專利名稱：改進(jìn)的傳感設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于感測(cè)電子設(shè)備環(huán)境條件和/或感測(cè)用戶的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)變量的設(shè)備。這些環(huán)境條件可能包含用戶的確認(rèn)，設(shè)備的位置和環(huán)境的各種特征。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于移動(dòng)終端。
背景技術(shù)：
需要在移動(dòng)終端中提供傳感器以便使移動(dòng)終端能夠感測(cè)其環(huán)境條件。對(duì)指紋傳感器和其他生物統(tǒng)計(jì)學(xué)傳感器來(lái)說(shuō)，也需要它們能用于驗(yàn)證終端的用戶，并測(cè)量來(lái)自用戶的其他生物統(tǒng)計(jì)學(xué)變量。這種信息可以用于對(duì)環(huán)境感知的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，環(huán)境條件信息和/或用戶信息可以用來(lái)，例如控制用戶接口配置和移動(dòng)終端用戶接口的不同設(shè)置。本發(fā)明涉及一般的傳感設(shè)備，但接下來(lái)首先用指紋傳感器作為例子描述現(xiàn)有技術(shù)。
例如，目前存在幾種指紋傳感器基于皮膚阻抗的傳感器，熱傳感器和光學(xué)傳感器。對(duì)于諸如移動(dòng)終端的小型設(shè)備的用戶的驗(yàn)證，最切實(shí)可行的解決方案是基于容抗測(cè)量。用來(lái)測(cè)量皮膚阻抗變化的電容性指紋傳感器的基本原理在圖1A和1B描繪。當(dāng)手指101逐步放到傳感器陣列120上方時(shí)，傳感器陣列測(cè)量皮膚的阻抗值。電極表面和皮膚表面內(nèi)部的導(dǎo)電含鹽層之間的電容作為到導(dǎo)電層的距離的函數(shù)而改變。變化的空氣隙和皮膚表面死去的角質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成到導(dǎo)電層121，122的電容125，這些導(dǎo)電層構(gòu)成電容傳感器的電極。
圖2示出另外一個(gè)例子，包括皮膚阻抗和阻抗測(cè)量原理的粗略等效電路。皮膚具有固定的電阻組織分量202和固定的電阻表面分量203。測(cè)量電容也具有固定分量272和根據(jù)手指的表面形式而變化的分量271。電容指紋傳感器通過(guò)給驅(qū)動(dòng)電極222施加交流電壓281以及測(cè)量來(lái)自傳感器電極221的信號(hào)來(lái)測(cè)量變化的電容分量。該信號(hào)用低噪放大器282來(lái)放大，而且驅(qū)動(dòng)器和傳感電極之間的相差被測(cè)量，283。干擾可以用保護(hù)電極來(lái)抑止，使用緩沖器285將該保護(hù)電極保持在與信號(hào)輸入相同的電位。
指紋傳感器和大多數(shù)其他的傳感器還需要信號(hào)處理電路，優(yōu)選使用硅基集成電路。提供指紋傳感器的一種解決方案是使用集成電路，集成電路不僅用作電容測(cè)量電極，而且用作信號(hào)傳輸電子設(shè)備。這種集成電路于是被安裝在設(shè)備的表面。然而，捕獲指紋的電容圖像所需的面積大約在一平方厘米的尺度內(nèi)。這對(duì)于使用硅集成電路作為測(cè)量電極來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的面積。另外，該測(cè)量包含成百上千的電容像素，這些像素根據(jù)測(cè)量原理排列成行或矩陣。需要很多的布線，并且測(cè)量電極需要與集成電路隔離。因此需要一種成本有效的方法，將電容電極連接到信號(hào)處理硅集成電路上。
一種典型的現(xiàn)有技術(shù)解決方案在專利文獻(xiàn)US 5887343和US6067368中進(jìn)行了描述。問(wèn)題的解決是通過(guò)使用一個(gè)分離的絕緣平面基片構(gòu)成測(cè)量電極。該基片包含互連的布線和通過(guò)該基片的孔。該基片連接到包含了信號(hào)和數(shù)據(jù)處理能力的硅集成電路上。然而，這種解決方案制造起來(lái)非常復(fù)雜，因?yàn)榇罅炕ミB的布線必須在一個(gè)小空間內(nèi)連接。這種布線也不是很健壯，這會(huì)導(dǎo)致在移動(dòng)使用過(guò)程中該結(jié)構(gòu)很容易破裂。
另外一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)解決方案是要直接在硅晶片的頂部制作測(cè)量電極。這樣使互連的布線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于電極需要很大的面積，該解決方案需要大的硅表面。
現(xiàn)有技術(shù)解決方案的一個(gè)缺點(diǎn)涉及傳感器的人機(jī)工程學(xué)。手指必須非常用力地按壓在平坦的傳感器上以便在傳感器和手指之間獲得足夠的接觸面積。因此，如果手指沒(méi)有沿傳感器表面正確地按壓和滑動(dòng)，測(cè)量就可能經(jīng)常失敗。
指紋傳感器的另外一個(gè)問(wèn)題是容易制造用于用戶身份偽造的人造手指。現(xiàn)有技術(shù)的指紋傳感器不能可靠地分辨活組織的手指和人造的塑料代替品。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題涉及不同傳感器的定位。為了感測(cè)環(huán)境條件，傳感器需要與設(shè)備外部的環(huán)境交互作用。因此傳感器應(yīng)該位于設(shè)備的外殼上。這種類型的傳感器通常固定于設(shè)備的主要印刷線路板(pwb)上，而且使傳感器通過(guò)外殼上的孔延伸到設(shè)備表面。然而，諸如移動(dòng)終端的現(xiàn)代設(shè)備的表面趨向具有三維曲率的設(shè)計(jì)。因此pwb和外殼表面之間的距離改變，這使得設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)變得困難。傳感器也應(yīng)該在裝置外殼的表面上具有確定位置，而且為了獲得確定的傳感器位置，很難設(shè)計(jì)主pwb的布局。這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)解決方案是將傳感器固定于裝置外殼，但是，在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，將難以實(shí)現(xiàn)將傳感器附著到外殼上，以及在傳感器與主印刷線路板之間的布線排列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)前述缺點(diǎn)的傳感設(shè)備。本發(fā)明的傳感器設(shè)備便于良好的安全特性和人機(jī)工程學(xué)特性，以及對(duì)流水線生產(chǎn)的良好適用性。因此，本發(fā)明使傳感器的成本效率和可靠性得到充分的提高，對(duì)移動(dòng)應(yīng)用尤其如此。
一種傳感器設(shè)備，包括至少一個(gè)傳感器，用來(lái)測(cè)量來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)的至少一個(gè)集成信號(hào)處理電路，和在所述至少一個(gè)傳感器與所述集成電路之間的互連布線，其特征在于，該設(shè)備包括基片，所述基片構(gòu)成所述互連布線的至少一部分，并且所述基片還被安排用作至少一個(gè)所述傳感器的功能部分。
本發(fā)明也涉及包括根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的移動(dòng)終端。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括柔性基片上的至少傳感器，電極和集成電路。這樣的設(shè)備可以例如，模壓到移動(dòng)臺(tái)的外殼上。
本發(fā)明的另外的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行描述。
本發(fā)明的一個(gè)構(gòu)思是給傳感器設(shè)備提供基片，該基片構(gòu)成傳感器的至少一部分，也優(yōu)選用作其他傳感器的基片。該基片優(yōu)選是柔性的，以便按照裝置外殼的形狀成形。本發(fā)明還描述了一種為電極結(jié)構(gòu)建立二維或三維形狀的方法，用于優(yōu)化傳感器的性能。當(dāng)二維或三維表面結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成遵循手指形狀時(shí)，在將手指沿傳感器表面滑動(dòng)時(shí)只需要很小的壓力。通過(guò)這種方式，傳感器的使用具有人機(jī)工程學(xué)特性，而且也使測(cè)量非常可靠。
本發(fā)明還便于多傳感器微系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。諸如ASIC的傳感器單元和測(cè)量電子設(shè)備能夠集成到使用柔性芯片(chip-on-flexCOF)技術(shù)的三維模塊中。COF技術(shù)基于例如柔性Kapton膜的使用，作為用于布線和附著傳感器以及ASIC芯片的基片、IC和傳感器可以通過(guò)在頂部使用模制聚合物外殼而得到保護(hù)。柔性電路板(例如Kapton膜)使得2D或3D結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建成為可能，從而傳感器和電子設(shè)備的部分能夠放置在裝置外殼附近。
在指紋傳感器中制成曲面的可能性使得通過(guò)光吸收集成血液循環(huán)的光學(xué)探測(cè)成為可能。通過(guò)這種方法就可能驗(yàn)證手指是否屬于一個(gè)活人。
還有可能集成其他類型的傳感器到傳感器單元上。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光二極管和光敏檢測(cè)器放置在手指凹槽的對(duì)面，以測(cè)量通過(guò)手指的光吸收。所用光的波長(zhǎng)使得活的手指中的血液引起最大的吸收信號(hào)。通過(guò)這種方法，可以從用戶的手指檢測(cè)到氧化的血色素。因此，通過(guò)這種方法也能夠監(jiān)測(cè)心率。這使得使用任何人造手指用于識(shí)別偽造非常困難。另外，其他的傳感器，如溫度TS和光學(xué)LS傳感器，可以被集成到手指凹槽內(nèi)并嵌入到指紋傳感器插件中。總之，使用柔性膜作為基片使得在所需位置上放置傳感器變得靈活。這種柔性膜，例如，可以遵循裝置外殼的形狀。
本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)思是可以集成到例如移動(dòng)電話等的外殼上的電感調(diào)諧電容性傳感器。調(diào)諧電容器傳感器表現(xiàn)出對(duì)電阻材料與電容器電極接觸引起的電阻損耗很高的靈敏度?；谧杩箿y(cè)量，調(diào)諧傳感器的Q值下降表示接觸性材料與傳感器電極的電流接觸是不必要的。電感耦合可以作用于多個(gè)位于相同或不同諧振頻率的調(diào)諧傳感器，或可以從傳感器端對(duì)該耦合進(jìn)行調(diào)制。使用不同的諧振頻率可以區(qū)分不同的傳感器單元。由于電感調(diào)諧電容性傳感器能夠感性耦合到包含測(cè)量電子設(shè)備的多芯片模塊，在組裝階段進(jìn)行額外布線就不必要了。通過(guò)這種方法就可能提供完全密封防水的設(shè)備。
本發(fā)明的制造過(guò)程適合大規(guī)模生產(chǎn)，而且本發(fā)明可以應(yīng)用于現(xiàn)有的傳感器測(cè)量概念和電子設(shè)備，以使設(shè)備的制造更成本有效。


下面將根據(jù)附圖借助示例性實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1A是使用電容性指紋傳感器的示意圖，圖1B是現(xiàn)有技術(shù)的電容性傳指紋感器的操作原理示意圖，圖2是描述使用有源保護(hù)的皮膚阻抗的測(cè)量的框圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中應(yīng)用柔性基片作為電極表面和單元的電連接，圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中柔性基片被彎曲以用作電極和單元的電連接的表面，圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中有另外的傳感器應(yīng)用于柔性基片上，圖6a是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的頂視圖，其中有指紋傳感器，光學(xué)傳感器和其他傳感器應(yīng)用于柔性基片上，圖6b是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的透視圖，其中有指紋傳感器，光學(xué)傳感器和其他傳感器應(yīng)用于柔性基片上，圖6c是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中有指紋傳感器，光學(xué)傳感器和其他傳感器應(yīng)用于柔性基片上，圖7a是根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)備的示例性接觸電極的頂視圖，圖7b是根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)備的示例性接觸電極的截面圖，圖7c是用根據(jù)圖7a和7b的示例性接觸電極的接觸測(cè)量的等效電路圖，圖8是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中使用柔性基片應(yīng)用了電感性皮膚接觸傳感器和光學(xué)以及其他傳感器，圖9a是電感性接觸測(cè)量的第一個(gè)實(shí)施例的電路圖，圖9b是電感性接觸測(cè)量的第二個(gè)實(shí)施例的電路圖，圖10是用傳感器測(cè)量多個(gè)傳感器的示例性多通道電感測(cè)量的電路圖，圖11a是根據(jù)本發(fā)明用于無(wú)源電感性接觸測(cè)量的示例性電路圖，圖11b是根據(jù)本發(fā)明用于有源電感性接觸測(cè)量的示例性電路圖，圖12是根據(jù)本發(fā)明在一種示例性設(shè)備中的保護(hù)，圖13a是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第一個(gè)實(shí)施例的截面圖，圖13b是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第一個(gè)實(shí)施例的頂視圖，圖14a是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第二個(gè)實(shí)施例的截面圖，圖14b是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第二個(gè)實(shí)施例的頂視圖，圖15a是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第三個(gè)實(shí)施例的截面圖，圖15b是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第三個(gè)實(shí)施例的頂視圖，圖16a是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第四個(gè)實(shí)施例的頂視圖，圖16b是根據(jù)本發(fā)明用于排列電極的第四個(gè)實(shí)施例的截面圖，圖17是帶有柔性基片的電路的制造過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式
在上面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述中已經(jīng)解釋了圖1A，1B和2。
圖3示意了本發(fā)明的實(shí)施例，該實(shí)施例能實(shí)現(xiàn)二維或三維形式的電極-手指接口。柔性印刷布線的基片的一端用作電極322，基片363的另一部分用于外部連接。圖3還展示了柔性基片的金屬表面和ASIC380之間的連接。使用花線(flex)膜的雙面金屬化和通孔323，324來(lái)提供電極322和保護(hù)電極330的布線。這種包含柔性基片，傳感器和ASIC的設(shè)備可以直接模壓到例如移動(dòng)電話的外殼368中。
圖4示意了本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，其中與其他電子設(shè)備的連接是通過(guò)將柔性印刷線路板(PWB)或膜基片463彎曲到該單元的下方，并將焊接球478附著到花線上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在該實(shí)施例中，花線的另一端被彎曲到該單元的上方以便使用花線的該端作為電極。與ASIC480的連接423，424可以做得與圖3中的實(shí)施例類似。在花線的電極端一個(gè)金屬化表面430用作感測(cè)電極，花線的第二金屬化表面434用作保護(hù)電極。本設(shè)備可以模壓到塑料件468以構(gòu)成完整的組件。
圖5是本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，其中，除了指紋傳感器電極520，在柔性基片563上還有一組其他的傳感器591。這些傳感器可包含光學(xué)傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器，加速度傳感器，對(duì)齊傳感器，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)傳感器，等等。在柔性基片上有一個(gè)小孔592用于提供設(shè)備外部和傳感器之間的感測(cè)接口。柔性基片563的另一端包括ASIC電路580和與外部電路的電連接578。
圖6a，6b和6c是根據(jù)本發(fā)明的示例性設(shè)備的示意圖，其中有指紋，光學(xué)和其他傳感器應(yīng)用于柔性基片上。圖6a是該設(shè)備的頂視圖，圖6b是透視圖，圖6c是截面圖。ASCI 680安裝在印刷線路板699上，印刷線路板699可能是用于設(shè)備的其他電子設(shè)備的板子。ASIC與柔性基片663連接，柔性基片663將ASIC與傳感器和電極相連。傳感器基片68也可由柔性基片構(gòu)成。該基片是彎曲形狀，以便為手指601提供適合的表面。在本示例性設(shè)備中在柔性基片上提供了八個(gè)電極622用于指紋傳感器。光學(xué)脈沖血氧計(jì)傳感器由紅外LED 695和光電二極管696構(gòu)成。LED提供的紅外脈沖光的光在穿過(guò)手指601后由光電二極管測(cè)量。通過(guò)本方法可能驗(yàn)證手指有血，其濃度隨心臟脈沖起伏。該設(shè)備還包含溫度傳感器，可以用來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度或手指的溫度。該設(shè)備還可能包含光學(xué)傳感器698，用來(lái)測(cè)量環(huán)境光線。這些信息可以用于例如，控制設(shè)備顯示的亮度。該設(shè)備還可以包含濕度傳感器用于測(cè)量環(huán)境濕度。
除了提供指紋傳感器，或者取代指紋傳感器，提供一個(gè)或多個(gè)皮膚接觸傳感器更為有利。皮膚接觸傳感器可用于例如，檢查設(shè)備是否握在手中，或者移動(dòng)臺(tái)是否接觸到用戶的耳朵(即移動(dòng)臺(tái)正用于電話交談)。
圖7a和7b示意了皮膚接觸電極的例子。圖7a是電極的頂視圖，圖7b是電極及其布線的截面圖。皮膚接觸是通過(guò)測(cè)量中心電極710和構(gòu)成外部回路的電極712之間的阻抗確定的。電極711用作保護(hù)回路。保護(hù)電極也構(gòu)成位于有源電極710和712之下的保護(hù)盤713。電極可以模壓到塑料件714，這樣，例如，就可以構(gòu)成獨(dú)立組件或集成到裝置外殼中。在外殼的表面還有一薄鈍化層715。
圖7c是用根據(jù)圖7a和7b的示例性接觸電極用于皮膚接觸測(cè)量的等效電路示意圖。實(shí)際的皮膚阻抗R_sk_1是通過(guò)給中心和外部電極施加交流I_ac_in來(lái)測(cè)量的。接觸電容C_contact_1和C_contact_2與皮膚阻抗串連。在點(diǎn)n3測(cè)量的電壓也會(huì)受電極線R_s的電阻的影響，以及受基片效應(yīng)的電感組件L_p，電阻組件R_p和電容組件C_p的影響。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性設(shè)備的截面圖，其中使用柔性基片應(yīng)用了電感性皮膚接觸傳感器與光學(xué)和其他傳感器。通過(guò)向電感性電極810和812施加交流測(cè)量皮膚接觸，電極可由例如電感性聚合物制成。這些電極與平面線圈816的末端連接，該平面線圈從另一線圈815接收感應(yīng)能量。線圈815位于柔性基片863之上，基片863可以處于離裝置外殼814一段小的距離上。其他傳感器安裝在柔性基片上的傳感器盒891中。通過(guò)基片和裝置外殼的小孔892用于提供傳感器和設(shè)備環(huán)境之間的傳感接口。柔性基片和裝置外殼之間有一個(gè)墊片893將該小孔與設(shè)備內(nèi)部空間密封。柔性基片還與ASIC電路880相連，該ASIC電路提供用于處理所測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)量電子設(shè)備和電路。柔性基片提供傳感器與ASIC之間的布線。該ASIC和基片進(jìn)而與設(shè)備的印刷線路板連接起來(lái)。
圖9a和9b為皮膚接觸的電感測(cè)量的兩個(gè)基本原理的示意圖。在圖9a，電路有固定的電容，因此有固定的諧振頻率。皮膚接觸因此對(duì)該諧振電路有開合的開關(guān)效應(yīng)。在圖9b中，電路具有可變電容且具有低Q值，因此其諧振頻率可隨皮膚接觸的效應(yīng)而改變。該電路能給出關(guān)于皮膚接觸效應(yīng)的更精確的信息，但另一方面復(fù)雜性和能耗更高。圖9a和9b示意的電路中，傳感器端為無(wú)源LC諧振器。然而，如附圖11b所示，也可使用有源測(cè)量電路。
圖10為帶有電感性傳感器耦合的設(shè)備示意圖，其中包括使用不同測(cè)量頻率測(cè)量多個(gè)傳感器的電路。該設(shè)備有三個(gè)傳感器電路，每一個(gè)傳感器電路構(gòu)成一個(gè)諧振電路Cb1-Lb1-S1，Cb2-Lb2-S2和Cb3-Lb3-S3。主諧振電路La-Ca可通過(guò)控制電容Ca調(diào)整到不同頻率。掃頻邏輯F1控制諧振頻率和一個(gè)自振蕩系統(tǒng)的頻率，該自振蕩系統(tǒng)包括放大器G1和控制塊CN1。掃頻的頻率范圍覆蓋每個(gè)傳感器的諧振頻率。利用相關(guān)器即可確定哪些傳感器諧振于其各自的諧振頻率，或者確定每一個(gè)傳感器電路的精確諧振頻率。
圖11a為用無(wú)源電感性設(shè)備的皮膚接觸測(cè)量的等效電路。通過(guò)對(duì)初級(jí)線圈L_15，C_15施加交流并測(cè)量阻抗Z可以測(cè)得實(shí)際的皮膚阻抗R_sk。由于線圈之間有能量的傳遞，測(cè)量電流被感應(yīng)到次級(jí)線圈L_16，C_16。次級(jí)阻抗受實(shí)際皮膚電阻R_sk和在皮膚-電極接觸出現(xiàn)的接觸電容C_contact_1和C_contact_2的影響。皮膚電阻R_sk的典型值為一千歐。當(dāng)皮膚接觸電極時(shí)，其效果等同于與次級(jí)線圈并聯(lián)開關(guān)S和阻抗Z_eq。Z_eq的值由皮膚電阻和接觸電容決定，其典型值為例如200千歐。于是，可以通過(guò)測(cè)量初級(jí)阻抗Z來(lái)檢測(cè)次級(jí)阻抗的變化。
圖11b為用有源電感性設(shè)備的皮膚接觸測(cè)量的等效電路。在該設(shè)備中有一個(gè)有源測(cè)量電路1145，該有源測(cè)量電路通過(guò)與儲(chǔ)能電路的電感耦合接收其負(fù)載功率。電路1145測(cè)量點(diǎn)1110和1112之間的阻抗，并通過(guò)調(diào)制電感耦合以傳遞測(cè)量值。這種調(diào)制可改變從檢測(cè)器端測(cè)量的阻抗，或可改變儲(chǔ)能電路的振蕩頻率。為了改變頻率，電路C-L_15和L_16-C_16被設(shè)計(jì)成可在寬頻帶范圍內(nèi)振動(dòng)。也可使用一個(gè)電路1145測(cè)量多個(gè)傳感器。從每一個(gè)傳感器得到的測(cè)量值可通過(guò)調(diào)制順序傳遞給檢測(cè)器。
在上面各圖中解釋了電感耦合應(yīng)用于皮膚接觸測(cè)量的觀點(diǎn)。但是，本發(fā)明的電感測(cè)量觀點(diǎn)無(wú)論如何不局限于皮膚接觸測(cè)量的實(shí)施方案；這種電感設(shè)備可用于向任何類型的傳感器施加能量，可用于測(cè)量傳感器的輸出。本發(fā)明的電感測(cè)量觀點(diǎn)也不局限在用于包含有基片的本發(fā)明的傳感器設(shè)備。電感耦合使得有可能提供完全密封的外殼結(jié)構(gòu)，而在外殼的傳感器與內(nèi)部電子設(shè)備之間沒(méi)有任何傳感器布線。
下面展示一些為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的電極提供屏蔽/保護(hù)的解決方案。這些例子涉及指紋傳感器，但這些解決方案也可用于例如皮膚接觸測(cè)量。
圖12為基片1263上的示例性傳感電極1222和保護(hù)電極1228的頂視圖和截面圖。保護(hù)電極1228位于傳感電極1222之下，兩者之間有一個(gè)絕緣層1229。在這個(gè)實(shí)施例中保護(hù)電極具有更大表面。緩沖放大器2385使保護(hù)電極與傳感器電極保持在相同的電位上，從而傳感器電極較少負(fù)擔(dān)相鄰材質(zhì)或干擾。附圖12也展示了材質(zhì)1266，例如，塑料材質(zhì)，其中模壓了傳感器。
圖13a和13b為根據(jù)本發(fā)明的電極排列的第一個(gè)實(shí)施例的截面與頂視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，傳感電極s在傳導(dǎo)層上引出，該傳導(dǎo)層位于兩個(gè)保護(hù)層g之間。這樣就可能對(duì)傳感電極實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。驅(qū)動(dòng)電極D在頂部傳導(dǎo)層上引出。
圖14a和14b為根據(jù)本發(fā)明的電極排列的第二個(gè)實(shí)施例的截面與頂視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，傳感電極s在傳導(dǎo)層上引出，該傳導(dǎo)層位于保護(hù)層g和接地的EMC層之間。驅(qū)動(dòng)電極D在頂部傳導(dǎo)層上引出。
圖15a和15b為根據(jù)本發(fā)明的電極排列的第三個(gè)實(shí)施例的截面與頂視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，傳感電極s在傳導(dǎo)層上引出，該傳導(dǎo)層位于兩個(gè)接地的EMC層之間。保護(hù)電極沒(méi)有自己的層，但它在與傳感器和驅(qū)動(dòng)電極相同的層上引出。當(dāng)保護(hù)電極布線與傳感電極布線相互垂直時(shí)，這種情況是可能的。
圖16a和16b為根據(jù)本發(fā)明的電極排列的第四個(gè)實(shí)施例的截面與頂視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電極布線均在頂層之上且與傳感電極布線垂直。傳感電極布線在兩個(gè)接地EMC層之間引出，這樣對(duì)于傳感電極布線實(shí)現(xiàn)了同軸類型的保護(hù)。
為了獲得更高效的保護(hù)，傳感電極應(yīng)有單獨(dú)的保護(hù)，該保護(hù)受保護(hù)放大器的單獨(dú)控制。然而，由于傳感電極經(jīng)常以時(shí)分復(fù)用方式讀取，僅用一個(gè)保護(hù)放大器并總是將其連接到當(dāng)前讀取得傳感電極的保護(hù)電極會(huì)更有利。另外一種可能性是使用移動(dòng)像素保護(hù)。
如果保護(hù)電極為所有傳感電極通用，則保護(hù)電極可連接到例如地(無(wú)源保護(hù))，或連接到傳感電極的平均電位。另外一種減小干擾的可能性是將驅(qū)動(dòng)電極與用戶的手通過(guò)例如裝置外殼連接起來(lái)。
圖17為使用柔性基片制作根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示例性過(guò)程。該圖示出在所涉及的制作階段執(zhí)行過(guò)后，要制作的單元的截面圖。首先，在階段11用聚酰亞胺基片制作覆蓋層。還互連用銅形成的圖案。在階段12，涂粘結(jié)劑，并將印模附(boded)在覆蓋層上。在階段13，在印模周圍模鑄塑料基片。在階段14，鉆孔并噴涂金屬以形成電連接。最后，階段15包括鈍化處理和焊接球沉淀，以提供外部接口。
本發(fā)明通過(guò)參照上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，并且論證了本發(fā)明的多個(gè)工業(yè)優(yōu)點(diǎn)。很顯然本發(fā)明并不僅局限于這些實(shí)施例，還包括所有在本發(fā)明思想和下述權(quán)利要求書的原理和范圍之內(nèi)的可能實(shí)施例。例如，本發(fā)明中傳感器設(shè)備的觀點(diǎn)并不局限于在移動(dòng)終端中使用，而是還可應(yīng)用于許多其他組件和目的。本發(fā)明也不局限于使用所提到的材質(zhì)。本發(fā)明中電感測(cè)量的觀點(diǎn)也可以視作獨(dú)立的發(fā)明，以包括沒(méi)有傳感器設(shè)備而使用本發(fā)明基片的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種傳感器設(shè)備，包括至少一個(gè)傳感器(322，622，696)，用于測(cè)量來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)的至少一個(gè)集成信號(hào)處理電路(380，680)，以及在所述至少一個(gè)傳感器和所述集成電路之間的互連布線(323，324)，其特征在于，所述設(shè)備包括基片，所述基片構(gòu)成所述互連布線的至少一部分，并且所述基片被進(jìn)一步設(shè)置成用作至少一個(gè)所述傳感器的功能性部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述集成電路附著在所述基片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述基片由柔性膜制成，所述柔性膜包括在所述至少一個(gè)傳感器和所述集成電路之間的所述布線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述柔性膜包括至少一個(gè)所述傳感器的電極(322，422)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述柔性基片包括用于外部連接的布線(363，463，878)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述互連布線是聚合物層上的涂敷金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括在所述至少一個(gè)傳感器電極附近的保護(hù)回路(827，828)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述保護(hù)回路的布線垂直于所述傳感器電極的布線。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包括多個(gè)傳感器電極和用于每個(gè)傳感器電極的保護(hù)回路，所述保護(hù)回路根據(jù)每個(gè)傳感器電極的電位來(lái)單獨(dú)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包括多個(gè)順序測(cè)量的傳感器電極和多個(gè)保護(hù)回路，其中傳感器的保護(hù)回路在測(cè)量傳感器的周期內(nèi)被時(shí)分多路復(fù)用控制于傳感器的電位。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包括多個(gè)傳感器電極和保護(hù)回路，并且所有的保護(hù)回路被控制到傳感器電極的平均電位。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述基片的表面具有至少二維的彎曲形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，所述形狀近似手指的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括指紋傳感器，所述指紋傳感器包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電極和一行傳感電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量電路適用于在手指向相對(duì)于所述一行傳感電極的垂直方向上移動(dòng)時(shí)測(cè)量連續(xù)信號(hào)，用來(lái)提供來(lái)自手指的二維電容測(cè)量結(jié)果矩陣。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括紅外光源，紅外光檢測(cè)器和用于測(cè)量來(lái)自手指的紅外光的吸收的第二測(cè)量裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，所述紅外光源和所述紅外光檢測(cè)器分別位于為手指設(shè)計(jì)的凹槽的對(duì)面。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于測(cè)量環(huán)境溫度的溫度傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于感測(cè)環(huán)境濕度的濕度傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括壓力傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括皮膚接觸傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括固定在基片上的傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括生物統(tǒng)計(jì)學(xué)傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述基片包括用于與傳感器部分一起構(gòu)成傳感器的裝置，其中所述基片和所述傳感器部分電流性分離，并且所述基片和所述傳感器部分包括用于在所述基片和所述傳感器之間電感性傳遞能量和測(cè)量信息的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器部分是無(wú)源電路。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器部分包括有源電路，所述有源電路進(jìn)一步包括用于測(cè)量傳感器信息的裝置和用于電感性傳遞測(cè)量信息到所述基片的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器是皮膚接觸傳感器。
28.一種移動(dòng)終端，其特征在于，其包括根據(jù)任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求的傳感器設(shè)備。
29.根據(jù)權(quán)利要求28中的移動(dòng)終端，其特征在于，所述傳感器設(shè)備的至少部分被封裝在，諸如模壓在移動(dòng)終端的外殼中。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的移動(dòng)終端，其特征在于，所述傳感器設(shè)備包括柔性膜基片，并且所述柔性膜基片被封裝到移動(dòng)終端的外殼中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于感測(cè)電氣設(shè)備中的環(huán)境條件的設(shè)備。這些條件可包含用戶的確認(rèn)，設(shè)備的位置和環(huán)境的各種特征。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于移動(dòng)終端。本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)是給傳感器設(shè)備提供基片(663)，所述基片構(gòu)成傳感器的至少一部分，也優(yōu)選用作其他傳感器(695－698)的基片。所述基片優(yōu)選是柔性的，以便按照裝置外殼的形狀成形。本發(fā)明還描述了一種建立二維或三維電極結(jié)構(gòu)的方法，用于優(yōu)化傳感器的性能。當(dāng)表面結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成遵循手指形狀時(shí)，在將手指沿傳感器表面滑動(dòng)時(shí)只需要很小的壓力。通過(guò)這種方式，傳感器的使用具有人機(jī)工程學(xué)特性，而且也使測(cè)量非?？煽?。
文檔編號(hào)H04M1/66GK1816814SQ200480002659
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者泰帕尼·瑞漢恩, 卡瑞·杰爾特 申請(qǐng)人:諾基亞公司