電容式指紋傳感器制造技術

一種電容式指紋傳感器包含一電容式感測陣列以及一差動放大器。電容式感測陣列包含多個陣列排列的感測單元，且每一感測單元包含一感測電容以及一參考電容，其中感測電容靠近電容式感測陣列的感測表面設置；參考電容遠離電容式感測陣列的感測表面設置。差動放大器與感測電容以及參考電容電性連接，以接收感測電容所輸出的第一偏壓以及參考電容所輸出的第二偏壓，并放大第一偏壓以及第二偏壓的差值。上述電容式指紋傳感器的多個感測單元間可輸出較為均勻的感測信號以利后續信號處理。

【技術實現步驟摘要】

本技術是有關一種指紋傳感器，特別是一種電容式指紋傳感器。
技術介紹
電容式指紋傳感器的原理是檢測人體手指的脊部以及谷部間的電容變化。谷部的正常深度約為20-35μm，其中填充空氣時的介電常數為1。人體組織的介電常數約為4-8，因此，微小的電容變化可被電容式指紋傳感器所檢測。請參照圖1以說明基于電荷分享方法的電容式指紋傳感器的感測方法。電容式指紋傳感器包含多個陣列排列的感測單元SU。當指紋FP與電容式指紋傳感器接觸時，指紋FP的脊部以及谷部具有電容C3。而封裝電容式指紋傳感器會形成介電層DL，其具有電容C2。因此，電容C2以及電容C3彼此串接則具有電容值Cs，其能夠以下列公式計算得到：1/Cs＝1/C2+1/C3其中C2以及C3分別代表電容C2以及電容C3的電容值。量測電容值Cs的變化可由以下步驟實現。首先，導通開關Sa并斷開開關Sb，以偏壓Va對電容C0預先充電。接著斷開開關Sa以及導通斷關Sb，使電容C0中的電荷重新分布，如此即產生偏壓V1，其能夠以下列公式計算得到：V1＝Va*C0/(C0+C1+Cs)，其中C0以及C1分別代表電容C0以及電容C1的電容值。電容C1為電路的寄生雜散電容。感測單元SU11的感測節點的偏壓V1通過緩沖放大器BA輸出偏壓V2，其能夠以下列公式計算得到：V2＝g*V1其中g為緩沖放大器BA的增益。每一感測單元SU具有一緩沖放大器BA，其是由列開關Sr1以及行開關Sc1-Sc3控制輸出至取樣電容Csh。舉例而言，感測單元SU11是由列開關Sr1以及行開關Sc1控制輸出；感測單元SU12是由列開關Sr1以及行開關Sc2控制輸出；感測單元SU13是由列開關Sr1以及行開關Sc3控制輸出。最后，模擬至數字轉換器ADC將取樣電容Csh的偏壓V3轉換為數字格式。由于制程或其它因素的影響，感測單元間的緩沖放大器會有增益的變動，加上寄生雜散電容C1與電容C2影響，導致每一感測單元所輸出偏壓的均勻性較差，因而影響后續的信號處理，例如直流移位(DC subtraction)。請參照圖2以說明感測信號的直流移位處理。假設一感測單元對應指紋谷部的初始感測信號為Vs1，對應指紋脊部的初始感測信號為Vs2，因此，此一感測單元對應指紋的谷部或脊部具有一電壓差ΔV1，如圖2的左側所示。感測單元所輸出的初始感測信號經直流移位處理，亦即扣除偏壓DCsub后，即可在參考電壓Vref的范圍內放大，使感測單元對應指紋的谷部或脊部的電壓差ΔV1放大為電壓差ΔV2，如圖2的右側所示，如此即可增加感測的靈敏度。然而，請參照圖3，由于制程或其它因素的影響，不同感測單元SUa、SUb對應指紋的谷部或脊部的初始感測信號以及電壓差ΔV1a、ΔV1b具有差異，其不利后續的信號處理。舉例而言，請一并參照圖3以及圖4，若以相同的偏壓DCsub對感測單元SUa、SUb的初始感測信號作直流移位處理后放大，感測單元SUa、SUb對應指紋的谷部或脊部的電壓差分別為ΔV2a以及ΔV2b。很明顯的，感測單元SUb對于指紋的谷部或脊部的辨識度較低。有鑒于此，如何使每一感測單元所輸出的偏壓具有較佳的均勻性便是目前極需努力的目標。
技術實現思路
本技術提供一種電容式指紋傳感器，其是于每一感測單元中設置與感測電容相對應的一參考電容，使每一感測單元的感測電容所輸出的偏壓能夠扣除參考電容所輸出的偏壓以獲得感測電容對應于指紋谷部或脊部的電壓差，進而使得每一感測單元所輸出的感測信號較為均勻。本技術一實施例的電容式指紋傳感器包含一電容式感測陣列以及一差動放大器。電容式感測陣列包含多個陣列排列的感測單元，且每一感測單元包含一感測電容、一參考電容、多個第一開關以及多個第二開關。感測電容靠近電容式感測陣列的一感測表面設置。參考電容遠離電容式感測陣列的感測表面設置。多個第一開關與感測電容以及參考電容電性連接，其中多個第一開關選擇性導通以充電感測電容以及參考電容。多個第二開關與感測電容以及參考電容電性連接，其中多個第二開關選擇性導通以輸出感測電容的一第一偏壓以及參考電容的一第二偏壓。差動放大器與感測電容以及參考電容電性連接，以接收第一偏壓以及第二偏壓，并放大第一偏壓以及第二偏壓的差值。以下借由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易了解本技術的目的、
技術實現思路
、特點及其所達成的功效。【附圖說明】圖1為一示意圖，顯示已知的電容式指紋傳感器。圖2為一示意圖，顯示一感測單元對應于指紋谷部以及脊部的初始感測信號以及放大的感測信號。圖3為一示意圖，顯示不同感測單元對應于指紋谷部以及脊部的初始感測信號。圖4為一示意圖，顯示不同感測單元對應于指紋谷部以及脊部的放大的感測信號。圖5為一示意圖，顯示本技術一實施例的電容式指紋傳感器。圖6為一示意圖，顯示本技術另一實施例的電容式指紋傳感器。【具體實施方式】以下將詳述本技術的各實施例，并配合圖式作為例示。除了該多個詳細說明之外，本技術亦可廣泛地施行于其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本技術的范圍內，并以申請專利范圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本技術有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本技術可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件并未描述于細節中，以避免對本技術形成不必要的限制。圖式中相同或類似的元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意的用，并非代表元件實際的尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式的簡潔。請參照圖5，本技術的一實施例的電容式指紋傳感器包含一電容式感測陣列以及一差動放大器DA。電容式感測陣列包含多個陣列排列的感測單元SU。每一感測單元SU包含一感測電容、一參考電容、多個第一開關S1a、S1b、S1c、S1d以及多個第二開關S2a、S2b。于一實施例中，感測電容包含一第一金屬層L1、一第二金屬層L2以及一第三金屬層L3。第一金屬層L1通過第一開關S1a與一電源Vcc電性連接。第二金屬層L2通過第二開關S2a與第一金屬層L1電性連接。第三金屬層L3接地，且通過第一開關S1b與第二金屬層L2電性連接。感測電容靠近電容式感測陣列的一感測表面SF設置，因此，感測電容的電容值會隨著指紋的谷部或脊部接觸感測表面SF而變化。參考電容包含一第四金屬層L4、一第五金屬層L5以及一第六金屬層L6。第四金屬層L4通過第一開關S1d與電源Vcc電性連接。第五金屬層L5通過第二開關S2b與第四金屬層L4電性連接。第六金屬層L6接地，且通過第一開關S1c與第五金屬層L5電性連接。參考電容則是遠離電容式感測陣列的感測表面SF設置，以避免參考電容的電容值因指紋的谷部或脊部接觸感測表面SF而變化。于一實施例中，每一感測單元SU的感測電容以及參考電容的延伸方向垂直電容式感測陣列的感測表面SF。簡言之，每一感測單元SU的感測電容以及參考電容垂直感測表面SF排列，以降低指紋的谷部或脊部接觸感測表面SF對參考電容的電容值的影響。于一實施例中，每一感測單元SU的感測電容以及參考電容的接地側設置于感測電容以及參考電容之間，以作為一隔離層。依據此結構，接地的隔離層可進一步降低指紋的谷部或脊部接觸感本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電容式指紋傳感器，其特征在于，包含：一電容式感測陣列，其包含多個陣列排列的感測單元，其中每一感測單元包含：一感測電容，其靠近該電容式感測陣列的一感測表面設置；一參考電容，其遠離該電容式感測陣列的該感測表面設置；多個第一開關，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，其中該多個第一開關選擇性導通以充電該感測電容以及該參考電容；以及多個第二開關，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，其中該多個第二開關選擇性導通以輸出該感測電容的一第一偏壓以及該參考電容的一第二偏壓；以及一差動放大器，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，以接收該第一偏壓以及該第二偏壓，并放大該第一偏壓以及該第二偏壓的差值。

【技術特征摘要】
1.一種電容式指紋傳感器，其特征在于，包含：一電容式感測陣列，其包含多個陣列排列的感測單元，其中每一感測單元包含：一感測電容，其靠近該電容式感測陣列的一感測表面設置；一參考電容，其遠離該電容式感測陣列的該感測表面設置；多個第一開關，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，其中該多個第一開關選擇性導通以充電該感測電容以及該參考電容；以及多個第二開關，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，其中該多個第二開關選擇性導通以輸出該感測電容的一第一偏壓以及該參考電容的一第二偏壓；以及一差動放大器，其與該感測電容以及該參考電容電性連接，以接收該第一偏壓以及該第二偏壓，并放大該第一偏壓以及該第二偏壓的差值。2.如權利要求1所述的電容式指紋傳感器，其特征在于，該感測電容以及該參考電容的電容值相同。3.如權利要求1所述的電容式指紋傳感器，其特征在于，每一該感測單元的該感測電容以及該參考電容的一延伸方向垂直該電容式感測陣列的該感測表面。4.如權利要求1所述的電容式指紋傳感器，其特征在于，每一該感測單元更包含一隔離層，其設置于該感測電容以及該參考電容之間且接地。5.如權利要求1所述的電容式指紋傳感器，其特征在于，該差動放大器的直流增益范圍介于2-10。6.如權利要求1所述的電容式指紋傳感器，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃家珍，侯岳宏，王建勛，吳岱锜，
申請(專利權)人：康達生命科學有限公司，
類型：新型
國別省市：中國臺灣;71