CN107818284B - 一种指纹识别模组及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指纹识别模组及终端。该指纹识别模组包括指纹识别模块和位于指纹识别模块下层的压力检测模块；其中，压力检测模块包括柔性绝缘基底以及印刷于柔性绝缘基底的感压油墨块和铜质走线；其中，感压油墨块与铜质走线相连接。本发明将指纹识别和触控压力相结合，通过对压力检测部件做了改进，具有较高的压力感应灵敏度，同时还可以有效降低指纹识别模组的封装体积，提高压力检测部件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及触控技术领域，尤其涉及一种指纹识别模组及终端。
背景技术
随着智能设备的普及，人们的生活越来越便捷，随之而来的个人信息和财产安全问题也越来越突出。指纹具有终身不变性、唯一性和方便性，使得指纹识别成为目前最可靠的身份识别方案。因此，越来越多的智能设备上安装有指纹识别模组。随着半导体封装技术的发展，指纹模组的尺寸也在变小，可以嵌入在智能终端里，作为解锁和支付的验证端，提高智能终端的安全性。
指纹识别模组的灵敏度和算法都在提升，指纹解锁的速度也越来越快，致使误触发的情况越来越多。而误触发操作可能致使因反复尝试操作增加设备的功耗，或者可能导致因尝试次数过多导致设备锁定，或者因解锁成功而导致进一步误触发设备的应用或者功能。可知，简单的指纹图像的识别，虽然方便了用户的一些操作，但是误触发的情况同时也给用户带来了诸多的麻烦。
目前各个公司开始尝试将指纹识别与触控压力相结合的方式实现智能设备的控制。例如，通过在指纹传感器下方设置压力传感器，当控制单元确定压力传感器采集到压力参数超过预定参数阈值时，指纹识别传感器在控制单元的控制下处于工作状态。再例如，将指纹检测区域位于多个压力检测区域之上，而将压力细分为多个区域，采集被检测手指按压各个压力检测区域的压力值，将每个区域的压力值和按压顺序都符合预设时才解锁成功。
但是上述的技术方案中仅仅是在结构上把压力和指纹检测简单地堆叠在一起，着重描述应用场景和软件设计，多为设想的流程图，没有具体的压力检测的实现方案。
发明内容
本发明提供一种指纹识别模组及终端，用以解决现有技术中缺少应用于指纹识别模组压力检测方案的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
依据本发明的一个方面，提供一种指纹识别模组，包括指纹识别模块和位于所述指纹识别模块下层的压力检测模块；其中，
所述压力检测模块包括柔性绝缘基底以及印刷于所述柔性绝缘基底的感压油墨块和铜质走线；其中，所述感压油墨块与所述铜质走线相连接。
进一步地，所述感压油墨块间组成差动电桥；其中，所述差动电桥的一个对角端连接供桥电源，另一个对角端输出用于检测触控压力的测量电压。
进一步地，单个所述感压油墨块的印刷面积为2～5mm2。
进一步地，所述感压油墨块的油墨印刷厚度为10nm～30nm。
进一步地，所述感压油墨块之间呈矩阵状排布，且行间距为3～5mm，列间距为1mm～3mm。
进一步地，所述感压油墨块间的电阻相对误差不超过5％。
进一步地，所述感压油墨块印刷于所述柔性绝缘基底的正反两面。
进一步地，所述柔性绝缘基底采用聚酷亚胺、聚酯、聚乙烯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。
进一步地，所述感压油墨块采用的感压油墨包括高密度聚乙烯或者石墨半导体复合物。
进一步地，所述指纹识别模块包括指纹识别传感器以及柔性电路板；其中，所述柔性电路板位于所述指纹识别传感器的下层。
进一步地，所述指纹识别传感器包括电容式传感器、光学式传感器或者射频式传感器。
进一步地，所述指纹识别模块与所述压力检测模块之间设置有用于补强所述指纹识别模块强度的增强片。
依据本发明的一个方面，提供一种指纹识别系统，包括主控模块和上述的指纹识别模组；其中，
所述主控模块，用于当所述指纹识别模组中压力检测模块检测的触控压力值大于预设阈值时，控制所述指纹识别模组中的指纹识别模块采集指纹，并将所述采集指纹与预设指纹进行匹配，当匹配成功时，执行控制操作。
进一步地，所述主控模块还用于，当匹配成功时，根据所述触控压力值所在的压力等级执行不同的控制操作。
依据本发明的一个方面，提供一种终端，包括上述的指纹识别模组或者上述的指纹识别系统。
本发明有益效果如下：
本发明所提供的指纹识别模组及终端，通过采用感应油墨块作为压力检测模块的压力检测器件，不仅具有较高的压力感应灵敏度，同时由于不涉及机械结构的改进，可靠性也相对较高，同时也由于感应油墨块所占空间小，有效减少指纹识别模组的封装体积，便于模组的组装。另外，本发明不仅可以根据采集的指纹图像进行身份识别，还能根据用户按压的力度大小进行不同的操作，实现指纹识别模组功能的差异化和多元化，给用户带来更丰富的体验，拓展智能终端的应用领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中指纹识别模组的结构框图；
图2为本发明一实施例中指纹识别模组的剖视图；
图3为本发明一实施例中指纹识别模组的俯视图；
图4为本发明一具体实施例中压力检测模块的结构示意图；
图5为本发明一实施例中终端的结构示意图；
图6为本发明一实施例中终端的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的指纹识别模组，将指纹识别和触控压力相结合，通过对压力检测部件做了改进，具有较高的压力感应灵敏度，同时还可以有效降低指纹识别模组的封装体积，提高压力检测部件的可靠性。参见图1，本发明实施例提供一种指纹识别模组，包括指纹识别模块1和位于指纹识别模块1下层的压力检测模块2。
其中，对于指纹识别模块1，参见图2和图3，包括指纹识别传感器1和柔性电路板(FPC)12。柔性电路板12与指纹识别传感器11通过SMT(Surface Mount Technology，表面组装技术)封装在一起。其中，柔性电路板12位于指纹识别传感器11的下层，用于将指纹识别传感器11采集的指纹信号发送至终端的主控模块中。具体地，图3中，柔性电路板12位于按键区域外的部分设置有器件区13，通过FPC连接器14与终端的主控模块相连接。
对于指纹识别传感器11可以为电容式、光学式、射频式或者基于其他原理的传感器。其中，
电容式传感器的原理是在一块基板上集成半导体阵列式像素电极，这样基板相当于电容的一个极板。当手指贴在基板上时与像素电极构成电容的一个极板。而硅晶元与导电的皮下电解液形成电场，由于手指表面凹凸不平，凸点处与凹点处接触像素电极的实际距离大小不同，致使电容数值也不相同。这样根据手指指纹的“脊”和“谷”与像素电极形成的电容值大，处理得到指纹的图像，实现对手指指纹数据的采集。但是由于电容式传感器表面是使用硅材料容易损坏，导致使用寿命降低。此外，通过指纹的山谷和山脊之间的凹凸来形成指纹图像，致使对脏手指或湿手指等困难手指识别率低。
光学式传感器则是利用光的折射和反射原理，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。CMOS或者CCD的光学器件就会收集到不同明暗程度的图片信息，就完成指纹的采集。
射频式传感器分为无线电波探测与超声波探测两种，其原理都与探测海底物质的声纳类似，是靠特定频率的信号反射来探知指纹的具体形态的。利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹脊与谷所在的位置，采集到指纹信息。
为了保护指纹识别模块1中的检测器件不被外力所损坏，优选地，在指纹识别模块1的下层设置增强片3，用于增强指纹识别模块1的强度。其中，增强片3通过热熔胶的方式粘贴于柔性电路板12的背面。增强片3的下层设置压力检测模块2。
压力检测模块2位于增强片3的下层，通过双面胶、泡棉胶、水胶等粘着剂贴附于增强片3的背面。压力检测模块2是一块尺寸略大于指纹识别模块1的柔性电路板，以检测指纹识别模块1的各个区域的触控压力。压力检测模块2可以通过热压或者焊接的方式与指纹识别模块1中的柔性电路板12相连接，或者通过设置FPC连接器，通过FPC连接器与终端的主控模块相连接，例如图3中柔性电路板设置器件区21(包括放大器、模数转换器和微控制单元等器件)，通过FPC连接器22与主控模块相连接。
具体地，压力检测模块2的柔性电路板采用柔性绝缘材料作为基底，柔性绝缘基底上印刷有感压油墨块23和铜质走线(图中未示出)，感压油墨块23通过金手指(图中未示出)与铜质走线相连接。其中，对于柔性绝缘基底可以为聚酷亚胺、聚酯(PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(naphthalate，PEN)等高分子聚合物。感压油墨块可以由高密度聚乙烯(密度在0.940～0.976g/cm3)、石墨半导体复合物等物质组成。另外，柔性电路板的表面覆盖有电磁屏蔽膜，用于屏蔽外部器件对于压力检测模块的干扰。
对于压力检测模块2上的感压油墨块23，本发明一实施例中采用差动电桥的排布形式检测触控压力值。具体地，如图4所示，每4个感压油墨块23组成一个差动电桥。每个桥臂上各设一个感压油墨块23。差动电桥的一个对角端连接供桥电源，另一个对角端输出用于检测触控压力值的测量电压U。当有压力作用在指纹识别模块1上时，指纹识别模块1会发生弹性形变，使感压油墨块的阻值发生变化，通过差动电桥将阻值微小变化转化为测量电压U的变化，之后通过器件区21的放大器被放大为可处理的信号，经过模数转换器后由模拟信号转换为数字信号，再送入微控制单元MCU进行运算处理，处理完成后发送至终端的主控模块中。
由于差动电桥灵敏度高，非线性误差小，对同符号干扰有抵偿作用，因此，优选的，感压油墨块排布于柔性绝缘基底的正反两面，有利于抑制温度漂移。例如，图4中实际设置8个感压油墨块，正反两面分别相对设置各有4个(反面未画出)。
对于感压油墨块的排布可以根据压力分布和所需灵敏度进行灵活排布。优选地，感压油墨块采用矩阵的方式进行排布，便于构建差动电桥。以4个感压油墨块为例对矩阵的排布规格进行说明。具体地，4个感压油墨块呈长方形排列，长度方向(列)间距在3mm～5mm之间，最佳为4mm。宽度方向(行)间距在1mm～3mm之间，最佳为2mm。
为了保证电桥的准确和灵敏性，要求每块感压油墨块的阻值具有一致性，且电阻值的相对误差不超过5％。由于感压油墨块与感压油墨材料的电阻率、印刷面积、油墨厚度等参数相关，具体阻值需参考后续处理电路的阻抗匹配。对于压力感应模块上的感压油墨块的数量和大小，可以根据指纹识别模块1的形状而改变，以满足压力灵敏度的要求。优选地，在图4的实施例中，单块感压油墨的印刷面积可在2～5mm2之间变动，形状可以为长方形、圆形、三角形等对称形状，优选2mm*2mm的正方形；对于油墨厚度在10nm～30nm之间，最佳为20nm。
本发明实施例所提供的指纹识别模组，通过采用感压油墨块作为压力检测模块的检测器件，不仅具有较高的压力感应灵敏度，同时由于对于结构件改动小，不涉及机械结构，因此保证了压力检测模块的高可靠性，同时由于采用感压油墨块所占空间小，可以有效降低指纹模组的封装体积，提高终端的空间利用率。
本发明实施例还提供了一种终端，参见图5，包括主控模块和上述的指纹识别模组；其中，
主控模块，用于当指纹识别模组中压力检测模块检测的触控压力值大于预设阈值时，控制指纹识别模组中的指纹识别模块采集指纹，并将采集指纹与预设指纹进行匹配，当匹配成功时，执行控制操作。
具体地，如图6所示，当人手按压指纹模块时，指纹识别模块1产生轻微形变，压力检测模块2上的感压油墨的电阻值发生变化，差动电桥平衡点电压随之改变，通过器件区21的放大器、模数转换器和MCU的处理，得到按压力度的压力值。主控模块将压力感应模块2得到的触控压力值与预设压力阈值进行比较；如果达到预设压力阈值，指纹识别模块1采集指纹图像。
进一步地，将采集的指纹图像与预存在指纹数据库中的指纹进行比对；如果匹配成功，获取触控压力所在压力等级，并根据对应的压力等级执行不同的操作。具体操作类型用户可以在终端中自行设置。对于压力等级用户也可以自行设定。例如设置为两级：轻压视为非主动接触，不进行设备解锁等操作；重压视为主动接触，才能进行解锁设备、打开二级菜单、进入特定的应用等操作。当然也可以分为多级，对应不同的操作，例如启动音乐播放器、启动相机等，本发明中不做具体的限定。
基于上述可知，本发明实施例所提供的终端，不仅能采集指纹图像进行身份识别，同时还可以根据按压力度的大小进行不同的操作，比如解锁设备、打开二级菜单，进入特定应用程序等。因此，通过本发明实现指纹识别模组使用的差异化和多元化，又能增加应用的多样性，拓宽了智能终端的应用范围，给用户带来了丰富的使用体验。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种指纹识别模组，其特征在于，包括指纹识别模块和位于所述指纹识别模块下层的压力检测模块；其中，
所述压力检测模块包括柔性绝缘基底以及印刷于所述柔性绝缘基底的感压油墨块和铜质走线；其中，所述感压油墨块与所述铜质走线相连接；
所述感压油墨块间组成差动电桥；其中，所述差动电桥的一个对角端连接供桥电源，另一个对角端输出用于检测触控压力的测量电压。
2.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，单个所述感压油墨块的印刷面积为2～5mm2。
3.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感压油墨块的油墨印刷厚度为10nm～30nm。
4.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感压油墨块之间呈矩阵状排布，且行间距为3～5mm，列间距为1mm～3mm。
5.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感压油墨块间的电阻相对误差不超过5％。
6.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感压油墨块印刷于所述柔性绝缘基底的正反两面。
7.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述柔性绝缘基底采用聚酷亚胺、聚酯、聚乙烯或者聚萘二甲酸乙二醇酯。
8.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感压油墨块采用的感压油墨包括高密度聚乙烯以及石墨半导体复合物。
9.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模块包括指纹识别传感器以及柔性电路板；其中，所述柔性电路板位于所述指纹识别传感器的下层。
10.如权利要求9所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别传感器包括电容式传感器、光学式传感器或者射频式传感器。
11.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模块与所述压力检测模块之间设置有增强片。
12.一种终端，其特征在于，包括主控模块和权利要求1～11任一项所述的指纹识别模组；其中，
所述主控模块，用于当所述指纹识别模组中压力检测模块检测的触控压力值大于预设阈值时，控制所述指纹识别模组中的指纹识别模块采集指纹，并将采集的指纹与预设指纹进行匹配，当匹配成功时，执行控制操作。
13.如权利要求12所述的终端，其特征在于，所述主控模块还用于，当匹配成功时，根据所述触控压力值所在的压力等级执行不同的控制操作。
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