27. 根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述导电通孔结构包括填充有金属材料的通孔，所述金属材料与所述晶圆的材料之间由绝缘侧壁电隔离。
28. 根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述通孔为垂直通孔或者倾斜通孔。
29. 根据权利要求27或28所述的方法，其特征在于，所述通孔的横截面为矩形、圆形或者梯形。
30. 根据权利要求21至29中任一项所述的方法，其特征在于，所述光路层包括多个微透镜阵列，所述加固层通过所述胶层接合至所述多个微透镜阵列。
31. 根据权利要求30所述的方法，其特征在于，在所述在晶圆上制作加固层之前，所述方法还包括：

    在每个微透镜阵列的表面制作保护膜层，其中，所述胶层覆盖在所述多个微透镜阵列的保护膜层上。
32. 根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述保护膜层为绝缘的无机材料层。
33. 根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述无机材料为硅氧化物或者硅氮化物。
34. 根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其特征在于，所述保护膜层的厚度位于0.05微米至1微米。
35. 根据权利要求30至34中任一项所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列中每个微透镜的聚光面在与其光轴垂直的平面上的投影为矩形或者圆形。
36. 根据权利要求30至35中任一项所述的方法，其特征在于，所述光路层还包括至少一个挡光层，所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列和所述像素阵列之间，其中每个挡光层上设置有与多个微透镜分别对应的多个开孔，经每个微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达所述像素阵列。
37. 根据权利要求36所述的方法，其特征在于，不同挡光层内与相同的微透镜对应的开孔由上至下孔径依次减小。
38. 根据权利要求36或37所述的方法，其特征在于，每个微透镜对应于一个像素，其中，经所述微透镜会聚后的所述光信号穿过不同挡光层内与所述微透镜对应的开孔，到达与所述微透镜对应的像素。
39. 根据权利要求21至38中任一项所述的方法，其特征在于，所述去除各个指纹芯片上的所述加固层，包括：

    使用特定溶剂将所述加固层与所述光路层之间的所述胶层溶解，以使各个指纹芯片与其加固层分离。
40. 根据权利要求21至38中任一项所述的方法，其特征在于，所述去除各个指纹芯片上的所述加固层，包括：

    通过激光将所述加固层与所述光路层之间的所述胶层分解，以使各个指纹芯片与其加固层分离；

    使用特定溶剂将未被激光分解的残留胶体溶解。
41. 根据权利要求21至40中任一项所述的方法，其特征在于，所述胶层为临时键合胶层。
42. 根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述临时键合胶层的厚度位于15微米至50微米之间。
43. 根据权利要求21至42中任一项所述的方法，其特征在于，所述加固层为玻璃层。
44. 根据权利要求21至43中任一项所述的方法，其特征在于，所述加固层的厚度位于200微米至1000微米。
45. 一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括根据权利要求1至 20中任一项所述的指纹芯片。

Images