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指纹识别模组的鉴定及激光加工

来源:德龙激光2017-07-14我要评论(0)

导读无论是目前的电容式指纹传感器,还是今后的超声波指纹传感器,都要用到PCB或者FPC作为电路板,并采用玻璃作为的一种盖板。指

导读
无论是目前的电容式指纹传感器,还是今后的超声波指纹传感器,都要用到PCB或者FPC作为电路板,并采用玻璃作为的一种盖板。指纹识别的电路板和盖板玻璃用激光来切割,原因是激光切割具有崩边小、速度快、切割道窄和厚度较大的优点。

一、指纹识别模组的鉴定

指纹识别模组采用超声波、电容式传感器等,超声波指纹传感器利用高分辨超声波扫描指纹,根据超声波在指纹的脊和谷的返回时间,生成3D模型。虽然超声波指纹传感器抗静电强度、对湿手指的响应优于电容式指纹传感器,但是电容式指纹传感器的图像分辨率、灰度级、失真度、产品一致性、环境适应性、设备体积、使用寿命、功率消耗和设备成本都更有优势。超声波指纹传感器尚处于研发阶段,目前智能手机采用的指纹识别模组,大多是综合指标最佳的电容式指纹传感器。

电容式指纹传感器中包含256×256以上的像素点,每个像素点包含一个金属电极。当你的手指压在传感器的绝缘表面上时,手指上导电性能良好的真皮层构成一个电极,与金属电极、传感器表面的绝缘体构成电容器。指纹的脊与金属电极间的距离,小于指纹的谷与金属电极间的距离,由于电容近似与距离成反比,因此指纹的脊形成的电容,大于指纹的谷形成的电容。手指和金属电极间的电压固定,各个像素点存储的电量,与电容成正比,因此像素点上存储的电量,随指纹的脊和谷变化。若电容式传感器的刷新率为10帧/s,则每隔0.1 s,读取一次各个像素点上的电量,构成指纹的图像,如图1所示,

图1. 指纹细节特征(图片来源于《民用指纹识别技术》)

指纹图像采集之后,与模板比对识别。主流的指纹识别算法基于E. R. Henry 1889年提出的指纹细节特征理论。特征点的类型分为岛、端点、叉点等10类,一枚指纹通常含有近百个特征点,假设只选用12个特征点进行识别。每个特征点具有水平位置、垂直位置和方向等7个参数。若每个特征点只识别3个参数,水平位置分为左右,用0和1来表示,垂直位置和方向也用0和1来表示,则12个特征点具有(23)12 ≈ 687亿种排列方式,因此指纹人各有异。而手机上的9点式图案,只有 万种排列,远小于指纹识别的排列数目。综上所示,电容式指纹识别模组具有防伪性能好、随身携带和不易伪造等优点,是身份识别的理想选择。设置好指纹后,在下列条件进行实际测试,如果手机都能在1 s内识别指纹并解锁,那么指纹识别模组鉴定合格。

1. 手指倾斜15~30°。
2. 手指平移±3~5 mm。
3. 轻压或重压,指纹变形。
4. 抗静电强度,穿化学纤维的衣服,让手指上产生足够多的静电。
5. 手指轻微润湿。

此外,手指粘上较多粉尘后,指纹识别模组应当识别不出来。

二、指纹识别模组的激光加工

无论是目前的电容式指纹传感器,还是今后的超声波指纹传感器,都要用到PCB或者FPC作为电路板,并采用玻璃作为的一种盖板。指纹识别的电路板和盖板玻璃用激光来切割,原因是激光切割具有崩边小、速度快、切割道窄和厚度较大的优点。激光切割的PCB及FPC如图2所示,


图2. 激光切割出的指纹识别模组印刷电路板:(a)&(b) PCB, (c) FPC

典型PCB和FPC的加工效率为每小时900 pcs,损伤区域宽度均控制在20 μm以内。欲知全自动印刷电路板激光加工设备详情,请访问链接:
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除了印刷电路板,激光还用来切割指纹识别模组的盖板玻璃,玻璃的损伤区域宽度控制在20 μm以内,如图3所示,
图3. 激光在玻璃内激发的等离子体(图片来源于” Relaxation of Dense Electron Plasma Induced by Femtosecond Laser in Dielectric Materials”)

单个激光脉冲从右向左传播,通过雪崩电离激发出等离子体。虽然透明的玻璃几乎不吸收激光,固态玻璃对激光的能量利用率低,但是激光在玻璃内激发的等离子体,会强烈吸收激光,提高能量利用率。等离子体吸收的光强随等离子体密度增大而增大,激光辐照区域的等离子体浓度高,该区域呈黑色,被称为等离子体通道。随着激光入射时间的增大,等离子体通道随着泵浦飞秒激光的传播而向前移动。吸收激光后,等离子体能量提高,高温高压的等离子体通道向外扩张,排开周围的原子,形成孔洞。等离子体发出的黑体辐射光谱,用光谱仪收集,当激光未辐照时,光谱仪的噪声接近于0,如图4中蓝色虚线所示,当玻璃被激光加工后21 ns,等离子体发出的黑体辐射谱,如图4中黑色点线所示。
图4. 玻璃被激光加工后发出的黑体辐射谱(图片来源于”Measuring the internal temperatureof dielectrics machined by the ultrashort laser pulse through the black-bodyirradiation method”)

用Planck公式拟合出等离子体和玻璃温度为5247±66 K,红色的拟合实线与实验的黑体辐射曲线基本重合。高温等离子体在温度梯度驱动下,将能量传递给固体。由于测量时间远大于脉宽,因此等离子体和固体的热传递充分,温度相同,玻璃温度超过沸点而气化。若等离子体区域宽度减小,则加工精度提高,崩边减小,但是等离子体区域沿激光传播方向的长度随宽度下降而减小,切割次数增加,切割效率降低。调整激光参数,优化等离子体分布,改善加工质量和效率。欲知全自动玻璃盖板激光加工设备详情,请访问链接: http://www.delphilaser.com/industry_content.php?id=12&classid=1

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