高效能指纹识别装置的制作方法

本发明关于感测的技术领域，尤指一种高效能指纹识别装置。

背景技术：

由于电子商务的兴起，远程支付的发展一日千里，故而生物识别的商业需求急速膨胀。而生物识别技术又可区分为指纹识别技术、虹膜识别技术、dna识别技术等。考虑效率、安全、与非侵入性等要求，指纹识别已成为生物识别的首选技术。指纹识别技术又有光学式、热感应式、超音波式与电容式。其中又以电容式技术在装置体积、成本、省电、可靠、防伪等综合考虑下脱颖而出。

现有的电容式指纹识别技术有滑动式、全指按压式等形式。其中，又以全指按压式在识别度、效率及方便性中胜出。然而由于感应信号极其微小与周围噪声繁杂巨大等因素，全指按压式的指纹识别技术通常将感应电极与感应电路等一并做在一个集成电路芯片上。现有的指纹识别芯片的封装为免伤害导出线，因此以封胶体保护该些导出线，导致感应电极与手指间平白多出数十微米(μm)的距离，影响感测正确性至巨，故以昂贵的高介电至数的蓝宝石膜填充保护。也由于多出了这数十微米(μm)的距离而更不利于产品整合。常见的作法便是在保护玻璃开孔再将指纹识别芯片以复杂方式作成按钮镶于孔中。如此，不仅垫高材料成本与封装制程成本，且产品良率、寿命与耐受性堪虑。所以业界莫不致力于提高感测灵敏度与信号噪声比，期使有效感测距离能够尽量加大，并简化感测集成电路的封装结构，盼能巨幅降低成本并增进产品的寿命与耐受性，故指纹识别装置仍有很大的改进空间。

技术实现要素：

本发明的目的主要在提供一高效能指纹识别装置，其利用多个控制走线及多个信号选择开关电路，依序或动态地自各个电极感应区的多个感应电极中选定至少一个电极为一感测区，并将该感测区周围感应电极规划为对应的一偏向聚焦区，且将该偏向聚焦区周围感应电极规划为对应的一收敛稳定区，借此可使感测区的感应电极上的电力线聚集而拱高，借以提升感应灵敏度，加大有效感测距离，增进信号噪声比，提升感测信号的稳定性与正确性，并巨幅降低指纹感测装置的成本。

依据本发明的一特色，本发明提出一种高效能指纹识别装置，包括一感应电极基板、多个1对n开关电路、多个感应电极、及多条走线。该多个1对n开关电路是形成于该感应电极基板之上，每一个1对n开关电路具有一第一端点、n个第二端点、及m个控制端点，该m个控制端点用以控制该第一端点与该n个第二端点的连接关系，其中m，n为大于1的整数。该些感应电极依第一方向及第二方向排列，形成多个列(column)与多个行(row)的电极矩阵，该第一方向与该第二方向约略呈垂直，其中，邻近每一个感应电极处各有对应的一个1对n开关电路，每一列(column)的感应电极的对应1对n开关电路的第i个第二端点对应地电气连接在一起，该n个第二端点其中的一电气连接至其对应的该感应电极，当中，1≤i≤n。该多条走线是区分为驱动及感测走线与控制走线，其中，每一列(column)感应电极与至少一条驱动及感测走线对应，该至少一条驱动及感测走线电气连接至多个该列(column)感应电极对应的1对n开关电路的该n个第二端点之一，每一行(row)电极与m条控制走线对应，每一条该控制走线电气连接至多个该行(row)感应电极对应的1对n开关电路的该m个控制端点之一。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种高效能指纹识别装置，包括一感应电极基板、及至少两个感应电极区。该至少两个感应电极区位于该感应电极基板上，每一该些感应电极区包含多个1对n开关电路、多个感应电极、以及多条走线。该多个1对n开关电路形成于该感应电极基板之上，每一个1对n开关电路具有一第一端点、n个第二端点、及m个控制端点，该m个控制端点用以控制该第一端点与该n个第二端点的连接关系，其中m，n为大于1的整数。多个感应电极依第一方向及第二方向排列形成多个列(column)与多个行(row)的电极矩阵，该第一方向与该第二方向约略呈垂直，其中，邻近每一个感应电极处各有对应的一个1对n开关电路，每一列(column)的感应电极的对应1对n开关电路的第i个第二端点对应地电气连接在一起，该n个第二端点其中的一电气连接至其对应的该感应电极，当中，1≤i≤n。该多条走线区分为驱动及感测走线与控制走线，分别贯穿各个感应电极区同一列(column)与同一行(row)的各个感应电极，其中，每一列(column)感应电极与至少一条驱动及感测走线对应，该至少一条驱动及感测走线电气连接至多个该列(column)感应电极对应的1对n开关电路的该n个第二端点之一，每一行(row)电极与m条控制走线对应，每一条该控制走线电气连接至多个该行(row)感应电极对应的1对n开关电路的该m个控制端点之一。

附图说明

图1为本发明的一种高效能指纹识别装置的上视图。

图2为本发明的一种高效能指纹识别装置的另一上视图。

图3为本发明的1对n开关电路的电路图。

图4为本发明的控制走线与驱动及感测走线的示意图。

图5为本发明的高效能指纹识别装置的另一示意图。

图6为本发明的集成电路芯片的电路图。

图7a至图7c为本发明的集成电路芯片与该感应电极基板关系的示意图。

图8a至图8d为本发明多个1对n开关电路、多个感应电极、及多条走线的迭层图。

图9为本发明的高效能指纹识别装置的又一示意图。

图10为本发明的高效能指纹识别装置的另一上视图。

图11为本发明图10的另一示意图。

图12为本发明的高效能指纹识别装置的又一上视图。

图13为本发明的控制走线与驱动及感测走线的示意图。

图14为本发明的控制走线与驱动及感测走线的又一示意图。

图15为本发明的高效能指纹识别装置的另一示意图。

图16为本发明的高效能指纹识别装置的更一示意图。

图17为本发明的高效能指纹识别装置的使用示意图。

图18为本发明的高效能指纹识别装置的使用示意图。

附图标记说明：

高效能指纹识别装置100

感应电极基板1101对n开关电路120

感应电极130、走线140

驱动及感测走线150控制走线160

集成电路芯片170

第一端点a第二端点b、b1、b2、b3、

控制端点c、c1、c2、c3

惯孔via2、via3、131

驱动及感测走线11l1～11l3、12l1～12l3、13l1～13l3、…、1nl1～1nl3

驱动及感测走线4nl1～4nl3

控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、py1～py3

开关sw1、sw2、sw3、sw4

集成电路芯片170自电容侦测电路171

至少一个一增益大于零的放大电路172

信号选择开关电路173电容侦测信号产生电路174

参考电压产生电路175电容侦测信号176

放大电容侦测信号177参考电压信号vref

信号选择开关电路1731、1732、1733

感应信号178

柔性电路板610电路板620

柔性扁平电缆630

薄膜晶体管开关暨走线层710感应电极层720

保护层730第一遮蔽电极层740

第二遮蔽电极层750绝缘层760

金属感应电极基板770

控制电路810

感应电极区910

具体实施方式

图1为本发明的一种高效能指纹识别装置100的上视图，如图所示，该高效能指纹识别装置100包括有一感应电极基板110、多个1对n开关电路120、多个感应电极130、多条走线140(分为驱动及感测走线150与控制走线160)、及一集成电路芯片170(见于图5)。

该感应电极基板110一高分子薄膜基板，一玻璃基板，一蓝宝石基板，一陶瓷基板，或一金属基板。

该多个1对n开关电路120形成于该感应电极基板110之上。该多个1对n开关电路120优选为薄膜晶体管电路。每一个1对n开关电路具有一第一端点a、n个第二端点b、及m个控制端点c。该m个控制端点c用以控制该第一端点a与该n个第二端点b的连接，其中m、n为大于1的整数。于本实施例中，该1对n开关电路120为1对3开关电路，故其具有一第一端点a、3个第二端点b1、b2、b3、及3个控制端点c1、c2、c3。

该多个感应电极130依第一方向及第二方向排列形成多个列(column)与多个行(row)的电极矩阵，该第一方向与该第二方向约略呈垂直。其中，邻近每一个感应电极处各有对应的一个1对n开关电路120。每一列(column)的感应电极的对应1对n开关电路的第i个第二端点对应地电气连接在一起，该n个第二端点其中的一电气连接至其对应的该感应电极，当中，1≤i≤n。亦即，同一列(column)的1对n开关电路的第一个第二端点b1均电气连接在一起，同一列(column)的1对n开关电路的第二个第二端点b2均电气连接在一起，同一列(column)的1对n开关电路的第三个第二端点b3均电气连接在一起，而当有n个第二端点时，亦是如此。

多条走线140区分为驱动及感测走线150与控制走线160，其中，每一列(column)感应电极与至少一条驱动及感测走线150对应。于本实施例中，每一列(column)感应电极对应至一条驱动及感测走线150。例如，第一列(column)感应电极对应至一条驱动及感测走线11l1，第二列(column)感应电极对应至一条驱动及感测走线12l1，第三列(column)感应电极对应至一条驱动及感测走线13l1，…，第n列(column)感应电极对应至一条驱动及感测走线1nl1。每一条该驱动及感测走线电气连接至多个该列(column)感应电极对应的1对n开关电路的该n个第二端点之一。例如，该驱动及感测走线11l1电气连接至第一列(column)感应电极对应的所有1对3开关电路的第一个第二端点b1，该1对3开关电路的第二个第二端点b2则经由一贯孔via2连接至一第一遮蔽电极层740(见于图8a)，该1对3开关电路的第三个第二端点b3则经由一贯孔via3连接至一第二遮蔽电极层750(见于图8c)。于其他实施例中，所有的该1对3开关电路的第二个第二端点b2可经由贯孔via2均连接到其他电气信号，例如一第一电压共点(vcom1或vref1)。同样地，所有的该1对3开关电路的第三个第二端点b3可经由贯孔via3均连接到其他电气信号，例如一第二电压共点(vcom2或vref2)。

图2为本发明的一种高效能指纹识别装置100的另一上视图，其与图1主要差别在于至少一条驱动及感测走线150于图2中为三条驱动及感测走线150。例如，第一列(column)感应电极对应至三条驱动及感测走线11l1～11l3，第二列(column)感应电极对应至三条驱动及感测走线12l1～12l3，第三列(column)感应电极对应至三条驱动及感测走线13l1～13l3，…，第n列(column)感应电极对应至三条驱动及感测走线1nl1～1nl3。每一条该驱动及感测走线电气连接至多个该列(column)感应电极对应的1对n开关电路的该n个第二端点之一。例如，该驱动及感测走线11l1电气连接至第一列(column)感应电极对应的所有1对3开关电路的第一个第二端点b1，该驱动及感测走线11l2电气连接至第一列(column)感应电极对应的所有1对3开关电路的第二个第二端点b2，该驱动及感测走线11l3电气连接至第一列(column)感应电极对应的所有1对3开关电路的第三个第二端点b3，该驱动及感测走线1nl3电气连接至第n列(column)感应电极对应的所有1对3开关电路的第三个第二端点b3。

每一行(row)电极与m条控制走线160对应。于本实施例中，每一行(row)感应电极对应至三条控制走线160。例如，第一行(row)感应电极对应至三条控制走线1y1～1y3，…，第p行(row)感应电极对应至三条控制走线py1～py3。每一条该控制走线电气连接至多个该行(row)感应电极对应的1对n开关电路的该m个控制端点之一。例如，该控制走线1y1电气连接至第一行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第一个控制端点c1，该控制走线1y2电气连接至第一行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第二个控制端点c2，该控制走线1y3电气连接至第一行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第三个控制端点c3。该控制走线py1电气连接至第p行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第一个控制端点c1。该控制走线py2电气连接至第p行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第二个控制端点c2，该控制走线py3电气连接至第p行(row)感应电极对应的所有1对3开关电路的第三个控制端点c3。

于本实施例中，控制走线160与1对n开关电路120之间的关系是为一位有效编码(one-hotencoding)。亦即，如图2所示，1对n开关电路120为1对3开关电路时，该1对3开关电路有m(＝3)个控制端点，则同一行(row)的1对3开关电路对应的控制走线160则为三条。

于其他实施例中，控制走线160与1对n开关电路120之间的关系是为二位编码(binaryencoding)。图3为本发明1对n开关电路120的电路图。如图3所示，其为本发明1对3开关电路的另一实施例，该1对3开关电路有4个控制端点，且由两条控制走线160(1y1，1y2)所控制。亦即，同一行(row)的1对3开关电路对应的控制走线160为两条。

当控制走线1y1为低电位(＝0)时，开关sw1为导通状态(on)、开关sw2为断开状态(off)，驱动及感测走线11l3则经由开关sw1、贯孔(via)131与感应电极130电气连接。当控制走线1y1为高电位(＝1)且控制走线1y2为低电位(＝0)时，开关sw1为断开状态(off)，开关sw2、sw3为导通状态(on)，驱动及感测走线11l2则经由开关sw2、sw3、贯孔(via)131与感应电极130电气连接。当控制走线1y1为高电位(＝1)且控制走线1y2为高电位(＝1)时，开关sw1、sw3为断开状态(off)，开关sw2、sw4为导通状态(on)，驱动及感测走线11l1则经由开关sw2、sw4、贯孔(via)131与感应电极130电气连接。

图4为本发明控制走线160与驱动及感测走线150的示意图。如图4所示，该m条控制走线160先平行于该第一方向至其对应行(row)，再沿垂直于第一方向延伸而布置。控制走线1y1～1y3与第一行(row)感应电极130对应的1对3开关电路120电气连接，因此控制走线1y1～1y3沿垂直于第一方向延伸而横跨第一行(row)感应电极130。

图5为本发明的高效能指纹识别装置100的另一示意图。该集成电路芯片170黏结于该感应电极基板110上。该集成电路芯片170电气连接至该n条驱动及感测走线11l1～11l3、12l1～12l3、13l1～13l3、…、1nl1～1nl3及控制走线1y1～1y3、…py1～py3。图6为本发明的该集成电路芯片170的电路图。集成电路芯片170包含至少一自电容侦测电路171、至少一个增益大于零的放大电路172、多个信号选择开关电路173、一电容侦测信号产生电路174、及一参考电压产生电路175。

该电容侦测信号产生电路174产生一电容侦测信号176，该电容侦测信号176经由该至少一个增益大于零的放大电路172放大后，产生一放大电容侦测信号177，该增益大于零的放大电路172的增益值优选为1。该参考电压产生电路175产生一参考电压信号vref，参考电压信号vref优选为一直流电压。经由该多个信号选择开关电路173的选择，将n个相关电容侦测信号(电容侦测信号176、放大电容侦测信号177、参考电压信号vref)传送至各列(column)感应电极所对应的该n条驱动及感测走线150(11l1～11l3、12l1～12l3、13l1～13l3、…、1nl1～1nl3)。如图6所示，经由信号选择开关电路1731的选择，可将参考电压信号vref传送至驱动及感测走线13l1，经由信号选择开关电路1732的选择，可将电容侦测信号176传送至驱动及感测走线13l2，经由信号选择开关电路1733的选择，可将放大电容侦测信号177传送至驱动及感测走线13l3。同时，并经其中一条驱动及感测走线输入一感应信号178至该自电容侦测电路171，亦即如图6所示，该电容感应信号178由驱动及感测走线13l2传送至该自电容侦测电路171。

图7a至图7c至本发明该集成电路芯片170与该感应电极基板110的关系的示意图。于图7a中，该集成电路芯片170黏结于该感应电极基板110上。于图7b中，该集成电路芯片170黏结于一柔性电路板610上，柔性电路板610再黏结于该感应电极基板110，使该集成电路芯片170与该感应电极基板110电气连接。于图7c中，该集成电路芯片170黏结于一电路板620上，该电路板620再经由一柔性扁平电缆630与该感应电极基板110电气连接。

图8a至图8d至为本发明多个1对n开关电路120、多个感应电极130、及多条走线140的迭层图。于本实施例中，多个1对n开关电路120及该多条走线140位在一薄膜晶体管开关暨走线层710，而该多个感应电极130则位于一感应电极层720。如图8a所示，该感应电极层720之上有一保护层730，在薄膜晶体管开关暨走线层710与感应电极层720之间，有一第一遮蔽电极层740，以免薄膜晶体管开关暨走线层710的信号干扰到在感应电极层720中的多个感应电极130。亦即第一遮蔽电极层740位于该多个感应电极与该些驱动及感测走线与控制走线之间，

在该薄膜晶体管开关暨走线层710的下则为该感应电极基板110。于图8b中，如图8a的该保护层730与该感应电极基板110的位置互换。于图8c中，其与图8a相似，只是在该薄膜晶体管开关暨走线层710与该感应电极基板110之间新增一第二遮蔽电极层750。于图8d中，其与图8c相似，只是在该薄膜晶体管开关暨走线层710背向该感应电极基板110的一面设有一绝缘层760及一金属感应电极基板770。

图9为本发明高效能指纹识别装置100的又一示意图。该高效能指纹识别装置100还包含一控制电路810，布置于该感应电极基板110上，且其输出连接至该些控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、py1～py3。该控制电路810优选为一位移缓存器电路，该位移缓存器电路执行至少两位平行位移操作，使该控制电路810经由该控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、py1～py3，以控制各行(row)的感应电极与哪些驱动及感测走线11l1～11l3、12l1～12l3、…、1nl1～1nl3电气连接。

图10为本发明的高效能指纹识别装置100的另一上视图，如图10所示，该高效能指纹识别装置100包括有一感应电极基板110、及至少两个感应电极区910。于本实施例中，其显示四个感应电极区910。每一个感应电极区910包括有多个1对n开关电路120、多个感应电极130、多条走线140(分为驱动及感测走线150与控制走线160)、及一集成电路芯片170(见于图15)。

如图10所示，其与图1类似。亦即于一个感应电极区910中，同一列(column)的1对n开关电路的第一个第二端点b1均电气连接在一起，同一列(column)的1对n开关电路120的第二个第二端点b2均电气连接在一起，同一列(column)的1对n开关电路120的第三个第二端点b3均电气连接在一起，而当有n个第二端点时，亦是如此。如图10所示，1对n开关电路120是一个1对3开关电路。

图11为本发明图10的另一示意图。于图11中，该1对3开关电路使用薄膜晶体管予以具体实现(implement)。

图12为本发明的高效能指纹识别装置100的又一上视图，如图12所示，其与图11主要区别在于驱动及感测走线11l2、11l3和驱动及感测走线31l2、31l3电气连接，而以标号31l2、31l3代表该两条驱动及感测走线。亦即，同一列(column)感应电极区的部份该至少一条驱动及感测走线电气相连接。同样地，驱动及感测走线1nl2、1nl3和驱动及感测走线3nl2、3nl3电气连接，而以标号3nl2、3nl3代表该两条驱动及感测走线，驱动及感测走线2nl2、2nl3和驱动及感测走线4nl2、4nl3电气连接，而以标号4nl2、4nl3代表该两条驱动及感测走线。在图12中，可将电容侦测信号176经由驱动及感测走线11l1施加于左上的感应电极区，及将电容侦测信号176经由驱动及感测走线31l1施加于左下的感应电极区。借此，上半部的感应电极区与下半部的感应电极区可同时进行侦测。

图13为本发明控制走线160与驱动及感测走线150的示意图。如图15所示，该m条控制走线160先平行于该第一方向至其对应行(row)，再沿垂直于第一方向延伸而布置。控制走线11y1～11y3与第一行(row)感应电极130对应的1对3开关电路120电气连接，因此控制走线11y1～11y3沿垂直于第一方向延伸而横跨第一行(row)感应电极130。驱动及感测走线21l1连接至右上感应电极区中的同一行(row)的感应电极130，驱动及感测走线41l1连接至右下感应电极区中的同一行(row)的感应电极130，因此驱动及感测走线41l1无需延伸至右上感应电极区中。

图14为本发明的控制走线160与驱动及感测走线150的又一示意图。如图14所示，左上感应电极区、左下感应电极区、右上感应电极区、及右下感应电极区的第一行(row)电极均由控制走线11y1～11y3，以控制1对3开关电路中该第一端点a连接至3个第二端点b1、b2、b3中的哪一个第二端点。借此可以减少控制走线在第一方向上布设走线的面积。

图15为本发明高效能指纹识别装置100的另一示意图。该集成电路芯片170黏结于该感应电极基板110上。该感应电极基板110的多个感应电极130被区分为m×n个感应电极区。亦即，在该感应电极基板110上有m行(row)感应电极区及n列(column)感应电极区。该集成电路芯片170具有m×n个自电容侦测电路171。每一个自电容侦测电路171对应于一个感应电极区。亦即，该多个自电容侦测电路171的数量不少于该些感应电极区的数量。该集成电路芯片170的详细电路可参阅图6，亦即该集成电路芯片170还包含多个信号选择开关电路173，且经由该多个信号选择开关电路173的选择，将相关电容侦测信号(电容侦测信号176、放大电容侦测信号177、参考电压信号vref)传送至各列(column)电极所对应的该至少一条驱动及感测走线11l1～11l3、12l1～12l3、13l1～13l3、…、4nl1～4nl3。

图16为本发明的高效能指纹识别装置100的更一示意图。该高效能指纹识别装置100还包含一控制电路810，布置于该感应电极基板110上，且其输出连接至该些控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、py1～py3。该控制电路810优选为一位移缓存器电路，该移缓存器电路执行至少两位平行位移操作，使该控制电路810经由该控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、py1～py3，以控制各行(row)的感应电极与哪些驱动及感测走线11l1～11l3、12l1～12l3、…、1nl1～1nl3电气连接。

图17为本发明高效能指纹识别装置100的使用示意图，其依据图2的架构。如图17所示，经由该控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、5y1～5y3及多个信号选择开关电路173的设定，可以形成只有一个感应电极130，其上有电容侦测信号176的一感测区1701。在感测区1701外有一偏向聚焦区1703，该偏向聚焦区1703具有八个感应电极130，该些感应电极130具有放大电容侦测信号177。在偏向聚焦区1703外有一收敛稳定区1705，该收敛稳定区1705具有十六个感应电极130，该些感应电极130具有参考电压信号vref。

图18为本发明高效能指纹识别装置100的使用示意图，其依据图1及图8c的架构。如图18所示，该1对3开关电路的第二个第二端点b2经由一贯孔via2连接至一第一遮蔽电极层740，该1对3开关电路的第三个第二端点b3经由一贯孔via3连接至一第二遮蔽电极层750。该第一遮蔽电极层740连接至放大电容侦测信号177，第二遮蔽电极层750则连接至参考电压信号vref。经由该控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、5y1～5y3及多个信号选择开关电路173的设定，可以形成只有一个感应电极130，其上有电容侦测信号176的一感测区1701。在第一行(row)及第五行(row)中具有十个感应电极130，该些感应电极130具有参考电压信号vref，因此连接至放大电容侦测信号177的线以虚线绘示。在第二行(row)及第四行(row)中具有十个感应电极130，该些感应电极130具有放大电容侦测信号177，因此连接至参考电压信号vref的线以虚线绘示。

由前述说明可知，本发明可经由该多个控制走线1y1～1y3、2y1～2y3、…、5y1～5y3及多个信号选择开关电路173依序或动态地自各个电极感应区的多个感应电极130中选定至少一个电极130为一感测区1701，并将该感测区1701周围感应电极130规划为对应的一偏向聚焦区1703，且将该偏向聚焦区1703周围感应电极130规划为对应的一收敛稳定区1705，借此可使感测区1701的感应电极130上的电力线聚集而拱高，借以提升感应灵敏度，加大有效感测距离，增进信号噪声比，提升感测信号的稳定性与正确性，并巨幅降低指纹感测装置的成本。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。