指纹传感器封装方法和封装模组与流程

本发明涉及指纹传感器封装方法和依照该封装方法封装的指纹传感器封装模组 ，特别涉及封装过程中使用点胶等粘合剂粘合芯片部件的传感器封装方法。

背景技术：

指纹传感器是移动电子设备中最为重要方便的生物认证模组，现有技术指纹传感器需要多次结构性封装和电学焊接工艺交替进行生产工艺复杂，良品率低。

指纹传感器括金属环，起到两个作用其一是包围在传感器周围起到美观的作用，其二是与电子设备内部的电路连接防静电，其三是在一些技术方案中金属环同时连接信号驱动作为测量时指纹驱动信号。

指纹传感器还包括介电盖片，介电盖片的作用其一是作为指纹传感器芯片的保护层，防止按压时指纹传感芯片因受力碎裂同时防止指纹传感芯片直接暴露在外；介电盖片的作用其二是作为手指指纹与指纹传感芯片之间形成电容的绝缘功能层。

因此，指纹传感器模组在制造过程中需要力学结构和电学工艺完成。

一种典型的上述指纹传感器模组封装的先后步骤是：1.力学结构步骤：将介电盖片与指纹传感芯片结合，使用胶层粘合介电盖片和指纹传感芯片；2.电性连接步骤：将指纹传感芯片与电路层电性连接；3.力学结构步骤：将金属环与介电盖片通过胶层粘合，；4电学结构步骤：所述金属环与电路层电性连接。

另一种电性的指纹传感器模组封装先后步骤是：1电性连接步骤：指纹传感芯片与电路层电性连接；2力学结构步骤：介电盖片与指纹传感器通过胶层粘合结合；3力学结构步骤：金属环与介电盖片结合并通过胶层粘合；4电性连接步骤：金属环与电路层电性连接；

按照上述的步骤指纹传感芯片的基本封装步骤是力学结构封装步骤-电性连接步骤-力学结构封装步骤-电性连接步骤或电性连接步骤-力学结构封装步骤-力学结构封装步骤-电性连接步骤。

电性连接实现所述金属环电或指纹传感芯片与电路层焊接，焊接适用回流焊工艺，回流焊工艺将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板让元件两侧的焊料融化后与主板粘合。在现有指纹传感器模组制造过程中需要经过，力学结构-电学结构-力学结构-电学结构的连接过程，需要两次回流焊工艺完成电学结构连接，力学结构连接需要两次点胶。因此现有技术封装芯片时结构连接和电性连接相混合，此制造过程方法复杂。

因此针对上述现有技术存在两个缺点其一是力学结构封装工艺和电学结构焊接工艺交替进行工艺复杂，其二是金属环、介电盖片、指纹传感芯片不能作为独立的模块存在从而一次完成电学结构连接，有必要提出新的指纹传感器封装方法和指纹传感器封装模组。

技术实现要素：

为解决上述问题本发明提出一指纹传感器封装模组，包括：

介电盖片，其具有相对设置的第一表面和第二表面；

支撑结构，具有与所述介电盖片的第一表面粘合的支撑面和与支撑面相对设置的底面；

指纹传感芯片，具有相对设置的传感面和非传感面，所述传感面与介电盖片的第一表面粘合；

优选地，介电盖片的第二表面构成封装模组的上表面，所述支撑结构的底面与所述指纹传感芯片的非传感面构成封装模组的下表面。

优选地，还包括：包围构件，具有围绕介电盖片和支撑结构的边缘形成的闭合结构。

优选地，包围构件上端作为封装模组的装饰外框。

优选地，所述包围构件具有端面，所述支撑结构的底面、指纹传感器的非传感面和端面构成封装模组的下表面。

优选地，支撑结构和包围构件为一体件。

优选地，所述封装模组的下表面上设置至少一个用于电性连接的焊盘。

为解决上述技术问题本发明还提供一种具体的指纹传感器封装方法，包括如下的封装步骤：

S1提供介电盖片，其具有相对设置的第一表面和第二表面；

S2提供支撑结构，其具有相对设置的支撑面和底面，支撑面与所述介电盖片的第一表面粘合；

S3提供指纹传感芯片，其具有相对设置的传感面和非传感面；

S4将所述指纹传感芯片的传感面与所述介电盖片的第一表面粘合；

在另一实施方式中还包括如下的封装步骤：

S1提供介电盖片，其具有相对设置的第一表面和第二表面；

S2提供指纹传感芯片，具有相对设置的传感面和非传感面；

S3将所述指纹传感芯片的传感面与所述介电盖片的第一表面粘合；

S4提供支撑结构，具有相对设置的支撑面和底面，支撑面与所述介电盖片的第一表面粘合。

优选地，还包括：

步骤S5 提供能在介电盖片和支撑结构的边缘形成闭合的构件的包围构件，将包围构件安装在所述介电盖片和支撑结构外部。

本发明相对现有技术具有两个方面的优势，首先在指纹传感器封装过程中先进行指纹传感芯片、支撑结构、介电盖片力学结构连接形成独立的封装模组，便于封装模组作为模块与电路层进行电学结构连接，即封装工艺由“力学结构封装步骤-电性连接步骤-力学连接步骤-电学学连接步骤”转化为“力学结构封装步骤-电性连接步骤”；其次仅包含指纹传感芯片、支撑结构、介电盖片的独立指纹传感器封装模组，可作为独立的模块出售或与电子设备上的电路层连接，本发明降低了工艺复杂度提高指纹传感器封装良率。

附图说明

图1是指纹传感器立体分解示意图。

图2中a至图c是图1中M-M方向剖面指纹传感器封装模组封装顺序示意图并使用方向箭头标识封装顺序，支撑结构与介电盖片优先结合。

图3中a至图c是图1中M-M方向剖面指纹传感器封装模组封装顺序示意图并使用方向箭头标识封装顺序，指纹传感芯片与借点改判优先结合。

图4指纹传感器封装流程示意图。

图5中a至图c是实施例二指纹指纹封装模组封装顺序示意图并使用方向箭头标识封装顺序。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案进行进一步的详细的说明，需要说明的是附图仅是为了简洁明了的展示本发明的技术思路，同时为了帮助本领域技术人员理解本技术方案附图使用方向箭头标示封装顺序；附图中展示的结构是作为本发明的一种优选的实施方案不能理解为限制对本发明的保护范围的一种限制，本发明的保护范围以权利要求的内容为准，同时任何根据本发明精神旨意所做的更改或与本发明技术方案构成实质相同或者等同的技术方案均在本发明的保护范围内。

实施例一：

参照图1指纹传感器封装模组封装结构包括位于整个封装结构最外侧的，金属环20是通过本领域技术人员公知的方式加工取得的，金属环20的微观结构包括金属环壁23，在金属环壁23的上端形成倒角21，倒角21结构是用于引导用户将手指按压在所述指纹传感器感应区对应的位置；在一些技术方案中金属环20还作为与指纹表皮电性连接的电极，金属环20连通驱动高频驱动信号以与所述指纹感应芯片3形成检测回路，同时金属环靠近倒角21的上端作为装饰指纹传感器封装模组的装饰外框。金属环20还包括与所述金属环壁23支撑结构22，作为介电盖片的支撑结构22，支撑结构的上表面是支撑面221其直接与介电盖片粘合的面其作用是对介电盖片1提供力学支撑作用，支撑结构22还包括与支撑面相221相对设置的底面222，支撑结构22向内延伸其形成的开口形状大小与指纹传感芯片3基本相同的方形开口25。需要指出的是金属环20是本技术领域可选的结构其是作为围绕介电盖片1和支撑结构22的边缘形成的闭合的包围构件，在一些工艺中指纹传感封装模组中仅使用支撑结构22不包括金属环20，可以使用塑封工艺代替金属环形成围绕介电盖片和支撑结构的包围构件。

在所述金属环20的中央设置介电盖片1，介电盖片1是各向异性材料典型地例如蓝宝石，介电盖片1也可以是各向同性材料典型的例如陶瓷或玻璃介电盖片，介电盖片1具有相对设置的第一表面11和第二表面12，第二表面12暴露于外侧构成指纹传感器封装模组的上表面，用于提供用于和手指接触的表面，介电盖片1的第一表面11通过胶粘合在所述支撑结构22上，所述胶包括但不限于：环氧树脂胶、聚氨酯（PU)胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶、呋喃树脂胶、间苯二酚-甲醛树脂胶、二甲苯-甲醛树脂胶、不饱和聚酯胶、复合型树脂胶、聚酰亚胺胶、脲醛树脂胶。

在所述介电盖片的第一表面11粘合指纹传感芯片3，粘合方式与第一表面11和支撑结构22的粘合方式相同，所述指纹传感芯片3包括传感面31(参见图3)和与传感面31相对设置的非传感面32，非传感面32与金属环的下端面以及支撑结构的底面222构成指纹传感器封装模组的下表面，上述介电盖片的第一表面11与指纹传感芯片的传感面31粘合。所述指纹传感芯片3的传感器元件(图中未示出)和与传感器元件配合的电路集成在所述指纹传感芯片3的传感面31，为了增强指纹传感芯片3的信号穿透能力所述介电盖片1的厚度范围在20um-800um范围内，所述粘合指纹传感芯片3和介电盖片1的胶层的厚度在2um-20um范围内。

封装模组

参照图2所示的指纹传感器模组的分解结构示意图，(同时参照图4a)所述指纹传感器封装模组123封装是按照如下的步骤进行的；

S1提供介电盖片1，其具有相对设置的第一表面11和第二表面12；

S2提供支撑结构22，其具有相对设置的支撑面221和底面222，支撑面221与所述介电盖片的第一表面11粘合；

S3提供指纹传感芯片，其具有相对设置的传感面31和非传感面32；

S4将所述指纹传感芯片的传感面31与所述介电盖片的第一表面11粘合；

进一步详述各步骤：

参照图2a步骤S1提供介电盖片于某一平面内，该平面不限于水平面，可以是空间内任一角度的平面，典型的的实现方式是将所述介电盖片1至于芯片封装的安装台上(图中未示出)，所述安装台即介电盖片1所在的平面；介电盖片的第一表面11被放置在靠上的方向，第二表面12直接暴露在空气中用于与手指表面接触，介电盖片的第一表面11被设置在靠下的方向与指纹传感芯片的传感面靠近，第一表面11和第二表面12之间的厚度即手指表面与指纹传感芯片3之间的距离，手指与指纹传感芯片通过介电盖片1的作用形成检测电容，电容的大小依赖于所述介电盖片1的厚度同等条件下其厚度越小形成的电容越大。

步骤S2在所述介电盖片1的第一表面11着胶10，在实际制造中着胶过程是通过点胶机逐个点胶形成的独立的胶点，胶点在封装过程中形成连接支撑结构22的胶层10，为了方便表示仅以胶的最终形态胶层10表示，所述胶层10覆盖介电盖片1的第一表面11。所述胶层10按照功能可以划分为分部在所述介电盖片第一表面11边缘的区域，便于粘合支撑结构和介电盖片1第一表面；分布在所述介电盖片1表面中间区域，用于粘合指纹传感芯片3的传感面。

参照图2a和2b金属环20和支撑结构22一体成形，本领域技术人员易于得知还可以设置分体结构的金属环20和支撑结构22。支撑结构和金属环20，在空间内与介电盖片1所在的平面平行，并在所述的平面内将支撑结构2的对称中心O’与介电盖片1的中心O对齐，使得支撑结构的对称中心O’与介电盖片的中心O连线X与所述支撑结构22所在平面和介电盖片第一表面11垂直。按照一般技术人员的理解，当介电盖片1的形状是圆形时，所述的中心O即介电盖片1的圆心；当所述介电盖片1为非圆形时例如圆角矩形或椭圆形等，所述的中心即相应形状的几何中心，将所述支撑结构22或介电盖片1沿着轴线X移动，使得两者的距离不断缩小完成支撑结构22的支撑面221与介电盖片的第一表面11粘合的过程。

参照图2b由于金属环与支撑结构22为一体结构，因此金属环同样沿着上述轴心线移动至所述介电盖片的边缘外侧面，胶层10在支撑结构22和介电盖片1的挤压下扩散，扩散的过程将存在与介电盖片1和金属环20、支撑结构22之间的空气挤出。

经过装配所述金属环壁23与介电盖1片之间形成间隙5，该间隙5可选的使用胶填充，当填充所述间隙5时即在着胶时增加胶水的量，支撑结构22与介电盖片1粘合时，胶水经过挤压溢出扩散到金属环壁23与介电盖片侧面12形成的间隙5中形成填充。相反地不需要对所述间隙5填充时，在着胶步骤减少胶量则所述被挤压的溢出胶水不足以填充间隙。

参见图2c进一步详述步骤S3，提供指纹传感芯片，

所述指纹传感器3沿着垂直于所述介电盖片1的第一表面11面且穿过介电盖片中心O的轴线X移动，同时轴线X穿过指纹传感芯片的中心O”移动至介电盖片1表面第一表面胶层10的位置，指纹传感芯片3分为传感面31和非传感面31，传感面31集成指纹传感电容阵列和与之配合的电路。所述非传感面可选地包括用于输出传感面图像或信号的信号出口，用于与指纹封装模组配合的电路4电性连接。

步骤S4传感面31靠近所述介电盖片第一表面11上的胶层10，非传感面31远离所述胶层。指纹传感芯片3与介电盖片之间形成的空气层因所述胶层扩散被挤出。所述介电盖片1与指纹传感芯片接触的传感面31形成连续的连接胶层。同时为了提高所述指纹识别传感器的速度所述介电盖片和和胶层的厚度不超过2um-20um。

参照图2c在指纹传感封装模组应用于电子设备中时还需要提供电路层，电路层4可以是用于传输信号的柔性电路板，在手机等电子设备中常使用柔性电路作为传递指纹传感器传递图形的信号通道，所述指纹传感器的非传感面31上设置多个焊盘(图中未示出)柔性电路通过焊盘与指纹传感器3典型连接。类似地，金属环20底端上也可以设置用于电性连接的焊盘，电路层4与指纹传感器3或金属环20通过焊盘电性连接，电路层与金属环电性连接可选的形成静电保护电路。电路层4还可以是手机等电子设备中的pcb电路板，指纹传感器与pcb板之间使用焊接等本领域技术人员公知的技术方法进行电性连接，例如在金属环20和电路传感层之间通过回流焊工艺形成焊点，在指纹传感芯片内部通过tsv工艺内置信号线，通过信号线将指纹传感芯片3的感测信号传送至所述电路层4。

参照图4b若上述的支撑结构22与金属环20为非一体结构，则可增加步骤S5即提供能在介电盖片和支撑结构的边缘形成闭合的构件的包围构件，将包围构件安装在所述介电盖片和支撑结构外部。包围构件作为金属环20的替代结构其在指纹封装传感器中起到的作用与金属环相似的作用，包围构件可以是图2a中去除支撑结构22后的结构其剖面结构程镜像的“L”型。

经过步骤S1至步骤S4所述指纹传感芯片3、介电盖片1金属环20经过封装后形成独立的模块，在没有与所述电路层4连接时作为独立的模块，其相对现有技术的优势是，介电盖片1、金属20环、指纹传感芯3片之间的使用胶连接结合，将指纹传感器封装过程中力学结构封装集中完成，其间没有交替指纹传感器的电性连接，而且形成的独立模块可选择的与柔性电路或pcb板等电性连接，可以将指纹传感芯片的电学结构连接一次性完成连接，将现有技术的多次交替的力学结构封装和电学结构连接过程(结构-电-结构-电)，简化为单次的电性连接过程(结构-电)将结构连接集中完成。

实施例二

参照图3a至图3c一种封装步骤变换形式包括如下的步骤：

S1提供介电盖片，其具有相对设置的第一表面11和第二表面12；

S2提供指纹传感芯片，具有相对设置的传感面和非传感面；

S3将所述指纹传感芯片的传感面与所述介电盖片的第一表面粘合；

S4提供支撑结构，具有相对设置的支撑面和底面，支撑面与所述介电盖片的第一表面粘合。

本实施例是实施例一的一种变换形式，两者的区别仅在于：指纹传感芯片3先于支撑结构22与介电盖片1的第一表面粘合，此安装步骤顺序的调整对指纹传感封装模组最终成品没有实质影响。相应步骤内的具体实施细节与实施例一相同在此不再赘述。

若上述的支撑结构22与金属环20为非一体结构，则可增加步骤S5即提供能在介电盖片和支撑结构的边缘形成闭合的构件的包围构件，将包围构件安装在所述介电盖片和支撑结构外部。包围构件作为金属环20的替代结构其在指纹封装传感器中起到的作用与金属环相似的作用，包围构件可以是图2a中去除支撑结构22后的结构其剖面结构程镜像的“L”型。

实施例三

参照图5a至图5c作为另一种变换形式本发明在所述封装过程中增加衬垫5；带有衬垫5的指纹传感器模块封装顺序如下：

其中步骤S1至步骤S4与实施例一或实施例二相同，在步骤S5中在衬垫5的表面或支撑结构面着胶101，所述轴线X移动；S所述胶10在衬垫的挤压下排除衬垫5与支撑结构空隙之间的空气；步骤S6提供电路层4，电路层4可以是用于传输信号的柔性电路板4，在电子设备中常使用柔性电路作为传递指纹传感器传递图形的信号通道，上述柔性电路通常与前置指纹传感器3配合。电路层4与指纹传感器3或金属环电性连接，电路层4与金属环20电性连接可选的形成静电保护电路。电路层4还可以是手机等电子设备中的pcb电路板，在手机背置指纹传感器时，指纹传感器与pcb板之间使用焊接等本领域技术人员公知的技术方法进行电性连接。 所述衬垫5可由多种材料制成例如使用塑料板或金属板，在衬垫的内部设置多个贯穿衬垫两端的通孔51，通孔51的直径由在孔中延伸的信号线52决定，所述信号线为导电金属。信号线52从所述的通孔延伸到指纹传感芯片的信号出口34，信号线的另一端连接衬垫表面电极53，同时也作为指纹传感封装模组的信号出口使用。

本发明相对现有技术具有两个方面的优势，在指纹传感器封装过程中先进行指纹传感芯片、金属环、介电盖片力学结构连接形成独立的封装模组，再将独立的封装模组作为模块与电路层4进行电学结构连接，即封装工艺由“力学结构封装步骤-电性连接步骤-力学连接步骤-电学学连接步骤”转化为“力学结构封装步骤-电性连接步骤”，其次仅包含指纹传感芯片、金属环、介电盖片的独立指纹传感器封装，可作为独立的模块出售或与电子设备上的电路层4连接，本发明降低了工艺复杂度提高指纹传感器封装良率，指纹传感封装模组还包括衬垫，并在衬垫上具有贯穿通孔，通孔内信号线受到所述衬垫的保护具有更强的抗冲击性。