CN104681711B - 超声波传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种超声波传感器，包括：基板；第一电极与第一压电材料层层叠设置于所述基板一侧；第二电极与第二压电材料层层叠设置于所述基板的另一侧；及所述第一压电材料层设置一缺口用于涂布所述导电膜连接所述第一电极与第一压电材料层。本发明还揭示一种超声波传感器的制造方法。

Description

超声波传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器及超声波传感器的制造方法。
背景技术
采用压电薄膜等材料作为压电材料的物质波式感测元件已广泛地应用于工业、国防、消防、电子等不同领域。一种典型的物质波式感测元件为超声波传感器。其中超声波传感器因其操作性不易环境温度、湿度的影响，且具有寿命长、解析度高等特点而在公共场所等恶劣环境下受到广泛应用。超声波传感器一般包括透明电极层用于发射及接收电压、压电材料层用于产生超声波，所述透明电极层的第一电极与压电材料层在超声波传感器的边缘区域通过一导电膜连接，在涂布导电膜时由于压电材料的表面张力较大而使薄膜的边缘缺角导致触控精度下降。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种超声波传感器及其制造方法。
一种超声波传感器，包括：基板；第一电极与第一压电材料层层叠设置于所述基板一侧；第二电极与第二压电材料层层叠设置于所述基板的另一侧；及所述第一压电材料层设置一缺口用于涂布所述导电膜连接所述第一电极与第一压电材料层。
一种超声波传感器的制造方法，包括：
提供一基板，在基板两侧贴合形成第一电极与第二电极；
在所述第一电极上涂布第一压电材料层，在所述第二电极上涂布第二压电材料层；
在所述第一压电材料层上定义一缺口；及在所述缺口处涂布导电膜连接所述第一电极与第一压电材料层。
相较于现有技术，本发明的超声波传感器及制造方法在第二压电材料层上设置一缺口，并在缺口处通过导电膜连接第一电极与第一压电材料层，从而解决由于压电材料表面张大较大而引起的导电膜涂布缺角的现象以增加超声波传感器的感测精度。
附图说明
图1是本发明超声波传感器的俯视图。
图2是图1所示超声波传感器的侧视结构的立体示意图。
图3是图1所示超声波传感器沿III-III线的剖面示意图。
图4-图7是本发明超声波传感器各制造步骤之结构示意图。
图8是本发明超声波传感器制造方法流程图。
主要元件符号说明
超声波传感器 100
第一压电材料层 10
第一电极 11
第一胶体层 12
基板 13
第二胶体层 14
第二电极 15
第二压电材料层 16
导电膜 17
缺口 102
步骤 S201~S207
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请一并参阅图1、图2及图3，图1是本发明超声波传感器100的俯视图，图2图1所示超声波传感器100的一侧结构的立体示意图。图3是超声波传感器100沿III-III线的剖面示意图。所述超声波传感器100包括依次层叠的第一压电材料层10、第一电极11、第一胶体层12、基板13、第二胶体层14、第二电极15、第二压电材料层16及用于连接所述第一电极11与第一压电材料层10的导电膜17。所述第一电极11通过所述第一胶体层12贴合至所述基板13的一侧。所述第二电极15通过所述第二胶体层14贴合至所述基板13相对的另一侧。在本实施方式中，所述第一胶体层12与第二胶体层14为光固化胶。
所述基板13为一透明基板，如玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板或柔性透明基板。在本实施方式中，所述基板13为玻璃基板。
在一种变更实施方式中，所述第一电极11及第二电极15可直接形成于所述基板13上。所述第一电极11及第二电极15的材质为单层透明导电材料或多层复合透明导电材料。所述单层透明导电材料包括但不限于氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锌(ZnO)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、碳纳米管(CNT)、银纳米线(AgNW)以及石墨烯。所述多层复合透明导电材料包括但不限于由依次层叠的氧化铟锡、银、氧化铟锡组成的三层复合结构导电材料。
所述第一压电材料层10涂布于所述第一电极11上。所述第一压电材料层10的材质为为聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一变更实施方式中，所述第一压电材料层10的材质氮化铝、锆钛酸铅(lead zirconium titanate, PZT)、钽酸锂(LiTaO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)等。所述第一压电材料层10为单层结构或多层复合材料结构。所述第一压电材料层10于一侧边缘区域定义一导电部，所述导电部设置为一缺口102。所述缺口102的截面形状为但不限于梯形。在本实施方式中，所述第一压电材料层10的厚度大于5um。
所述导电膜17用于连接所述第一压电材料层10及所述第一电极11，且所述导电膜17设置于所述缺口102处。所述导电膜17的材质为银浆，且所述银浆中的导电微粒的直径大于0.01um且小于10um。在本实施方式中，所述导电膜17的厚度小于10um，且所述导电膜17材质的内聚力大于所述压电材料的表面张力。
所述第二压电材料层16涂布于该第二电极15上。所述第二压电材料层16的材质为为聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一变更实施方式中，所述第二压电材料层16的材质氮化铝、锆钛酸铅(lead zirconium titanate, PZT)、钽酸锂(LiTaO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)等。所述第二压电材料层16为单层结构或多层复合材料结构。
在本实施方式中，所述第二电极15为输出电压至所述第二压电材料层16之发送电极，所述第一电极11为接收所述第一压电材料层10输出之电压之接收电极。所述超声波传感器100工作时，该第二电极15对该第二压电材料层16施加电压，所述第二压电材料层16在电压作用下产生振动从面发出超声波。当手指或触控笔等其他物体接触该超声波传感器100时，所述超声波被手指反射至所述第一压电材料层10，所述第一压电材料层10将所述超声波转化为电信号，并将电信号通过所述导电膜17传输至芯片以确定触控位置、大小及压力参数等。
所述超声波传感器100还包括一绝缘层覆盖所述压电材料层以保护所述压电材料层。所述绝缘层的材质可为氮化硼、绝缘性类金刚石或其组合等。
请一并参阅图4-图8，图4-图7是本发明超声波传感器各制造步骤之结构示意图。图8是本发明超声波传感器制造方法流程图。
步骤S201，请参阅图4，提供一基板13，在基板13两侧贴合形成第一电极11与第二电极15。所述第一电极11通过所述第一胶体层12贴合至所述基板13的一侧。所述第二电极15通过所述第二胶体层14贴合至所述基板13相对的另一侧。所述基板13为一透明基板，如玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板或柔性透明基板。在本实施方式中，所述基板13为玻璃基板。所述第一电极11与第二电极15的材质为单层透明导电材料或多层复合透明导电材料。所述单层透明导电材料包括但不限于氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锌(ZnO)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、碳纳米管(CNT)、银纳米线(AgNW)以及石墨烯。所述多层复合透明导电材料包括但不限于由依次层叠的氧化铟锡、银、氧化铟锡组成的三层复合结构导电材料。在本实施方式中，可利用溅射法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积法、离子电镀法、有机金属气相生长法、等离子体CVD等沉积方法沉积透明导电材料，并图案化所述透明导电材料形成第一电极11与第二电极15。
步骤S203，请参阅图5，在所述第一电极11上涂布第一压电材料层10；在所述第二电极15上涂布第二压电材料层16。所述第一压电材料层10与第二压电材料层16的材质为为聚二氟亚乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一变更实施方式中，所述第一压电材料层10与第二压电材料层16的材质氮化铝、锆钛酸铅(lead zirconium titanate, PZT)、钽酸锂(LiTaO3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)等。所述第一压电材料层10与第二压电材料层16为单层结构或多层复合材料结构。在本实施方式中，所述第一压电材料层10的厚度大于5um。具体地，可利用溅射法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积法、离子电镀法、有机金属气相生长法、等离子体CVD等沉积方法在所述第二电极15及第一电极11上形成一压电材料，并图案化所述压电材料形成第一压电材料层10及第二压电材料层16。
步骤S205，请参阅图6，在所述第一压电材料层10上定义一缺口102。所述缺口102的截面形状为但不限于梯形。
步骤S207，请参阅图7，在所述缺口102处涂布导电膜17连接所述第一电极11及所述第一电极11。所述导电膜17的材质为银浆，且所述银浆中的导电微粒的直径大于0.01um且小于10um。在本实施方式中，所述导电膜17的厚度小于10um，且所述导电膜17材质中导电微粒的内聚力大于所述压电材料的表面张力。
本案的超声波传感器100及制造方法在第一压电材料层10设置一缺口102通过导电膜17连接所述透明电极，从而减小第一压电材料层10的缺口处的表面张力以解决由于压电材料表面张大较大而引起的导电膜涂布缺角的现象以增加超声波传感器的感测精度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超声波传感器，包括：
基板；
第一电极与第一压电材料层层叠设置于所述基板一侧；
第二电极与第二压电材料层层叠设置于所述基板的另一侧；及
所述第一压电材料层设置一缺口用于涂布导电膜连接所述第一电极与第一压电材料层。
2.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述第二电极为输出电压至所述第二压电材料层之发送电极，所述第一电极为接收所述第一压电材料层输出之电压之接收电极。
3.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述导电膜的材质为银浆。
4.如权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，所述银浆中的导电微粒的直径大于0.01um且小于10um。
5.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述导电膜的厚度小于10um。
6.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述导电膜内导电微粒的内聚力大于压电材料层的表面张力。
7.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述第一电极与第二电极的材质为单层透明导电材料。
8.如权利要求7所述的超声波传感器，其特征在于，所述单层透明导电材料由氧化铟锡、氧化锌、聚乙撑二氧噻吩、碳纳米管、银纳米线、石墨烯中的一种材料构成。
9.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述第一、第二压电材料层的材质为聚二氟亚乙烯。
10.一种超声波传感器的制造方法，包括：
提供一基板，在基板两侧贴合形成第一电极与第二电极；
在所述第一电极上涂布第一压电材料层，在所述第二电极上涂布第二压电材料层；
在所述第一压电材料层上定义一缺口；及
在所述缺口处涂布导电膜连接所述第一电极与第一压电材料层。
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