一体化系统指纹芯片封装结构及指纹模组的制作方法

本发明涉及半导体封装技术领域，具体是涉及一种一体化系统指纹芯片封装结构及一体化系统指纹模组。

背景技术：

市场的需求推动着技术的变革和发展，这些变革与发展极大层面满足了消费者对手机这种电子消费品的新需求、新体验。其中，指纹识别技术在手机端的应用提升了消费者对手机的便捷体验和安全体验。因此，指纹识别技术迅速成为手机的标配。

随着高性能的手机不断发展，压缩指纹模组的空间是必然发展趋势。当前趋势下，部分指纹位置转移到背面涂层(coating)和侧面，侧面指纹存在诸多问题，一方面像素矩阵(pixelarray感应区)采集面积小，另一方面对指纹模组厚度要求高不利于智能手机越来越薄的发展趋势。后置指纹一定程度上改变了厂商设计风格和设计理念，用户习惯上也需要一些调节。正面指纹选择一体化封装结构将成为一种新的选择。传统指纹模组，如图1所示，将封装好的指纹芯片封装结构100通过smt焊接方式与fpc200连接，阻容器件300及连接器400也与fpc连接，指纹芯片封装结构信号经过阻容器件后与连接器相连，为了提高强度，通常还设有补强刚片，补强钢片贴附于fpc底部，后经组装加工成完整的一个指纹模组。指纹模组的连接器通过与手机主板(board)的连接器相扣导通电路，安装至手机上。但是，这种结构的指纹芯片封装结构及指纹模组，存在指纹芯片封装较厚，指纹模组占用空间较大，指纹模组制程复杂等技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出一种一体化系统指纹芯片封装结构及指纹模组，减薄了指纹芯片的封装结构，缩减了指纹模组的制程结构，有效地压减了指纹模组的占用空间，提高了封装本身的可靠性和改善了用户使用体验。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种一体化系统指纹芯片封装结构，包括基板、指纹芯片、塑封体和处理及控制器件，所述指纹芯片设于所述基板上表面，所述指纹芯片与所述基板的线路电连接，所述塑封体塑封在所述基板下表面，将所述处理及控制器件完全包裹在其内部，使所述处理及控制器件位于所述基板下方，且所述处理及控制器件与所述基板的线路通过铜柱方式电连接，所述处理及控制器件一侧的塑封体内凹形成台阶结构，内凹部分的塑封体表面设有开窗焊盘，连接所述指纹芯片的基板线路通过rdl引线方式引出至所述塑封体表面的开窗焊盘，所述处理及控制器件的引脚通过rdl引线方式引出至所述塑封体表面的开窗焊盘。

进一步的，所述处理及控制器件包括电源模块、模拟数字转换器、数字模拟转换器和/或处理器。

进一步的，所述基板为包含4层线路结构的pcb板，所述处理及控制器件的引脚与所述pcb板的第3层线路及第4层线路连接。

进一步的，所述塑封体材质为emc材料。

进一步的，所述指纹芯片嵌设于所述基板上表面预设的凹槽内，所述指纹芯片上表面与所述基板上表面平齐或接近平齐。

一种一体化系统指纹模组，包括所述的一体化系统指纹芯片封装结构和主板，所述主板设于所述一体化系统指纹芯片封装结构的塑封体的下方，且所述主板与一体化系统指纹芯片封装结构的开窗焊盘之间通过金属弹片电连接。

进一步的，还包括：

金属环，所述金属环组装于所述一体化压感指纹封装结构的基板外；

涂层或盖板，所述涂层或盖板组装于所述指纹芯片表面。

本发明的有益效果是：本发明提出一种一体化系统指纹芯片封装结构及指纹模组，从指纹芯片的封装和指纹模组的制程出发，将芯片和模组整合到一起封装为一个整体的超薄指纹芯片封装结构，从而减薄了指纹芯片的封装，缩减了指纹模组的制程结构，系统化封装了指纹结构。其中，将指纹芯片的感应区与基板电路结合，将电源模块(pmc)、模拟数字转换器(adc)、数字模拟转换器(dac)、处理器(processor)等控制及处理器件倒置于基板的下方反向塑封的塑封体内，通过铜柱方式将基板线路和控制及处理器件电性连接，反向塑封体(emc材料)同时将连接线路通过rdl方式拉至下方塑封体内凹部分预设的开窗焊盘(solderpad)，这样，手机主板可以直接通过弹片方式与指纹芯片封装结构的开窗焊盘连接。这种一体化系统指纹芯片封装结构及指纹模组不仅使得指纹模组超薄化、简单化，而且具有更好的可靠性和使用性。

附图说明

图1为现有技术中指纹模组结构示意图；

图2为本发明一体化系统指纹芯片封装结构示意图；

图3为图2中a处放大结构示意图；

图4为本发明一体化系统指纹模组示意图；

结合附图，作以下说明：

1-基板，2-指纹芯片，3-塑封体，4-处理及控制器件，5-铜柱，6-台阶结构，7-开窗焊盘，8-rdl，9-主板，10-金属弹片；100-指纹芯片封装结构，200-fpc，300-阻容器件，400-连接器400。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

如图2和图3所示，一种一体化系统指纹芯片封装结构，包括基板1、指纹芯片2、塑封体3和处理及控制器件4，其中，指纹芯片2设于基板1的上表面，指纹芯片2与基板1的线路电连接，塑封体3塑封在基板1的下表面，将处理及控制器件4完全包裹在其内部，使处理及控制器件4位于基板1的下方，且处理及控制器件4与基板1的线路通过铜柱5的方式电连接，处理及控制器件4一侧的塑封体3内凹形成台阶结构6，内凹部分的塑封体3表面设有开窗焊盘(solderpad)7，连接指纹芯片2的基板线路通过rdl(redistributionlayer)8引线方式引出至塑封体3表面的开窗焊盘7，处理及控制器件4的引脚通过rdl引线方式引出至塑封体3表面的开窗焊盘7，图3为rdl引线的设计结构连接方式的详细图示说明。其中，该rdl引线为铜引线该一体化系统指纹芯片封装结构中，处理及控制器件4通过塑封体3塑封的方式结合于基板1的下表面，并通过铜柱5的方式实现了与基板的线路的电性连接，这样，从指纹芯片2的封装和指纹模组的制程出发，将芯片和模组整合到一起封装，形成了一个整体的超薄指纹芯片封装结构，且采用rdl铜引线方式，将控制及处理器件4的引脚及连接指纹芯片2的基板线路引出到塑封体底部的开窗焊盘7。这里，塑封体3底部设计有台阶结构，并将有开窗焊盘7的部分内凹形成凹台，将对应控制及处理器件的部分塑封体3凸出形成凸台，从而形成台阶结构6，此处台阶结构6在于手机主板通过金属弹片连接时，可较好吸收金属弹片部分伸缩的高度差，在按压金属弹片后，壳保证指纹模组表面的平整度。本发明一体化系统指纹芯片封装结构(fps)应用时，可取消指纹模组的fpc柔性线路板和补强钢片部分，只需要将封装好的fps按需求进行涂层(coating)或盖板(glass)及金属环(ring)组装，即可完成指纹模组(fpm)，因此，减薄了指纹芯片及指纹模组的封装，缩减了指纹模组制程结构，系统化封装了指纹结构，不仅使得指纹模组超薄化、简单化，而且具有更好的可靠性和使用性。

处理及控制器件4用于对指纹芯片2采集的信息进行处理及控制。这里，处理及控制器件4包括电源模块(pmc)、模拟数字转换器(adc)、数字模拟转换器(dac)和处理器(processor)一个或多个。具体地，在本实施例中处理及控制器件4包括电源模块(pmc)、模拟数字转换器(adc)、数字模拟转换器(dac)和处理器(processor)。将电源模块(pmc)、模拟数字转换器(adc)、数字模拟转换器(dac)、处理器(processor)等控制及处理器件4倒置于基板1的下方反向塑封的塑封体3内，通过铜柱5的方式将基板线路与上述处理器件4电性连接，反向塑封体3同时将连接线路通过rdl8的方式拉至下方塑封体内凹部分预设的开窗焊盘7。

优选的，基板1为包含4层线路结构的pcb板，处理及控制器件4的引脚与pcb板的第3层线路及第4层线路连接。此为优选的实施方式，但不限于此，也可采用其他形式的pcb板。4层线路结构的基板包含像素区域和信号走线传输部分，处理及控制器件4放置于基板1的下方位置，处理及控制器件4使用emc封装材料包裹，处理及控制器件4与基板1通过铜柱5的方式连接导通。

优选的，塑封体3的材质为emc材料。

优选的，指纹芯片2嵌设于基板1的上表面预设的凹槽内，指纹芯片1的上表面与基板1的上表面平齐或接近平齐。此为优选的实施方式，但不限于此，不排除指纹芯片采用贴装于基板表面的形式。

另一方面，本发明提供一种一体化系统指纹模组，包括一体化系统指纹芯片封装结构和主板9，这里主板为移动终端的主板，例如手机主板等，该主板9设于一体化系统指纹芯片封装结构的塑封体3的下方，且主板9与一体化系统指纹芯片封装结构的开窗焊盘7之间通过金属弹片10电连接，。如图4所示，其是指纹模组与手机主板的连接结构，在手机主板上设有金属弹片10，一体化系统指纹芯片封装结构的塑封体3底部内凹部分的开窗焊盘7与手机主板通过金属弹片10即可实现电性连接，通过金属弹片10与开窗焊盘7连通导电，金属弹片10与开窗焊盘7接触的过程中，会挤压能伸缩的弹片，内凹部分(凹台)可以吸收部分伸缩的高度差，在按压弹片后，保证fpm的表面平整度。因此，本发明一体化系统指纹模组达到取消了fpm的fpc部分和fpc的钢片补强部分，同时也减少了fpm的整体高度。

优选的，该一种一体化系统指纹模组还包括金属环和涂层或盖板，金属环组装于一体化压感指纹封装结构的基板外，涂层或盖板组装于指纹芯片2的表面。

综上，本发明提供一种一体化系统指纹芯片封装结构及指纹模组,从指纹芯片的封装和指纹模组的制程出发，减薄了指纹芯片的封装，缩减了指纹模组制程结构，系统化封装了指纹结构。其中，将指纹的感应区域与指纹基板电路结合，将控制及处理器件倒置于基板的下方，通过铜柱方式将基板线路和控制及处理器件连接，反向封装emc材料同时将连接线路通过rdl方式拉至指纹芯片下方漏出的开窗焊盘，手机主板可以直接通过弹片方式与指纹芯片连接。这种一体化系统指纹芯片封装结构不仅使得指纹模组超薄化、简单化，而且具有更好的可靠性和使用性。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。