集成式指纹传感器的制造方法
【专利说明】集成式指纹传感器
[0001]本发明涉及用于集成在智能电话或类似物中的指纹传感器。
[0002]包括用于测量指纹表面中的特征的电极的指纹传感器是公知的，例如EP0988614、US5, 963，679和6，069，970描述了基于不同的测量阻抗或电容的原理的传感器，及包括多个单独的传感器元件的条形或矩阵传感器。
[0003]当前指纹传感器的传感器表面通常不适合于与环境有大范围的直接接触，且通常必须设置有防止电路免受湿气、磨损、腐蚀、化学物质、电子噪声、机械影响、太阳光放电等的壳体。美国专利5，862，248提供了对这个问题的可能解决方案，其中电路被封装成使得允许手指通过在外壳的顶部中的开口来与传感器的敏感表面直接接触。
[0004]在很多情况下，这个解决方案将不足以提供所需的可靠性。在集成电路的表面上使用的材料(半导体、金属、介质)通常不足够可靠以经得起在较长的一段时间期间暴露在外部环境中并与手指接触，且因此这个解决方案也将导致可靠性问题。另一解决方案可以是在芯片表面上添加额外的金属和介电层，如在美国专利6，069, 970中所述的。然而添加厚介电层通常导致测量信号的衰减且因而导致指纹传感器的性能的衰减。这些层也往往增加了生产成本，并通常产生与半导体工艺的兼容性问题(与工艺温度、由于温度差而引起的变化的尺寸等有关)。在US EP1303828中了描述又一解决方案，该解决方案将导体穿过衬底布线到处理器，然后导体在设备内部被安全地定位在衬底的另一侧面上。
[0005]触摸屏驱动设备，如智能电话和平板型个人计算机设备一般具有前表面，其中显示区域接近达100%利用率，且具有在显示区域外部的可用于物理按钮或其它用户交互设备的非常有限的空间。US 2013/0181949 Al公开了覆盖在智能电话的触摸屏上面的透明指纹传感器的一个可能的实现。US 8，564，314公开了与电容触摸定位传感器集成在一起的指纹传感器的另一可能的实现，其中传感器位于玻璃之下。然而，该专利并没有讨论或提议克服由厚防护玻璃盖引起的传感器性能严重衰减的任何解决方案。
[0006]集成在例如移动电话或平板型个人计算机的触摸屏设备的玻璃中的、特别用于通过触摸屏设备的前玻璃或防护盖进行感测的指纹传感器实现了防止指纹传感器暴露于外部环境的成本有效的解决方案、以及不同的手持装置制造商的各种不同的设计和人机工程学关键设计标准。
[0007]通过提供特别用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中的指纹传感器来得到这些目的，其中指纹传感器包括:位于覆盖件的第一侧上的多个传感元件；位于界定覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针，多个探针至少部分地穿过覆盖件从覆盖件的第一侧伸出；以及在覆盖件的第一侧上使多个探针与多个传感元件互连的多根导体引线。
[0008]本发明的另一目的是提供特别用于集成在具有由绝缘材料制成的覆盖件的设备中的指纹传感器系统，其中指纹传感器系统包括位于覆盖件的第一侧上的多个传感元件；位于界定覆盖件的第二侧上的指纹传感区域的预定模式中的多个探针，多个探针至少部分地穿过覆盖件从覆盖件的第一侧伸出；在覆盖件的第一侧上使多个探针与多个传感元件互连的多根导体引线；连接到多个传感元件的多个放大器，放大器的数量优选地小于传感元件的数量；以及连接到多个传感元件的激活电路，激活电路适于输出至少一个激活信号。
[0009]本发明的又一些另外的目的如所附权利要求集所声称的而获得。
[0010]将参考只作为例子示出本发明的附图更详细地描述本发明。
[0011]图1示出根据本发明的包括指纹传感器的示例性设备。
[0012]图2示出根据本发明的电路系统的示例性布局。
[0013]图3a_d示出根据本发明的指纹传感器的示例性实施方式的横截面。
[0014]图4a_b示出根据本发明的指纹传感器的一个示例性传感器元件或传感器像素。
[0015]图5示出根据本发明的指纹传感器的另一示例性传感器元件或传感器像素。
[0016]图6是根据本发明的示例性测量原理的示意图。
[0017]图7是根据本发明的传感器元件阵列的示例性测量原理的示意图。
[0018]图8是根据本发明的示例性指纹传感器系统的示意图。
[0019]图9是根据本发明的另一示例性指纹传感器系统的示意图。
[0020]图10示出本发明的在智能电话内实现的示例性实施方式。
[0021]图1示出具有前表面11的智能电话10，前表面11由玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯或其它透明玻璃等价物(它们在下文简称为玻璃)制成。前表面11优选地是如本领域中的技术人员理解的启用触摸屏的显示器的界面。前表面11 一般由一块玻璃制成，且一般在视觉上分成在下文中分别被称为显示器12和按钮区域13的透明部分12和不透明部分13。如在本领域中的技术人员理解的智能电话10还包括处理器、存储器、无线收发机、触摸屏驱动器和相应的互连电路系统。如将在下文中进一步公开的，根据需要，本文所述的指纹传感器可位于显示区域12或按钮区域13内，并可以可选地连接到触摸屏驱动器。
[0022]图2示出位于界定例如玻璃的外壳或覆盖件20的正面上的传感区域的预定模式中的多个探针21，覆盖件20覆盖图1示例性所示的设备例如智能电话。多个探针中的每个探针21至少部分地穿过覆盖件20从覆盖件的背面伸出，并进一步耦合到在背面上的使探针21与背面上的多个传感元件互连的多根导体引线22。探针21提供与位于传感区域上的手指表面(未示出)的电耦合，根据如本领域中的技术人员认识到的不同的指纹测量原理例如电容或电阻测量来实现指纹等的测量。
[0023]如图2所示界定传感区域的预定模式是说明本发明的简化探针布局。如本文公开的指纹传感器不限于任何特定的探针布局或传感原理。在条形或划擦指纹传感器的一个示例性实施方式中，将有多个传感器元件被用于测量手指相对于传感器的运动，正如在上面提到的EP0988614或EP1303828中讨论的。可选地，传感器可以是如在US6，289，114中的对表面的一系列图像采样的子矩阵。在EP1328919中描述了又一探针布局，其中为了导航目地，两行传感器元件用于测量手指的运动。在触摸传感器的又一实施方式中，探针将被布局为覆盖完整的、不动的指纹的矩阵，这正如在US 6，512，381、US 6，862，942、US 6，525，547和US 6, 327, 376中讨论的。
[0024]图3a_3d示出与覆盖件20集成在一起的指纹传感器的示例性实施方式的横截面，覆盖件20由例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯或其它透明玻璃等价物的绝缘材料制成。多个传感元件27位于覆盖件20的第一侧上。在覆盖件的第二侧上由探针21、21’界定传感区