CN107403135A - 超声波感测模组、其制造方法以及电子装置 - Google Patents

超声波感测模组、其制造方法以及电子装置 Download PDF

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Abstract

一种超声波感测模组，包括一本体，所述本体具有超声波指纹识别功能，所述超声波感测模组还包括封装膜，所述封装膜包覆所述本体每一表面。本发明还提供一种超声波感测模组的制造方法，包括步骤：提供一本体，所述本体具有超声波指纹识别功能；通过浸涂方式在本体表面形成封装膜，所述封装膜包覆所述本体每一表面。本发明还提供一种包括该超声波感测模组的电子装置。

Description

超声波感测模组、其制造方法以及电子装置
技术领域
本发明涉及一种超声波感测模组，本发明还涉及一种超声波感测模组的制造方法和包括该超声波感测模组的电子装置。
背景技术
随着智慧城市的发展，超声波感测技术被越来越多地应用于电子装置，如，手机、手表、平板电脑、血压计等中。超声波感测技术可以用来检测生体特征，例如，指纹、心跳、脉搏等。一般的超声波感测模组至少包括发射超生波的发射单元、接收超生波的接收单元、提供与检测对象的接触面的压板、接收和转换信号的TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)阵列基板、输入和输出信号的柔性电路板。这些元件之间按照一定顺序层叠形成超声波感测模组。然而，具有这种层叠结构的超声波感测模组存在以下几个问题：1.各元件表面不平整或元件与元件相互接触的界面不能完全贴合导致水分容易侵入，另外，层叠结构中若存在微气泡或污染物也很容易导致水分的侵入；2.超声波感测模组边缘的封装较为困难；3.对压板进行封装，若材料选择不当则会严重影响检测的敏感度；4.压板上容易受损形成刮痕或由于触摸物体，例如手指不清洁留下指纹。超声波感测模组的元件越多、结构越复杂则越容易被水分侵入。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种密封性好、水分不易侵入、灵敏度高的超声波感测模组。另外，还有必要提供一种工艺简单、成本较低的超声波感测模组制造方法。
一种超声波感测模组，包括一本体，本体具有超声波指纹识别功能，超声波感测模组还包括封装膜，封装膜包覆本体每一表面。
进一步地，封装膜由氟化聚合物组成。
进一步地，氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯及其衍生物和氟化乙丙烯及其衍生物中的至少一种。
进一步地，封装膜平均厚度为0.1μm～1μm。
进一步地，封装膜通过浸涂形成。
进一步地，封装膜通过将本体浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥后形成。
进一步地，本体包括TFT阵列基板、设置于TFT阵列基板相对两侧的发射单元、接收单元、与发射单元和TFT阵列基板分别电性相连的柔性电路板、设置于接收单元原来TFT阵列基板一侧的压板，接收单元与TFT阵列基板电性相连。
进一步地，本体包括TFT阵列基板、设置于TFT阵列基板一侧的超声波收发单元、与TFT阵列基板电性相连的柔性电路板、设置于接收单元远离TFT阵列基板一侧的压板，收发单元与TFT阵列基板电性相连。
进一步地，本体包括TFT阵列基板、设置于TFT阵列基板一侧的超声波收发单元、与TFT阵列基板电性相连的柔性电路板、设置于TFT阵列基板远离接收单元一侧的压板，收发单元与TFT阵列基板电性相连。
一种超声波感测模组的制造方法，包括步骤：
提供一本体，本体具有超声波指纹识别功能；
通过浸涂方式在本体表面形成封装膜，封装膜包覆本体每一表面。
进一步地，浸涂过程包括：将本体浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥后使氟化聚合物形成包覆本体的所有表面的封装膜。
进一步地，氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯及其和氟化乙丙烯及其衍生物中的至少一种。
进一步地，氟化聚合物溶液的溶剂为乙基九氟代丁基醚或乙基全氟丁基醚，氟化聚合物溶液中氟化聚合物的浓度在10％以下，粘度低于10cP(厘泊)。
进一步地，浸涂时间小于10分钟，干燥温度为室温至50℃。
一种电子装置，包括一超声波感测模组，所述超声波感测模组，包括一本体，本体具有超声波指纹识别功能，超声波感测模组还包括封装膜，封装膜包覆本体每一表面。
相较于现有技术，本发明的超声波感测模组的所有表面均被封装膜包覆，因而具有较高的密封性，空气和水分不易侵入，可以有效防止超声波感测模组的本体生锈，延长超声波感测模组寿命。
本发明的超声波感测模组的制造方法通过浸涂在超声波感测模组本体表面形成一层封装膜，该制造方法不受本体形状限制，应用广泛，其步骤简单，成本低廉，且易于控制封装膜厚度，通过该方法形成的超声波感测模组具有较大的接触角度。
附图说明
图1是本发明第一实施例的超声波感测模组的剖面示意图。
图2是本发明第二实施例的超声波感测模组的剖面示意图。
图3是本发明第二实施例的变更例的超声波感测模组的剖面示意图。
主要元件符号说明
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
本发明提供的超声波感测模组可以用来识别用户指纹，其包括本体，所述本体具有超声波发射和接收功能，通过超声波的接收和发射进行指纹识别。所述本体通常包括超声波发射单元和超声波接收单元，还可以包括压板、TFT阵列基板、柔性电路板等。超声波感测模组还包括封装膜，所述封装膜包覆在所述本体每一表面。
本发明提供的电子装置包括用于识别用户指纹的超声波感测模组，在具体实施例上，它可以是用户终端，例如，手机、平板电脑、电子阅读器、取款机、取票机、汽车导航仪等，也可以是配件，如手表、手环，还可以是家用电器，如冰箱、空调、微波炉、血压计等。
如图1所示，本发明第一实施例的超声波感测模组100用于指纹感测，其可以用于便携终端装置，例如，手机作为指纹识别元件。超声波感测模组100包括一本体10以及一封装膜20。所述封装膜20包覆在所述本体10每一表面以使水分不能侵入该本体10。
本体10为一叠构体，其包括发射单元11、接收单元12、TFT阵列基板13、柔性电路板14、压板15、阻挡层16、补强板17、压敏胶18以及保护胶19。压板15、接收单元12、柔性电路板14、TFT阵列基板13、发射单元11、阻挡层16、压敏胶18、补强板17以及保护胶19依次层叠形成本体10。在第一实施例中，发射单元11和接收单元12分别形成于TFT阵列基板13的相对两个表面，柔性电路板14包括第一端141和第二端143，第一端141位于发射单元11远离TFT阵列基板13一侧并通过导电部(图未示)与发射单元11电性相连，第二端143围绕发射单元11延伸至TFT阵列基板13设置有接收单元12的表面上与TFT阵列基板13电性相连。压板15设置于接收单元12远离TFT阵列基板13一侧。阻挡层16设置于发射单元11与柔性电路板14之间。补强板17设置于柔性电路板14的第一端141远离阻挡层16一侧。
发射单元11用于发射超声波，其包括第一发射电极111、第二发射电极113以及设置于第一发射电极111与第二发射电极113之间的发射层115。第一发射电极111设置于TFT阵列基板13表面，第二发射电极113与柔性电路板14电性相连。第一发射电极111、第二发射电极113由导电材料，如金属、氧化铟锡等形成。发射层115由压电材料，如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)等形成。发射单元11接收TFT阵列基板13提供的驱动电压发射超声波。
接收单元12用于接收超声波，其包括接收电极121和接收层123。接收层123设置于TFT阵列基板13远离发射单元11的表面并弯折至TFT阵列基板设置有接收层123的表面与TFT阵列基板13电性相连以接收驱动电压。接收电极121设置于接收层123层远离TFT阵列基板13一侧。接收电极121由导电材料，如金属、氧化铟锡等形成。接收层123由压电材料，如聚偏二氟乙烯等形成。接收单元12接收触摸物体反射回来的超声波转化为电信号并耦合至TFT阵列基板13。
TFT阵列基板13上形成有像素电路(图未示)并通过耦合方式采集接收单元12接收到的电信号并通过柔性电路板14传输至控制器(图未示)。
压板15用于提供与检测对象的接触面，压板15可以是(但不限于)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。在一些实施例中，压板15例如用于显示器的防护玻璃罩或防护镜片。在一些实施例中，压板15可以是例如铝、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。在一些实施例中，用于电子装置的壳体或外壳可充当压板。在一些实施例中，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。在一些实施例中，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。
阻挡层16用于阻断干扰的超声波信号，具体地，由于发射单元11发射超声波时，一部分超声波向压板15方向传播用于识别用户指纹，还有一部分超声波朝远离压板15的方向传播，这一部分超声波对指纹识别的信号会产生干扰。阻挡层16通过吸收或延迟该部分超声波来阻断干扰的超声波信号，通过调节阻挡层材料、厚度或形状可以按照需求达到不同程度的阻断。阻挡层16可以导电也可以不导电，物理形态上可以是固体、液体或气体。
补强板17用于支撑发射单元11、接收单元12、TFT阵列基板13、柔性电路板14、压板15和阻挡层16，增强机械强度超声波感测模组100，使其受到外部压力时不易损坏。补强板17可以是金属片或硬质材料。在本实施例中，补强板17通过压敏胶18贴附于柔性电路板14一侧，在其他实施例中，压敏胶18可以同时作为阻挡层16使用从而省去阻挡层16，简化结构，调节感测机制。
保护胶19填充于本体10各元件的空隙之间以使本体10形成一相对规则的形状，方便封装膜20的形成。同时，保护胶19可以用来保护外露的柔性电路板14。
封装膜20由氟化聚合物组成，所述氟化聚合物具有疏水、疏油以及防指纹的功效。所述氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯(Tetrafluoroethylene，TFE)及其衍生物和氟化乙丙烯(Fluorinated ethylene propylene，FEP)及其衍生物中的至少一种。本发明第一实施例中，封装膜20由偏聚二氟乙烯组成。
所述封装膜20通过浸涂形成，封装膜20平均厚度为0.1μm～1μm。具体地，封装膜20是通过将所述本体10浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥使氟化聚合物形成包覆本体10的所有表面的膜层而形成。在本实施例中，氟化聚合物溶液为偏聚二氟乙烯溶液。
相较于现有技术，本发明第一实施例的超声波感测模组100的所有表面均被封装膜包覆，因此具有较高的密封性，空气和水分不易侵入，可以有效防止超声波感测模组100本体10生锈，延长超声波感测模组100寿命。进一步地，氟化聚合物是高疏水性材料，因此可以降低表面能，从而获得大于90度的水滴接触角，同时氟化聚合物由于高度疏水，则水分子将在该封装膜的表面被排斥从而阻止水蒸汽吸收。另外，本发明第一实施例的超声波感测模组100的封装膜20由疏水、疏油且防指纹的氟化聚合物组成，使压板的表面具有疏水、疏油且防指纹功能。
由于超声波感测模组的元件越多、结构越复杂则越容易形成界面空隙、引人微气泡和污染物导致水分侵入，缩短超声波感测模组寿命。因此，本发明第二实施例提供一种结构较为简单的超声波感测模组100a以解决上述问题。
请参阅图2，图2为第二实施例中的超声波感测模组100a，其与第一实施例中的超声波感测模组100的结构大致相同，对于相同之处此处不再赘述，不同点在于：发射单元同时充当接收单元，并通过分时驱动分别发射和接收超声波。本发明第二实施例的超声波感测模组100a通过将发射单元与接收单元整合成一个超声波收发单元11a，简化了超声波感测模组100a的结构从而防止水分侵入，增长超声波感测模组100a寿命。
请一并参阅图3，图3为第二实施例的一个变更实施例，该变更实施例的超声波感测模组100b与第二实施例中的超声波感测模组100a的结构大致相同，对于相同之处此处不再赘述，不同点在于：超声波收发单元11b设置于TFT阵列基板13b远离压板15b一侧，在本变更实施例中，柔性电路板14b的长度被缩短了。
可以理解，第一实施例至第三实施例仅示意性地描述了几种超声波感测模组的结构，在其他实施方式中，超声波感测模组可以具有其他变形形式，例如使用其他元件代替TFT阵列基板或柔性电路板，或对元件的位置关系进行变更，都包含在本发明公开的范围之内。
本发明第四实施例还提供一种超声波感测模组的制造方法，其包括：
提供一组装好的超声波感测模组的本体，所述本体具有超声波指纹识别功能；
通过浸涂方式在本体表面形成封装膜，所述封装膜包覆所述本体每一表面。
具体地，所述浸涂过程包括将本体浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥后使氟化聚合物形成包覆本体所有表面的封装膜。浸涂时间小于10分钟，干燥可以在室温下进行，也可以在室温至50℃之间的任意温度进行。室温下干燥需大约5分钟，通过升高的温度可以减少干燥时间。
所述氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯及其衍生物和氟化乙丙烯及其衍生物中的至少一种。溶剂可以是但不限于乙基九氟代丁基醚或乙基全氟丁基醚，氟化聚合物的浓度在10％以下。溶液粘度低于10cP(厘泊)。
本实施例中，氟化聚合物溶液为偏聚二氟乙烯溶液，溶剂为乙基九氟代丁基醚，偏聚二氟乙烯浓度为5％。所述封装膜均一且厚度可控，优选地，在本发明第四实施例中封装膜的平均厚度为0.1μm～1μm。
第四实施例的超声波感测模组的制造方法可以应用于现有技术中全部种类的超声波感测模组，尤其是超声波指纹识别模组中，例如，但不限于第一实施例至第三实施例的超声波感测模组。
本发明的超声波感测模组的制造方法通过浸涂在超声波感测模组本体表面形成一层封装膜，该制造方法不受本体形状限制，应用广泛，其步骤简单，成本低廉，且易于控制封装膜厚度。

Claims (15)

1.一种超声波感测模组，包括一本体，所述本体具有超声波指纹识别功能，其特征在于：所述超声波感测模组还包括封装膜，所述封装膜包覆所述本体每一表面。
2.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述封装膜由氟化聚合物组成。
3.如权利要求2所述的超声波感测模组，其特征在于：所述氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯及其衍生物和氟化乙丙烯及其衍生物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述封装膜平均厚度为0.1μm～1μm。
5.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述封装膜通过浸涂形成。
6.如权利要求5所述的超声波感测模组，其特征在于：所述封装膜通过将所述本体浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥后形成。
7.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述本体包括TFT阵列基板、设置于所述TFT阵列基板相对两侧的发射单元、接收单元、与所述发射单元和所述TFT阵列基板分别电性相连的柔性电路板、设置于所述接收单元原来所述TFT阵列基板一侧的压板，所述接收单元与所述TFT阵列基板电性相连。
8.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述本体包括TFT阵列基板、设置于所述TFT阵列基板一侧的超声波收发单元、与所述TFT阵列基板电性相连的柔性电路板、设置于所述接收单元远离所述TFT阵列基板一侧的压板，所述收发单元与所述TFT阵列基板电性相连。
9.如权利要求1所述的超声波感测模组，其特征在于：所述本体包括TFT阵列基板、设置于所述TFT阵列基板一侧的超声波收发单元、与所述TFT阵列基板电性相连的柔性电路板、设置于所述TFT阵列基板远离接收单元所述一侧的压板，所述收发单元与所述TFT阵列基板电性相连。
10.一种超声波感测模组的制造方法，包括步骤：
提供一本体，所述本体具有超声波指纹识别功能；
通过浸涂方式在本体表面形成封装膜，所述封装膜包覆所述本体每一表面。
11.如权利要求10所述的超声波感测模组的制造方法，其特征在于：所述浸涂过程包括将本体浸入氟化聚合物的溶液中取出并干燥后使氟化聚合物形成包覆本体的所有表面的所述封装膜。
12.如权利要求10所述的超声波感测模组的制造方法，其特征在于：所述氟化聚合物选自偏聚二氟乙烯及其衍生物、四氟乙烯及其和氟化乙丙烯及其衍生物中的至少一种。
13.如权利要求12所述的超声波感测模组的制造方法，其特征在于：所述氟化聚合物溶液的溶剂为乙基九氟代丁基醚或乙基全氟丁基醚，所述氟化聚合物溶液中氟化聚合物的浓度在10％以下，粘度低于10cP。
14.如权利要求10所述的超声波感测模组的制造方法，其特征在于：浸涂时间小于10分钟，干燥温度为室温至50℃。
15.一种电子装置，其特征在于：包括如权利要求1～9中任意一项所述的超声波感测模组。
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