[發明專利]具有高感測靈敏度的電容式感測陣列裝置及電子設備

有效

• 申請號: 201210418123.8
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103793114A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 周正三;許仕杰
• 申請（專利權）人: 周正三
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明是涉及一種電容式感測陣列裝置及使用其的電子設備，且特別是涉及一種具有高感測靈敏度的電容式感測陣列裝置及使用其的電子設備。

背景技術

已知應用于人體皮膚的電容感測技術是可應用于例如感測手指紋路的指紋感測器或者作為電容觸控的觸控板或屏幕。

特別是作為皮膚紋路的感測器，其與皮膚紋路接觸的部分的基本結構為陣列型的感測元，亦即由數個相同的感測元組成了二維感測器，例如手指置放于其上時，手指紋路的紋峰(ridge)會與感測器直接接觸，而手指紋路的紋谷(valley)則與感測器間隔一間隙，通過每一感測元與紋峰接觸或與紋谷形成間隙，可以將手指紋路從二維電容圖像擷取出來，這就是電容式皮膚紋路感測器的最基本原理。

最常見的感測元結構，因為人體體內的導電特性，因此與感測器接觸的皮膚可以視為一等電位的電極板，而每一感測元為一平板電極，其與皮膚間便可以形成一電容，而位于兩電極板間的材料除了手指皮膚表層的角質層外，另有一感測器保護層設置于感測電極之上，作為與皮膚接觸。所述保護層為一單一絕緣層或多重絕緣層且必須具有耐環境腐蝕、耐力量沖擊、耐磨耗及耐靜電破壞等等特質。

為了達到上述的保護層的特質，最直接的方法是增加保護層的厚度，即可以同時達到以上所有的要求。然而，太厚的保護層將導致很小的感測電容值，因而降低感測的靈敏度。

圖1顯示一種傳統的電容式指紋感測器500的結構示意圖。如圖1所示，傳統的電容式指紋感測器500通常分成兩階段來制作。第一階段是指紋感測芯片510的制作階段，利用半導體制造工藝可以將多個感測元514及多個芯片焊墊515制作于半導體基板511上，然后將芯片保護層512制作于感測元514上，以提供保護及耐沖擊的特性。第二階段是封裝階段，將指紋感測芯片510置放于封裝基板520上，通過打線的方式將多條連接線530焊接至芯片焊墊515及封裝焊墊525上，然后利用封裝保護層(或稱模塑料(Molding?Compound)層)540封住連接線530及焊墊515、525，并且只有露出具有感測元陣列的區域，這種已知的封裝方式，需要特殊的模具及方法，以保護感測元區域不被模塑料覆蓋，并且需要特殊的機臺才能制作，因此成本高。

以現有的IC打線封裝技術而言，芯片表面513到達封裝面523的距離至少要100微米(um)左右。而以指紋感測器的500dpi規格為例，每一感測元514的面積約為50um×50um，以目前商用的模塑料的介電系數來計算，感測元的電容值約小于1fF，這是相當小的。若同時考量到封裝基板、芯片等的厚度控制，這個距離更是會造成很大的誤差。

因此，傳統的封裝保護層540是不能覆蓋于感測元514的上方，所以必須于第一階段制作芯片保護層512，且芯片保護層512的厚度(約1至20微米)不能太厚，以免影響感測的結果。如此一來，除了上述成本高之外，對于感測器耐環境腐蝕、耐力量沖擊、耐磨耗及耐靜電破壞等等特質的要求，更是一大挑戰。

圖2顯示一種傳統的電容式指紋感測器600的局部感測電極的示意圖。如圖2所示，電容式指紋感測器600的每一感測電極610除了與手指F間的感測電容Cf外，從感測電極610往芯片的內部看去，會存在一寄生電容Cp1。另外由于感測裝置為陣列元件，具有多個感測元，所以每一感測電極610與周圍各感測電極610之間也存在一寄生電容Cp2，這些寄生電容都是處于變動的狀態。這種非固定的寄生電容會干擾量測，所以常常是造成無法達到高感測靈敏度的主因之一。為了達到Cf小于1fF的感測能力，解決Cp1及Cp2的干擾是最重要的問題。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種具有高感測靈敏度的電容式感測陣列裝置及使用其的電子設備，其能消除寄生電容的影響，也可以在厚的保護層存在的狀況下提供高感測靈敏度的特性。

本發明的另一目的是提供一種具有高感測靈敏度及感測元增益調整的電容式感測陣列裝置及使用其的電子設備，其能消除制造公差所造成的特性差異，讓整個感測裝置所獲得的圖像的均勻度獲得提升。