CN108846318A - 超声波指纹识别装置及其制作方法以及应用其的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种超声波指纹识别装置，包括：一电路基板，该电路基板上含有电路；一压电层，设置于该电路基板一表面；一第一电极，设置于所述压电层远离所述电路基板一侧表面，所述第一电极的厚度范围为0.005μm至1μm；以及一第二电极，形成于该该电路基板上且与压电层远离第一电极的表面接触，该压电层通过该第二电极与该电路电性连接。本发明还提供该超声波指纹识别装置的制备方法，以及应用该超声波指纹识别装置的电子装置。

Description

超声波指纹识别装置及其制作方法以及应用其的电子装置
技术领域
本发明涉及一种超声波指纹识别装置及其制作方法以及应用该超声波指纹识别装置的电子装置。
背景技术
随着便携式电子装置被广泛的应用，用户对便携式电子装置提出了更多的功能需求。指纹识别装置由于具有隐私保护功能而被设置于便携式电子装置中，以增加用户体验。指纹识别装置可分为光学式、电容式、声波式等。超声波指纹识别装置因其操作不易受环境温度、湿度的影响，且具有寿命长、解析度高而得到广泛应用。超声波指纹识别元件是指纹识别装置的核心元件，其能够识别放置在所述指纹识别元件上的手指的指纹。当使用者将其手指放置在所述指纹识别元件的表面上时，使用者的手指的指纹将被识别，进而验证所述使用者的身份信息。
在传统结构中，超声波指纹识别元件中的超声波感测单元中的一电极为银浆，银浆电极厚度一般大于15μm，银浆电极厚度过大导致银浆电极表面与用于承载的基板之间的段差过大，并最终导致软性电路板不易直接搭接于银浆电极表面。另一方面，传统结构中，一般采取在承载基板表面涂布压电材料并蚀刻成型的方式制作压电层，采用银浆作为电极时，由于银浆无法抵挡常规蚀刻液的侵蚀，使得银浆不可作为超声波感测单元的压电材料在蚀刻过程中的掩膜，对压电材料的蚀刻过程中需设置必要的掩膜，该掩膜须要手动移除。
发明内容
本发明提供一种超声波指纹识别装置，包括：一电路基板，该电路基板上含有电路；一压电层，设置于该电路基板一表面；一第一电极，设置于所述压电层远离所述电路基板一侧表面，所述第一电极的厚度范围为0.005μm至1μm；以及一第二电极，形成于该该电路基板上且与压电层远离第一电极的表面接触，该压电层通过该第二电极与该电路电性连接。
另，还提供一种该超声波指纹识别装置的制作方法以及应用该超声波指纹识别装置的电子装置。
一种上述超声波指纹识别装置的制备方法，包括如下步骤：
提供一电路基板，在该电路基板的一表面涂布压电聚合物材料；
使所述压电聚合物材料干燥结晶；
在所述压电聚合物材料表面形成一第一电极；
以所述第一电极为掩膜对所述压电聚合物材料蚀刻得到一压电层。
一种电子装置，该电子装置包括设置于其内的超声波指纹识别装置，所述超声波指纹识别装置包括一电路基板，该电路基板上含有电路；一压电层，设置于该电路基板一表面；一第一电极，设置于所述压电层远离所述电路基板一侧表面，所述第一电极的厚度范围为0.005μm至1μm；以及一第二电极，形成于该该电路基板上且与压电层远离第一电极的表面接触，该压电层通过该第二电极与该电路电性连接。
本发明的超声波指纹识别装置，其第一电极为厚度范围为0.005μm至1μm，相较于传统结构中厚度一般大于15μm的银浆电极，第一电极厚度较小。当需要使用软性电路板同时连接第一电极及电路基板时，软性电路板较容易直接搭接至第一电极表面，不会如银浆电极一般，由于银浆电极厚度过大导致银浆电极表面至电路基板的段差过大并最终导致软性电路板不易直接搭接于银浆电极表面。本发明的超声波指纹识别装置的制备方法，将第一电极作为压电层形成过程中的蚀刻掩膜，使制作过程更为精简。
附图说明
图1为本发明一实施例的超声波指纹识别装置的立体示意图。
图2为图1沿II-II的剖视图。
图3为应用本发明超声波指纹识别装置的较佳实施例的电子装置示意图。
图4为本发明一实施例的超声波指纹识别装置的制备方法流程示意图。
主要元件符号说明
超声波指纹识别装置 100
超声感测单元 110
信号传输单元 120
电路基板 130
第一电极 111
第二电极 112
压电层 113
第一金属连接垫 121
第二金属连接垫 122
软性电路板 123
第一表面 131
盖板 150
电子装置 10
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
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可以参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或者相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所覆盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
第一实施例
图1为本发明一实施例的超声波指纹识别装置的立体示意图，图2为图1沿II-II的剖视示意图。请一并参阅图1和图2，本发明第一实施例的超声波指纹识别装置100包括电路基板130、超声感测单元110、信号传输单元120。
一电路基板130为承载基底，超声感测单元110设置于电路基板130一侧，信号传输单元120一端连接一控制装置(图未示)，另一端同时连接超声感测单元110与电路基板130，以实现该控制装置与超声感测单元110及电路基板130之间的信号传输。
超声感测单元110包括压电层113、第一电极111以及第二电极112。第一电极111形成于压电层113一表面并完全覆盖该压电层113；第二电极112位于电路基板130上，其位于电路基板130的表面，压电层113设置于电路基板130表面并至少覆盖第二电极112，压电层113远离第一电极111的表面与第二电极112接触，第一电极111与第二电极112位于压电层113相对两侧。
电路基板130含有电路(图未示)，可用于接收、处理以及传递超声感测单元110接收超声波时产生的耦合电信号，第二电极112与该电路电连接。于一实施例中，电路基板130为薄膜晶体管(TFT)阵列基板，该TFT阵列基板包括多个TFT单元，每一TFT单元包含至少一个氧化铟锡电极，多个所述氧化铟锡电极组合形成所述第二电极112。在其他实施例中，电路基板130还可为印刷电路板、软性电路板等具有可作为第二电极112的导电结构的电路板。电路基板130包括一第一表面131，压电层113设置于第一表面131并覆盖第二电极112。
信号传输单元120包括软性电路板123、第一金属连接垫121、第二金属连接垫122。第一金属连接垫121与第二金属连接垫122形成于软性电路板123上，软性电路板123通过第一金属连接垫121与第一电极111远离压电层113的表面的一端电性连接。软性电路板123通过第二金属连接垫122与电路基板130的第一表面131未被压电层113覆盖的区域电性连接。
第一电极111的厚度范围为0.005μm至1μm，其表面粗糙度Ra小于0.1。第一电极111可通过化学镀膜(CVD)或者物理镀膜(PVD)的方式制作。第一电极111为导电材质，其可为金属、合金、化合物、半导体、有机聚合物等，其具体可以为金属铜(Cu)、金属银(Ag)、金属铂(Pt)等，第一电极111可作为压电层113被蚀刻过程中的掩膜。于一实施例中，通过真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等方式在压电层113表面形成一厚度范围为0.005μm至1μm的金属铜层。第二电极112其材质可以为氧化铟锡(ITO)。
超声波指纹识别装置100一个工作周期包括发射阶段和接收阶段两部分。发射阶段，软性电路板123同时给予第一电极111和电路基板130不同的电压信号，电路基板130通过第二电极112将电压信号施加给压电层113，使压电层113两侧形成一电势差，进而产生机械振动发出超声波。接收阶段，软性电路板123仅给予第一电极111和第二电极112一工作电压；其中，第二电极112还具有电耦合的作用，即，在接收阶段，压电层113接收反射超声波并产生感应电荷，第二电极112将压电层113的感应电荷耦合到电路基板130，电路基板130对该耦合电流进行收集和分析，再通过软性电路板123传输给所述控制装置。
超声波指纹识别装置100还包括一盖板150，所述盖板150设置于第一电极111远离压电层113一侧。盖板150可以为保护性盖板，用于保护超声波指纹识别装置100，同时其远离第一电极111的表面可形成用于供待检测物(例如手指)放置的检测面。
本实施例的超声波指纹识别装置100，其第一电极111为厚度范围为0.005μm至1μm的金属层。相较于传统结构中通过印刷形成的厚度一般大于15μm的银浆电极，第一电极111厚度较小，软性电路板123较容易直接搭接至第一电极111表面，不会因为银浆电极厚度过大导致银浆电极表面至电路基板130的段差过大并最终导致软性电路板123不易直接搭接于银浆电极表面。且，第一电极111表面粗糙度Ra小于0.1，传统的银浆电极的表面粗糙度Ra约为0.2至0.7，相较之下，第一电极111拥有更光滑的表面，光滑表面的介质与空气的交界面更平整，使得超声波在穿过该介质时发生的反射及折射较少，进一步提高超声波指纹识别装置100的成像效果。
请参阅图4，上述超声波指纹识别装置100的制备方法，其包括如下步骤：
步骤S1：提供一电路基板130，在电路基板130的一表面涂布压电聚合物材料。
具体地，步骤S1可包括如下步骤：
提供一含有电路的电路基板130，该电路基板130表面设置有与该电路电连接的第二电极112。
对电路基板130进行清洗及干燥。于一实施例中，可对使用液体对电路基板130进行清洗，随后对其进行干燥；于另一实施例中，可使用等离子清洗的方式对电路基板130进行清洗。
在经过清洗的电路基板130的第一表面131涂布压电聚合物材料，使压电聚合物材料至少完全覆盖第二电极112。于一实施例中，可通过旋涂、喷涂、浸渍、施配或其他可行的涂布工艺将压电聚合物材料涂布于第一表面131。
步骤S2：使所述压电聚合物材料干燥并结晶。
具体地，步骤S2可包括如下步骤：
通过干燥工艺使压电聚合物材料湿度降低，但并未使其干燥结晶。于一实施例中，可通过烘烤、通风或另一种干燥工艺对压电聚合物材料进行干燥，干燥过程中尽量去除压电聚合物材料中的液态溶剂。
使压电聚合物材料完全干燥。于一实施例中，对压电聚合物材料进行退火处理，使压电聚合物材料完全干燥并结晶极化成型。
对压电聚合物材料进行电晕极化处理。
步骤S3：在所述压电聚合物材料表面形成一第一电极111。
具体地，可通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)在压电聚合物材料远离电路基板130表面的部分沉积一层单质金属以形成第一电极111。于一实施例中，可通过真空蒸镀或溅射镀膜的方式在压电聚合物材料远离电路基板130一侧表面沉积一层金属铜层，该金属铜层即为第一电极111。通过调控物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)，使得形成的第一电极111其厚度范围至少可以保持在0.005μm至1μm。
步骤S4：以所述第一电极111为掩膜对所述压电聚合物材料蚀刻得到一压电层113。具体地，涂布并结晶后的压电聚合物材料由于涂布工艺精度限制使得压电聚合物材料形状、尺寸较不规则，需要进一步蚀刻得到形状、尺寸符合要求的压电层113。以第一电极111作为蚀刻掩膜，通过光蚀刻、化学蚀刻等蚀刻方式对压电聚合物材料进行蚀刻以得到压电层113，压电层113至少完全覆盖第二电极112，使得压电层113通过第二电极112与电路基板上的电路电性连接。
步骤S5，在第一电极111表面设置一盖板150。
提供一盖板150，将盖板150设置于第一电极111远离压电层113一侧，并对盖板150进行按压使其与第一电极111牢固连接。
步骤S6，使第一电极111与一软性电路板123电性连接，同时使该电路基板130的电路与该软性电路板123电性连接。
于一实施例中，电极板远离压电层113的表面通过一第一金属连接垫121与软性电路板123电性连接。电路基板130可通过一第二金属连接垫122与软性电路板123电性连接。具体地，可以通过焊接、粘结的方式使第一金属连接垫121与电极板电性连接。可以通过焊接、粘结的方式使所述第二金属连接垫122与电路基板130电性连接。
请参阅图3，本发明还提供一种电子装置10，该电子装置10包括设置于其内的超声波指纹识别装置100，超声波指纹识别装置100可设置于电子装置10的“home”键或背部及侧边的指纹识别区域。图3中仅以电子装置10为手机为例，在其它实施例中，该电子装置10也可为个人计算机、智能家电、工业控制器等。所述超声波指纹识别装置100可用于但不限于指纹信息采集、身份认证及解锁等。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种超声波指纹识别装置，其特征在于，包括：
一电路基板，该电路基板上含有电路；
一压电层，设置于该电路基板一表面；
一第一电极，设置于所述压电层远离所述电路基板一侧表面，所述第一电极的厚度范围为0.005μm至1μm；以及
一第二电极，形成于该该电路基板上且与压电层远离第一电极的表面接触，该压电层通过该第二电极与该电路电性连接。
2.如权利要求1所述的超声波指纹识别装置，其特征在于：所述第一电极表面粗糙度Ra小于或等于0.1。
3.如权利要求1所述的超声波指纹识别装置，其特征在于：所述超声波指纹识别装置还包括一软性电路板，所述软性电路板与所述电路基板及所述第一电极电连接并为所述电路基板及所述第一电极提供电压信号。
4.如权利要求1所述的超声波指纹识别装置，其特征在于：所述第一电极为金属。
5.一种电子装置，该电子装置包括设置于其内的超声波指纹识别装置，其特征在于：
所述超声波指纹识别装置为权利要求1-4任意一项所述的超声波指纹识别装置。
6.一种超声波指纹识别装置的制备方法，其包括如下步骤：
提供一电路基板，在该电路基板的一表面涂布压电聚合物材料；
使所述压电聚合物材料干燥结晶；
在所述压电聚合物材料表面形成一第一电极；
以所述第一电极为掩膜对所述压电聚合物材料蚀刻得到一压电层。
7.如权利要求6所述的超声波指纹识别装置的制备方法，其特征在于：所述电路基板上设置有电路及一第二电极，将所述压电聚合物材料涂布于所述电路基板表面并覆盖所述第二电极。
8.如权利要求6所述的超声波指纹识别装置的制备方法，其特征在于：通过物理气相沉积或化学气相沉积的方式在所述压电聚合物材料表面沉积一金属层以形成所述第一电极。
9.如权利要求8所述的超声波指纹识别装置的制备方法，其特征在于：通过调控物理气相沉积或化学气相沉积使得所述第一电极后厚度范围保持在0.005μm至1μm。
10.如权利要求6所述的超声波指纹识别装置的制备方法，还包括以下步骤：
在所述第一电极表面设置一盖板；
使所述第一电极与一软性电路板电性连接，同时使该电路基板的电路与该软性电路板电性连接。
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