电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法

电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法
【专利摘要】本发明提供一种电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法，电容式的指纹传感器封装结构包括：独立封装的芯片；指纹感应元件，设置在所述芯片上方且与所述芯片电连接；基板，设置在所述芯片下方，所述基板与所述指纹感应元件通过锡球电连接，且所述基板通过锡球和所述指纹感应元件与所述芯片电连接。根据本发明的电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法，通过将指纹感应元件和芯片分离，再进行电连接，这样减小了整个指纹传感器封装结构的表面积。
【专利说明】电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及生物识别模组封装技术，尤其涉及一种电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法。

【背景技术】
[0002]指纹识别装置已经广泛应用于各种终端设备，例如移动终端、银行系统、考勤系统坐坐寸寸ο
[0003]现有技术中的指纹识别装置中包括指纹识别传感芯片、控制芯片和基板，其中，指纹识别传感芯片和控制芯片制作在同一个基板上，这明显增加了基板的面积，进而增加了指纹识别装置的整体表面积。这样对终端设备的缩小化非常不利。


【发明内容】

[0004]本发明提供一种电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法，以解决现有技术中指纹识别装置由于基板面积较大导致表面积较大的问题。
[0005]本发明第一个方面提供一种电容式的指纹传感器封装结构，包括:
[0006]独立封装的芯片；
[0007]指纹感应元件，设置在所述芯片上方且与所述芯片电连接；
[0008]基板，设置在所述芯片下方，所述基板与所述指纹感应元件通过锡球电连接，且所述基板通过锡球和所述指纹感应元件与所述芯片电连接。
[0009]本发明另一个方面提供一种电容式的指纹传感器封装的方法，包括:
[0010]将独立封装的芯片和指纹感应元件焊接通过凸块焊接，使所述芯片和所述指纹感应元件之间电连接；
[0011]将基板和所述指纹感应元件通过焊球连接，以使所述基板和所述指纹感应元件电连接，其中，芯片位于所述指纹感应元件和所述基板之间，所述基板通过锡球和所述指纹感应元件与所述芯片电连接。
[0012]由上述技术方案可知，本发明提供的电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法，通过将指纹感应元件和芯片分离，再进行电连接，这样减小了整个指纹传感器封装结构的表面积，进而利于终端设备的小型化。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1A为根据本发明一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0014]图1B为指纹传感器封装结构中的指纹感应元件的具体结构示意图；
[0015]图2根据本发明另一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0016]图3根据本发明又一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0017]图4根据本发明再一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0018]图5根据本发明另一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0019]图6根据本发明又一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0020]图7根据本发明再一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0021]图8根据本发明另一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图
[0022]图9根据本发明又一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0023]图10根据本发明再一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0024]图11根据本发明另一实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图；
[0025]图12根据本发明再一实施例的电容式的指纹传感器封装的方法的流程示意图。

【具体实施方式】
[0026]本实施例提供一种电容式的指纹传感器封装结构，该电容式的指纹传感器封装结构具体可以设置在指纹识别装置中。该指纹识别装置用于识别用户的指纹。
[0027]如图1A所示，为根据本实施例的电容式的指纹传感器封装结构的示意图。该电容式的指纹传感器封装结构200包括独立封装的芯片201、指纹感应元件202和基板203。
[0028]其中，指纹感应元件202设置在芯片201上方且与芯片201电连接，具体可以将芯片201与指纹感应元件202采用倒装方式进行电连接；基板203设置在芯片201下方，基板203与指纹感应元件202通过锡球204电连接，且基板203通过锡球204和指纹感应元件202与芯片201电连接。其中，指纹感应元件202为实现指纹识别的指纹感应区，芯片201为逻辑IC(Integrated Circuit,集成电路)，即对指纹感应元件202采集到的指纹信号进行计算处理。如图1B所示，为其中指纹感应元件的202具体结构示意图。其中，在衬底2021上形成有指纹感应元件线路2022，在衬底2021上还形成有感应元件线路保护膜层2023，该感应元件线路保护膜层2023覆盖指纹感应元件线路2022，用于保护指纹感应元件线路2022，以避免破坏。本实施例中，芯片201与基板203并没有直接电连接，而是通过锡球204和指纹感应元件202与芯片201间接电连接设置。本实施例的锡球204的主要材料包括主要材料包括锡、铅、银、铜等。
[0029]可选地，该芯片201的长度小于指纹感应元件202的长度，进而可以减小使用芯片201，进一步地，节省整个电容式的指纹传感器封装结构200的成本。
[0030]本实施例的芯片201上形成有至少一个凸块210，芯片210通过该凸块210与指纹感应元件202电连接，该凸块210具体可以是焊锡，即芯片201与指纹感应元件202之间通过倒装芯片工艺(Flip Chip Package)进行电连接。此外，芯片201与指纹感应元件202之间还包括有底层填料(Underfill) 211，该底层填料211用于粘结芯片210与指纹感应元件202。该底层填料211具体可以是环氧树脂(Epoxy)，该底部填料211能够有效提高凸块210的机械强度，从而提高整个电容式的指纹传感器封装结构200的寿命。
[0031]可选地，本实施例的电容式的指纹传感器封装结构200还包括电容电阻220，该电容电阻220设置在基板203上，该电阻电容220可以起到稳压、滤波的作用。该基板203具体可以包括从下而上形成的FPC(Flexible Printed Circuit,柔性线路板)221和PCB (Printed Circuit Board，印制电路板)222，S卩PCB222形成在FPC221的上方。具体地，该PCB222与FPC221可以通过锡膏223连接，即该锡膏223形成于FPC221和PCB222之间。具体地，FPC221上包括连接器(Connector) 260，用于连接外设电路。该连接器260可以根据实际需要设置在FPC221上的任何一处，图2中仅示出一种情况。
[0032]可选地，在芯片201与基板203之间还填充有EMC层(Epoxy Molding Compound,热固性树脂)241，该EMC层241用于补偿芯片201与基底203之间的热膨胀系数的差异，防止湿气破坏，而且可以保护芯片201。凸块210分散在EMC层241内。该EMC层241的表面积可以大于指纹感应元件202的表面积。
[0033]可选地，如图1A所示，本实施例的电容式的指纹传感器封装结构200还包括边框(Bezel) 240，该边框240设置在基板203上，且该边框240围绕芯片201和指纹感应元件202设置，具体地，该边框240可以设置在基板203上，即设置在PCB222上。可选地，如图2所示，该边框240的底部还可以接触FPC221，即该边框240穿过PCB222和锡膏223。该边框240可以对电容式的指纹传感器封装结构200起到装饰作用，也可以使用户的触感更好。该边框240的材料可以是塑料。
[0034]可选地，如图1A所示，该电容式的指纹传感器封装结构200还可以包括颜色膜层205和保护层206，该颜色膜层205设置于指纹感应元件202的上方，保护层206设置于颜色膜层205的上方。其中，保护层206耦合设置到边框240上，该保护层206具体可以由下列材料或其等效物中的一个或多个制成:陶瓷、DLC (Diamond-like carbon,类金刚石)、玻璃、强化玻璃或经过化学处理的其他类型的玻璃、蓝宝石、经过化学处理的具有其至少某些特征的化合物，或玻璃的抗粉碎替代品，包含聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate, PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET),还可以是经过固化后的油墨涂层。该颜色膜层205可以是印刷在保护层206上的油墨，或者是通过喷涂在保护层206上的油墨。该油墨具有一定的颜色，可以使颜色膜层205呈半透明或者不透明，这样，下方的指纹感应元件202等结构不会被用户看见。保护层206可以进一步保护颜色膜层205，使其避免被用户的指甲或其它尖锐物品摩擦而损坏，同样，保护层206也可以起到保护芯片201的作用。
[0035]其中，颜色膜层205的厚度为5微米至30微米，保护层206的厚度为10微米至30微米。可选地，该颜色膜层205和保护层206的厚度之和可以小于或等于100微米，具体地，可以小于或等于50微米。
[0036]移动终端以及平板电脑装置通常使用高光泽、高透过率基板作为产品的盖板，这些基板通常为玻璃、蓝宝石、透明塑料面板或者其它任何具有高光泽表面、高透光性的材质面板。为了将上述电容式的指纹传感器封装结构装入移动终端或平板电脑中，保护层206也会具有高光泽表面，以匹配产品的ID(Industrlal Design,工业设计)的设计效果；当然有时根据设计需求其表面也可以是哑光效果。该保护层206的俯视面可以是任何形状，例如圆形、丸形以及其他按钮形状。保护层206表面可以是平整的，或者是凹陷的，例如符合用户手指的凹陷，这样可以是用户的手指很好的被定位，以便识别用户手指上的指纹，或者是凸起的。以下各图中仅示出保护层206表面平整的情况。该保护层206的平整度小于或等于10微米。
[0037]图1A-图11是针对电容电阻的摆放位置以及边框的形状的各种组合。其中，各指纹感应元件202的具体结构均如图1B所示。
[0038]可选地，如图1A所示，电容电阻220可以设置在PCB222上且尽量靠近芯片201。电容电阻220与指纹感应元件202或芯片201靠的越近，其稳压、滤波效果越好，采集到的图像效果越佳。图1A中，边框240设置在PCB222上，且边框240的高度高于保护层206的高度，可以使带引用户的手指很好的放在保护层206上。
[0039]可选地，如图2所示，为电容式的指纹传感器封装结构300的结构示意图。电容电阻220可以设置在PCB222上且被EMC层241包裹，即电容电阻220可以设置在边框240内，与芯片201靠的非常近，这就需要电容电阻220的尺寸足够小，例如采用0201封装尺寸。该0201封装尺寸具体为电容电阻220的长为0.60±0.05mm，宽为0.30±0.05mm，高为
0.23 ±0.05mm,当然还可以根据实际需要采用0402封装尺寸等等。将电容电阻220设置包括在EMC层241中，使得电容电阻220非常靠近芯片201，因此对于信号的传输非常好。图2中，边框240设置在FPC221上。图2中的边框240的高度高于保护层206的高度，可以使带引用户的手指很好的放在保护层206上。该图2中，EMC层241的表面积可以比指纹感应元件202大，从图2的剖面示意图中可以看出，EMC层241比指纹感应元件202的长度长，当然，ECM层241也可以与指纹感应元件202的长度一致，如图1所示，在此不再赘述。
[0040]可选地，如图3所示，为电容式的指纹传感器封装结构400的结构示意图。图3中的FPC221长于PCB222，且电容电阻220设置在FPC221上。因为在实际组装时，仅边框240部分的尺寸外露，所以一般需要将边框240范围内的尺寸进行限制，而FPC221位于边框范围外的其他部分均隐藏在终端设备的面板或机壳下方，用户看不见，所以可以采用相对稍大封装的电容，例如采用0402或0603等封装尺寸的电容电阻。电容电阻220的体积越大，生产成本越低，因此采用体积较大的电容电阻220，这样可以进一步减小整个电容式的指纹传感器封装结构200的生产成本。图3中的边框240的高度高于保护层206的高度，可以使带引用户的手指很好的放在保护层206上，且该边框240设置在FPC221上。
[0041]可选地，如图4所示，为电容式的指纹传感器封装结构500的结构示意图。电容电阻220可以设置在PCB222上且尽量靠近芯片201。电容电阻220与指纹感应元件202靠的越近，其与指纹感应元件202之间的电信号传输越好。图4中，边框240的高度与保护层206的高度相同，且该边框240设置在PCB222上。
[0042]可选地，如图5所示，为电容式的指纹传感器封装结构600的结构示意图。电容电阻220可以设置在PCB222上且被EMC层241包裹。这就需要电容电阻220的尺寸足够小，例如采用0201封装尺寸，该0201封装尺寸具体为电容电阻220的长为0.60±0.05mm,宽为
0.30±0.05mm,高为0.23±0.05mm,当然还可以根据实际需要采用0402封装尺寸等等。将电容电阻220设置包括在EMC层241中，使得电容电阻220非常靠近芯片201，因此对于信号的传输非常好。图5中的边框240的高度与保护层206的高度相同，且该边框240设置在FPC221上。该图5中，EMC层241的表面积可以比指纹感应元件202大，从图5的剖面示意图中可以看出，EMC层241比指纹感应元件202的长度长，当然，ECM层241也可以与指纹感应元件202的长度一致，如图1所示，在此不再赘述。
[0043]可选地，如图6所示，为电容式的指纹传感器封装结构700的结构示意图。FPC221长于PCB222，且电容电阻220设置在FPC221上。因为在实际组装时，仅边框240部分的尺寸外露，所以一般需要将边框240范围内的尺寸进行限制，而FPC221位于边框范围外的其他部分均隐藏在终端设备的面板或机壳下方，用户看不见，所以可以采用相对稍大封装的电容，例如采用0402或0603等封装尺寸的电容电阻。电容电阻220的体积越大，生产成本越低，因此采用体积较大的电容电阻220，这样可以进一步减小整个电容式的指纹传感器封装结构200的生产成本。图6中的边框240的高度与保护层206的高度相同，且该边框240设置在FPC221上。
[0044]可选地，如图7所示，为未包含边框的电容式的指纹传感器封装结构800的结构示意图。其中，电容电阻220可以设置在PCB222上且尽量靠近芯片201。电容电阻220与指纹感应元件202靠的越近，其与指纹感应元件202之间的电信号传输越好。
[0045]可选地，如图8所示，为未包含边框的电容式的指纹传感器封装结构900的结构示意图。其中，电容电阻220可以设置在PCB222上且被EMC层241包裹。这就需要电容电阻220的尺寸足够小，例如采用0201封装尺寸，该0201封装尺寸具体为电容电阻220的长为0.60±0.05mm,宽为0.30±0.05mm,高为0.23±0.05mm,当然还可以根据实际需要采用0402封装尺寸等等。将电容电阻220设置包括在EMC层241中，使得电容电阻220非常靠近芯片201,因此对于信号的传输非常好。
[0046]可选地，如图9所示，为未包含边框的电容式的指纹传感器封装结构1000的结构示意图。FPC221长于PCB222，且电容电阻220设置在FPC221上。因为在实际组装时，仅边框240部分的尺寸外露，所以一般需要将边框240范围内的尺寸进行限制，而FPC221位于边框范围外的其他部分均隐藏在终端设备的面板或机壳下方，用户看不见，所以可以采用相对稍大封装的电容，例如采用0402或0603等封装尺寸的电容电阻。电容电阻220的体积越大，生产成本越低，因此采用体积较大的电容电阻220，这样可以进一步减小整个电容式的指纹传感器封装结构200的生产成本。
[0047]可选地，如图10所示，为边框240的变形。边框240的顶部可以为倾斜状，即边框240倾斜的一边与保护层206呈钝角，且边框240在基板103上的投影与保护层206的上表面在基板103上的投影完全不重叠，即边框240倾斜的一边不接触保护层206的上表面。该边框240的形状可以替代图1A至图9中任一边框240，在此不再赘述。图10中的边框240的形状可以更好的引导用户手指到保护层206上，使用户的体验更好。
[0048]可选地，如图11所示，为边框240的变形。边框240的顶部可以为倾斜状，即边框240倾斜的一边与保护层206的上表面呈钝角，且边框240在基板103上的投影与保护层206在基板103上的投影有重叠的部分，即边框240倾斜的一边接触保护层206的上表面。从图中12中可以看出，边框240卡住保护层206，使得该电容式的指纹传感器封装结构200更佳牢固，不会因为外界作用力轻易散开。该边框240的形状可以替代图1A至图9中任一边框240，在此不再赘述。图11中的边框240的形状可以更好的引导用户手指到保护层206上，使用户的体验更好。
[0049]当然，边框240的形状还可以是其它各种，在此不再赘述。
[0050]根据本实施例的电容式的指纹传感器封装结构200，通过将指纹感应元件202和芯片201分离，再进行电连接，这样减小了整个电容式的指纹传感器封装结构200的表面积，进而利于终端设备的小型化。该表面指的是电容式的指纹封装结构200俯视时所看到的表面积。能够想象到的是，非常有可能减小整个终端设备的体积。
[0051]包含上述电容式的指纹传感器封装结构的指纹识别装置，通过指纹感应元件202和芯片201获取用户手指的指纹特性。指纹识别装置分为按压式和滑动式，按压式要求使用者将手指按在指纹感应元件202的表面上的保护层206时，这些指纹感应元件202同时截取整个指纹的图像。滑动式要求用户纵向地将手指滑过指纹感应元件202，而指纹感应元件202则循序地存取指纹图像的片段，这些指纹图像的片段会用来产生指纹的模型。例如当手指沿着靠近该指纹感应元件上方的保护层206刷过时，感应手指的凹点(谷)和凸点(脊)，从而获取指纹的相关信息。
[0052]如图12所示，为上述电容式的指纹传感器封装的方法的流程示意图。该电容式的指纹传感器封装的方法包括:
[0053]步骤301，将独立封装的芯片和指纹感应元件焊接通过凸块焊接，使芯片和指纹感应元件之间电连接。
[0054]具体地，该芯片与指纹感应元件之间是采用倒装芯片(Flip Chip)的方式进行的电连接。
[0055]步骤302，将基板和指纹感应元件通过焊球连接，以使基板和指纹感应元件电连接。
[0056]其中，芯片位于指纹感应元件和基板之间，基板通过锡球和指纹感应元件与芯片电连接。
[0057]本实施例中，芯片朝向基板的一侧设置有电路。具体地，在芯片没有电路的一侧的预定位置处，利用长金工艺形成凸块，并在凸块上进行上锡工艺，再利用倒装芯片方式，将芯片倒装在已经制作好的指纹感应元件上，实现电连接。接下来，进行底部填料填充过程，使芯片和指纹感应元件牢固连接。
[0058]接下来，将已经粘好的芯片和指纹感应元件通过锡球焊接到基板上，然后向基板和芯片之间填充EMC材料，形成EMC层。
[0059]在步骤302之后，本实施例制作电容式的指纹传感器封装结构的方法还包括:
[0060]在指纹感应元件背离芯片的一侧形成颜色膜层；
[0061 ] 在颜色膜层上形成保护层。
[0062]颜色膜层和保护层的形成可以在边框形成之后。
[0063]可选地，颜色膜层和保护层的厚度之和小于或等于100微米，更为具体地，可以小于或等于50微米。
[0064]可选地，颜色膜层的厚度具体可以为10微米至30微米，可选地，保护层的厚度具体可以为10微米至30微米。
[0065]可选地，颜色膜层下方还可以形成一层底料涂层以增加颜色膜层与指纹感应元件之间的附着力。该底料涂层可以在步骤302之后且在形成颜色膜层之前形成。如果存在边框，则在形成保护层之后再在基板上形成边框。
[0066]保护层具体可以由下列材料或其等效物中的一个或多个制成:陶瓷、DLC(Diamond-like carbon,类金刚石)、玻璃、强化玻璃或经过化学处理的玻璃、蓝宝石、经过化学处理的具有其至少某些特征的化合物，或玻璃的抗粉碎替代品，包含聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate, PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate, PET),还可以是经过固化后的油墨涂层。
[0067]本实施例的制作电容式的指纹传感器封装结构的方法，通过将指纹感应元件和芯片分离，再进行电连接，这样减小了整个指纹传感器封装结构的表面积，进而利于终端设备的小型化。该表面指的是电容式的指纹封装结构俯视时所看到的表面积。能够想象到的是，非常有可能减小整个终端设备的体积。
[0068]本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0069]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，包括: 独立封装的芯片； 指纹感应元件，设置在所述芯片上方且与所述芯片电连接； 基板，设置在所述芯片下方，所述基板与所述指纹感应元件通过锡球电连接，且所述基板通过锡球和所述指纹感应元件与所述芯片电连接。
2.根据权利要求1所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述芯片与所述指纹感应元件采用倒装芯片方式进行电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，还包括: 电容电阻，所述电容电阻设置在所述基板上。
4.根据权利要求3所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述基板包括从下而上形成的柔性线路板FPC和印制电路板PCB。
5.根据权利要求4所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，还包括热固性树脂EMC，所述EMC填充在所述芯片与所述基板之间。
6.根据权利要求5所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述电容电阻设置在所述PCB上。
7.根据权利要求5所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述FPC长于所述PCB，且所述电容电阻设置在FPC上。
8.根据权利要求1所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，还包括: 边框，所述边框设置在所述基板上，且所述边框围绕所述芯片和所述指纹感应元件。
9.根据权利要求8所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，还包括: 颜色膜层，设置在所述指纹感应元件上方； 保护层，设置在所述颜色膜层上方。
10.根据权利要求9所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述颜色膜层的厚度为5微米至30微米。
11.根据权利要求9或10所述的电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述保护层的厚度为10微米至30微米。
12.根据权利要求9所述电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述颜色膜层和所述保护层的厚度之和小于或等于50微米。
13.根据权利要求9所述电容式的指纹传感器封装结构，其特征在于，所述保护层的平整度小于或等于10微米。
14.一种电容式的指纹传感器封装的方法，其特征在于，包括: 将独立封装的芯片和指纹感应元件焊接通过凸块焊接，使所述芯片和所述指纹感应元件之间电连接； 将基板和所述指纹感应元件通过焊球连接，以使所述基板和所述指纹感应元件电连接，其中，芯片位于所述指纹感应元件和所述基板之间，所述基板通过锡球和所述指纹感应元件与所述芯片电连接。
15.根据权利要求14所述的电容式的指纹传感器封装的方法，其特征在于，在所述将基板和所述指纹感应元件通过焊球连接之后，还包括: 在所述指纹感应元件背离所述芯片的一侧形成颜色膜层；在所述颜色膜层上形成保护层。
【文档编号】H01L23/488GK104183560SQ201410424303
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】唐根初, 刘伟, 蒋芳 申请人:南昌欧菲生物识别技术有限公司, 南昌欧菲光科技有限公司, 深圳欧菲光科技股份有限公司, 苏州欧菲光科技有限公司