CN105264543B - 具有接合压电层的超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供关于一种用于检测超声波能的超声波传感器的系统、方法及设备。在一些实施中，所述超声波传感器包含压电接收器层，所述压电接收器层通过胶粘剂而接合到安置于衬底上的像素电路阵列，所述阵列中的每一像素电路包含至少一个薄膜晶体管TFT元件且具有电耦合到所述像素电路的像素输入电极。形成超声波传感器的方法包含将压电接收器层接合到TFT阵列。

Description

具有接合压电层的超声波传感器

对相关申请案的交叉参考

本发明根据35U.S.C.§119主张2013年6月3日申请的标题为“具有接合压电层的超声波传感器(ULTRASONIC SENSOR WITH BONDED PIEZOELECTRIC LAYER)”的美国临时专利申请案第61/830,615号及2014年6月2日申请的标题为“具有接合压电层的超声波传感器(ULTRASONIC SENSOR WITH BONDED PIEZOELECTRIC LAYER)”的美国申请案第14/293,841号的优先权。先前申请案的揭示内容被视为本发明的部分且以引用的方式并入本发明中以用于所有目的。

技术领域

本发明大体来说是关于超声波传感器，且更特定来说，是关于包含压电发射器及接收器的超声波传感器阵列。

背景技术

在超声波传感器系统中，超声波发射器可用以透过一或多个超音透射型媒体且朝向待检测的对象发送超声波。发射器可与经配置以检测超声波的自对象反射的部分的超声波传感器阵列操作地耦合。举例来说，在超声波指纹成像器中，可通过在极短时间间隔期间启动及停止发射器而产生超声波脉冲。在超声波脉冲遭遇的每一材料界面处，超声波脉冲的一部分可被反射。

举例来说，在超声波指纹成像器的内容脉络中，超声波可行进穿过可置放人的手指的压板，以获得指纹影像。在穿过压板之后，超声波的一些部分遭遇与压板接触的皮肤(例如，指纹脊线)，而超声波的其它部分遭遇空气(例如，指纹的邻近脊线之间的凹部)，且可能被以不同强度反射回朝向超声波传感器阵列。可处理与手指相关联的经反射信号且将其转换成表示经反射信号的信号强度的数字值。当在分布区域内收集这些经反射信号时，可使用这些信号的数字值(例如)通过将数字值转换成影像借此产生指纹的影像来产生分布区域上的信号强度的图形显示。因此，超声波传感器系统可用作指纹成像器其它。

附图说明

本说明书中所描述的目标物的一或多个实施的细节阐述于随附图式及以下描述中。其它特征、方面及优势将自所述描述、所述图式及权利要求书变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。各图式中的相似参考数字及名称指示相似组件。

图1A至1C展示超声波传感器系统的示意图的实例。

图2展示超声波传感器系统的分解图的实例。

图3A展示用于超声波传感器的像素的4×4像素阵列的实例。

图3B展示超声波传感器系统的高阶框图的实例。

图4展示包含接合压电接收器层的超声波传感器系统的示意图的实例。

图5及6为说明用于超声波传感器的制造过程的流程图的实例。

图7A及7B展示具有及不具有安置于超声波接收器与压板之间的间隔件层的超声波接收器的实例。

图8A至8D展示超声波传感器的超声波发射器及超声波接收器的布置的实例。

图9A至9C展示包含背侧保护罩盖的超声波传感器的实例。

图10A至10C展示发射器及接收器电极的电连接的实例。

图11A及11B展示柔性印刷电路的电极与超声波传感器的压电层直接电通信的实施的实例。

图12A至12C展示同一压电层用于呈包覆配置的接收器及发射器两者的超声波传感器的实例。

图13A展示经配置以包覆薄膜晶体管衬底的柔性印刷电路的示意性说明的实例。

图13B至13G展示用于将柔性印刷电路附接到薄膜晶体管传感器阵列的过程的各种阶段的示意性说明的实例。

具体实施方式

以下描述是关于用于描述本发明的创新方面的目的的某些实施。然而，所属领域的一般技术者将易于认识到，可以多种不同方式来应用本文的教示。所描述实施可在包含超声波感测系统的任何装置、设备或系统中加以实施。另外，预期所描述实施可包含于多种电子装置中或与多种电子装置相关联，所述电子装置例如(但不限于)：移动电话、具备多媒体因特网功能的蜂巢式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持型或携带型计算机、迷你笔记型计算机、笔记型计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真机、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、摄影机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、摄录像机、游戏控制面板、腕表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、移动健康装置、计算机监视器、汽车显示器(包含里程计显示器及速度计显示器等)、驾驶舱控制件及/或显示器、摄影机景观显示器(例如，车辆中的后视摄影机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标识、投影仪、建筑结构、微波装置、冰箱、立体声系统、卡式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、携带型内存芯片、洗涤器、干燥器、洗涤器/干燥器、停车定时器、封装(例如，在包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中的封装)、美观结构(例如，关于一件珠宝或衣服的影像显示)及多种EMS装置。本文的教示也可用于例如(但不限于)以下各者的应用中：电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速度计、回转仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子设备的惯性组件、消费型电子产品的零件、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造过程及电子测试装备。因此，所述教示不意欲限于仅在诸图中描绘的实施，而实情为，具有如所属领域的一般技术者将易于显而易见的广泛适用性。

本文所描述的一些实施是关于超声波传感器，其包含通过胶粘剂而接合到薄膜晶体管(TFT)阵列的压电接收器层。一些实施是关于用于形成超声波传感器的过程，包含将压电接收器层接合到TFT阵列。本文所描述的实施的优势包含可通过标准TFT阵列实施的超声波传感器。本文所描述的实施允许在不对TFT处理进行特殊修改的情况下接合压电接收器层。

图1A至1C展示超声波传感器系统的示意图的实例。如图1A所示，超声波传感器系统10包含处于压板40的下的超声波发射器20及超声波接收器30。超声波发射器20可为可产生超声波21(参见图1B)的压电发射器。超声波接收器30包含安置于衬底上的压电材料及像素电路阵列。在操作中，超声波发射器20产生穿过超声波接收器30行进至压板40的曝露表面42的超声波21。在压板40的曝露表面42处，超声波能可能被与压板40接触的对象25(例如，指纹脊线28的皮肤)发射、吸收或分散，或被反射回。在空气接触压板40的曝露表面42的那些位置(例如，指纹脊线28之间的凹部27)中，大部分超声波21将被反射回朝向超声波接收器30以用于进行检测(参见图1C)。控制电子设备50可耦合到超声波发射器20及超声波接收器30且可供应使得超声波发射器20产生一或多个超声波21的计时信号。控制电子设备50接着可自超声波接收器30接收指示经反射超声波能23的信号。控制电子设备50可使用自超声波接收器30接收的输出信号来建构对象25的数字影像。

图2展示超声波传感器系统10的分解图的实例，超声波传感器系统10包含处于压板40的下的超声波发射器20及超声波接收器30。超声波发射器20可为包含实质上平面压电发射器层22的平面波产生器。可通过以下操作产生超声波：取决于所施加的信号，向压电层施加电压以扩展或收缩所述层，借此产生平面波。可经由第一发射器电极24及第二发射器电极26将电压施加至压电发射器层22。以此方式，可通过扩展或收缩压电发射器层22而产生超声波。此超声波可朝向手指(或其它待检测对象)行进，穿过压板40。所述波的未被待检测对象吸收或发射的部分可被反射以便穿过压板40而传回且由超声波接收器30接收。第一发射器电极24及第二发射器电极26可为金属化或以其它方式导电电极，例如涂布压电发射器层22的对置侧的金属层。

超声波接收器30可包含安置于也被称作背板的衬底34上的像素电路32的阵列，及定位于或以其它方式耦合到底层像素电路32的压电接收器层36。在一些实施方案中，每一像素电路32可包含一或多个薄膜晶体管且，在一些实施方案中，包含一或多个额外电路组件，例如二极管、电容器及其类似者。每一像素电路32可经配置以将由接近像素电路的压电接收器层36产生的电荷转换成电信号。每一像素电路32可包含将压电接收器层36电耦合到像素电路32的像素输入电极38。在所说明的实施中，接收器偏置电极39安置于压电接收器层36的相对像素电路32的一侧上。接收器偏置电极39可接地或经加偏置以控制将哪些信号传递至TFT阵列。接收器偏置电极可包含(例如)一或多层铝、铝合金、铜、铜合金、铜及镍、金、铂及金、铬及金、铬及铝、铬及铜、铬铜及金、银、铟锡氧化物(ITO)或其它导电氧化物、银及聚氨酯聚合物或其它合适导电材料。通过压电接收器层36将自压板40的曝露(顶)表面反射的超声波能转换成局部电荷。通过像素输入电极38可收集这些局部电荷且将其传递至底层像素电路32。通过像素电路32可放大所述电荷且来自像素电路的输出信号可被发送至用于信号处理的传感器控制器或其它电路。图3A中展示实例像素电路32的简化示意图，然而，所属领域的一般技术者将了解，可预期对简化示意图中所示的实例像素电路32的许多变化及修改。

控制电子设备50可与第一发射器电极24及第二发射器电极26电连接，以及与接收器偏置电极39及TFT衬底34上的像素电路32电连接。控制电子设备50可实质上如先前关于图1A至1C所论述般操作。

压板40可为可在声学上耦合到接收器的任何适当材料，其中实例包含塑料、陶瓷、蓝宝石、复合材料、金属及金属合金、金属填充式聚合物、聚碳酸酯及玻璃。在一些实施方案中，压板40可为盖板，例如用于显示器的防护玻璃罩或防护镜片。在一些实施方案中，压板40可为例如铝、铝合金、铬-钼、不锈钢的金属或金属填充式聚合物。在需要时可经由(例如)1mm或1mm以上的相对较厚的压板执行检测及成像。在一些实施方案中，用于电子装置的壳体或外壳可充当压板。在一些实施方案中，移动装置罩壳的背部、侧面或前面可充当压板，这是由于本文中所描述的超声波传感器可直接经由罩壳壁成像指纹或采集生物计量信息。在一些实施方案中，例如聚氨脂薄层、丙烯酸、聚对二甲苯的涂层或类金刚石涂层(DLC)可充当压板。

可根据各种实施使用的压电材料的实例包含压电聚合物，其具有适当声学性质，例如介于约2.5兆瑞利(MRayl)与5兆瑞利之间的声阻抗。可使用的压电材料的特定实例包含铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的实例包含60:40(莫耳百分比)的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE及90:10的PVDR-TrFE。可使用的压电材料的其它实例包含铁氟能及其它PTFE聚合物、聚二氯亚乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物及溴化二异丙胺(DIPAB)。

压电发射器层22及压电接收器层36中的每一者的厚度可经选择以便适合于产生及接收超声波。在一实例中，PVDF压电发射器层22约为28μm厚，且PVDF-TrFE接收器层36约为12μm厚。超声波的实例频率的范围为5MHz至30MHz，及波长约为四分的一毫米或更小。

图1A至1C及2展示超声波传感器系统中的超声波发射器及超声波接收器的实例布置及其它可能布置。举例来说，在一些实施方案中，超声波传感器系统可包含声波延迟层。举例来说，可将声波延迟层并入至超声波传感器系统10中介于超声波发射器20与超声波接收器30之间。声波延迟层可用以调整超声波脉冲计时，且同时使超声波接收器30与超声波发射器20电绝缘。延迟层可具有实质上均匀厚度，其中用于延迟层的材料及/或延迟层的厚度经选择以在经反射超声波能到达超声波接收器30的时间内提供所要延迟。在进行此操作中，在自超声波传感器系统10的其它部分反射的能量不太可能到达超声波接收器30时的时间范围期间，可使得由于被对象反射产生的载运关于对象的信息的能量脉冲在时间范围期间到达超声波接收器30。在一些实施方案中，TFT衬底34及/或压板40可充当声波延迟层。

图3A描绘用于超声波传感器的像素的4×4像素阵列。举例来说，每一像素可与压电传感器材料的局部区、峰值检测二极管及读出晶体管相关联；许多或全部这些组件可形成于背板上或背板中以形成像素电路。实际上，每一像素的压电传感器材料的局部区可将所接收的超声波能转换成电荷。峰值检测二极管可暂存由压电传感器材料的局部区检测的最大量的电荷。接着可(例如)经由行选择机制、栅极驱动器或移位寄存器扫描像素阵列的每一行，且可触发每一列的读出晶体管以允许通过额外电路(例如，多路复用器及A/D转换器)读取每一像素的峰值电荷的量值。像素电路可包含一或多个TFT以允许进行像素的门控、寻址及重设。

每一像素电路32可提供关于由超声波传感器系统10检测到的对象的一小部分的信息。虽然为了便于说明的目的，图3A中所示的实例具有相对较粗糙的分辨率，但本发明者已演示了具有约500像素每英寸或更高的分辨率的超声波传感器系统，所述超声波传感器系统经配置而具有实质上类似于图2中所示的所述结构的层状结构。可取决于预期检测对象而选择超声波传感器系统10的检测区域。举例来说，检测区域范围可自针对单一手指的5mm×5mm至针对四个手指的3英寸×3英寸。可在适当时针对对象使用更小及更大的区域。

图3B展示超声波传感器系统的高阶框图的实例。所示的许多组件可形成控制电子设备50的部分。传感器控制器可包含控制单元，其经配置以控制传感器系统的各种方面，例如，超声波发射器计时及激励波形、用于超声波接收器及像素电路的偏置电压、像素寻址、信号滤波及转换、读出讯框速率等。传感器控制器也可包含自超声波传感器电路像素阵列接收数据的数据处理器。数据处理器可将数字化数据转译成指纹的影像数据或将所述数据格式化以用于进一步处理。

举例来说，控制单元可以规则间隔将发射器(Tx)激励信号发送至Tx驱动器以使Tx驱动器激励超声波发射器并产生平面超声波。控制单元可经由接收器(Rx)偏置驱动器发送水平选择输入信号以对接收器偏置电极加偏置及允许通过像素电路对声学信号检测进行门控。多路分用器可用以开启及关闭使得特定行或列的传感器像素电路提供输出信号的栅极驱动器。来自像素的输出信号可经由电荷放大器、例如RC滤波器或抗混淆滤波器的滤波器及数字化器而发送至数据处理器。应注意，系统的数个部分可包含于TFT背板上，且其它部分可包含于相关联的集成电路中。

如上文所指示，本文所描述的一些实施是关于超声波接收器，其包含通过胶粘剂而接合到TFT阵列的压电接收器层。一些实施是关于用于形成超声波传感器的过程，包含将压电接收器层接合到TFT阵列。

如本文所使用，“接合”是指通过使用黏胶、胶着剂或其它胶粘剂将两个或两个以上实体对象紧固在一起，及“接合”至如此紧固的两个或两个以上实体对象。胶粘剂的实例包含一组分及两组分环氧树脂、氰基丙烯酸酯、硅酮、聚胺基甲酸酯、热塑物、弹性胶粘剂、热固性胶粘剂、UV固化胶粘剂、热固化胶粘剂、热熔胶粘剂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯、聚酰胺、接触型胶粘剂及压敏胶粘剂(PSA)。

本文中所描述的一些实施是关于超声波指纹成像器。如本文中所使用，术语“指纹”可指指纹或指印。

图4展示包含经接合压电接收器层36的超声波传感器系统10的示意图的实例。关于图4给出包含经接合压电层的超声波传感器系统的各种组件的简要描述，其中组件的细节及包含经接合压电层的超声波传感器系统的其它实例在下文关于图7A至13G进一步加以论述。超声波传感器系统10包含压板40、压电接收器层36、TFT衬底34及压电发射器层22，如上文参看图1及图2所论述。

可将压电发射器膜22的两侧金属化或以其它方式涂布有导电材料以形成可连接到第一发射器导线24b的第一发射器电极24a，及可连接到第二发射器导线26b的第二发射器电极26a。金属化压电发射器膜可通过胶粘剂68而接合到TFT衬底34。图4及图7A至12B中为了清楚起见放大胶粘剂68及例如胶粘剂62、胶粘剂64及胶粘剂66的其它胶粘剂层，且图中的其它相似层大体上未按比例绘制。

在图4的实例中，间隔件层80安置于压电接收器层36与压板40之间。间隔件层80可为超声波传感器系统10的各种组件(包含附接到柔性印刷电路(FPC)90的组件)提供间隙。柔性印刷电路也可被简单地称为“可挠件”。应理解，FPC 90可包含FPC 90内或FPC 90的一侧或两侧上的一或多个电极或电导体。如下文进一步论述，间隔件层80在一些实施方案中可能不存在。如果存在间隔件层80，则可经由胶粘剂62将间隔件层80接合到压板40及通过胶粘剂64将间隔件层80接合到压电接收器层36的金属化侧。

可将压电接收器层36的一侧金属化以形成可连接到接收器偏置电极导线39b的接收器偏置电极39a。根据各种实施，接收器偏置电极39a及接收器偏置电极导线39b可使用相同或不同材料。压电接收器层36的另一侧可通过胶粘剂66而接合到像素电路32。如上文关于图2所论述，每一像素电路32可包含像素输入电极。压电接收器层36可经由像素输入电极电耦合或以其它方式连接到像素电路32。在一些实施方案中，压电接收器层36经由胶粘剂66而电容性地耦合到像素电路32。在一些实施方案中，压电接收器层36经由(例如)各向异性导电或略微导电的胶粘剂66而电阻性地耦合到像素电路32。

TFT衬底34可为薄衬底，例如玻璃或塑料衬底，在所述衬底上制造像素电路32。在一些实施方案中，TFT衬底34可为硅、单晶硅或其它半导体材料，例如硅晶片或绝缘体上硅晶片。像素电路32及相关于TFT衬底34的其它电路可由衬底(例如，常规硅装置晶片)中制造的晶体管形成。如上文所论述，在图3A中展示像素电路32的实例。除像素电路32之外，TFT衬底可具有在其上制造的额外组件，例如一或多个导电接合衬垫33。在一些实施方案中，可安置保护性背侧罩盖60以保护其内例如压电发射器层22的组件免受机械或环境损坏。保护性罩盖60可为罩盖60内的组件提供保护以免受电磁干扰(EMI)影响或为罩盖60外的装置提供保护以免受由罩盖内的组件产生的EMI影响。

FPC 90上可安装有一或多个被动或主动组件。第一发射器导线24b、第二发射器导线26b及接收器偏置电极导线39b可经配置以经由FPC 90与这些组件中的一或多者电通信。举例来说，柔性板上芯片(COF)附接的特殊应用集成电路(ASIC)92可安置于FPC 90的一侧或另一侧上。例如电容器、电阻器及电感器的一或多个离散装置可包含于FPC 90的一或两侧上(未图示)。超声波传感器系统10可进一步经配置以经由FPC 90连接到印刷电路板(PCB)或其它整合衬底。在一些实施方案中，一或多个加强件94可附接到FPC 90。用于导线的材料的实例包含导电墨水、铜膜及其它导体。在一些实施方案中，可使用线接合或编线。加强件材料的实例包含导电及绝热材料两者，例如铝、阳极化铝、不锈钢、例如FR4的印刷电路板材料、聚酰亚胺材料及热塑物。

图5为说明用于超声波传感器的制造过程的流程图的实例。在制造过程100的块102处，提供TFT衬底。TFT衬底可包含形成于其上的包含导电衬垫的像素电路，所述导电衬垫沉积于像素电路的输入端上以形成像素输入电极。如上文所指示，TFT衬底也可包含导电路由及接合衬垫以根据特定实施方案提供像素电路、超声波接收器、超声波发射器、柔性印刷电路或其它电组件之间的连接。标准TFT处理可用以形成TFT衬底。在一些实施方案中，TFT衬底可包含具有介于约300微米与700微米之间的厚度的硼硅酸盐玻璃。在一些实施方案中，可将玻璃薄化以减少传感器系统10的总厚度。在一些实施方案中，TFT衬底34可包含具有小于约300微米或小于约100微米的厚度的薄柔性玻璃或塑料层。TFT衬底材料的实例包含硼硅酸盐玻璃及柔性聚合衬底，包含：包含Neopulim^TM透明聚酰亚胺的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及聚萘二甲酸乙二酯(PEN)。

在过程100的框104处，提供压电接收器层。在一些实施方案中，可将压电接收器提供为具有单侧金属化的压电层形式。在框106处，提供压电发射器(Tx)。在一些实施方案中，可将压电发射器提供为具有单侧或双侧金属化的压电层。

用于接收器或发射器电极层的金属化的实例包含铝(Al)、铝合金、铜(Cu)、铜合金、镍-铜(NiCu)、金(Au)、铂-金(PtAu)、铬-金(CrAu)、铬-铝(CrAl)、铬-铜(CrCu)、具有铜及金的铬、银、ITO或其它导电氧化物及例如银系墨水的聚合物基质中的银(Ag)、银系环氧树脂或聚氨基甲酸酯(AgUr)。举例来说，一或多个接收器或发射器电极层可由沉积在具有大约0.1μm与0.5μm之间的厚度的铜或铜合金层的顶部上的大约15nm与50nm之间厚的镍或铬层形成。例如聚氨脂、丙烯酸、聚对二甲苯薄层的保护涂层或类金刚石涂层(DLC)可安置在金属化上以提供防刮擦及腐蚀性。

在一些实施方案中，可提供单一压电层用于呈包覆配置的接收器及发射器两者。这些实施的实例在下文关于图12A到13G加以论述。

可任选地根据特定实施方案执行框108及框110。在框108处，可提供间隔件层。实例性间隔件材料包含玻璃衬底(例如，硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃及Gorilla^TM玻璃)及例如聚碳酸酯的塑料衬底。间隔件层的实例厚度的范围可自约0.1mm至1mm或1mm以上。在框110处，可提供背侧保护性罩盖。背侧罩盖可为例如涂布有金属的塑料或镀锡钢的材料。实例厚度的范围可自约50μm至200μm或200μm以上。

在框112处，可提供一或多个FPC或其它电连接装置。如上文所指示，FPC可具有附接到所述FPC的一或多个电气及/或机械组件，例如ASIC、电阻器、电容器及机械加强件。

可在块114处组装上述组件以形成超声波传感器组件。根据各种实施的总成的实例在下文关于图6至13G进一步加以论述。接着可在接合到防护玻璃罩或其它压板之前，在块116处任选地校准及测试传感器组件。在一些实施方案中，例如聚氨脂层、丙烯酸涂层、聚对二甲苯或DLC的薄涂层可涂覆至压电接收器层的外表面以充当压板并提供防刮擦性及环境保护。

图6为说明用于超声波传感器的制造过程的流程图的另一实例。图6中的一或多个操作可作为上文所述方法100的块114的部分来执行。在过程120的块122处，通过胶粘剂将压电接收器层接合到TFT衬底。如下文进一步论述，胶粘剂可为相对较薄的，具有实质上均匀厚度。接合压电接收器层可包含任何适当接合过程，例如真空接合、热轧层压、冷轧层压、接触式接合、热压接合、冷压接合或其它胶粘剂接合过程。液体胶粘剂涂覆过程的实例包含施配、微量施配、网板印刷、丝印法、冲压、凹版印刷、槽缝式涂布、槽模涂布、喷涂、刷涂、浸渍、滚筒或反向滚筒涂覆、鼓刀涂覆、盘条涂覆及由喷墨或浸渍笔的涂覆。选择胶粘剂且执行接合以避免声学非均匀性，例如气泡或材料密度、声速及厚度的较大变化。能避免或降低细微空隙、条纹、局部分层、褶、水泡、残余物溶剂、嵌入粒子及材料不均匀性。胶粘剂的实例可包含PSA及环氧树脂。在一些实施方案中，可使用基于溶剂的胶粘剂，其中溶剂在接触于接合表面之间之前大致显露。接合过程可包含层压、安装或配合。

在一些实施方案中，胶粘剂在其厚度上为导电的，但在侧向上为电阻性的。这些胶粘剂的实例包含各向异性导电膜(ACF)。在一些实施方案中，可使用薄但具有适度电阻性的胶粘剂，例如(3-胺基丙基)三乙氧硅烷(APTES)。使用此胶粘剂可减少或消除压电接收器层与TFT像素电路之间的电容性耦合。大体来说，压电接收器层至TFT衬底的胶粘剂接合经选择以在侧向上为高度电阻性的，以便避免邻近像素电路之间的电短路及以便维持TFT像素的寻址能力。举例来说，胶粘剂可具有大于约1MΩ-cm的体或体积电阻率。在一些实施方案中，可使用1E12Ω-cm或更高的电阻率。

导电透明胶粘剂可由多官能黏合促进剂的调配物制成，所述黏合促进剂经选择以使得官能基化学品适合于一对给定接合表面。在这些实施中用作导电透明胶粘剂的合适材料的一实例为APTES，但也可使用其它材料。APTES在标准温度及压力(STP)下为液体，且可以约1至50体积％APTES的比率溶解于水或丙酮中。在一些实施方案中，比率可为约4体积％APTES，但也可使用大于或小于4％的比率。可经由任何合适过程将APTES层涂覆至表面，所述过程包含浸涂、旋涂、喷涂或其它施配法。在一些实施方案中，可使用蒸气或真空沉积方法。在涂覆APTES之前，可清洗并活化表面以改进接合，例如氧等离子体或紫外线臭氧(UVO)曝露。可通过施加压力将邻近表面接合到彼此，且可经由在接合过程期间施加热而加速接合过程。举例来说，可使用例如热压、热轧层压或烘箱内的夹持的方法提供压力及热两者。在一些实施方案中，在约80℃的温度下施加压力历时两个小时或更长提供充足黏着强度，而在室温(约25℃)下可能需要至少24小时。应注意，根据各种实施，可在不修改标准TFT处理的情况下执行块122。举例来说，可在不使像素电路短路或不以其它方式损坏像素电路的情况下执行接合。

在块124处，任选地将间隔件层接合到压电接收器。参看图4，举例来说，间隔件层80可充当支座，其确保接收器偏置电极导线39b及FPC 90不会干扰将TFT衬底34与压电接收器层36安装于压板40上。间隔件层80也可充当改进传感器性能的声波延迟层。下文进一步描述的图7A及7B展示具有间隔件层及不具有间隔件层的实施的实例。如果使用间隔件层，则可通过胶粘剂接合间隔件层。如下文进一步论述，胶粘剂可相对较薄，具有均匀厚度，且以避免声学非均匀性(例如，气泡或材料密度或声速的较大变化)的方式执行接合。胶粘剂的实例可包含压敏胶粘剂、环氧树脂及如上文所描述的其它合适胶粘剂。

在块126处，任选地将FPC接合到TFT衬底。FPC上的一或多个电极可通过例如ACF的导电胶粘剂而连接到TFT衬底上的一或多个导电衬垫。在下文关于图12A至13G进一步论述的一些实施中，可将FPC接合到压电接收器及压电发射器中的一者或两者。为减少通过ACF接合FPC 90时过热及去极化压电接收器层36的可能，例如帕尔贴冷却器、冷藏块冷却器或合适较大散热片的冷却设备可热耦合到压电接收器层36(尤其经由TFT像素电路32)。在施加热以通过ACF接合FPC 90至TFT衬底34时，可冷却压电接收器层36(及如果已附接则可能为压电发射器)并将其保留于低于压电材料的居里温度的温度。

一或多个FPC可接合到超声波传感器组合件，例如用于压电发射器的FPC、用于压电接收器的FPC、用于TFT衬底上的数据及控制线的一或多个FPC及其组合(例如，用于传送数据及控制信号的数据可挠件及用于传送功率到压电发射器及接收器的功率可挠件)。FPC可含有用于供应功率到压电发射器或接收器的更宽迹线以最小化沿着迹线的欧姆损耗。FPC可具有在FPC的一或两端处连接到或与电连接器配合的迹线及衬垫。一个以上连接器可包含于任一端处。FPC可具有可用于携带电信号的一或多层金属，例如在顶侧、底侧及可挠件内部上。FPC可具有允许一或多层FPC之间的电连接的导通体。FPC可具有多个导通体以通过并联连接不同层上的迹线进一步减少到压电接收器或发射器的欧姆损耗。FPC可含有槽或切口区(例如，分裂可挠件)以允许可挠件的一个部分附接到传感器组件的上部表面且另一部分附接到传感器组件的下部表面，以便附接到TFT衬底的顶侧上的压电接收器层及TFT衬底的底侧上的压电发射器。FPC可含有槽或切口区以允许可挠件的一部分在可挠件的一端处连接到第一连接件且另一部分在同一端处连接到第二连接件(例如)以允许与外部印刷电路板的电连接。FPC可包括用于附接一或多个集成电路、电容器、电阻器、电感器或其它有源或无源组件的衬垫。在一些实施方案中，可挠件的部分可包覆、合拢、滚卷或以其它方式弯曲以容纳到超声波传感器组件的连接。

在块128处，电连接接收器偏置电极。根据各种实施，接收器偏置电极可直接连接到FPC或连接到TFT衬底上的导电衬垫以用于连接到FPC。在后一实施中，可在块126之前执行块128。连接接收器偏置电极的材料的实例包含导电墨水、导电环氧树脂、墨水喷射式金属及导电胶粘剂。在一些实施方案中，FPC可结合TFT像素电路上覆TFT基或底衬于TFT衬底下，且可通过热压接合及/或通过使用例如ACF的单独胶粘剂而附接到接收器偏置电极。在一些实施方案中，FPC可上覆TFT衬底或底衬于TFT衬底下，且可通过热压接合及/或通过使用单独胶粘剂而直接附接到压电接收器层。在图11A中展示此实施的实例。在一些实施方案中，在此附接期间的温度可小于85℃。接收器连接的额外实例在下文关于图10A至10C进一步加以论述。

在块130处，接合压电发射器。在一些实施方案中，将压电发射器接合到TFT衬底的背侧(也即，其上不存在像素电路的侧)，例如，如图4中所描绘。在下文关于图8C及8D进一步论述的一些实施中，将压电发射器接合到压电接收器。可使用如上文关于块122及124论述的胶粘剂。

在块132处，电连接发射器电极。发射器电极可直接连接到FPC或连接到TFT衬底上的导电接合衬垫。材料的实例包含导电墨水、导电环氧树脂、导电胶粘剂及焊料。在一些实施，FPC可结合TFT像素电路底衬于TFT衬底下或上覆TFT衬底，且通过确保FPC与发射器电极之间的良好电传导的导电胶粘剂或其它接合法而附接到发射器电极。在一些实施方案中，FPC可结合TFT像素电路上覆TFT衬底或底衬于TFT衬底下，且可通过热压接合及/或通过使用单独胶粘剂而直接附接到压电发射器层。在一些实施方案中，在此附接期间的温度可小于85℃。发射器连接的这些及其它实例在下文关于图10A至10C及11B进一步加以论述。

在块134处，任选地将背侧罩盖接合到TFT衬底。如下文关于图9A及9B进一步论述，在一些实施方案中，背侧罩盖经设定大小以使得在发射器与背侧罩盖之间存在气隙。在一些实施方案中，背侧罩盖机械接触或接合到发射器或其它传感器组件。在一些实施方案中，传感器组件的部分可被封罐以形成保护性罩盖，或可围绕传感器组件的部分模制罩盖。在此阶段，可视需要测试超声波传感器且将其接合到防护玻璃罩或其它压板。

虽然图5及6提供用于制造超声波传感器的过程的实例，但应了解，可以不同于所展示的特定次序的次序执行操作，且在一些实施方案中，可并行地执行各种操作。举例来说，在一些实施方案中，来自单一TFT衬底的单一超声波传感器可经由组装序列中的所有步骤组装为单一超声波传感器。替代性地，TFT衬底条带(1×n)或阵列(m×n)可在制造过程100或过程120的一或多个步骤中组装有适当经大小设定及按比例调整的压电发射器、压电接收器层、间隔件、保护性罩盖、胶粘剂及/或其它传感器组件。在附接超声波传感器组件的后续组件之前，TFT衬底的条带、薄片、面板或子面板可在制造过程中的各种步骤处被切块、划线或以其它方式分离。例如施配、固化及其它组装过程序列的步骤可依序、并行或准连续地(例如，以输送机皮带方式)进行。举例来说，用于ACF或导电环氧树脂的固化步骤可在用于热固化胶粘剂层的固化步骤的同时及同温度处发生。在接合或层压之前可立即移除的衬垫可包含于PSA顶部上以保护PSA面于灰尘及其它粒子。在一些实施方案中，卷对卷、卷对玻璃薄片、取放或带盘式处理可用于一或多个组装步骤。举例来说，个别压电接收器层或发射器可取放至TFT衬底上或反过来，或m×n接收器的薄片可被拾取或卷轴层压至m×n TFT衬底的玻璃薄片上。另外，可在不脱离本发明的范围的情况下实施对所示过程的修改。举例来说，自下文图7A至13G的实例将理解，可将未加以描绘的各种其它操作并入于示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明的操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一或多个额外操作。类似地，在一些实施方案中，可能不执行所有所说明的操作。也应理解，可包含其它组件及/或在下文示意图中省略某些所说明的组件。

图7A至13G展示超声波传感器的各种组件的示意图的实例。这些图中的实例提供额外细节及对上文关于图4所描述的超声波传感器的替代实施。图7A及7B展示具有及不具有安置于超声波接收器与压板之间的间隔件层的超声波接收器的实例。在图7A及7B中，压电接收器层36经展示为通过胶粘剂66而接合到TFT衬底34。尽管像素电路32展示为TFT衬底34与压电接收器层36之间的中间层，但胶粘剂66可接触像素电路32的像素输入电极，以及像素电路32之间的区域中的TFT衬底34的表面。图7A及7B中也展示：FPC 90，其具有附接到其的ASIC 92及加强件94且通过接合到TFT阵列导电接合衬垫33d的ACF 96而电连接到像素电路32；及接收器偏置电极39a，其通过接收器偏置电极导线39b而连接到接收器导电接合衬垫33c，接收器偏置电极导线39b可为(例如)金属导线、接合导线、金属迹线或例如银系环氧树脂或银系墨水的导电胶粘剂材料。接收器偏置电极39a与接收器导电接合衬垫33d之间的连接可以若干方式中的一者形成，例如施配、冲压、通过蔽荫遮罩的金属蒸发、溅镀及光微影遮蔽或墨水喷射。其它导电导线、迹线及导通体可以类似方式形成。图7A包含间隔件层80，其通过胶粘剂64而接合到接收器偏置电极39a且通过胶粘剂62而接合到压板40。在图7B中，不存在间隔件层，其中接收器偏置电极39a通过胶粘剂64直接接合到压板40。胶粘剂的实例在下文进一步加以描述。间隔件层厚度的实例的范围是自约0.1mm至约0.5mm；胶粘剂厚度的实例的范围是自约0.001mm至约0.25mm。在不使用间隔件层的实施中，胶粘剂64的厚度可处于此范围的高端以为附接到FPC 90的组件提供空间。

在图7A及7B的实例中，超声波发射器(未描绘)可低于TFT衬底34，如上文关于图4所描述。图7A及7B中所展示的布置的各种方面也可实施有定位于TFT衬底34与压板40之间的超声波发射器，包含使用安置于超声波发射器与压板40之间的间隔件层80。

如上文所指示，可使用超声波发射器及接收器的各种置放。图8A至8D展示超声波传感器的超声波发射器及超声波接收器的布置的实例。诸图经定向以使得压板或防护玻璃罩将定位于每一堆栈上方。在例如图8D中所展示的一些实施中，TFT衬底34可充当压板。在图8A中，包含压电接收器层36、接收器偏置电极39a及像素电路32的超声波接收器定位于TFT衬底34上方，且包含压电发射器层22及第一发射器电极24a及第二发射器电极26a的超声波发射器定位于TFT衬底34下方。在图8B中，包含压电发射器层22及第一发射器电极24a及第二发射器电极26a的超声波发射器定位于TFT衬底34上方，且包含压电接收器层36、接收器偏置电极39a及像素电路32的超声波接收器定位于TFT衬底34下方。

图8C展示超声波发射器及超声波接收器两者处于TFT衬底34上方的实施的实例。在图8C的实例中，包含压电发射器层22及第一发射器电极24a及第二发射器电极26a的超声波发射器定位于超声波接收器上方，其中超声波发射器接合到超声波接收器的接收器偏置电极39a。超声波接收器接合到TFT衬底34，其中压电接收器层36电耦合到像素电路32。

图8D展示超声波发射器及超声波接收器两者定位于TFT衬底34下方的实施的实例。在图8D的实例中，包含压电发射器层22及第一发射器电极24a及第二发射器电极26a的超声波发射器定位于超声波接收器下方，其中超声波发射器接合到超声波接收器的接收器偏置电极39a。超声波接收器接合到TFT衬底34，其中压电接收器层36电耦合到像素电路32。在一些实施方案中，TFT衬底34相对像素电路32的侧可充当压板，且可任选地包含一或多个涂层。在一些实施方案中TFT衬底34相对像素电路32的侧可附接到例如防护玻璃罩的单独压板或移动装置罩壳的壁。

应注意，在图8A及8B的实例中，超声波发射器通过胶粘剂68而接合到TFT衬底34，且超声波发射器的第一发射器电极24a接合到TFT衬底34。在图8C及8D的实例中，超声波发射器通过胶粘剂69而接合到超声波接收器，且第一发射器电极24a接合到接收器偏置电极39a。胶粘剂68及69的实例包含压敏胶粘剂、环氧树脂及如上文所描述的其它胶粘剂。在图8A至8D的实例中，压电接收器层36可通过如上文所述的胶粘剂66而接合到TFT衬底34。

如上文关于图6的块134所指示，可任选地将背侧罩盖接合到TFT衬底。图9A及9B展示包含背侧罩盖60的超声波传感器的实例。背侧罩盖60可包含足以减少电磁干扰(EMI)及改进声学性能的金属、金属涂层或导电材料。背侧罩盖60的实例厚度的范围是自约50μm至约500μm。在图9A的实例中，背侧罩盖60与超声波发射器分开气隙61。在一些实施方案中，气隙可为约25μm至100μm厚。气隙可提供机械隔离以防止组装期间的可能损坏及防止发射器电极26a的偶然短路。声学上，气隙允许发射器更有效地操作，此是因为在朝向背侧罩盖的向后方向上自发射器发射的声能大部分被反射回朝向压板或防护玻璃罩。压电接收器层36可在TFT衬底34上相对压电发射器层22附接到TFT像素电路32(未图示)。

在图9B的实例中，背侧罩盖60通过胶粘剂层71直接接合到第二发射器电极26a。背侧罩盖60也可通过胶粘剂层65而接合到TFT衬底34。可用以接合背侧罩盖的胶粘剂的实例包含具有黏结强度以提供到TFT衬底34的牢固可靠黏合的压敏胶粘剂及环氧树脂。虽然图9A及图9B的实例中的背侧罩盖围封超声波发射器且附接到TFT衬底34的背部，但在接收器处于底部的实施(例如，例如图8B及8D中所示的那些实施)中，背侧罩盖可围封超声波接收器且附接到TFT像素电路所位于的TFT衬底34的侧面。应注意，第一发射器导线24b及第二发射器导线26b可穿过或在胶粘剂层65的下路由，或穿过穿背侧罩盖60的电绝缘通道而路由。在一些实施方案中，可将声学背衬层(未图示)涂覆至发射器的外侧或定位于发射器与背侧罩盖60之间。背衬层可(例如)由声学上吸收性材料制成，以自发射器的背侧吸收经发射超声波能及避免返回朝向压板或防护玻璃罩的不当反射。替代性地，背衬层可包含开孔或闭孔发泡体或发泡体胶粘剂，从而相对于压电发射器展现相对较小声学阻抗以便避免声能到背衬层的不当损耗。如在图9A中，压电接收器层36可在TFT衬底34上相对压电发射器层22附接到TFT像素电路32(未图示)。

图9C展示背侧罩盖60形成紧密地包覆TFT衬底34的框架的实例。背侧罩盖60可为包含用以支撑TFT衬底34的支撑部分60A的模制组件。支撑部分60A可为或包含到背侧罩盖60的胶粘剂。来自底层发射器及/或接收器的一或多个导线37(未图示)可在背侧罩盖60与TFT衬底34之间路由至FPC 90。在一些实施方案中，一或多个导线37可集成到背侧罩盖60。举例来说，背侧罩盖60可在罩盖的一或两侧上经金属化(例如，通过铜胶带、金属箔或金属涂层)。FPC 90可延伸通过背侧罩盖以进一步经由玻璃上可挠件(FOG)衬垫35(其可包含ACF)连接以电耦合到发射器及/或接收器。以此方式，发射器及/或接收器可连接到安置于FPC 90上的COF附接式ASIC 92。图9C中也描绘FPC 90上的加强件94。

第一及第二发射器电极及接收器偏置电极可以各种方式电连接。如上文所论述，在一些实施方案中，可使用线接合、导电胶粘剂及导电墨水。图10A至10C展示发射器及接收器电极的电连接的其它实例。在图10A至10C中，压电接收器层36金属化有经由胶粘剂66接合到TFT衬底34且电耦合到TFT衬底34上的TFT像素电路32的接收器偏置电极39a，如上文所描述。包含金属化压电发射器层22的超声波发射器由胶粘剂68接合到TFT衬底34的相对侧，如上文也描述。如下文中进一步描述，接收器及发射器电极两者电连接于TFT衬底34的前(接收器)侧处。

首先转向图10A，金属化压电发射器层22包覆TFT衬底34以连接到所述衬底的前表面。TFT衬底34包含第一发射器接合衬垫33a及第二发射器接合衬垫33b以用于将电极连接到TFT衬底34上的导电布线(未图示)。导电布线经由FOG衬垫35及上覆FOG衬垫35的ACF 96提供到FPC 90的电连接。第一发射器电极24a接触上覆第一发射器接合衬垫33a的ACF 96。导电导通体81可延伸穿过压电发射器层22以将第二发射器电极26a电连接到ACF 96，ACF96也上覆第二发射器接合衬垫33b。根据各种实施方案，可对导电导通体81填充导电材料或导电导通体可具有涂布有导电材料的侧壁。接收器偏置电极导线39b可为导电胶粘剂材料，例如银系环氧树脂或银系墨水，例如，所述材料可经施配、经丝网印刷或经喷墨印刷以将接收器偏置电极39a连接到接收器接合衬垫33c。虽然在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b可包含自形成与压电接收器层36的分离(如图所示)的接收器偏置电极39a延伸的一或多个导线或迹线，但在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b的一部分可横越或沿着接收器偏置电极39a的一侧及/或沿着压电接收器层36的一侧流动(未图示)。在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b可连接到接收器偏置电极39a的侧的一部分，其中极少接收器偏置电极导线39b或无一者延伸通过接收器偏置电极39a的顶表面。在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b可包含或由以类似于上文所描述的导电导通体81的方式穿过压电接收器层36的填充、部分填充或未填充的导通体组成。导电导通体81可为圆形、正方形、矩形或其它合适形状。在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b可形成于压电接收器层36中的侧上或形成为通过其中的一或多个缝隙、槽、孔、部分孔或切口。在一些实施方案中，压电接收器层36上方或下方的导电迹线的一部分可延伸超出层36并连接到TFT衬底34或FPC90。在一些实施方案中，FPC 90的顶部或底部上的导电迹线的一部分可在具有或不具有TFT衬底34上的底层迹线或接合衬垫的情况下使用导电环氧树脂、银系聚氨脂墨水或其它导电材料连接到接收器偏置电极层39a。导电环氧树脂或其它合适导电材料可用于将压电接收器层36上的图案或迹线连接到TFT衬底34上的底层迹线或衬垫。TFT衬底34上的导电路由可经由FOG衬垫35及上覆FOG衬垫35的ACF 96将接收器接合衬垫33c连接到FPC 90。以此方式，发射器及/或接收器可连接到安置于FPC 90上的COF附接式ASIC 92。图10A中也描绘FPC 90上的加强件94。在一些实施方案中，接收器偏置电极导线39b可流动于接收器偏置电极导线39b与FPC 90中的迹线及/或导通体之间，由TFT衬底34上的电迹线及/或衬垫增强。替代性地，接收器偏置电极导线39b可流动以将接收器偏置电极39a直接连接到FPC 90中的电迹线及/或导通体，借此简化电路并避开对接收器接合衬垫33c的需要。虽然发射器接合衬垫33a及33b以及接收器接合衬垫33c在图10A中展示为TFT衬底34上的相对FOG衬垫35，但应理解一或多个发射器或接收器接合衬垫33a到33c可定位于TFT衬底34上的别处，例如靠近FPC90。应注意，所描述用于制造到接收器偏置电极39a的电连接的技术也可用于到此处及别处的发射器电极24a及/或26a的连接。

在图10B的实例中，金属化压电发射器层22包覆TFT衬底34以连接到所述衬底的前表面。第一发射器电极24a接触上覆第一发射器接合衬垫33a的ACF 96，如在图10A中。第二发射器电极26a可通过例如银系环氧树脂或银系墨水的导电胶粘剂83而连接到第二发射器接合衬垫33b。举例来说，导电胶粘剂83可经施配或经喷墨印刷。

在图10C的实例中，可通过ACF 96进行自发射器及接收器接合衬垫33a、33b及33c的所有连接，其中第二发射器电极26a经由如在图10A中的导电导通体81连接到ACF 96。

如上文所指示，在一些实施方案中，FPC可上覆超声波发射器或接收器或底衬于超声波发射器或接收器下。在这些实施中，FPC的电极可与压电层的金属化电极或与压电层本身直接电通信。图11A及11B展示其中柔性印刷电路的电极与超声波传感器的压电层直接电通信的实施方案的实例。应注意，在一些实施方案中，FPC中的电极可通过薄绝缘层与压电层分开。举例来说，FPC中的电极与压电层之间的0.1μm到20μm的绝缘层将准许电极与压电层两者之间的电通信。

图11A展示上覆压电接收器层36的FPC 90，所述接收器层经由胶粘剂66接合到TFT衬底34并电耦合到TFT像素电路32。应注意，不同于先前诸图中所示的实施方案，压电接收器层36未经金属化。FPC 90通过胶粘剂73而接合到压板40。在一些实施方案中，FPC 90可上覆压电接收器层36且可通过热压接合及/或通过使用单独胶粘剂而附接到压电接收器层36。在一些实施方案中，在此附接期间的温度可小于85℃。FPC 90可通过ACF 96或其它适当导电材料连接到TFT衬底34上的导电接合衬垫33。以此方式，可进行自超声波发射器及/或其它传感器组件到FPC 90的连接，如上文所述。以此方式，可进行到安置于FPC 90上的COF附接式ASIC 92的连接。图11A中也描绘FPC 90上的加强件94。在一些实施方案中，超声波发射器20(未图示)可在相对TFT像素电路32的一侧上附接到TFT衬底34。

在图11B的实例中，FPC 90直接附接到压电发射器层22。在一些实施方案中，FPC90通过热压接合及/或通过使用单独胶粘剂而附接到压电发射器层22。在一些实施方案中，在此附接期间的温度可小于85℃。压电发射器层22在具有第一发射器电极24a的一侧上经金属化，第一发射器电极24a可经由导电导通体81连接到FPC 90并由胶粘剂68接合到TFT衬底34。在一些实施方案中，超声波发射器的第二发射器电极(未图示)为FPC 90内或FPC 90上的电极。在图11B的实例的一些实施中，可使用两个FPC，一FPC接合到压电发射器层22(如图所示)，且另一FPC接合到TFT衬底或压电接收器层(如上文所描述)。在一些实施方案中，压电接收器层36可在TFT衬底34上相对压电发射器层22附接到TFT像素电路32(未图示)。

在一些实施方案中，压电层可包覆TFT衬底以形成压电发射器层22及压电接收器层36两者。图12A至12C展示同一压电层用于呈包覆配置的接收器及发射器两者的超声波传感器的实例。

图12A展示TFT衬底34经定向以使得具有TFT像素电路32的其顶部表面经配置以面向上覆压板(未图示)的此实例。压电发射器层22及压电接收器层36是由单一压电层形成，其中压电接收器层36处于TFT衬底34上方且压电发射器层22处于TFT衬底34下方。如上文所描述，压电接收器层36电耦合到TFT像素电路32且由胶粘剂66接合到TFT衬底34。压电发射器层22经金属化并由胶粘剂68接合到TFT衬底34。

ACF 96上覆TFT衬底34上的第一发射器接合衬垫33a及第二发射器接合衬垫33b及接收器接合衬垫33c以电连接到第一发射器电极24a及第二发射器电极26a及接收器偏置电极39a。导电导通体81可将第二发射器电极26a及接收器偏置电极39a连接到ACF。TFT衬底34上的导电路由可经由FOG衬垫35及上覆FOG衬垫35的ACF 96连接接合衬垫33a、33b及33c至FPC 90上的ASIC 92。

图12B展示TFT衬底经定向以使得TFT像素电路32及压电接收器层36处于TFT衬底34下方且压电发射器层22处于TFT衬底34上方的实例。ACF 96上覆TFT衬底34上的第一发射器接合衬垫33a及第二发射器接合衬垫33b及接收器接合衬垫33c以电连接到第一发射器电极24a及第二发射器电极26a及接收器偏置电极39a。导电导通体81可将第二发射器电极26a及接收器偏置电极39a连接到ACF。TFT衬底34上的导电路由可经由FOG衬垫35及上覆FOG衬垫35的ACF 96连接接合衬垫33a、33b及33c至FPC 90上的ASIC 92。在一些实施方案中，压板40(未图示)可附接到压电发射器层22。

图12C展示用以形成压电发射器层及压电接收器层的PVDF压电层的金属化的实例。图12C中的实例对应于底部上的接收器及顶部上的发射器配置。如图12C中所示，压电层72可包含切口70以促进弯曲及形成。图12C描绘经去折叠及折叠金属化压电层72的顶部及底部视图。首先在110处，展示经去折叠金属化压电层72的俯视图，其中压电层72经金属化以形成接收器偏置电极39a及第二发射器电极26a。在图12C的实例中，金属化为铜(Cu)上镍(Ni)，但可使用任何适当金属化或导电材料，包含例如银系聚氨脂或银系墨水的金属浸染式聚合物。也展示分别连接到第二发射器电极26a及接收器偏置电极39a的导电路由及接合衬垫43b及43c。在120处，展示经去折叠金属化压电层72的仰视图，其中压电层72经金属化以形成接收器感测电极41a及第一发射器电极24a。在一些实施方案中，并不形成接收器感测电极41a及相关接合衬垫43d。在一些实施方案中，第一接收器感测电极41a包含例如ACF的各向异性导电膜、各向异性导电聚合物或例如APTES的薄且轻微导电层。在一些实施方案中，接收器感测电极41a包含具有配合TFT像素电路32的底层像素输入电极38的大小及间距的图案化电绝缘电极阵列。也展示分别连接到第一发射器电极24a及接收器感测电极41a的导电路由及接合衬垫43a及43d。在130处展示经折叠压电层72的俯视图，其中在图中可见接收器偏置电极39a且指示折叠75。也展示接合衬垫43a至43d。在140处，展示经折叠压电层70的仰视图，其中第二发射器电极26a可见。应注意，经折叠图130及140展示经折叠金属化压电层72的顶部上且通过所述压电层的电迹线，这是由于在一些实施方案中压电层72大致上光学透明。

图12A至12C中所描绘的实施在压电发射器层的厚度与压电接收器层的厚度之间供应较少变化，可允许发射器及接收器自对准，且允许涂覆单侧胶粘剂以接合经折叠压电发射器及接收器层至TFT衬底的顶部及底部。在一些实施方案中，可将薄金属电极与较厚金属迹线(例如，银系墨水)一起使用。

在图4及7A至12B中示意性展示将超声波传感器的数层接合在一起的各种胶粘剂层。在一些实施方案中，可依据可使用的三种通用类别的胶粘剂中的一者来特性化这些胶粘剂。上文在这些图中展示的胶粘剂62、64、65、66、68、69、71及73可将金属接合到玻璃或塑料(例如，将金属电极接合到TFT衬底、间隔件或压板)，将金属接合到金属(例如，将金属电极接合到金属电极或罩盖)，将玻璃或塑料接合到玻璃或塑料(例如，将玻璃或塑料间隔件接合到玻璃或塑料压板)，或将柔性印刷电路接合到这些材料中的任一者。可使用的胶粘剂的实例包含压敏胶粘剂及环氧树脂。根据各种实施，安置于超声波发射器及/或超声波接收器与压板之间的胶粘剂层可相对较薄，例如小于约25μm或小于约10μm，以使声波反射及吸收最小化。在一些实施方案中，胶粘剂厚度可小于约5μm或小于约2μm。在一些实施方案中，例如PSA的胶粘剂层在组装之前可具有一或两侧上的可移除衬垫。在一些实施方案中，胶粘剂可包含中心背衬层，其中薄胶粘剂层在背衬层的每一侧上，其中一或多个可移除衬垫在组装之前任选地附接到一或两个胶粘剂层的外表面。胶粘剂可具有实质上均匀厚度以用于达成均匀声波反射及吸收。举例来说，厚度变化可不大于+/-2μm。执行接合且选择胶粘剂以防止形成声学非均匀性，例如气泡或材料密度及声速的较大变化。

胶粘剂66将压电接收器层接合到TFT衬底，且可具有与上文关于胶粘剂62、64、65、68、69、71及73所描述的性质相同的性质。如上文所论述，可使用例如ACF的垂直导电胶粘剂及例如APTES的高度电阻性(略微导电)胶粘剂。在一些实施方案中，胶粘剂可具有至少约6MΩ-cm或至少约10MΩ-cm的侧向电阻。在一些实施方案中，胶粘剂可为略微导电的，具有大于约1MΩ-cm的电阻率。

胶粘剂65可将金属背侧罩盖接合到TFT衬底。因而，所述胶粘剂具有高黏结强度且提供到TFT衬底的可靠黏合。实例包含压敏胶粘剂及环氧树脂。在一些实施方案中，相同材料也可用于胶粘剂71，所述胶粘剂将金属罩盖接合到超声波发射器。这些接合可涂布有一或多个保护层以减少湿气进入传感器的层。

图13A展示经配置以包覆TFT衬底的柔性印刷电路的示意性说明的实例。FPC 90可包含具有控制及数据迹线91的柔性电缆89及印刷或以其它方式形成于其上的低电阻压电发射器及接收器迹线93。柔性电缆89可包含发射器及接收器迹线93在其上连接到发射器及接收器接合衬垫97的包覆部分95。切口98或其它特征可包含于柔性电缆89中以分离包覆部分95与柔性电缆89的剩余部分。切口98可允许柔性电缆89较容易地包覆TFT衬底的一部分、避免覆盖组件或对准标记，或辅助对准。在一些实施方案中，一或多个缝隙、槽或孔可充当横越或填充有施配或以其它方式涂覆的导电材料的导通体，从而允许电连接形成于柔性电缆的一侧与另一侧或层或底层衬底之间。

在一些实施方案中，例如图13A中的FPC 90的柔性印刷电路可在组装过程期间附接到为TFT衬底条带的部分的TFT衬底。图13B至13G展示用于附接柔性印刷电路至薄膜晶体管传感器阵列的过程的各个阶段的示意说明的实例。图13B展示TFT衬底34a至34d的条带44的实例。每一TFT衬底34a至34d包含中心区域87(其包含像素电路阵列)、用于栅极驱动器、数据存储器、多路复用器及如上文参考图3A及3B所描述的额外电路的一或多个周边区域99及用于连接到FPC的一或多个FOG衬垫35。条带44被配置成划线于划线区86中以用于单一化TFT衬底34a至34d。在单一化之前，FPC可附接到每一TFT衬底34a至34d。图13C展示FPC 90d由ACF 96附接到TFT衬底34d的实例。FPC 90d中的切口98与TFT衬底34d的边缘对准。出于说明的目的，ACF 96未图示于图13C中，但其安置于TFT衬底34d的FOG衬垫35(图13B中展示)与FPC 90d之间。ACF 96物理地连接FPC 90d至TFT衬底34d，且可电连接FPC 90d的控制及数据迹线91至TFT衬底34d的FOG 35。FPC 90d也包含其上印刷有发射器及接收器接合衬垫97的包覆部分95。包覆部分95经配置以包覆TFT衬底34d的相对侧，其中发射器及接收器接合衬垫97经配置以在所述侧上连接到TFT衬底34d。举例来说，发射器及接收器接合衬垫97可连接到背侧安装式发射器或来自发射器及接收器对的导线。

组装过程可进一步涉及在单一化及包覆之前附接FPC至条带44中的TFT衬底34a至34d中的每一者。图13D展示FPC 90c由ACF 96附接到TFT衬底34c的FOG衬垫35的实例(为清楚起见而未图示)。FPC 90c的包覆部分95上覆但不连接到FPC 90d。FPC 90c中的切口98与TFT衬底34c与TFT衬底34d之间的划线区86对准。以此方式，FPC 90c并不覆盖或混淆划线区86。

图13E展示单一化TFT衬底34a至34d的实例。每一TFT衬底34a至34d展示为附接到FPC 90a至90d，其中如上文关于图13C及图13D所描述地执行附接。如由短划线所指示地在TFT衬底34a及34b、TFT衬底34b及34c及TFT衬底34c及34d中的每一者之间的划线区86中执行划线。因为FPC 90a至90d并不上覆划线区86中的任一者，所以划线并不涉及切割FPC。图13F展示在围绕TFT衬底34包覆FPC 90的包覆部分95之前的附接到FPC 90的经单一化TFT衬底34的实例。图13G展示图13E中包覆部分95包覆TFT衬底34的经单一化TFT衬底34的实例。在一些实施方案中，包覆部分可接着物理地及/或电连接到TFT衬底34。图13B至13G中所说明的实例组装过程可执行(例如)为图5的块114或图6的块126的部分。

在一些实施方案中，FPC 90的一部分可附接到TFT衬底34的顶侧(电路侧)且另一部分附接到TFT衬底34的背侧，其中FPC 90的一部分围绕TFT衬底34的边缘松散地或紧密地包覆。FPC 90的另一部分可延伸远离TFT衬底34以用于外部电连接。FPC 90上可附接有一或多个有源或无源组件，其中组件定位于沿着FPC 90的一或多个位置处(包含靠近TFT衬底34的顶侧的部分、包覆部分、附接到TFT衬底34的背侧的部分或延伸远离超声波传感器组件的FPC 90的部分)。可在关键位置处添加加强件至FPC 90，例如超声波发射器层后方或靠近连接器。支座可包含于FPC 90上以控制FPC 90与压电发射器之间的间隔。如上文所提到，FPC90可为单层或多层以容纳有源组件、无源组件及连接器。

本发明中所描述的制造方法的一或多个操作可在包含以下组件的设备中加以实施：用于置放一或多个组件、将两个或两个以上组件接合在一起及施配导电墨水或环氧树脂的一或多个台或模块，及包含用于进行过程的程序指令的控制器。用于进行真空接合的模块可包含真空腔室及进气口、出气口、用于建立及维持真空的泵、可充当铁砧的压力板或振动膜及机箱，及用于控制温度的加热器。用于进行层压的模块可包含可移动压机、进气口、出气口、用于以受控馈送速率馈送待层压的零件的旋转滚筒、用于施加压力到旋转滚筒的气压滚筒，及用于控制温度的加热器。用于施配的模块可包含施配器及用于检测对准的一或多个传感器、可控制X-Y载台、注射器及气压滚筒或附接到注射器的正移位机制。在一些实施方案中，控制器可包含一或多个内存装置及一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以使得设备可执行根据所揭示实施的方法。处理器可包含中央处理单元(CPU)或计算机、模拟及/或数字输入/输出连接、马达控制器板及其它相似组件。用于实施适当过程操作的程序指令可在处理器上加以执行或通过处理器执行。这些程序指令可存储于内存装置或与控制器相关联的其它机器可读媒体上，或其可经由网络来提供。

在一些实施方案中，控制器可控制设备的操作的全部、大部分或一子集。举例来说，控制器可控制与施配导电墨水或层压胶粘剂相关联的操作的全部或大部分。控制器可执行系统控制软件，包含用于控制关于图5及6进一步描述的特定制造过程的过程操作的计时、压力水平、温度水平及其它参数的指令集。在一些实施方案中，可使用存储于与控制器相关联的内存装置上的其它计算机程序、脚本或例程。

在一些实施方案中，用户接口可与控制器相关联。用户接口可包含显示屏幕、显示过程条件的图形化软件及用户输入设备，例如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风及其它相似组件。

在一些实施方案中，用于控制设备的操作的程序指令可包含以任何常规计算机可读程序设计语言(例如，例如汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它语言)撰写的计算机程序码。编译对象程序代码或脚本可通过控制器的处理器执行以执行程序指令中所识别的任务。

在一些实施方案中，可通过控制器的模拟及/或数字输入连接来提供用于监视制造过程的信号。可在控制器的模拟及/或数字输出连接上输出用于控制制造过程的信号。

可将结合本文中所揭示的实施描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体按功能性加以描述，且于上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及步骤中加以说明。将此功能性实施于硬件抑或软件中取决于特定应用及强加于整个系统上的设计约束。

用以实施结合本文中所揭示的方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过以下各者来实施或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合。通用处理器可为微处理器，或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它此配置。在一些实施方案中，可由特定用于给定功能的电路来执行特定步骤及方法。

在一或多个方面中，所描述的功能可实施于硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含此说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或其任何组合中。本说明书中所描述的目标物的实施也可实施为编码于计算机存储媒体上的一或多个计算机程序(也即，计算机程序指令的一或多个模块)以用于通过设备执行或控制设备的操作。

如果实施于软件中，则可将所述功能作为一或多个指令或程序代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体加以传输。本文中所揭示的方法或算法的步骤可实施于可驻留于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块中。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体(包含可经启用以将计算机程序自一处传送至另一处的任何媒体)两者。存储媒体可为可由计算机访问的任何可用媒体。作为实例而非限制，这些计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用于以指令或数据结构的形式存储所要程序代码且可由计算机访问的任何其它媒体。又，可将任何连接适当地称为计算机可读媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含紧密光盘(CD)、雷射光盘、光学光盘、数字激光视盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘通过雷射以光学方式再生数据。以上各者的组合也可包含于计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为程序代码及指令中的一者或任何组合或集合驻留于机器可读媒体及计算机可读媒体上，可将机器可读媒体及计算机可读媒体并入至计算机程序产品中。

对于所属领域的一般技术者来说，对本发明中所描述的实施的各种修改可为易于显而易见的，且本文中所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施。因此，权利要求书并不意欲限于本文中所展示的实施，而应符合与本文中揭示的本发明、原理及新颖特征相一致的最宽范围。词“示范性”在本文中排他地用于意谓“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施未必应解释为较其它可能性或实施优选或有利。另外，所属领域的一般技术者将易于了解，术语“上部”及“下部”有时用于便于描述诸图，且指示经适当定向的页面上的对应于图的定向的相对位置，且可能并不反映如所实施的装置的适当定向。

在本说明书中在单独实施的内容脉络中描述的某些特征也可在单一实施中以组合方式加以实施。相反，在单一实施的内容脉络中所描述的各种特征也可单独地在多个实施中或以任何合适子组合方式实施。此外，尽管上文可能将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此来主张，但在一些状况下可将来自所主张的组合的一或多个特征自所述组合删除，且所主张的组合可关于子组合或子组合的变化。

类似地，虽然在图式中以特定次序描绘操作，但所属领域的一般技术者将易于认识到，无需以所示的特定次序或以顺序次序来执行这些操作，或执行所有所说明的操作以达成所要结果。另外，图式可能按流程图的形式示意性地描绘一或多个实例过程。然而，可将未描绘的其它操作并入于示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明的操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务及并行处理可为有利的。此外，不应将上文所描述的实施中的各种系统组件的分离理解为在所有实施中需要此分离，且应理解，所描述的程序组件及系统可大体上一起整合于单一软件产品中或封装至多个软件产品中。另外，其它实施处于以下权利要求书的范围内。在一些状况下，权利要求书中所引证的动作可以不同次序来执行且仍达成所要结果。

Claims (19)

1.一种超声波传感器，其包括：

超声波发射器，其用于产生超声波能；

压板；及

超声波接收器，其用于检测超声波能，所述超声波接收器包含：

薄膜晶体管TFT像素电路阵列，其安置于TFT衬底上；

压电接收器层，其具有第一及第二对置表面，所述第一表面通过胶粘剂而接合到所述TFT衬底和所述TFT像素电路；及

接收器偏置电极，其上覆所述压电接收器层的所述第二表面，其中所述压电接收器层与所述TFT像素电路电通信，其中所述压电接收器层通过所述胶粘剂与所述TFT像素电路电容性耦合或电阻性耦合。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其进一步包括接合于所述压板与所述超声波接收器之间的间隔件层。

3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述压电接收器层安置于所述压板与所述TFT衬底之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相对的侧上。

4.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述压电接收器层安置于所述压板与所述TFT衬底之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相同的侧上。

5.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述TFT衬底安置于所述压板与所述压电接收器层之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相对的侧上。

6.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述TFT衬底安置于所述压板与所述压电接收器层之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相同的侧上。

7.根据权利要求1所述的超声波传感器，其进一步包括保护性罩盖，所述保护性罩盖处于所述TFT衬底的与所述压板相对的侧上且接合到所述TFT衬底。

8.根据权利要求1所述的超声波传感器，其进一步包括接合到所述TFT衬底的柔性印刷电路。

9.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述接收器偏置电极安置于柔性印刷电路上。

10.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中所述超声波发射器包含具有第一及第二对置表面的压电发射器层、上覆所述第一表面的第一发射器电极及上覆所述第二表面的第二发射器电极。

11.根据权利要求10所述的超声波传感器，其中所述第一发射器电极及所述第二发射器电极中的一者安置于柔性印刷电路上。

12.一种超声波传感器，其包括：

超声波接收器，其用于检测超声波能，所述超声波接收器包含：

薄膜晶体管TFT像素电路阵列，其安置于TFT衬底上；

压电层，其具有第一及第二对置表面，所述第一表面通过胶粘剂而接合到所述TFT衬底和所述TFT像素电路；及

接收器偏置电极，其上覆所述压电层的所述第二表面；其中所述压电层与所述TFT像素电路电通信，其中所述压电接收器层通过所述胶粘剂与所述TFT像素电路电容性耦合或电阻性耦合。

13.根据权利要求12所述的超声波传感器，其中所述胶粘剂具有至少1MΩ-cm的侧向电阻率。

14.根据权利要求12所述的超声波传感器，其中所述胶粘剂选自各向异性导电膜ACF及3-胺基丙基三乙氧硅烷APTES。

15.根据权利要求12所述的超声波传感器，其中所述胶粘剂具有不大于约10μm的厚度。

16.根据权利要求12所述的超声波传感器，其进一步包括上覆所述压电层的所述第二表面的柔性印刷电路FPC，其中所述FPC包含所述接收器偏置电极。

17.根据权利要求16所述的超声波传感器，其中所述FPC接合到所述TFT衬底上的一或多个导电衬垫。

18.一种超声波传感器，其包括：

超声波发射器，其用于产生超声波能；

压板；及

超声波接收器，其用于检测超声波能，所述超声波接收器包含:

薄膜晶体管TFT像素电路阵列，其安置于TFT衬底上；

具有第一及第二对置表面的压电接收器层，所述第一表面通过胶粘剂而接合到所述TFT衬底和所述TFT像素电路；及

接收器偏置电极，其上覆所述压电接收器层的所述第二表面，其中所述压电接收器层与所述TFT像素电路电通信，其中所述TFT衬底安置于所述压板和所述压电接收器层之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相对的侧上。

19.一种超声波传感器，其包括：

超声波发射器，其用于产生超声波能；

压板；及

超声波接收器，其用于检测超声波能，所述超声波接收器包含:

薄膜晶体管TFT像素电路阵列，其安置于TFT衬底上；

具有第一及第二对置表面的压电接收器层，所述第一表面通过胶粘剂而接合到所述TFT衬底和所述TFT像素电路；及

接收器偏置电极，其上覆所述压电接收器层的所述第二表面，其中所述压电接收器层与所述TFT像素电路电通信，其中所述TFT衬底置于所述压板和所述压电接收器层之间，且所述超声波发射器处于所述TFT衬底的与所述压电接收器层相同的侧上。