改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器技术

本发明专利技术提供一种改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法及指纹传感器。该改良电容式指纹感测单元包括基底架构与指纹感测架构。指纹感测架构具有第一金属间介电层、第二金属层、第二金属间介电层、第三金属层与钝化层。通过连接第三金属层到瞬时电压抑制装置，可获得防静电放电功效。通过增加第一金属间介电层与第二金属间介电层的厚度，改良电容式指纹感测单元的灵敏度可获得改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及指纹感测
，特别是涉及一种改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器。
技术介绍
为了安全目的，有许多人的生理特征可用来作为人员识别，这些特征诸如指纹、视网膜、虹膜、DNA甚至是脸部特征。对那些能够区分众人的某些生理特征的装置而言，指纹传感器具有最低的成本与复杂度，而鉴别结果一般都还不错。此外，存储一个指纹的细节所需要的数据量不多(从120字节到2K字节)。这点使得指纹辨识装置在许多领域中都广泛地接受与使用。现有许多种类的感测技术可用于取得指纹，目前常见的是光学式和电容式的感测技术。光学式指纹感测模块利用来自手指侦测面反射光的强度，辨别在手指的接触部分何处是脊部，何处是谷部。光学式技术的优点是可靠性和低成本。然而，由于嵌入式光学式透镜的尺寸的限制，使得光学式指纹感测模块的外形无法缩小，这样光学式传感器就很难嵌设于便携设备中。另一方面，电容式指纹辨识模块是由硅芯片所组成，能制造得非常紧致。在某些情形下，当一个指纹影像能通过滑动扫描取得时，指纹传感器就也能变得更薄与更小了。电容式指纹辨识模块的小外型使得它适用于携带式应用产品中，诸如门禁臂章、银行卡、手机、平板计算机或USB适配器等。电容式指纹传感器的原理是基于一个两层平行金属板电容器的电容值反比于两板间距离的物理现象。电容式指纹传感器包括数组感测单元，每一个感测单元包含感测平板。感测平板作为两层平行金属板电容器的其中一层平板，而人体表皮组织作为另一片平板，手指的脊部与谷部能由量测不同的电容值而定位出来。有许多关于电容式指纹辨识模块的前案，例如，美国专利第6114862号揭露一种距离传感器，它具有一个电容式单元，该电容式单元交替地具有第一电容器平板，第一电容器平板面对第二电容器平板设置，而第二电容器平板的
距离可以被量测得到。在采取指纹的情况下，第二电容器平板由手指的皮肤表面直接定义。该传感器包括一个反相放大器，介于电容式单元连接处的输入与输出之间，以形成负回馈支路。通过将电荷阶差作为反相放大器的输入，电压阶差直接正比于量测的距离，并在反相放大器的输出处获得。虽然该传感器的架构简单，但是放大器遭遇到均匀性问题，且其能源效率并不好。另一前案揭露于美国专利第7663380号中，请参阅图1与图2。电容式指纹传感器包含指纹电容器CF、参考电容器CS、第一晶体管33、第二晶体管34、第三晶体管35与第四晶体管36。指纹电容器CF具有电容，该电容是个谷部电容CFV或脊部电容CFR。参考电容器CS具有电容CS，CFV<CS<CFR。第一晶体管33被配置以对参考电容器CS预充电，第二晶体管34配置以对指纹电容器CF预充电，第三晶体管35被配置以重分配参考电容器CS与指纹电容器CF内的电荷。第四晶体管36配置以在重分配之后，输出参考电容器的CS电压。图1进一步提出了在预充电阶段指纹传感器的等效电路。在预充电阶段对指纹传感器而言，读出选择线Cm+1宣告，第一晶体管33与第二晶体管34启动，且电压VA与VB各自对参考电容器CS与指纹电容器CF预充电。图2显示在评估阶段同样的电路。在评估阶段对指纹传感器而言，读出选择线Cm+1宣告，第三晶体管35启动，且储存在参考电容器CS与指纹电容器CF中的电荷重新分配。此刻，扫描线仍宣告，第四晶体管36启动，读出选择线是根据哪一部分人的指纹，即脊部或谷部，被侦测到并输出电压。表面上看来，如果脊部被侦测到，读出选择线的输出电压较大，如果谷部被侦测到，输出电压值较小。因而，指纹能基于输出的电压而映像出，而电压是随着手指的部位而变化。然而，实际上，由这样电容式指纹传感器所制成的指纹感测装置，其灵敏度不高。当有一层保护层在距离传感器的顶部，或该距离传感器封装在一个模子外壳中时，取出图像的质量会变差。因此，为了解决以上所述的问题，需要一种改良的电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种改良电容式指纹感测单元、获取指纹的方法以及指纹传感器，通过连接第三金属层到瞬时电压抑制装置，可获得防静电放电功效。通过增加第一金属间介电层与第二金属间介电层的厚度，改良电容式指纹感测单元的灵敏度可获得改善。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案是：一种改良电容式指纹感测单元，包含：基底架构和指纹感测架构，所述基底架构具有至少一个第一金属层并形成充电电路与操作电路，用于交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述操作电路的电容中并同时停止接收所述充电电压；所述指纹感测架构设置在所述基底架构上，包含第一金属间介电层、第二金属层、第二金属间介电层、第三金属层和钝化层；所述第一金属间介电层具有第一深度，所述第一深度大于3μm；所述第二金属层设置在所述第一金属间介电层上，且形成感应金属板；所述第二金属间介电层设置在所述第二金属层上且环绕所述第二金属层，覆盖所述感应金属板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；所述第三金属层设置在所述第二金属间介电层上，通过位于所述感应金属板上的开口形成方形格子，并连接至瞬时电压抑制器装置，用于接收第一电压与第二电压；所述钝化层，覆盖所述第三金属层。其中，触发所述瞬时电压抑制装置限界电压值比所述第一电压和/或所述第二电压高；所述基底架构也分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测架构的电容中，所述充电电路并同时停止接收所述充电电压。在其中一个实施例中，充电电容器设置在所述充电电路中，用于当所述充电电容器接收到所述充电电压时，储存电荷，寄生电容存在于所述操作电路中，且交叉电容形成于所述第三金属层与所述感应金属板间。当手指接近所述钝化层时，讯号电容形成于所述手指与所述第三金属层间，且手指电容形成于所述手指与所述感应金属板间。分派开关设置在所述操作电路与所述充电电路之间，用以启闭所述充电电压的接收及分派电荷。当所述第二电压发生、所述充电电压停止施加且所述分派开关开启时，输出电压变化从所述充电电路中获得。当Vout是所述输出电压的值，Vdd是所述充电电压的值，V1与V2分别是所述第一电压与第二电压的值，Cr是所述充电电容器的电容值，Cp是所述寄生电容的值，Cf是所述手指电容的值，及Cx是所述交叉电容的值时，所述输出电压为 V out = C r C p + C X + C f + C r V dd + C f + C X C 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改良电容式指纹感测单元，其特征在于，包含：基底架构，具有至少一个第一金属层并形成充电电路与操作电路，用以交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述操作电路的电容中并同时停止接收所述充电电压；以及指纹感测架构，设置在所述基底架构上，包含：第一金属间介电层，具有第一深度，所述第一深度大于3μm；第二金属层，设置在所述第一金属间介电层上，且形成感应金属板；第二金属间介电层，设置在所述第二金属层上且环绕所述第二金属层，覆盖所述感应金属板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；第三金属层，设置在所述第二金属间介电层上，通过位于所述感应金属板上的开口形成方形格子，并连接至瞬时电压抑制器装置，用于接收第一电压与第二电压；以及钝化层，覆盖所述第三金属层；其中，触发所述瞬时电压抑制装置的限界电压值比所述第一电压和/或所述第二电压高；所述基底架构分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测架构的电容中，并同时停止接收所述充电电压。

【技术特征摘要】
1.一种改良电容式指纹感测单元，其特征在于，包含：基底架构，具有至少一个第一金属层并形成充电电路与操作电路，用以交替地接收充电电压，及分派来自所述充电电路的电荷到所述操作电路的电容中并同时停止接收所述充电电压；以及指纹感测架构，设置在所述基底架构上，包含：第一金属间介电层，具有第一深度，所述第一深度大于3μm；第二金属层，设置在所述第一金属间介电层上，且形成感应金属板；第二金属间介电层，设置在所述第二金属层上且环绕所述第二金属层，覆盖所述感应金属板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；第三金属层，设置在所述第二金属间介电层上，通过位于所述感应金属板上的开口形成方形格子，并连接至瞬时电压抑制器装置，用于接收第一电压与第二电压；以及钝化层，覆盖所述第三金属层；其中，触发所述瞬时电压抑制装置的限界电压值比所述第一电压和/或所述第二电压高；所述基底架构分派来自所述充电电路的电荷到所述指纹感测架构的电容中，并同时停止接收所述充电电压。2.根据权利要求1所述的改良电容式指纹感测单元，其特征在于，其中充电电容器设置在所述充电电路中，用于当所述充电电容器接收到所述充电电压时，储存电荷；寄生电容存在于所述操作电路中，且交叉电容形成于所述第三金属层与所述感应金属板间。3.根据权利要求2所述的改良电容式指纹感测单元，其特征在于，其中当手指接近所述钝化层时，讯号电容形成于所述手指与所述第三金属层间，且手指电容形成于所述手指与所述感应金属板间。4.根据权利要求1所述的改良电容式指纹感测单元，其特征在于，其中分派开关设置在所述操作电路与所述充电电路之间，用于启闭所述充电电压的接收及分派电荷。5.根据权利要求4所述的改良电容式指纹感测单元，其特征在于，其中当所述第二电压发生、所述充电电压停止施加且所述分派开关开启时，输出电压
\t变化从所述充电电路中获得。6.根据权利要求5所述的改良电容式指纹感测单元，其特征在于，其中所述输出电压为： V out = C r C p + C X + C ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林继周，和正平，
申请(专利权)人：旭景科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71