[實(shí)用新型]一種電容式指紋傳感器的封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420142252.3
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN203799391U
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳磊
• 申請（專利權(quán)）人: 成都費(fèi)恩格爾微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及集成電路封裝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種半導(dǎo)體電容式指紋傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，隨著指紋識別技術(shù)的發(fā)展，指紋識別系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用在日常生活中，例如指紋識別門禁系統(tǒng)、指紋門鎖和指紋保險(xiǎn)箱柜等，尤其在對私人設(shè)備（例如筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（Personal?Digital?Assistant，簡稱PDA）設(shè)備、指紋USBKey）等驗(yàn)證人的身份目的的應(yīng)用變得十分常見。

指紋傳感器按傳感原理（指紋成像原理和技術(shù)），可以分為光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體電容傳感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器、半導(dǎo)體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻（Radio?Frequency，簡稱RF）傳感器等；按外觀形狀又可以分為條狀指紋傳感器和面狀指紋傳感器。

基于半導(dǎo)體工藝的電容式指紋傳感器包括硅材質(zhì)的管芯，其正面形成有傳感器采集單元陣列、驅(qū)動(dòng)電路和讀出電路。在傳感器采集單元陣列中集成大約有100000個(gè)電容式傳感器（外層絕緣），傳感器采集單元陣列每一點(diǎn)是個(gè)金屬電極，相當(dāng)于電容器的陽極，手指放在該陽極上面時(shí)，手指的皮膚變成了電容另一極，它們之間的傳感面形成了兩極間的介電層。

電容值隨脊（近的）和谷（遠(yuǎn)的）相對于傳感器采集單元陣列的距離而改變。人類的指紋由緊密相鄰的凹凸紋路構(gòu)成，通過對每個(gè)像素點(diǎn)上施加標(biāo)準(zhǔn)參考放電電流，便可檢測到指紋的紋路狀況。

每個(gè)像素預(yù)先充電到某一參考電壓，然后，由參考電流放電。電容陽極上電壓的改變率與其上的電容成下面的比例關(guān)系：

ref=C×dv/dt

處于指紋的凸起下的像素(電容量高)放電較慢，而處于指紋的凹處下的像素(電容量低)放電較快。這種不同的放電率可通過采樣保持電路(S/H)檢測并轉(zhuǎn)換成一個(gè)8位輸出，這種檢測方法對指紋凸起和低凹具有較高的敏感性，并可形成非常好的原始指紋圖像。封裝后，傳感器單元陣列裸露出來，以供與用戶手指接觸；或者其上覆蓋保護(hù)材料與手指接觸，從而保護(hù)傳感器不受物理和環(huán)境損傷、磨損等。

半導(dǎo)體管芯通常具有在其表面上通過光刻（或其他方式）形成的傳感器采集單元陣列。傳感器管芯通常相當(dāng)小，其接觸焊盤也相應(yīng)的小，因而必須采用輔助結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)管芯和組件的封裝，以實(shí)現(xiàn)與印刷電路板（PCB）之間的電氣連接。這樣的輔助結(jié)構(gòu)包括引線框架和芯片載具等。

在常見半導(dǎo)體封裝工藝中，管芯附著至引線框架，通過細(xì)小的連接導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)管芯的小尺寸焊盤與大尺寸引線框架之間的互連。通常，管芯、引線框架和連接導(dǎo)線包裹在包封材料中，其通過已經(jīng)連接了導(dǎo)線的管芯和引線框架放到模具內(nèi)，向模具內(nèi)注入包封材料并使包封材料硬化而實(shí)現(xiàn)的。

為解決靜電擊穿對傳感器造成的損壞，業(yè)界通常采用的一種制備方法是在硅材質(zhì)管芯表面的非指紋采集區(qū)，采用鍍金工藝制作一很薄的金材質(zhì)的金屬導(dǎo)電層，再由硅通孔將管芯表明的金屬層連接至管芯的靜電泄放焊盤上，該靜電泄放焊盤再焊接至印制電路板上的系統(tǒng)接地端。當(dāng)手指靠近傳感器，手指上的靜電通過傳感器表面的金屬經(jīng)上述導(dǎo)電路徑泄放到系統(tǒng)地。

然而，該制備方法的最大難題是鍍金工藝，因引入金屬元素金和標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝不兼容，可生產(chǎn)可制造性很差，良率很低，生產(chǎn)成本非常高。

Robert?Henry?Bond等人的美國專利US8378508B2中公開了用于指紋傳感器等的集成模制管芯和鑲條結(jié)構(gòu)，其中，形成有傳感器采集單元陣列的管芯以及至少一個(gè)導(dǎo)電鑲條安裝在襯底上。管芯和鑲條包覆在一體包封結(jié)構(gòu)內(nèi)，以保護(hù)這些元件不受機(jī)械、電和環(huán)境損傷，而傳感器采集單元陣列和鑲條的一部分則露出，或者由保護(hù)涂層材料所覆蓋。此制備方法需要制作一輔助結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電鑲條，制作的導(dǎo)電鑲條不僅增加額外的成本，還很難在封裝工藝中進(jìn)行機(jī)器裝配，需要人工將導(dǎo)電鑲條粘貼在印制電路板襯底上，大大增加了封裝難度。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型目的在于提供一種具有低成本、封裝工藝簡單、易規(guī)模化生產(chǎn)、具有抗靜電功能的半導(dǎo)體電容式指紋傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：