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CN107292224B - 具静电防护的指纹传感器 - Google Patents

具静电防护的指纹传感器 Download PDF

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Abstract

一种具静电防护的指纹传感器，包含第一静电防护电极及第二静电防护电极。该第一静电防护电极连接于静电保护电路，以提供静电泄放路径，其中该第一静电防护电极与指纹感应电极数组形成于平面。该第二静电防护电极通过多个导电贯孔连接至该第一静电防护电极。

Description

具静电防护的指纹传感器
技术领域
本发明涉及一种指纹传感器，尤其涉及一种具静电防护的的指纹传感器。
背景技术
电容式指纹传感器(capacitive fingerprint sensor)，其通过指纹感应电极数组来侦测其感应电容变化量来辨识指纹的指峰(ridge)或指谷(valley)，进而辨识使用者指纹。
为避免人体夹带的静电损坏指纹传感器，指纹传感器常会设置静电防护电极，用来提供静电泄放路径以达到静电保护的目的。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种具静电防护的指纹传感器。
本发明公开一种具静电防护的指纹传感器，包含有：指纹感应电极数组，包含多个感应电极，该多个感应电极之间形成网格区域；第一静电防护电极与该指纹感应电极数组形成于同一平面，且该第一静电防护电极形成于该网格区域；保护层，覆盖该指纹感应电极数组及该第一静电防护电极，该保护层的顶面提供使用者的手指接触；第二静电防护电极，形成于该网格区域下方；第一介电层，形成于该第一静电防护电极与该第二静电防护电极之间，覆盖该第二静电防护电极，该第一介电层包括多个第一导电贯孔，其中该多个第一导电贯孔用来连接该第一静电防护电极与该第二静电防护电极；以及静电保护电路，连接该第一静电防护电极。
在上述架构下，静电电流可通过第一静电防护电极泄放至静电保护电路，以防止损坏指纹传感器，达到静电保护的目的。本发明增设第二静电防护电极，并通过导电贯孔连接第一静电防护电极及第二静电防护电极，如此可提供较低阻抗的泄放路径给静电电流，提高静电防护的效果。
附图说明
图1为本发明实施例指纹传感器的示意图；
图2本发明实施例指纹传感器的局部放大俯视透视图；
图3A为图2的指纹传感器的剖面图一；
图3B为图2的指纹传感器的剖面图二；
图3C为图2的指纹传感器的剖面图三；
图4图为本发明一第二静电防护电极的实施例的俯视图；
图5图为本发明另一第二静电防护电极的实施例的俯视图；
图6图为本发明实施例另一第二静电防护电极的实施例的俯视图；
图7图为本发明的一静电保护电路的实施例的功能方块图；
图8图为本发明的一指纹传感器的实施例的剖面图；
图9图为本发明的一第一静电防护电极的实施例的俯视图。
【符号说明】
1、8 指纹传感器
10 指纹感应电极数组
11 感应电极
12 虚设电极
E1、E2、E3 静电防护电极
V1、V2 导电贯孔
PAV 保护层
DI1、DI2 介电层
SUB 基板
X、Y、Z 方向
ESD_PC 静电保护电路
A－A’、B－B’、C－C’ 截面
40、41、50、60 图案
70 接线端
71、72 放电单元
73 驱动电路
74 感测电路
VDD、VSS 电位端
具体实施方式
图1和图2分别为本发明具静电防护的指纹传感器1的实施例的示意图及局部放大俯视透视图。如图1所示，指纹传感器1包含指纹感应电极数组10、静电防护电极E1，静电保护电路ESD_PC连接静电防护电极E1。指纹感应电极数组10包含多个感应电极11排列成矩阵，其中多个感应电极11之间形成网格区域。静电防护电极E1与指纹感应电极数组10形成于同一平面(例如：XY平面)，静电防护电极E1形成于网格区域内，且呈现网格图案。
在一实施例中，指纹感应电极数组10还包含多个虚设电极12，形成于多个感应电极11的外围，连接于静电防护电极E1，且多个虚设电极12的每一者形成于网格图案所环绕的区域内。静电保护电路ESD_PC连接于静电防护电极E1，用来提供静电泄放路径。在一实施例中，静电保护电路ESD_PC可为接地部或低电位端。
如图2所示，指纹传感器1还包含静电防护电极E2(以斜线图案表示)，形成于多个感应电极11所形成的网格区域的下方，并且在Z轴方向上，不与感应电极11重叠；在一实施例中，静电防护电极E2于XY平面的投影与静电防护电极E1重叠，其中重叠部分以斜线图案表示，而未与静电防护电极E2重叠的部分静电防护电极E1以点图案表示。在图2所示的实施例中，静电防护电极E2配置成多个十字图案。静电防护电极E1可通过多个导电贯孔V1连接至静电防护电极E2。当指纹传感器1遭受静电电流时，静电电流可通过静电防护电极E1泄放至静电保护电路ESD_PC，以防止损坏指纹传感器1，进而达到静电保护的目的。
图3A至图3C分别为第2图中截面A－A’、截面B－B’及截面C－C’的剖面图。截面A－A’位于静电防护电极E1及E2及导电贯孔V1的重叠处但不与感应电极11重叠。截面B－B’位于静电防护电极E1及E2以及导电贯孔V1的非重叠处，并且通过感应电电极11。截面C－C’位于静电防护电极E1及E2以及导电贯孔V1的重叠处，并且通过感应电极11。
在图3A至图3C中，还包含保护层PAV以及介电层DI1，且指纹传感器1还包含基板SUB，基板SUB可以用于制作静电保护电路ESD_PC，以及用于侦测感应电极11的感测电路(图中未示出)，并且可能包括其他导体层及介电层。保护层PAV覆盖指纹感静电极数组10及静电防护电极E1。保护层PAV的顶面(即，相对于保护层PAV覆盖指纹感静电极数组10的另一表面)提供使用者的手指接触。介电层DI1形成于静电防护电极E1与E2间，并覆盖静电防护电极E2。介电层DI1包括多个导电贯孔V1，用来连接静电防护电极E1与E2。
静电防护电极E1与指纹感应电极数组10形成于同一平面。在侦测使用者的指纹时，指纹感应电极数组10与手指之间只有隔着保护层PAV。有助于获得较大的电容感应量。静电防护电极E1及E2的多层迭构，相较于只有静电防护电极E1，可提供较低阻抗的泄放路径，使静电电流倾向流向静电防护电极E1，有助于提高静电防护的效果。凡是符合上述架构及对应功能目的的指纹传感器皆属本发明范畴，本领域具通常知识者可据以进行修饰、变化，而不限于本发明实施例。
图9为静电防护电极E1的一实施例的俯视图，其中静电防护电极E1呈现网格图案。此外，静电防护电极E2所呈现的图案无特殊限制，在一实施例中，其可以是如图9所示的静电防护电极E1所呈现的网格图案。
图4为静电防护电极E2的一实施例的俯视图，其中静电防护电极E2呈现多个十字图案40以及多个矩形图案41。图5为静电防护电极E2的另一实施例的俯视图，其中静电防护电极E2呈现多个矩形图案50间隔排列成多列(column)或多行(row)；换言之，矩形图案50可沿X方向延伸而间隔排列成多行，或沿Y方向延伸而间隔排列成多列。图6为静电防护电极E2的另一实施例的俯视图，其中静电防护电极E2呈现多个十字图案60。
在图4至图6中，虚线的方块是代表在Z轴上与感应电极11重叠的区域，也就是说，静电防护电极E2的配置，在Z轴方向上，并不会与感应电极11重叠。如图所示，十字图案是位置四个相邻的虚线方块之间。在图4至图6的静电防护电极E2中，每一个部份(例如十字图案，或者矩形图案)都会经由一个或数个导电贯孔V1与上层的静电防护电极E1相连接。
图7提供静电保护电路ESD_PC的一实施例的功能方块图。静电保护电路ESD_PC包含有接线端70以及放电单元71及72。接线端70连接至静电防护电极E1。放电单元71耦接于高电位端VDD与接线端70之间，用来提供正静电泄放路径到高电位端VDD。放电单元72耦接于低电位端VSS与接线端70之间，用来提供负静电泄放路径到低电位端VSS，其中低电位端VSS可为接地部。
在一实施例中，放电单元71及72可为二极管。放电单元71的阴极耦接至高电位端VDD，且阳极耦接至接线端70。放电单元72的阳极耦接至低电位端VSS，且阴极耦接至接线端70。
在另一实施例中，放电单元71可为P型金氧半场效(P-type Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS)晶体管，该PMOS晶体管的汲极(Drain)接至该接线端70，其闸极(Gate)连接至源极(Source)，源极耦接至该高电位端VDD。放电单元72可为N型金氧半场效(N-type Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)晶体管，该NMOS晶体管的汲极接至接线端70，其闸极连接至源极，其源极耦接至低电位端VSS。此外，该第一放电单元及第二放电单元也可为硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)。
在图7所示的实施例中，指纹传感器1还包含驱动电路73及感测电路74。感测电路74连接于感应电极11，用来感测感应电极11的电容变化量，以辨识指纹的指峰(ridge)或指谷(valley)。驱动电路73耦接静电防护电极E1，其配合感测电路74的操作，在不同的时相提供静电防护电极E1不同的电压，以降低感应电极11与静电防护电极E1与E2之间的寄生电容对指纹感测结果的影响。愈多层连接的静电防护电极其具阻抗愈低。本发明并无意限制只能包括两层静电防护电极，例如图8所示的实施例，其中除了图3所示的静电防护电极E1与E2，指纹传感器8还包含静电防护电极E3形成于多个感应电极11所形成的网格区域的下方，并且在Z轴方向上，不与感应电极11重叠。静电防护电极E3于静电防护电极E2下方，且在Z轴方向上与静电防护电极E2重迭。介电层DI2形成于静电防护电极E2与E3之间，覆盖静电防护电极E3。介电层DI2包括多个导电贯孔V2，其中导电贯孔V2用来连接静电防护电极E3与E2。
根据本发明的配置，各感应电极11可以具有大致相同的大小，不会被静电防护电极E1或E2所影响。下层的静电防护电极E2(或E2与E3)提供更多的阻隔，可以防止静电能量往下流窜而影响指纹传感器1的内部电路及组件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种具静电防护的指纹传感器，其特征在于，包含有：
指纹感应电极数组，包含多个感应电极，该多个感应电极之间形成网格区域；
第一静电防护电极与该指纹感应电极数组形成于同一平面，且该第一静电防护电极形成于该网格区域；
保护层，覆盖该指纹感应电极数组及该第一静电防护电极，该保护层的顶面提供使用者的手指接触；
第二静电防护电极，形成于该网格区域下方，并且在垂直于该平面的Z轴方向上，不与该多个感应电极重叠；
第一介电层，形成于该第一静电防护电极与该第二静电防护电极之间，覆盖该第二静电防护电极，该第一介电层包括多个第一导电贯孔，其中该多个第一导电贯孔用来连接该第一静电防护电极与该第二静电防护电极；以及
静电保护电路，连接该第一静电防护电极。
2.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，该第一静电防护电极呈现网格图案。
3.如权利要求2所述的指纹传感器，其特征在于，该指纹感应电极数组另包含多个虚设电极，形成于该多个感应电极的外围，电性连接于该第一静电防护电极，且该多个虚设电极的每一者形成于该网格图案所环绕的区域内。
4.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，该第二静电防护电极呈现网格图案或多个十字图案。
5.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，该第二静电防护电极呈现多个矩形图案间隔排列成多列或多行，或者呈现多个十字图案以及多个矩形图案。
6.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，该静电保护电路为接地部或低电位端。
7.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，该静电保护电路包含有：
接线端，电性连接至该第一静电防护电极；
第一放电单元，耦接在高电位端与该接线端之间，用来提供正的静电泄放到该高电位端；以及
第二放电单元，耦接在低电位端与该接线端之间，用来提供负的静电泄放到该低电位端。
8.如权利要求7所述的指纹传感器，其特征在于，其中：
该第一放电单元为二极管，其阴极耦接至该高电位端，其阳极耦接至该接线端；以及
该第二放电单元为二极管，其阳极耦接至该低电位端，其阴极耦接至该接线端。
9.如权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，还包含：
第三静电防护电极，形成于该网格区域及该第二静电防护电极的下方，在该Z轴方向上与该第二静电防护电极重迭；以及
第二介电层，形成于该第二静电防护电极与该第三静电防护电极之间，并且覆盖该第三静电防护电极；该第二介电层包括多个第二导电贯孔，用来连接该第三静电防护电极与该第二静电防护电极。
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