TWI402757B - 低成本指紋感應系統 - Google Patents

Description

低成本指紋感應系統

本發明涉及指紋感測器技術，並且，更具體地說，本發明涉及包括低成本指紋感測器元件的系統。

本申請案主張2008年8月15日申請之美國臨時申請案第61/089,259號，名為「Low Cost Fingerprint Sensor System(低成本指紋感測器系統)」之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。

很多系統利用指紋認證設備進行用戶認證和識別。例如，安全系統、電腦系統和甚至娛樂場所進入系統都利用這些感測器和系統。隨著計算平臺趨於更好的安全性並且隨著移動設備的增加，對指紋認證的要求正在增加。然而，傳統的指紋感測器系統可能是複雜的，並且傳統的指紋感測器系統包括通過使用如球狀柵陣列(BGA)封裝體等積體電路(IC)封裝體安裝於如印刷電路板(PCB)等電路板上的多個專用元件。因此，這些傳統的感測器系統可能是昂貴的，並且可能由於元件數量較高而導致平均故障間隔時間(MTBF)較低。因此，為了將指紋感測器技術擴展到更多的且成本更低的系統中，可期望具有更多成本效益的指紋感測器系統。

低成本指紋感測器系統的各種實施方式被公開。在一個實施方式中，低成本指紋系統包括電路板，例如：印刷電路板或印刷線路板。該系統還包括被製造在電路板的第一表面上的指紋感測器陣列和通過使用如板上晶粒安裝技術被直接安裝於電路板的第二表面上的用於處理從指紋感測器處接收到的資訊的積體電路晶粒。通過如電路板中的通孔，積體電路晶粒可被電連接於感測器。

雖然本發明可以進行各種修改和並可具有各種替代形式，但是本發明的具體實施方式是通過圖中的實施例被示出並且在本文中被詳細地描述的。然而，應該瞭解到，這些圖和其詳細描述不打算將本發明侷限於公開的特殊形式，而是相反地，期望覆蓋屬於附加申請專利範圍所界定的本發明的精神和範圍內的所有的修改、等價物和替代。注意，詞「可能」以許可(即，具有可能，能夠)的方式而非強制性(即，必須)的方式在整個申請中被使用。

現在參照圖1，其示出了傳統的習知技術的指紋感測器圖。圖1的傳統的指紋感測器系統包括主機系統的主板140，該主機系統在該圖示中是膝上型電腦。膝上型電腦具有外殼頂表面100和開口160。傳統的指紋感測器系統包括小型PCB 190，其是通過使用聚酯薄膜帶狀電纜150被耦合於主板140上。通常，聚酯薄膜帶狀電纜150將包括大量電路電線或導體，它們已經被嵌入到其上或者被沉積到其上。如圖所示，微型的PCB 190和主板140分別包括連接器130A和130B，它們用於連接板間的聚酯薄膜帶狀電纜150。

此外，傳統的指紋感測器系統包括指紋感測器，其被製造為IC 110的一部分。感測器IC 110被封裝在球狀柵陣列(BGA)IC封裝體115中。通過使用信號跡線(trace)和通孔(都未示出)，感測器IC 110被耦合於大量緩衝元件175和/或處理IC晶片120。如圖所示，處理IC晶片120也被封裝在BGA IC封裝體125中。通過使用螺絲釘185，微型PCB 190被物理地安裝於膝上型電腦的頂表面100上。

如上所述，圖1所示的傳統的指紋感測器系統包括幾個元件。此外，感測器IC 110與處理IC 120之間存在相當大的距離，從而允許信號失真和干擾的可能性，以及允許這樣的可能性，即，由於元件數量引起的小於期望的平均故障間隔時間(MTBF)。最後，元件的個數使指紋系統的成本增加。相反地，如下面的圖2至圖4所示，示出的低成本指紋感測器系統包括更少的元件和簡化的設計。

參照圖2，其示出了包含指紋感測器系統205的移動設備200的一個實施方式的簡化方塊圖。移動設備200包括經由鏈路30被耦合於感測器系統電路板90的主板40。感測器系統電路板90包括經由鏈路55被耦合於指紋感測器陣列電極10的積體電路(IC)晶粒20。

在一個實施方式中，指紋感測器陣列電極10可為這樣的電極陣列，即，通過使用標準PCB佈局和蝕刻技術，其被直接製造在感測器系統電路板90的頂部金屬層上。在各個實現中，可通過使用被佈局為具有變化的長度和變化的間距(即，相鄰金屬跡線之間的距離)的線的樣式的金屬跡線來製造感測器陣列。感測器可為一維陣列或二維陣列。因此，使用高密度間距的配置，可形成高品質的感測器陣列。通過這樣做，感測器陣列10可表示電容式指紋感測器。感測器系統電路板90可表示PCB、印刷線路板(PWB)，等。因此，感測器系統電路板90可包括由如FR4等電介質材料製造的基板。此外，感測器系統電路板90可包括信號觸點、信號跡線、通孔，和在某些情況下的用於電互連這些元件的盲孔。

在一個實施方式中，IC晶粒20可表示處理電路或專用積體電路(ASIC)，其可被配置為執行通用處理以及信號處理任務，例如：根據從感測器陣列10處接收到的信號形成指紋圖形或圖譜。在一些實施方式中，IC晶粒20也可被配置以將產生的圖譜與儲存在IC晶粒20中的其他圖譜進行比較。在其他實施方式中，IC晶粒20可將產生的圖譜發送給如主板40上的處理器等其他設備以進行比較。因此，通過使用多種圖譜產生、匹配和認證演算法中的任意一種，IC晶粒20可執行圖譜產生、認證和/或識別功能。

在一個實施方式中，鏈路55可包括信號觸點、信號跡線和通孔(如圖3所示)。在一個實施方式中，鏈路30可表示柔性帶或薄膜，例如：聚對苯二甲酸乙二醇(PET)系中的薄膜中的任意一種，等。注意，聚酯薄膜是一種這樣的PET薄膜。柔性帶可包括電路跡線或電線以在感測器系統電路板90與主板40之間傳送信號。

參照圖3，其顯示了示出了圖2的指紋感測器系統205的一個實施方式的側視圖。注意，為了清楚和簡單，與圖2所示的元件對應的元件被標記相同的號碼。如上所述，指紋感測器系統包括微型PCB 90，其包括多個通孔55、接觸盤95、信號跡線35和觸點65。PCB 90還包括焊接掩模80，其覆蓋PCB 90的一些部分。

在示出的實施方式中，指紋感測器電極陣列110被製造在微型PCB 90的頂表面上，並且具有保護感測器塗層70。如圖3所描繪的，通過使用如板上晶片裝配程序，IC晶粒20被物理地安裝於PCB 90的底表面上。因此，不存在IC晶粒封裝。IC搭接線25從IC上的盤直接地搭接到PCB 90上的接觸盤95。感測器陣列電極10可被直接地連接於通孔55或緊鄰通孔55的接觸盤。進一步地，通過使用如PCB 90的底表面上的信號跡線，接觸盤95可被連接於觸點65。如圖4所示，在不使用連接器的情況下，觸點65可直接與柔性帶30密切配合。

參照圖4，其顯示了示出安裝於設備外殼的圖2和圖3的指紋感測器系統的一個實施方式的側視圖。如圖所示，該設備包括外殼400，外殼400包括開口410。指紋感測器系統被定位以使指紋感測器陣列電極與開口410對準，從而允許用戶將手指按在感測器上。

如上所述，在不使用連接器的情況下，柔性帶30可在觸點65處與PCB 90密切配合。如圖所示，安裝的螺絲釘485B被用於將PCB 90安裝於外殼400。然而，螺絲釘485B用於兩個目的。更具體地說，此螺絲釘也可用於將柔性帶壓在觸點65上，並且使它保持在原位，從而在柔性帶與觸點65之間形成無連接器的電氣地密切配合。

如圖2至圖4所示，僅僅存在一個積體電路(例如：IC晶粒20)、僅僅存在一個柔性帶連接器、沒有BGA IC封裝，並且沒有緩衝電路。這是與圖1的傳統指紋感測器系統的區別。因此，由於感測器陣列10與IC晶粒20之間的引線長度縮短，因此可能存在對信號品質的改進。此外，如上所述，具有更少且更簡單的元件可減少製造成本並且可能增加指紋感測器系統205的MTBF。

注意，儘管PCB 90被描述為僅僅具有兩個電路層(例如：頂部和底部)，但是，可設想，如果必要，可使用額外的電路層。還應注意，儘管上述實施方式將設備描繪為移動設備和/或膝上型電腦，但是可以設想，在其他實施方式中，該設備可為可利用指紋感測器系統的任何設備。例如，安全系統、移動電話、收銀機、固定式/桌上型電腦和伺服器等可使用指紋感測器系統。進一步注意，術語「頂部」和「底部」是為了討論的目的被使用的，而不是限制電路板或元件的方向。

儘管上面的實施方式已經以相當詳細的方式被描述，但是對於本領域具有通常知識者，一旦上面的公開被完全理解，很多變化和修改將變得清楚。期望下面的申請專利範圍被解釋為包含所有這些變化和修改。

10．．．指紋感測器陣列電極

20．．．IC晶粒

25．．．IC搭接線

30．．．鏈路/柔性帶

35．．．信號跡線

40．．．主板

55．．．鏈路/通孔

65．．．觸點

70．．．保護感測器塗層

80．．．焊接掩模

90．．．感測器系統電路板

95．．．接觸盤

100．．．外殼頂表面

110．．．感測器IC

115．．．球狀柵陣列(BGA)IC封裝體

120．．．處理IC晶片

125．．．BGA IC封裝體

130A．．．連接器

130B．．．連接器

140．．．主板

150．．．聚酯薄膜帶狀電纜

160．．．開口

175．．．緩衝元件

185．．．螺絲釘

190．．．PCB

200．．．移動設備

205．．．指紋感測器系統

400．．．外殼

410．．．開口

485A．．．螺絲釘

485B．．．螺絲釘

圖1是示出了傳統(習知技術)的指紋感測器系統的圖。

圖2是包含指紋感測器系統的移動計算系統的一個實施方式的方塊圖。

圖3是示出了圖2的指紋感測器系統的一個實施方式的側視圖。

圖4是示出了安裝於設備外殼的圖2和圖3的指紋感測器系統的一個實施方式的側視圖。

10．．．指紋感測器陣列電極

20．．．IC晶粒

30．．．鏈路

35．．．信號跡線

40．．．主板

55．．．鏈路

90．．．感測器系統電路板

200．．．移動設備

205．．．指紋感測器系統

Claims (16)

1. 一種指紋感測器系統，其包括：一電路板，其包括一第一表面和一第二表面；一指紋感測器陣列，其被製造在該第一表面上，其中該指紋感測器陣列包括蝕刻於該電路板之該第一表面上的一特定樣式的金屬跡線，其中該特定樣式包括具有變化的長度和間距的多條金屬線；以及一積體電路晶粒，其被電耦接至該指紋感測器陣列，並經組態用於處理從該指紋感測器陣列接收到的資訊。
2. 如請求項1之系統，其中該電路板進一步包括：多個電觸點，該多個電觸點被製造在該第一表面或該第二表面之一上，其中該多個電觸點經由多個信號跡線被耦合於積體電路。
3. 如請求項2之系統，其進一步包括一柔性帶，該柔性帶包括多個信號跡線，該多個信號跡線在不使用連接器的情況下與該電路板的該多個電觸點直接地密切配合，從而在該柔性帶與該電觸點之間形成一無連接器的電氣密切配合。
4. 如請求項3之系統，其中通過被用於將該電路板固定於另一個設備的一螺絲釘，該柔性帶被機械地緊固到該電路板。
5. 如請求項1之系統，其中在不具有一積體電路封裝元件的情況下，該積體電路晶粒被直接安裝到和電氣地搭接到該電路板。
6. 如請求項5之系統，其中通過使用電信號搭接線，該積體電路晶粒被電氣地搭接到該電路板，該電信號搭接線從該積體電路晶粒上的搭接盤直接地搭接到形成於該電路板上的接觸盤。
7. 如請求項1之系統，其中該指紋感測器陣列包括一電容式指紋感測器陣列。
8. 如請求項1之系統，其中該積體電路晶粒安裝到該電路板的該第二表面的一位置與該電路板的該第一表面上的該指紋感測器陣列的位置直接相對。
9. 一種移動設備，其包括：一外殼；一主板，其被安裝於該外殼內；一指紋感測器系統，其被安裝到該外殼並且被耦合於該主板，其中該指紋感測器系統包括：一電路板，其包括一第一表面和一第二表面；一指紋感測器陣列，其被製造在該第一表面上，其中該指紋感測器陣列包括蝕刻於該電路板之該第一表面上的一特定樣式的金屬跡線，其中該特定樣式包括具有變化的長度和間距的多條金屬線；以及一積體電路晶粒，其被電耦接至該指紋感測器陣列，並經組態用於處理從該指紋感測器陣列接收到的資訊；其中，該電路板被安裝於該外殼，以使該指紋感測器陣列位於與該外殼中的一開口對準的位置。
10. 如請求項9之移動設備，其中該電路板進一步包括多個電觸點，該多個電觸點被製造在第一表面或第二表面中的一個上，其中該多個電觸點經由多個信號跡線被耦合於該積體電路。
11. 如請求項10之移動設備，其進一步包括一柔性帶，該柔性帶包括多個信號跡線，該多個信號跡線在不使用一連接器的情況下與該電路板的該多個電觸點直接密切配合，從而在該柔性帶與該電觸點之間形成一無連接器的電氣密切配合。
12. 如請求項11之移動設備，其中通過被用於將該電路板固定於該外殼的一螺絲釘，該柔性帶被機械地緊固到該電路板。
13. 如請求項9之移動設備，其中在不具有一積體電路封裝元件的情況下，該積體電路晶粒被直接安裝到和電氣地搭接到該電路板。
14. 如請求項13之移動設備，其中通過使用電信號搭接線，該積體電路晶粒被電氣地搭接到該電路板，該電信號搭接線從該積體電路晶粒上的搭接盤直接地搭接到形成於該電路板上的接觸盤。
15. 如請求項9之移動設備，其中該指紋感測器陣列包括一電容式指紋感測器陣列。
16. 如請求項9之移動設備，其中該積體電路晶粒安裝到該電路板的該第二表面的一位置與該電路板的該第一表面上的該指紋感測器陣列的位置直接相對。