本發(fā)明涉及一種印刷電路板結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種印刷電路板結(jié)構(gòu)，其上安裝有影像傳感器，以形成一個增強型指紋辨識感測模塊。

背景技術(shù)：

硅芯片或集成電路是電子設(shè)備的核心元件，通常以封裝的形式存在。隨著制造技術(shù)的發(fā)展及終端產(chǎn)品對輕薄設(shè)計的需要，各種包裝方法不斷推陳出新，以滿足此需求。通常來說，硅芯片以保護材料密封，保護材料例如為模塑料。某些情況，特別是當硅芯片是一種感測設(shè)備時，諸如指紋傳感器芯片，嵌入在移動電話或智能卡中時，硅芯片需要在基板上安裝并露出表面。同時，對指紋識別讀取裝置來說，只要有可能的話，封裝傳感器的厚度必須降低，并應(yīng)保持表面平坦?，F(xiàn)在有幾種技術(shù)，如引線接合、覆晶，以及其它非傳統(tǒng)的包裝方法，用于封裝指紋感測芯片上。然而，它們都沒有滿足以下所有要求：上表面平坦、薄型封裝、指紋感測芯片和封裝材料之間的剛性及良好的電路連接。

傳統(tǒng)引線接合有時可用于滿足以上需求。如圖1所示。一芯片1以晶粒的形式存在，安置在印刷電路板2上。許多焊接墊3在芯片1的表面上，一些連接點4排列在印刷電路板2上。通過引線接合，鋁線或金線5形成以連接相關(guān)的焊接墊3與連 接點4。為了固定該芯片1到印刷電路板2上，一層膠(未繪示)可使用于芯片1與印刷電路板2之間的接口處。通常來說，印刷電路板2上的金線5的高度將占據(jù)芯片表面上的一部分空間。此外，當芯片1與金線5密封在模塑料中以保護電路并維持一個平坦的表面時，芯片上的模塑料必須厚于接合金線5的高度。感測表面上方的額外密封材料將造成顯著的性能衰減。對于厚度和表面平整度非常重視的電子設(shè)備來說，很顯然，用于芯片1與印刷電路板2的引線接合方式并不合適。

覆晶技術(shù)是另一種廣泛應(yīng)用于晶粒與印刷電路板之間互連的封裝方法。覆晶制作過程類似于傳統(tǒng)集成電路制造，但有一些額外的步驟。如圖2所示。在制造結(jié)束階段，芯片11的貼附焊墊12進行金屬化，使得它們更容易與焊料接合。它通常包含幾個處理步驟。小顆粒的焊球13接著布設(shè)在每一金屬化的焊墊12上。芯片11接著由晶圓上切出。為了貼附芯片11于一印刷電路板14上，該芯片(晶粒)11反轉(zhuǎn)使得焊球13朝向下，置于其下印刷電路板14上的連接點15之上。焊球13接著再次融化，形成電連接，通常使用熱超音波接合或選擇性地使用回流焊接工藝。這留下一個小空間于芯片電路與下方的安裝面之間。在很多情形中，電絕緣膠16接著填充底部以提供強固的機械性連接。然而，為了提供好的電路連接性與剛性，焊球13的體積不能縮小。此外，當使用覆晶技術(shù)時，芯片11的上表面與下方印刷電路板14之間的高度差一定會存在。因此，如果考慮厚度與表面平整性，覆晶技術(shù)不是合適的封裝方法。

美國專利第7,090,139號公開了一種包含指紋傳感器貼附到一薄布線膜上的小型卡，及具有一窗口或開口于感測表面上，以露出該感測表面。指紋傳感器被兩個基板所夾持，傳感器與 布線膜之間的電連接通過各向異性導(dǎo)電膜實現(xiàn)。當然，由傳感器上方基板高度與該各向異性導(dǎo)電膜的高度造成一個明顯的階差，該階差存在于該小型卡的上表面與傳感器的上表面之間。從而，即便該小型卡由前案提出的方法達到小型卡厚度的需求，平坦的上表面仍無法達成。

一種指紋傳感器的封裝及其方法，諸如美國專利第8,736,001號所公開，如圖3所示。指紋傳感器30包括一基板35、一安裝于基板35上的指紋感測集成電路34，與耦接到基板35與指紋感測集成電路34的接合線32。指紋感測集成電路34包括一指紋感測區(qū)于其上表面。該指紋傳感器30包括一封裝層33，封裝該指紋感測集成電路34覆蓋指紋感測區(qū)感測區(qū)。該封裝層33包括一凹陷區(qū)37，用以承接使用者的手指。封裝層33也包括一外周凸緣部38于基板35上，并圍繞該指紋感測集成電路34與接合線32。指紋傳感器30包括一邊框31于封裝層33上。邊框31可耦接到電路中作為驅(qū)動電極，以發(fā)射驅(qū)動信號至用戶的手指。指紋傳感器30包括在基板35上導(dǎo)電線路36，用以耦接該邊框31。邊框31可包含一金屬或其它導(dǎo)電材料。在某些例子中，靜電放電防護電路可耦接到邊框31。邊框31粘貼在密封材料的最上表面(于接合線最高點的位置)意味著感測區(qū)表面與邊框的上表面之間的階差受限于接合線的回路高度，該回路高度在正常情況下約為100μm。從而，使用邊框31可保護指紋感測集成電路34免于機械性及/或電子性損害，邊框31不適于需要平坦及/或輕薄的產(chǎn)品，諸如智能卡或智能手機。

美國專利第8,933,781號公開了在智能卡中鄰近于傳感器的敏感表面額外的導(dǎo)電表面部分，以增強指紋傳感器接收的信 號。在提到的智能卡中，傳感器和電路之間的連接沒有特別的方法即指使用某些傳統(tǒng)的連接方法。使用傳統(tǒng)連接方法及不強調(diào)封裝平坦性，意味著'781的宗旨不是上表面的平坦性，而是較厚的靜電放電保護涂層。

于美國專利第8,736,001中提到的邊框及美國專利第8,933,781中提到的導(dǎo)電表面兩者都暴露到外部環(huán)境中。雖然邊框結(jié)合該驅(qū)動電極與靜電放電保護電路，它仍然是暴露的元件。這存在兩個缺點：首先，人體的大小如同一個天線般的設(shè)備，可以接收輻射信號，這可能會干涉指紋感測的功能。第二，從工業(yè)設(shè)計的觀點來看，暴露的導(dǎo)電材料，諸如反射金屬表面，可能不是設(shè)計者的首選，即設(shè)計師可能想要選擇任何適合的顏色或表面處理。

此外，美國專利第8,736,080號公開了一低剖面的集成電路結(jié)構(gòu)，其包含：一集成電路、供集成電路布設(shè)的一基板、布設(shè)于信號溝槽中且耦接到一集成電路信號墊的一導(dǎo)電層，及裝設(shè)以耦接至一外部焊墊的一連接線。該基板包含至少一信號溝槽，該至少一信號溝槽接近該集成電路信號墊且延伸到基板的一邊緣。該連接線、至少一信號溝槽與導(dǎo)電層形成于集成電路的一表面平面之下。這種方法成功地降低了封裝的高度，并提供平坦的上表面。此方法可以提供一種集成電路結(jié)構(gòu)，具有平坦上表面。然而其制作過程涉及一深蝕刻步驟以形成所述信號溝槽及一額外金屬電鍍步驟以形成該導(dǎo)電層，需要更多的制造時間和額外費用。

因此，一種低成本及改進的印刷電路板結(jié)構(gòu)架構(gòu)，具有平坦上表面、一嵌入式信號發(fā)送部分，及一芯片，特別是一指紋 傳感器芯片，安裝在印刷電路板的一開口上，極為所需。尤其，嵌入式信號發(fā)送部分與芯片密封在單一保護層下，該保護層形成平坦上表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了滿足以上需求，本發(fā)明提供了一種用于形成增強型指紋辨識模塊的印刷電路板結(jié)構(gòu)。該印刷電路板結(jié)構(gòu)包括：一印刷電路板、一影像感測芯片、至少一電極和一保護層，該印刷電路板包含一第一絕緣層、一第一導(dǎo)電層、一第二導(dǎo)電層、一第二絕緣層和一第三導(dǎo)電層，該第一絕緣層具有形成于其中的一開口；該第一導(dǎo)電層形成一第一特定電路于該第一絕緣層的一上表面的一部分上，并形成多個接點；該第二導(dǎo)電層形成一第二特定電路于該第一絕緣層的一下表面的一部分上；該第二絕緣層形成于第二導(dǎo)電層下方，其中該第二特定電路形成于該第二絕緣層的一上表面的一部分上；該第三導(dǎo)電層形成一第三特定電路于該第二絕緣層的一下表面的一部分上；該影像感測芯片的一上表面具有一感測區(qū)與多個焊接墊，該影像感測芯片固定于該開口中，該感測區(qū)面向外部且每一焊接墊連接到一對應(yīng)接點；該至少一電極靠近或環(huán)繞于該開口且形成于該第一導(dǎo)電層，用以提供一激勵信號至一物體，該物體具有能夠被該影像感測芯片偵測的一被偵測表面；該保護層完整形成于該至少一電極與該影像感測芯片的上表面之上，且部分或完整形成于該第一絕緣層的上表面與該第一導(dǎo)電層的一上表面之上。其中該第一絕緣層中的開口與第二絕緣層于印刷電路板上形成一凹陷的感測器部；該保護層形成于印刷電路板結(jié)構(gòu)的平坦上表面并位于該影像感測芯片與至少一電極之上。

依照本發(fā)明，該激勵信號為一電容耦合激勵信號，該電容 耦合激勵信號從該影像感測芯片經(jīng)由該至少一電極發(fā)送到該物體。該至少一電極具有大于20mm²的總接觸面積。該至少一電極為一各金屬帶、多個金屬帶或一金屬環(huán)。

該焊接墊與一對應(yīng)接點由一導(dǎo)電材料連接。該導(dǎo)電材料可為熱固化導(dǎo)電膏或錫膏，其中該熱固化導(dǎo)電膏為銀膏、銅膏或鎳膏。又，該焊接墊與一對應(yīng)接點由金屬電鍍所連接。該開口的側(cè)壁與影像感測芯片的周邊之間的間隙填入一非導(dǎo)電材料。該非導(dǎo)電材料為環(huán)氧樹脂。

該影像感測芯片可進一步包含形成于其中的一金屬網(wǎng)格，該金屬網(wǎng)格用于為該影像感測芯片提供靜電放電防護。該保護層由一非導(dǎo)電材料形成，該非導(dǎo)電材料可為環(huán)氧樹脂。該保護層由可有機涂層材料制成。

影像感測芯片為一指紋識別器傳感器芯片，具有喚醒功能的低耗電設(shè)計。該第一開口的形狀近似于該影像感測芯片的形狀但足夠大，以使該影像感測芯片能夠容置于該開口中。

較佳的，該影像感測芯片的上表面的高度與該第一絕緣層及/或第一導(dǎo)電層在該影像感測芯片固定到感測器部后的高度之間的階差小于0.1mm。

本發(fā)明還提供了一種制造上述印刷電路板結(jié)構(gòu)的方法。該方法包含以下步驟：提供該印刷電路板；提供該影像感測芯片；上膠于該感測器部；放置該影像感測芯片于感測器部中；將一非導(dǎo)電材料填入該開口側(cè)壁與影像感測芯片之間的間隙；由一導(dǎo)電材料形成連接相關(guān)焊接墊與接點的電路圖案；及形成該保護層。

附圖說明

圖1為一種傳統(tǒng)引線接合制作過程；

圖2為一種傳統(tǒng)覆晶技術(shù)制作過程；

圖3為現(xiàn)有的指紋傳感器的剖面圖；

圖4為本發(fā)明提供的一印刷電路板結(jié)構(gòu)的一實施例的上視圖，該印刷電路板結(jié)構(gòu)包含一影像感測芯片；

圖5為本發(fā)明提供的另一印刷電路板結(jié)構(gòu)的一實施例的上視圖，該印刷電路板結(jié)構(gòu)包含一影像感測芯片；

圖6為該印刷電路板結(jié)構(gòu)的一剖面圖；

圖7為該印刷電路板結(jié)構(gòu)與一物體的側(cè)視圖，該物體具有一被偵測表面，由該影像感測芯片所偵測；

圖8至圖12為制造該印刷電路板結(jié)構(gòu)程序的每一步驟；

圖13為本發(fā)明提供的制造該印刷電路板結(jié)構(gòu)程序的流程圖。

附圖標記說明：1-芯片；2-印刷電路板；3-焊接墊；4-連接點；5-金線；11-芯片；12-焊墊；13-焊球；14-印刷電路板；15-連接點；16-電絕緣膠；30-指紋傳感器；31-邊框；32-接合線；33-封裝層；34-指紋感測集成電路；35-基板；36-導(dǎo)電線路；37-凹陷區(qū)；38-外周凸緣部；100-印刷電路板；110-第一導(dǎo)電層；111-電極；112-接點；120-第一絕緣層；130-第二導(dǎo)電層；140-第二絕緣層；150-第三導(dǎo)電層；160-通孔；170-感測器部；200-影像感測芯片；210-感測區(qū)；220-焊接墊；300-保護層；400-導(dǎo)電材料；402-導(dǎo)電材料；404-非導(dǎo)電材料；500-物體；510-偵測表面。

具體實施方式

本發(fā)明將參照下列實施方式而更具體地描述。

如圖4到圖13所示。圖4為一印刷電路板結(jié)構(gòu)的上視圖。該印刷電路板結(jié)構(gòu)包括一印刷電路板100與一影像感測芯片200。此處可以使用各種影像感測芯片。在本實施例中，該影像感測芯片200為一指紋識別器。影像感測芯片200可進一步包括一形成于其中的金屬網(wǎng)格(未繪示)，用來為其本身提供靜電放電防護。請注意圖式中的圖案可能未按照比例，它們僅用于說明。影像感測芯片200在印刷電路板結(jié)構(gòu)中占據(jù)的空間可能少于印刷電路板100。應(yīng)留意圖4中的剖面線AA'。為了較佳的說明，沿線AA'擷取的剖面將被用于之后某些圖式中。

由于印刷電路板結(jié)構(gòu)的作用是形成一指紋識別器模塊，因而印刷電路板100具有多個主要部件。如圖6所示，圖6為沿著圖4中剖面線AA'的側(cè)視圖。該多個主要部件為一第一導(dǎo)電層110、一第一絕緣層120、一第二導(dǎo)電層130、一第二絕緣層140及一第三導(dǎo)電層150，依順序由上而下顯示于圖6中。第一導(dǎo)電層110形成一第一特定電路于第一絕緣層120的一上表面一部分上。如圖所示，顯示于圖6中的該第一導(dǎo)電層110為不連續(xù)導(dǎo)體的形式。該多個導(dǎo)體由銅或其它金屬，例如合金制成。雖然該多個導(dǎo)體在剖面中彼此沒連接，當?shù)谝粚?dǎo)電層110從印刷電路板100取出時，它們卻相連以形成一第一電路。電路布局是常見的技術(shù)，此處不予以說明。應(yīng)注意的是第二導(dǎo)電層130與第三導(dǎo)電層150具有相似結(jié)構(gòu)，說明方式相同。此外，第一導(dǎo)電層110與第二導(dǎo)電層130之間，或第二導(dǎo)電層130與第三導(dǎo)電層150之間的電連接可通過通孔160實現(xiàn)。

第一導(dǎo)電層110包含第一特定電路與至少一電極111。如 圖4、圖6及圖8所示。接點112由第一特定電路形成而來，圍繞一開口122(如圖8所示)，用來電連接到影像感測芯片200中的焊接墊220。在實施例中有一個電極111，它形成于第一導(dǎo)電層110中，圍繞開口122。電極111的功能為提供一激勵信號至一物體，該物體具有能夠被影像感測芯片200所偵測的一被偵測表面。電極111的形狀可變化。比如，電極111可以是圖4所示的金屬環(huán)或是圍繞開口122的金屬框。依照本發(fā)明的精神，電極111的數(shù)量沒有限定為一個，電極111能靠近開口122。在圖5中所示的另一個實施例中有兩個電極111，以金屬帶形式彼此平行。

如圖7所示。依照本發(fā)明，影像感測芯片200具有一喚醒功能的低耗電設(shè)計。當影像感測芯片200偵測到一物體500接近時，影像感測芯片200醒來，一激勵信號經(jīng)電極111發(fā)送至物體500，該物體500具有能夠被影像感測芯片200偵測的一被偵測表面510。在本實施例中，該影像感測芯片200為一指紋識別器傳感器芯片。物體500指的是一手指，被偵測表面510包含指紋。

激勵信號為一電容耦合激勵信號，由影像感測芯片200經(jīng)由電極111發(fā)送至物體500。電極111的總面積應(yīng)足夠大，以提供足夠的信號強度。較佳的，電極111的總面積大于20mm²。此外，電容耦合激勵信號可減少信號于低頻下(約60Hz)的干擾，進一步減少影像感測芯片200輸出信號的噪音，防止影像感測芯片200發(fā)生故障。

第一絕緣層120被用來分隔第一導(dǎo)電層110與第二導(dǎo)電層130。同時，第一絕緣層120也能夠使印刷電路板100具有足夠 的硬度，從而防止折斷。第一絕緣層120具有開口122(如圖8所示)形成于其中。第二導(dǎo)電層130形成一第二特定電路于第一絕緣層120下表面的一部分與第二絕緣層140上表面的一部分上。

第二絕緣層140基本上具有與第一絕緣層120同樣的功能，它形成于第二導(dǎo)電層110之下。由結(jié)合第一絕緣層120中的開口122與第二絕緣層140，一感測器部170形成于印刷電路板100上。第三導(dǎo)電層150形成一第三特定電路于第二絕緣層140下表面的一部分上。

影像感測芯片200具有多個焊接墊220于其上表面上。通過每一焊接墊220連接到一對應(yīng)接點112，影像感測芯片200固定在感測器部170(開口122)中。影像感測芯片200也具有一感測區(qū)210，影像感測芯片200固定于印刷電路板100的感測器部170中后，該感測區(qū)210面向外部環(huán)境。

印刷電路板結(jié)構(gòu)進一步包括一保護層300。保護層300在影像感測芯片200與電極111之上，形成印刷電路板結(jié)構(gòu)的平坦上表面。如圖6所示。保護層300形成于第一絕緣層120上表面與第一導(dǎo)電層110上表面的全部或某些部分之上，且形成于影像感測芯片200的感測區(qū)210之上。保護層300也覆蓋電極111以隔離電極111與該物體500，如此一來該信號由電極111送出，電容耦合至該物體500。保護層300由非導(dǎo)電材料所形成。較佳的，非導(dǎo)電材料為環(huán)氧樹脂。保護層300也能由有機涂層材料制造。

對于上述一些部件的連接而言，有許多種合適的方式。例如，焊接墊220與對應(yīng)接點112由導(dǎo)電材料402連接。較佳的， 使用銀膠作為導(dǎo)電材料402，因為銀膠有較好的電導(dǎo)率。實際實施時，導(dǎo)電材料402也可以是銅膏、鎳膏(熱固化導(dǎo)電膏)甚至是錫膏。此外，焊接墊220與對應(yīng)接點112可由金屬電鍍來連接。導(dǎo)電材料402涂在每一焊接墊220與對應(yīng)接點112之間的區(qū)域上，覆蓋每一焊接墊220與對應(yīng)接點112的上方。此外，第一絕緣層120的側(cè)壁與影像感測芯片200的周邊之間的間隙由非導(dǎo)電材料404填充。環(huán)氧樹脂是非導(dǎo)電材料404非常好的選擇。非導(dǎo)電材料404可以協(xié)助固定影像感測芯片200于開口122中，從而不太可能會發(fā)生電流泄漏。

依照本發(fā)明，第一開口122的形狀近似于影像感測芯片200的形狀但足夠大，以使影像感測芯片200能容置于開口122中。這是為了降低當手指施加外力時，影像感測芯片200可能滑動的風(fēng)險。該影像感測芯片200的上表面的高度與第一絕緣層120及/或第一導(dǎo)電層110在該影像感測芯片200固定到感測器部170后的高度之間的階差小于0.1mm。從而，保護層300能良好附著而不會因大的階差而脫落。

印刷電路板結(jié)構(gòu)具有一個制造步驟。如圖8至圖13所示。圖13為本發(fā)明提供的制造該印刷電路板結(jié)構(gòu)程序的流程圖。圖8至圖22為制造該印刷電路板結(jié)構(gòu)程序的每一步驟。

首先，提供具有感測器部170的印刷電路板100、至少一電極111、多個接點112及一具有多個焊接墊220的影像感測芯片200(S01)。接著，將導(dǎo)電材料400上膠于感測器部170(S02)。其次，放置影像感測芯片200于感測器部170中，感測區(qū)朝上，面向外部環(huán)境(S03)。此后，以非導(dǎo)電材料404填入前述間隙(S04)。下一步驟，以導(dǎo)電材料402形成連接相關(guān) 焊接墊220與接點112的電路圖案(S05)。最后，形成保護層300于第一絕緣層120與感測區(qū)210的上表面之上(S06)。

雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視本案的權(quán)利要求范圍所界定為準。