一种指纹识别装置及包含其的电子设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种指纹识别装置及包含其的电子设备，属于生物特征识别领域。该指纹识别装置包括：指纹传感器芯片，其包括指纹传感器和指纹控制器，所述指纹传感器包括驱动电极、感应电极，所述驱动电极和所述感应电极交叉形成感应点阵列，所述驱动电极接收指纹控制器发送的用于调制所述指纹传感器的射频信号；信号增强芯片，其与所述指纹传感器芯片电连接，用于增强所述射频信号。本实用新型提供的指纹识别装置及包含其的电子设备能够在提高指纹识别的精度的同时降低成本。
【专利说明】
一种指纹识别装置及包含其的电子设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及生物特征识别技术，尤其涉及一种指纹传感器及包含其的电子设备。
【背景技术】
[0002]人体某些生物特征(如指纹、掌纹等)是人体独一无二的特征，并且它们的复杂程度可提供足够的特征用于识别。
[0003]指纹/掌纹识别技术是目前最成熟且价格最低廉的生物特征识别技术。其中，指纹识别技术应用最为广泛，如门禁、笔记本电脑、手机、汽车、银行支付等电子设备上均可应用指纹识别技术。
[0004]如何使得指纹传感器用在移动电子设备，如智能手机等，且所感应到的影像更加清晰及提高指纹识别的效率为业界持续研究的课题。
[0005]图1示出现有指纹识别装置的结构图。如图1所示，包括指纹传感器芯片110、金属材料边框120、指纹控制器130、指纹感应区140、主控芯片信号接口 150和涂层160。现有的指纹识别装置，通过在指纹传感器芯片110的外边缘处环绕设置金属材料边框120，且所述金属材料边框120电连接至所述指纹传感器芯片110，当用户的手指接触所述指纹传感器芯片110的指纹感应区140的同时能够接触到所述金属材料边框120。手指与金属材料边框的充分接触，使得接触阻抗小，这样通过金属材料边框120及手指传送至指纹感应区140的信号衰减小，使得所述芯片感应到的指纹影像清晰。
[0006]现有技术中的主动式指纹传感器包括指纹传感器芯片上的电容式感应点阵列和金属材料边框。电容式感应点阵列的电压没有直接被驱动或者调制，而是由驱动放大器调制金属材料边框，从而激励手指，并且由于手指的电压电势随着金属材料边框的调制而改变，因此随着金属材料边框被调制，在电容式感应点阵列的每个电容式感应点处的电压和/或电荷改变。
[0007]在这种传感器中，施加至金属材料边框的电压可能是有限的。通常，金属材料边框电压不超过4伏的峰-峰电压。超过此电压可能将手指激励到过高的电压;而过度的激励用户手指会产生“刺痛”或者不舒服的感觉。虽然人可感测到刺痛的精确电压随着人的不同而变化，但是4伏的峰-峰电压通常被视为阈值，超过该阈值可注意到这种感觉。
[0008]由于限制金属材料边框的电压以避免用户感知，因此覆盖传感器的任意涂层或者盖玻璃的厚度也可以是有限的。传感器板和手指之间的涂层或者盖玻璃越厚，产生的电容变得越衰减且指纹图像变得越模糊。对于具有大约100微米的厚度或者大于大约100微米的涂层或者盖玻璃来说，指纹图像可能变得不可靠，而在通常的电子设备的盖玻璃应用来说，其厚度均有一个下限值，如果低于此下限值，屏幕容易压坏或者摔碎。
[0009]同时，由于所述金属材料边框的材质一般为铜或银，其价格昂贵并且增加了电子设备的重量。并且所述金属材料边框一般通过蚀刻的方式或电镀的方式形成于所述接触面板的外表面，制作工艺复杂，并进一步增加了电子设备的成本。
[0010]因此，需要一种新的指纹识别装置及包含其的电子设备。
[0011]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【实用新型内容】
[0012]本实用新型提供一种指纹识别装置及包含其的电子设备，能够在提高指纹识别的精度的同时降低成本。
[0013]本实用新型还提供一种包含所述指纹识别装置的电子设备。
[0014]本实用新型的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本实用新型的实践而习得。
[0015]根据本实用新型的一方面，提供一种指纹识别装置，包括:指纹传感器芯片，其包括指纹传感器和指纹控制器，所述指纹传感器包括驱动电极、感应电极，所述驱动电极和所述感应电极交叉形成感应点阵列，所述驱动电极接收指纹控制器发送的用于调制所述指纹传感器的射频信号;信号增强芯片，其与所述指纹传感器芯片电连接，用于增强所述射频信号。
[0016]根据本实用新型的一实施方式，还包括环绕所述指纹传感器芯片设置的非金属材料边框。
[0017]根据本实用新型的一实施方式，所述指纹传感器芯片采用无边框结构设计。
[0018]根据本实用新型的一实施方式，所述信号增强芯片为包括信号放大器。
[0019]根据本实用新型的一实施方式，所述信号增强芯片包括电压升压电路，用于提供升压电压增强所述射频信号。
[0020]根据本实用新型的一实施方式，所述升压电压的范围为OV至15V。
[0021]根据本实用新型的一实施方式，所述升压电压的峰值为5V。
[0022]根据本实用新型的一实施方式，所述信号增强芯片还包括主控芯片信号接口，用于与应用所述指纹识别装置的电子设备的主控芯片电连接。
[0023]根据本实用新型的一实施方式，所述信号增强芯片还包括电平转换器，用于匹配所述信号增强芯片的SPI管脚之间的不同电平。
[0024]根据本实用新型的一实施方式，还包括涂层，所述涂层涂覆于所述指纹传感器芯片之上。
[0025]根据本实用新型的一实施方式，所述涂层包括玻璃、陶瓷和蓝宝石中的任意一种。
[0026]根据本实用新型的另一方面，一种电子设备，包括上述任一所述指纹识别装置。
[0027]根据本实用新型的一实施方式，还包括控制按钮，所述指纹识别装置设置于所述电子设备的所述控制按钮之下。
[0028]根据本实用新型的指纹识别装置及包含其的电子设备，通过采用信号增强芯片增强射频信号的发射功率，增加所述指纹传感器的信噪比，能够在不采用金属材料边框的情况下获得清晰的指纹影像，降低了生产成本，并简化了制作工艺。
[0029]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。
【附图说明】
[0030]通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
[0031 ]图1示出现有指纹识别装置的结构图；
[0032]图2示意性示出根据本实用新型示例第一实施方式指纹识别装置的结构图；
[0033]图3示意性示出根据本实用新型示例第二实施方式的指纹识别装置的结构图；
[0034]图4示意性示出根据本实用新型示例第三实施方式的指纹识别装置的结构图。
【具体实施方式】
[0035]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范例;相反，提供这些实施方式使得本实用新型将更加全面和完整，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。附图仅为本实用新型的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
[0036]此外，所描述的特征、结构或特性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，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本实用新型的各方面变得模糊。
[0037]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0038]指纹识别技术已变得广泛使用，并且常常用来提供对电子设备和/或数据的安全访问。一般来说，电容式指纹传感器可用来通过测量经过电容式传感器的每个电容式感应点的电容来确定指纹图像。电容越高，相邻或者上面的手指的表面距离电容式感应点越近。因而，相比指纹谷下面的电容式感应点，在指纹脊下面的电容式感应点提供更高的电容。
[0039]电容式指纹传感器至少存在两种形式，S卩主动式和被动式。主动电容式传感器常用于电子设备，以提供用户的生物特征安全性和识别。
[0040]主动式电容式传感器初始激励被感测的手指的表皮。表皮的电容在每个电容式感应点处测量。例如，通过在电容式感应点阵列的调制频率的低电压阶段和高电压阶段期间测量电容式感应点的电压和/或电荷，可测量出或确定出电容。电压差可用来确定电容。
[0041]图2示意性示出根据本实用新型示例第一实施方式指纹识别装置的结构图。
[0042]如图2所示，该装置包括:指纹传感器芯片210，其包括指纹传感器220和指纹控制器230，所述指纹传感器220包括驱动电极250、感应电极240以及由所述驱动电极250和所述感应电极240交叉形成的感应点阵列，所述驱动电极250接收所述指纹控制器230发送的用于调制所述指纹传感器220的射频信号;信号增强芯片260，其与所述指纹传感器芯片210电连接，用于增强所述射频信号。
[0043]根据示例实施例，该装置还包括环绕所述指纹传感器芯片设置的非金属材料边框。
[0044]根据示例实施例，所述指纹传感器芯片采用无边框结构设计。
[0045]根据示例实施例，所述指纹传感器为电容式指纹传感器，相应的所述感应点为电容式感应点，所述电容式感应点的阵列可按照各种频率进行调制。所述电容式感应点可在高电压期间并且再在低电压期间测量所有电容式感应点的电压。所述指纹传感器芯片还包括调制器，所述调制器可根据时钟信号来控制电容式感应点阵列的调制或振荡。在射频信号周期的高和低部分期间所测量的、电容式感应点电压和/或电荷之间的差允许所述指纹传感器芯片的所述指纹控制器确定每个电容式感应点和手指的下面部分之间的电容以及因而确定该电容。从每个电容式感应点的电容，可感测、测量和重建指纹。
[0046]根据示例实施例，所述信号增强芯片可以将所述指纹传感器芯片的驱动电极的输出电平拉升至例如5V或者更高的电压处，从而可以实现增强所述射频信号的目的。
[0047]根据示例实施例，所述信号增强芯片包括信号放大器。
[0048]根据示例实施例，所述信号放大器可以包括第一信号放大器和第二信号放大器。所述第一信号放大器提升驱动所述指纹传感器芯片的电压，达到增强所述射频信号的目的，该指纹传感器芯片例如具有调制电压的特定用途集成电路(ASIC)，以引起所述指纹传感器和用户手指之间的相对电压。所述第二信号放大器可提供升压电压和电流值至所述指纹传感器芯片，以便所述指纹传感器芯片可根据所述第一和所述第二信号放大器之间的相对电压差进行操作。所述第二信号放大器可以与所述第一信号放大器同步提供调制电压，从而使得所述第一和第二放大器的输出之间的相对电压大致恒定。所述第一和第二信号放大器可通过电容器连接，这可帮助放大器将所述第一和第二信号放大器输出之间的相对电压保持恒定。
[0049]根据示例实施例，所述信号增强芯片包括电压升压电路，用于提供升压电压增强所述射频信号。例如，所述电压升压电路可以是电感式升压电路。
[0050]根据示例实施例，所述升压电压的范围为OV至15V。
[0051]根据示例实施例，所述升压电压的峰值为5V。这里选择5伏的升压电压是因为和USB接口容易匹配，方便取得。
[0052]电容式感应点处的信号差可用来映射指纹。指纹识别装置的分辨率可随着电容式感应点密度、指纹识别装置的表面和手指之间的距离以及覆盖指纹识别装置的涂层的厚度而变化。一般来说，随着涂层厚度增加，手指和指纹识别装置之间的电容变得越来越衰减，并且因此信号差也可以衰减。可通过在手指和所述指纹传感器芯片之间施加更高的相对电压变化来解决这种衰减，导致在所述指纹传感器芯片更高的可检测信号。
[0053]通过向所述指纹传感器芯片驱动更高的电压，指纹识别装置与手指之间的电容耦合可补偿涂层的厚度。通过按照这种形式增加电压，手指和所述指纹传感器芯片的电容式感应点之间的电容可以增大，从而获得指纹的更好的分辨率和成像。传感器可以在诸如5伏、10伏、15伏的峰-峰或更多之类的较高电压处驱动，而不引起用户手指或手中的任意物理感知。这可通过将金属材料边框替换为本实用新型实施例中的非金属材料边框甚至无边框来实现，而所述指纹传感器芯片的感应点阵列利用更高的峰-峰电压信号来调制。
[0054]每个电容式感应点可电容耦接至手指的在电容式感应点上面的一部分，即手指与所述指纹传感器芯片的手指接触点:上面的手指部分和电容式感应点之间的距离确定这两者之间的电容并因而确定在电容式感应点处记录的信号。随着距离减小，信号增大。每个电容式感应点也电容耦接至其它邻近的上面的手指部分，并且随着距离增加，这造成模糊效果，其降低直接在手指脊和手指谷之下的电容式感应点的总信号差。
[0055]根据示例实施例，所述信号增强芯片还包括主控芯片信号接口，用于与应用所述指纹识别装置的电子设备的主控芯片电连接。
[0056]根据示例实施例，所述信号增强芯片还包括电平转换器，用于匹配所述信号增强芯片的SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)管脚之间的不同电平。SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。
[0057]根据不例实施例，所述SPI管脚的一端M0SI(SPIBus Master Output/SlaveInput，SPI总线主输出/从输入)可以是1.8V，一端MOSI可以是3.3V，所述电平转换器让信号能够在1.8V及3.3V传导。
[0058]根据示例实施例，所述电感式升压电路用于提供例如是5V的指纹识别装置。所述电感式升压电路可以包括晶体管、电感器、定时块、二极管。时钟信号可由定时块接收。在由定时块接收之前，时钟信号可提供给所述电平转换器。所述电平转换器用来改变时钟信号的大小，其中例如定时块可用于所述指纹传感器芯片在不同的电源域中操作。
[0059]晶体管可用作传递晶体管。例如，晶体管可在时钟信号提供给定时块时开启。因此，由定时块提供至晶体管的栅极的信号可指示时钟信号的存在或不存在。按照这种方式，晶体管可在指纹传感器芯片激活时开启，且在指纹传感器芯片未激活时关断。由定时块提供至晶体管的栅极的信号可通过可选栅极驱动器电路来提供。当晶体管开启时，电源电压(例如，在一些实施例中为1.8伏)可提供至电感器，以允许电感器存储能量。电感器可将电容器充电至升压电压，例如大于电源电压的电压。在一些实施例中，电感器提供5伏的升压电压。
[0060]在一些实施例中，使电感器直接耦接至提供升压电压的节点是不利的。例如，第一电感器可接着耦接至寄生电容。寄生电容可代表例如指纹传感器芯片和接地之间的电容，并且可以包括经过触摸指纹传感器的用户身体的电容。当第一电感器耦接至寄生电容时，升压的电压(例如，升压电压)信号可能出现振荡。为了最小化或者消除振荡，可提供第二晶体管。当第二晶体管开启时，可有利地将来自第二电感器的电流转移以减弱可能发生的振荡。因此，定时块可将时钟信号的延迟版本的版本提供给第二晶体管的栅极。时钟信号可通过定时块延迟足够的量，从而使得当第二晶体管开启时，升压电压已经达到目标电压(例如，5伏)。
[0061]按照这种方式，电感式升压电路可用来提供升压电压(例如，5伏)。升压电压可提供给指纹传感器芯片，用于调制该传感器。升压电压本身可提供为具有一频率的调制信号，该频率可与系统时钟信号的频率相同。
[0062]根据示例实施例，还可以包括低压差稳压器，用于提供恒定电源电压给所述指纹传感器芯片(例如，1.8伏)。
[0063]在空闲状态期间，指纹传感器芯片可以以相对低的电源状态进行操作。当芯片检测到位于电容式感应点阵列之上的手指时，其可启动扫描操作。例如，芯片可通过测量该阵列的一个或多个电容式感应点相对于其接地的电容变化来检测附近的手指。这可导致该芯片开始扫描操作。扫描操作一般可包括:在阵列的低电压状态期间读取一个或多个电容式感应点的电压或者电荷或者读取传感器芯片接地，驱动阵列或者传感器芯片接地至高电压，以及再次读取一个或多个电容式感应点的电压或者电荷。扫描操作可根据示例实施例包括:在阵列或者传感器芯片接地的高电压状态期间读取一个或多个电容式感应点的电压或者电荷，将电容式感应点阵列或者传感器芯片接地驱动至低电压，并且再次读取一个或多个电容式感应点的电压或者电荷。电容式感应点可由调制器在低和高电压状态之间以相对尚的频率进彳丁调制。
[0064]根据示例实施例，还包括涂层，所述涂层涂覆于所述指纹传感器芯片之上。所述涂层用于指纹输入，且其可以通过黏合层和所述指纹传感器芯片贴合。所述涂层的材料可以为透明或非透明的塑料或玻璃等非导电材料。所述涂层的形状可以根据需要进行设定，可以为正方形、矩形、圆形等其他形状。
[0065]根据示例实施例，所述黏合层为透明光学胶，如OCA光学胶或透明UV胶等。具体本实施例中使用OCA光学胶，厚度25μπι，以降低整体装置的厚度。
[0066]根据示例实施例，所述涂层包括玻璃、陶瓷和蓝宝石中的任意一种。
[0067]图3示意性示出根据本实用新型示例实施方式的指纹识别装置的结构图。
[0068]如图3所示，所述指纹识别装置无边框，包括指纹传感器芯片310、无边框320(图中虚线所示)、指纹控制器330、信号增强芯片340、主控芯片信号接口 350和涂层360。
[0069]根据示例实施例，所述指纹传感器包括:基材衬底、导电电路及引线。
[0070]所述导电电路形成于所述基材衬底上，所述导电电路包括第一导电层、电介质层及第二导电层。
[0071]根据示例实施例，为了降低所述指纹识别装置的整体厚度，所述基材衬底的厚度不大于200μηι，所述电介质层的厚度小于50μηι。
[0072]所述第一导电层，包括多个相互绝缘分布的第一电极。根据本实用新型优选实施例，其中，多个所述第一电极之间可以平行分布，且多个所述第一电极之间可以等间距分布。
[0073]所述第二导电层，位于所述第一导电层之下，包括多个相互绝缘分布的所述第二电极。其中，多个所述第二电极之间可以平行分布，且多个所述第二电极之间可以等间距分布。
[0074]所述第一电极在所述第二电极所在的平面上的投影与所述第二电极交叉，例如所述第一电极在所述第二电极所在的平面上的投影可以与所述第二电极垂直交叉，从而在各个交叠处形成多个感应点。所述导电电路的导电图案在本实用新型中不作限制，例如所述第一电极在所述第二电极所在的平面上的投影也可以与第二电极不垂直，构成菱形导电图案等。
[0075]所述第一电极与所述第二电极的导电材料可以相同，也可以不同。例如可以为氧化烟锡(ITO)、石墨烯、碳纳米管，或者也可以为金、银、铜、铝和锌中的一种或几种的合金，还可以为上述金属与有机粘结剂的混合物。
[0076]所述第一导电层和/或所述第二导电层的厚度可以为20nm?20um，其制作工艺可以采用镀膜、激光镭射、黄光工艺等方式，也可以采用传统的印刷方式，如凹版或凸版印刷，本实用新型不限于此。
[0077]所述电介质层夹设于所述第一导电层与所述第二导电层之间，以使所述第一导电层与所述第二导电层之间绝缘。所述电介质层的材料例如可以为树脂薄膜基材、聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃类共聚物(C0C)、环烯烃聚合物(COP)等有机树脂材料，也可以为玻璃、蓝宝石等无机材料，本实用新型不限于此。
[0078]本实施例的指纹传感器，利用互相分离的第一电极与第二电极形成电容，根据电容变化而感测形成指纹图案，不需要利用CMOS半导体工艺在硅基材衬底上形成指纹传感器，从而可以避免使用单晶硅基板，降低了成本。
[0079]所述引线用以将多个所述第一电极及多个所述第二电极与指纹控制器连接。所述电介质层的边缘-不可见区域内开设有网格状凹槽，所述引线收容于网格状凹槽中。同时，所述引线可通过丝网印刷或喷墨打印，以在所述电介质层表面上形成凸起网格状导电线或导电线段。凸起网格状导电线或导电线段的最小宽度可以为ΙΟμπι?200μηι，高度可以为5μηι?1um0
[0080]网格状凹槽和网格状凹槽的宽度为0.2μπι?5μπι，深度为2μπι?6μπι，且深度和宽度的比值大于I。网格状凹槽的网格形状为规则或者不规则的网格，网格状凹槽的网格形状可以为正六边形、正方形、菱形、矩形、平行四边形、曲边四边形或随机网格中的任意一种。对应的，所述驱动电极和所述感应电极的网格形状可以为正六边形、正方形、菱形、矩形、平行四边形、曲边四边形或随机网格形状。
[0081]采用上述的双层导电结构，每个第一电极及每个第二电极分别一一连接一根引线。因采用了引线连接方式，与所述引线连接的所述指纹控制器通过感应每个感应点的电容变化大小而进行判断指纹脊或谷以形成指纹图案时，对感应点进行定位及计算。
[0082]与所述引线连接的所述指纹控制器在通过不同感应点的电容值变化来形成指纹图案时，因为电容与感应点面积正相关，可以根据感应点面积计算出不同感应点的电容值大小对各感应点进行区分。
[0083]当手指按压感应模块时，根据上述方法，分别定位手指按压时所对应的不同感应点，然后再依次对该不同感应点处的电容值变化进行计算。
[0084]本实施方式中所述的指纹识别装置的其他结构与上述实施方式中所述的结构类似，在此不再赘述。
[0085]图4示意性示出根据本实用新型示例实施方式的指纹识别装置的结构图。
[0086]如图4所示，该装置包括指纹传感器芯片410、非金属材料边框420、指纹控制器430、信号增强芯片440、主控芯片信号接口 450和涂层460。
[0087]所述指纹识别装置包括所述指纹传感器芯片410，所述指纹传感器芯片410包括指纹传感器(图中未示出)和所述指纹控制器430，也包括了非金属材料边框420。在操作期间，所述指纹传感器芯片提供的传感器可使用较高的电压来进行调制，例如5V的峰-峰电压，其中，5V的峰-峰电压可由所述指纹控制器提供。
[0088]所述指纹控制器可提供调制的高电压信号(大于4V)给所述指纹传感器芯片用于调制传感器。而非金属材料边框可以使得该电压不会由触摸非金属材料边框的用户感受至IJ，但在大小上与提供给传感器的电压具有足够的差，以便为指纹感测提供适合的信噪比。
[0089]应该理解，非金属材料边框不与电容式感应点阵列一起进行调制。相反，非金属材料边框的电势可以在系统接地处保持恒定或者非常接近于系统接地。这可有助于防止或降低手指的激励和/或调制，这又允许使用较高的电压来驱动电容式感应点阵列。
[0090]根据示例实施例，所述指纹传感器可以采用上述的双层导电结构，每个第一电极及每个第二电极分别一一连接一根引线。设置所述第一电极为感应电极，设置所述第二电极为驱动电极使用时，所述第一电极与所述第二电极之间形成互电容。此时所述第一电极和所述第二电极交叉的地方将会形成电容，也即所述第一电极和所述第二电极分别构成了电容的两极。当手指按压到所述指纹识别装置时，影响了各交叉点两个电极之间的耦合，从而改变了电极之间的电容量。在检测电容变化时，所述驱动电极依次发出驱动信号，所述感应电极同时接收信号，这样可以得到所有第一电极和第二电极交汇点处的电容值大小，根据二维电容变化量数据，可以计算出每一个触摸点的坐标，同时再根据电容值的变化量判断各坐标处对应的是手指纹的脊或谷。此时其工作原理为:
[0091]所述第一电极与所述第二电极初始形成一电容值C，在手指触摸时手指带走部分电容从而使得初始电容C减小至C’，且c’ <c，所述指纹控制器再根据电容值变化进行判断对应位置的指纹为脊或谷。例如初始Cl = 1000，C2 = 1200;手指触摸后对应的电容变为CI，=100，02’=900，则厶(:1 = 900，厶02 = 300。则外部电路可以有效区分(:1和02，并同时判断如果AC大于或等于一阈值，例如500，则对应指纹为脊;如果AC小于该阈值，则对应指纹为谷。
[0092]手指在与所述指纹识别装置接触时，凸脊处和凹谷处实际距离不同表现为产生的电容值不同，且其量值在皮法(PF)级别，因而其传送的电流信号也存在差异，将这些微弱的电流信号差异通过所述指纹传感器芯片进行放大，以此判断指纹的凸脊处和凹谷处，各感应点检测本感应点内的电流信号，并将这些电流信号传送至所述指纹传感器芯片，根据电流信号的差异，探测出凸脊和凹谷的位置，从而勾勒出人手指的纹路脉络，然后通过与预存储的指纹进行比对，可实现对用户身份的鉴定。
[0093]由于人指纹凸脊宽度和凹谷处宽度均大致在150-300μπι之间，在本实用新型中，驱动电极和感应电极的最大宽度不大于ΙΟΟμπι，可以保证单个感应点内能够感测到脊线或者凹谷的数量不大于I个，从而保证同一检测坐标只能对应一条脊线或者一条凹谷的位置;且相邻驱动电极之间的距离以及相邻感应电极之间的距离均不大于ΙΟΟμπι。当手置于指纹输入模块上时，相邻驱动电极和相邻感应电极之间的距离均小于ΙΟΟμπι，即各相邻感应点之间的距离小于ΙΟΟμπι，这样保证同时可以有2-5个感应点感应出不同电容信号以确定脊线或者凹谷的位置，相比原有单个单元反映凸脊或者凹谷位置的模式，能够准确感测指纹的输入信号，提高指纹之别装置的精确度和灵敏度。
[0094]本实施方式中所述的指纹识别装置的其他结构与上述实施方式中所述的结构类似，在此不再赘述。
[0095]—种电子设备，包括上述任一所述指纹识别装置。
[0096]根据示例实施例，还包括控制按钮，所述指纹识别装置设置于所述电子设备的所述控制按钮之下。
[0097]根据示例实施例，所述电子设备包括外框，所述指纹传感器芯片、信号增强芯片、无边框或者所述非金属材料边框集成在一个封装模块中且安装在所述外框的开窗处。所述涂层的外表面露于电子设备的外部，以供使用者的手指接触。
[0098]根据示例实施例，所述电子设备可以是移动电话、平板计算设备、个人数字助理、桌面式计算机、便携式媒体播放器等等。所述指纹识别装置可置于诸如电子设备的控制按钮之类的输入机构之下。根据示例实施例，所述传感器板可置于所述电子设备的显示屏幕的一部分之下、设备外壳的侧壁或其它部分之下等等。实质上，所述电子设备外壳的任意部分可容纳所述指纹传感器。
[0099]根据示例实施例，所述指纹传感器芯片可位于所述控制按钮之下。墨水层和/或粘结剂可置于所述控制按钮的底表面和所述指纹传感器芯片的顶表面之间。粘结剂可将芯片结合到例如控制按钮上。一个或多个焊球可将所述指纹传感器芯片附到柔性电路上。焊球可以一般置于所述指纹传感器芯片的中央附近以降低由于应力导致的裂开的可能性。
[0100]在一些实施例中，指纹控制器和指纹传感器芯片可被提供为单一芯片或者分布在不同数目的芯片之间。亦可使用外部组件，例如，ASIC可用作指纹控制器。ASIC亦可向和从电子设备的主控芯片传递数据。
[0101]由上可知，本实用新型提供的指纹识别装置可以被设置于电子设备或其他设备的结构或外壳中，如设置于手机或平板电脑的按键(即所述控制按钮)中，用于锁定或解锁电子设备。此时，指纹识别装置位于所述电子设备的不可见区域，则其涂层可以为非透明的绝缘材料。此外，所述指纹识别装置也可以配置于所述电子设备等的可视区，即与电子设备的显示元件配合使用，用于电子设备系统运行过程中的身份认证，如银行账户安全验证，则其涂层为透明的绝缘材料。
[0102]本实施方式中所述的指纹识别装置的其他结构与上述实施方式中所述的结构类似，在此不再赘述。
[0103]本实用新型公开的指纹识别装置及包含其的电子设备，具有以下技术效果:通过采用信号增强芯片增强射频信号的发射功率，增加所述指纹传感器的信噪比，能够在不采用金属材料边框的情况下获得清晰的指纹影像，降低了生产成本，并简化了制作工艺。
[0104]以上具体地示出和描述了本实用新型的示例性实施方式。应可理解的是，本实用新型不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法;相反，本实用新型意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
【主权项】
1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括: 指纹传感器芯片，其包括指纹传感器和指纹控制器，所述指纹传感器包括驱动电极、感应电极，所述驱动电极和所述感应电极交叉形成感应点阵列，所述驱动电极接收指纹控制器发送的用于调制所述指纹传感器的射频信号； 信号增强芯片，其与所述指纹传感器芯片电连接，用于增强所述射频信号。2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括环绕所述指纹传感器芯片设置的非金属材料边框。3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片采用无边框结构设计。4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述信号增强芯片包括信号放大器。5.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述信号增强芯片包括电压升压电路，用于提供升压电压增强所述射频信号。6.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述升压电压的范围为OV至15V。7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述升压电压的峰值为5V。8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述信号增强芯片还包括主控芯片信号接口，用于与应用所述指纹识别装置的电子设备的主控芯片电连接。9.根据权利要求1至8中任一所述的指纹识别装置，其特征在于，所述信号增强芯片还包括电平转换器，用于匹配所述信号增强芯片的SPI管脚之间的不同电平。10.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括涂层，所述涂层涂覆于所述指纹传感器芯片之上。11.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述涂层包括玻璃、陶瓷和蓝宝石中的任意一种。12.—种电子设备，其特征在于，包括上述权利要求1至11中任一所述指纹识别装置。13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，还包括控制按钮，所述指纹识别装置设置于所述电子设备的所述控制按钮之下。
【文档编号】G06K9/00GK205644572SQ201620171712
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】白安鹏, 颜智强, 程胜
【申请人】南昌欧菲生物识别技术有限公司