电容式传感装置以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电容式传感技术领域，尤其涉及一种电容式传感装置以及电子设备。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，越来越多的电子设备(如:手机、平板电脑、穿戴式设备、以及智能家居等各种智能产品)一般都会设置一种或多种传感装置。所述传感装置包括如感测用户触摸操作的触摸传感装置、感测人体生物信息的生物信息传感装置等等。目前，生物信息传感装置等多采用电容式传感装置来执行感测操作。
[0003]电容式传感装置一般包括电容式传感器和控制电路。所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。所述多个传感单元接收控制电路的驱动信号，并在用户触摸所述多个传感单元时对应输出感测信号给所述控制电路，以获得相应的感测信息。
[0004]然，各传感单元独立检测，分别输出单一感测信号，所述单一感测信号(如:电压和/或电量)一般强度较弱。另外，电压、电量等感测信号在被传输的过程中易受电容式传感装置中寄生电容的影响，较不稳定，从而导致电容式传感装置的感测存在不精确或者出现误判的情况，影响用户体验。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供了一种感测精度较高的电容式传感装置以及用户体验较好的电子设备。
[0006]本实用新型提供了一种电容式传感装置，包括电容式传感器和控制电路；所述电容式传感器包括多个传感单元，每一传感单元包括:
[0007]感测电极，能够以电容方式耦合到目标物体；和
[0008]传感电路，包括差分对管，所述差分对管与所述感测电极相关联；
[0009]所述控制电路，用于与所述多个传感单元分别连接，所述控制电路用于提供参考信号给所述感测电极，提供电流源给所述差分对管；
[0010]其中，所述差分对管用于响应感测电极因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应于产生二不同的第二交流信号给所述控制电路；所述控制电路根据所述第二交流信号对应获知目标物体的预定生物信息。
[0011]优选地，所述差分对管包括:
[0012]第三晶体管，包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极；其中，第三控制电极与感测电极为二电极，所述第三控制电极与所述感测电极连接，或者，所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极；和
[0013]第四晶体管，包括第四控制电极、第七传输电极、和第八传输电极；其中，第七传输电极与第五传输电极连接所述电流源；第六传输电极与第八传输电极用于输出所述二不同的第二交流信号给所述控制电路。
[0014]优选地，当第三控制电极与感测电极为二电极时，第三控制电极直接连接感测电极，或者，第三控制电极通过限流元件连接感测电极。
[0015]优选地，所述控制电路用于提供第一参考信号给第三控制电极，提供第二参考信号给第四控制电极，其中，第一参考信号与第二参考信号相同。
[0016]优选地，所述电流源用于提供第一恒定直流信号，每一传感单元所输出的不同的第二交流信号为差分电流信号，二者之和等于所述第一恒定直流信号。
[0017]优选地，当所述第三控制电极与所述感测电极通过限流元件连接时，所述参考信号产生电路连接于所述限流元件与第三控制电极之间。
[0018]优选地，所述控制电路包括:
[0019]参考信号产生电路，与所述第三控制电极和所述第四控制电极连接，用于提供第一参考信号给所述第三控制电极，提供第二参考信号给所述第四控制电极；和
[0020]处理电路，与所述第六传输电极和第八传输电极并行连接，所述处理电路接收来自电容式传感器输出的第二交流信号，并根据所述第二交流信号获知目标物体的预定生物
?目息。
[0021]优选地，所述预定生物信息包括指纹、掌纹、耳纹。
[0022]优选地，所述控制电路进一步包括扫描驱动电路，所述传感电路进一步包括第一开关单元，第一开关单元连接于所述电流源与所述差分对管之间，并进一步连接所述扫描驱动电路，所述扫描驱动电路通过控制第一开关单元来对应控制是否在电流源与所述差分对管之间传输第一恒定直流信号。
[0023]优选地，所述第一开关单元包括第一晶体管；第一晶体管包括第一控制电极、第一传输电极、和第二传输电极；第一控制电极连接扫描驱动电路；第一传输电极连接所述电流源；第二传输电极连接于所述第五传输电极和第七传输电极之间。
[0024]优选地，所述第一开关单元进一步包括第二晶体管；第二晶体管包括第二控制电极、第三传输电极、和第四传输电极；第二控制电极连接扫描驱动电路；第三传输电极连接所述第二传输电极；第四传输电极连接于所述第五传输电极和第七传输电极之间。
[0025]优选地，所述传感电路进一步包括第二开关单元，连接于所述参考信号产生电路与所述差分对管之间，并进一步连接所述扫描驱动电路，所述扫描驱动电路通过控制第二开关单元来对应控制是否输出第一参考信号给所述第三控制电极，以及是否输出第二参考信号给所述第四控制电极。
[0026]优选地，所述第二开关单元包括:
[0027]第五晶体管，包括第五控制电极、第九传输电极、和第十传输电极，其中，第五控制电极连接所述扫描驱动电路；第九传输电极连接所述参考信号产生电路；第十传输电极连接第三控制电极；和
[0028]第六晶体管，包括第六控制电极、第十一传输电极、和第十二传输电极，其中，第六控制电极连接所述扫描驱动电路；第十一传输电极连接所述参考信号产生电路；第十二传输电极连接第四控制电极；
[0029]所述扫描驱动电路用于同时导通或截止所述第五晶体管与第六晶体管。
[0030]优选地，在传感单元每次执行感测的过程中，所述扫描驱动电路用于按预定时间间隔导通第五晶体管与第六晶体管。
[0031]优选地，所述多个传感单元呈阵列式排布。
[0032]优选地，所述电容式传感器进一步包括多个扫描线群组、多个信号线群组、和多条参考信号线，所述扫描线群组包括第一扫描线、第二扫描线、和第三扫描线；所述信号线群组包括第一信号线、第二信号线、和第三信号线；第一控制电极通过第一扫描线与所述扫描驱动电路连接；第二控制电极通过第二扫描线与所述扫描驱动电路连接；第五控制电极通过第三扫描线与所述扫描驱动电路连接；第六控制电极通过第三扫描线与所述扫描驱动电路连接；第一传输电极通过第一信号线连接所述电流源；第六传输电极通过第二信号线连接所述处理电路；第八传输电极通过第三信号线连接所述处理电路；第九传输电极通过参考信号线连接所述参考信号产生电路；第十一传输电极通过参考信号线连接所述参考信号产生电路。
[0033]优选地，对于同一传感单元:所述第五控制电极与第六控制电极短接；所述第九传输电极与所述第十一传输电极短接。
[0034]优选地，所述信号线群组沿列方向排布；每一列传感单元连接一信号线群组，不同列传感单元连接不同信号线群组。
[0035]优选地，第一扫描线连接位于同一行的传感单元，第二扫描线连接位于同一列的传感单元；或者，第一扫描线连接位于同一列的传感单元，第二扫描线连接位于同一行的传感单元。
[0036]优选地，第三扫描线连接位于同一行的传感单元，参考信号线连接位于同一行的传感单元。
[0037]优选地，所述第一扫描线与第二扫描线绝缘交叉排列，所述控制电路进一步根据第一扫描线与第二扫描线的位置关系获知各传感单元的位置。
[0038]优选地，所述处理电路对接收到的第二交流信号进行转换以及放大处理，并对同一传感单元输出的二第二交流信号进行减法运算，以获知目标物体的预定生物信息。
[0039]优选地，所述传感电路进一步包括第一补偿单元和第二补偿单元；第十传输电极与第三控制电极之间串接第一补偿单元，所述第一补偿单元用于补偿第五晶体管关闭时第十传输电极与第三控制电极之间的电压；第十二传输电极与第四控制电极之间串接第二补偿单元，所述第二补偿单元用于补偿第六晶体管关闭时第十二传输电极与第四控制电极之间的电压。
[0040]优选地，所述第一补偿单元包括第七晶体管；所述第七晶体管包括第七控制电极、第十三传输电极、和第十四传输电极；所述第七控制电极连接所述扫描驱动电路，所述第十三传输电极连接第十传输电极，所述第十四传输电极连接第三控制电极，且第十三传输电极与第十四传输电极短接；所述第二补偿单元包括第八晶体管；所述第八晶体管包括第八控制电极、第十五传输电极、和第十六传输电极；所述第八控制电极连接所述扫描驱动电路，所述第十五传输电极连接第十二传输电极，所述第十六传输电极连接第四控制电极，且第十五传输电极与第十六传输电极短接。
[0041]优选地，所述扫描驱动电路控制所述第七晶体管与所述第五晶体管交替导通，以及控制第八晶体管与第六晶体管交替导通，其中，导通的第七晶体管用于补偿第五晶体管截止时第三控制电极与第十传输电极之间的电压；导通的第八晶体管用于补偿第七晶体管截止时第四控制电极与第十二传输电极之间的电压。
[0042]优选地，所述扫描线群组进一步包括第四扫描线，所述第七控制电极通过第四扫描线连接所述扫描驱动电路，所述第八控制电极通过第四扫描线连接所述扫描驱动电路。
[0043]优选地，所述电容式传感器进一步包括绝缘基板，用于承载所述多个传感单元，所述传感电路的各所述晶体管均采用薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的栅极用作各晶体管的控制电极，所述薄膜晶体管的源极与漏极分别用作传输电极
[0044]优选地，所述电容式传感器进一步包括导电层和接地线，所述导电层与所述多个传感单元位于所述基板的相对二侧，所述接地线与所述多个传感单元位于所述基板的同侦h所述接地线与所述导电层用于传输调制信号，所述控制电路提供给所述差分对管的第一、第二参考信号随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。
[0045]优选地，所述调制信号包括接地信号和驱动信号，所述驱动信号不同于所述接地信号；当所述扫描驱动电路控制第二开关单元闭合时，所述参考信号产生电路通过第二开关单元提供第一参考信号对第三控制电极充电，以及提供第二参考信号对第四控制电极充电，且，所述接地线与所述导电层传输的调制信号为接地信号；当所述扫描驱动电路控制第二开关单元断开时，第一参考信号与第二参考信号被停止传输给差分对管，且，所述接地线与所述导电层传输的调制信号至少包括驱动信号，所述感测电极执行感测操作。
[0046]优选地，所述传感电路包括二串联的第一晶体管、和/或二串联的第二晶体管、和/或二串联的第三晶体管、和/或二串联的第四晶体管、和/或二串联的第五晶体管、和/或二串联的第六晶体管。
[0047]优选地，所述电容式传感装置进一步包括第三开关单元，设置在所述控制电路与所述电容式传感器之间，通过第三开关单元，同一行的传感单元分时复用电流源，或/和，同一行的传感单元分时复用处理电路。
[0048]优选地，所述控制电路集成在一硅晶圆为衬底的控制芯片上，所述控制芯片压合在所述绝缘基板上。
[0049]优选地，所述电容式传感装置为指纹传感装置。
[0050]优选地，各传感单元所产生的二不同的第二交流信号为放大的差分电流信号。
[0051]本实用新型还提供一种电子设备，包括电容式传感装置，所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置。
[0052]由于所述电容式传感装置的电容式传感器的各传感单元包括差分对管，所述差分对管用于响应感测电极因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生二不同的第二交流信号给所述控制电路；所述控制电路根据所述第二交流信号对应获知目标物体的预定生物信息，其中，各传感单元输出的二不同第二交流信号较稳定，因此，所述电容式传感装置的感测精度较准。相应地，具有所述电容式传感装置的电子设备的用户体验较好。
[0053]尽管公开了多个实施例，包括其变化，但是通过示出并描述了本实用新型公开的说明性实施例的下列详细描述，本实用新型公开的其他实施例将对所属领域的技术人员显而易见。将认识到，本实用新型公开能够在各种显而易见的方面修改，所有修改都不会偏离本实用新型的精神和范围。相应地，附图和详细描述本质上应被视为说明性的，而不是限制性的。
【附图说明】
[0054]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的特征及优点将变得更加明显。
[0055]图1为本实用新型电容式传感装置的第一实施方式的示意图。
[0056]图2为图1所示电容式传感装置的电路结构示意图。
[0057]图3为图2所示电容式传感器的部分电路结构示意图。
[0058]图4为图2所示电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0059]图5与图6为图3所示传感电路的其它变更实施方式的示意图。
[0060]图7为图1所示电容式传感器的示意图。
[0061]图8至图11中主要示出电容式传感器的一传感单元的第三晶体管与感测电极的剖面结构示意图。
[0062]图12为图2所示的电容式传感装置的工作时序图。
[0063]图13为图1所示电容式传感器的部分方框示意图。
[0064]图14为本实用新型电容式传感装置的第二实施方式的示意图。
[0065]图15为图14所示一行方向上相邻二传感单元的电路结构示意图。
[0066]图16为图14的电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0067]图17为图14所示电容式传感器的方框结构示意图。
[0068]图18为本实用新型电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。
[0069]图19为在一片玻璃基板上形成多个电容式传感装置的示意图。
[0070]图20为图19所示的一电容式传感装置的侧视示意图。
[0071]图21和图22为电容式传感装置的其它变更实施方式的侧视图。
[0072]图23为本实用新型芯片组的一较佳实施方式的示意图。
[0073]图24为本实用新型电容式感测系统的第一实施方式的结构示意图。
[0074]图25为本实用新型电容式感测系统的第二实施方式的结构示意图。
[0075]图26为本实用新型电容式传感装置的封装结构第一实施方式的示意图。
[0076]图27与图28为本实用新型电容式传感装置的封装结构其它实施方式的示意图。
[0077]图29为本实用新型电容式感测模组的一较佳实施方式的示意图。
[0078]图30为本实用新型在电子设备的保护盖板下方设置电容式感测模组的示意图。
[0079]图31是图30沿r-r’方向的部分剖面示意图。
[0080]图32为电子设备的显示装置的TFT阵列基板的示意图。
[0081]图33为本实用新型电子设备的一较佳实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0082]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。为了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附图中所示的每层的厚度和大小、以及示意地示出相关元件的数量。另外，元件的大小不完全反映实际大小，以及相关元件的数量不完全反应实际数量。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。
[0083]此外，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型。
[0084]在本实用新型的描述中，需要理解的是:“多个”包括两个和两个以上，除非另有明确具体的限定。“连接”可为电连接、机械连接、親接、直接连接、以及间接连接等多种实施方式，除非本实用新型下述特别说明，否则并不做特别限制。另外，各元件名称以及信号名称中出现的“第一”、“第二 ”等词语并不是限定元件或信号出现的先后顺序，而是为方便元件命名，清楚区分各元件，使得描述更简洁。
[0085]进一步需要说明的是:本实用新型提供的电容式传感装置适用于生物信息传感装置，尤其指纹传感装置。然，本实用新型并不限于此，所述电容式传感装置也可适用其它合适类型的传感装置，如触摸传感装置。所述生物信息传感装置用于感测目标物体的预定生物信息。所述目标物体如为用户的手指，也可为用户身体的其它部分、如手掌、脚趾、耳朵等，甚至也可为其它合适类型的物体，而并不局限为人体。所述预定生物信息如为指纹、掌纹、耳纹等。
[0086]所述电容式传感装置包括电容式传感器(sensors)和控制电路。所述控制电路连接电容式传感器，用于控制所述电容式传感器执行感测操作。
[0087]优选地，所述电容式传感器包括感测电极和差分对管。所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体，用于加载参考信号。所述差分对管与所述感测电极相关联，用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生差分信号。
[0088]所述控制电路接收所述差分信号，并根据所述差分信号对应获得相应的感测信息。所述感测信息如为目标物体的预定生物信息。类似地，所述控制电路也可根据差分信号获知目标物体接近或触摸了电容式传感装置这一感测信息。
[0089]由于本实用新型的电容式传感器传输给控制电路的感测信号为差分信号，所述差分信号较强，且差分信号在传输给控制电路的过程中受电容式传感装置中的寄生电容的影响较小，因此，所述控制电路根据差分信号获得的感测信息相对较准而能减少误判，从而能够提升用户体验。
[0090]优选地，所述差分信号为差分电流信号。
[0091]优选地，所述电容式传感器包括多个感测电极和多个差分对管。同一差分对管所产生的差分信号为同幅同频反相的第二交流信号。另外，所述差分对管用于与一电流源连接，所述电流源用于提供一第一恒定直流信号。所述二不同的第二交流电流信号之和与所述电流源提供的第一恒定直流信号相等。
[0092]所述差分对管与所述感测电极相关联，其中，所述差分对管或者与所述感测电极为二元件，所述差分对管与所述感测电极连接；又或者，所述差分对管包括所述感测电极，即，所述感测电极为差分对管的一部分。
[0093]所述差分对管包括二晶体管，所述二晶体管包括一第三晶体管，所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极。当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极连接；当所述差分对管包括所述感测电极时，所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极。
[0094]当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极直接连接；或者，所述第三控制电极通过一限流元件与所述感测电极连接。优选地，所述限流元件包括电阻。相应地，所述限流元件可以起到防ESD、保护电容式传感器的作用。
[0095]所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)