生物識別傳感器疊堆結構的制作方法
【專利說明】生物識別傳感器疊堆結構
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利合作條約專利申請要求2013年9月10日提交的名稱為“B1metric SensorStack Structure”的美國臨時專利申請N0.61/875，772，以及2014年4月18日提交的名稱為“B1metric Sensor Stack Structure” 的美國非臨時專利申請N0.14/256，888的權益，這兩個申請每個的內容全文以引用方式并入本文。
【背景技術】
[0003]技術領域本申請整體涉及用于生物識別傳感器的電路和封裝。
[0004]本公開的背景對生物識別數據進行電容性感測實現了響應于不同的電容度量對諸如指紋信息的生物識別信息的收集。此類電容性度量一方面可以介于指紋識別傳感器中的一個或多個電容板之間，并且另一方面介于用戶的手指的脊和谷之間(諸如，用戶的手指的表皮或可能是用戶的手指的皮下層)。
[0005]有時會發生如下情況:電容的測量結果涉及在用戶的手指的表皮上引入電荷。這可能具有如下影響:僅能夠引入少量的電荷，用戶不會感覺到電荷，有時為用戶的手指表皮上的麻刺感或其他可覺察效應。
[0006]有時會發生如下情況:電容的測量涉及，一方面，指紋識別傳感器的電容板之間，并且另一方面，用戶的手指的脊和谷之間電容的相對較小的差異。例如，這會涉及將用戶的手指放置成距電容板盡可能近。這可能具有限制指紋識別傳感器設計靈活性的影響。
[0007]有時會發生如下情況:電容的測量涉及相對于指紋識別傳感器定位用戶的手指。例如，用戶的手指可能必須要放置在導電環內，這顯著地限制了指紋識別傳感器的尺寸和位置。這也可能具有限制指紋識別傳感器設計靈活性的影響。
[0008]有時會發生如下情況:電容的測量涉及與用戶的手指上除表皮之外的一部分的電容耦合。例如，電容耦合(或其他指紋識別感測)可能涉及用戶的手指的皮下層。這可能涉及引入相對較大的電荷以進行該電容耦合。如上文部分所述，這可能具有如下影響:用戶可能感覺到電荷，有時為用戶的手指一部分中的麻刺感或其他可察覺效果。
[0009]這些示例的每個，以及其他可能的考慮，會導致指紋識別傳感器和結合指紋識別傳感器的設備(諸如，使用指紋識別進行認證的計算設備)的難題。指紋識別傳感器可能在尺寸或位置、或其是否能夠容易與結合指紋識別傳感器的設備的其他元件結合方面受到限制。對于第一示例，這可能具有如下影響:指紋識別傳感器可能不容易并入某種類型的設備(例如，較小的設備，如智能電話和觸控板)中。對于第二示例，這可能具有如下影響:可能需要指紋識別傳感器較為脆弱或以其他方式受到不希望的設計約束。
【發明內容】
[0010]本申請提供了包括電路和設計的技術，其能夠相對于生物識別圖像和數據接收信息，諸如指紋數據，并且其能夠并入使用生物識別的設備中。例如，指紋或其他生物識別傳感器可以設置于控制按鈕或顯示元件下方，以用于在由用戶操作設備的同時，進行指紋識別和認證。
[0011]在一個實施例中，技術包括提供生物識別傳感器，其設置于其他元件下方，但仍然設置成在進行指紋識別時距用戶的手指較近。可以在按鈕下方或顯示元件下方設置電路，但一個或多個電容板和用戶的手指之間具有減小量的距離。對于一些示例而言，電路可以通過如下的一種或多種方式設置于設備元件下方，其中指紋識別傳感器電路自身具有減小的豎直間距:(I)利用通過硅晶片從電路頂部切割的一個或多個通孔設置的焊絲來耦接指紋識別傳感器電路，(2)利用通過設置于經硅晶片從電路邊緣切割的一個或多個溝槽的焊絲來耦接指紋識別傳感器電路，(3)在塑料模制中封裝指紋識別傳感器電路，塑料模制至少部分被去除，以及(4)利用焊料元件，例如封裝的焊球或壓縮的焊料元件，將指紋識別傳感器電路耦接到其他電路。
[0012]在一個實施例中，電路可以包含或采用使用設備的元件在指紋識別中輔助指紋識別傳感器的技術。對于一些示例而言，可以通過如下的一種或多種方式利用一個或多個設備元件設置電路，其中一個或多個設備元件輔助指紋識別傳感器電路:(I)將電容元件耦接到設備一側或按鈕或其他設備元件附近，(2)印刷電路元件以輔助指紋識別傳感器，或包括在指紋識別傳感器中，在按鈕或其他設備元件下側，(3)將指紋識別傳感器電路元件耦接到按鈕或其他設備元件，其改善耦接指紋識別傳感器，諸如包括藍寶石或另一種基板的各向異性元件的電場，以及(4)使用透明或半透明按鈕或其他設備元件以除電容感測之外執行光學感測或紅外感測，以便輔助或包括在指紋識別傳感器電路中。
[0013]在一個實施例中，電路包括使用包括指紋識別傳感器電路的設備元件以在使用指紋識別傳感器時輔助用戶的技術。對于一些示例而言，可以利用設備元件設置電路，其中設置設備元件以通過如下的一種或多種方式輔助用戶:(I)使用至少部分由按鈕或其他設備元件形成的凹陷形狀，以幫助在使用指紋識別傳感器電路時定位用戶的手指進行指紋識另IJ，并在按鈕和其他設備元件下方設置指紋識別電路，以及(2)在觸敏下壓按鈕上方設置指紋識別電路以提供觸覺反饋。
[0014]另一個實施例可以采取生物識別傳感器疊堆的形式，包括:蓋;圍繞蓋并限定接地環的鑲邊;定位于蓋下方的傳感器；以及定位于傳感器下方的開關。在一些實施例中，在下壓蓋時，蓋、鑲邊和傳感器全部移動;并且在下壓蓋時，開關塌縮。在其他實施例中，傳感器用于捕獲生物識別數據，同時開關產生電信號。在實施例中，傳感器用于從接觸蓋的多個手指捕獲數據。
[0015]雖然公開了多個實施例(包括其變型形式)，但本領域的技術人員根據示出和描述本公開的示例性實施例的以下【具體實施方式】將容易想到本公開的其他實施例。如將認識到的，本公開能夠在各個明顯的方面作出修改，所有修改均不脫離本公開的實質和范圍。因此，附圖和【具體實施方式】將被視為在實質上是例示性的而不是限制性的。
【附圖說明】
[0016]雖然本說明書以特別指出并清楚地要求保護主題的權利要求書結束，其中該主題被認為形成本公開，但是據信，通過以下結合附圖的描述可更好地理解本公開，其中:
[0017]圖1示出了設備一部分中包括的指紋傳感器的概念圖。
[0018]圖2示出了如相對于圖1部分描述的按鈕組件的概念圖，示出了層合層。
[0019]圖3示出了如相對于圖1部分描述的按鈕組件的另一個概念圖，示出了指紋識別傳感器。
[0020]圖4A和圖4B示出了如相對于圖1部分描述的按鈕組件的另一個概念圖，示出了指紋識別傳感器。
[0021]圖5示出了如相對于圖1部分描述的具有按鈕組件的設備的概念圖，示出了指紋識別傳感器。
[0022]圖6示出了具有平面透鏡的凹陷設計中按鈕組件的另一個概念圖。
[0023]圖7大致示出了用于藍寶石的樣本晶格結構700。
[0024]圖8示出了樣本生物識別傳感器疊堆的分解圖。
[0025]圖9示出了已組裝配置中圖8的傳感器疊堆的橫截面圖。
[0026]圖10是已組裝配置中圖8的傳感器疊堆的透視圖。
[0027]圖11示出了結合樣本生物識別傳感器疊堆的樣本電子設備。
[0028]圖12是通過蓋中間截取的圖11的樣本電子設備的橫截面圖，示出了設備內的生物識別傳感器疊堆。
[0029]圖13是類似于圖12的透視橫截面圖。
[0030]圖14是類似于圖13的放大透視橫截面圖，示出了生物識別傳感器疊堆。
[0031]圖15示出了結合具有矩形形狀的樣本生物識別傳感器疊堆的樣本電子設備。
[0032]圖16示出了結合具有菱形形狀的樣本生物識別傳感器疊堆的樣本電子設備。
[0033]圖17示出了結合具有圓形形狀且凸起高于設備表面的樣本生物識別傳感器疊堆的樣本電子設備。
[0034]圖18示出了結合具有圓形形狀并且凹陷低于設備表面的樣本生物識別傳感器疊堆的樣本電子設備。
【具體實施方式】
[0035]本公開涉及用于電子設備的指紋傳感器系統，包括但不限于用于智能電話、平板電腦、媒體播放器、個人計算機和其他便攜式電子和移動設備的指紋圖像傳感器。在一些設計中，指紋傳感器設置于控制按鈕或顯示元件下方，使得可以在由用戶操作設備的同時，執行指紋識別和認證。
[0036]指紋傳感器自身可以利用電容元件的網格捕獲指紋圖像，或者光學傳感器或其他適當的指紋成像技術。也可以提供控制電路，例如，對觸摸或按壓做出響應的控制按鈕或開關元件，或對接近和(多個)觸摸定位做出響應的觸摸屏控制系統。在一些設計中，結合利用諸如藍寶石的各向異性絕緣材料形成的控制按鈕或顯示元件使用指紋傳感器。
[0037]本文描述的示例和實施例總體公開了用于封裝傳感器，諸如電容性傳感器的各種結構和方法。一些實施例結合了傳感器、圍繞傳感器的結構、連接結構(電、物理或兩者)的各種放置以及用于增強傳感器成像、傳感器保持和引導用戶的手指到傳感器上方適當位置的技術，其中傳感器自身不能被看到。
[0038]額外的示例和實施例描述相對于設備放置傳感器，例如，設置于覆蓋玻璃或框結構中的凹陷中的藍寶石按鈕或透鏡元件。在其他示例中，可以將傳感器嵌入(例如，層合)覆蓋玻璃系統中或設備的結構或外殼內。設備外殼或框架還可以包括開口或傳感器孔，其中放置了傳感器，例如，利用封裝的傳感器設計在傳感器上方模制塑料或另一種材料。過模制或封裝材料可以形成透鏡或按鈕結構的部分，或者可以使用藍寶石材料。
[0039]@1
[0040]圖1示出了設備100的一部分中包括的指紋識別傳感器102的概念圖。
[0041]設備100—部分的分解圖示出了為形成指紋識別傳感器102電路并定位下壓按鈕下方的傳感器102電路而設置的部分的組件。盡管本申請描述了具有特定下壓按鈕和特定傳感器102電路的特定組件，但在本發明的上下文中，針對任何此類限制不存在特定要求。例如，下壓按鈕可以設置成從指紋識別傳感器102電路稍微偏離中心，效果是下壓按鈕仍然對于實現其目的有效，同時傳感器102電路仍然結合在附近定位用戶的手指而工作。在閱讀本申請之后，本領域內的技術人員會認識到，很多其他和更多示例組件也在本發明的范圍和實質內，會有效，并不需要其他發明或過多的試驗。
[0042 ]設置覆蓋玻璃(CG)框架106以耦接到智能電話的覆蓋玻璃107、觸控板、移動計算設備的部分、輸入機構、鍵盤的按鍵、輸入或輸出設備外殼的部分、車輛面板或主體、家用電器等、觸摸屏或其他設備100，并設置其以耦接到設備100的框架。(在很多實施例中，設備100是某種形式的移動計算設備。)覆蓋玻璃框架106包括設置成定位下壓按鈕的按鈕孔穴108，并且還包括一個或多個螺絲夾具110，其被設置成匹配到外部螺絲位置并被設置成接收水平螺絲，用于在構造組件時將覆蓋玻璃框架106保持在基板的適當位置(如下文進一步所述)。
[0043]設置覆蓋玻璃框架106中的按鈕孔穴108以保持按鈕104(如下所述，其可以形成下壓按鈕