一种具有指纹传感器组件的电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发明涉及集成电路封装，尤其是，涉及用于半导体指纹传感器的柔性基板覆晶薄膜(chip On Flex, or, Chip On Film,简称COF)技术及相关方法，更特别地，涉及一种具有指纹传感器组件的电子装置。
【背景技术】
[0002]近年来随着指纹识别技术的发展，指纹识别系统越来越多地应用在日常生活中，例如指纹识别门禁系统、指纹门锁、指纹保险箱柜等；以及在出入境检查处、机场以及对私人设备例如笔记本电脑、超级笔记本电脑、平板电脑、手机、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，简称PDA)设备、指纹USBKey、指纹U盘和指纹移动硬盘等验证人的身份的目的而变得常见。
[0003]指纹传感器按传感原理，即指纹成像原理和技术，分为光学指纹传感器、半导体电容传感器、半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频无线电频率(rad1frequency，简称RF)传感器等；按外观形状又可分为条状指纹传感器和面状指纹传感器。
[0004]典型的基于半导体工艺的RF射频式指纹传感器包括硅材质的管芯，其正面形成有传感器采集单元阵列、驱动电路、驱动电极和读出电路。可深入皮肤内层采集图像，发射RF信号到人体手指的真皮层。以波长远大于指纹间距的低能量射频信号激励真皮层，利用该RF信号来检测真指纹层与传感器电容阵列之间形成的不同的微弱电容，在临近皮肤表面的电磁场中得到反映并由微型阵列天线予以检测，从而实现真指纹检测的技术，使用该技术可有效杜绝假手指。封装后，传感器单元阵列裸露出来，以供与用户手指接触；或者其上覆盖保护材料与手指接触，从而保护传感器不受物理和环境损伤、磨损等。
[0005]美国专利N0.5，963，679和6，259，804中公开了指纹感测的一种方法，指纹传感器是这样的集成电路传感器:其使用电场信号驱动用户的手指并使用集成电路基板上的电场阵列感测像素来感测该电场。美国专利N0.2005/0089202公开了另外一种手指感测集成电路和方法。
[0006]许多现有技术请参阅文献公开了各种类型的1C传感器的封装。例如，ffu等人的美国专利N0.6，646，316公开了包括感测晶粒(sensing die)的光学传感器，在其上表面具有接合焊盘(bond pad)。柔性电路板(flexible circuit board)親接到接合焊盘，并在感测表面之上具有开口。透明玻璃层覆盖柔性电路板中的开口。Manansala的美国专利N0.6，924，496公开了附接到指纹传感器的类似的柔性电路附加装置，但是将表面上方的区域留为敞口。
[0007]Kasuga等人的美国专利N0.7,090，139公开了一种智能卡，该智能卡包括具有附接到布线膜的接合焊盘的手指传感器，并且还包括感测表面上方的窗口或开口。Kozlay的美国专利申请公开N0.2005/0139685公开了用于指纹传感器的类似的布置。
[0008]Ryhanen等人的美国专利申请公开N0.2005/0031174A1公开了覆盖用于电容电极指纹感测的ASIC的柔性电路板，其中，感测电极在柔性基板的表面上并被薄的保护聚合物层覆盖。在某些实施例中，传感器可以将柔性电路包裹在ASIC的后侧，从而以球格栅的形式附接到电路板上。
[0009]美国专利N0.5，887，343公开了指纹传感器封装的实施例，其在指纹感测1C的手指感测区域的上面包括透明层。对于感测区域具有开口的芯片载体经由透明层的外围区域以电容或电气的方式耦接到1C上的接合焊盘。
[0010]C0F技术，意指覆晶薄膜封装，是一种运用柔性印制电路板(FPC)作为芯片载体将芯片与FPC电路结合的技术，通常也可以单指未封装芯片的挠性承载板(即C0F基板)，有时也用来表示应用C0F技术的产品。
[0011]本发明所提到的C0F技术就是指C0F基板。通过ACF (Anisotropic ConductiveFilm，各向异性导电胶膜)将C0F柔性基板、半导体管芯、承载板进行连接，并使用传统回流焊将C0F柔性基板与被动元件(电容、电阻等)焊接，就构成了一个完整的C0F封装组件。
[0012]柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board)是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。例如它可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。利用FPC可大大缩小电子产品的体积，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。因此，FPC在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。挠性电路板又称软性电路板；以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材，通过蚀刻在铜箔上形成线路而制成的一种具有高度可靠性，绝佳挠曲性的印刷电路。
[0013]FPC还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低等优点，软硬结合的设计也在一定程度上弥补了柔性基材在元件承载能力上的略微不足。柔性印刷线路板有单面、双面和多层板之分。所采用的基材以聚酰亚胺覆铜板为主。此种材料耐热性高、尺寸稳定性好，与兼有机械保护和良好电气绝缘性能的覆盖膜通过压制而成最终产品。双面、多层印制线路板的表层和内层导体通过金属化实现内外层电路的电气连接。
[0014]倒装芯片(Flip-Chip，简称FC)封装技术是指将芯片与基板直接安装互连的一种方法，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式(WireBonding)与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。FC的芯片正面朝下，芯片上的焊区直接与基板上的焊区互连。与此同时，FC不仅仅是一种高密度芯片互连技术，它还是一种理想的芯片粘接技术，也正因为如此，FC在PGA，BGA和CSP中都得到了广泛的应用。由于FC的互连线非常短，而且1/0引出端分布于整个芯片表面，同时FC也适合使用SMT的技术手段来进行批量化的生产，因此FC将是封装以及高密度组装技术的最终发展方向。
【发明内容】
[0015]鉴于上述背景，在平板电脑、个人PDA、指纹U盘、指纹移动硬盘和手机等便携设备上应用的指纹传感器尺寸、体积和面积过大，且难于安装。本发明的目的在于提供一种具有指纹传感器组件的电子装置，其包括的指纹传感器组件具有超薄体积，可以容易地安装到便携电子装置上，并且可以更有效地利用有限空间。
[0016]本发明采用的技术方案为:减薄的半导体传感器管芯以及表面的传感器像素阵列，覆盖于传感器管芯表面并向一侧延伸出有连接片的柔性FPC基板，其基板内覆有铜箔(Copper foil)，用于粘合柔性FPC基板内的铜箔和传感器管芯管脚(PAD)的各向异性导电胶(ACF)，填充于传感器管芯正面和FPC柔性层之间，以保护传感器组件不受机械、电和环境损伤的填充材料，用于承载传感器管芯且位于管芯背面的补强板，套嵌在覆盖于传感器管芯表面FPC基板边沿的金属支架，以使传感器组件能承受一定的表面压力，还能对静电放电(ESD)进行泄放。
[0017]传统FPC基材主要是由聚酰亚胺/粘接剂/铜箔三层结构组成的，粘结剂的材料为B阶改性环氧或丙烯酸，因此粘结剂的尺寸稳定性和耐热性不好，使用时容易受到温度的限制。为了使FPC的耐热性和尺寸稳定性得到提高，本发明采用无粘结剂基材，仅含有铜箔和柔性层两层，两层无胶挠性覆铜板具有耐化学腐蚀、耐热耐湿、耐挠曲、高温下剥离强度高等性质，有利于实现轻薄化。
[0018]上述柔性层优选手指能接触它并能进行手指探测的一种材料或掺杂材料，聚酰亚胺(Polyimide (KaptonTM))就是这样一种适合的材料，本领域技术人员将会容易地识别其它适合的材料，如聚四氟乙烯(PTFF(TeflonTM)) japton具有很好的疏水性(防指纹残留，尤其对湿手指)、耐腐蚀、耐酸碱、耐磨、耐候等优良特性。该聚酰亚胺材料不仅为传感器管芯提供物理保护，还充当传感器管芯及其环境之间的ESD屏障，从而防止ESD到达传感器管芯上的敏感电子元件。因此，泄漏电流尖峰脉冲可以显著地减小或消除。
[0019]目前FPC基材采用电解铜箔或者压延铜箔。压延铜箔的厚度最小为12μ m，厚度均匀性不容易控制，并不适合C0F基板的制作。电解方式可以制作出厚度为12μπι，9μπι甚至5 μπι的铜箔，通过对耐折性和延伸性方面的改善，电解铜箔具有极大地优势。电解铜箔使用的方法为电镀方法，获得的铜颗粒为垂直针