电容式传感装置、封装结构、感测模组、以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电容式传感技术领域，尤其涉及一种电容式传感装置、电容式传感装置的封装结构、电容式感测模组、以及电子设备。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，越来越多的电子设备(如:手机、平板电脑、穿戴式设备、以及智能家居等各种智能产品)一般都会设置一种或多种传感装置。所述传感装置包括如感测用户触摸操作的触摸传感装置、感测人体生物信息的生物信息传感装置等等。目前，生物信息传感装置等多采用电容式传感装置来执行感测操作。
[0003]电容式传感装置一般包括电容式传感器和控制电路。所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。所述多个传感单元接收控制电路的驱动信号，并在用户触摸所述多个传感单元时对应输出感测信号给所述控制电路，以获得相应的感测信息。
[0004]然，所述电容式传感器与所述控制电路通常采用相同工艺制作，形成一颗芯片，由此导致电容式传感装置的设计灵活性不高。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供了一种电容式传感装置，包括:
[0006]电容式传感器，包括基板和多个传感单元，所述基板包括相对的第一面与第二面，所述多个传感单元设置在所述第一面上;和
[0007]控制芯片，用于控制所述多个传感单元执行感测操作，所述控制芯片设置在所述基板上。
[0008]优选地，所述多个传感单元用于响应目标物体的接近或触摸而对应输出相应的感测信号给所述控制芯片，所述控制芯片进一步根据所述感测信号获知目标物体的预定生物
?目息。
[0009]优选地，所述控制芯片和电容式传感器为两颗芯片，所述控制芯片压合在所述基板的第一面。
[0010]优选地，所述基板为绝缘基板，所述电容式传感器的多个传感单元采用于绝缘基板上形成包括薄膜晶体管的集成电路的工艺制成，所述控制芯片采用于半导体基板上形成包括互补金属氧化物半导体晶体管的集成电路的工艺制成。
[0011]优选地，所述基板采用玻璃材料、塑料材料、陶瓷材料中的任意一种制成。
[0012]优选地，每一传感单元包括感测电极和传感电路;所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体;所述控制芯片提供参考信号给所述感测电极;所述传感电路包括差分对管，或者，相邻的传感单元的传感电路各包括差分对管的一晶体管，所述差分对管与所述感测电极相关联，用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生二不同的第二交流信号;所述控制芯片根据所述第二交流信号获知目标物体的预定生物信息。
[0013]优选地，所述控制芯片进一步提供电流源给所述差分对管;所述传感电路进一步包括第一开关单元和第二开关单元;所述第一开关单元连接于所述差分对管与电流源之间，所述控制芯片通过控制第一开关单元来控制是否在所述差分对管与所述电流源之间进行电流传输;所述控制芯片通过控制第二开关单元来控制是否传输参考信号给所述感测电极。
[0014]优选地，所述控制芯片包括接地端，所述接地端用于加载调制信号，所述控制芯片所提供的参考信号为经所述调制信号调制后的信号。
[0015]优选地，所述差分对管中的一晶体管为第三晶体管，第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极;其中，第三控制电极与感测电极为二电极，第三控制电极连接感测电极，或者，第三控制电极与感测电极为同一电极。
[0016]优选地，所述控制芯片提供共模信号给所述差分对管。
[0017]优选地，所述电容式传感器进一步包括导电层和接地线，所述导电层与所述多个传感单元设置在所述基板的相对二侧，所述接地线与所述多个传感单元设置在所述基板的同侧，其中，所述接地线与所述导电层用于传输所述调制信号。
[0018]优选地，所述控制芯片压合在所述基板的第二面，或者，所述控制芯片通过一中间连接件与所述电容式传感器连接。
[0019]优选地，所述电容式传感器和控制芯片为两颗裸芯片。
[0020]优选地，所述电容式传感装置为指纹传感装置。
[0021]本实用新型还提供一种电容式传感装置的封装结构，包括电容式传感装置和封装体，所述封装体用于封装所述电容式传感装置，所述电容式传感装置如为上述中任意所述的电容式传感装置。
[0022]本实用新型还提供一种电容式感测模组，包括电容式传感装置的封装结构、盖板、颜色层、粘着层、和柔性线路板，所述颜色层设置在盖板下方，并通过粘着层与电容式传感装置的封装结构连接，所述柔性线路板与所述电容式传感装置的封装结构连接，其中，所述电容式传感装置的封装结构为上述所述的电容式传感装置的封装结构。
[0023]本实用新型还提供一种电容式感测模组，包括电容式传感装置的封装结构、硬化层、和柔性线路板，所述硬化层形成于电容式传感装置的封装结构上，所述柔性线路板与所述电容式传感装置的封装结构连接，其中，所述电容式传感装置的封装结构为上述所述的电容式传感装置的封装结构。
[0024]优选地，电容式感测模组进一步包括导电元件，对于所述导电元件:
[0025]用作驱动元件，与感测电极形成互电容，传输驱动信号;或者
[0026]与电容式传感装置的接地端连接，传输调制信号;或者
[0027]与安装有电容式感测模组的电子设备的设备地连接，传输接地信号。
[0028]本实用新型还提供一种电子设备，包括电容式传感装置，所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置。
[0029]本实用新型还提供一种电子设备，包括:
[°03°]保护盖板；
[0031]电容式感测模组，包括:
[0032]电容式传感装置，设置在所述保护盖板下方，定义所述保护盖板正对所述电容式传感装置的区域为虚拟按键区域;所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置;和
[0033]导电元件，从所述电子设备的侧面边缘延伸出来并延伸至保护盖板上方边缘并邻近虚拟按键区域，以使得当目标物体触摸所述电容式传感装置的同时能触摸所述导电元件。
[0034]优选地，所述导电元件围绕所述保护盖板的边缘设置一圈，或者，所述导电元件从电子设备邻近所述虚拟按键区域一侧边缘延伸出来并延伸至保护盖板上方边缘。
[0035]本实用新型还提供一种电子设备，包括:
[0036]保护盖板；
[0037]电容式感测模组，包括:
[0038]电容式传感装置，设置在所述保护盖板下方，定义所述保护盖板正对所述电容式传感装置的区域为虚拟按键区域;保护盖板邻近虚拟按键区域设置镂空结构;所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置;和
[0039]导电元件，从所述镂空结构中曝露出，以使得当目标物体触摸所述电容式传感装置的同时能触摸所述导电元件。
[0040]优选地，所述导电元件连接电子设备的设备地。
[0041]由于本实用新型的电容式传感装置包括电容式传感器与控制芯片两颗芯片，因此，可根据电容式传感器与控制芯片各自的结构对应选择各自的工艺流程以及电路结构，从而提高产品的设计灵活性。相应地，具有所述电容式传感装置的封装结构、电容式感测模组、以及电子设备的设计灵活性也得到相应提高。
[0042]尽管公开了多个实施例，包括其变化，但是通过示出并描述了本实用新型公开的说明性实施例的下列详细描述，本实用新型公开的其他实施例将对所属领域的技术人员显而易见。将认识到，本实用新型公开能够在各种显而易见的方面修改，所有修改都不会偏离本实用新型的精神和范围。相应地，附图和详细描述本质上应被视为说明性的，而不是限制性的。
【附图说明】
[0043]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的特征及优点将变得更加明显。
[0044]图1为本实用新型电容式传感装置的第一实施方式的示意图。
[0045]图2为图1所示电容式传感装置的电路结构示意图。
[0046]图3为图2所示电容式传感器的部分电路结构示意图。
[0047]图4为图2所示电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0048]图5与图6为图3所示传感电路的其它变更实施方式的示意图。
[0049]图7为图1所示电容式传感器的示意图。
[0050]图8至图11中主要示出电容式传感器的一传感单元的第三晶体管与感测电极的剖面结构示意图。
[0051]图12为图2所示的电容式传感装置的工作时序图。
[0052]图13为图1所示电容式传感器的部分方框示意图。
[0053]图14为本实用新型电容式传感装置的第二实施方式的示意图。
[0054]图15为图14所示一行方向上相邻二传感单元的电路结构示意图。
[0055]图16为图14的电容式传感装置的部分电路结构示意图。
[0056]图17为图14所示电容式传感器的方框结构示意图。
[0057]图18为本实用新型电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。
[0058]图19为在一片玻璃基板上形成多个电容式传感装置的示意图。
[0059]图20为图19所示的一电容式传感装置的侧视示意图。
[0060]图21和图22为电容式传感装置的其它变更实施方式的侧视图。
[0061 ]图23为本实用新型芯片组的一较佳实施方式的示意图。
[0062]图24为本实用新型电容式感测系统的第一实施方式的结构示意图。
[0063]图25为本实用新型电容式感测系统的第二实施方式的结构示意图。
[0064]图26为本实用新型电容式传感装置的封装结构第一实施方式的示意图。
[0065]图27与图28为本实用新型电容式传感装置的封装结构其它实施方式的示意图。
[0066]图29为本实用新型电容式感测模组的一较佳实施方式的示意图。
[0067]图30为本实用新型在电子设备的保护盖板下方设置电容式感测模组的示意图。
[0068]图31是图30沿r-r’方向的部分剖面示意图。
[0069]图32为电子设备的显示装置的TFT阵列基板的示意图。
[0070]图33为本实用新型电子设备的一较佳实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0071]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。为了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附图中所示的每层的厚度和大小、以及示意地示出相关元件的数量。另外，元件的大小不完全反映实际大小，以及相关元件的数量不完全反应实际数量。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。
[0072]此外，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本实用新型的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本实用新型。
[0073]在本实用新型的描述中，需要理解的是:“多个”包括两个和两个以上，除非另有明确具体的限定。“连接”可为电连接、机械连接、親接、直接连接、以及间接连接等多种实施方式，除非本实用新型下述特别说明，否则并不做特别限制。另外，各元件名称以及信号名称中出现的“第一”、“第二”等词语并不是限定元件或信号出现的先后顺序，而是为方便元件命名，清楚区分各元件，使得描述更简洁。
[0074]进一步需要说明的是:本实用新型提供的电容式传感装置适用于生物信息传感装置，尤其指纹传感装置。然，本实用新型并不限于此，所述电容式传感装置也可适用其它合适类型的传感装置，如触摸传感装置。所述生物信息传感装置用于感测目标物体的预定生物信息。所述目标物体如为用户的手指，也可为用户身体的其它部分、如手掌、脚趾、耳朵等，甚至也可为其它合适类型的物体，而并不局限为人体。所述预定生物信息如为指纹、掌纹、耳纹等。
[0075]所述电容式传感装置包括电容式传感器(sensors)和控制电路。所述控制电路连接电容式传感器，用于控制所述电容式传感器执行感测操作。
[0076]优选地，所述电容式传感器包括感测电极和差分对管。所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体，用于加载参考信号。所述差分对管与所述感测电极相关联，用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化，而对应产生差分信号。
[0077]所述控制电路接收所述差分信号，并根据所述差分信号对应获得相应的感测信息。所述感测信息如为目标物体的预定生物信息。类似地，所述控制电路也可根据差分信号获知目标物体接近或触摸了电容式传感装置这一感测信息。
[0078]由于本实用新型的电容式传感器传输给控制电路的感测信号为差分信号，所述差分信号较强，且差分信号在传输给控制电路的过程中受电容式传感装置中的寄生电容的影响较小，因此，所述控制电路根据差分信号获得的感测信息相对较准而能减少误判，从而能够提升用户体验。
[0079]优选地，所述差分信号为差分电流信号。
[0080]优选地，所述电容式传感器包括多个感测电极和多个差分对管。同一差分对管所产生的差分信号为同幅同频反相的第二交流信号。另外，所述差分对管用于与一电流源连接，所述电流源用于提供一第一恒定电流信号。所述二不同的第二交流电流信号之和与所述电流源提供的第一恒定电流信号相等。
[0081]所述差分对管与所述感测电极相关联，其中，所述差分对管或者与所述感测电极为二元件，所述差分对管与所述感测电极连接;又或者，所述差分对管包括所述感测电极，即，所述感测电极为差分对管的一部分。
[0082]所述差分对管包括二晶体管，所述二晶体管包括一第三晶体管，所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极。当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极连接;当所述差分对管包括所述感测电极时，所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极。
[0083]当所述差分对管与所述感测电极为二元件时，所述第三控制电极与所述感测电极直接连接;或者，所述第三控制电极通过一限流元件与所述感测电极连接。优选地，所述限流元件包括电阻。相应地，所述限流元件可以起到防ESD、保护电容式传感器的作用。
[0084]所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。每一传感单元包括一所述感测电极。另外，优选地，每一传感单元还包括一所述差分对管，或者，相邻的传感单元各自包括一所述差分对管中的一晶体管。
[0085]通过选择具有合适跨导的晶体管，当目标物体接近或触摸感测电极时，所述差分对管的晶体管对参考信号的变化量进行转换以及放大，产生二不同的第一交流信号，并将二不同的第一交流信号分别叠加至相同的第二恒定电流信号上，对应产生所述二不同的第二交流信号给控制电路。其中，所述第二恒定电流信号为第一恒定电流信号的一半。相应地，所述感测信号较强，所述控制电路根据所述感测信号获得的感测结果较准。
[0086]对于本实用新型的电容式传感器:或者每个传感单元输出单一电流信号作为感测信号;或者每个传感单元输出差分信号作为感测信号；或者相邻的传感单元输出差分信号作为感测信号；其中，所述差分信号如为差分电流信号；更优选地，组成差分对管的晶体管输出的感测信号为放大的信号；相应地，具有所述电容式传感器的电容式传感装置的感测精度较高。
[0087]下面结合附图对电容式传感装置的电路结构、芯片组、电容式感测系统的电路结构、电容式传感装置的封装结构、电容式感测模组的组装结构、以及电子设备的结构等的各种实施方式进行描述。
[0088]电容式传感装置的电路结构
[0089]请参阅图1，图1为本实用新型电容式传感装置的第一实施方式的示意图。所述电容式传感装置1用于应用在一电子设备(图未示)中，执行感测操作。所述电子设备如为移动电话、平板电脑、电视、遥控装置、智能门锁、穿戴式设备等各种智能设备。所述电容式传感装置1包括控制电路11和电容式传感器13。所述控制电路11与所述电容式传感器13连接。所述控制电路11用于控制电容式传感器13执行感测操作，所述电容式传感器13输出相应的感测信号给所述控制电路11。所述控制电路11进一步根据所述感测信号获得相应的感测信息。
[0090]所述电容式传感器13包括基板130、多个传感单元131、和接地线133。所述接地线133和所述多个传感单元131设置在所述基板130的同侧，且所述接地线133环绕各传感单元131设置。需要说明的是，图1中示出的传感单元131的数量仅为示意，实际产品的传感单元131的数量可少于或多于图1中所示的数量。
[0091]所述多个传感单元131与所述控制电路11连接，用于执行感测操作，输出感测信号给控制电路11。
[0092]在本实施方式中，所述接地线133用于连接所述电子设备的调制地NGND，接收调制信号。所述调制信号包括接地信号和驱动信号，所述驱动信号高于所述接地信号。所述调制信号如为包括接地信号与驱动信号交替变化的周期性方波信号。其中，所述接地信号如为电子设备的设备地的接地信号，所述设备地的接地信号为恒定电压信号，如为0V(伏)。
[0093]所述基板130如为半导体基板等。所述半导体基板如为硅基板等。