本实用新型涉及适合于在智能卡中集成的指纹感测模块。本实用新型还涉及包括这样的指纹感测模块的智能卡。
背景技术：
为了提供提高的安全性和/或增强的用户便利性，越来越多地使用各种类型的生物识别系统。特别地，指纹感测系统由于其小的外形尺寸、高性能以及用户接受度已经在例如消费电子设备中采用。
在各种可用的指纹感测原理(例如，电容式、光学、热学等)中，电容式感测是最常使用的，特别是在尺寸和功耗是重要问题的应用中。所有电容式指纹传感器提供指示若干感测结构中的每个感测结构与放置在指纹传感器的表面上或者跨指纹传感器的表面移动的手指之间的电容的测量。
此外，市场对智能卡中指纹传感器集成的要求不断增加。然而，与传感器用于智能电话中相比，智能卡中的指纹传感器的要求会有所变化。例如，由于智能卡的成本远低于智能电话的成本，因此对于智能卡而言更期望降低指纹传感器的成本。
在当前可用的智能卡中，指纹感测模块可以焊接在嵌体(inlay)上，并且转而对卡进行层压，使得嵌体作为中心层并且在卡层压时卡上层中的空腔使得指纹感测模块暴露。
然而，指纹感测模块与卡体之间的间隙通常是可见的，从而产生可靠性以及美观问题。此外，所描述的处理通常仅用于有限的系列而不适合用于大规模生产。
因此，需要用于在智能卡中集成的改进的指纹感测模块。
技术实现要素：
鉴于现有技术的上述缺点以及其他缺点，本实用新型的目的是提供适合于与智能卡集成的改进的指纹感测模块。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种包括指纹传感器装置的指纹感测模块，所述指纹传感器装置具有布置在所述指纹传感器装置的第一侧面上的感测阵列，所述感测阵列包括指纹感测元件的阵列。指纹传感器装置还包括用于将指纹传感器装置连接至外部电路的连接焊盘。指纹感测模块还包括被布置成覆盖指纹传感器装置的指纹传感器装置覆盖结构，所述覆盖结构具有被构造以由手指触摸的第一侧面，从而形成感测模块的感测表面，以及面向感测阵列的第二侧面，其中所述覆盖结构包括布置在覆盖结构的第二侧面上以用于将指纹感测模块电连接至外部电路的导电走线，并且其中所述覆盖结构的表面面积大于传感器装置的表面面积。此外，指纹传感器装置包括将指纹传感器装置的连接焊盘电连接至覆盖结构的导电走线的线接合。
在本文中，指纹传感器装置还可以被称为裸片、芯片、胶囊(capsule)等，并且指纹传感器可以是电容式、光学或超声波指纹传感器。
在所描述的指纹模块中，感测阵列面向覆盖结构使得覆盖结构的表面形成覆盖结构的感测表面。所描述的覆盖结构包括至少绝缘层和含导电走线的层。然而，覆盖结构同样还可以包括多个子层。
本实用新型基于以下认识：当将指纹传感器装置附接至包括导电走线的覆盖层时，使用线接合来形成传感器与覆盖层之间的连接是有利的。从而，如下面将进一步详细描述的，提供了一种通过覆盖结构的导电走线容易地集成在智能卡中的指纹感测模块。然而，所描述的模块还可以适合于集成在各种各样的应用中，因为可以提供一种例如可以借助于覆盖结构容易地控制模块的尺寸和形状的模块。
根据本实用新型的一个实施方式，连接焊盘可以布置在指纹传感器装置的与指纹传感器装置的第一侧面相反的第二侧面上，指纹传感器装置还包括衬底，所述衬底包括从指纹传感器装置的第一侧面到达指纹传感器装置的第二侧面的连接焊盘的通孔连接。从而，提供了一种从传感器装置的与感测阵列相反的背面进行传感器装置与覆盖结构之间的线接合的指纹传感器装置。特别地，在指纹传感器的包括感测阵列的侧面上不需要接合线。因此，所描述的布置的有利之处在于可以减小感测阵列与覆盖结构的外表面之间的距离，从而减小了感测阵列与放置在感测表面上的手指之间的距离，这改进了感测模块的性能。
指纹传感器装置还可以包括用于提供用作接合焊盘的连接焊盘的晶圆级扇出技术。
根据本实用新型的一个实施方式，连接焊盘布置在指纹传感器装置的第一侧面上，指纹传感器装置还包括：具有附接至指纹传感器装置的第二侧面的第一侧面的载体；布置在指纹传感器装置的连接焊盘与载体的第一侧面之间的线接合；以及布置在载体的与载体的第一侧面相反的第二侧面与覆盖结构的导电走线之间的线接合。
因此，在指纹传感器装置的连接焊盘与载体的连接焊盘之间存在中间连接。载体的连接焊盘用作用于连接至覆盖结构的导电走线的接合焊盘。对于一些应用，在与感测阵列相同的一侧包括接合线的传感器装置是可接受的，尽管接合线可能增加感测阵列与放置在感测表面上的手指之间的最小距离。因此，感测阵列与覆盖结构之间的距离将由接合线回路高度以及覆盖感测阵列和接合线的包覆模制层的厚度来决定。这样的布置可以例如用于例如相对薄的覆盖结构。从而，常规的指纹模块可以容易地适应性修改以便用于智能卡应用中。
此外，指纹传感器装置可以被提供为LGA(平面网格阵列)、基于引线框的QFN封装，或者借助于本领域的技术人员已知的其他封装类型来提供。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹传感器还可以包括布置在传感器装置与覆盖结构之间的模制层。所描述的模制层将用于保护感测阵列以及用于提供用于将传感器装置附接至覆盖结构的平坦表面。
根据本实用新型的一个实施方式，覆盖结构可以是包括含导电走线的至少一个层和至少一个绝缘层的层压结构。覆盖结构可以包括一个或更多个覆层——包括墨层，以提供期望的视觉外观。本文中的墨层应当被理解为包括用于实现期望的视觉外观的颜料的任何层。覆盖结构还可以包括用于增强图像捕获的层，例如如果手指含有水分的话。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块还可以包括布置在覆盖结构的第二侧面上并且电连接至覆盖结构的导电走线的一个或更多个无源部件。
此外，无源部件还可以布置在载体的第一侧面上并且电连接至覆盖结构的导电走线。从而，指纹感测模块可以被提供为包括任何所需的无源部件的单个模块。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块还可以包括附接至指纹感测模块的与指纹感测模块的第一侧面相反的第二侧面的指纹传感器控制装置。指纹传感器控制装置可以例如被要求用于提供传感器装置的驱动信号，或者控制装置可以包括其他功能。控制装置可以被提供为裸片、芯片、胶囊等，并且有时被称为辅助芯片。通过以堆叠配置——还可以被称为负担(possum)配置——提供指纹传感器控制装置，可以提供包括全部所需功能的完整的指纹感测模块。从而，指纹感测模块准备好被结合到一系列应用例如智能卡中。此外，与例如使用柔性膜将传感器装置连接至距传感器装置一定距离的控制装置的已知配置相比，堆叠配置减少了指纹感测模块的占用面积。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块还可以包括将指纹传感器控制装置电连接至覆盖结构的导电走线的线接合。从而，可以使用相同的连接技术将指纹传感器装置和控制装置二者连接至同一覆盖结构。此外，提供了一种用于操作模块的全部所需连接位于覆盖结构的便于接近的第二侧面上的指纹感测模块。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块还可以包括布置在指纹传感器装置的第二侧面与指纹传感器控制装置之间的硅中介层(silicon interposer layer)。可以通过线接合将中介层电连接至覆盖结构，并且中介层例如可以用于形成控制装置与传感器装置之间的电连接。例如，中介层可以用于在两个装置之间路由信号。中介层还可以包括感测模块的操作所需的无源部件。
另外，指纹感测模块可以包括布置在指纹传感器控制装置与所述指纹传感器装置的第二侧面之间的机械支撑层。机械支撑层例如可以是基于柔性聚合物的材料。机械支撑层可以增加感测模块的柔性以允许模块在不破坏的情况下弯曲更多。由于智能卡的柔性，这对于集成在智能卡中的感测模块可能是特别有利的。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块还可以包括邻近感测阵列布置以提供放置在感测表面上的手指与指纹感测模块的驱动信号电路之间的电连接的导电边框。边框可以例如是布置成围绕传感器装置使得放置在感测表面上的手指也与边框接触的框架。从而，可以向手指提供驱动信号，这有利于根据所建立的感测技术的电容式指纹测量。在覆盖结构是包括多个导电层的层压结构的情况下，层压结构中的顶部金属层可以有利地用于形成与边框的电接触。然而，应当注意的是，感测模块同样也可以在没有边框的情况下操作，在这种情况下，可以向感测阵列的感测元件或者指纹传感器装置的参考地电平提供驱动信号。
根据本实用新型的一个实施方式，覆盖结构延伸到指纹传感器装置之外使得指纹感测模块具有T形轮廓。换句话说，覆盖结构在传感器装置的至少两个相反侧延伸到传感器装置的表面之外。在正方形或者矩形感测模块的情况下，覆盖结构可以在传感器装置的全部四侧延伸到传感器装置之外。因此，可以在传感器装置的至少两侧提供覆盖结构的下侧面上的连接，从而增加将指纹感测模块连接至电子设备、智能卡等的各种可能的方式。此外，如下面将进一步详细描述的，具有T形轮廓的指纹感测模块可以容易地放置在对应的凹部或者开口中。
根据本实用新型的一个实施方式，覆盖结构可以是柔性的例如柔性膜等，从而有利于在由于卡本身的柔性而特别期望具有柔性模块的智能卡中进行指纹感测模块的集成。通过柔性覆盖层，指纹模块能够弯曲以及例如跟随智能卡弯曲而弯曲，而无需传感器装置本身具有柔性。
然而，应该注意的是，覆盖结构同样可以是刚性的例如玻璃或陶瓷结构，这可能更适合于在其他类型的设备中集成指纹感测模块。覆盖结构可以例如是包括导电走线的保护板、盖玻璃或者显示器玻璃。
根据本实用新型的一个实施方式，指纹感测模块可以有利地包括安全元件，这通常在智能卡中需要以提供安全的存储和执行环境。安全元件可以例如包括在包括指纹传感器装置以及可选的指纹传感器控制装置的堆叠中。然而，安全元件还可以布置在其他位置，例如载体上或覆盖结构上。
根据本实用新型的一个实施方式，提供了一种包括根据上述实施方式中的任一个实施方式的指纹感测模块的智能卡。智能卡包括凹部，指纹感测模块被布置在凹部中，其中，指纹感测模块的覆盖结构包括用于将导电走线连接至智能卡的导电嵌体的对应连接焊盘的连接焊盘。从而，形成可以通过覆盖层的连接焊盘将指纹传感器装置和任何相关联的电路容易地连接至智能卡电路的智能卡。特别地，感测模块可以连接至智能卡的处理用户身份认证和/或验证的电路以提供与智能卡的使用相关的增加的安全性。智能卡可以例如用于授权金融交易、用于验证身份和/或授权访问。智能卡可以被视为任何具有嵌入式集成电路的便携卡。
根据本实用新型的一个实施方式，智能卡的凹部可以有利地具有与指纹感测模块的形状对应的形状。从而，指纹感测模块可以在智能卡的外层与感测模块之间具有小的间隙或没有间隙的情况下装配到凹部中。凹部可以例如是T形的并且被构造成接纳相应T形的指纹感测模块。
提供了一种用于制造指纹感测模块的方法，该方法包括：提供指纹传感器装置，所述指纹传感器装置具有布置在指纹传感器装置的第一侧面上的感测阵列，所述感测阵列包括指纹感测元件的阵列，其中指纹传感器装置包括用于将指纹传感器装置连接至外部电路的连接焊盘；提供指纹传感器装置覆盖结构，所述指纹传感器装置覆盖结构包括布置在覆盖结构的第二侧面上以用于将指纹感测模块电连接至外部电路的导电走线；将指纹传感器装置附接至覆盖结构；以及通过连接焊盘与导电走线之间的线接合，电连接指纹传感器装置。
从而，提供了一种可以使用微电子制造领域中公知的常规处理步骤来执行的用于制造指纹感测模块的方法。因此，可以使用现有处理来制造所描述的模块。
应该注意的是，覆盖结构还可以包括用于便于线接合的连接焊盘。
该方法还可以包括将指纹传感器控制装置附接至指纹传感器装置的与指纹传感器装置的第一侧面相反的第二侧面。从而，指纹控制电路可以与传感器装置以堆叠布置来形成，从而提供控制电路功能集成在与传感器装置相同的模块中的便利模块。
该方法还可以包括封装指纹感测模块。封装意味着使用帽或模具材料来封装模块的背面，即与覆盖结构的用作感测表面的侧面相反的侧面，以保护模块的各装置以及提供易于处理的模块。覆盖结构的导电走线的至少一部分特别是用于经由导电走线连接至传感器装置的连接焊盘未被封装覆盖，以便使得能够将指纹感测模块连接至外部电路。采用35毫米宽的卷对卷形式的线接合和封装处理在智能卡的安全元件模块生产中是常见的。
本实用新型的第二方面的额外的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本实用新型的第一方面描述的那些效果和特征。
提供了一种用于制造包括根据上述实施方式中的任一个实施方式的指纹感测模块的智能卡的方法，所述方法包括：提供包括多个层的智能卡衬底；在智能卡中形成凹部，凹部包括下部和上部，上部具有比下部的面积大的面积；在凹部的上部与智能卡的导电走线之间形成通孔连接；以及将感测模块布置在凹部中使得覆盖层的导电走线与通孔连接形成电接触。
智能卡衬底可以是包括夹在多个绝缘层之间的一个或更多个导电层的常规层压智能卡衬底。凹部的上部和下部一起形成有利地具有与T形对应的轮廓以用于接纳T形指纹模块的凹部。此外，可以使用柔性导电粘合剂将模块附接至智能卡，以同时在覆盖结构的导电走线与智能卡的导电嵌体之间形成电连接，以将指纹感测模块电连接至智能卡电路。
现今大多数的支付卡在卡的中心层压有导电嵌体。被称为铣削和钻孔的过程通常用于形成用于智能卡中安全元件集成的空腔。根据所描述的实用新型的各种实施方式，这样的“铣削和钻孔”技术可以用于接纳指纹感测模块的凹部。从而，现有的用于智能卡的制造方法也可以用于集成指纹传感器，从而降低智能卡中指纹传感器集成的门槛。
当研究所附权利要求书和下面的具体实施方式时，本实用新型的另外的特征和优点将变得明显。本领域的技术人员认识到，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以组合本实用新型的不同特征来产生下面描述的实施方式以外的实施方式。
附图说明
现在将参照示出本实用新型的示例实施方式的附图更详细地描述本实用新型的这些方面以及其他方面，在附图中：
图1示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的智能卡；
图2示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块；
图3示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块；
图4示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块；
图5示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块；
图6是概述制造指纹感测模块的方法的一般步骤的流程图；以及
图7a至图7g示意性地示出了制造智能卡的方法。
具体实施方式
在具体实施方式中，主要参照包括电容式指纹传感器的指纹感测模块来描述根据本实用新型的模块的各种实施方式。此外，参照在智能卡中的集成来描述指纹感测模块。然而，所描述的模块还可以适用于其他应用例如消费电子设备、物联网以及汽车应用。
图1示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的包括指纹感测模块2的智能卡1。
图2示意性地示出了包括指纹传感器装置20的指纹感测模块2，指纹传感器装置20具有布置在指纹传感器装置20的第一侧面22上的感测阵列21。感测阵列21包括被配置成检测每个感测元件与放置在感测模块2的感测表面上的手指之间的电容耦合的指纹感测元件——这里为导电板——的阵列。指纹传感器装置20还包括用于将指纹传感器装置20连接至外部电路(未示出)的连接焊盘24。外部电路可以例如是智能卡中的集成电路。
指纹感测模块2还包括被布置成覆盖指纹传感器装置20的指纹传感器装置覆盖结构30。覆盖结构具有被构造以由手指触摸的第一侧面32，从而形成感测模块2的感测表面32，以及面向感测阵列21的第二侧面34。此外，覆盖结构包括布置在覆盖结构30的第二侧面34上以用于将指纹感测模块2电连接至外部电路的导电走线35。如从图2可见，覆盖结构30的表面面积大于传感器装置20的表面面积，使得感测模块2的导电走线35可以连接至在与感测表面32面向相同方向的表面处的对应连接焊盘。最后，指纹感测模块2还包括将指纹传感器装置20的连接焊盘24电连接至覆盖结构30的导电走线35的线接合40。这里，连接焊盘24布置在传感器装置20的第二侧面23上，借助于穿过传感器衬底50的通孔连接52电连接至感测阵列21以及相关联的感测和读取电路。
在示出的实施方式中，可以使用常规的指纹传感器装置，其中，可以使用现有的背面连接来线接合至覆盖结构的导电走线35。此外，在图2所示的感测模块2中，感测阵列21非常接近感测模块的外表面32，即感测表面，这转而产生放置在感测表面上的手指与感测阵列21的感测元件之间的良好的电容耦合。在智能卡中，覆盖结构30可以制造得较薄，然而对于玻璃下应用，例如当指纹传感器布置在显示玻璃下方时，玻璃的厚度优选地为至少300μm。作为比较，根据当前ISO标准，智能卡的总厚度应为760μm。
图3示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块2。除了上面参照图2描述的部件以外，图3中的指纹感测模块2还包括布置在覆盖结构30的第二侧面34上并且电连接至覆盖结构30的导电走线35的无源部件70。一个或更多个无源部件70可以直接布置在覆盖结构30上作为独立部件，如胶囊或者如集成无源器件(IPD)。
此外，图3还示出了附接至指纹传感器装置20的第二侧面23的指纹传感器控制装置80，第二侧面23与第一侧面22相反。指纹传感器控制装置80借助于接合线82连接至覆盖结构30的导电走线35。本文中未示出的额外的选择是将无源部件布置在控制装置的背面以及还通过向下线接合至覆盖结构30的导电走线35来将无源部件连接至外部电路。
图4示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的指纹感测模块2，其中指纹传感器装置20的连接焊盘24布置在指纹传感器装置20的第一侧面22上。在示出的实施方式中，指纹传感器装置20布置在载体60上，载体60具有附接至指纹传感器装置20的第二侧面23的第一侧面61。载体60可以例如是柔性衬底或者PCB。指纹传感器装置20经由线接合64从指纹传感器装置20的连接焊盘24连接至载体60的第一侧面。然后，形成穿过载体60的电气连接65，并且电气连接65进一步借助于在载体60的与第一侧面61相反的第二侧面与导电走线35之间连接的线接合66连接至覆盖结构30的导电走线35。
图5中的指纹感测模块在很大程度上类似于图4所示的模块。区别在于额外的层84位于载体60与指纹控制装置80之间。在一个实施方式中，层84是可以用于在两个装置20、80之间路由信号的硅中介层84，并且它还可以包括集成无源部件。中介层84被示出为包括将中介层连接至覆盖结构30的线接合85。在另一实施方式中，层84可以是保护模块的各装置的机械支撑层，在这种情况下，不需要线接合。指纹传感器装置20和指纹传感器控制装置80的电路通常制作在通常为刚性材料的硅中，但是硅在足够薄的层中可以是柔性的。然而，借助于机械支撑层，硅器件可以在不破坏的情况下实现额外的柔性。
图6是概述制造指纹感测模块的方法的一般步骤的流程图。下面将参照示出指纹感测模块2的实施方式的图2进行描述。该方法包括提供102指纹传感器装置20以及提供104指纹传感器装置覆盖结构30，指纹传感器装置覆盖结构30包括用于将指纹感测模块2电连接至外部电路的导电走线。接下来，将指纹传感器装置20附接至覆盖结构30以及借助于指纹传感器装置20的连接焊盘24与覆盖结构30的导电走线35之间的线接合108电连接所述指纹传感器装置20。在最后的步骤中，封装110模块2的包括线接合82、85的一侧，以保护接合线和各装置。
图7a至图7g示意性地示出了制造包括根据本文中所描述实施方式中的任一实施方式的指纹感测模块的智能卡的方法。
图7a示出了包括多个层的层压智能卡衬底90。形成智能卡包括对智能卡衬底90的顶层进行铣削和钻孔以形成凹部91。凹部91包括上部92和下部93，其中，上部92具有比下部93的面积大的面积，从而形成T形凹部。
图7c示出了从凹部的上部92向下钻孔至智能卡衬底的导电层95的开口94。实际上，智能卡可以包括多个层。然而，为了简便，仅示出了一个导电层。智能卡的一个或更多个导电层包括用于将指纹感测模块2连接至智能卡的集成电路的导电走线。
在图7d中，导电材料被布置在开口94中以形成至导电层95的导电通孔连接96。
图7e示出了提供具有与凹部91的T形对应的T形的感测模块2，在图7f中，感测模块被布置在凹部中。特别地，覆盖结构30的导电走线35被定位成使得它们与智能卡的通孔连接96形成电连接。有利地，在通孔连接96的位置处使用导电粘合剂97将指纹感测模块2附接至智能卡衬底90。
在图7g所示的最后的步骤中，使用加热工具98对粘合剂97进行加热以固化粘合剂。代替使用导电粘合剂，还可以使用低温焊接材料，在这种情况下，焊接温度足够低以防止熔化智能卡衬底。
本文中所示出的指纹感测模块的各种实施方式包括一个控制装置、一个无源部件等。然而，本领域的技术人员容易认识到所描述的模块同样也可以包括各种所描述的装置和部件中的两个或更多个。
此外，尽管已经参考本实用新型的特定示例性实施方式描述了本实用新型，但是许多不同的替代、修改等对本领域的技术人员将变得明显。同样，还应当注意的是，可以省略、交换或者以各种方式布置模块和智能卡的一部分，但该模块和智能卡仍能够执行本实用新型的功能。
另外，通过研究附图、公开内容以及所附的权利要求书，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，单数用语“一”或“一个”不排除多个。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的这一事实并不表示这些措施的组合不能被加以使用。