具多输入信息的微型触控装置 【技术领域】
本发明涉及一种微型触控装置，尤其涉及一种具多输入信息的微型触控装置。
背景技术
具有触控输入功能的装置，例如笔记本电脑的触控板(Touch pad)，或者个人数字助理(PDA)、PDA移动电话(PDAphone)、智能型移动电话(Smart phone)等的触控萤幕(Touch screen)，其触控功能主要是依据两种技术达成，一种为电阻式，另一种为电容式。电阻式触控装置的触控功能可以应用于任何物体的接触，例如触控笔或者手指的接触，但是其缺点为同时仅能有一接触点，例如一只手指的接触视为单一信息的输入。而电容式触控装置的技术优点在于可以同时接受两点以上的输入以组合成更多功能的应用，例如将两只手指同时放置于其上可以视为两个信息的输入，作相互间的离开或靠近的功能，以驱动使用者的人机接口，例如将照片放大或缩小。然而电容式触控装置最大的缺点为无法适用于一般的物体，例如触控笔，同时如果要有大于两点以上的输入，则需要三只手指同时接触，使用上非常困难。并且，电容式触控装置只能适用于手指等具有静电功能的物体，限制了其应用，而且电容式的触控装置无法使用于有水的环境。
再者，上述两技术都是巨观的应用，例如以手指使用触控装置时时，一只手指的接触仅能视为一接触点，无法更进一步解析到每一手指皮肤的纹路，以由此产生更多的信息。而且随着电子产品轻薄短小的趋势，触控装置的微小化更是一重要趋势。
而在产品构造上，已知的电阻或电容式触控装置可以分为二部分，一为触控感测元件，另一部分的触控感测集成电路(IC)，进而将二者组装在一起。触控感测元件是制作于例如玻璃基板或其他高分子基板，因此不易与IC整合制作于其上，不利于成本的下降，且组装后的尺寸也大，不易缩小。
因此，提供一种具多输入信息的微型触控装置(micro touch device withmultiple input messages)，利用单一手指即可以达到多输入信息，并且可以使用于手指或任何物体的接触使用，而且完全不怕水的干扰，达到轻薄短小的装置，实为本发明所欲实现的解决方案。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种具多输入信息的微型触控装置，其能解决已知指纹感测器无法感测湿手指的问题，且有效提高灵敏度。
为达上述目的，本发明提供一种具多输入信息的微型触控装置，其至少包括一硅基板、多个感测元件(sensing members)以及一组集成电路。硅基板具有一正面及一背面。此等感测元件位于硅基板的正面上，用来感测一物体的不同部分接触于此等感测元件上的多个物理量变化，并产生多个电信号。此等感测元件至少包括多个下导体层、一支撑结构层及一悬浮触控层(suspendedtouch layer)。此等下导体层位于硅基板的正面。支撑结构层位于硅基板的正面及各下导体层的周围。悬浮触控层位于此等下导体层的上方以及支撑结构层上，悬浮触控层与各下导体层之间形成一间隙(gap)，各悬浮触控层可被物体的此等不同部分接触以产生物理量变化。此组集成电路形成于硅基板的正面，并电连接至各感测元件，并处理此等电信号，以产生多输入信息。
本发明的有益效果在于，本发明提供的具多输入信息的微型触控装置，能解决已知指纹感测器无法感测湿手指的问题，且有效提高灵敏度。
【附图说明】
图1显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的局部分解立体示意图。
图2显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的应用之一。
图3显示依据本发明较佳实施例的感测元件的侧视图的一例。
图4显示依据本发明较佳实施例的感测元件的侧视图的另一例。
图5显示依据本发明第一实施例的微型触控装置地侧视图。
图6显示依据本发明第二实施例的微型触控装置的侧视图。
图7显示依据本发明第三实施例的微型触控装置的侧视图。
图8显示依据本发明第四实施例的微型触控装置的侧视图。
图9显示依据本发明的各实施例的集成电路的方块图。
图10显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的应用之二。
附图标号
F：手指/物体
AG：间隙
F_ridge：纹峰
1：微型触控装置
2：笔记本电脑
3：鼠标光标
4：移动装置
10：硅基板
10B：背面
10F：正面
20：感测元件
21：下导体层
22：支撑结构层
23B：背面
23F：正面
23：悬浮触控层
231：输入连接垫
232：导体连线
233：输出连接垫
24：上导体层
30：集成电路
31：控制逻辑电路
32：放大器
33：模拟/数字转换器
34：处理电路
35：输入/输出接口
40：上连接垫
50：贯通电极
60：绝缘层
60B：背面
70：下连接垫
70B：背面
80：填充层
90：焊料凸块
【具体实施方式】
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
图1显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的局部分解立体示意图。图2显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的应用之一。如图1与2所示，本发明的微型触控装置1被应用于一笔记本电脑2中，用来控制笔记本电脑2的鼠标光标3的移动，亦可以控制水平及垂直卷轴的移动，也可以感受手指的单击或双击的功能。本发明的微型触控装置最大的特色为其尺寸约略为手指大小或小于手指，不同于传统的触控装置尺寸都远大于手指的尺寸。其优点为，不占据产品外观太多面积，可让产品更容易设计，拥有更美丽的外观，再者使用时只要单只手指只要轻微移动即可，相当省力。
同时，本发明的微型触控装置1是由相当微小的感测元件组成的阵列，其感测手指移动方式为判断纹路的移动，也就是说本装置具有多信息的输入功能，其信息涵盖到手指的部分或全部纹路，完全与传统技术(单一手指只有单一信息)不同。为此，本发明微型触控装置也可以同时作为手指指纹感测装置，亦或位于手指皮下其他生物信息的感测，例如微血管的热像，血流量，血液带氧量等。再者，本发明装置的感测元件可以感受例如手指的压力，当然也可以作为一般的压力测量，例如大气压力或者人体血压或物体触击时的压力判断，因此除了达成多输入信息的触控功能外，也是多功能应用的装置。
再者，本发明装置每一感测元件的外露面为一独立的悬浮结构，通过固定支撑点连接于一基板上。受到外来物体的接触而产生物理量变化，悬浮结构可以因物体的接触产生形变或没有形变，物理量变化可以涵盖压力、温度、光、电及磁等。
图3与图4显示依据本发明较佳实施例，通过压力物理量变化及悬浮结构形变来实施的单一感测元件的侧视图。这两个例子的感测元件都可以应用于以下的三个实施例中的微型触控装置。
图5显示依据本发明第一实施例的微型触控装置的侧视图。如图5与图3所示，本发明的一种具多输入信息的微型触控装置1至少包括一硅基板10、多个感测元件20及一组集成电路30。
硅基板10具有一正面10F及一背面10B。
此等感测元件20位于硅基板10的正面10F上，用来感测一物体F的不同部分接触于所述的多个感测元件20上的多个物理量变化，并产生多个电信号。此等感测元件20至少包括多个下导体层21、一支撑结构层22及一悬浮触控层23(悬浮结构层)。此等下导体层21位于硅基板10的正面10F。支撑结构层22位于硅基板10的正面10F及各下导体层21的周围。悬浮触控层23位于此等下导体层21的上方以及支撑结构层22上，悬浮触控层23与各下导体层21之间形成一间隙AG，各感测元件20的各悬浮触控层23可被物体F的所述的多个不同部分接触以产生物理量变化，并进而转变成电信号。悬浮触控层23于未受压变形时具有一全平面。亦即，本发明的设计可以使得微型触控装置1与物体的一接触面为一完全平面。每一感测元件20可以具有一独立的悬浮触控层20，或所有感测元件20可以共用一悬浮触控层20。悬浮触控层23可以是一导体层或一非导体层，或至少包括一导体层与一非导体层。
此组集成电路30形成于硅基板10的正面10F，并电连接至各感测元件20，并处理多个电信号，以产生多输入信息。
此外，微型触控装置1可以更包括多个上连接垫40。此等上连接垫40位于硅基板10的正面10F上，且电连接至此组集成电路30。微型触控装置1可以更包括多个下连接垫70，其形成于绝缘层60的一背面60B。此等上连接垫40及此等下连接垫70可以通过数条引线来达成电连接。
于本实施例中此等感测元件20的此等间隙AG彼此相通。然而，于其他实施例中，此等感测元件20的此等间隙AG亦可以彼此不连通。
图6显示依据本发明第二实施例的微型触控装置的侧视图。如图6所示，本实施例的微型触控装置1可以更包括多个贯通电极50及绝缘层60。此等贯通电极50贯通硅基板10并分别电连接至此等上连接垫40。绝缘层60位于此等上连接垫40与硅基板10之间，硅基板10的背面10B上，以及此等贯通电极50与硅基板10之间。绝缘层60的材料至少包括氧化硅、介电材料或高分子绝缘材料。
再者，微型触控装置1可以更包括多个下连接垫70，其形成于绝缘层60的一背面60B，此等下连接垫70分别通过此等贯通电极50而电连接至此等上连接垫40。或者，可以将绝缘层60视为是硅基板10的一部分。于此状况下，下连接垫70可以被视为是形成于硅基板的背面。
又，微型触控装置1可以更包括一填充层80，其填充于硅基板10的正面10F上以及悬浮触控层23之间，用来覆盖此等上连接垫40及部分的硅基板10的正面10F。
此外，微型触控装置1可以更包括多个焊料凸块90，其分别电连接至此等下连接垫70且位于此等下连接垫70的一背面70B。
第二实施例通过贯通电极的设计，可以使得整个微型触控装置(包括感测元件及周边集成电路)具有完全的平面外观，以利于电子产品的设计。
于第一与第二实施例中，感测元件的测量方式说明如下。当使用者将手指F或其他物体置放在微型触控装置上时，如图3所示，微型触控装置中的某些感测元件20被手指F的纹峰F_ridge压下而变形。手指F可以被视为一个导体，其与下导体层21的距离决定了一电容，通过将对应此电容的电信号读出，即可判断每一个感测元件的受压状态。因此，微型触控装置可以读出手指F的指纹。当手指F滑动时，此组集成电路或额外计算装置或方法可以运算出手指F于两个时间点之间的相对运动，并进行控制鼠标光标移动的功能。由于两个时间的所得到的数据为阵列数据，因此判断结果可以更加精准。此外，安装有本发明的微型触控装置亦不需要再额外安装指纹感测器，而具有节省成本的优点。
图7显示依据本发明第三实施例的微型触控装置的侧视图。如图7所示，本实施例的微型触控装置1的此等感测元件20可以更包括多个上导体层24，其连接至悬浮触控层23，并分别对应于此等下导体层21，其中，此等上导体层24可以被视为悬浮触控层23的全部或一部分。此等上导体层24位于悬浮触控层23的一背面23B而直接分别面对此等下导体层21。或者，于其他实施例中，此等上导体层24可以位于悬浮触控层23的一正面23F或位于悬浮触控层23中。
悬浮触控层23及此等上导体层24的组合，在本实施例中为一软性电路板(Flexible printed circuit board)，软性电路板是由金属线路及譬如聚亚酰胺(polyimide)的高分子材料层所形成。金属线路及高分子材料层可以是单层或多层，通过金属层的布局可以达成上述悬浮触控层23及上导体层24的设计。然而，本发明并未受限于此，悬浮触控层23及此等上导体层24可以利用半导体标准制造工艺来形成。
于第三实施例中，感测元件的测量方式说明如下。当使用者将手指F或其他物体置放在微型触控装置上时，如图4所示，微型触控装置中的某些感测元件20被手指F的纹峰F_ridge压下而变形。上导体层24与下导体层21的距离决定了一电容，通过将对应此电容的电信号读出，即可判断每一个感测元件的受压状态。因此，微型触控装置可以读出手指F的指纹。当手指F移动时，此组集成电路或额外计算装置或方法可以运算出手指F于两个时间点之间的相对运动，并进行控制鼠标光标移动的功能。由于两个时间的所得到的数据为两组多信息图像数据，因此判断结果可以更加精准。此外，安装有本发明的微型触控装置也不需要再额外安装指纹感测器，而具有节省成本的优点。
值得注意的是，图5至图7的绝缘层60可以利用单一步骤下形成，或可以利用多重步骤来形成。当绝缘层60是利用多重步骤形成时，其材料可以是同一种材料或不同种材料。
图8显示依据本发明第四实施例的微型触控装置的侧视图。如图8所示，本实施例类似于第一实施例，不同之处在于悬浮触控层23为一软性电路板，其具有多个输入连接垫231、多条导体连线232及多个输出连接垫233。输入连接垫231电连接至上连接垫40，导体连线232将输出连接垫233电连接至输入连接垫231。
图9显示依据本发明的各实施例的集成电路的方块图。如图9所示，此组集成电路30至少包括一放大器32、一模拟/数字转换器33、一处理电路34、一输入/输出接口35及一控制逻辑电路31。
放大器32电连接至此等感测元件20。模拟/数字转换器33电连接至放大器32。处理电路34电连接至模拟/数字转换器33。输入/输出接口35电连接至处理电路34。控制逻辑电路31电连接至此等感测元件、放大器32、模拟/数字转换器33、处理电路34及输入/输出接口35，用来控制其运作。处理电路在本实施例中更可以包括一运算装置及方法以及暂存相关数据的存储器，以使得上述所有物体的移动或触击都可以即时在此计算，最后仅将计算结果以简单的格式输出，例如鼠标装置的通信格式。
图10显示依据本发明较佳实施例的微型触控装置的应用之二。如图10所示，本发明的微型触控装置1被应用于一移动装置4，例如移动电话中，用来控制移动装置4的选项的移动，亦可以控制水平及垂直卷轴的移动或者全方向的移动，也可以感受手指的单击或双击的功能。
由于微型触控装置的表面是可以变形以感测受压状态，所以手指是否有潮湿并不会影响到每个感测元件的受压状态。因此通过本发明的微型触控装置，可以解决部分技术(例如电容式)无法感测湿手指的问题，且可以有效提高灵敏度。
本发明的另一优点为在组装于PCB上面时所占的面积相当小(比手指小或约略等于手指大小)，约略相等于整个感测晶片电路设计的实际面积，这对现在电子产品强调的轻薄短小是很重要的。简而言之，本发明装置通过贯通电极设计将硅基板正面设计为手指接触感测面，而硅基板背面设计为与PCB组装的接触面，因此非常适合应用于小型电子设备(例如移动电话)上。
在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用来方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。