專利名稱：平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指紋感測(cè)裝置，尤其涉及一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
已知的指紋讀取方法，最古老者是利用手指按墨水，壓印在紙上，再利用光學(xué)掃描 輸入計(jì)算機(jī)中與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋圖形比對(duì)，其最大缺點(diǎn)為無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的，因此 無(wú)法滿足越來(lái)越多實(shí)時(shí)認(rèn)證的需求，例如網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證，電子商務(wù)，攜帶式電子產(chǎn)品保密，IC 卡個(gè)人身份認(rèn)證，保全系統(tǒng)等等。 實(shí)時(shí)的指紋讀取方法便成為生物辨識(shí)市場(chǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)指紋讀取為 光學(xué)方式，請(qǐng)參見美國(guó)專利編號(hào)4， 053， 228及4， 340， 300，然而體積過(guò)于龐大且容易被假造 的圖像欺騙為其缺點(diǎn)。 為此，利用硅半導(dǎo)體的指紋感測(cè)裝置應(yīng)運(yùn)而生，克服了上述光學(xué)式的缺點(diǎn)?；诠?集成電路制造工藝的考量，電容式或者其他的電場(chǎng)式指紋讀取芯片成為最直接且簡(jiǎn)單的方 法。 圖1顯示一種傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置的示意圖。如圖1所示，硅半導(dǎo)體的 指紋感測(cè)裝置100包括一封裝基板110、一指紋感測(cè)器120、多個(gè)條連接線130及一封裝層 140。指紋感測(cè)器120位于封裝基板110上。此等連接線130將指紋感測(cè)器120的多個(gè)焊 墊122電連接至封裝基板110的多個(gè)焊墊112上。 傳統(tǒng)的指紋感測(cè)裝置在封裝過(guò)程中的一個(gè)限制，就是需要具有外露的表面，并跟 手指接觸而感測(cè)手指紋路的圖像。因此，于封裝的過(guò)程中，必須使用特殊模具及軟性材料層 來(lái)保護(hù)指紋感測(cè)芯片的感測(cè)面，且封裝完后的產(chǎn)品的兩側(cè)或四周都會(huì)高于中間的感測(cè)面部 分，如圖1的兩側(cè)所示。 基于上述理由，傳統(tǒng)的指紋感測(cè)裝置的封裝成本高，且需使用特殊機(jī)臺(tái)。此外，由 于指紋感測(cè)芯片的外表面需要外露，使其耐靜電破壞及耐碰撞的能力降低，造成產(chǎn)品的使 用上具有不便之處，以及產(chǎn)品的壽命的縮短。 圖2顯示圖1的指紋感測(cè)裝置的應(yīng)用示意圖。如圖2所示，指紋感測(cè)器100裝設(shè) 于一筆記本計(jì)算機(jī)上，當(dāng)作指紋感測(cè)及光標(biāo)控制的裝置，也就是可以通過(guò)感測(cè)手指移動(dòng)來(lái) 控制螢?zāi)还鈽?biāo)的移動(dòng)。由于圖1的指紋感測(cè)器的上表面非為全平面，所以筆記本計(jì)算機(jī)上 必須設(shè)計(jì)有特殊的滑道200。盡管如此，手指的滑移動(dòng)作(特別是沿著圖1的左右方向的滑 移動(dòng)作)仍會(huì)受到兩側(cè)的凸起部的限制，造成使用者無(wú)法隨心所欲地控制鼠標(biāo)光標(biāo)。
因此，提供一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，而且不需要特殊模具和傳統(tǒng)封裝，實(shí) 為本發(fā)明所欲實(shí)現(xiàn)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其具有完全平坦的感
測(cè)表面，且其體積可以有效被縮小。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其至少包括一硅基板、多個(gè)指紋感測(cè)單元、一組集成電路、多個(gè)第一焊墊、一第一絕緣層、多個(gè)貫通電極、一第二絕緣層、多個(gè)第二焊墊及一保護(hù)層。硅基板具有一正面及一背面。此等指紋感測(cè)單元位于硅基板的正面，并讀取放置于其上方的一手指的紋路并產(chǎn)生多個(gè)電信號(hào)。此組集成電路形成于硅基板的正面，并處理此等電信號(hào)。此等第一焊墊位于硅基板的正面上，且電連接至此組集成電路。第一絕緣層位于此等第一焊墊下方。此等貫通電極貫通硅基板并分別電連接至此等第一焊墊。第二絕緣層形成于硅基板的背面上，以及此等貫通電極與硅基板之間。此等第二焊墊形成于第二絕緣層的一背面，此等第二焊墊分別通過(guò)此等貫通電極而電連接
至此等第一焊墊。保護(hù)層位于硅基板的正面上，并覆蓋此等指紋感測(cè)單元，并形成一平坦的外表面以供與手指接觸用。 通過(guò)本發(fā)明的指紋感測(cè)裝置，可以有效簡(jiǎn)化工業(yè)設(shè)計(jì)，可以讓使用者的操作更不具限制性，且可以有效縮小指紋感測(cè)裝置的體積及面積。


圖1顯示一種傳統(tǒng)的指紋感測(cè)裝置的示意圖。 圖2顯示圖1的指紋感測(cè)裝置的應(yīng)用示意圖。 圖3顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的局部立體示意圖。 圖4顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的立體示意圖。 圖5顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的立體示意圖。 圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的集成電路的方塊圖。 圖7顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的一種應(yīng)用的示意圖。 圖8顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的另一種應(yīng)用的示意圖。 附圖編號(hào) F :手指 1 :指紋感測(cè)裝置 2 :外表面 3:移動(dòng)電話 3A :顯示裝置 3B :光標(biāo) 3C :光標(biāo) 10 :硅基板 10B :背面 IOF:正面 15 :指紋感測(cè)單元 20:集成電路 21 :控制邏輯電路 22 :放大器 23:模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器 24 :處理電路
5
25 :輸入/輸出接口30 :第一焊墊40 :第一絕緣層50 :貫通電極60 :第二絕緣層70 :第二焊墊70B :背面80 :保護(hù)層90 :焊料凸塊100 :指紋感測(cè)裝置110:封裝基板112 :焊墊120 :指紋感測(cè)器122 :焊墊130 :連接線140 :保護(hù)層200 :滑道
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附附圖， 作詳細(xì)說(shuō)明如下。 圖3顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的局部立體示意圖。圖4顯示依 據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的立體示意圖。如圖3與4所示，本實(shí)施例的平面式 半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置1至少包括一硅基板10、多個(gè)指紋感測(cè)單元15、一組集成電路20、多個(gè) 第一焊墊30、一第一絕緣層40、多個(gè)貫通電極50、一第二絕緣層60、多個(gè)第二焊墊70及一 保護(hù)層80。 硅基板10具有一正面10F及一背面IOB。此等指紋感測(cè)單元15位于硅基板10的 正面IOF，并讀取放置于其上方的一手指F的紋路并產(chǎn)生多個(gè)電信號(hào)。此組集成電路20形 成于硅基板10的正面IOF，并處理此等電信號(hào)。此等第一焊墊30位于硅基板10的正面10F 上，且電連接至此組集成電路20。此組集成電路20可以形成于此等指紋感測(cè)單元15的正 下方或周圍或部分形成于其下方或周圍。 第一絕緣層40位于此等第一焊墊30下方。于本實(shí)施例中，第一絕緣層40的材料 包括氧化硅或其他介電材料或高分子絕緣材料。 此等貫通電極50貫通硅基板10的兩面及第一絕緣層40，并分別電連接至此等第 一焊墊30。 第二絕緣層60形成于硅基板10的背面10B上，以及此等貫通電極50與硅基板10 之間的側(cè)壁。第二絕緣層60的材料包括氧化硅、其他介電材料或高分子絕緣材料。此等第 二焊墊70形成于第二絕緣層60的一背面IOB，此等第二焊墊70分別通過(guò)此等貫通電極50 而電連接至此等第一焊墊30。電連接的媒介可以是多個(gè)條導(dǎo)線(interco皿ection)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)制作于第二絕緣層60上。 保護(hù)層80位于硅基板10的正面10F上，并覆蓋此等指紋感測(cè)單元15，并形成 一平坦的外表面2以供與手指F接觸用。保護(hù)層80可以更局部覆蓋或完全覆蓋此組集 成電路20及此等第一焊墊30。為了達(dá)成防止手指的油污或水分殘留，保護(hù)層的材料更可 以具有疏水及疏油的特性，例如一些納米高分子材料或陶瓷材料，在本實(shí)施例為聚亞酰胺 (Polyimide)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)或類鉆碳(Diamond-like carbon, DLC)，而這材料與水的 接觸角(Contact angle)最好是大于60度。 圖5顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的立體示意圖。如圖5所示，本 實(shí)施例類似于第一實(shí)施例，不同之處在于本實(shí)施例的平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置1更包括 多個(gè)焊料凸塊90，分別電連接至此等第二焊墊70且位于此等第二焊墊70的多個(gè)背面70B。
圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的集成電路的方塊圖。如圖6所示，此組集成電 路20至少包括一放大器22、一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器23 (A/D轉(zhuǎn)換器)、一處理電路24、一輸入 /輸出接口 25及一控制邏輯電路21。放大器22電連接至此等指紋感測(cè)單元15，并放大此 等指紋感測(cè)單元15輸出的此等電信號(hào)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器23電連接至放大器22，并將模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。處理電路24電連接至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器23，并處理此等數(shù)字信 號(hào)，此等處理電路24主要功能是將輸入的數(shù)字信號(hào)作前置的圖像處理，例如強(qiáng)化圖像的對(duì) 比品質(zhì)，或?qū)⑦B續(xù)性的輸出信號(hào)作關(guān)連性的的處理，亦或累積多張片段圖像以儲(chǔ)存完整的 指紋的圖像。輸入/輸出接口 25電連接至處理電路24，并將處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)輸出?？刂?邏輯電路21電連接至此等指紋感測(cè)單元15、放大器22、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器23、處理電路24 及輸入/輸出接口 25，并控制此等指紋感測(cè)單元15、放大器22、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器23、處理 電路24及輸入/輸出接口 25的運(yùn)作。 圖7顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的一種應(yīng)用的示意圖。如圖7所 示，本指紋感測(cè)裝置被裝設(shè)于一筆記本計(jì)算機(jī)中。由于指紋感測(cè)裝置具有全平面的感測(cè)表 面，所以筆記本計(jì)算機(jī)的面板不需要設(shè)計(jì)有特殊的滑道，且手指的滑動(dòng)方向不會(huì)被限制住 而產(chǎn)生不順暢的情況。 圖8顯示依據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的指紋感測(cè)裝置的另一種應(yīng)用的示意圖。如圖8 所示，指紋感測(cè)裝置1也可以被裝設(shè)于移動(dòng)電話3上，以提供顯示裝置3A上的光標(biāo)3B的導(dǎo) 航的功能。利用手指F的滑移，可以使光標(biāo)3B可以被移動(dòng)成光標(biāo)3C。所以指紋感測(cè)裝置不 需要設(shè)計(jì)有特殊的滑道，且手指在所有的方向移動(dòng)不會(huì)被限制住而產(chǎn)生不順暢的情況。
本發(fā)明裝置另一優(yōu)點(diǎn)為在組裝于PCB上面時(shí)所占的面積相當(dāng)小，約略相等于整個(gè) 感測(cè)芯片電路設(shè)計(jì)的實(shí)際面積，這對(duì)現(xiàn)在電子產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的輕薄短小是很重要的，簡(jiǎn)而言之， 本發(fā)明裝置通過(guò)貫通電極設(shè)計(jì)將硅基板正面設(shè)計(jì)為手指接觸感測(cè)面，而硅基板背面設(shè)計(jì)為 與PCB組裝的接觸面，因此非常適合應(yīng)用于小型電子設(shè)備(移動(dòng)電話)上。
因此，本發(fā)明的指紋感測(cè)裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，指紋感測(cè)裝置可以有效簡(jiǎn)化工 業(yè)設(shè)計(jì)。第二，全平面的指紋感測(cè)裝置可以讓使用者的操作更不具限制性。第三，指紋感測(cè) 裝置的體積及面積可以有效被縮小。第四，通過(guò)貫通電極設(shè)計(jì)可以完成感測(cè)裝置的晶片級(jí) 封裝，不需要如傳統(tǒng)的模具封裝，耗費(fèi)材料及成本。 在較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中所提出的具體實(shí)施例僅方便說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容， 而非將本發(fā)明狹義地限制于上述實(shí)施例，在不超出本發(fā)明的精神及權(quán)利要求的情況，所做的種種變化實(shí)施，皆屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其特征在于，所述平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置至少包括一硅基板，其具有一正面及一背面；多個(gè)指紋感測(cè)單元，位于所述硅基板的所述正面，并讀取放置于其上方的一手指的紋路并產(chǎn)生多個(gè)電信號(hào)；一組集成電路，形成于所述硅基板的所述正面，并處理所述的多個(gè)電信號(hào)；多個(gè)第一焊墊，位于所述硅基板的所述正面上，且電連接至所述組集成電路；一第一絕緣層，位于所述的多個(gè)第一焊墊下方；多個(gè)貫通電極，其貫通所述硅基板及所述第一絕緣層，并分別電連接至所述的多個(gè)第一焊墊；一第二絕緣層，形成于所述硅基板的所述背面上，以及所述的多個(gè)貫通電極與所述硅基板之間；多個(gè)第二焊墊，形成于所述第二絕緣層的一背面，所述的多個(gè)第二焊墊分別通過(guò)所述的多個(gè)貫通電極而電連接至所述的多個(gè)第一焊墊；及一保護(hù)層，位于所述硅基板的所述正面上，并覆蓋所述的多個(gè)指紋感測(cè)單元，并形成一平坦的外表面以供與所述手指接觸用。
2. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其特征在于，所述平面式半導(dǎo)體 指紋感測(cè)裝置更包括多個(gè)焊料凸塊，分別電連接至所述的多個(gè)第二焊墊且位于所述的多個(gè)第二焊墊的多個(gè) 背面。
3. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其特征在于，所述保護(hù)層更覆蓋 所述組集成電路及所述的多個(gè)第一焊墊。
4. 如權(quán)利要求3所述的平面式半導(dǎo)體指紋感； 蓋所述組集成電路及所述的多個(gè)第一焊墊。
5. 如權(quán)利要求l所述的平面式半導(dǎo)體指紋感i 材料包括氧化硅、介電材料或高分子絕緣材料。
6. 如權(quán)利要求l所述的平面式半導(dǎo)體指紋感i 材料包括氧化硅、介電材料或高分子絕緣材料。
7. 如權(quán)利要求l所述的平面式半導(dǎo)體指紋感i 材料包括一高分子材料。
8. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感i 少包括一放大器，電連接至所述的多個(gè)指紋感測(cè)單元； 一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，電連接至所述放大器； 一處理電路，電連接至所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器； 一輸入/輸出接口，電連接至所述處理電路；及一控制邏輯電路，電連接至所述的多個(gè)指紋感測(cè)單元、所述放大器、所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn) 換器、所述處理電路及所述輸入/輸出接口，并控制其運(yùn)作。
9. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置，其特征在于，所述平坦的外表面2J裝置，其特征在于，所述保護(hù)層完全覆 J裝置，其特征在于，所述第一絕緣層的 J裝置，其特征在于，所述第二絕緣層的 J裝置，其特征在于，所述第二絕緣層的 J裝置，其特征在于，所述組集成電路至與水的接觸角大于60度。
10. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感 具有疏水及疏油的特性。
11. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感 包括納米高分子材料或陶瓷材料。
12. 如權(quán)利要求1所述的平面式半導(dǎo)體指紋感 包括聚亞酰胺、環(huán)氧樹脂或類鉆碳。裝置，其特征在于，所述保護(hù)層的材料 裝置，其特征在于，所述保護(hù)層的材料 裝置，其特征在于，所述保護(hù)層的材料
全文摘要
提供一種平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置。于所述平面式半導(dǎo)體指紋感測(cè)裝置中，多個(gè)指紋感測(cè)單元位于一硅基板上，并讀取放置于其上方的一手指的紋路并產(chǎn)生多個(gè)電信號(hào)。一組集成電路形成于基板上，并處理此等電信號(hào)。多個(gè)第一焊墊位于基板上，且電連接至此組集成電路。一第一絕緣層位于此等第一焊墊下方。多個(gè)貫通電極貫通基板并分別電連接至此等第一焊墊。一第二絕緣層形成于基板上以及此等貫通電極與基板之間。多個(gè)第二焊墊形成于第二絕緣層的一背面，且分別通過(guò)此等電極而電連接至此等第一焊墊。保護(hù)層位于基板上并覆蓋此等指紋感測(cè)單元，并形成一平坦的外表面以供與手指接觸用。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101727569SQ200810170778
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者周正三 申請(qǐng)人:神盾股份有限公司