光学指纹感测器制造技术

本发明专利技术提出一种光学指纹感测器，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔；一导光层，配置在该准直层上；玻璃壳层，配置于该导光层上，该玻璃壳层的上表面用以接收一手指的触控，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。

Optical fingerprint sensor

The invention provides an optical fingerprint sensor, which comprises an image sensing layer with an array composed of multiple sensing blocks, a collimation layer arranged on the image sensing layer, and a plurality of holes running through the upper surface of the collimation layer to the lower surface of the collimation layer, and a light guiding layer arranged on the collimation layer. The upper surface of the glass shell is used to receive the touch of a finger. The image resolution of the optical fingerprint sensor is defined by the number of sensing blocks, and the through holes of the collimating layer are covered directly above each sensing block.

【技术实现步骤摘要】
光学指纹感测器
本专利技术是有关于一种光学指纹感测器，且特别有关于一种因为具有薄的准直层而容易在硅晶圆制程中制造的光学指纹感测器。
技术介绍
指纹辨识系统在近年相当流行。指纹辨识系统会拍摄使用者的指纹的影像，并根据该指纹影像来决定是否授权给该使用者存取安装了这个指纹辨识系统的装置。指纹辨识系统除了用在门禁保全装置外，也可以应用在各种移动装置，例如移动电话、笔记型计算机、平板计算机等。常见的指纹辨识系统为电容式指纹触控系统。由于电容式指纹触控系统在感测器与指纹的距离较长的状况下不容易感测到细部的指纹特征，因此现在光学指纹触控系统也积极地被研发来做为指纹辨识系统的另一个发展方向。现有的光学指纹辨识系统，为了防止从指纹反射的杂散光入射影像感测器，会配置准直层于影像感测器上，并利用准直层上多个通孔，使得只有接近垂直角度的光能够穿过通孔入射到影像感测器上。然而，为了达成良好的准直效果，准直层必须有足够的厚度，一般约在100～200μm左右。这个厚度对于硅晶圆制程来说太厚，相当不容易制作。因此，希望能有一种准直层厚度较薄的光学指纹辨识系统，来减低硅晶圆制程的制造难度。
技术实现思路
为了解决上述的问题，本专利技术提出一种光学指纹感测器，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔；一导光层，配置在该准直层上；以及一玻璃壳层，配置于该导光层上，该玻璃壳层的上表面用以接收一手指的触控，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。在上述光学指纹感测器中，该感测区块由单一影像感测像素所构成。在这个构造下，该感测区块中的该单一影像感测像素所感测到的信号强度对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。在上述光学指纹感测器中，该感测区块由多个影像感测像素所构成。在这个构造下，该感测区块中的所述多个影像感测像素所感测到的信号强度的总和对应手指的指纹的一个取样点的反射光强度。在上述光学指纹感测器中，在该准直层的厚度被设计时，该准直层的厚度是与该在光学指纹感测器的垂直剖面中位于一个该感测区块的正上方的通孔的数目成反比。在上述光学指纹感测器中，该准直层的厚度在5～20μm。根据上述各实施型态中，本专利技术能够提出一种具有薄的准直层而容易在硅晶圆制程中制造的光学指纹感测器。附图说明图1是显示本专利技术的光学指纹感测器的概要侧剖面图；图2A-图2C是用以说明本专利技术的光学指纹感测器中的准直层的设计概念图；图2A显示传统的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2B显示本专利技术的光学指纹感测器中的准直层的通孔的剖面图；图2C显示图2A及图2B重叠的剖面图；图3A-图3B是显示本专利技术的感测区块的两个实施例的剖面图。【符号说明】10～光学指纹感测器；101～影像感测层；101b～感测区块；102、102’～准直层；102h、102h’～通孔；103～导光层；104～玻璃壳层；104u～玻璃壳层的上表面；105～光源；F～手指；P～影像感测像素。具体实施方式以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用以限制本专利技术。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。附图中的形状、尺寸、厚度、以及倾斜的角度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。图1是显示本专利技术的光学指纹感测器的概要侧剖面图。光学指纹感测器10包括：影像感测层101、准直层102、导光层103、玻璃壳层104、光源105。影像感测层101上包括由多个感测区块所形成的阵列，每个感测区块可由一个或多个影像感测元件来实施，影像感测元件例如CCD或CMOS等的光学感测元件。准直层102配置在影像感测层101之上，具有多个从准直层的上表面穿过到下表面的垂直通孔102h，由于准直层102的材料是由光吸收材料所组成，所以任何从准直层102的上方入射的光，如果不是以接近垂直方向向下穿过通孔102h入射的话，就会碰到准直层102的上表面或是通孔壁而被吸收。因此，准直层102的作用就是避免杂散光入射影像感测层101，只让几乎来自于准直层102的各个通孔102h的正上方的光入射到影像感测层101。导光层103配置在准直层102上，且其侧边的边缘配设了光源105。导光层103利用全反射的特性，让光源105的光一边朝向水平方向前进，一边往上方射出，将来自光源105的光整体转为平面状往上方照射。玻璃壳层104配置在导光层103之上，做为保护整个装置的外壳，其上表面104u提供使用者的手指F进行触控，以进行指纹辨识。以下说明上述的光学指纹感测器10的基本动作原理。光源105的光从导光层103的侧面入射，这些光在导光层103中一边往远离光源105的方向传递，一边往导光层103的上方射出。往导光层103的上方射出的光会穿过玻璃壳层照射到手指的指纹上，然后从手指的指纹反射回来，通过玻璃壳层104、导光层103后往准直层102入射。能够穿过准直层102的通孔102h的光就会入射影像感测层101，使得影像感测层101中位于该通孔102h的正下方的感测区块能够读取到来自正上方的反射光的强度。由于指纹是由高峰与低谷的表面所形成，从高峰与低谷反射的光强度不同，因此影像感测层101就能够通过感测区块阵列所检测出的光强度的2维分布，来获得指纹影像。如前所述，准直层102的设计就是为了只让几乎从通孔102h的正上方入射的光到达影像感测层101，以避免杂散光入射影像感测层101而接收到错误的影像。因此通孔102h的长度(亦即准直层102的厚度)与通孔102h的开口大小会决定能够通过通孔102h到达影像感测器层102的入射光的角度范围。需注意的是，当通孔102h为圆形时，上述通孔102h的开口大小指的就是通孔102h的开口直径，以下说明都会假设通孔102h为圆形来说明。传统上，会因应于准直层102的上表面到指纹的距离以及所希望得到的指纹的影像解析度，来设计通孔102h的长度与通孔102h的开口直径。一般来说，通孔102h的长度相对于通孔102h的开口直径的比在5：1～20：1之间。在指纹感测的应用中，影像感测元件(也就是像素)的边长约在50μm左右，而较好的情况下是影像感测元件的边长在25μm左右，这样就能够拍摄更细微的指纹影像。假设准直层102的通孔102h的开口直径是大致与影像感测元件的边长相近的20μm。从上述5：1及20：1的比例来算，可知通孔102h的长度(或是准直层102的厚度)高达100～400μm。而这个厚度对于硅晶圆制造厂来说，制作通孔102h需要对晶圆蚀刻很深的深度，在制造上相当不容易，也会导致生产合格率偏低。图2A-图2C是用以说明本专利技术的光学指纹感测器中的准直层的设计概念图。图2A显示传统的光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学指纹感测器，其特征在于，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；以及一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。

【技术特征摘要】
2017.05.10 TW 1061154301.一种光学指纹感测器，其特征在于，包括：一影像感测层，具有由多个感测区块所组成的阵列；以及一准直层，配置于该影像感测层上，并具有多个从该准直层的上表面贯穿到该准直层的下表面的通孔，其中该光学指纹感测器的影像解析度由所述多个感测区块的数目所定义，每一个该感测区块的正上方覆盖了多个该准直层的通孔。2.根据权利要求1所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块由单一影像感测像素所构成。3.根据权利要求2所述的光学指纹感测器，其特征在于，该感测区块中的该单一影像感...

【专利技术属性】
技术研发人员：何新平，
申请(专利权)人：晶相光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71