接觸式傳感器單元及其製造方法和電子設備的製作方法

2023-05-12 03:42:31

專利名稱：接觸式傳感器單元及其製造方法和電子設備的製作方法
技術領域：
本申請描述的實施方式涉及接觸式傳感器單元(contact sensor unit)、電子設 備以及製造該接觸式傳感器單元的方法。
背景技術：
用於指紋認證的指紋傳感器已經公知。這種指紋傳感器具有傳感器元件。測試對
象將他/她的手指按壓在該傳感器元件的探測面上，由此讀出測試對象的指紋。 這種指紋傳感器是接觸式傳感器中的一種，並且被測試對象的手指反覆按壓。此
外，在將這種指紋傳感器安裝在可攜式設備及其類似物內的情形中，當該可攜式設備受到
衝擊時，指紋傳感器也會受到衝擊。這種外力可能會損壞傳感器元件。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種接觸式傳感器單元、具有該接觸式傳感器單 元的電子設備以及製造該接觸式傳感器單元的方法，由此可以抑制施加到傳感器元件上的 外力的影響。 依照本發明實施方式的一個方面，接觸式傳感器單元包括具有導電圖案的柔性 基板；傳感器元件，其具有用於探測測試對象指紋的探測面，所述傳感器元件具有電連接到 所述導電圖案的端子，並且所述傳感器元件被安裝在所述柔性基板上，以便使所述柔性基 板覆蓋所述傳感器元件；以及加強件，其被固定在所述柔性基板上並且包圍著所述傳感器 元件。 本發明的目的及優點藉助於在本發明各個技術方案中特別指出的要素及組合來 實現和獲得。 應當理解，前面的一般性描述和下面的詳細描述兩者都只是示例性和說明性的， 不構成對所要求保護的本發明的限制。


圖1是依據第一實施方式的指紋傳感器的橫截面圖； 圖2是依據第二實施方式的指紋傳感器的橫截面圖； 圖3A和3B是配備有該指紋傳感器的可攜式電話的說明圖； 圖4是顯示部分的立體分解圖； 圖5是安裝在該可攜式電話內的指紋傳感器的橫截面圖； 圖6A和6B是製造該指紋傳感器的方法的說明圖； 圖7A和7B是製造該指紋傳感器的方法的說明圖； 圖8是製造該指紋傳感器的方法的說明圖； 圖9是製造該指紋傳感器的方法的說明圖； 圖10是依據第二實施方式的指紋傳感器的一個變型的說明3
圖11A至11C是依據第二實施方式的指紋傳感器的一個變型的說明圖； 圖12是依據第三實施方式的指紋傳感器的說明圖； 圖13A和13B是依據第三實施方式的指紋傳感器的說明圖。
具體實施例方式
下面結合

各個實施方式。
[第一實施方式] 下面對作為接觸式傳感器單元一個例子的指紋傳感器進行說明。
圖1是依據第一實施方式的指紋傳感器1的橫截面圖。該指紋傳感器1包括柔性
基板(FPC :flexible substrate) 10、安裝在柔性基板10上的傳感器元件20、以及加強件
30。柔性基板10具有導電圖案。傳感器元件20通過凸起(端子)26電連接到柔性基板IO
的導電圖案。 傳感器元件20具有能夠檢測被測人員指紋的探測面22。用柔性基板10覆蓋該探 測面22。傳感器元件20是半導體晶片，但其不限於此。傳感器元件20的指紋檢測方式是 靜電電容式。 探測面22包括傳感器膜和以陣列方式排列在該傳感器膜之下的多個電極。當測 試對象觸摸該傳感器膜表面時，電荷被存儲在靜電電容中，該靜電電容取決於因指紋形狀 而改變的電極與指面之間的距離而變化。從而，在這些電極內產生取決於靜電電容和所存 儲的電荷的電壓。配備有指紋傳感器l的電子設備按照基於這樣生成的電壓形成指紋圖像 的方式執行指紋認證。另外，使用傳感器元件20探測指紋的這種方法是靜電電容式，但是 也可以利用電壓式或任何其他方式。 加強件30安裝在柔性基板10上，以便包圍傳感器元件20。加強件30具有罩蓋形
狀。加強件30例如由合成樹脂製成。加強件30包括筒部31和底部33。 在柔性基板10與傳感器元件20的探測面22之間填充有底層填料40。此外，在傳
感器元件20和加強件30之間填充有樹脂50。用樹脂50將加強件30固定在柔性基板10上。 在圖1中，柔性基板10的下表面被測試對象的手指擦過。測試對象擦過柔性基板 10，從而他/她的指紋就被傳感器元件20的探測面22讀出。 如圖1所示，傳感器元件20被加強件30包圍著。這避免了外力直接施加給傳感 器元件20。因而可以避免傳感器元件20被損壞。舉例來說，保護傳感器元件20避免受到 施加到配備有指紋傳感器1的電子設備上的衝擊的影響，或者避免受到在指紋傳感器1運 輸時施加到該指紋傳感器1上的外力的影響。 此外，底層填料40避免了凸起26從柔性基板10上脫落。填充在傳感器元件20 與加強件30之間的樹脂50也避免了凸起26從柔性基板10上脫落。這些布置也抑制了施 加到指紋傳感器1上的外力的影響。 用柔性基板10覆蓋傳感器元件20的探測面22。這避免了探測面22被刮傷。此 外，還能保護探測面22免受溼氣或應力影響。底層填料40填充在柔性基板10與傳感器元 件20的探測面22之間，從而也保護著探測面22。 此外，指紋傳感器1採用比剛性基板(rigid substrate)更薄的柔性基板10。因此減小了指紋傳感器l的厚度。同時，加強件30具有罩蓋形狀，從而確保了加強件30與樹 脂50的接觸面積。 柔性基板10具有形成有圖案的導電層16 ;—保護層12，其覆蓋著導電層16的 一個表面；以及另一保護層14，其覆蓋著導電層16的另一個表面。保護層12完全覆蓋著 導電層16的一個表面。保護層14部分地露出導電層16。傳感器元件20的凸起26接合 在導電層16的被露出的部分上。在對著傳感器元件20探測面22的區域中未形成導電層 16。也就是說，導電層16是以避免面對探測面22的方式形成的。因而，底層填料40和保 護層12層疊在探測面22上。在大量層層疊在探測面22上的情況下，指紋探測精度可能會 下降。然而，因為是由底層填料40和保護層12組成的兩層層疊在探測面22上，所以在探 測面22被保護起來的同時，也能確保探測面22上的指紋探測精度。 此外，柔性基板10的厚度約為25iim。在導電層16中，用鍍覆等方式形成布線圖 案。保護層12和14均由聚醯亞胺樹脂(polyimide resin)製成。凸起26通過例如鍍覆、
圖案轉印等方法形成。
[第二實施方式] 下面，對依據第二實施方式的指紋傳感器la進行說明。另外，為避免重複說明，與 第一實施方式相同的那些部件具有相同的附圖標記。圖2是依據第二實施方式的指紋傳感 器la的橫截面圖。 加強件30a具有框形。與依據第一實施方式的加強件30不同，該加強件30a不具
有底部33。因而，該指紋傳感器la的厚度被進一步減小。另外，將樹脂50以不超過筒部
31高度的方式填充在加強件30a內。加強件30a的內側表面32a沿豎向延伸。 接下來，針對指紋傳感器la安裝在電子設備內的情況進行說明。圖3A和圖3B是
配備有指紋傳感器la的可攜式電話100的說明圖。如圖3A所示，可攜式電話100包括主
體部分110和顯示部分130，該主體部分110和該顯示部分130以可摺疊的方式彼此相互連
接。主體部分110設有多個輸入鍵120。顯示部分130設有顯示器140。圖3B示出處於折
合狀態的可攜式電話100。指紋傳感器la安裝在顯示部分130的背面。 圖4是顯示部分130的分解透視圖。該顯示部分130包括前殼150、背殼160以及
蓋170。印刷基板151固定在前殼150上。連接器158安裝在印刷基板151上。要安裝指
紋傳感器la的安裝部分161形成在背殼160上。 該安裝部分161形成有用於漏出加強件30a的漏出口 162和用於漏出柔性基板10 的漏出口 168。在柔性基板10 —端形成的端子18穿過漏出口 168連接到連接器158。這 確保了指紋傳感器la與印刷基板151的電連接。另外，蓋170將指紋傳感器la安裝到安 裝部分161。蓋170設有開口172。測試對象用他/她的手指擦過從開口 172露出的柔性 基板IO，從而由傳感器元件20的探測面22探測指紋。 圖5是安裝在可攜式電話100內的指紋傳感器la的橫截面圖。固定柔性基板10 以便覆蓋背殼160的漏出口 162。另外，用雙面膠帶80將柔性基板10和蓋170接合起來。 該雙面膠帶80是防水性的。以這種方式，柔性基板10填塞了漏出口 162與加強件30a之 間的縫隙。另外，用防水性的雙面膠帶80將蓋170和柔性基板10接合起來。這避免了水 經由開口 172滲入可攜式電話100。此外，這還可避免水滲入指紋傳感器la。這樣，該指紋 傳感器la的防水性得以增強。
接下來，對製造該指紋傳感器la的方法加以說明。圖6A、圖6B、圖7A、圖7B、圖8 和圖9是製造該指紋傳感器la的方法的說明圖。如圖6A和6B所示，用分配噴針(dispense needle) 300將底層填料40施加到導電層16的露出部分及其附近。接著，如圖7A和7B所 示，將柔性基板10轉移到接合臺400上，並且用接合工具500把傳感器元件20吸附起來。 將傳感器元件20與柔性基板10對準，以便倒裝在柔性基板10上。在加熱傳感器元件20 和柔性基板10的同時，朝向柔性基板10擠壓傳感器元件20，並且執行裝配。
接著，如圖8所示，柔性基板10被吸附在吸附臺600上。該吸附臺600設有多個 真空孔610。這些真空孔610被泵抽氣成真空狀態，由此將柔性基板10吸附在吸附臺600 上。因此，柔性基板10是平坦的。在保持著吸附狀態的同時，用粘合劑60將加強件30a固 定在柔性基板10上。另外，粘合劑60具有例如片形。該粘合劑60避免在灌注時樹脂50 從柔性基板10與粘合劑60之間的縫隙洩漏出來。 接下來，參見圖9，在吸附狀態被保持的情況下，用塗覆噴嘴700將樹脂50灌入加 強件30a。然後，在吸附狀態被保持的情況下，使樹脂50固化。另外，樹脂50例如是熱固性 樹脂，並且也可以是紫外光固化樹脂。此外，樹脂50可以由固化收縮率小的材料製成，例如 含有大量填料的材料。這是因為要保持柔性基板10的平坦性。 這樣，從將加強件30a固定到柔性基板10上的工序到樹脂50固化的工序，柔性基 板10都被吸附在吸附臺600上以保持平坦狀態。因此，柔性基板10是平坦的，從而允許測 試對象用他/她的手指平滑地擦過。順便要說明的是，指紋傳感器la的探測精度也被提高。 而且，指紋傳感器la的外觀也得以改善。 另外，加強件30a具有框形，因此有助於在樹脂50固化之前排出在該樹脂50內產 生的空隙。 此外，雖然為保持柔性基板10的平坦性使用了吸附臺600，但是本發明不限於這 種結構。例如，可以使用具有多個微小開口的多孔臺。 柔性基板10的平坦性可以通過粘合材料來保持。例如，柔性基板10安裝在具有 金屬板(其帶有突起和凹陷)的部件上，該部件還具有塗覆在金屬板上的凝膠樹脂(gelled resin)，從而保持柔性基板10的平坦性。另外，可以通過用雙面膠帶將柔性基板10固定到 指定的檯面上，從而使得該柔性基板10保持平坦。 下面，對依據第二實施方式的指紋傳感器的變型進行說明。圖10和圖11A至11C 是依據第二實施方式的指紋傳感器的變型的說明圖。如圖10所示，加強件30b的內側表面 32b相對於豎向傾斜。更具體地，內側表面32b隨著遠離柔性基板10而朝著加強件30b的 內側傾斜。利用這樣的傾斜，可避免樹脂50從加強件30b掉出。另外，例如，內側表面32b 相對於豎向的傾角在約1度至約IO度的範圍內。在內側表面32b的傾角過大的情況下，在 內側表面32b附近的樹脂50內可能會產生空隙。空隙的產生可能會使樹脂50的強度降低。
另外，在如圖IIA所示的指紋傳感器lc中，內側表面32c具有豎直延伸的部分和 傾斜的部分。藉助於內側表面32c的這種形狀，可以抑制空隙的產生。在如圖11B所示的 指紋傳感器ld中，內側表面32d隨著遠離柔性基板10而朝向加強件30c的內側伸出。所 述朝向內側伸出的部分與未朝向內側伸出的部分之差為約100 ii m至約2mm。在如圖11C所 示的指紋傳感器le中，內側表面32e具有一個傾斜部分，該傾斜部分連接著向加強件30e 內側伸出的部分和未向加強件30e內側伸出的部分。藉助於這種結構，也可以抑制空隙的產生。[第三實施方式] 接下來，對依據第三實施方式的指紋傳感器進行說明。圖12、圖13A和圖13B是依 據該第三實施方式的指紋傳感器的說明圖。如圖12所示的指紋傳感器If設有加強板70， 該加強板70被裝配到加強件30a的內側表面32a中。加強板70由合成樹脂製成。
圖13A是該指紋傳感器If的前視圖。該加強板70大體呈十字形，並與加強件30a 的內側表面32a的四個面相接觸。這避免了加強件30a由於外力而變形。這樣，指紋傳感 器lf很難被外力所影響。另外，在如圖13B所示的指紋傳感器lg中，加強板70a大體呈矩 形形狀並且與內側表面32a的兩個相對面相接觸。因而，避免了加強件30a的變形。
另外，加強板70在灌注樹脂50之前就被裝配到加強件30a內，然後將加強件30a 固定到柔性基板10上。接下來，將樹脂50灌入加強板70與加強件30a之間的縫隙內。
此外，如上所述的指紋傳感器可以安裝在筆記本電腦內或除筆記本電腦之外的其 他電子設備內。本發明不僅可以應用於如上所述的指紋傳感器，而且還可以應用於像觸摸 板這類的接觸型傳感器。 這裡給出的所有例子及限定性語言都是為教示目的，旨在幫助閱讀者理解本發明 人為擴展現有技術而貢獻的本發明及其思想，這裡給出的所有例子及限定性語言應被理解 為既不將本發明限制為這些具體敘述的例子和情況，同時說明書中的這些例子的組織方式 也不涉及對本發明不同方案的優劣的展示。雖然已經詳細描述了本發明的各個實施方式， 但是應當理解，在不脫離本發明精神和範圍的條件下，能夠對本發明做出各種改變、替換和 變型。
權利要求
一種接觸式傳感器單元，其包括具有導電圖案的柔性基板；傳感器元件，其具有用於探測測試對象指紋的探測面，所述傳感器元件具有電連接到所述導電圖案的端子，並且所述傳感器元件被安裝在所述柔性基板上，以便被所述柔性基板覆蓋；以及加強件，其被固定在所述柔性基板上並且包圍著所述傳感器元件。
2. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述接觸式傳感器單元還包括被填 充在所述傳感器元件的所述探測面和所述柔性基板之間的底層填料。
3. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述接觸式傳感器單元還包括被填 充用來覆蓋位於所述加強件內的所述傳感器元件的樹脂。
4. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述加強件具有罩蓋形狀。
5. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述加強件具有框形。
6. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述加強件具有隨著遠離所述柔性 基板而朝向所述加強件的內側傾斜的內側表面。
7. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述加強件具有隨著遠離所述柔性 基板而朝向所述加強件的內側伸出的內側表面。
8. 如權利要求1所述的接觸式傳感器單元，其中，所述接觸式傳感器單元還包括裝配 在所述加強件內的加強板。
9. 一種電子設備，其包括接觸式傳感器單元和安裝了所述接觸式傳感器單元的殼體， 其中，所述接觸式傳感器單元包括具有導電圖案的柔性基板；傳感器元件，其具有用於探測測試對象指紋的探測面，所述傳感器元件具有電連接到 所述導電圖案的端子，並且所述傳感器元件被安裝在所述柔性基板上，以便被所述柔性基 板覆蓋；以及加強件，其被固定在所述柔性基板上並且包圍著所述傳感器元件。
10. —種製造接觸式傳感器單元的方法，其包括 將傳感器元件安裝在柔性基板上；在保持所述柔性基板的平坦性的同時，將加強件接合在所述柔性基板上以包圍所述傳 感器元件；將樹脂灌入所述加強件內，以覆蓋所述傳感器元件；以及 固化所述樹脂。
全文摘要
一種接觸式傳感器單元包括具有導電圖案的柔性基板；傳感器元件，其具有用於探測測試對象指紋的探測面，所述傳感器元件具有電連接到所述導電圖案的端子，並且所述傳感器元件被安裝在所述柔性基板上，以便被所述柔性基板覆蓋；以及加強件，其被固定在所述柔性基板上並且包圍著所述傳感器元件。
文檔編號G06K9/00GK101727576SQ20091016392
公開日2010年6月9日 申請日期2009年7月31日 優先權日2008年10月22日
發明者岡田徹, 古川裕稔, 小林弘 申請人:富士通株式會社