一種指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備，屬于生物特征識(shí)別領(lǐng)域。該指紋識(shí)別裝置包括：指紋傳感器芯片，其包括指紋傳感器和指紋控制器，所述指紋傳感器包括驅(qū)動(dòng)電極、感應(yīng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感應(yīng)電極交叉形成感應(yīng)點(diǎn)陣列，所述驅(qū)動(dòng)電極接收指紋控制器發(fā)送的用于調(diào)制所述指紋傳感器的射頻信號(hào)；信號(hào)增強(qiáng)芯片，其與所述指紋傳感器芯片電連接，用于增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。本實(shí)用新型提供的指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備能夠在提高指紋識(shí)別的精度的同時(shí)降低成本。
【專利說明】
一種指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及生物特征識(shí)別技術(shù)，尤其涉及一種指紋傳感器及包含其的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]人體某些生物特征(如指紋、掌紋等)是人體獨(dú)一無二的特征，并且它們的復(fù)雜程度可提供足夠的特征用于識(shí)別。
[0003]指紋/掌紋識(shí)別技術(shù)是目前最成熟且價(jià)格最低廉的生物特征識(shí)別技術(shù)。其中，指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，如門禁、筆記本電腦、手機(jī)、汽車、銀行支付等電子設(shè)備上均可應(yīng)用指紋識(shí)別技術(shù)。
[0004]如何使得指紋傳感器用在移動(dòng)電子設(shè)備，如智能手機(jī)等，且所感應(yīng)到的影像更加清晰及提高指紋識(shí)別的效率為業(yè)界持續(xù)研究的課題。
[0005]圖1示出現(xiàn)有指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，包括指紋傳感器芯片110、金屬材料邊框120、指紋控制器130、指紋感應(yīng)區(qū)140、主控芯片信號(hào)接口 150和涂層160?，F(xiàn)有的指紋識(shí)別裝置，通過在指紋傳感器芯片110的外邊緣處環(huán)繞設(shè)置金屬材料邊框120，且所述金屬材料邊框120電連接至所述指紋傳感器芯片110，當(dāng)用戶的手指接觸所述指紋傳感器芯片110的指紋感應(yīng)區(qū)140的同時(shí)能夠接觸到所述金屬材料邊框120。手指與金屬材料邊框的充分接觸，使得接觸阻抗小，這樣通過金屬材料邊框120及手指?jìng)魉椭林讣y感應(yīng)區(qū)140的信號(hào)衰減小，使得所述芯片感應(yīng)到的指紋影像清晰。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中的主動(dòng)式指紋傳感器包括指紋傳感器芯片上的電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列和金屬材料邊框。電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列的電壓沒有直接被驅(qū)動(dòng)或者調(diào)制，而是由驅(qū)動(dòng)放大器調(diào)制金屬材料邊框，從而激勵(lì)手指，并且由于手指的電壓電勢(shì)隨著金屬材料邊框的調(diào)制而改變，因此隨著金屬材料邊框被調(diào)制，在電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列的每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)處的電壓和/或電荷改變。
[0007]在這種傳感器中，施加至金屬材料邊框的電壓可能是有限的。通常，金屬材料邊框電壓不超過4伏的峰-峰電壓。超過此電壓可能將手指激勵(lì)到過高的電壓;而過度的激勵(lì)用戶手指會(huì)產(chǎn)生“刺痛”或者不舒服的感覺。雖然人可感測(cè)到刺痛的精確電壓隨著人的不同而變化，但是4伏的峰-峰電壓通常被視為閾值，超過該閾值可注意到這種感覺。
[0008]由于限制金屬材料邊框的電壓以避免用戶感知，因此覆蓋傳感器的任意涂層或者蓋玻璃的厚度也可以是有限的。傳感器板和手指之間的涂層或者蓋玻璃越厚，產(chǎn)生的電容變得越衰減且指紋圖像變得越模糊。對(duì)于具有大約100微米的厚度或者大于大約100微米的涂層或者蓋玻璃來說，指紋圖像可能變得不可靠，而在通常的電子設(shè)備的蓋玻璃應(yīng)用來說，其厚度均有一個(gè)下限值，如果低于此下限值，屏幕容易壓壞或者摔碎。
[0009]同時(shí)，由于所述金屬材料邊框的材質(zhì)一般為銅或銀，其價(jià)格昂貴并且增加了電子設(shè)備的重量。并且所述金屬材料邊框一般通過蝕刻的方式或電鍍的方式形成于所述接觸面板的外表面，制作工藝復(fù)雜，并進(jìn)一步增加了電子設(shè)備的成本。
[0010]因此，需要一種新的指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備。
[0011]在所述【背景技術(shù)】部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本實(shí)用新型的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型提供一種指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備，能夠在提高指紋識(shí)別的精度的同時(shí)降低成本。
[0013]本實(shí)用新型還提供一種包含所述指紋識(shí)別裝置的電子設(shè)備。
[0014]本實(shí)用新型的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本實(shí)用新型的實(shí)踐而習(xí)得。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種指紋識(shí)別裝置，包括:指紋傳感器芯片，其包括指紋傳感器和指紋控制器，所述指紋傳感器包括驅(qū)動(dòng)電極、感應(yīng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感應(yīng)電極交叉形成感應(yīng)點(diǎn)陣列，所述驅(qū)動(dòng)電極接收指紋控制器發(fā)送的用于調(diào)制所述指紋傳感器的射頻信號(hào);信號(hào)增強(qiáng)芯片，其與所述指紋傳感器芯片電連接，用于增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，還包括環(huán)繞所述指紋傳感器芯片設(shè)置的非金屬材料邊框。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述指紋傳感器芯片采用無邊框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片為包括信號(hào)放大器。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片包括電壓升壓電路，用于提供升壓電壓增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述升壓電壓的范圍為OV至15V。
[0021]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述升壓電壓的峰值為5V。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括主控芯片信號(hào)接口，用于與應(yīng)用所述指紋識(shí)別裝置的電子設(shè)備的主控芯片電連接。
[0023]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括電平轉(zhuǎn)換器，用于匹配所述信號(hào)增強(qiáng)芯片的SPI管腳之間的不同電平。
[0024]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，還包括涂層，所述涂層涂覆于所述指紋傳感器芯片之上。
[0025]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述涂層包括玻璃、陶瓷和藍(lán)寶石中的任意一種。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，一種電子設(shè)備，包括上述任一所述指紋識(shí)別裝置。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，還包括控制按鈕，所述指紋識(shí)別裝置設(shè)置于所述電子設(shè)備的所述控制按鈕之下。
[0028]根據(jù)本實(shí)用新型的指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備，通過采用信號(hào)增強(qiáng)芯片增強(qiáng)射頻信號(hào)的發(fā)射功率，增加所述指紋傳感器的信噪比，能夠在不采用金屬材料邊框的情況下獲得清晰的指紋影像，降低了生產(chǎn)成本，并簡化了制作工藝。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本實(shí)用新型。
【附圖說明】
[0030]通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施例，本實(shí)用新型的上述和其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。
[0031 ]圖1示出現(xiàn)有指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例第一實(shí)施方式指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖3示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例第二實(shí)施方式的指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖4示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例第三實(shí)施方式的指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例;相反，提供這些實(shí)施方式使得本實(shí)用新型將更加全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖僅為本實(shí)用新型的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。
[0036]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以實(shí)踐本實(shí)用新型的技術(shù)方案而省略所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)、方法、裝置、實(shí)現(xiàn)、材料或者操作以避免喧賓奪主而使得本實(shí)用新型的各方面變得模糊。
[0037]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0038]指紋識(shí)別技術(shù)已變得廣泛使用，并且常常用來提供對(duì)電子設(shè)備和/或數(shù)據(jù)的安全訪問。一般來說，電容式指紋傳感器可用來通過測(cè)量經(jīng)過電容式傳感器的每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電容來確定指紋圖像。電容越高，相鄰或者上面的手指的表面距離電容式感應(yīng)點(diǎn)越近。因而，相比指紋谷下面的電容式感應(yīng)點(diǎn)，在指紋脊下面的電容式感應(yīng)點(diǎn)提供更高的電容。
[0039]電容式指紋傳感器至少存在兩種形式，S卩主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)電容式傳感器常用于電子設(shè)備，以提供用戶的生物特征安全性和識(shí)別。
[0040]主動(dòng)式電容式傳感器初始激勵(lì)被感測(cè)的手指的表皮。表皮的電容在每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)處測(cè)量。例如，通過在電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列的調(diào)制頻率的低電壓階段和高電壓階段期間測(cè)量電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓和/或電荷，可測(cè)量出或確定出電容。電壓差可用來確定電容。
[0041]圖2示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例第一實(shí)施方式指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0042]如圖2所示，該裝置包括:指紋傳感器芯片210，其包括指紋傳感器220和指紋控制器230，所述指紋傳感器220包括驅(qū)動(dòng)電極250、感應(yīng)電極240以及由所述驅(qū)動(dòng)電極250和所述感應(yīng)電極240交叉形成的感應(yīng)點(diǎn)陣列，所述驅(qū)動(dòng)電極250接收所述指紋控制器230發(fā)送的用于調(diào)制所述指紋傳感器220的射頻信號(hào);信號(hào)增強(qiáng)芯片260，其與所述指紋傳感器芯片210電連接，用于增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。
[0043]根據(jù)示例實(shí)施例，該裝置還包括環(huán)繞所述指紋傳感器芯片設(shè)置的非金屬材料邊框。
[0044]根據(jù)示例實(shí)施例，所述指紋傳感器芯片采用無邊框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0045]根據(jù)示例實(shí)施例，所述指紋傳感器為電容式指紋傳感器，相應(yīng)的所述感應(yīng)點(diǎn)為電容式感應(yīng)點(diǎn)，所述電容式感應(yīng)點(diǎn)的陣列可按照各種頻率進(jìn)行調(diào)制。所述電容式感應(yīng)點(diǎn)可在高電壓期間并且再在低電壓期間測(cè)量所有電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓。所述指紋傳感器芯片還包括調(diào)制器，所述調(diào)制器可根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)來控制電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列的調(diào)制或振蕩。在射頻信號(hào)周期的高和低部分期間所測(cè)量的、電容式感應(yīng)點(diǎn)電壓和/或電荷之間的差允許所述指紋傳感器芯片的所述指紋控制器確定每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)和手指的下面部分之間的電容以及因而確定該電容。從每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電容，可感測(cè)、測(cè)量和重建指紋。
[0046]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片可以將所述指紋傳感器芯片的驅(qū)動(dòng)電極的輸出電平拉升至例如5V或者更高的電壓處，從而可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)所述射頻信號(hào)的目的。
[0047]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片包括信號(hào)放大器。
[0048]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)放大器可以包括第一信號(hào)放大器和第二信號(hào)放大器。所述第一信號(hào)放大器提升驅(qū)動(dòng)所述指紋傳感器芯片的電壓，達(dá)到增強(qiáng)所述射頻信號(hào)的目的，該指紋傳感器芯片例如具有調(diào)制電壓的特定用途集成電路(ASIC)，以引起所述指紋傳感器和用戶手指之間的相對(duì)電壓。所述第二信號(hào)放大器可提供升壓電壓和電流值至所述指紋傳感器芯片，以便所述指紋傳感器芯片可根據(jù)所述第一和所述第二信號(hào)放大器之間的相對(duì)電壓差進(jìn)行操作。所述第二信號(hào)放大器可以與所述第一信號(hào)放大器同步提供調(diào)制電壓，從而使得所述第一和第二放大器的輸出之間的相對(duì)電壓大致恒定。所述第一和第二信號(hào)放大器可通過電容器連接，這可幫助放大器將所述第一和第二信號(hào)放大器輸出之間的相對(duì)電壓保持恒定。
[0049]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片包括電壓升壓電路，用于提供升壓電壓增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。例如，所述電壓升壓電路可以是電感式升壓電路。
[0050]根據(jù)示例實(shí)施例，所述升壓電壓的范圍為OV至15V。
[0051]根據(jù)示例實(shí)施例，所述升壓電壓的峰值為5V。這里選擇5伏的升壓電壓是因?yàn)楹蚒SB接口容易匹配，方便取得。
[0052]電容式感應(yīng)點(diǎn)處的信號(hào)差可用來映射指紋。指紋識(shí)別裝置的分辨率可隨著電容式感應(yīng)點(diǎn)密度、指紋識(shí)別裝置的表面和手指之間的距離以及覆蓋指紋識(shí)別裝置的涂層的厚度而變化。一般來說，隨著涂層厚度增加，手指和指紋識(shí)別裝置之間的電容變得越來越衰減，并且因此信號(hào)差也可以衰減?？赏ㄟ^在手指和所述指紋傳感器芯片之間施加更高的相對(duì)電壓變化來解決這種衰減，導(dǎo)致在所述指紋傳感器芯片更高的可檢測(cè)信號(hào)。
[0053]通過向所述指紋傳感器芯片驅(qū)動(dòng)更高的電壓，指紋識(shí)別裝置與手指之間的電容耦合可補(bǔ)償涂層的厚度。通過按照這種形式增加電壓，手指和所述指紋傳感器芯片的電容式感應(yīng)點(diǎn)之間的電容可以增大，從而獲得指紋的更好的分辨率和成像。傳感器可以在諸如5伏、10伏、15伏的峰-峰或更多之類的較高電壓處驅(qū)動(dòng)，而不引起用戶手指或手中的任意物理感知。這可通過將金屬材料邊框替換為本實(shí)用新型實(shí)施例中的非金屬材料邊框甚至無邊框來實(shí)現(xiàn)，而所述指紋傳感器芯片的感應(yīng)點(diǎn)陣列利用更高的峰-峰電壓信號(hào)來調(diào)制。
[0054]每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)可電容耦接至手指的在電容式感應(yīng)點(diǎn)上面的一部分，即手指與所述指紋傳感器芯片的手指接觸點(diǎn):上面的手指部分和電容式感應(yīng)點(diǎn)之間的距離確定這兩者之間的電容并因而確定在電容式感應(yīng)點(diǎn)處記錄的信號(hào)。隨著距離減小，信號(hào)增大。每個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)也電容耦接至其它鄰近的上面的手指部分，并且隨著距離增加，這造成模糊效果，其降低直接在手指脊和手指谷之下的電容式感應(yīng)點(diǎn)的總信號(hào)差。
[0055]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括主控芯片信號(hào)接口，用于與應(yīng)用所述指紋識(shí)別裝置的電子設(shè)備的主控芯片電連接。
[0056]根據(jù)示例實(shí)施例，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括電平轉(zhuǎn)換器，用于匹配所述信號(hào)增強(qiáng)芯片的SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口)管腳之間的不同電平。SPI是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便。
[0057]根據(jù)不例實(shí)施例，所述SPI管腳的一端M0SI(SPIBus Master Output/SlaveInput，SPI總線主輸出/從輸入)可以是1.8V，一端MOSI可以是3.3V，所述電平轉(zhuǎn)換器讓信號(hào)能夠在1.8V及3.3V傳導(dǎo)。
[0058]根據(jù)示例實(shí)施例，所述電感式升壓電路用于提供例如是5V的指紋識(shí)別裝置。所述電感式升壓電路可以包括晶體管、電感器、定時(shí)塊、二極管。時(shí)鐘信號(hào)可由定時(shí)塊接收。在由定時(shí)塊接收之前，時(shí)鐘信號(hào)可提供給所述電平轉(zhuǎn)換器。所述電平轉(zhuǎn)換器用來改變時(shí)鐘信號(hào)的大小，其中例如定時(shí)塊可用于所述指紋傳感器芯片在不同的電源域中操作。
[0059]晶體管可用作傳遞晶體管。例如，晶體管可在時(shí)鐘信號(hào)提供給定時(shí)塊時(shí)開啟。因此，由定時(shí)塊提供至晶體管的柵極的信號(hào)可指示時(shí)鐘信號(hào)的存在或不存在。按照這種方式，晶體管可在指紋傳感器芯片激活時(shí)開啟，且在指紋傳感器芯片未激活時(shí)關(guān)斷。由定時(shí)塊提供至晶體管的柵極的信號(hào)可通過可選柵極驅(qū)動(dòng)器電路來提供。當(dāng)晶體管開啟時(shí)，電源電壓(例如，在一些實(shí)施例中為1.8伏)可提供至電感器，以允許電感器存儲(chǔ)能量。電感器可將電容器充電至升壓電壓，例如大于電源電壓的電壓。在一些實(shí)施例中，電感器提供5伏的升壓電壓。
[0060]在一些實(shí)施例中，使電感器直接耦接至提供升壓電壓的節(jié)點(diǎn)是不利的。例如，第一電感器可接著耦接至寄生電容。寄生電容可代表例如指紋傳感器芯片和接地之間的電容，并且可以包括經(jīng)過觸摸指紋傳感器的用戶身體的電容。當(dāng)?shù)谝浑姼衅黢罱又良纳娙輹r(shí)，升壓的電壓(例如，升壓電壓)信號(hào)可能出現(xiàn)振蕩。為了最小化或者消除振蕩，可提供第二晶體管。當(dāng)?shù)诙w管開啟時(shí)，可有利地將來自第二電感器的電流轉(zhuǎn)移以減弱可能發(fā)生的振蕩。因此，定時(shí)塊可將時(shí)鐘信號(hào)的延遲版本的版本提供給第二晶體管的柵極。時(shí)鐘信號(hào)可通過定時(shí)塊延遲足夠的量，從而使得當(dāng)?shù)诙w管開啟時(shí)，升壓電壓已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)電壓(例如，5伏)。
[0061]按照這種方式，電感式升壓電路可用來提供升壓電壓(例如，5伏)。升壓電壓可提供給指紋傳感器芯片，用于調(diào)制該傳感器。升壓電壓本身可提供為具有一頻率的調(diào)制信號(hào)，該頻率可與系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同。
[0062]根據(jù)示例實(shí)施例，還可以包括低壓差穩(wěn)壓器，用于提供恒定電源電壓給所述指紋傳感器芯片(例如，1.8伏)。
[0063]在空閑狀態(tài)期間，指紋傳感器芯片可以以相對(duì)低的電源狀態(tài)進(jìn)行操作。當(dāng)芯片檢測(cè)到位于電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列之上的手指時(shí)，其可啟動(dòng)掃描操作。例如，芯片可通過測(cè)量該陣列的一個(gè)或多個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)相對(duì)于其接地的電容變化來檢測(cè)附近的手指。這可導(dǎo)致該芯片開始掃描操作。掃描操作一般可包括:在陣列的低電壓狀態(tài)期間讀取一個(gè)或多個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓或者電荷或者讀取傳感器芯片接地，驅(qū)動(dòng)陣列或者傳感器芯片接地至高電壓，以及再次讀取一個(gè)或多個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓或者電荷。掃描操作可根據(jù)示例實(shí)施例包括:在陣列或者傳感器芯片接地的高電壓狀態(tài)期間讀取一個(gè)或多個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓或者電荷，將電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列或者傳感器芯片接地驅(qū)動(dòng)至低電壓，并且再次讀取一個(gè)或多個(gè)電容式感應(yīng)點(diǎn)的電壓或者電荷。電容式感應(yīng)點(diǎn)可由調(diào)制器在低和高電壓狀態(tài)之間以相對(duì)尚的頻率進(jìn)彳丁調(diào)制。
[0064]根據(jù)示例實(shí)施例，還包括涂層，所述涂層涂覆于所述指紋傳感器芯片之上。所述涂層用于指紋輸入，且其可以通過黏合層和所述指紋傳感器芯片貼合。所述涂層的材料可以為透明或非透明的塑料或玻璃等非導(dǎo)電材料。所述涂層的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，可以為正方形、矩形、圓形等其他形狀。
[0065]根據(jù)示例實(shí)施例，所述黏合層為透明光學(xué)膠，如OCA光學(xué)膠或透明UV膠等。具體本實(shí)施例中使用OCA光學(xué)膠，厚度25μπι，以降低整體裝置的厚度。
[0066]根據(jù)示例實(shí)施例，所述涂層包括玻璃、陶瓷和藍(lán)寶石中的任意一種。
[0067]圖3示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例實(shí)施方式的指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0068]如圖3所示，所述指紋識(shí)別裝置無邊框，包括指紋傳感器芯片310、無邊框320(圖中虛線所示)、指紋控制器330、信號(hào)增強(qiáng)芯片340、主控芯片信號(hào)接口 350和涂層360。
[0069]根據(jù)示例實(shí)施例，所述指紋傳感器包括:基材襯底、導(dǎo)電電路及引線。
[0070]所述導(dǎo)電電路形成于所述基材襯底上，所述導(dǎo)電電路包括第一導(dǎo)電層、電介質(zhì)層及第二導(dǎo)電層。
[0071]根據(jù)示例實(shí)施例，為了降低所述指紋識(shí)別裝置的整體厚度，所述基材襯底的厚度不大于200μηι，所述電介質(zhì)層的厚度小于50μηι。
[0072]所述第一導(dǎo)電層，包括多個(gè)相互絕緣分布的第一電極。根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例，其中，多個(gè)所述第一電極之間可以平行分布，且多個(gè)所述第一電極之間可以等間距分布。
[0073]所述第二導(dǎo)電層，位于所述第一導(dǎo)電層之下，包括多個(gè)相互絕緣分布的所述第二電極。其中，多個(gè)所述第二電極之間可以平行分布，且多個(gè)所述第二電極之間可以等間距分布。
[0074]所述第一電極在所述第二電極所在的平面上的投影與所述第二電極交叉，例如所述第一電極在所述第二電極所在的平面上的投影可以與所述第二電極垂直交叉，從而在各個(gè)交疊處形成多個(gè)感應(yīng)點(diǎn)。所述導(dǎo)電電路的導(dǎo)電圖案在本實(shí)用新型中不作限制，例如所述第一電極在所述第二電極所在的平面上的投影也可以與第二電極不垂直，構(gòu)成菱形導(dǎo)電圖案等。
[0075]所述第一電極與所述第二電極的導(dǎo)電材料可以相同，也可以不同。例如可以為氧化煙錫(ITO)、石墨烯、碳納米管，或者也可以為金、銀、銅、鋁和鋅中的一種或幾種的合金，還可以為上述金屬與有機(jī)粘結(jié)劑的混合物。
[0076]所述第一導(dǎo)電層和/或所述第二導(dǎo)電層的厚度可以為20nm?20um，其制作工藝可以采用鍍膜、激光鐳射、黃光工藝等方式，也可以采用傳統(tǒng)的印刷方式，如凹版或凸版印刷，本實(shí)用新型不限于此。
[0077]所述電介質(zhì)層夾設(shè)于所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層之間，以使所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層之間絕緣。所述電介質(zhì)層的材料例如可以為樹脂薄膜基材、聚對(duì)笨二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、環(huán)烯烴類共聚物(C0C)、環(huán)烯烴聚合物(COP)等有機(jī)樹脂材料，也可以為玻璃、藍(lán)寶石等無機(jī)材料，本實(shí)用新型不限于此。
[0078]本實(shí)施例的指紋傳感器，利用互相分離的第一電極與第二電極形成電容，根據(jù)電容變化而感測(cè)形成指紋圖案，不需要利用CMOS半導(dǎo)體工藝在硅基材襯底上形成指紋傳感器，從而可以避免使用單晶硅基板，降低了成本。
[0079]所述引線用以將多個(gè)所述第一電極及多個(gè)所述第二電極與指紋控制器連接。所述電介質(zhì)層的邊緣-不可見區(qū)域內(nèi)開設(shè)有網(wǎng)格狀凹槽，所述引線收容于網(wǎng)格狀凹槽中。同時(shí)，所述引線可通過絲網(wǎng)印刷或噴墨打印，以在所述電介質(zhì)層表面上形成凸起網(wǎng)格狀導(dǎo)電線或?qū)щ娋€段。凸起網(wǎng)格狀導(dǎo)電線或?qū)щ娋€段的最小寬度可以為ΙΟμπι?200μηι，高度可以為5μηι?1um0
[0080]網(wǎng)格狀凹槽和網(wǎng)格狀凹槽的寬度為0.2μπι?5μπι，深度為2μπι?6μπι，且深度和寬度的比值大于I。網(wǎng)格狀凹槽的網(wǎng)格形狀為規(guī)則或者不規(guī)則的網(wǎng)格，網(wǎng)格狀凹槽的網(wǎng)格形狀可以為正六邊形、正方形、菱形、矩形、平行四邊形、曲邊四邊形或隨機(jī)網(wǎng)格中的任意一種。對(duì)應(yīng)的，所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感應(yīng)電極的網(wǎng)格形狀可以為正六邊形、正方形、菱形、矩形、平行四邊形、曲邊四邊形或隨機(jī)網(wǎng)格形狀。
[0081]采用上述的雙層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，每個(gè)第一電極及每個(gè)第二電極分別一一連接一根引線。因采用了引線連接方式，與所述引線連接的所述指紋控制器通過感應(yīng)每個(gè)感應(yīng)點(diǎn)的電容變化大小而進(jìn)行判斷指紋脊或谷以形成指紋圖案時(shí)，對(duì)感應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行定位及計(jì)算。
[0082]與所述引線連接的所述指紋控制器在通過不同感應(yīng)點(diǎn)的電容值變化來形成指紋圖案時(shí)，因?yàn)殡娙菖c感應(yīng)點(diǎn)面積正相關(guān)，可以根據(jù)感應(yīng)點(diǎn)面積計(jì)算出不同感應(yīng)點(diǎn)的電容值大小對(duì)各感應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。
[0083]當(dāng)手指按壓感應(yīng)模塊時(shí)，根據(jù)上述方法，分別定位手指按壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的不同感應(yīng)點(diǎn)，然后再依次對(duì)該不同感應(yīng)點(diǎn)處的電容值變化進(jìn)行計(jì)算。
[0084]本實(shí)施方式中所述的指紋識(shí)別裝置的其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)類似，在此不再贅述。
[0085]圖4示意性示出根據(jù)本實(shí)用新型示例實(shí)施方式的指紋識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0086]如圖4所示，該裝置包括指紋傳感器芯片410、非金屬材料邊框420、指紋控制器430、信號(hào)增強(qiáng)芯片440、主控芯片信號(hào)接口 450和涂層460。
[0087]所述指紋識(shí)別裝置包括所述指紋傳感器芯片410，所述指紋傳感器芯片410包括指紋傳感器(圖中未示出)和所述指紋控制器430，也包括了非金屬材料邊框420。在操作期間，所述指紋傳感器芯片提供的傳感器可使用較高的電壓來進(jìn)行調(diào)制，例如5V的峰-峰電壓，其中，5V的峰-峰電壓可由所述指紋控制器提供。
[0088]所述指紋控制器可提供調(diào)制的高電壓信號(hào)(大于4V)給所述指紋傳感器芯片用于調(diào)制傳感器。而非金屬材料邊框可以使得該電壓不會(huì)由觸摸非金屬材料邊框的用戶感受至IJ，但在大小上與提供給傳感器的電壓具有足夠的差，以便為指紋感測(cè)提供適合的信噪比。
[0089]應(yīng)該理解，非金屬材料邊框不與電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列一起進(jìn)行調(diào)制。相反，非金屬材料邊框的電勢(shì)可以在系統(tǒng)接地處保持恒定或者非常接近于系統(tǒng)接地。這可有助于防止或降低手指的激勵(lì)和/或調(diào)制，這又允許使用較高的電壓來驅(qū)動(dòng)電容式感應(yīng)點(diǎn)陣列。
[0090]根據(jù)示例實(shí)施例，所述指紋傳感器可以采用上述的雙層導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，每個(gè)第一電極及每個(gè)第二電極分別一一連接一根引線。設(shè)置所述第一電極為感應(yīng)電極，設(shè)置所述第二電極為驅(qū)動(dòng)電極使用時(shí)，所述第一電極與所述第二電極之間形成互電容。此時(shí)所述第一電極和所述第二電極交叉的地方將會(huì)形成電容，也即所述第一電極和所述第二電極分別構(gòu)成了電容的兩極。當(dāng)手指按壓到所述指紋識(shí)別裝置時(shí)，影響了各交叉點(diǎn)兩個(gè)電極之間的耦合，從而改變了電極之間的電容量。在檢測(cè)電容變化時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電極依次發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述感應(yīng)電極同時(shí)接收信號(hào)，這樣可以得到所有第一電極和第二電極交匯點(diǎn)處的電容值大小，根據(jù)二維電容變化量數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出每一個(gè)觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)再根據(jù)電容值的變化量判斷各坐標(biāo)處對(duì)應(yīng)的是手指紋的脊或谷。此時(shí)其工作原理為:
[0091]所述第一電極與所述第二電極初始形成一電容值C，在手指觸摸時(shí)手指帶走部分電容從而使得初始電容C減小至C’，且c’ <c，所述指紋控制器再根據(jù)電容值變化進(jìn)行判斷對(duì)應(yīng)位置的指紋為脊或谷。例如初始Cl = 1000，C2 = 1200;手指觸摸后對(duì)應(yīng)的電容變?yōu)镃I，=100，02’=900，則厶(:1 = 900，厶02 = 300。則外部電路可以有效區(qū)分(:1和02，并同時(shí)判斷如果AC大于或等于一閾值，例如500，則對(duì)應(yīng)指紋為脊;如果AC小于該閾值，則對(duì)應(yīng)指紋為谷。
[0092]手指在與所述指紋識(shí)別裝置接觸時(shí)，凸脊處和凹谷處實(shí)際距離不同表現(xiàn)為產(chǎn)生的電容值不同，且其量值在皮法(PF)級(jí)別，因而其傳送的電流信號(hào)也存在差異，將這些微弱的電流信號(hào)差異通過所述指紋傳感器芯片進(jìn)行放大，以此判斷指紋的凸脊處和凹谷處，各感應(yīng)點(diǎn)檢測(cè)本感應(yīng)點(diǎn)內(nèi)的電流信號(hào)，并將這些電流信號(hào)傳送至所述指紋傳感器芯片，根據(jù)電流信號(hào)的差異，探測(cè)出凸脊和凹谷的位置，從而勾勒出人手指的紋路脈絡(luò)，然后通過與預(yù)存儲(chǔ)的指紋進(jìn)行比對(duì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身份的鑒定。
[0093]由于人指紋凸脊寬度和凹谷處寬度均大致在150-300μπι之間，在本實(shí)用新型中，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極的最大寬度不大于ΙΟΟμπι，可以保證單個(gè)感應(yīng)點(diǎn)內(nèi)能夠感測(cè)到脊線或者凹谷的數(shù)量不大于I個(gè)，從而保證同一檢測(cè)坐標(biāo)只能對(duì)應(yīng)一條脊線或者一條凹谷的位置;且相鄰驅(qū)動(dòng)電極之間的距離以及相鄰感應(yīng)電極之間的距離均不大于ΙΟΟμπι。當(dāng)手置于指紋輸入模塊上時(shí)，相鄰驅(qū)動(dòng)電極和相鄰感應(yīng)電極之間的距離均小于ΙΟΟμπι，即各相鄰感應(yīng)點(diǎn)之間的距離小于ΙΟΟμπι，這樣保證同時(shí)可以有2-5個(gè)感應(yīng)點(diǎn)感應(yīng)出不同電容信號(hào)以確定脊線或者凹谷的位置，相比原有單個(gè)單元反映凸脊或者凹谷位置的模式，能夠準(zhǔn)確感測(cè)指紋的輸入信號(hào)，提高指紋之別裝置的精確度和靈敏度。
[0094]本實(shí)施方式中所述的指紋識(shí)別裝置的其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)類似，在此不再贅述。
[0095]—種電子設(shè)備，包括上述任一所述指紋識(shí)別裝置。
[0096]根據(jù)示例實(shí)施例，還包括控制按鈕，所述指紋識(shí)別裝置設(shè)置于所述電子設(shè)備的所述控制按鈕之下。
[0097]根據(jù)示例實(shí)施例，所述電子設(shè)備包括外框，所述指紋傳感器芯片、信號(hào)增強(qiáng)芯片、無邊框或者所述非金屬材料邊框集成在一個(gè)封裝模塊中且安裝在所述外框的開窗處。所述涂層的外表面露于電子設(shè)備的外部，以供使用者的手指接觸。
[0098]根據(jù)示例實(shí)施例，所述電子設(shè)備可以是移動(dòng)電話、平板計(jì)算設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理、桌面式計(jì)算機(jī)、便攜式媒體播放器等等。所述指紋識(shí)別裝置可置于諸如電子設(shè)備的控制按鈕之類的輸入機(jī)構(gòu)之下。根據(jù)示例實(shí)施例，所述傳感器板可置于所述電子設(shè)備的顯示屏幕的一部分之下、設(shè)備外殼的側(cè)壁或其它部分之下等等。實(shí)質(zhì)上，所述電子設(shè)備外殼的任意部分可容納所述指紋傳感器。
[0099]根據(jù)示例實(shí)施例，所述指紋傳感器芯片可位于所述控制按鈕之下。墨水層和/或粘結(jié)劑可置于所述控制按鈕的底表面和所述指紋傳感器芯片的頂表面之間。粘結(jié)劑可將芯片結(jié)合到例如控制按鈕上。一個(gè)或多個(gè)焊球可將所述指紋傳感器芯片附到柔性電路上。焊球可以一般置于所述指紋傳感器芯片的中央附近以降低由于應(yīng)力導(dǎo)致的裂開的可能性。
[0100]在一些實(shí)施例中，指紋控制器和指紋傳感器芯片可被提供為單一芯片或者分布在不同數(shù)目的芯片之間。亦可使用外部組件，例如，ASIC可用作指紋控制器。ASIC亦可向和從電子設(shè)備的主控芯片傳遞數(shù)據(jù)。
[0101]由上可知，本實(shí)用新型提供的指紋識(shí)別裝置可以被設(shè)置于電子設(shè)備或其他設(shè)備的結(jié)構(gòu)或外殼中，如設(shè)置于手機(jī)或平板電腦的按鍵(即所述控制按鈕)中，用于鎖定或解鎖電子設(shè)備。此時(shí)，指紋識(shí)別裝置位于所述電子設(shè)備的不可見區(qū)域，則其涂層可以為非透明的絕緣材料。此外，所述指紋識(shí)別裝置也可以配置于所述電子設(shè)備等的可視區(qū)，即與電子設(shè)備的顯示元件配合使用，用于電子設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行過程中的身份認(rèn)證，如銀行賬戶安全驗(yàn)證，則其涂層為透明的絕緣材料。
[0102]本實(shí)施方式中所述的指紋識(shí)別裝置的其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式中所述的結(jié)構(gòu)類似，在此不再贅述。
[0103]本實(shí)用新型公開的指紋識(shí)別裝置及包含其的電子設(shè)備，具有以下技術(shù)效果:通過采用信號(hào)增強(qiáng)芯片增強(qiáng)射頻信號(hào)的發(fā)射功率，增加所述指紋傳感器的信噪比，能夠在不采用金屬材料邊框的情況下獲得清晰的指紋影像，降低了生產(chǎn)成本，并簡化了制作工藝。
[0104]以上具體地示出和描述了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施方式。應(yīng)可理解的是，本實(shí)用新型不限于這里描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、設(shè)置方式或?qū)崿F(xiàn)方法;相反，本實(shí)用新型意圖涵蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效設(shè)置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種指紋識(shí)別裝置，其特征在于，包括: 指紋傳感器芯片，其包括指紋傳感器和指紋控制器，所述指紋傳感器包括驅(qū)動(dòng)電極、感應(yīng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感應(yīng)電極交叉形成感應(yīng)點(diǎn)陣列，所述驅(qū)動(dòng)電極接收指紋控制器發(fā)送的用于調(diào)制所述指紋傳感器的射頻信號(hào)； 信號(hào)增強(qiáng)芯片，其與所述指紋傳感器芯片電連接，用于增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，還包括環(huán)繞所述指紋傳感器芯片設(shè)置的非金屬材料邊框。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述指紋傳感器芯片采用無邊框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片包括信號(hào)放大器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片包括電壓升壓電路，用于提供升壓電壓增強(qiáng)所述射頻信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述升壓電壓的范圍為OV至15V。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述升壓電壓的峰值為5V。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括主控芯片信號(hào)接口，用于與應(yīng)用所述指紋識(shí)別裝置的電子設(shè)備的主控芯片電連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述信號(hào)增強(qiáng)芯片還包括電平轉(zhuǎn)換器，用于匹配所述信號(hào)增強(qiáng)芯片的SPI管腳之間的不同電平。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，還包括涂層，所述涂層涂覆于所述指紋傳感器芯片之上。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的指紋識(shí)別裝置，其特征在于，所述涂層包括玻璃、陶瓷和藍(lán)寶石中的任意一種。12.—種電子設(shè)備，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1至11中任一所述指紋識(shí)別裝置。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子設(shè)備，其特征在于，還包括控制按鈕，所述指紋識(shí)別裝置設(shè)置于所述電子設(shè)備的所述控制按鈕之下。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK205644572SQ201620171712
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日
【發(fā)明人】白安鵬, 顏智強(qiáng), 程勝
【申請(qǐng)人】南昌歐菲生物識(shí)別技術(shù)有限公司