TW201813117A - 積體化感測模組、積體化感測組件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種積體化感測模組，至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；一微孔層，位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測一物體之光學影像；以及一透光蓋板或一透光蓋板組合，位於微孔層上方。一種積體化感測組件及積體化感測模組的製造方法亦一併提供。

Description

積體化感測模組、積體化感測組件及其製造方法
本發明是有關於一種積體化感測模組及其製造方法，且特別是有關於利用針孔成像原理來達成生物特徵感測的積體化感測模組及其製造方法。
傳統的光學生物特徵感測器，例如光學指紋感測器，是利用光學影像感測器，例如CMOS影像感測器(CIS)或電荷耦合元件(CCD)影像感測器來感測生物特徵，其中可以利用一個透鏡或多個透鏡組成的陣列來執行直接的光學感測。
圖1顯示一種常見的光學式指紋感測器500，請參見圖1，其主要是藉由光在指紋FP接觸的光學平面(其通常為菱鏡510的一平面512)與指紋FP間形成的全反射原理，以在一影像感測器530上建構出指紋的圖像，這種感測原理，最大的缺點是對於乾燥的手指無法顯示出好的連續性紋路影像，致使在特徵點萃取時會有誤讀的問題。同時，也需要提供一準直性的光源520來當作全反射原理的光源，這也增加了成本以及設計時的複雜度。而且這樣的感測模組都是以組裝方式將不同組件組合而成，其製造時耗時耗力，且品質控管不易，因此不易大量量產， 成本也高。
上述傳統的光學式指紋感測器的另一個缺點是尺寸很大，應用場合適合大型的產品，譬如門禁管制系統。當指紋感測器要應用在手機等薄型化產品時，其厚度限制是必須小於1mm，因此，目前的主流產品還是電容式指紋感測器，其需要裝設在按鈕的下方，或者手機的正面或背面需要開洞，不僅破壞外觀，且會藏污納垢。而且，電容式指紋感測器也有其他缺點，譬如若要將其放在玻璃面板的下方，則感測單元與指紋的電容值遠小於1fF，使得感測靈敏度不佳，隨著手機的演進，無邊框(edge less)螢幕更是未來的趨勢，因此電容式指紋感測器更無法將其設置於螢幕正下方(under display)。
因此，本發明的一個目的是提供一種積體化感測模組及其製造方法，利用微孔成像的原理，配合半導體晶圓製造的方式，將光學模組與光學感測晶片以晶圓堆疊的方式，完成其結構，達到尺寸微小化，製造標準化，品質易控管，以利降低成本。
本發明的另一目的是提供一種積體化感測模組及其製造方法，可以利用單一微孔進行光學影像感測的效果，更可輕易地與顯示器整合，達到顯示觸控及生物細微特徵感測的功效。
為達上述目的，本發明提供一種積體化感測模組，至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；一微孔層，位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測一物體之光學影像；以及一透光蓋板或一透光蓋板組合，位於微孔層上方。
本發明更提供一種積體化感測組件，至少包含：一電路板；一光源，設置於該電路板上；及上述積體化感測模組，其中該積體化感測模組係設置於該電路板上並電連接至該電路板，且該光源位於該透光蓋板或該透光蓋板組合的一側或多側，該光源的光線從該透光蓋板或該透光蓋板組合的側面投射到該物體。
本發明又提供一種積體化感測模組的製造方法，至少包含：提供一個影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；形成一圖案化的光學基板於該影像感測晶片上，其中該圖案化的光學基板為一微孔層的一部分，該微孔層位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測一物體之光學影像；以及於該微孔層上方形成一透光蓋板或一透光蓋板組合，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測位於該透光蓋板或該透光蓋板組合之上或上方之該物體之該光學影像。
藉由上述實施例，可以提供一種積體化感測模組，利用半導體晶圓製造的方式，將光學模組與光學感測晶片以晶圓堆疊的方式，完成其結構，以克服上述所有習知技術的缺點，達到尺寸微小化，製造標準化，品質易控管，以利降低成本。利用單一微孔或多個微孔進行光學影像感測的效果，更可輕易地與顯示器整合，達到顯示觸控及生物細微特徵感測的功效。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
d‧‧‧孔徑
F‧‧‧物體
f‧‧‧焦距
FP‧‧‧指紋
OP‧‧‧光路
X‧‧‧物尺寸
X’‧‧‧像尺寸
1‧‧‧陣列影像感測模組/積體化感測模組
1A‧‧‧積體化感測模組
1B‧‧‧積體化感測模組
1C‧‧‧積體化感測模組
10‧‧‧影像感測晶片
11‧‧‧基板
12'、12‧‧‧影像感測單元
12A至12D‧‧‧感測範圍
13‧‧‧層間金屬介電層組
14‧‧‧上金屬層
15‧‧‧保護層/第一保護層
30、30'‧‧‧微孔層
31、31'‧‧‧微孔
31A至31D‧‧‧微孔
32‧‧‧透光基板
32A‧‧‧不透光基板
33‧‧‧圖案化金屬層
35‧‧‧保護層/第二保護層
36‧‧‧黏著劑
36A‧‧‧深凹槽
36B‧‧‧淺凹槽
36C‧‧‧凸狀曲面
40‧‧‧透光蓋板組合
41‧‧‧金屬層
42‧‧‧下玻璃板
43‧‧‧TFT層組
43A‧‧‧遮蔽層
44‧‧‧陰極層
44A‧‧‧光圈
44B‧‧‧電極板
44C‧‧‧空隙
45‧‧‧有機活性層或Micro LED層
46‧‧‧ITO陽極層
47‧‧‧上玻璃板
47A‧‧‧偏光板層
48‧‧‧黏膠層
49‧‧‧透光蓋板
50‧‧‧透光蓋板
51‧‧‧上表面
52‧‧‧下表面
53‧‧‧黏著劑
60‧‧‧光通濾波器
61‧‧‧遮蔽膠
70‧‧‧軟性電路板
71‧‧‧錫球
72‧‧‧光源
100‧‧‧透光基板
120‧‧‧影像感測器
300、300'‧‧‧電子裝置
310‧‧‧顯示器
320‧‧‧透光蓋板
500‧‧‧光學式指紋感測器
510‧‧‧菱鏡
512‧‧‧平面
520‧‧‧光源
530‧‧‧影像感測器
圖1顯示一種常見的光學式指紋感測器。
圖2A顯示依據本發明第一實施例的積體化感測模組的示意圖。
圖2B顯示微孔成像的示意圖。
圖3A至圖3F顯示依據本發明較佳實施例的積體化感測模組的製造方法的各步驟的示意圖。
圖4A至圖4F顯示透光基板的多個例子的示意圖。
圖5顯示圖2的積體化感測模組的一個變化例的示意圖。
圖6顯示透光基板的另一變化例的示意圖。
圖7顯示影像感測單元的灰階值拼湊成影像的一個例子。
圖8顯示依據本發明第二實施例的積體化感測模組的示意圖。
圖9顯示依據本發明第三實施例的積體化感測模組的示意圖。
圖10顯示依據本發明第四實施例的積體化感測模組的示意圖。
圖11與圖12顯示光圈或微孔的形成位置的兩個例子。
圖13A顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置的一個例子。
圖13B顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置的另一個例子。
圖14與圖15顯示依據本發明較佳實施例的積體化感測模組的兩種應用。
圖16顯示遮蔽膠的應用的示意圖。
圖17顯示依據本發明第五實施例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。
圖18顯示依據本發明第五實施例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。
以下實施例最大精神在於一積體化感測模組之結構，且 利用半導體晶圓製造的方式，將光學模組與光學感測晶片以晶圓堆疊的方式，完成其結構，以克服上述所有習知技術的缺點，達到尺寸微小化，製造標準化，品質易控管，以利降低成本。
圖2A顯示依據本發明第一實施例的陣列影像感測模組或積體化感測模組1的示意圖。參見圖2A，一種陣列影像感測模組1包含：一影像感測晶片10，包含多個影像感測單元12，排列成二維陣列；以及一微孔層30，位於該影像感測晶片10上，並具有多個微孔31，排列成二維微孔陣列，該等微孔31對應至該等影像感測單元12(可以是一對一、一對多、多對一的幾何排列，以配合應用時的系統設計，但是其並不脫離本發明的基本架構及原理)，其中該等影像感測單元12透過該等微孔31感測一物體F之光學影像(走光路OP)。該光學影像可以為表皮/真皮指紋影像、皮下靜脈影像及/或者陣列影像感測模組可量測其他生物特徵影像或資訊，例如血氧濃度、心跳資訊等等。
影像感測晶片10至少包含一基板11及形成於該基板11上的該等影像感測單元12，可以更包含一IMD(層間金屬介電)層組13(實際上可能有多個IMD層及金屬連接層位於該基板及該等影像感測單元上)、一上金屬層14(位於IMD層組13上)以及一保護層15(位於IMD層組13及上金屬層14上)，上金屬層14可以當作遮蔽該等微孔31到該等影像感測單元12的部分光線的遮蔽層，避免光線互相干擾，也可限制光路及/或光量，保護層15譬如是氧化矽/二氧化矽或者其他絕緣層材料，用於覆蓋上金屬層14。
圖2B顯示微孔成像的示意圖。本發明是利用微孔成像的原理，用來計算微孔的最佳直徑的公式如下： 其中，f是焦距，λ是是光的波長。紅光的波長是700nm，綠光的波長是546nm，藍光的波長是436nm。計算的時候，通常取紅光與綠光的波長的平均值，即623nm。
該等微孔31到該等影像感測單元12之焦距取決於系統設計而介於100至1000微米(um)之間，特別是150至600um之間。以下顯示部分計算結果。
所計算出的該等微孔31的孔徑d大約可以介於10至25um之間。當然以目前半導體的光刻技術(photo lithography)，這樣的尺度是可以被實施的。
如圖2A所示，陣列影像感測模組1更包含一透光蓋板50，位於該微孔層30上，其中該物體F貼合於該透光蓋板50之一上表面51上，連同透光蓋板50可以稱為是積體化感測模組。一黏著劑53(當然不限定單一層材料，亦可稱為黏著層)將透光蓋板50的一下表面52黏著至一保護層35(該保護層35在另一實施例也是可以省略的)。透光蓋板50並非是必要元件，因為也可以利用其他結構讓影像感測晶片10感測光學影像。在本實施例，該透光蓋板50可以是手機的螢幕蓋板， 這代表說該陣列影像感測模組係設置於手機螢幕蓋板下方，俗稱玻璃下(under glass)模組，亦或該透光蓋板不限定於單一均質材料，其也可以為一多層板組合，例如可以為一OLED顯示面板組結構，其具有部分透光之設計，以利光路OP通過即可，這代表說該陣列影像感測模組係設置於手機螢幕正下方，俗稱螢幕下(under display)模組，特別一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。
該微孔層30可由一透光基板32，以及形成於該透光基板32上的一圖案化金屬層33所形成，圖案化金屬層33上面可以覆蓋有保護層35，該保護層35在另一實施例也是可以省略的，另外該保護層本身也可以是一種只讓特定光波長透過的光通濾波器，例如只容許紅外光穿透，亦或者一光通濾波器60可以設置於該透光基板32與該圖案化金屬層33中間，如圖5所示，抑或者該光通濾波器60可以設置於影像感測晶片10與透光基板32之間或圖案化的光學基板或上方(圖中未示，光通濾波器也可以被歸納不屬於微孔層的一部分)。該透光基板材料例如玻璃、石英及藍寶石等等，本發明採用之優點為相較於使用高分子材料的狀況而言，透光基板材料的熱膨脹係數與感測晶片基板(例如矽等等)差異較小，所產生的熱應力相對小，更能有穩定度的品質。
該透光蓋板50的厚度介於300與1000um之間，特別是500與900um之間，更特別是600與800um之間，又更特別是650與750um之間，又更特別是大約等於700um，但並未將本發明限制於此。
以下說明製造方法。
如圖3A所示，本發明製造係為晶圓級製造，為了方便說明，在此係以局部的晶片示意尺度說明。首先提供一個影像感測晶片 10，例如是利用CMOS製程製造的CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定於此。然後將一個透光基板100接合至影像感測晶片10，如圖3B所示，可以使用低溫鍵結接合(fusion bonding)、膠合或其他技術。或者，也可以用晶圓級製造技術來一次製作多個陣列影像感測模組1，於此情況下，首先提供包含多個影像感測晶片10的第一晶圓(本實施例為矽晶圓，當然不限定於此，同時該影像晶片可以是前側照明(front-side illumination,FSI)或者背側照明(back-side illumination,BSI))，然後將一個第二晶圓(透光基板100)接合至第一晶圓，然後執行以下步驟，最後再進行切割即可。為簡化之便，以下以單一陣列影像感測模組1的製作來說明。
然後，如圖3C所示，將透光基板100磨薄(當然也可以不需要研磨)，譬如進行研磨、拋光、表面處理來產生具有預定厚度的透光基板32，因為此厚度與焦距f相當接近，因此利用半導體的晶圓製造方式來控管，更是比傳統的加工組裝方式，更利於提高良率及品質。
接著，如圖3D所示，在透光基板32上面形成一金屬層41，然後進行光阻塗佈、曝光、顯影、蝕刻等步驟來將金屬層41予以圖案化，以形成圖案化金屬層33，接著去除殘留光阻層，如圖3E所示。
當光通濾波器60設置於該透光基板32與該圖案化金屬層33中間時，如圖5所示，可以先在透光基板32上形成一光通濾波器60，然後再於光通濾波器60上形成上述金屬層41以及相關的步驟，於此不再贅述。上述步驟可以被解釋為形成一圖案化的光學基板於該影像感測晶片上。
然後，如圖3F所示，在圖案化金屬層33與透光基板32上面形成保護層35。實際應用時，可以利用黏著劑53將保護層35貼 合到透光蓋板50，譬如是手機的螢幕模組或者蓋板玻璃。
透光基板32可以是實心(圖3F)、空心的(圖4A，形成有深凹槽36A)，或實心與空心的混合(圖4B，形成有淺凹槽36B)。透光基板32也可以提供聚光(圖4C的凸狀曲面36C)或散光(類似圖4C，未顯示)的效果，可以進一步調整光路。如圖4D所示，所有對應於微孔31的透光基板32的第一部分具有聚光或散光的效果，第二部分不具有聚光或散光的效果，可以感測不同的深度影像。當然如果採用如圖4A的空心設計，則該透光基板32也可以被不透光基板32A(例如矽基板等等)所取代，此時該保護層35及該圖案化金屬層33是可以省略的，結構如圖6所示，於此情況下只需要對不透光基板32A圖案化即可。透光基板32與不透光基板32A也可被上位化成為光學基板，所以該微孔層包含一圖案化的光學基板，其中圖案化的結構包含蝕刻穿過光學基板，蝕刻不穿過光學基板或利用圖案化的遮光或黑膠層覆蓋在光學基板上來形成微孔的相關對應結構，譬如圖案化的光學基板可以是透光基板32與圖案化金屬層33的組合，且本發明並未嚴格受限於此。
如圖3F所示，所有微孔31具有相同的孔徑d。如圖4E所示，該等微孔31及31'具有不同的孔徑d，譬如是兩組、三組、四組孔徑d，交錯排列而成，配合不同波長的光源，如此可以感測不同的深度影像，例如將表皮層及真皮層及指靜脈圖形同時感測，這種設計在傳統的光學感測模組都是做不到的，也是本發明另一特點，此一概念也適用於圖4A、圖4B、圖4C、4D及圖6。
如圖4F所示，利用兩組微孔層30與30'的不同大小的微孔31與31'，來達成感測不同的深度影像的效果。可以從圖3F的結構，再施以類似圖3A至3F的製造方式來製作，即可在保護層35上依序形 成另一微孔層30'的透光基板32'、圖案化金屬層33'及保護層35'。
本發明也提供一種電子設備，安裝有上述的陣列影像感測模組，電子設備譬如是手機、平板電腦，透光蓋板50為電子設備的顯示螢幕(特別是觸控螢幕)，特別是一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器。
為了感測生物影像，積體化感測模組本身就必須要有陣列感測元結構，也可稱為陣列影像感測模組。
上述實施例中，微孔的數目與影像感測單元的數目是呈現一對一的對應關係，因此，透過每一個微孔所成像的每一個影像感測單元所獲得的感測值只有灰階度，將所有微孔所成像的所有影像感測單元的感測值拼湊起來，才能得到生物特徵的影像，如圖7所示，圖7顯示影像感測單元的灰階值拼湊成影像的一個例子。值得注意的是，上述所有類似特徵將適用於以下的積體化感測模組。
以下實施例將提供一種積體化感測模組，其中微孔的數目與影像感測單元的數目是呈現一對多的對應關係。因此，透過一個微孔的成像原理，即可由影像感測單元得到生物特徵的影像。
本發明製造係為晶圓級製造，為了方便說明，在此係以局部的晶片示意尺度說明。首先提供一個影像感測晶片10，例如是利用CMOS製程製造的CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定於此。圖8顯示依據本發明第二實施例的積體化感測模組1A的示意圖。如圖8所示，本實施例的積體化感測模組1A包含：一影像感測晶片10，包含多個影像感測單元12，排列成二維陣列；一微孔層30，位於該影像感測晶片10上，並具有一微孔31，該微孔31對應至該等影像感測單元12；以及一透光蓋板組合40，位於該微孔層30上，其中該等影像感測單元 12透過該微孔31感測位於該透光蓋板組合40之上或上方之一物體F之光學影像。
包含透光蓋板組合40的理由是因為整個積體化感測模組的尺寸(亦即物空間與像空間的相對距離)要確定，而透光蓋板組合40定義的就是物距，微孔層30至該影像感測單元12定義的則是像距，才能呈現微孔成像的效果。影像感測晶片10可以更包含額外影像感測單元12'，位於該等影像感測單元12的一側或多側，好處是在組裝時萬一有沒對準的狀態，使影像感測晶片10仍能正常運作。影像感測單元12'與12構成一個影像感測器120。另外本發明利用單一微孔成像，其另一重要關係式為物空間的物尺寸X與像空間的像尺寸X’並不一定相等(除非f/h=1)，也就是X’/X=f/h(如果不考慮成像像差的話)，當然實際狀況像差是存在的，而且會影響所能偵測物空間的解析度S，代表成像系統實際的物理解析幾何，以指紋為例，如果要能滿足500dpi，則物空間的S就必須大約是50um，將像差納入考量，則S=d(X/X’+1)，其中d為微孔孔徑，因此可以得到整個設計的法則。因此本發明實施例係以滿足上述公式為設計原理的。
此外，透光蓋板組合40可具有一濾波器(filter，譬如是抗反射層、特定光光通層等)，位於透光蓋板組合40的頂面、底面，或中間。微孔層30也可具有濾波器，位於微孔層30的頂面、底面或中間。
微孔層30和透光蓋板組合40的各層材料的折射係數相同或相近(差異在0%至30%之間)，以讓光線能夠以幾乎直線的方式行進。或者，微孔層30的等效折射係數與透光蓋板組合40的等效折射係數相同或相近，亦可達到相同的效果。
以下將說明細部結構。該影像感測晶片10包含：一基板 11，其中形成有該等影像感測單元12；一層間金屬介電層組13，形成於該基板11上；以及一第一保護層15，形成於該層間金屬介電層組13上。
此外，該微孔層30包含：一透光基板32，接合至該第一保護層15；一圖案化金屬層33，其中形成該微孔31；以及一第二保護層35，形成於該透光基板32及該圖案化金屬層33上。值得注意的是，圖案化金屬層33亦可以被不透光材料層所取代。
該透光蓋板組合40包含：一透光蓋板50；以及一黏著劑53，將該透光蓋板50黏著至該微孔層30。透光蓋板50的一上表面51與物體F接觸或接近。透光蓋板50的一下表面52被黏著劑53黏著至第二保護層35。
於本實施例中，在不考慮像差情況下，(透光蓋板組合(含黏膠)40的厚度)/(微孔層30的透光基板、層間金屬介電層組13與第一保護層15的總厚度)=(物體F的被感測面積)/(成像於該等影像感測單元12的面積)。此為微孔成像原理所造成的相似三角形的尺寸關係，藉此達到微孔成像的效果。值得注意的是，第二實施例的製造方法與第一實施例相似，於此不再贅述。
圖9顯示依據本發明第三實施例的積體化感測模組1B的示意圖。如圖9所示，本實施例類似於第二實施例，不同之處在於該透光蓋板組合40為一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。如此，可由顯示器提供光源來照射物體。
於本實施例中，該透光蓋板組合40包含：一黏著劑53；一下玻璃板42，被黏著劑53黏著至第二保護層35；一薄膜電晶體(TFT) 層組(含最頂層的保護材料)43，位於該下玻璃板42上；一陰極層44，位於TFT層組43上，並具有一光圈(aperture)44A；一有機活性層或Micro LED層45，位於陰極層44上；一氧化銦錫(ITO)陽極層46，位於有機活性層或Micro LED層45上；一上玻璃板47，位於ITO陽極層46上；一偏光板層47A，位於該上玻璃板47上；一黏膠層48，位於該偏光板層47A上；以及一透光蓋板49，位於該黏膠層48上。該黏膠層48將偏光板層47A黏著至透光蓋板49。透光蓋板49是與物體F接近或接觸的元件。當然以上描述的例如OLED顯示器結構可能隨著技術演進而有材料層的增減，本發明精神並不因此而有改變。
亦即，將第二實施例的影像感測晶片10與微孔層30貼合至OLED或Micro LED顯示器的下方(under display)，即可完成本實施例。光圈44A做為透光及限制光量使用，與針孔成像原理並無直接關係。因為譬如是鋁層之陰極層44佔了顯示器相當大的面積，目的是要將有機活性層或Micro LED層45的光線往上反射回去，來提高顯示亮度，所以都是不透光的。因此，需要開設一個光圈44A來給影像感測單元12使用。當然這個光圈44A可以藉由現成OLED結構層的材料來完成，當然也可以增加新的結構層例如黑膠層來完成，這些在製造上是有彈性的，並不會限制本發明的精神。
圖10顯示依據本發明第四實施例的積體化感測模組1C的示意圖。如圖10所示，本實施例類似於第二實施例，不同之處在於該透光蓋板組合40與該微孔層30構成一個OLED顯示器或Micro LED顯示器的一部分。
於本實施例中，該微孔層30包含：一黏著劑36(亦可稱為黏著層)；一下玻璃板42，該黏著劑36將該下玻璃板42黏著至該第 一保護層15；一TFT層組43，位於該下玻璃板42上；以及一陰極層44，具有該微孔31，當然這個微孔31可以藉由現成OLED結構層的材料來完成，當然也可以增加新的結構層例如黑膠層來完成，這些在製造上是有彈性的，並不會限制本發明的精神。
該透光蓋板組合40包含：一有機活性層或Micro LED層45，形成於該陰極層44上；一ITO陽極層46，形成於該有機活性層或Micro LED層45上；一上玻璃板47，形成於該ITO陽極層46上；一偏光板層47A，位於該上玻璃板47上；一黏膠層48，位於該偏光板層47A上；以及一透光蓋板49，位於該黏膠層48上。該黏膠層48將透光蓋板49黏著至該偏光板層47A。如此，可由顯示器提供光源給物體F。或者，也可以設置另一光源在透光蓋板組合的一側或多側，打入紅外光(顯示器無法提供紅外光)或其他特殊波長的光源。
圖11與圖12顯示光圈44A或微孔31的形成位置的兩個例子。如圖11所示，光圈44A或微孔31形成於相鄰的陰極層44的兩個電極板44B之中與之間，所以陰極層44下方的TFT層組43也提供一部分來形成光圈44A或微孔31。於一例子中，單一電極板44B的水平寬度約為30um，兩電極板44B之間的水平間隙約為2~3um。光圈44A或微孔31的尺寸約為10至25um，故需跨越兩電極板44B。如圖12所示，光圈44A或微孔31也可以完整地形成於單一電極板44B中，但是電極板44B下方的TFT層組43也需提供透光或鏤空的部分使光線穿過。
值得注意的是，圖11的陰極層44的電極板44B之間的空隙44C，在設計時可以藉由TFT層組43的導體(譬如是多晶矽polysilicon)所形成的遮蔽層43A遮蔽而不透光，避免繞射光影響針孔成 像的感測效果。值得注意的是，遮蔽層43A在單一OLED或Micro LED顯示器是沒有被設計的，但是為了避免繞射光影響針孔成像的感測效果，在本實施例中，更有其存在的功效及價值。
圖13A顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置300的一個例子。如圖13A所示，譬如是智慧型手機的電子裝置300包含一顯示器310及一位於顯示器310上的透光蓋板320。電子裝置300可以安裝有積體化感測模組1A或1B或1C，其是一種蓋板下方(under cover plate)的積體化感測模組，也可以安裝有積體化感測模組1A或1B或1C，其是一種顯示器下方(under display)的積體化感測模組(這種安裝方式可以適用於任何顯示器位置)。
當然，OLED或micro LED顯示器為習知技術，本發明之描述僅以主結構之部分予以描述，而非重新定義其結構與材料，不夠詳細的顯示器部分可以參酌現有技術，並不會影響本發明實施例的創新。本實施例最重要特色，是要使使用者可以在顯示器的任何指定位置同時獲得顯示器內容及生物識別的能力(顯示器的任何指定位置可以執行顯示及生物特徵感測)，這種設計是目前市場完全沒有的。這對例如手機產品的設計相當重要，可以有一全新的工業設計，窄邊框以及全螢幕概念。圖13B顯示依據本發明較佳實施例的電子裝置300'的另一個例子。如圖13B所示，譬如是智慧型手機的電子裝置300'包含一顯示器310及一位於顯示器310上的透光蓋板320。顯示器310是以全螢幕的型態呈現。電子裝置300'可以安裝有積體化感測模組1A、1B或1C。
圖14與圖15顯示依據本發明較佳實施例的積體化感測模組1A/1B/1C的兩種應用，稱為積體化感測組件。如圖14所示，積體化感測模組可以透過TSV或從側邊拉出導線的方式將焊接墊設置在背 面，透過錫球71焊接至電路板(特別是軟性電路板)70上，軟性電路板70上也設置有光源72，該光源可以透過導光板的設計(圖中未示)將光源導向物體。圖15的架構與圖14類似，不同之處在於光源72幾乎是水平投射至透光蓋板50中，透過波導的原理將光線投射到物體。因此，光源可以位在透光蓋板組合40的一側或多側，可以位於同一高度或不同高度，從透光蓋板組合40的側面進入，利用波導的原理將光線投射到物體F。
本發明實施例更包含如圖16所顯示之遮蔽膠61的應用。如圖16所示，層間金屬介電層組13、第一保護層15及透光基板32的周圍塗有遮蔽膠61，避免光線外露或進入干擾，形成一個完美的暗室。
藉此，可以達成以單一微孔進行光學影像感測的效果，更可輕易地與顯示器整合，達到顯示觸控及生物細微特徵感測的功效。
圖17顯示依據本發明第五實施例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。於本非限制性的實施例中，是有四個微孔31A至31D，對應至四個感測單元陣列的四個彼此重疊的感測範圍12A至12D。此舉可以讓積體化感測模組的感測面積增大，更適用於圖13B的顯示器下方(under display)的應用。譬如說，原本單一微孔所對應的感測面積是5mm*5mm，採用四個微孔可以將感測面積增大成10mm*10mm，可以一次感測整隻手指的面積，且讓透過所有微孔的總光量增加，獲得較佳的感測結果，其錯誤接受率(FAR)及錯誤拒絕率(FRR)都會獲得更進一步的改善，且手指與積體化感測模組的對準狀態也不需要很嚴格對準。感測範圍12A至12D所得到的感測結果可以是各自獨立處理，也可以利用聯集方式接圖成為一個大的感測影像。值得注意的是，雖然以四個微孔做為例子來說明，但也可以使用其他數量的微孔來實施本發 明。
圖17的感測範圍12A至12D具有相同尺寸。但是並未將本發明限制於此。圖18顯示依據本發明第五實施例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。於類似於圖17的本非限制性的實施例中，四個微孔31A至31D是不同尺寸，對應至四個感測單元陣列的四個彼此重疊的感測範圍12A至12D也是不同尺寸。配合不同波長的光源通過不同的微孔，如此可以感測不同的深度影像，例如將同一手指的表皮層及真皮層及指靜脈圖形同時感測，具有一次獲得多種生物特徵的效果，手指也可以在感測區域上進行上下左右的移動，可以獲得多種局部生物特徵的接圖效果。
藉由上述實施例，可以提供一種積體化感測模組，利用半導體晶圓製造的方式，將光學模組與光學感測晶片以晶圓堆疊的方式，完成其結構，以克服上述所有習知技術的缺點，達到尺寸微小化，製造標準化，品質易控管，以利降低成本。利用單一微孔或多個微孔進行光學影像感測的效果，更可輕易地與顯示器整合，達到顯示觸控及生物細微特徵感測的功效。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

Claims (24)

  1. 一種積體化感測模組，至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；一微孔層，位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測一物體之光學影像；以及一透光蓋板或一透光蓋板組合，位於該微孔層上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該影像感測晶片至少包含：一基板；該等影像感測單元，形成於該基板上；一層間金屬介電層組及一金屬連接層，位於該基板及該等影像感測單元上；一上金屬層，位於該層間金屬介電層組上；以及一保護層，位於該層間金屬介電層組及該上金屬層上，其中該上金屬層遮蔽該一個或多個微孔到該等影像感測單元的部分光線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該微孔層包含一圖案化的光學基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的積體化感測模組，其中該微孔層更包含一光通濾波器，其中該光通濾波器設置於該圖 案化的光學基板中或上方，或該影像感測晶片與該圖案化的光學基板之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該等微孔係以多對一的方式對應至該等影像感測單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該等微孔係以一對一的方式對應至該等影像感測單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中對應於該等微孔的一圖案化的光學基板的一第一部分具有聚光或散光的效果，而對應於該等微孔的該圖案化的光學基板的一第二部分不具有聚光或散光的效果，以讓該積體化感測模組感測不同的深度影像。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該等微孔具有多組孔徑且交錯排列，配合不同波長的光源，以讓該積體化感測模組感測不同的深度影像。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該等微孔對應至多個重疊的感測範圍。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該微孔係以一對多的方式對應至該等影像感測單元，透過該一個微孔的成像原理，即可由該等影像感測單元得到該光學影像。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的積體化感測模組，其中該等影像感測單元透過該微孔感測位於該透光蓋板組合之上或上方之該物體之該光學影像。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該透光蓋板組合係為一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該影像感測晶片更包含多個額外影像感測單元，位於該等影像感測單元的一側或多側。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該影像感測晶片包含：一基板，其中形成有該等影像感測單元；一層間金屬介電層組，形成於該基板上；以及一第一保護層，形成於該層間金屬介電層組上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的積體化感測模組，其中該微孔層包含：一圖案化的光學基板，接合至該第一保護層上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的積體化感測模組，其中該層間金屬介電層組、該第一保護層及該圖案化的光學基板的周圍塗有一遮蔽膠，以形成一暗室。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該透光蓋板組合包含：一透光蓋板；以及一黏著層，將該透光蓋板黏著至該微孔層，其中該透光蓋板的一上表面與該物體接觸或接近。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的積體化感測模組，其中該透光蓋板組合與該微孔層構成一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的積體化感測模組，其中該透光蓋板組合包含：一黏著層；一下玻璃板，被該黏著層黏著至該微孔層的一保護層；一薄膜電晶體(TFT)層組，位於該下玻璃板上；一陰極層，位於該TFT層組上，並具有一光圈；一有機活性層或微發光二極體(Micro LED)層，位於該陰極層上；一氧化銦錫(ITO)陽極層，位於該有機活性層或Micro LED層上；一上玻璃板，位於該ITO陽極層上；一偏光板層，位於該上玻璃板上；一黏膠層，位於該偏光板層上；以及一透光蓋板，位於該黏膠層上，該黏膠層將該偏光板層黏著至該透光蓋板。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的積體化感測模組，其中該微孔層包含：一黏著層；一下玻璃板，該黏著層將該下玻璃板黏著至該影像感測晶片的一保護層；一薄膜電晶體(TFT)層組，位於該下玻璃板上；以及一陰極層，具有該微孔，其中該透光蓋板組合包含：一有機活性層或微發光二極體(Micro LED)層，形成於該陰極層上；一氧化銦錫(ITO)陽極層，形成於該有機活性層或Micro LED層上；一上玻璃板，形成於該ITO陽極層上；一偏光板層，位於該上玻璃板上；一黏膠層，位於該偏光板層上；以及一透光蓋板，位於該黏膠層上，其中該黏膠層將該透光蓋板黏著至該偏光板層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的積體化感測模組，其中該微孔形成於該陰極層的相鄰的兩個電極板之中與之間或形成於該陰極層的單一個電極板中。
  22. 一種積體化感測組件，至少包含：一電路板；一光源，設置於該電路板上；如申請專利範圍第1項所述的該積體化感測模組，其中該積體化感測模組係設置於該電路板上並電連接至該電路板，且該光源位於該透光蓋板或該透光蓋板組合的一側或多側，該光源的光線從該透光蓋板或該透光蓋板組合的側面投射到該物體。
  23. 一種積體化感測模組的製造方法，至少包含：提供一個影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；形成一圖案化的光學基板於該影像感測晶片上，其中該圖案化的光學基板為一微孔層的一部分，該微孔層位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測一物體之光學影像；以及於該微孔層上方形成一透光蓋板或一透光蓋板組合，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測位於該透光蓋板或該透光蓋板組合之上或上方之該物體之該光學影像。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的製造方法，其中該圖案化的光學基板的該一個或多個微孔係藉由以下步驟形成：(a)蝕刻穿過光學基板； (b)蝕刻不穿過光學基板；或(c)利用一圖案化的遮光層覆蓋在光學基板上。
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