TWI591544B

TWI591544B - 具靜電防護的指紋感測器

Info

Publication number: TWI591544B
Application number: TW105118286A
Authority: TW
Inventors: 江宗殷; 王俊淇; 唐春安
Original assignee: 義隆電子股份有限公司
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-07-11
Also published as: CN107292224A; CN107292224B; TW201810114A

Description

具靜電防護的指紋感測器

本發明係指一種指紋感測器，尤指一種具靜電防護的的指紋感測器。

電容式指紋感測器（capacitive fingerprint sensor），其係透過指紋感應電極陣列來偵測其感應電容變化量來辨識指紋的指峰（ridge）或指谷（valley），進而辨識使用者指紋。

為避免人體夾帶的靜電損壞指紋感測器，指紋感測器常會設置靜電防護電極，用來提供靜電洩放路徑以達到靜電保護的目的。

因此，本發明的主要目的即在於提供一種具靜電防護的指紋感測器。

本發明揭露一種具靜電防護的指紋感測器，包含有一第一靜電防護電極及一第二靜電防護電極。該第一靜電防護電極連接於一靜電保護電路，以提供一靜電洩放路徑，其中該第一靜電防護電極與一指紋感應電極陣列形成於一平面。第二靜電防護電極透過複數個導電貫孔連接至第一靜電防護電極。

在上述架構下，靜電電流可透過第一靜電防護電極洩放至靜電保護電路，以防止損壞指紋感測器，達到靜電保護的目的。本發明增設第二靜電防護電極，並透過導電貫孔連接第一及第二靜電防護電極，如此可提供較低阻抗的洩放路徑給靜電電流，提高靜電防護的效果。

第1圖及第2圖分別為本發明一具靜電防護的指紋感測器1的實施例的示意圖及局部放大俯視透視圖。如第1圖所示，指紋感測器1包含一指紋感應電極陣列10、一靜電防護電極E1，一靜電保護電路ESD_PC連接靜電防護電極E1。指紋感應電極陣列10包含複數個感應電極11排列成矩陣，其中複數個感應電極11之間形成一網格區域。靜電防護電極E1與指紋感應電極陣列10形成於同一平面（例如：XY平面），靜電防護電極E1形成於網格區域內，且呈現一網格圖案。

於一實施例中，指紋感應電極陣列10另包含複數個虛設電極12，形成於複數個感應電極11的外圍，連接於靜電防護電極E1，且複數個虛設電極12的每一者形成於網格圖案所環繞的區域內。靜電保護電路ESD_PC連接於靜電防護電極E1，用來提供靜電洩放路徑。於一實施例中，靜電保護電路ESD_PC可為一接地部或一低電位端。

如第2圖所示，指紋感測器1另包含一靜電防護電極E2（以斜線圖案表示），形成於複數個感應電極11所形成的網格區域的下方，並且在Z軸方向上，不與感應電極11重疊；在一實施例中，靜電防護電極E2於XY平面的投影與靜電防護電極E1重疊，其中重疊部分以斜線圖案表示，而未與靜電防護電極E2重疊的部分靜電防護電極E1以點圖案表示。在第2圖所示的實施例中，靜電防護電極E2配置成複數個十字圖案。靜電防護電極E1可透過複數個導電貫孔V1連接至靜電防護電極E2。當指紋感測器1遭受靜電電流時，靜電電流可透過靜電防護電極E1洩放至靜電保護電路ESD_PC，以防止損壞指紋感測器1，進而達到靜電保護的目的。

第3A圖至第3C圖分別為第2圖中截面A－A’、截面B－B’及截面C－C’的剖面圖。截面A－A’位於靜電防護電極E1及E2及導電貫孔V1的重疊處但不與感應電極11重疊。截面B－B’位於靜電防護電極E1及E2以及導電貫孔V1的非重疊處，並且通過感應電電極11。截面C－C’位於靜電防護電極E1及E2以及導電貫孔V1的重疊處，並且通過感應電極11。

於第3A至第3C圖中，另包含一保護層PAV以及一介電層DI1，且指紋感測器1另包含一基板SUB，基板SUB可以用於製作靜電保護電路ESD_PC，以及用於偵測感應電極11的感測電路（圖中未示出），並且可能包括其他導體層及介電層。保護層PAV覆蓋指紋感靜電極陣列10及靜電防護電極E1。保護層PAV的頂面（即，相對於保護層PAV覆蓋指紋感靜電極陣列10的另一表面）提供使用者的手指接觸。介電層DI1形成於靜電防護電極E1與E2間，並覆蓋靜電防護電極E2。介電層DI1包括複數個導電貫孔V1，用來連接靜電防護電極E1與E2。

靜電防護電極E1與指紋感應電極陣列10形成於同一平面。在偵測使用者的指紋時，指紋感應電極陣列10與手指之間只有隔著保護層PAV。有助於獲得較大的電容感應量。靜電防護電極E1及E2的多層疊構，相較於只有靜電防護電極E1，可提供較低阻抗的洩放路徑，使靜電電流傾向流向靜電防護電極E1，有助於提高靜電防護的效果。舉凡符合上述架構及對應功能目的之指紋感測器皆屬本發明範疇，本領域具通常知識者可據以進行修飾、變化，而不限於本發明實施例。

第9圖為靜電防護電極E1之一實施例的俯視圖，其中靜電防護電極E1呈現網格圖案。此外，靜電防護電極E2所呈現的圖案無特殊限制，於一實施例中，其可以是如第9圖所示之靜電防護電極E1所呈現的網格圖案。

第4圖為靜電防護電極E2之一實施例的俯視圖，其中靜電防護電極E2呈現複數個十字圖案40以及複數個矩形圖案41。第5圖為靜電防護電極E2之另一實施例的俯視圖，其中靜電防護電極E2呈現複數個矩形圖案50間隔排列成複數列（column）或複數行（row）；換言之，矩形圖案50可沿X方向延伸而間隔排列成複數行，或沿Y方向延伸而間隔排列成複數列。第6圖為靜電防護電極E2之另一實施例的俯視圖，其中靜電防護電極E2呈現複數個十字圖案60。

在第4圖至第6圖中，虛線的方塊是代表在Z軸上與感應電極11重疊的區域，也就是說，靜電防護電極E2的配置，在Z軸方向上，並不會與感應電極11重疊。如圖所示，十字圖案是位置四個相鄰的虛線方塊之間。在第4圖至第6圖的靜電防護電極E2中，每一個部份（例如十字圖案，或者矩形圖案）都會經由一個或數個導電貫孔V1與上層的靜電防護電極E1相連接。

第7圖提供靜電保護電路ESD_PC的一實施例的功能方塊圖。靜電保護電路ESD_PC包含有一接線端70以及放電單元71及72。接線端70連接至靜電防護電極E1。放電單元71耦接於一高電位端VDD與接線端70之間，用來提供正靜電洩放路徑到高電位端VDD。放電單元72耦接於一低電位端VSS與接線端70之間，用來提供負靜電洩放路徑到低電位端VSS，其中低電位端VSS可為一接地部。

於一實施例中，放電單元71及72可為一二極體。放電單元71的陰極耦接至高電位端VDD，且陽極耦接至接線端70。放電單元72的陽極耦接至低電位端VSS，且陰極耦接至接線端70。

在另一實施例中，放電單元71可為一P型金氧半場效（P-type Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS）電晶體，該PMOS電晶體的汲極（Drain）接至該接線端70，其閘極（Gate）連接至源極（Source），源極耦接至該高電位端VDD。放電單元72可為一N型金氧半場效（N-type Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS）電晶體，該NMOS電晶體的汲極接至接線端70，其閘極連接至源極，其源極耦接至低電位端VSS。此外，該第一及第二放電單元亦可為矽控整流器（Silicon Controlled Rectifier，SCR）。

在第7圖所示的實施例中，指紋感測器1另包含一驅動電路73及一感測電路74。感測電路74連接於感應電極11，用來感測感應電極11的電容變化量，以辨識指紋的指峰（ridge）或指谷（valley）。驅動電路73耦接靜電防護電極E1，其配合感測電路74的操作，在不同的時相提供靜電防護電極E1不同的電壓，以降低感應電極11與靜電防護電極E1與E2之間的寄生電容對指紋感測結果的影響。愈多層連接的靜電防護電極其具阻抗愈低。本發明並無意限制只能包括兩層靜電防護電極，例如第7圖所示的實施例，其中除了第3圖所示的靜電防護電極E1與E2，指紋感測器7另包含一靜電防護電極E3形成於複數個感應電極11所形成的網格區域的下方，並且在Z軸方向上，不與感應電極11重疊。一介電層DI2形成於靜電防護電極E2與E3間，覆蓋靜電防護電極E3。介電層DI2包括複數個導電貫孔V2，其中導電貫孔V2用來連接靜電防護電極E3與E2。

根據本發明的配置，各感應電極11可以具有大致相同的大小，不會被靜電防護電極E1或E2所影響。下層的靜電防護電極E2（或E2與E3）提供更多的阻隔，可以防止靜電能量往下流竄而影響指紋感測器1的內部電路及元件。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、8‧‧‧指紋感測器
10‧‧‧指紋感應電極陣列
11‧‧‧感應電極
12‧‧‧虛設電極
E1、E2、E3‧‧‧靜電防護電極
V1、V2‧‧‧導電貫孔
PAV‧‧‧保護層
DI1、DI2‧‧‧介電層
SUB‧‧‧基板
X、Y、Z‧‧‧方向
ESD_PC‧‧‧靜電保護電路
A－A’、B－B’、C－C’‧‧‧截面
40、41、50、60‧‧‧圖案
70‧‧‧接線端
71、72‧‧‧放電單元
73‧‧‧驅動電路
74‧‧‧感測電路
VDD、VSS‧‧‧電位端

第1圖及第2圖分別為本發明實施例一指紋感測器的示意圖及局部放大俯視透視圖。第3A圖至第3C圖分別為第2圖的指紋感測器的剖面圖。第4圖為本發明一第二靜電防護電極的實施例的俯視圖。第5圖為本發明另一第二靜電防護電極的實施例的俯視圖。第6圖為本發明實施例另一第二靜電防護電極的實施例的俯視圖。第7圖為本發明之一靜電保護電路的實施例的功能方塊圖。第8圖為本發明之一指紋感測器的實施例的剖面圖。第9圖為本發明之一第一靜電防護電極的實施例的俯視圖。

1‧‧‧指紋感測器

11‧‧‧感應電極

E1、E2‧‧‧靜電防護電極

V1‧‧‧導電貫孔

PAV‧‧‧保護層

DI1‧‧‧介電層

SUB‧‧‧基板

X、Y、Z‧‧‧方向

Claims

一種具靜電防護的指紋感測器，包含有：一指紋感應電極陣列，包含複數個感應電極，該複數個感應電極之間形成一網格區域；一第一靜電防護電極與該指紋感應電極陣列形成於同一平面，且該第一靜電防護電極形成於該網格區域；一保護層，覆蓋該指紋感應電極陣列及該第一靜電防護電極，該保護層的頂面提供使用者的手指接觸；一第二靜電防護電極，形成於該網格區域下方；一第一介電層，形成於該第一靜電防護電極與該第二靜電防護電極間，覆蓋該第二靜電防護電極，該第一介電層包括複數個第一導電貫孔，其中該複數個第一導電貫孔用來連接該第一靜電防護電極與該第二靜電防護電極；以及一靜電保護電路，連接該第一靜電防護電極。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該第一靜電防護電極呈現一網格圖案。
如請求項2所述的指紋感測器，其中該指紋感應電極陣列另包含複數個虛設電極，形成於該複數個感應電極的外圍，電性連接於該第一靜電防護電極，且該複數個虛設電極的每一者形成於該網格圖案所環繞的區域內。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該第二靜電防護電極呈現一網格圖案或複數個十字圖案。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該第二靜電防護電極呈現複數個矩形圖案間隔排列成複數列或複數行，或者呈現複數個十字圖案以及複數個矩形圖案。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該第一靜電防護電極呈現一網格圖案。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該靜電保護電路為一接地部或一低電位端。
如請求項1所述的指紋感測器，其中該靜電保護電路包含有：一接線端，電性連接至該第一靜電防護電極；一第一放電單元，耦接在一高電位端與該接線端之間，用來提供正的靜電洩放到該高電位端；以及一第二放電單元，耦接在該低電位端與該接線端之間，用來提供負的靜電洩放到該低電位端。
如請求項8所述的指紋感測器，其中：該第一放電單元為一二極體，其陰極耦接至該高電位端，其陽極耦接至該接線端；以及該第二放電單元為一二極體，其陽極耦接至該低電位端，其陰極耦接至該接線端。
如請求項1所述的指紋感測器，其另包含：一第三靜電防護電極，形成於該網格區域的下方；以及一第二介電層，形成於該第二靜電防護電極與該第三靜電防護電極之間，並且覆蓋該第三靜電防護電極；該第二介電層包括複數個第二導電貫孔，用來連接該第三靜電防護電極與該第二靜電防護電極。