生物特征感测器装置的制作方法

1.本公开整体上涉及一种生物特征感测器装置，并且更具体地说，尤其涉及一种具有玻璃内生物特征指纹感测器的感测器装置。


背景技术：

2.在现今，如ic卡、智能手机、笔记本电脑等移动设备的便利给我们带来了更好的生活，但同时也带来了隐私威胁。这些移动设备越普及，人身安全问题就越重要。因此，对使用者身份验证的需求变得越来越重要。一些生物特征，如指纹、掌纹、指静脉、虹膜和声纹等，已经在使用者认证中得到广泛应用。由于低成本、易整合和高可靠性的特性，指纹感测器得到了广泛的发展。然而，现有的指纹感测器与其他设备(例如显示模块)的整合仍然无法提供令人满意的性能。因此可能需要具有能够与显示模块相容的同时保持小型化尺寸的指纹感测器设计。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种生物特征感测器装置，以解决上述至少一个问题。
4.根据本发明实施例，提供了一种装置。该装置包括，一触控式生物特征感测器，其具有面向一使用者的一第一侧和与该第一侧相对的一第二侧，以及一显示器，其设置于该触控式生物特征感测器下方并与该第二侧相邻，并且经配置以反应于与该使用者的一生物特征相关联的该触控式生物特征感测器的一感测结果来显示一图像。
5.在一些实施例中，该触控式生物特征感测器是一指纹感测器。
6.在一些实施例中，该触控式生物特征感测器包括一基板，其由氧化硅制成。
7.在一些实施例中，该基板对该显示器发出的光是透明的。
8.在一些实施例中，该装置进一步包括一保护层，其围绕该第一侧的一网孔图案。
9.在一些实施例中，该保护层是导电的。
10.在一些实施例中，该触控式生物特征感测器与该显示器完全重叠。
11.在一些实施例中，该装置进一步包括一盖板，该盖板设置于该触控式生物特征感测器上方并且经配置以在一触控事件期间接触一刺激源。
12.在一些实施例中，该装置进一步包括一电路板，其横向地围绕并电气连接该触控式生物特征感测器。
13.在一些实施例中，该装置进一步包括一外框，其设置于该电路板上并且经配置以将与该触控事件相关联的一电流传导至该使用者的一或多个手指及/或一手掌。
14.根据本发明实施例，公开了一种装置。该装置包括一生物特征感测器和设置于该生物特征感测器下方的一自发光装置。该自发光装置经配置以与一使用者的一生物特征相关联地操作，其中该自发光装置通过该生物特征感测器朝向该使用者生成光。
15.在一些实施例中，该生物特征感测器是一触控式生物特征感测器。
16.在一些实施例中，该自发光装置是一脉搏血氧计。
17.在一些实施例中，该生物特征感测器和该自发光装置沿着一第一方向堆叠，其中该装置进一步包括一导电柱，其沿着该第一方向延伸并电气连接该生物特征感测器。
18.在一些实施例中，该装置进一步包括一第一电路板，其横向地环绕并电气连接该生物特征感测器，以及一第二电路板，其设置于该自发光装置下方，并通过该第一电路电气连接该生物特征感测器，其中该第一电路板与该第二电路板通过该导电柱固定。
19.在一些实施例中，该第二电路板包括一电子装置，其经配置以通过该导电柱向该使用者传输一电子信号。
20.在一些实施例中，该第一电路板包括暴露给该使用者的一导电层，其中该电子信号在一触控事件期间通过该导电层传输给该使用者。
21.在一些实施例中，该装置进一步包括一总线，其将该生物特征感测器电气耦合该第二电路板。
22.在一些实施例中，该生物特征感测器包括一透明基板和在该透明基板上形成一阵列的多个感测电极。
23.在一些实施例中，该装置进一步包括一光学透明胶层，其位于该生物特征感测器和该自发光装置之间。
24.上文已经相当宽泛地概述若干实施例的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本公开的详细描述。本公开的额外特征和优点将在下文中描述。本领域普通技术者应当理解，在不背离本公开的精神及范畴的情况下，本公开所公开的概念和具体实施例可易于用作修改或设计其他结构及程序以实施相同于本文中所引入的实施例的目的的一基础。
附图说明
25.在附图和以下描述中阐述了本公开的一或多个实施例的细节。本公开的其他特征和优点将从描述、附图和权利要求中显而易见。在各种视图和示出实施例中，相同的附图标记用于表示相同的元件。现在将详细参考附图中所示出的示例实施例。
26.图1a是根据本公开一些实施例的生物特征感测器装置的截面图。
27.图1b是根据本公开一些实施例的生物特征感测器装置的截面图。
28.图2a和图2b是根据本公开各种实施例的图1a中所示的生物特征感测器装置的保护层的俯视图。
29.图3a和图3b分别是根据本公开各种实施例的生物特征感测器装置的示意俯视图和示意仰视图。
30.图3c和图3d分别是根据本公开各种实施例的图3a中所示的生物特征感测器装置的示意左侧视图和示意右侧视图。
31.图4是根据本公开实施例的生物特征感测器装置的截面图。
32.附图标记如下：
33.100:生物特征感测器装置
34.110:第一电路板
35.112:生物特征感测器
36.112a:第一侧
37.112b:第二侧
38.113:感测电极
39.114:保护层
40.114c:导电层
41.114d:绝缘层
42.116:盖板
43.117:导电层
44.118:模制材料
45.120:第二电路板
46.122:显示器
47.124:胶层
48.126:电子装置
49.128:总线
50.130:第三电路板
51.132:电子装置
52.134:连接器
53.135:总线
54.136:连接端口
55.138:电子装置
56.140:导电柱
57.142:连接器
58.150:外框
59.200:生物特征感测器装置
60.300:生物特征感测器装置
61.304:感测电路
62.400:生物特征感测器装置
63.402:脉搏血氧计
具体实施方式
64.为了使本公开易于理解，以下描述中提供了详细的步骤和结构。显而易见的是，本公开的实施并不限制本领域技术人员已知的特定细节。另外，对已知的结构和步骤不再赘述，以免对本公开造成不必要的限制。下面将详细描述本公开的优先实施例。然而，除了详细描述之外，本公开还可以广泛地实施在其他实施例中。本公开的范围不限于详细描述，而是由权利要求限定。
65.此外，应当理解的是，当一个元件被指为“连接”或“耦合”或“耦接”另一个元件时，可以直接连接到或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。
66.图1a是根据本公开一些实施例的生物特征感测器装置100的截面图。在一些实施例中，生物特征感测器装置100经配置以感测生物特征数据并通过生物特征数据认证使用者。生物特征感测器装置100可适用于与电子装置(本文未示出)一起工作，例如智能手机、个人电脑和个人数字助理。或者，生物特征感测器装置100适用于由实质钥匙或密码保护的
个人物品，例如门锁、密码锁、身份证、保险箱等，使得生物特征感测器装置100可以用于代替钥匙或密码保护使用者的个人信息。在本实施例中，生物特征感测器装置100包括指纹或掌纹感测器，而生物特征是使用者的指纹及/或掌纹图案。生物特征感测器装置100可以经配置为触控式感测器装置，其中在生物特征感测器装置100的触控事件期间可以由感测元件接收刺激源，例如指纹。
67.参照图1a，生物特征感测器装置100包括第一电路板110、第二电路板120、第三电路板130、导电柱140和外框150。生物特征感测器装置100还包括生物特征感测器112、保护层114、盖板116、显示器122和胶层124。
68.在本实施例中，显示器122为自发光显示器。显示器122设置于第二电路板120上方并电气连接第二电路板120。显示器122可由有机发光二极管(oled)面板或其他合适的自发光显示器形成。作为示例的oled显示面板，显示器122可以包括(但不限于)基板、阳极层、空穴传输层、发光层、电子传输层和阴极层，设置以堆叠方式排列以反应阳极层和阴极层上的偏压电压而发光。显示器122的光可以通过胶层124、生物特征感测器112、保护层114和盖板116，在盖板116上方朝向使用者传输。
69.生物特征感测器112形成在显示器122之上。生物特征感测器112可以包括指纹感测器，其经配置以捕获或感测使用者的手的指纹或掌纹数据。在一些实施例中，生物特征感测器112包括面向使用者的手指或手掌的第一侧112a和与第一侧112a相对的第二侧112b。生物特征感测器112包括由对显示器122发出的光而言透明的材料制成的基板，使得显示器122的图像通过生物特征感测器112为可见的。生物特征感测器112的基板由氧化硅形成并且可以是玻璃或石英的形式，因此生物特征感测器112在本文中被称为“玻璃内指纹感测器”。
70.生物特征感测器112包括在生物特征感测器112的基板的顶表面上的一或多个感测电极113。感测电极113可以包括多个感测电极。在一些实施例中，感测电极113包括透明导电材料，例如氧化铟钨(ito)、掺氟氧化锡(fto)或掺杂氧化锌。在一些实施例中，生物特征感测器112还包括连接到感测电极113的感测电路(本文未示出)。感测电路可以包括一或多个晶体管，其经配置以根据感测电容提供感测电压，或根据感测电极提供感测电压。在一些实施例中，所述感测电压传输至第三电路板130以作进一步处理。
71.在一些实施例中，胶层124用于将生物特征感测器112粘合到显示器122。胶层124可以包括光学透明胶(oca)，例如loca(liquid optically clear adhesive，液体光学透明胶)。
72.盖板116设置在生物特征感测器112上方。在一些实施例中，盖板116对于显示器122的辐射光谱是透明的，使得显示器122的图像通过盖板116对使用者是可见的。盖板116由玻璃或其他合适的透明材料制成。
73.在一些实施例中，保护层114形成在生物特征感测器112和盖板116之间，并且经配置以保护生物特征感测器112或生物特征感测器装置100的其他特征免受静电放电(esd)效应的损坏。在一些实施例中，保护层114设置于生物特征感测器112的第一侧112a之上。图2a示出了覆盖有生物特征感测器112的保护层114的俯视图，其中图1a的截面图是取自图2a的截面线aa。参考图1a和图2a，生物特征感测器112包括多个感测电极113，经配置以检测使用者手指的耦合电容。在一些实施例中，感测电极113设置以形成网格或阵列。在一些实施例
中，感测电极113分为提供驱动信号的驱动电极和接收感测信号的接收电极。驱动电极可以与接收电极交替设置。
74.在一些实施例中，保护层114包括导电层114c和围绕导电层114c的绝缘层114d。在一些实施例中，导电层114c由导电材料形成，例如铜、钨、铝或其他合适的导电材料。绝缘层114d用于将导电层114c与生物特征感测器装置100的其他导电特征电绝缘。绝缘层114d可由电介质材料形成，例如氧化硅、氮化硅、树脂、环氧树脂、聚合物或其他合适的材料。
75.导电层114c形成在感测电极113的阵列上方并且经配置以保护感测电极113免受esd损坏。在本实施例中，导电层114c的网孔图案将感应电极113的电极划分为多个电极群组，从俯视角度来看，每个电极群组包括四个电极。然而，本公开不限于此。导电层114c的网孔图案可以经配置以另外将感测电极113划分为各种电极数量的电极群组。在一些实施例中，保护层114在z方向上的厚度在约1μm和约3μm之间的范围内，例如2μm。在一些实施例中，第一电路板110的厚度实质上等于生物特征感测器112、保护层114和盖板116的厚度总和。在一些实施例中，第一电路板110的厚度实质上等于生物特征感测器112、保护层114、盖板116和胶层124的厚度总和。
76.图2b是根据另一实施例的覆盖有生物特征感测器112的保护层114的俯视图。在图2b所示的实施例中，保护层114包括导电层114e和绝缘层114d。导电层114e在许多方面类似于导电层114c，除了导电层114e形成网孔图案，该网孔图案将感测电极113的阵列划分为单独的电极。在一些实施例中，从俯视角度来看，每个感测电极113被导电层114e的网孔图案横向地围绕。
77.参照图1a，第一电路板110、第二电路板120和第三电路板130设置以沿xy平面相互平行。由盖板116、保护层114、生物特征感测器112、胶层124和显示器122形成的堆叠形成在第二电路板120之上并延伸穿过第一电路板110。第一电路板110、第二电路板120和第三电路板130通过导电柱140连接。导电柱140可以由螺钉、螺栓、钉子或其他导电构件形成，并且可以在垂直于xy平面的z方向上穿过第一电路板110、第二电路板120和第三电路板130。在一些实施例中，电路板110、120或130在z方向上的厚度在约600μm和约1000μm之间的范围内，例如700μm。在一些实施例中，电路板110、120和130中的每一个包括绝缘材料，例如阻焊材料，其经配置以使导电柱140与电路板110、120和130的导电构件电气绝缘。导电柱140可以做到固定电路板110、120和130的功用。此外，导电柱140经配置以在电路板110和130之间提供电子信号，例如感测时钟脉冲信号。电子信号可以经传输到使用者的手指，并且有助于在使用者的手指和感测电极113之间建立电场，从而在使用者的手指出现的情况下产生耦合电容。
78.外框150设置于第一电路板110上方并且与盖板116相邻。在一些实施例中，外框150包括暴露盖板116的上盖部分。外框150可以由刚性材料形成以提供第一电路板110的机械支撑。在盖板116和外框150之间提供模制材料118以封装盖板116。模制材料118可以由树脂、环氧树脂等形成。在一些实施例中，外框150由导电材料形成并且经配置以反应于触控事件接收到从电路板110、120或130而来的电子信号。尽管本文未单独示出，外框150可包括围绕盖板116、保护层114和生物特征感测器112的侧壁的斜面部分。
79.在一些实施例中，外框150包括导电材料，例如，由金属材料形成，并且电气耦接导电柱140。外框150面向使用者的手指并且通过导电柱140传导电流。在操作过程中，当使用
者的手指接触盖板116时，使用者的手指也会接触导电外框150。如此一来，手指将藉助外框150导通电流，以方便指纹的感测过程。在一些实施例中，第一电路板110包括从第一电路板110的上表面暴露的导电层。第一电路板110的导电层可以面向外框150和使用者的手指，其中导电层经配置以在触控事件期间从导电柱140向使用者的手指传送电子信号。在一些其他实施例中，外框150由非导电材料形成，例如玻璃、塑胶、陶瓷等。
80.第一电路板110经配置以支撑外框150。在一些实施例中，第一电路板110经配置以固定并电气连接生物特征感测器112。第一电路板110可以是印刷电路板(pcb)、金属基板(mcpcb)或可挠性基板(fpcb)。第一电路板110可以包括由外围区域限定的开口，其中生物特征感测器112嵌入开口中并且被第一电路板110的外围区域横向地包围。在一些实施例中，虽然未明确示出，但是第一电路板110包括总线，例如，由导电布线或通孔形成，其电气连接生物特征感测器112。
81.在一些实施例中，第一电路板110包括导电层117，形成在第一电路板110的上表面上，并横向地围绕盖板116。导电层117可以电气耦合外框150，并且经配置以反应于触控事件，通过外框150将电子信号传输到第二电路板120或第三电路板130。
82.第二电路板120包括上表面，显示器122设置于该上表面上。在一些实施例中，第二电路板120经配置以将显示器122与外部装置电气连接。第二电路板120可以是pcb、mcpcb或fpcb。在一些实施例中，第二电路板120包括电子装置126，其设置在其与第二电路板120的上表面相对的下表面。电子装置126可以是经配置以控制显示器122的显示功能的显示器驱动装置。在一些实施例中，第二电路板120包括总线128以将显示器122与电子装置126电气连接。总线128可以是形成为可挠性印刷电路(fpc)的总线，或者包括延伸穿过第二电路板120的接线或导电通孔。
83.第三电路板130经配置以将第一电路板110和第二电路板120电气连接外部装置。第三电路板130可以是pcb、mcpcb或fpcb。第三电路板130包括设置在下表面上的电子装置132、连接器134和连接端口136。第三电路板130还包括的电子装置138和连接器142，设置在与第三电路板130的下表面相对的上表面上。
84.电子装置132可以是处理器、微控制器、信号处理单元等，经配置以控制生物特征感测器112的感测功能和显示器122的显示功能。第三电路板130通过总线135(例如，fpc、接线或第三电路板130上的连接器134)电气连接生物特征感测器112。连接器134可以是与总线135电气耦合的插槽或焊垫。连接器134可以是串联连接器或并联连接器。在一些实施例中，连接端口136是通用串联总线(usb)端口，用于将第三电路板130与生物特征感测器装置100外部的装置电气连接。
85.在一些实施例中，电子装置138是经配置以启用生物特征感测器112的感测功能的感测器驱动装置。在一些实施例中，电子装置132经配置以分别通过电子装置138和126控制生物特征感测器112和显示器122。电子装置138可以通过总线135和连接器134，并且可选择地通过第三电路板130的导电通孔，电气连接生物特征感测器112。在一些实施例中，电子装置138经配置以产生感测时钟脉冲信号并将感测时钟脉冲信号通过第一电路板110或外框150传送至使用者的手指。
86.连接器142可以将第三电路板130电气连接第二电路板120。在一些实施例中，连接器142包括总线，例如fpc或接线，以及用于将第二电路板120电气耦合第三电路板130从而
在电路板120和130之间提供电力或信号的插槽。连接器142可以是串联连接器或并联连接器。
87.在触控事件期间，生物特征感测器112经配置以感测使用者手指的出现。生物特征感测器112和电子装置132经配置以通过识别使用者的指纹图案来对使用者进行认证。在一些实施例中，显示器122经配置以生成包含指令或识别结果的图像，这些指令或识别结果可以通过玻璃内生物特征感测器112显示给使用者。在一些实施例中，显示器122经配置以反应于生物特征感测器112的与使用者的生物特征相关联的感测结果而向使用者显示图像。在一些实施例中，显示器122经配置以在执行指纹识别过程之前、期间或之后显示与生物特征感测器112提供的感测结果相关联的图像。由于生物特征感测器112的基板和感测电极113由透明材料制成，因此在触控事件期间使用者可以容易地看到显示器122的图像。单独的生物特征感测器112和显示器122不需要另外的区域。因此，生物特征感测器装置100能够以最小的装置尺寸提供显示和指纹识别功能。
88.图1b是根据本公开一些实施例的生物特征感测器装置200的截面图。在一些实施例中，生物特征感测器装置200在许多方面与生物特征感测器装置100相似，因此为了简洁起见不再重复对这些相似特征的描述。生物特征感测器装置200与生物特征感测器装置100的不同之处在于横向地围绕感测电极113的导电层114c设置在感测电极113的同一水平面上。在这种设置下，导电层114c设置在生物特征感测器112的第一侧112a上。在一些实施例中，感测电极113通过绝缘材料与导电层114c绝缘。绝缘材料可以包括类似于绝缘层114d的材料。绝缘层设置于感测电极113与导电层114c之上。
89.图3a和图3b分别是根据本公开各种实施例的生物特征感测器装置300的示意俯视图和示意仰视图。图3c和图3d分别是根据本公开各种实施例的图3a中所示的生物特征感测器装置300的示意左侧视图和示意右侧视图。生物特征感测器装置300在许多特征上与生物特征感测器装置100相似，因此为简洁起见省略了对这些特征的描述。参考图3a，生物特征感测器装置300的俯视图包括在z方向上堆叠的盖板116、生物特征感测器112和显示器122，其中显示器122的屏幕通过生物特征感测器112和盖板116可看见。生物特征感测器112包括感测电路304和感测电极113。在一些实施例中，感测电路304对于显示器122发出的光可以是不透明的。在一些实施例中，感测电路304由诸如硅、锗等的半导体材料形成。在一些实施例中，生物特征感测器112从俯视角度观察与显示器122完全重叠。在一些实施例中，生物特征感测器112的感测电极113占据的面积实质上等于显示器122的面积。在一些实施例中，由于感测电路304之故，生物特征感测器112的面积大于显示器122的面积。
90.在一些实施例中，参考图3a、图3c和图3d，第一电路板110横向地围绕盖板116和生物特征感测器112。在一些实施例中，第一电路板110包括形成在第一电路板110的上表面上并横向地围绕盖板116的导电层117。导电层117可以是圆形或环形，并且实质上与盖板116齐平或者面向使用者的手指设置。在一些实施例中，总线135电气耦合第一电路板110或生物特征感测器112的感测电路304。
91.图4是根据本公开实施例的生物特征感测器装置400的截面图。生物特征感测器装置400在许多特征上类似于生物特征感测器装置100，因此为简洁起见省略了对这些特征的描述。生物特征感测器装置400与生物特征感测器装置100的不同之处在于生物特征感测器装置400替代地或额外地包括用作自发光装置并设置于第二电路板120上的脉搏血氧计或
简称血氧计402。在一些实施例中，脉搏血氧计402经配置以通过将感测光通过生物特征感测器112和盖板116传输到使用者的手指，以非侵入性方式测量使用者血液中的氧含量。在一些实施例中，脉搏血氧计402的感测光在红光和红外光的范围内。在触控事件中，生物特征感测器装置400能够同时执行使用者认证和血氧浓度测量。此外，由于生物特征感测器112的透明基板和透明感测电极113，脉搏血氧计402的感测光可以在触控事件期间立即地传输到使用者并反射到脉搏血氧计402。不需要额外的区域为着个别的生物特征感测器112和脉搏血氧计402。因此，生物特征感测器装置400能够以最小的装置尺寸提供血氧浓度测量和指纹识别功能。
92.虽然本公开已经对关于一或多种实施方式示出和描述，根据对本说明书和附图的阅读和理解，本领域的其他技术人员会想到相等的改变和修改。本公开包括所有此类修改和变更，并且仅受以下权利要求的范围限制。