CN103942534A - 生物特征识别传感器及包含其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物特征识别传感器及及包含其的电子设备。该传感器包括：基材衬底；导电电路，其形成于基材衬底上，包括：第一导电层，其包括多个相互绝缘分布的第一电极；第二导电层，其包括多个相互绝缘分布的第二电极；以及，绝缘层，其夹设于第一导电层与第二导电层之间；其中第一电极在第二电极所在平面上的投影与第二电极交叉；以及，多根引线，其包括至少一根第一电极组引线与至少一根第二电极分组引线；其中第一电极构成的第一电极组与第一电极组引线一一连接；第二电极构成的第二电极组与第二电极组引线一一连接；其中第一电极组中的第一电极在平面上的投影与第二电极组中的第二电极形成的多个交叠部分的面积均不相等。

Description

生物特征识别传感器及包含其的电子设备

技术领域

本发明涉及生物特征识别技术，尤其涉及一种生物特征识别传感器及包含其的电子设备。

背景技术

人体某些生物特征（如指纹、掌纹等）是人体独一无二的特征，并且它们的复杂程度可提供用于识别的足够特征。

指纹/掌纹识别技术是目前最成熟且价格最低廉的生物特征识别技术。其中，指纹识别技术应用最为广泛，如门禁、笔记本电脑、手机、汽车、银行支付等电子设备上均可应用指纹识别技术。

电容式指纹识别传感器在基材衬底上形成导电电路，当手指与传感器接触时，通过指纹的凸起和凹陷所产生的不同电容值来探测指纹图案。目前，多采用的是通过coms半导体工艺形成的指纹识别传感器，但其工艺复杂，生产成本高，价格昂贵。

此外，由于现有的指纹识别传感器多采用单晶硅基板，当手指用力按压时，有可能发生破裂问题。为了保护硅片在接收用户无数次按压或非正常按压而导致的损坏，现有技术中一般采用硬度较高的蓝宝石来保护硅片。但蓝宝石成本较高，致使整个指纹识别设备的成本增加。

再次，现有的指纹识别传感器在有限的基材衬底上形成一定数量的感应单元，如果感应单元的数量不够，则会降低指纹识别传感器的分辨率，导致无法准确进行指纹识别、或者需要用户多次输入指纹，从而降低了用户的体验。因此，在有限的面积内如何形成高分辨率的指纹传感器为目前指纹识别传感器所面临的一个技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供了一种生物特征识别传感器及包含其的电子设备，使其可以在有限面积内提升指纹识别的分辨率；并避免使用单晶硅基板，以防止有力按压引起的破裂问题。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

本发明一方面公开了一种生物特征识别传感器，其特征在于，包括：基材衬底；导电电路，其形成于所述基材衬底上，包括：第一导电层，其包括多个相互绝缘分布的第一电极；第二导电层，其包括多个相互绝缘分布的第二电极；以及，绝缘层，其夹设于所述第一导电层与所述第二导电层之间；其中所述第一电极在所述第二电极所在平面上的投影与所述第二电极交叉；以及，多根引线，其包括至少一根第一电极组引线与至少一根第二电极分组引线；其中所述多个第一电极被分组，形成至少一个第一电极组，所述第一电极组与所述第一电极组引线一一连接；所述多个第二电极被分组，形成至少一个第二电极组，所述第二电极组与所述第二电极组引线一一连接；其中所述第一电极组中的所述第一电极在所述平面上的投影与所述第二电极组中的所述第二电极形成的多个交叠部分的面积均不相等。

根据本发明的一个实施例，其中所述导电电路还包括：第一绝缘薄膜基材，以及第二绝缘薄膜基材；其中，所述多个第一电极分别形成于所述第一绝缘薄膜基材上，所述多个第二电极分别形成于所述第二绝缘薄膜基材上。

根据本发明的另一个实施例，其中所述多个第一电极之间彼此平行分布，所述多个第二电极之间彼此平行分布。

根据本发明的再一个实施例，其中所述多个第一电极之间等间距分布，和/或所述多个第二电极之间等间距分布。

根据本发明的再一个实施例，其中所述第一电极在所述第二电极所在平面上的投影与所述第二电极垂直交叉。

根据本发明的再一个实施例，其中所述第一电极和/或所述第二电极的材料为金属或者金属与有机粘结剂的混合物。

根据本发明的再一个实施例，其中所述第一导电层和/或所述第二导电层的厚度为20nm～20um。

根据本发明的再一个实施例，其中所述第一电极设置为感应电极，所述第二电极设置为驱动电极。

根据本发明的再一个实施例，其中所述第一电极与所述第二电极均设置为感应电极。

本发明另一方面公开了一种电子设备，包括上述任一实施例提供的生物特征识别传感器。

本发明提供的电容式生物特征识别传感器通过采用分组引线的方法，降低了引线数目，从而减小了外接电路板的长度，降低了成本，同时提高了粘合良率。而在相同引线数目下，因采用了分组引线的方法，可以增加电极数目，从而在相同面积内提升了指纹识别的分辨率。此外，本发明提供的电容式生物特征识别传感器还可以避免使用单晶硅基板，从而避免了用力按压时发生破裂的问题。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示例了本发明实施例的电容式生物特征识别传感器的结构示意图。

图2及图3分别示例了本发明一个实施例的导电电路结构的平面图及横截面图。

图4示例了本发明实施例的导电电路的导电图案。

图5示例了本发明另一个实施例的导电电路结构的横截面图。

图6示例了本发明实施例的电极分组引线连接示意图。

图7示例了本发明实施例的电极分组示意图。

图8示例了图7所示的电极分组的局部放大图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料等以避免模糊本发明。

请同时参考图1至图3，图1示例了本发明实施例的电容式生物特征识别传感器的结构示意图，图2及图3分别示例了本发明一个实施例的导电电路结构的平面图及横截面图。

如图1所示，该电容式生物特征识别传感器10包括：基材衬底11、导电电路12及引线13。

导电电路12形成于基材衬底11上，如图2所示，导电电路12包括第一导电层121、绝缘层122及第二导电层123。

第一导电层121，包括多个相互绝缘分布的第一电极1211。根据本发明优选实施例，其中，多个第一电极1211之间平行分布，且多个第一电极1211之间等间距分布。

第二导电层123，位于第一导电层121之下，包括多个相互绝缘分布的第二电极1231。根据本发明优选实施例，其中，多个第二电极1231之间平行分布，且多个第二电极1231之间等间距分布。

第一电极1211在第二电极1231所在的平面上的投影与第二电极1231交叉，例如第一电极1211在第二电极1231所在的平面上的投影可以与第二电极1231垂直交叉，从而在各个交叠处形成多个感应单元，如图4中阴影部分所示。图4示例了本发明实施例的导电电路的导电图案，但本发明不限于此，例如第一电极1211在第二电极1231所在的平面上的投影也可以与第二电极1231不垂直，构成菱形导电图案等。

第一电极1211与第二电极1231的导电材料可以相同，也可以不同。例如可以为氧化烟锡（ITO）、石墨烯、碳纳米管，或者也可以为金、银、铜、铝和锌中的一种或几种的合金，还可以为上述金属与有机粘结剂的混合物。

第一导电层121和/或第二导电层123的厚度可以为20nm～20um，其制作工艺可以采用镀膜、激光镭射、黄光工艺等方式，也可以采用传统的印刷方式，如凹版或凸版印刷，本发明不限于此。

绝缘层122夹设于第一导电层121与第二导电层123之间，以使第一导电层121与第二导电层123之间绝缘。绝缘层122的材料例如可以为树脂薄膜基材，本发明不限于此。

本实施例的电容式生物特征识别传感器，利用互相分离的第一电极与第二电极形成电容，根据电容变化而感测形成指纹图案，不需要利用CMOS半导体工艺在硅基底上形成指纹识别传感器，从而可以避免使用单晶硅基板，因此不会发生用力按压时发生破裂问题，并且降低了成本。

图5示例了本发明另一个实施例的导电电路结构的横截面图。如图5所示，本发明另一个实施例提供的导电电路12’中的第一电极1211与第二电极1231分别形成于第一绝缘薄膜基材1212与第二绝缘薄膜基材1232上，之后包括有第一电极1211的第一绝缘薄膜基材1212与包括有第二电极1231的第二绝缘薄膜基材1232例如再以绝缘胶粘连，以形成第一绝缘薄膜基材1212与第二绝缘薄膜基材1232之间的绝缘层122。

第一绝缘薄膜基材1212与第二绝缘薄膜基材1232的材料可以相同，也可以不同，例如可以为聚对笨二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、环烯烃类共聚物（COC）、环烯烃聚合物（COP）等有机树脂材料，也可以为玻璃、蓝宝石等无机材料，本发明不限于此。

第一绝缘薄膜基材1212和/或第二绝缘薄膜基材1232的厚度可以为15um～500um，其中优选50um～300um。

本实施例的生物特征识别传感器，相当于在第一导电层和第二导电层下方分别设置了基材衬底，同样可以避免使用单晶硅基板，因此不会发生用力按压时发生破裂问题，并且降低了成本；并且同样可以得到较高分辨率的传感器。

引线13用以将多个第一电极1211及多个第二电极1231与外接的电路板连接。

采用上述的双层导电结构，当每个第一电极1211及每个第二电极1231分别一一连接一根引线13时，以分辨率500dpi，及采用长、宽均为5mm的感应模块为例，因为第一电极1211之间的距离及第二电极1231之间的距离均为50.8um（对应于500dpi），则对应需要与第一电极连接的引线及与第二电极连接的引线各约100根，即需要与外接的电路板粘合的引线数达到200根，这样对应的电路板则需要做的很长，而且粘合的引线数越多，其良率越低。

为此，本发明分别将第一电极1211与第二电极1231分别进行分组，将每组中的电极进行合并，例如通过引线连接，之后再以每组为单位，单独引出一根引线13，从而减少引线数目。

图6示例了本发明实施例的电极分组引线连接示意图。如图6所示，以三个第一电极1211为一第一电极组，通过一根第一电极组引线131与外接电路板连接；以及，以三个第二电极1231为一第二电极组，通过一根第二电极组引线132与外部电路板连接。这里以三个第一电极1211为一组，及以三个第二电极为一组仅为示例性说明，本发明不限制各组中第一电极1211及第二电极1231的个数。

因采用了分组为单位的引线连接方式，与引线外接的IC电路通过感应每个感应单元的电容变化大小而进行判断指纹嵴或峪以形成指纹图案时，需要对感应单元进行定位及计算，下面将进一步介绍采用了分组引线方法时，外接IC电路对感应单元进行定位、计算的方法。

图7示例了本发明实施例的电极分组示意图。仍以三个第一电极1211为一组，及以三个第二电极1231为一组为例，如图7所示，第一电极1211形成的分组分别为Tx1,Tx2,……TxM，第二电极1231形成的分组分别为Rx1,Rx2,……RxN。其中一实施例中，当感应模块的长、宽相等时，则M=N。感应矩阵M1为：

$M1=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Tx}1\mathrm{Rx}1& \mathrm{Tx}2\mathrm{Rx}2& \·\·\·& \mathrm{TxMRx}1\\ \mathrm{Tx}1\mathrm{Rx}2& \mathrm{Tx}2\mathrm{Rx}2& \·\·\·& \mathrm{TxMRx}2\\ \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·& \·\·\·\\ \mathrm{Tx}1\mathrm{RxN}& \mathrm{Tx}2\mathrm{RxN}& \·\·\·& \mathrm{TxMRxN}\end{array}\right]$

在分组Tx1,Tx2,……TxM中的第一电极1211依次为T1,T2,T3，在分组Rx1,Rx2,……RxN中的第二电极1231依次为R1,R2,R3。其中，T1,T2,T3在R1,R2,R3所在平面上的投影与R1,R2,R3交叠部分的面积分别为S1,S2,……S9，每个交叠部分即为一个感应单元，因此S1,S2,……S9即为不同感应单元的面积。

图8示例了图7所示的电极分组的局部放大图。如图8所示，以分组Tx1和Rx1为例，其中感应单元面积S1,S2,……S9构成电极分组矩阵M2：

$M2=\left[\begin{array}{ccc}S1& S2& S3\\ S4& S5& S6\\ S7& S8& S9\end{array}\right]$

则感应矩阵M1中的每个元素TxMRxN均由电极分组矩阵M2构成。

通过引线13外接的IC电路在通过不同感应单元的电容值变化来形成指纹图案时，可根据三元参数（X,Y,Z）进行计算、定位。例如，X为Tx，Y为Rx，Z为感应单元面积S。此外，因为电容C＝ε*(S/d)，其中ε和d分别为两电极间绝缘材质的介电常数和两电极间的距离，因此IC电路在对各感应单元的电容进行计算时，Z也可以为该对应感应单元面积S对应的电容C，即通过计算出不同感应单元的电容值大小对各感应单元进行区分。

外接IC电路先通过（Tx,Rx）定位到感应矩阵M1中的某个元素，例如Tx1Rx1；再根据S或者C进一步定位到电极分组矩阵M2中的某个元素，即某个感应单元面积，如Tx1Rx1中的S1或C1，从而定位到该感应单元。

当手指按压感应模块时，根据上述方法，分别定位手指按压时所对应的不同感应单元，然后再依次对该不同感应单元处的电容值变化进行计算。

以Tx1Rx1中的S1对应的感应单元为例，按压前其自身电容值为C1＝ε*(S1/d)，按压后的电容值为C1’，则其电容变化量ΔC1＝C1'-C1。

为了有效区分电极分组矩阵中的不同元素S1,S2,……S9的电容C1,C2,......C9，则需要S1,S2,……S9的大小不同，例如可以组成电极分组矩阵M1中的第一电极1211的T1,T2,T3及第二电极1231的R1,R2,R3的电极宽度来实现。

根据本发明的一个实施例，当设置第一电极1211为感应电极，设置第二电极1231为驱动电极使用时，第一电极1211与第二电极1231之间形成互电容。此时第一电极1211和第二电极1231交叉的地方将会形成电容，也即第一电极1211和第二电极1231分别构成了电容的两极。当手指按压到感应模块时，影响了各交叉点两个电极之间的耦合，从而改变了电极之间的电容量。在检测电容变化时，驱动电极依次发出驱动信号，所有感应电极同时接收信号，这样可以得到所有第一电极1211和第二电极1231交汇点处的电容值大小，根据二维电容变化量数据，可以计算出每一个触摸点的坐标，同时再根据电容值的变化量判断各坐标处对应的是手指纹的嵴或峪。此时其工作原理为：

第一电极1211与第二电极1231初始形成一电容值C，在手指触摸时手指带走部分电容从而使得初始电容C减小至C’，且C’＜C，外接IC电路再根据电容值变化进行判断对应位置的指纹为嵴或峪。例如初始C1=1000，C2=1200；手指触摸后对应的电容变为C1’=100，C2’=900，则△C1=900，△C2=300。则外部IC电路可以有效区分C1和C2，并同时判断如果△C大于或等于一阈值，例如500，则对应指纹为嵴；如果△C小于该阈值，则对应指纹为峪。

在本发明另一实施例中，当设置第一电极1211与第二电极1231均为感应电极时，第一电极1211与第二电极1231之间形成自电容。此时第一电极1211和第二电极1231分别与地构成电容。当手指按压到感应模块时，手指的电容将会叠加到上述对地电容上，使对地电容量增加。在触摸检测时，IC电路依次分别检测第一电极1211与第二电极1231，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。其扫描方式相当于把各感应单元分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出各感应单元的坐标，同时再根据电容值的变化量判断各坐标处对应的是手指纹的嵴或峪。此时其工作原理为：

第一电极1211与第二电极1231初始形成一电容值C，在手指触摸时手指所带电容与初始电容进行叠加，C增大至C’，即C’＞C，外接IC再根据其容值变化进行判断对应位置指纹为凸起或凹进。例如初始C1=1000，C2=1200；手指触摸后对应的电容变为C1’=3000，C2’=2000，则△C1=2000，△C2=800。则外接IC电路可以有效区分C1和C2，并同时判断如果△C大于或等于一阈值，例如1000，则对应指纹为凸起；如果△C小于该阈值，则对应指纹为凹陷。

本发明提供的电容式生物特征识别传感器通过采用分组引线的方法，降低了引线数目，从而减小了外接电路板的长度，降低了成本，同时提高了粘合良率。而在相同引线数目下，因采用了分组引线的方法，可以增加电极数目，从而在相同面积内提升了指纹识别的分辨率。此外，本发明提供的电容式生物特征识别传感器还可以避免使用单晶硅基板，从而避免了用力按压时发生破裂的问题。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (10)

1.一种生物特征识别传感器，其特征在于，包括：

基材衬底；

导电电路，其形成于所述基材衬底上，包括：

第一导电层，其包括多个相互绝缘分布的第一电极；

第二导电层，其包括多个相互绝缘分布的第二电极；以及，

绝缘层，其夹设于所述第一导电层与所述第二导电层之间；

其中所述第一电极在所述第二电极所在平面上的投影与所述第二电极交叉；以及，

多根引线，其包括至少一根第一电极组引线与至少一根第二电极分组引线；

其中所述多个第一电极被分组，形成至少一个第一电极组，所述第一电极组与所述第一电极组引线一一连接；所述多个第二电极被分组，形成至少一个第二电极组，所述第二电极组与所述第二电极组引线一一连接；

其中所述第一电极组中的所述第一电极在所述平面上的投影与所述第二电极组中的所述第二电极形成的多个交叠部分的面积均不相等。

2.根据权利要求1的生物特征识别传感器，其中所述导电电路还包括：第一绝缘薄膜基材，以及第二绝缘薄膜基材；其中，所述多个第一电极分别形成于所述第一绝缘薄膜基材上，所述多个第二电极分别形成于所述第二绝缘薄膜基材上。

3.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述多个第一电极之间彼此平行分布，所述多个第二电极之间彼此平行分布。

4.根据权利要求3的生物特征识别传感器，其中所述多个第一电极之间等间距分布，和/或所述多个第二电极之间等间距分布。

5.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述第一电极在所述第二电极所在平面上的投影与所述第二电极垂直交叉。

6.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述第一电极和/或所述第二电极的材料为金属或者金属与有机粘结剂的混合物。

7.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述第一导电层和/或所述第二导电层的厚度为20nm～20um。

8.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述第一电极设置为感应电极，所述第二电极设置为驱动电极。

9.根据权利要求1或2的生物特征识别传感器，其中所述第一电极与所述第二电极均设置为感应电极。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项的生物特征识别传感器。