[发明专利]超声波生物识别传感器

说明书

一种超声波生物识别传感器包含一感测芯片，其包含一基板、一超声波传感阵列以及一控制电路。超声波传感阵列设置于基板上，且包含多个阵列排列的压电组件，其中每一压电组件设置于一浮板，且浮板以横向延伸的至少一支持臂悬浮于一空腔的一开口端。控制电路亦设置于基板上，并经由支持臂与每一压电组件电性连接，以控制超声波传感阵列产生一超声波并读取超声波传感阵列所接收的一超声波反射信号。上述超声波生物识别传感器易于生产且良率高。

技术领域

本发明是有关一种生物识别传感器，特别是一种超声波生物识别传感器。

背景技术

电容式指纹传感器的目前应用较为广泛的生物识别传感器。然而，电容式指纹传感器的穿透力较差，无法轻易穿透行动上网装置(例如智能型手机)的玻璃面板，且使用者的手指潮湿或出汗时亦会影响电容式指纹传感器取像的对比度。此外，使用者的指纹容易因油渍而被翻制成假指纹，亦即防伪性较差，导致安全上的漏洞。

超声波能够穿透智能型手机常用的外壳材料(例如玻璃、铝、不锈钢、石英或塑料构等)进行扫描，且能穿透皮肤表层，侦测手指的3D细节以及独特的指纹特征，如凸纹线、汗孔等。因此，相较于电容式指纹传感器，超声波指纹传感器具备高穿透力、3D造影能力以及防伪性高等优点，属于另一种高性能的生物识别传感器，可作为个人身分识别的用途。

超声波指纹传感器是利用声波阻抗学(Acoustic Impediography)原理来实现。当超声波在不同介质密度内行进时，遇到声波阻抗不同将产生反射波，其工作原理如图1所示。超声波指纹传感器100包含超声波传感器101以及CMOS感测电路102，其用来处理超声波传感器101所接收到的信号。超声波传感器101所发出的超声波会经由缓冲层110(包含封装材料以及面板或外壳)传送到接触的使用者手指的指纹FP。由于指纹的脊部R与谷部V的声波阻抗不同，例如Zr以及Zv分别为指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗，各为1.5M Rayl与0.00043Mrayl，因此将产生不同的声波反射比率。假设缓冲层110的声波阻抗为Z0，则声波反射的比率Γ为

Γ＝(Zi-Z0)/(Zi+Z0)

Zi为指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗。当Γ为负值时代表相位为180度，亦即产生反相波。如图1所示，US为入射波，USr与USv分别代表超声波在指纹脊部R以及谷部V与缓冲层110接触接口的超声波变化。由于指纹脊部R以及谷部V的声波阻抗不同，其所对应的超声波传感器101所接收到的反射波强度亦有不同。举例而言，入射脊部R的超声波USr大部分为透射波，而入射谷部V的超声波USv大部分为反射波，因而可以区别出脊部R以及谷部V的影像。当超声波穿过手指表皮，碰到骨头或肌肉组织(例如脂肪)时，其反射率亦有不同。在不同时间差时即可鉴别出不同的肌层结构，因此超声波指纹传感器可提供较佳的防伪性。

请再参照图1，习知的超声波指纹传感器100的超声波传感器101以及CMOS感测电路102是经由垫高层103彼此电性连接，同时藉由垫高层103在超声波传感器101下方形成一空腔104，使超声波传感器101所产生的超声波大部分朝向缓冲层110发射。依据此结构，习知的超声波指纹传感器100是利用晶圆镕接(Wafer Bonding)将超声波传感器芯片与CMOS感测芯片做镕接，因此生产成本较高且良率较差。

有鉴于此，如何避免使用晶圆镕接技术来制造超声波指纹传感器以提升生产效率便是目前极需努力的目标。

发明内容

本发明提供一种超声波生物识别传感器，其是在同一基板上制作控制电路以及超声波传感阵列后，利用异向蚀刻制程在超声波传感阵列中的每一压电组件下形成空腔，因此本发明无需使用晶圆镕接制程，而可提升良率以及产率，进而降低生产成本。