具有保護(hù)涂層的指紋感測(cè)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及感測(cè)設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及用于感測(cè)指紋的設(shè)備，以及這樣的設(shè)備的附屬保護(hù)涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]由于用于身份驗(yàn)證的生物設(shè)備的發(fā)展以及特別是指紋感測(cè)設(shè)備的發(fā)展已導(dǎo)致更小、更便宜以及更節(jié)能的設(shè)備，因此針對(duì)這樣的設(shè)備的可能應(yīng)用越來(lái)越多。
[0003]特別是，指紋感測(cè)由于小形狀因素、相對(duì)有利的成本/性能因素以及高用戶接受度(特別與視網(wǎng)膜掃描等相比)而在例如消費(fèi)電子設(shè)備中越來(lái)越多地被采用。
[0004]基于用于提供指紋感測(cè)元件的CMOS技術(shù)以及輔助邏輯電路系統(tǒng)建立的電容式指紋感測(cè)設(shè)備越來(lái)越流行，因?yàn)榭梢允惯@樣的感測(cè)設(shè)備在能夠以高精度識(shí)別指紋的同時(shí)制作得小且節(jié)能。從而，電容式指紋傳感器有利地用于消費(fèi)電子產(chǎn)品例如便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦以及移動(dòng)電話。
[0005]然而，電容式指紋感測(cè)設(shè)備一般對(duì)位于傳感器的電容式感測(cè)元件與要被測(cè)量的手指之間的污染物敏感。污染物可以從周?chē)h(huán)境例如來(lái)自空氣的水份引入或者從人的指尖的表面(例如，汗、洗手液等)引入。例如，感測(cè)表面上的殘余指紋會(huì)降低感測(cè)設(shè)備的精度，并且在最壞的情況下會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。感測(cè)表面上的被放置使得其跨越感測(cè)元件之間的邊界的污染物會(huì)例如導(dǎo)致相鄰感測(cè)元件之間的耦合，這又降低了感測(cè)設(shè)備的精度。
[0006]因此，理想的是減少電容式指紋感測(cè)設(shè)備的感測(cè)表面上的污染物的出現(xiàn)。
[0007]為了解決污染物的存在，US 7，071，708公開(kāi)了可以是電容式指紋傳感器的芯片型傳感器，該芯片型傳感器具有包括聚合材料或陶瓷原子層的保護(hù)層以提供疏水性和親水性表面。保護(hù)層的目的是為了防止?jié)撛谥讣y形成在表面上。
[0008]然而，還被稱(chēng)為易清潔材料的疏水性和/或親水性的材料一般對(duì)機(jī)械磨損和日常磨損和撕扯敏感。在磨損作用的影響下，所述材料被物理上去除或者失去易清潔屬性，其化學(xué)上可以僅歸因于表面的極少的第一納米。這帶來(lái)將這樣的材料用于指紋傳感器的問(wèn)題，這是因?yàn)橐浊鍧崒傩詴?huì)隨著傳感器的正常使用隨著時(shí)間的推移而退化。這對(duì)于其中需要用戶在傳感器表面上滑動(dòng)指尖的掃測(cè)傳感器而言特別有問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于指紋感測(cè)設(shè)備的上述期望屬性，以及現(xiàn)有技術(shù)的上述和其他缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供改善的指紋感測(cè)設(shè)備，該指紋感測(cè)設(shè)備即使在暴露于例如由于傳感器長(zhǎng)時(shí)間段的日常使用而引起的過(guò)度的磨蝕動(dòng)作之后也保持“易清潔”屬性。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種感測(cè)設(shè)備，該感測(cè)設(shè)備包括多個(gè)感測(cè)元件，感測(cè)元件中的每個(gè)感測(cè)元件被配置成提供指示感測(cè)元件與放置在感測(cè)設(shè)備的表面上的手指之間的電磁耦合的信號(hào)，被布置成覆蓋多個(gè)感測(cè)元件的第一層，第一層包括多個(gè)凹部，以及被布置成覆蓋第一層的第二層，第二層具有疏水性表面屬性。
[0011]此外，提供了指紋感測(cè)設(shè)備，該指紋感測(cè)設(shè)備包括:感測(cè)元件的陣列，感測(cè)元件中的每個(gè)感測(cè)元件被配置成提供指示感測(cè)元件與放置在指紋感測(cè)設(shè)備的表面上的手指之間的電磁耦合的信號(hào)；被布置成覆蓋感測(cè)元件的陣列的第一介電層，第一介電層在第一介電層的頂表面處包括多個(gè)凹部，凹部以下述方式跨感測(cè)元件的陣列分布:凹部中的相鄰凹部之間的間隔小于400 μπι;以及被布置在第一介電層的頂表面上的在凹部中以及凹部之間的頂疏水性層，以提供感測(cè)設(shè)備的手指放置在其上的表面，使得當(dāng)頂疏水性層通過(guò)對(duì)指紋感測(cè)設(shè)備的使用而被磨掉時(shí)，疏水性材料仍存在于凹部中，在所述凹部中，所述疏水性材料被保護(hù)而免受磨損和撕扯。
[0012]感測(cè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)被理解為還包括感測(cè)電路系統(tǒng)，該感測(cè)電路系統(tǒng)連接至感測(cè)元件用于從感測(cè)元件讀取信號(hào)。感測(cè)電路系統(tǒng)又可以包括或者連接至讀出電路系統(tǒng)，該讀出電路系統(tǒng)用于將感測(cè)設(shè)備的結(jié)果提供給外部設(shè)備以進(jìn)行進(jìn)一步分析。
[0013]第一層的凹部形成在第一層中而沒(méi)有穿透第一層，這表示第一層的凹部沒(méi)有通過(guò)第一層到達(dá)由第一層覆蓋的感測(cè)元件。
[0014]在本上下文中，疏水性表面屬性應(yīng)當(dāng)理解為一般排斥水的表面。例如，通過(guò)在第二層中使在聚合物或陶瓷主鏈結(jié)構(gòu)上包含氟的官能團(tuán)或者利用在主聚合物鏈中本質(zhì)上包含氟的聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)來(lái)獲得疏水性表面。第二層是感測(cè)設(shè)備的表面層并且還可以被稱(chēng)為頂涂層。
[0015]本發(fā)明是基于下述認(rèn)識(shí):當(dāng)感測(cè)設(shè)備的頂疏水性層被磨掉時(shí)，疏水性材料會(huì)仍存在于凹部中，在該凹部中，疏水性材料被保護(hù)而免于受例如來(lái)自掃過(guò)指紋感測(cè)設(shè)備的表面的手指的磨損和撕扯。從而，仍存在于凹部中的疏水性材料會(huì)防止跨凹部的污染物例如汗滴的連續(xù)膜的形成。替代地，借助于凹部可以將位于表面上的污染物分成較小的部分，從而減小了跨相鄰感測(cè)元件之間的邊界形成連續(xù)膜的風(fēng)險(xiǎn)，這又減少了相鄰感測(cè)元件之間的耦合的出現(xiàn)。如果污染物存在于感測(cè)設(shè)備的表面上，則存在污染物填充或者部分填充與表面接觸的指紋谷的風(fēng)險(xiǎn)，這又會(huì)導(dǎo)致不可能區(qū)分谷，從而減小了感測(cè)設(shè)備的精度。換言之，位于指紋谷中的污染物會(huì)提供與手指所提供相同的到感測(cè)元件的耦合，并且因此會(huì)被感測(cè)元件看作手指的一部分。因此，位于指紋谷中的污染物可以作用為手指的相鄰脊線之間的“短路”。由于凹部中的疏水性材料會(huì)起作用以防止污染物的連續(xù)膜的形成，因此會(huì)減少感測(cè)設(shè)備的表面部分(其中存在足夠大量的污染物以填充指紋谷)的出現(xiàn)。因此，減小了相鄰脊線之間或者脊線與谷之間的“短路”的風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的感測(cè)設(shè)備在頂疏水性涂層已被磨掉之后對(duì)污染物較不敏感。從而，提供了更可靠的感測(cè)設(shè)備，該感測(cè)設(shè)備更耐磨損和撕扯，并且在感測(cè)設(shè)備的頂涂層已被(部分地)磨掉時(shí)該感測(cè)設(shè)備也可以在切斷污染物的情況下起作用。取決于應(yīng)用，凹部的特定大小形狀和布置可以因例如感測(cè)元件的構(gòu)型而不同。
[0016]此外，如果凹部被布置成使得凹部限制污染物跨凹部的移動(dòng)，則可以通過(guò)所述凹部遠(yuǎn)離感測(cè)元件朝向設(shè)備的邊緣引導(dǎo)污染物。從而，凹部在頂層被磨掉之前也具有有利效果O
[0017]此外，與第二層相比，優(yōu)選地使第一層更耐磨損或者其他機(jī)械磨損和撕扯，使得即使第二層的一部分或全部被磨掉，第一層也會(huì)更耐用。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，第二層的厚度可以有利地小于凹部的最大深度。從而，感測(cè)設(shè)備的表面即感測(cè)表面也具有以與第一層的凹部對(duì)應(yīng)的凹部形式的外形。結(jié)果，污染物可以例如收集在凹部中使得可以更容易地遠(yuǎn)離感測(cè)表面引導(dǎo)污染物。然而，還可以提供與凹部的深度相比相當(dāng)較厚的第二層，以使得設(shè)置基本平面的感測(cè)表面。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，凹部的深度可以在I μπι至50 μπι的范圍中。因此，第一介電層可以有利地具有至少50 μπι的厚度。此外，所述凹部中的每個(gè)凹部可以有利地為至少5 μπι深以更好地保護(hù)頂疏水性層在凹部中的部分免受磨損和撕扯。應(yīng)當(dāng)注意，為了形成大于比如I μπι深的凹部，可能需要從第一介電層去除材料。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，凹部可以基本為圓形的。可以以合適的圖案容易地形成圓形凹部以防止在感測(cè)表面上形成太大范圍的連續(xù)膜的污染物。然而，凹部的形狀原則上可以是任何形狀例如方形、橢球、多邊形或自由形式形狀。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，可以以多個(gè)延長(zhǎng)的槽的形式有利地設(shè)置凹部，每個(gè)槽至少延伸與感測(cè)元件的邊對(duì)應(yīng)的距離。從而，槽可以防止跨過(guò)相鄰感測(cè)元件之間的不止一個(gè)邊界的、連續(xù)膜的污染物形成。術(shù)語(yǔ)槽、溝或者伸長(zhǎng)的凹部可以被看作在本上下文內(nèi)具有相同的意思。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，凹部可以被有利地布置成與所述感測(cè)元件之間的邊界對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)以與感測(cè)元件之間的邊界直接對(duì)準(zhǔn)的槽或溝的形式放置凹部，減少了跨邊界的連續(xù)膜的污染物的出現(xiàn)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，相鄰凹部之間的距離可以有利地小于400 μπι。由于手指的脊線通常近似在200 μπι至400 μπι的范圍中，理想的是相鄰凹部之間的距離小于兩個(gè)脊線之間的距離，使得位于兩個(gè)脊線之間的連續(xù)膜至少在脊線之間的一個(gè)位置處被中斷。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，凹部的最小寬度為至少10 μπι。最小寬度為至少10 μπι表示如從上方看凹部的寬度在凹部最窄的地方為10 μπι或更多。對(duì)于圓形凹部而言，直徑可以為至少10 μπι而對(duì)于方形或矩形凹部而言，最短邊的長(zhǎng)度可以為至少10 μπι。要求凹部的特定最小寬度，使得凹部可以防止形成連續(xù)膜的污染物。如果寬度太小，污染物會(huì)在凹入的部分上形成連續(xù)膜。此外，凹部的側(cè)壁可以是垂直的或者是傾斜的，例如使得形成淺碗狀凹部。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，凹部可以被設(shè)置為跨所述感測(cè)設(shè)備延伸的連續(xù)槽的網(wǎng)格，所述槽與所述感測(cè)元件之間的邊界對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)形成與感測(cè)元件之間的邊界對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格狀凹部圖案，確保在相鄰感測(cè)元件之間的每個(gè)邊界處存在有凹入的部分。此外，感測(cè)設(shè)備的感測(cè)元件通常以規(guī)則的陣列構(gòu)型來(lái)布置。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，第二層可以有利地具有疏油性表面屬性。防止盡可能多的可能污染物黏附至感測(cè)設(shè)備的感測(cè)表面是有利的。因此，形成感測(cè)表面的頂層可以優(yōu)選地具有表面屬性，使得若干不同的物質(zhì)被排斥。疏油性表面還可以被稱(chēng)為疏脂性。此夕卜，既是疏水性又是疏油性的表面有時(shí)被稱(chēng)為兩疏性(omniphobic)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，第二層的厚度優(yōu)選地小于lOOnm。第二層的厚度與放置在感測(cè)表面上的對(duì)象位置與感測(cè)元件之間的耦合逆相關(guān)。因此，較薄的第二層導(dǎo)致感測(cè)設(shè)備的較高的靈敏度。
[0028]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，第一層可以是介電層。此外，感測(cè)元件可以是電容式感測(cè)元件，該電容式感測(cè)元件被配置成提供指示感測(cè)元件與放置在感測(cè)設(shè)備的表面上的手指之間的電容耦合的信號(hào)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于制造感測(cè)設(shè)備的方法，所述方法包括:設(shè)置襯底；在所述襯底上形成多個(gè)感測(cè)元件；設(shè)置覆蓋所述感測(cè)元件的第一