超声波生物识别传感器制造技术

一种超声波生物识别传感器包含一感测芯片，其包含一基板、一超声波传感阵列以及一控制电路。超声波传感阵列设置于基板上，且包含多个阵列排列的压电组件，其中每一压电组件设置于一浮板，且浮板以横向延伸的至少一支持臂悬浮于一空腔的一开口端。控制电路亦设置于基板上，并经由支持臂与每一压电组件电性连接，以控制超声波传感阵列产生一超声波并读取超声波传感阵列所接收的一超声波反射信号。上述超声波生物识别传感器易于生产且良率高。

Ultrasonic biometric sensor

An ultrasonic biometric sensor comprises a sensing chip, a substrate, an ultrasonic sensor array and a control circuit. An ultrasonic sensor array is set on a substrate and includes a plurality of arrays of piezoelectric components, each of which is set on a floating plate, and the floating plate is suspended at at least one of the opening ends of the cavity with a lateral extension of at least one supporting arm. The control circuit is also set on the substrate and connected to each piezoelectric component via the support arm to control the ultrasonic sensor array to produce an ultrasonic wave and to read an ultrasonic reflection signal received by the ultrasonic sensor array. The ultrasonic biological identification sensor is easy to produce and has high yield.

【技术实现步骤摘要】
超声波生物识别传感器
本专利技术是有关一种生物识别传感器，特别是一种超声波生物识别传感器。
技术介绍
电容式指纹传感器的目前应用较为广泛的生物识别传感器。然而，电容式指纹传感器的穿透力较差，无法轻易穿透行动上网装置(例如智能型手机)的玻璃面板，且使用者的手指潮湿或出汗时亦会影响电容式指纹传感器取像的对比度。此外，使用者的指纹容易因油渍而被翻制成假指纹，亦即防伪性较差，导致安全上的漏洞。超声波能够穿透智能型手机常用的外壳材料(例如玻璃、铝、不锈钢、石英或塑料构等)进行扫描，且能穿透皮肤表层，侦测手指的3D细节以及独特的指纹特征，如凸纹线、汗孔等。因此，相较于电容式指纹传感器，超声波指纹传感器具备高穿透力、3D造影能力以及防伪性高等优点，属于另一种高性能的生物识别传感器，可作为个人身分识别的用途。超声波指纹传感器是利用声波阻抗学(AcousticImpediography)原理来实现。当超声波在不同介质密度内行进时，遇到声波阻抗不同将产生反射波，其工作原理如图1所示。超声波指纹传感器100包含超声波传感器101以及CMOS感测电路102，其用来处理超声波传感器101所接收到的信号。超声波传感器101所发出的超声波会经由缓冲层110(包含封装材料以及面板或外壳)传送到接触的使用者手指的指纹FP。由于指纹的脊部R与谷部V的声波阻抗不同，例如Zr以及Zv分别为指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗，各为1.5MRayl与0.00043Mrayl，因此将产生不同的声波反射比率。假设缓冲层110的声波阻抗为Z0，则声波反射的比率Γ为Γ＝(Zi-Z0)/(Zi+Z0)Zi为指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗。当Γ为负值时代表相位为180度，亦即产生反相波。如图1所示，US为入射波，USr与USv分别代表超声波在指纹脊部R以及谷部V与缓冲层110接触接口的超声波变化。由于指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗不同，其所对应的超声波传感器101所接收到的反射波强度亦有不同。举例而言，入射脊部R的超声波USr大部分为透射波，而入射谷部V的超声波USv大部分为反射波，因而可以区别出脊部R以及谷部V的影像。当超声波穿过手指表皮，碰到骨头或肌肉组织(例如脂肪)时，其反射率亦有不同。在不同时间差时即可鉴别出不同的肌层结构，因此超声波指纹传感器可提供较佳的防伪性。请再参照图1，习知的超声波指纹传感器100的超声波传感器101以及CMOS感测电路102是经由垫高层103彼此电性连接，同时藉由垫高层103在超声波传感器101下方形成一空腔104，使超声波传感器101所产生的超声波大部分朝向缓冲层110发射。依据此结构，习知的超声波指纹传感器100是利用晶圆镕接(WaferBonding)将超声波传感器芯片与CMOS感测芯片做镕接，因此生产成本较高且良率较差。有鉴于此，如何避免使用晶圆镕接技术来制造超声波指纹传感器以提升生产效率便是目前极需努力的目标。
技术实现思路
本专利技术提供一种超声波生物识别传感器，其是在同一基板上制作控制电路以及超声波传感阵列后，利用异向蚀刻制程在超声波传感阵列中的每一压电组件下形成空腔，因此本专利技术无需使用晶圆镕接制程，而可提升良率以及产率，进而降低生产成本。本专利技术一实施例的超声波生物识别传感器包含一感测芯片。感测芯片包含一基板、一超声波传感阵列以及一控制电路。基板包含一第一区域以及一第二区域。超声波传感阵列设置于基板的第一区域，且包含多个阵列排列的压电组件，其中每一压电组件设置于一浮板，且浮板以横向延伸的至少一支持臂悬浮于一空腔的一开口端。控制电路设置于基板的第二区域，并经由支持臂与每一压电组件电性连接，以控制超声波传感阵列产生一超声波并读取超声波传感阵列所接收的一超声波反射信号。以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。附图说明图1为一示意图，显示习知的超声波指纹传感器。图2为一示意图，显示本专利技术一实施例的超声波生物识别传感器。图3至图5为一俯视图，显示本专利技术的超声波生物识别传感器的多种压电组件的局部结构。图6为一方块图，显示本专利技术一实施例的超声波生物识别传感器的控制电路。图7为一示意图，显示本专利技术一实施例的超声波生物识别传感器的封装结构。图8至图10为一示意图，显示本专利技术一实施例的超声波生物识别传感器的制备步骤。符号说明100超声波指纹传感器101超声波传感器102CMOS感测电路103垫高层104空腔110缓冲层20感测芯片21基板211第一区域212第二区域213空腔214外部导电接点22超声波传感阵列221压电组件222浮板223支持臂224、225导电迹线224a下电极224b、224c导电接点23控制电路231控制器232超声波脉冲产生器233行译码器234放大电路235列译码器236模拟至数字转换器237通讯接口24保护层25金属凸块26填充材料30封装基板31被动组件32导电接点40平板41黏胶FP指纹R脊部US入射的超声波USr脊部的超声波USv谷部的超声波V谷部具体实施方式以下将详述本专利技术的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细说明之外，本专利技术亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本专利技术的范围内，并以权利要求为准。在说明书的描述中，为了使读者对本专利技术有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本专利技术可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本专利技术形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。请参照图2，本专利技术的一实施例的超声波生物识别传感器包含一感测芯片20，其包含一基板21、一超声波传感阵列22以及一控制电路23。基板21包含一第一区域211以及一第二区域212。超声波传感阵列22设置于基板21的第一区域211。超声波传感阵列22包含多个阵列排列的压电组件221，且每一压电组件221设置于一浮板222。浮板222是以横向延伸的至少一支持臂223悬浮于一空腔213的一开口端。举例而言，请参照图3，于一实施例中，浮板222是以二个横向延伸的支持臂223悬浮于空腔213的开口端。但不限于此，浮板222亦能够以一个或四个支持臂223悬浮于空腔213的开口端，如图4以及图5所示。于一实施例中，压电组件221的材料可为聚偏二氟乙烯(polyvinylidenedifluoride，PVDF)，聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-trifluoroethylene，PVDF-TrFE)的混合材料、氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(LeadZirconateTitanate，PZT)等。压电组件221的工作频率介于20-30Mhz。超声波传感阵列22的像素间距，即压电组件221之间距可为50μm。控制电路23设置于基板21的第二区域212。控制电路23可经由支持臂223与每一压电组件221电性连接，以控制超声波传感阵列22产生超声波并读取超声波传感阵列22所接收的超声波反射信号。举例而言，请参照图2以及图3，控制电路23可藉由通过支持臂223的导电迹线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波生物识别传感器，其特征在于，包含：一感测芯片，其包含：一基板，其包含一第一区域以及一第二区域；一超声波传感阵列，其设置于该第一区域，且包含多个阵列排列的压电组件，其中每一该压电组件设置于一浮板，且该浮板以横向延伸的至少一支持臂悬浮于一空腔的一开口端；以及一控制电路，其设置于该第二区域，并经由该支持臂与每一该压电组件电性连接，以控制该超声波传感阵列产生一超声波并读取该超声波传感阵列所接收的一超声波反射信号。

【技术特征摘要】
1.一种超声波生物识别传感器，其特征在于，包含：一感测芯片，其包含：一基板，其包含一第一区域以及一第二区域；一超声波传感阵列，其设置于该第一区域，且包含多个阵列排列的压电组件，其中每一该压电组件设置于一浮板，且该浮板以横向延伸的至少一支持臂悬浮于一空腔的一开口端；以及一控制电路，其设置于该第二区域，并经由该支持臂与每一该压电组件电性连接，以控制该超声波传感阵列产生一超声波并读取该超声波传感阵列所接收的一超声波反射信号。2.如权利要求1所述的超声波生物识别传感器，其特征在于，该空腔相对于该基板的投影面积大于或等于该浮板相对于该基板的投影面积。3.如权利要求1所述的超声波生物识别传感器，其特征在于，该空腔是以异向蚀刻法所形成。4.如权利要求1所述的超声波生物识别传感器，其特征在于，该空腔的侧壁为一斜面。5.如权利要求1所述的超声波生物识别传感器，其特征在于，该压电组件的材料包含聚偏二氟乙烯，聚偏二氟乙烯-三氟乙烯的混合材料、氮化铝或锆钛酸铅。6.如权利要求1所述的超声波生物识别传感器，其特征在于，该控制电路包含：一控制器，用以产生一频率信号，以控制该超声波传感阵列产生该超声波；一信号处理器，其与该控制器以及该超声波传感阵列电性连接，以处理该超声波传感阵列所接收的该超声波反射信号，以供该控制器产生一生物识别输出信号；以及一通讯接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建勋，黄文琦，
申请(专利权)人：众智光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71