生物传感器模块、组件、制造方法及使用其的电子设备技术

一种生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器模块包含：一壳体，具有相对的一第一表面及一第二表面；一生物传感器，具有一感测面，所述感测面设置于所述壳体的所述第一表面，且所述感测面具有多个排列成阵列的感测元；以及一耦合电极，设置于所述壳体的所述第一表面或所述第二表面，所述感测面与所述耦合电极投影到所述壳体的所述第二表面的两个区域彼此不重迭，其中一耦合信号被提供至所述耦合电极并直接或间接耦合至一物体，使所述生物传感器的所述多个感测元用以感测一接触所述壳体的所述第二表面的所述物体的生物信息。

【技术实现步骤摘要】
生物传感器模块、组件、制造方法及使用其的电子设备
本专利技术是涉及一种主动隐藏式生物传感器模块、组件、制造方法及使用其的电子设备。
技术介绍
已知应用于人体皮肤的电容感测技术是可应用于例如感测手指纹路的指纹传感器或者作为电容触控的触控板或屏幕。特别是作为皮肤纹路的传感器，其与皮肤纹路接触的部分的基本结构为阵列型的感测元，亦即由数个相同的感测元组成了二维传感器，例如手指置放于其上时，手指纹路的纹峰(ridge)会与传感器直接接触，而手指纹路的纹谷(valley)则与传感器间隔一间隙，通过每一感测元与纹峰接触或与纹谷形成间隙，可以将手指纹路从二维电容图像撷取出来，这就是电容式皮肤纹路传感器的最基本原理。最常见的感测元结构，因为人体体内的导电特性，因此与传感器接触的皮肤可以视为一等电位(virtualground，虚拟接地)的电极板，而每一感测元为一平板电极，其与皮肤间便可以形成一电容，而位于两电极板间的材料除了手指皮肤表层的角质层外，另有一传感器保护层设置于感测电极之上，作为与皮肤接触。所述保护层为一单一绝缘层或多重绝缘层且必须具有耐环境腐蚀、耐力量冲击、耐磨耗及耐静电破坏等等特质。为了达到上述的保护层的特质，最直接的方法是增加保护层的厚度，即可以同时达到以上所有的要求。然而，太厚的保护层将导致很小的感测电容值，因而降低感测的灵敏度。图1显示一种传统的电容式指纹传感器500的结构示意图。如图1所示，传统的电容式指纹传感器500通常分成两阶段来制作。第一阶段是指纹感测芯片510的制作阶段，利用半导体制造工艺可以将多个感测元514及多个芯片焊垫515制作于半导体基板511上，然后将芯片保护层512制作于感测元514上，以提供保护及耐冲击的特性。第二阶段是封装阶段，将指纹感测芯片510置放于封装基板520上，通过打线的方式将多条连接线530焊接至芯片焊垫515及封装焊垫525上，然后利用封装保护层(或称模塑料(MoldingCompound)层)540封住连接线530及焊垫515、525，并且只有露出具有感测元阵列的区域，这种已知的封装方式，需要特殊的模具及方法，以保护感测元区域不被模塑料覆盖，并且需要特殊的机台才能制作，因此成本高。以现有的IC打线封装技术而言，芯片表面513到达封装面523的距离至少要100微米(um)以上。而以指纹传感器的500dpi规格为例，每一感测元514的面积约为50um×50um，以目前商用的模塑料的介电系数来计算，感测元的电容值约小于1fF，这是相当小的。若同时考量到封装基板、芯片等的厚度控制，这个距离更是会造成很大的误差。因此，传统的封装保护层540是不能覆盖于感测元514的上方，所以必须于第一阶段制作芯片保护层512，且芯片保护层512的厚度(约1至20微米)不能太厚，以免影响感测的结果。如此一来，除了上述成本高之外，对于传感器耐环境腐蚀、耐力量冲击、耐磨耗及耐静电破坏等等特质的要求，更是一大挑战。图2A显示一种传统的电容式指纹传感器600的局部感测电极的示意图。如图2A所示，电容式指纹传感器600的每一感测电极610除了与手指F间的感测电容Cf外，从感测电极610往芯片的内部看去，会存在一寄生电容Cp1。另外由于感测装置为阵列元件，具有多个感测元，所以每一感测电极610与周围各感测电极610之间也存在一寄生电容Cp2，这些寄生电容都是处于变动的状态。这种非固定的寄生电容会干扰量测，所以常常是造成无法达到高感测灵敏度的主因之一。此外，由于这种已知知技术的低灵敏度，目前大部分的指纹传感器都是嵌设于电子设备的外壳的开口中，所以不但影响美观，而且灰尘及脏污会卡在传感器与电子设备的交界处，让外观更显难看。如图2B所示，传统的行动电话2000若要装设有指纹传感器500，那么行动电话2000的外壳2010必须被挖开一个开口2015，且开口2015的上下侧必须要形成内凹的滑道2020，来引导手指接触这个指纹传感器500的晶片保护层512并进入感测区域。如此一来，整个行动电话2000的整体美观受到严重破坏，且指纹传感器500与开口2015之间的空隙2025也容易卡灰尘，影响美观及清洁。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种主动隐藏式生物传感器模块、组件、制造方法及使用其的电子设备，此生物传感器能被隐藏于电子设备的壳体中，藉以提供高感测灵敏度且不影响电子设备的外观。为达上述目的，本专利技术提供一种生物传感器模块，其包含一壳体、一生物传感器以及一耦合电极。壳体具有相对的一第一表面及一第二表面；生物传感器具有一感测面，感测面设置于壳体的第一表面，且感测面具有多个排列成阵列的感测元。耦合电极设置于壳体的第一表面或第二表面。感测面与耦合电极投影到壳体的第二表面的两个区域彼此不重迭。一耦合信号被提供至耦合电极并直接或间接将耦合信号耦合至一物体，使生物传感器的所述多个感测元用以感测一接触壳体的第二表面的物体的生物信息。本专利技术亦提供一种电子设备，其包含上述生物传感器模块、一显示器及一处理器。显示器装设于壳体，用来显示图片或资讯，以与一使用者进行互动。处理器设置在壳体中，并电连接至所述生物传感器及显示器，用于控制生物传感器及显示器的操作。本专利技术又提供一种生物传感器组件，其包含一软性电路板、一生物传感器、多条打线以及一封胶层。生物传感器包含一感测面、一非感测面、一凹陷平面、一侧面、多个连接垫、多个焊垫以及多条连接导线。感测面具有多个排列成阵列的感测元，用于感测生物信息。非感测面位于感测面反侧。非感测面设置于软性电路板上。凹陷平面位于感测面与非感测面之间。侧面连接所述感测面及该凹陷平面。连接垫位于感测面上。焊垫位于凹陷平面上。连接导线分别将所述多个连接垫连接至所述多个焊垫。所述多个打线分别焊接至所述多个焊垫及软性电路板的多个电连接部。封胶层覆盖所述多个打线、生物传感器及软性电路板。本专利技术又提供一种生物传感器组件的制造方法，包含以下步骤：于一硅基板上形成一电路元件区，电路元件区具有多个感测元及多个连接垫；于硅基板上形成一沟槽；在硅基板的电路元件区上面及沟槽上覆盖一绝缘保护层；在所述多个连接垫上方的绝缘保护层定义出多个窗口；在绝缘保护层上形成一金属层，金属层填满所述多个窗口而电连接至所述多个连接垫；对金属层进行图案化，以形成一沟槽及多条连接导线；沿着沟槽进行切割以形成多个感测晶片；以及将感测晶片进行打线及封装程序，以形成生物传感器组件。通过本专利技术的上述实施例，可以实现主动、隐藏式且具有高感测灵敏度的传感器，并将其应用于电子设备中，提供美观的外观，且能有效防止脏污卡在传感器与电子设备的壳体的交界处。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1显示一种传统的电容式指纹传感器的结构示意图。图2A显示一种传统的电容式指纹传感器的局部感测电极的示意图。图2B显示一种传统的行动电话的外观图。图3显示依据本专利技术第一应用例的电容式感测阵列装置的结构示意图。图4显示依据本专利技术第一应用例的电容式感测阵列装置的局部感测电极结构设计的示意图。图5显示依据本专利技术第一应用例的电容式感测阵列装置的单一感测元及其对应的感测电路的示意图。图6显示依据本专利技术第二应用例的电容式感测阵列装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器模块包含：一壳体，具有相对的一第一表面及一第二表面；一生物传感器，具有一感测面，所述感测面设置于所述壳体的所述第一表面，且所述感测面具有多个排列成阵列的感测元；以及一耦合电极，设置于所述壳体的所述第一表面或所述第二表面，所述感测面与所述耦合电极投影到所述壳体的所述第二表面的两个区域彼此不重迭，其中一耦合信号被提供至所述耦合电极并直接或间接耦合至一物体，使所述生物传感器的所述多个感测元用以感测一接触所述壳体的所述第二表面的所述物体的生物信息。

【技术特征摘要】
2012.10.12 TW 101137686;2012.11.21 TW 1011433691.一种生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器模块包含：一壳体，具有相对的一第一表面及一第二表面；一生物传感器，具有一感测面，所述感测面设置于所述壳体的所述第一表面，且所述感测面具有多个排列成阵列的感测元；一耦合电极，设置于所述壳体的所述第一表面或所述第二表面，所述感测面与所述耦合电极投影到所述壳体的所述第二表面的两个区域彼此不重迭；以及一软性电路板，电连接至所述生物传感器及所述该耦合电极，其中位于所述感测面反侧的所述生物传感器的一非感测面是安装于所述软性电路板上，所述非感测面无感测功能；其中，一耦合信号被提供至所述耦合电极并直接或间接耦合至一物体，使所述生物传感器的所述多个感测元用以感测一接触所述壳体的所述第二表面的所述物体的生物信息。2.如权利要求1所述的生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器更包含：一凹陷平面，位于所述感测面与所述非感测面之间；一侧面，连接所述感测面及所述凹陷平面；多个连接垫，位于所述感测面上；多个焊垫，位于所述凹陷平面上；以及多条连接导线，分别将所述多个连接垫连接至所述多个焊垫。3.如权利要求2所述的生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器模块更包含：多条打线，分别焊接至所述多个焊垫及所述软性电路板的多个电连接部；以及一封胶层，覆盖所述多个打线、所述生物传感器及所述软性电路板。4.如权利要求1所述的生物传感器模块，其特征是，所述壳体具有一凹部，所述生物传感器是埋入至所述凹部中。5.如权利要求1所述的生物传感器模块，其特征是，所述耦合电极位于所述壳体的所述第二表面，而所述物体直接耦合至所述耦合电极。6.如权利要求1所述的生物传感器模块，其特征是，所述耦合电极位于所述壳体的所述第一表面，而所述物体间接耦合至所述耦合电极。7.如权利要求6所述的生物传感器模块，其特征是，所述耦合电极是设置于所述软性电路板与所述壳体之间。8.如权利要求6所述的生物传感器模块，其特征是，所述壳体为一触控显示器的一上层，所述壳体的所述第一表面上形成有多个触控电极及所述耦合电极。9.如权利要求8所述的生物传感器模块，其特征是，所述生物传感器模更包含一感测电路晶片，其中所述多个触控电极与所述多个感测元具有相同的材料且同时形成，所述多个触控电极的尺寸及节距大于所述多个感测元的尺寸及节距，且所述多个触控电极与所述多个感测元电连接至所述感测电路晶片，所述感测电路晶片提供所述耦合信号至所述耦合电极。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：周正三，
申请(专利权)人：周正三，
类型：发明
国别省市：