CN101727569A - 平面式半导体指纹感测装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种平面式半导体指纹感测装置。于所述平面式半导体指纹感测装置中，多个指纹感测单元位于一硅基板上，并读取放置于其上方的一手指的纹路并产生多个电信号。一组集成电路形成于基板上，并处理此等电信号。多个第一焊垫位于基板上，且电连接至此组集成电路。一第一绝缘层位于此等第一焊垫下方。多个贯通电极贯通基板并分别电连接至此等第一焊垫。一第二绝缘层形成于基板上以及此等贯通电极与基板之间。多个第二焊垫形成于第二绝缘层的一背面，且分别通过此等电极而电连接至此等第一焊垫。保护层位于基板上并覆盖此等指纹感测单元，并形成一平坦的外表面以供与手指接触用。
Description
技术领域
本发明涉及一种指纹感测装置，尤其涉及一种平面式半导体指纹感测装置。
背景技术
已知的指纹读取方法，最古老者是利用手指按墨水，压印在纸上，再利用光学扫描输入计算机中与数据库中的指纹图形比对，其最大缺点为无法达到实时处理的目的，因此无法满足越来越多实时认证的需求，例如：网络认证，电子商务，携带式电子产品保密，IC卡个人身份认证，保全系统等等。
实时的指纹读取方法便成为生物辨识市场中的关键技术。传统的实时指纹读取为光学方式，请参见美国专利编号4,053,228及4,340,300，然而体积过于庞大且容易被假造的图像欺骗为其缺点。
为此，利用硅半导体的指纹感测装置应运而生，克服了上述光学式的缺点。基于硅集成电路制造工艺的考量，电容式或者其他的电场式指纹读取芯片成为最直接且简单的方法。
图1显示一种传统的硅半导体指纹感测装置的示意图。如图1所示，硅半导体的指纹感测装置100包括一封装基板110、一指纹感测器120、多个条连接线130及一封装层140。指纹感测器120位于封装基板110上。此等连接线130将指纹感测器120的多个焊垫122电连接至封装基板110的多个焊垫112上。
传统的指纹感测装置在封装过程中的一个限制，就是需要具有外露的表面，并跟手指接触而感测手指纹路的图像。因此，于封装的过程中，必须使用特殊模具及软性材料层来保护指纹感测芯片的感测面，且封装完后的产品的两侧或四周都会高于中间的感测面部分，如图1的两侧所示。
基于上述理由，传统的指纹感测装置的封装成本高，且需使用特殊机台。此外，由于指纹感测芯片的外表面需要外露，使其耐静电破坏及耐碰撞的能力降低，造成产品的使用上具有不便之处，以及产品的寿命的缩短。
图2显示图1的指纹感测装置的应用示意图。如图2所示，指纹感测器100装设于一笔记本计算机上，当作指纹感测及光标控制的装置，也就是可以通过感测手指移动来控制萤幕光标的移动。由于图1的指纹感测器的上表面非为全平面，所以笔记本计算机上必须设计有特殊的滑道200。尽管如此，手指的滑移动作(特别是沿着图1的左右方向的滑移动作)仍会受到两侧的凸起部的限制，造成使用者无法随心所欲地控制鼠标光标。
因此，提供一种平面式半导体指纹感测装置，而且不需要特殊模具和传统封装，实为本发明所欲实现的解决方案。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种平面式半导体指纹感测装置，其具有完全平坦的感测表面，且其体积可以有效被缩小。
为达上述目的，本发明提供一种平面式半导体指纹感测装置，其至少包括一硅基板、多个指纹感测单元、一组集成电路、多个第一焊垫、一第一绝缘层、多个贯通电极、一第二绝缘层、多个第二焊垫及一保护层。硅基板具有一正面及一背面。此等指纹感测单元位于硅基板的正面，并读取放置于其上方的一手指的纹路并产生多个电信号。此组集成电路形成于硅基板的正面，并处理此等电信号。此等第一焊垫位于硅基板的正面上，且电连接至此组集成电路。第一绝缘层位于此等第一焊垫下方。此等贯通电极贯通硅基板并分别电连接至此等第一焊垫。第二绝缘层形成于硅基板的背面上，以及此等贯通电极与硅基板之间。此等第二焊垫形成于第二绝缘层的一背面，此等第二焊垫分别通过此等贯通电极而电连接至此等第一焊垫。保护层位于硅基板的正面上，并覆盖此等指纹感测单元，并形成一平坦的外表面以供与手指接触用。
通过本发明的指纹感测装置，可以有效简化工业设计，可以让使用者的操作更不具限制性，且可以有效缩小指纹感测装置的体积及面积。
附图说明
图1显示一种传统的指纹感测装置的示意图。
图2显示图1的指纹感测装置的应用示意图。
图3显示依据本发明第一实施例的指纹感测装置的局部立体示意图。
图4显示依据本发明第一实施例的指纹感测装置的立体示意图。
图5显示依据本发明第二实施例的指纹感测装置的立体示意图。
图6显示依据本发明的各实施例的集成电路的方块图。
图7显示依据本发明的各实施例的指纹感测装置的一种应用的示意图。
图8显示依据本发明的各实施例的指纹感测装置的另一种应用的示意图。
附图编号
F：手指
1：指纹感测装置
2：外表面
3：移动电话
3A：显示装置
3B：光标
3C：光标
10：硅基板
10B：背面
10F：正面
15：指纹感测单元
20：集成电路
21：控制逻辑电路
22：放大器
23：模拟/数字转换器
24：处理电路
25：输入/输出接口
30：第一焊垫
40：第一绝缘层
50：贯通电极
60：第二绝缘层
70：第二焊垫
70B：背面
80：保护层
90：焊料凸块
100：指纹感测装置
110：封装基板
112：焊垫
120：指纹感测器
122：焊垫
130：连接线
140：保护层
200：滑道
具体实施方式
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
图3显示依据本发明第一实施例的指纹感测装置的局部立体示意图。图4显示依据本发明第一实施例的指纹感测装置的立体示意图。如图3与4所示，本实施例的平面式半导体指纹感测装置1至少包括一硅基板10、多个指纹感测单元15、一组集成电路20、多个第一焊垫30、一第一绝缘层40、多个贯通电极50、一第二绝缘层60、多个第二焊垫70及一保护层80。
硅基板10具有一正面10F及一背面10B。此等指纹感测单元15位于硅基板10的正面10F，并读取放置于其上方的一手指F的纹路并产生多个电信号。此组集成电路20形成于硅基板10的正面10F，并处理此等电信号。此等第一焊垫30位于硅基板10的正面10F上，且电连接至此组集成电路20。此组集成电路20可以形成于此等指纹感测单元15的正下方或周围或部分形成于其下方或周围。
第一绝缘层40位于此等第一焊垫30下方。于本实施例中，第一绝缘层40的材料包括氧化硅或其他介电材料或高分子绝缘材料。
此等贯通电极50贯通硅基板10的两面及第一绝缘层40，并分别电连接至此等第一焊垫30。
第二绝缘层60形成于硅基板10的背面10B上，以及此等贯通电极50与硅基板10之间的侧壁。第二绝缘层60的材料包括氧化硅、其他介电材料或高分子绝缘材料。此等第二焊垫70形成于第二绝缘层60的一背面10B，此等第二焊垫70分别通过此等贯通电极50而电连接至此等第一焊垫30。电连接的媒介可以是多个条导线(interconnection)，通过标准的半导体制造工艺技术制作于第二绝缘层60上。
保护层80位于硅基板10的正面10F上，并覆盖此等指纹感测单元15，并形成一平坦的外表面2以供与手指F接触用。保护层80可以更局部覆盖或完全覆盖此组集成电路20及此等第一焊垫30。为了达成防止手指的油污或水分残留，保护层的材料更可以具有疏水及疏油的特性，例如一些纳米高分子材料或陶瓷材料，在本实施例为聚亚酰胺(Polyimide)、环氧树脂(Epoxy)或类钻碳(Diamond-like carbon，DLC)，而这材料与水的接触角(Contact angle)最好是大于60度。
图5显示依据本发明第二实施例的指纹感测装置的立体示意图。如图5所示，本实施例类似于第一实施例，不同之处在于本实施例的平面式半导体指纹感测装置1更包括多个焊料凸块90，分别电连接至此等第二焊垫70且位于此等第二焊垫70的多个背面70B。
图6显示依据本发明的各实施例的集成电路的方块图。如图6所示，此组集成电路20至少包括一放大器22、一模拟/数字转换器23(A/D转换器)、一处理电路24、一输入/输出接口25及一控制逻辑电路21。放大器22电连接至此等指纹感测单元15，并放大此等指纹感测单元15输出的此等电信号。模拟/数字转换器23电连接至放大器22，并将模拟信号转换成数字信号。处理电路24电连接至模拟/数字转换器23，并处理此等数字信号，此等处理电路24主要功能是将输入的数字信号作前置的图像处理，例如强化图像的对比品质，或将连续性的输出信号作关连性的的处理，亦或累积多张片段图像以储存完整的指纹的图像。输入/输出接口25电连接至处理电路24，并将处理过的数字信号输出。控制逻辑电路21电连接至此等指纹感测单元15、放大器22、模拟/数字转换器23、处理电路24及输入/输出接口25，并控制此等指纹感测单元15、放大器22、模拟/数字转换器23、处理电路24及输入/输出接口25的运作。
图7显示依据本发明的各实施例的指纹感测装置的一种应用的示意图。如图7所示，本指纹感测装置被装设于一笔记本计算机中。由于指纹感测装置具有全平面的感测表面，所以笔记本计算机的面板不需要设计有特殊的滑道，且手指的滑动方向不会被限制住而产生不顺畅的情况。
图8显示依据本发明的各实施例的指纹感测装置的另一种应用的示意图。如图8所示，指纹感测装置1也可以被装设于移动电话3上，以提供显示装置3A上的光标3B的导航的功能。利用手指F的滑移，可以使光标3B可以被移动成光标3C。所以指纹感测装置不需要设计有特殊的滑道，且手指在所有的方向移动不会被限制住而产生不顺畅的情况。
本发明装置另一优点为在组装于PCB上面时所占的面积相当小，约略相等于整个感测芯片电路设计的实际面积，这对现在电子产品强调的轻薄短小是很重要的，简而言之，本发明装置通过贯通电极设计将硅基板正面设计为手指接触感测面，而硅基板背面设计为与PCB组装的接触面，因此非常适合应用于小型电子设备(移动电话)上。
因此，本发明的指纹感测装置具有以下优点。第一，指纹感测装置可以有效简化工业设计。第二，全平面的指纹感测装置可以让使用者的操作更不具限制性。第三，指纹感测装置的体积及面积可以有效被缩小。第四，通过贯通电极设计可以完成感测装置的晶片级封装，不需要如传统的模具封装，耗费材料及成本。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。
Claims (12)
1.一种平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述平面式半导体指纹感测装置至少包括：
一硅基板，其具有一正面及一背面；
多个指纹感测单元，位于所述硅基板的所述正面，并读取放置于其上方的一手指的纹路并产生多个电信号；
一组集成电路，形成于所述硅基板的所述正面，并处理所述的多个电信号；
多个第一焊垫，位于所述硅基板的所述正面上，且电连接至所述组集成电路；
一第一绝缘层，位于所述的多个第一焊垫下方；
多个贯通电极，其贯通所述硅基板及所述第一绝缘层，并分别电连接至所述的多个第一焊垫；
一第二绝缘层，形成于所述硅基板的所述背面上，以及所述的多个贯通电极与所述硅基板之间；
多个第二焊垫，形成于所述第二绝缘层的一背面，所述的多个第二焊垫分别通过所述的多个贯通电极而电连接至所述的多个第一焊垫；及
一保护层，位于所述硅基板的所述正面上，并覆盖所述的多个指纹感测单元，并形成一平坦的外表面以供与所述手指接触用。
2.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述平面式半导体指纹感测装置更包括：
多个焊料凸块，分别电连接至所述的多个第二焊垫且位于所述的多个第二焊垫的多个背面。
3.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述保护层更覆盖所述组集成电路及所述的多个第一焊垫。
4.如权利要求3所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述保护层完全覆盖所述组集成电路及所述的多个第一焊垫。
5.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述第一绝缘层的材料包括氧化硅、介电材料或高分子绝缘材料。
6.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述第二绝缘层的材料包括氧化硅、介电材料或高分子绝缘材料。
7.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述第二绝缘层的材料包括一高分子材料。
8.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述组集成电路至少包括：
一放大器，电连接至所述的多个指纹感测单元；
一模拟/数字转换器，电连接至所述放大器；
一处理电路，电连接至所述模拟/数字转换器；
一输入/输出接口，电连接至所述处理电路；及
一控制逻辑电路，电连接至所述的多个指纹感测单元、所述放大器、所述模拟/数字转换器、所述处理电路及所述输入/输出接口，并控制其运作。
9.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述平坦的外表面与水的接触角大于60度。
10.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述保护层的材料具有疏水及疏油的特性。
11.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述保护层的材料包括纳米高分子材料或陶瓷材料。
12.如权利要求1所述的平面式半导体指纹感测装置，其特征在于，所述保护层的材料包括聚亚酰胺、环氧树脂或类钻碳。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100609 |