感测装置的制作方法

本公开是一般关于电子装置，且尤其涉及感测装置。

背景技术：

现今，触控装置是广泛地搭配电子装置使用。例如，触控装置已应用于智能手机及膝上型电脑。有了触控装置，使用者可以轻易地操作智能手机或膝上型电脑。在触控装置带来使用者接口新世纪的同时，触碰灵敏度在开发先进触控装置中一直是令人感兴趣的主题。

技术实现要素：

本公开的实施例提供一种感测装置，其包括一基板，一感测组件及一屏蔽装置。该感测组件是用以检测回应于在该感测装置上的一触碰事件的一触碰电容。该屏蔽装置是在该基板与该感测组件之间、用以分布电能、且使该基板屏蔽于该感测组件。

在一实施例中，该感测组件与该屏蔽装置是用以界定一电容，以储存电能。

在另一实施例中，该屏蔽装置包括一第一导电组件，在该基板上方；以及一第二导电组件，在该基板与该第一导电组件之间。该第二导电组件是用以与该第一导电组件一起界定一电容，以储存电能。

在又一实施例中，该感测组件是通过该第一及第二导电组件完全屏蔽于该基板。

在一实施例中，在该第一导电组件与该感测组件之间的一距离是小于在该第一导电组件与该第二导电组件之间所具者。

在又一实施例中，该第一导电组件是用以与该感测组件的一部分重叠。

在一实施例中，该感测组件是以一重叠率k被该第一导电组件重叠。在有检测到该触碰电容下该感测组件的一第一电压位准与没有检测到该触碰电容下该感测组件的一第二电压位准之间的一差异是随k变动。

在一实施例中，该差异可如下表示。

其中δv1代表在该第一电压位准与该第二电压位准之间的该差异，vdd代表一电源电压，cf代表该触碰电容，d1代表在该第一导电组件与该第二导电组件之间的一距离，及d3代表在该感测组件与该基板之间的一距离。

在另一实施例中，该第一及第二导电组件是设置在该基板与该感测组件之间。

在又一实施例中，回应于该屏蔽装置分布电能的一事件，该第一导电组件的一电压位准是与该感测组件所具者相同。

在又更一实施例中，该第二导电组件及该基板是耦合至一参考电压。

在一实施例中，该屏蔽装置包括一第一导电组件。该导电组件是用以使该基板屏蔽于该感测组件。该导电组件与该基板是用以界定一电容、以储存电能。

在另一实施例中，该感测组件是通过该导电组件完全屏蔽于该基板。

再次，在一实施例中，其中该导电组件是设置在该感测组件与该基板之间。

在另一实施例中，该导电组件是用以与该感测组件的一部分重叠。

在一实施例中，该感测组件是以一重叠率k被该导电组件重叠，其中在有检测到该触碰电容下该感测组件的一第一电压位准与没有检测到该触碰电容下该感测组件的一第二电压位准之间的一差异是随k变动。

本发明的该感测装置通过降低用于检测回应于一触碰事件的一感测组件与一基板所界定的一电容来提供一更佳的触控灵敏度。

前文广泛地概述本发明的特征及技术优点，以使后续的本发明详细说明能更好理解。下将于后文中描述本发明额外的特征及优点。所属技术领域中技术人员应了解，为了实现本发明的相同目的，可轻易地利用所公开的概念及特定实施例作为用以修改或设计其它结构或制程的基础。所属技术领域中技术人员也应理解，此等均等架构不悖离如所附权利要求中陈述的本发明的精神及范畴。

附图说明

本公开的一或多个实施例的详情是陈述于说明书附图及下文说明中。本公开的其他特征与优点可由说明书、附图及权利要求更形彰显。

图1a是感测装置的俯视图。

图1b是图1a所显示的现有技术中的感测装置的例示性感测单元的示意图。

图1c是操作于第一阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图1d是在无触碰电容下，操作于第二阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图1e是在触碰电容发生时，操作于第二阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图2是根据本公开的一些实施例，感测装置的例示性感测单元的示意图。

图3a是根据本公开的一些实施例，感测装置的例示性感测单元的示意图。

图3b是根据本公开的一些实施例，操作于第一阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图3c是根据本公开的一些实施例，在无触碰电容下，操作于第二阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图3d是根据本公开的一些实施例，在触碰电容发生时，操作于第二阶段的该例示性感测单元的等效电路的电路图。

图4是根据本公开的一些实施例，感测装置的感测单元的示意图。

附图标记说明：

1感测装置

2感测装置

3感测装置

4感测装置

10感测单元

11物体

12钝化层

14感测组件

16基板

20感测单元

22屏蔽装置

24感测组件

28检测装置

30感测单元

32屏蔽装置

36第一导电组件

38第二导电组件

40感测单元

42屏蔽装置

44导电组件

a24表面

a36表面

a38表面

b1电容

ca电容器

cf触碰电容

csub电容

c电容器

csub'电容器

c1第一电容

c2第二电容

c4电容

c5电容

d1距离

d2距离

d3距离

d4距离

d5距离

sa开关

sb开关

sc开关

s1开关

s2开关

s3开关

vdd电源电压

gnd参考电压

n1节点

na节点

nb节点

【生物材料寄存】

无

具体实施方式

为了使本公开可被完全理解，详细的步骤以及结构是提供在下面说明中。明显地，本公开的实施方案不去限制所属技术领域中技术人员已知的专门细节。此外，未对已知结构以及步骤加以详述，以免不必要地限制本公开。将于下面详细描述本公开的较佳实施例。然而，除了该详细说明外，本公开也可广泛地实施在其它实施例中。本公开的范畴不限于该详细说明，而是被权利要求所界定。

图1a是例示性感测装置1的俯视图。感测装置1是适合于与电子装置一起工作，诸如智能手机、膝上型电脑、及个人数字助理。参考图1a，感测装置1包括感测阵列，该感测阵列具有多个被钝化层12覆盖的感测单元10。感测单元10是用以感测物体11，诸如手指或触控笔经由钝化层12触碰感测装置1的触碰事件。

图1b是图1a所显示的现有技术中的感测装置1的例示性感测单元10的示意性电路图。参考图1b，感测装置1包括基板16，其上被放置感测单元10。为了例示说明，仅一个感测单元10被显示于图1b中。

感测单元10包括感测组件14、电容器ca及开关sa、sb、及sc。感测组件14检测回应于在感测装置1上的触碰事件的与物体11相关的触碰电容cf。再者，感测组件14及基板16界定在其等之间的电容csub，csub是寄生电容。基板16是实质上维持于参考电压gnd。

在本公开全文中，为了方便，相同参考符号或标签是用来指称电容器，或当合适时用来指称其电容，且反之亦然。例如，当如上所述的参考标签"ca"是指称电容器时，它可代表具有该电容器的值。

当当开关sa被导通时，电容器ca是被电源电压vdd充电，且相应地储存电能。耦合在电源电压vdd与参考电压gnd之间的电容器ca可不与感测组件14及开关sa、sb及sc积体在单一晶片或集成电路中。例如，电容器ca是安装在母板上，以与感测组件14及开关sa、sb及sc连通(或耦合至感测组件14及开关sa、sb及sc)。此种电容器ca可能消耗相对大面积，因而面积上不经济。

感测单元10的操作包括两个阶段。于第一阶段，当开关sa被导通电时，电容器ca是被电源电压vdd充电，且相应地储存电能。于此同时，开关sb不被导通，而开关sc是被导通。结果，感测组件14的电压位准是重新设定成参考电压gnd。操作于第一阶段的感测单元10的等效电路是绘示于图1c中。

于第二阶段，开关sa及sc不被导通，而开关sb是被导通。于第一阶段，储存在电容器ca中的电能是分布于电容器ca、电容csub及触碰电容cf之间。操作于第二阶段的感测单元10的等效电路是绘示于图1d及1e中。

图1c是例示性感测单元10操作于第一阶段的等效电路的电路图。参考图1c，电容器ca是被电源电压vdd充电，且电能是储存在电容器ca中。在电容器ca中的电荷可以下列方程式(1)表示。

q1(ph1)＝vdd×ca(1)

其中q1(ph1)代表在电容器ca中的电荷。

图1d是在无触碰电容cf下，操作于第二阶段的该例示性感测单元10的等效电路的电路图。参考图1d，储存在电容器ca中的电能是分布在电容器ca与csub之间，其满足下列方程式(2)。

q1(ph2)＝vn1(ph2)×(csub+ca)(2)

其中q1(ph2)代表于第2阶段在电容器ca与csub中的总电荷，且vn1(ph2)代表于第2阶段在节点n1的电压位准。

基于电荷守恒定律，第1阶段的电荷q1(ph1)等于第2阶段的电荷q1(ph2)。基于方程式(1)及(2)，于第2阶段在节点n1的电压位准vn1(ph2)可以下列方程式(3)表示。

图1e是在触碰电容cf发生时，操作于第二阶段的该例示性感测单元10的等效电路的电路图。参考图1e，储存在电容器ca中的电能是分布在电容器ca、csub及cf之间。由于与图1c的说明中提供的相似原因，有检测到触碰电容cf下，于第2阶段在节点n1的电压位准vn1'(ph2)可以下列方程式(4)表示。

通过电压位准vn1(ph2)减去电压位准vn1'(ph2)是可判定触碰灵敏度。在电压位准vn1(ph2)与电压位准vn1'(ph2)之间的差异(δv)可以下列方程式(5)表示。

由于差异δv与感测装置的触碰灵敏度有关，为了实现较高触碰灵敏度，想要的是具有较大的差异δv。即，相对较大的差异促进触碰事件的检测。鉴于方程式(5)，增加差异δv的可能方式是降低分母中的电容csub。

图2是根据本公开的一些实施例，感测装置2的例示性感测单元20的示意图。感测装置2包括多个感测单元20以及检测装置28。为了方便说明，仅一个感测单元20被显示于图2中。参考图2，感测单元20包括感测组件24及屏蔽装置22。耦合至多个感测单元20的检测装置28是用以检测在感测单元20的感测组件24的电压位准，并基于电压位准的改变判定在感测装置2上是否有触碰事件。检测装置28包括，例如处理器或中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。

感测组件24是用以回应于在感测装置2上的触碰事件检测与物体11相关的触碰电容cf。又者，感测组件24可置放在基板16上方的金属1(m1)层、金属2(m2)层或其他合适的导电层中。

屏蔽装置22操作于电源电压vdd及参考电压gnd的电力域中。再者，屏蔽装置22是用以使基板16屏蔽或遮蔽于感测组件24，或反之亦然。具体地，如将进一步讨论者，在实体结构中屏蔽装置22与感测组件24重叠，以致在感测组件24与基板16之间的有效电容下降，进而增加触碰灵敏度。在一些实施例中，屏蔽装置22完全与感测组件24重叠。在一些实施例中，屏蔽装置22与感测组件24的一部分重叠，并使感测组件24的未屏蔽部分暴露于基板16。

又者，当屏蔽装置22被电源电压vdd充电时，屏蔽装置22及感测组件24是用以界定电容器c，以储存电能。再者，电容器csub'是界定在感测组件24与基板16之间。所储存的电能被分布在电容器c与csub'之间。

由于感测组件24的至少一部分被屏蔽装置22重叠且因此是屏蔽于基板16，故有效电容csub'是低于参考图1b时所描述与绘示的电容csub。在该情况中，在感测组件24中的电压变化变得更为显著并且电压差异变得更为敏感。有效地，如先前关于方程式(5)的讨论，触碰事件可更容易检测，其将在参考图3a至3d下详细描述。

图3a是根据本公开的一些实施例，感测装置3的例示性感测单元30的示意图。参考图3a，感测装置3是相似于参考图2时所描述与绘示的感测装置2，除了例如感测单元30包括第一导电组件36、第二导电组件38、及开关s1、s2及s3之外。第一导电组件36与第二导电组件38作为在感测组件24与基板16之间的屏蔽装置32。再者，第一导电组件36及第二导电组件38可分别设置在例如金属2(m2)层即金属1(m1)层中，或在其他不同的导电层中。在一实施例中，第一导电组件36具有与第二导电组件38实质上相同的大小。

第一导电组件36与第二导电组件38是用以界定第一电容c1，以储存电能。第一导电组件36是与第二导电组件38分隔开距离d1，其是判定第一电容c1的因子。第一电容c1可以下列方程式(6)表示。

其中ε代表在第一导电组件36与第二导电组件38之间的材料的介电常数，及a1代表第一导电组件36的表面a36的面积(及也代表第二导电组件38的表面a38的面积)。

再者，第一导电组件36与感测组件24是用以界定第二电容c2，以储存电能。第一导电组件36是与感测组件24分隔开距离d2，其是判定第二电容c2的因子。在一实施例中，距离d2是短于距离d1。如将进一步讨论者，鉴于在感测组件24与基板16之间的距离d3是固定，距离d1随着距离d2降低而增加，进而降低第一电容c1并因此增加触碰灵敏度。

另外，第二导电组件38是耦合至参考接地gnd。因此，在第二导电组件38与基板16之间的电压是理想上等于零。故，在第二导电组件38与基板16之间的空间是没有任何电容。

另外，感测组件24与基板16是用以界定电容b1。感测组件24是与基板16分隔开距离d3，其是判定电容b1的因子。

第一导电组件36与第二导电组件38是用以使基板16屏蔽于感测组件24，反之亦然。据此，电容b1可以下列方程式(7)表示。

其中

其中a2代表感测组件24的表面a24的面积，用语(a2-a1)代表有效面积，其意指未被第一导电组件36或第二导电组件38屏蔽且因此暴露于基板16的表面a24的面积，且k是第一导电组件36的表面a36的面积对感测组件24的表面a24所具者的比。具有不大于一值的k代表感测组件24被第一导电组件36重叠或屏蔽的百分比。具体地，感测组件24是以重叠率k被第一导电组件36重叠。当k小于1，感测组件24的表面a24的一部分是被屏蔽。当k等于1，感测组件24是整个被第一导电组件36或第二导电组件38屏蔽。

基于方程式(6)及(7)，电容b1可重排成下列方程式(8)。

在本实施例中，第一导电组件36是用以使感测组件24的一部分屏蔽于基板16，且感测组件24的未屏蔽部分是暴露于基板16。

当开关s3不被导通时，开关s1及s2是用以导通，且反之亦然。开关s1、s2及s3的各者包括例如，场效晶体管(field-effecttransistor，fet)、或金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)。

感测单元30的操作包括两个阶段。于第一阶段，开关s1被导通，且第一及第二电容器c1及c2是被电源电压vdd充电，且相应地储存电能。于此同时，由于开关s3不被导通且开关s2被导通，感测组件24是重新设定成参考电压gnd。操作于第一阶段的感测单元30的等效电路是绘示于图3b中。

于第二阶段，开关s1及s2不被导通，而开关s3是被导通。于第一阶段，储存在电容器c1与c2中的电能是分布于电容器c1、b1及cf之间。由于开关s3被导通，在感测组件24的电压位准是与在第一导电组件36所具者相同。操作于第二阶段的感测单元30的等效电路是绘示于图3c及3d中。

图3b是操作于第一阶段的例示性感测单元30的等效电路的电路图。参考图3b，当第一及第二电容器c1及c2被电源电压vdd充电时，储存在第一及第二电容器c1及c2中的电荷可以下列方程式(9)及(10)表示。

qna(ph1)＝vdd×(c1)+vdd×(c2)(9)

qnb(ph1)＝-vdd×(c2)(10)

其中qna(ph1)代表于第1阶段储存在节点na侧的第一及第二电容器c1及c2中的正电荷，及qnb(ph1)代表于第1阶段储存在节点na侧的c2中的负电荷。

图3c是在无触碰电容cf下，操作于第二阶段的该例示性感测单元30的等效电路的电路图。参考图3c，因为于第二阶段中开关s3的导通状态，在节点na的电压位准是与在节点nb所具者相同。结果，跨第二电容器c2的电压是零，且因此电能不再储存在第二电容器c2中。于第一阶段，储存在第一及第二电容器c1及c2中的电能是分布在于第一电容器c1与电容器b1之间，其见于下列方程式(11)。

qna(ph2)＝vna(ph2)×(b1+c1)(11)

其中qna(ph2)代表于第2阶段储存在第一电容器c1及电容器b1中的电荷，以及vna(ph2)代表在无触碰电容cf下，于第2阶段在节点na的电压位准。

基于电荷守恒定律，得出下列方程式(12)。

qna(ph2)＝qna(ph1)+qnb(ph1)(12)

基于方程式(9)、(10)、(11)及(12)，于第2阶段在节点n1的电压位准vna(ph2)可以下列方程式(13)表示。

图3d是在触碰电容cf发生时，操作于第二阶段的该例示性感测单元30的等效电路的电路图。参考图3d，储存在第一及第二电容器c1及c2中的电能是分布在第一电容器c1、电容器b1、与触碰电容器cf之间。由于与图3c的说明中提供的相似原因，有检测到触碰电容cf下，于第2阶段在节点na的电压位准可以下列方程式(14)表示。

其中vna'代表有检测到触碰电容cf下，于第2阶段二在节点n1的电压位准。

通过电压位准vna'减去电压位准vna是可判定触碰灵敏度。在电压位准vna与电压位准vna'之间的差异(δv1)可以下列方程式(15)表示。

比较方程式(15)与和方程式(5)，δv1至少因下面理由大于δv。首先，对界定在感测组件与基板之间的电容而言，方程式(5)中的csub大于方程式(15)中的b1。如先前所讨论者，在图3a的实施例中，感测组件24是被第一导电组件36及第二导电组件38屏蔽。因此，方程式(15)中的电容b1是低于方程式(5)中的电容csub。结果，图3a实施例中所描述的差异(δv1)大于参考图1b时所描述与绘示的差异(δv)。由于较大的差异导致较高的敏感度，触碰事件可更容易被图3a所显示实施例的感测单元30检测。

次而，对被电源电压充电的电容而言，方程式(5)中的ca大于方程式(15)中的c1。一般来说，未积体在感测单元中的电容器ca的电容大于界定在集成电路中的电容c1所具者。再者，如先前所讨论者，通过第一导电组件36及第二导电组件38在感测单元30的布局设计中的适当配置，相对小或想要的第一电容c1可被实现。有了相对小的电容c1，图3a实施例中所描述的差异(δv1)大于参考图1b时所描述与绘示的差异(δv)。结果，触碰事件可更容易被图3a所显示实施例的感测单元30检测。

进一步，通过将方程式(8)中的b1取代到方程式(15)中，差异(δv1)可进一步以方程式(16)表示如下：

基于方程式(16)，可发现差异(δv1)是随k变动。

图4是根据本公开的一些实施例，感测装置4的例示性感测单元40的示意图。参考图4，感测单元40是与参考图3a时所描述与绘示的感测单元30相似，除了例如感测装置40包括通过单一导电组件44形成的屏蔽装置42。又者，导电组件44可置放在例如在基板16上方的金属1(m1)层、或另一导电层中。为了例示说明，仅一个感测单元40被显示于图4中。

设置在感测组件24与基板16之间的导电组件44是用以使基板16屏蔽于感测组件24，反之亦然。在一些实施例中，基板16是通过导电组件44完全屏蔽于感测组件24。在其它实施例中，导电组件44是用以屏蔽或遮蔽感测组件24的一部分。

再者，导电组件44与感测组件24是用以界定电容c4，以储存电能。导电组件44是与感测组件24分隔开距离d4，其是判定电容c4的因子。

导电组件44与基板16是用以界定电容c，以储存电能。导电组件44是与基板16分隔开距离d5，其是判定电容c5的因子。在一些实施例中，距离d5是长于距离d4。在该例子中，如先前所讨论者，电容c5是相对小，其促进触碰事件的检测。与图3a的实施例相比较，由于在本实施例中仅一个导电组件(亦即，导电组件44)出现在感测组件24与基板16之间，在感测组件24与基板16之间的距离d5可在布局设计上被调整成相对长。结果，电容c5可是相对小。

基于图3a的实施例的相似讨论，在有检测到触碰电容cf下感测组件44的电压位准与没有检测到触碰电容cf下感测组件44的电压位准之间的差异(δv2)可以下列方程式(17)表示。

比较方程式(17)与和方程式(15)，鉴于导电组件44具有与第一导电组件36及第二导电组件38相同的大小，用以储存电能的电容，方程式(15)中的c1及方程式(17)中的c5是不同。因为相对为长的距离d5，方程式(17)中的电容c5是较小，导致较高的敏感度。

虽然于语言上对标的的特定结构特征及/或方法学作动加以描述，应理解所附权利要求不是必需限制于上述特定特征或作动所界定的标的。反而是，上述特定特征或作动作为是作为实施专利范围的实例形式被公开。

实施例的各种操作是于本文中提供。该等操作的一些或全部被描述的顺序不应被解释成暗示这些操作是必需依赖顺序。鉴于本说明的权益，替代顺序将被理解。进一步，将了解非所有的操作是必需出现在本文中所提供的各实施例中。也将了解，在一些实施例中，非所有的操作是必需。

应理解，例如为了简单与易于了解的目的，本文中描绘的层、特征、元件、等等是以相对于彼此的特定尺寸来说明，诸如结构尺寸或方位，且应理解在一些实施例中，本文中描绘的层、特征、元件、等等的实际尺寸实质上不同于本文中所绘示者。

虽然涉及一个或多个实施方案显示并描述本公开，所属技术领域中技术人员基于阅读及理解本说明书与附图将能想到等效替代以及修改。本公开包括所有此等修改及替代且仅受下面权利要求所限制。尤其就上述组件(如元件、资源等等)所实施的不同功能而言，除非另行指明，用于描述此等组件的用语是意图对应实施所述组件的特定功能的任何组件(如，在功能上等效者)，即便不是结构上等效于所公开结构。另外，虽然本公开的特别特征可能仅关于几个实施方案中的一者公开，当是想要者且有益于任何已知或特别的应用时，此等特征可与其他实施方案的一个或多个其他特征组合。