[实用新型]一种嵌入式的半导体指纹传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种嵌入式的半导体指纹传感器。

背景技术

近年来随着指纹识别技术的发展，指纹识别系统越来越多地应用在日常生活中，例如指纹识别门禁系统、指纹门锁、指纹保险箱柜等；以及在出入境检查处、机场以及对私人设备例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、个人PDA设备、指纹USBKey等验证人的身份的目的而变得常见。

指纹传感器按传感原理，即指纹成像原理和技术，分为光学指纹传感器、半导体电容传感器、半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频RF传感器等；按外观形状又可分为条状指纹传感器和矩形指纹传感器。

典型的基于半导体工艺的电容式指纹传感器包括硅材质的管芯，其正面形成有传感器采集单元阵列、驱动电路和读出电路。传感器通常的操作原理：在传感器采集单元阵列集成约100000个电容式传感器（外层绝缘），传感器阵列每一点是个金属电极，相当于电容器阳极；手指放在上面时，皮肤组成电容另一极，传感面形成两极间介电层。电容值随脊（近的）和谷（远的）相对于传感器阵列的距离而改变。人类的指纹由紧密相邻的凹凸纹路构成，通过对每个像素点上利用标准参考放电电流，便可检测到指纹的纹路状况。每个像素先预充电到某一参考电压，然后由参考电流放电。电容阳极上电压的改变率与其上的电容成下面的比例关系：ref=C×dv/dt处于指纹的凸起下的像素(电容量高)放电较慢，而处于指纹的凹处下的像素(电容量低)放电较快。这种不同的放电率可通过采样保持(S/H)电路检测并转换成一个8位输出，这种检测方法对指纹凸起和低凹具有较高的敏感性，并可形成非常好的原始指纹图像。封装后，传感器单元阵列裸露出来，以供与用户手指接触；或者其上覆盖保护材料与手指接触，从而保护传感器不受物理和环境损伤、磨损等。

半导体管芯通常具有在其表面上通过光刻（或其他方式）形成的传感器采集单元阵列。传感器管芯通常相当小，其接触焊盘也相应的小，因而必须采用辅助结构以实现管芯和组件的封装，以实现与印刷电路板（PCB）之间的电气连接。这样的辅助结构包括引线框架、芯片载具等。这样的辅助结构包括引线框架、芯片载具等。在常见半导体封装工艺中，管芯附着至引线框架，通过细小的连接导线实现管芯的小尺寸焊盘与大尺寸引线框架之间的互连。为了保护连接导线和其他部件，管芯、引线框架和连接导线通常包裹在包封材料中。通过已经连接了导线的管芯和引线框架放到模具内，向模具内注入包封材料，并使包封材料硬化而实现的。

为解决静电击穿对传感器造成的损坏。一种制备方法是在硅材质的管芯表面的非指纹采集区，采用镀金工艺制作一很薄的金材质的金属导电层，再由硅通孔将管芯表明的金属层连接至管芯的静电泄放焊盘上，该静电泄放焊盘再焊接至印制电路板上的系统接地端。当手指靠近传感器，手指上的静电通过传感器表面的金属经上述导电路径泄放到系统地。该制备方法的最大难题是镀金工艺，因引入金属元素金和标准的半导体工艺不兼容，可生产可制造性很差，良率很低，生产成本非常高。

实用新型内容

本实用新型提供一种嵌入式的半导体指纹传感器，旨在解决制造成本高、封装工艺复杂、抗静电差的问题。

本实用新型是这样实现的，一种嵌入式的半导体指纹传感器，该半导体指纹传感器包括基板，设于所述基板的凹槽内的传感器管芯，所述传感器管芯表面设有传感器像素阵列，覆盖于所述传感器管芯表面的保护涂层，印制于所述基板正面开槽面的金属边条及连接焊盘，所述连接焊盘通过连接导线连接所述传感器管芯的管脚，所述管脚、连接焊盘及连接导线封装与注封结构内。

本实用新型的进一步技术方案是：所述半导体指纹传感器还包括焊接机构，所述焊接机构设于所述基板底面，所述基板通过所述焊接机构连接印制电路板。

本实用新型的进一步技术方案是：所述传感器管芯呈矩形结构，所述传感器管芯正面一侧设置管脚。

本实用新型的进一步技术方案是：所述焊接机构为插接件。

本实用新型的进一步技术方案是：所述传感器管芯成条状，所述传感器管芯正面两侧设置管脚。

本实用新型的进一步技术方案是：所述焊接机构为连接盘栅格阵列或球栅阵列或插头或插座。

本实用新型的进一步技术方案是：所述传感器管芯低于所述基板的开槽面。

本实用新型的进一步技术方案是：所述基板采用树脂、塑料或陶瓷制成。

本实用新型的进一步技术方案是：所述保护涂层采用无机涂层或有机聚合物；所述无机涂层采用氮化硅或碳化硅或无定型金刚石；所述有机聚合物为聚酰亚胺或聚四氟乙烯。