一种指纹识别传感器及其感应区域的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种指纹识别传感器及其感应区域。
【背景技术】
[0002] 指纹识别技术是最近发展起来的一种高新技术。指纹识别是利用人体的唯一性与 不变性生理特征，将指纹作为人体的一种"活的身份证"或者一个随身携带的特殊印章来进 行身份识别的一种技术。
[0003] 现有的指纹识别通常通过指纹识别传感器来实现。指纹识别传感器内置有指纹传 感器阵列，用于采集指纹信息。进行指纹检测时，用户手指贴覆在指纹传感器阵列上，以形 成电容（或电阻）的一极，而由于指纹中脊和谷与指纹传感器阵列的每个感应单元的极板 之间的贴合程度不同，使得在各感应单元处形成的电容（或电阻）数值不同，指纹识别传感 器的处理器将采集到的不同数值汇总，就完成了指纹的采集。
[0004] 电容式指纹识别传感器的穿透深度与感应单元顶层的一些寄生电容和感应区域 上覆盖的保护层的电学特性相关。这些寄生电容值和保护层的电学特性直接决定了系统前 级的有效感应信号的大小，从而决定了整个系统的灵敏度。为达到更高的灵敏度，电容式传 感器首先需要从源头上解决两个问题：一是怎么优化各个参数使感应区域顶层可以盖更厚 的保护层，二是感应区域顶层覆盖什么样的保护层。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种指纹识别传感器及其感应区域，使得指纹识别传感器 的灵敏度得以提高。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种指纹识别传感器的感应区 域，该感应区域包含若干个感应单元，每个感应单元顶层至少包含第一极板和第二极板，并 且第一极板的顶层图案的面积大于第二极板的顶层图案的面积；
[0007] 在触摸时，手指与第一极板形成第一接触电容C1，与第二极板形成第二接触电容 C2,第一极板和第二极板之间形成反馈电容Cf。
[0008] 本发明的实施方式还提供了一种指纹识别传感器，包含上述指纹识别传感器的感 应区域。
[0009] 相对于现有技术而言，本发明实施方式的指纹识别传感器的感应区域包含若干个 感应单元，每个感应单元顶层至少包含第一极板和第二极板，并且第一极板的顶层图案的 面积大于第二极板的顶层图案的面积；在触摸时，手指与第一极板形成第一接触电容C1， 与第二极板形成第二接触电容C2,第一极板和第二极板之间形成反馈电容Cf。本发明的实 施方式通过优化感应区域中每个感应单元内的各极板的样式，可调节与各极板相关的电容 值Cl、C2和Cf的大小，从而使这些参数更利于系统灵敏度的提高。
[0010] 另外，第一极板的顶层图案的面积大于感应单元的面积的一半，C1的面积越大越 好，C2的面积越小越好。通过增大第一极板的顶层图案的面积，可以提高检测精度；同时减 小第二极板的顶层图案的面积，可以加快检测速度。
[0011] 另外，所述第一极板和所述第二极板的顶层图案分别为矩形，且相邻边对齐，可尽 可能增大Cf的值。
[0012] 另外，所述第二极板的顶层图案为矩形，所述第一极板的顶层图案为矩形环，所述 第二极板位于所述第一极板之内；或者，所述第二极板的顶层图案为圆形，所述第一极板的 顶层图案为圆环，所述第二极板位于所述第一极板之内。通过将第二极板置于第一极板内， 可进一步增大两个极板之间相邻边的长度，从而增大Cf的值。
[0013] 另外，所述第一极板与所述第二极板之间设有游离电极，所述游离电极处于悬空 状态。该游离电极与第一极板和第二极板之间的间距相配合，可以增大Cf，使得Cf变化更 均匀，从而提1?检测精度。
[0014] 另外，所述指纹识别传感器包含：金属边框与外部发射源；
[0015] 所述金属边框环绕设置于所述感应区域的周围；
[0016] 所述外部发射源向所述金属边框发射第一输入信号Vinl ;
[0017] 每一个感应单元分别包含一个内部发射源与充电电容Cin ;所述内部发射源向对 应的Cin发射第二输入信号Vin2,对所述Cin进行充电；
[0018] 其中，所述Vin2为与所述Vinl相位相反的方波，用于抵消所述Vinl中携带的直 流大信号。
[0019] 除了利用内部发射源向感应单元内的充电电容（Cin)发射第二输入信号（Vin2)， 对其进行充电，还利用外部发射源向环绕设置于感应单元阵列周围的金属边框发射第一输 入信号（Vinl)，对其进行充电，由于Vinl为与Vin2相位相反的方波，可以抵消Vinl中携带 的对检测无用的直流大信号，增大了有用信号在总信号中的比重，使指纹识别传感器的前 端具备高增益能力，提高了信噪比，最终提高了指纹识别传感器检测的灵敏度，从而使指纹 识别传感器表面可以覆盖更厚的保护层。
[0020] 另外，每一个感应单元还均包含放大器与复位开关；所述放大器的输入节点分别 与所述第一极板、所述复位开关的第一端口相连，所述放大器的输出节点分别与所述第二 极板、所述复位开关的第二端口相连；所述复位开关的第三端口用于输入复位信号。此外， 每一个感应单元还均包含一个反相器；所述反相器与所述复位开关的第三端口相连。这样， 反相器可以增加输出驱动的能力。
[0021] 另外，所述放大器包含：第一 P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管PM0S、第 二PM0S、第一 N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管NM0S与第二NM0S ;
[0022] 所述第一 PM0S的栅极用于输入第一偏置电压Vbpl，源极用于输入工作电压VDD， 漏极与所述第二PM0S的源极相连；
[0023] 所述第二PM0S的栅极用于输入第二偏置电压Vbp2,漏极与所述第一 NM0S的漏极 相连，并作为所述放大器的输出节点；
[0024] 所述第一 NM0S的栅极用于输入第三偏置电压Vbnl，源极与所述第二NM0S的漏极 相连；
[0025] 所述第二NM0S的栅极为所述放大器的输入节点，源极接地。
[0026] 该放大器是反相器结构放大器，结构简单，所占面积小，可以置于指纹识别传感器 中一个感应单元有限的面积范围内，保证了本发明实施方式的可行性。
[0027] 另外，所述感应区域表面覆盖有保护层，所述保护层为宝石盖板或陶瓷盖板，可以 实现抗静电、耐磨等功能，又能保证灵敏度。
[0028] 另外，宝石盖板或陶瓷盖板为圆形或矩形盖板。此外，所述指纹识别传感器位于电 子产品的正面或背面。这些灵活设置为电子产品制造商提供了多种选择，有利于指纹识别 传感器的推广应用。
【附图说明】
[0029] 图1是根据本发明第一实施方式的指纹识别传感器的感应区域的顶层图案示意 图；
[0030] 图2是根据本发明第一实施方式的指纹识别传感器的感应区域的感应单元与手 指接触形成电容示意图；
[0031] 图3是根据本发明第二实施方式的指纹识别传感器的感应区域的顶层图案示意 图；
[0032] 图4是根据本发明第二实施方式的指纹识别传感器的感应区域的顶层图案又一 不意图；
[0033] 图5是根据本发明第三实施方式的指纹识别传感器的感应区域的顶层图案示意 图；
[0034] 图6是根据本发明第四实施方式的指纹识别传感器的感应区域示意图；
[0035] 图7是根据本发明第四实施方式的指纹识别传感器的感应单元工作原理示意图；
[0036] 图8是现有的感应区域上涂钝化物保护层的示意图；
[0037] 图9是根据本发明第五实施方式的指纹识别传感器的感应区域覆盖保护层的示 意图；
[0038] 图10是根据本发明第五实施方式的指纹识别传感器位于电子产品正面的示意 图；
[0039] 图11是根据本发明第五实施方式的指纹识别传感器位于电子产品背面的示意 图。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基 于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方 案。
[0041] 本发明的第一实施方式涉及一种指纹识别传感器的感应区域，该感应区域包含若 干