CN109417126A - 超声波指纹传感器制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供超声波指纹传感器的制造方法。超声波指纹传感器的制造方法包括：准备按预先指定的非完全烧结条件烧结的压电片形态的陶瓷烧结体的步骤；在所述陶瓷烧结体的第一表面方向按预先指定的间隔向第一方向平行地切削加工至第二表面侧剩下残留区域的深度并在所述陶瓷烧结体的第二表面方向按预先指定的间隔向垂直于第一方向的第二方向平行地切削加工至所述第一表面侧剩下残留区域的深度形成陶瓷加工体的步骤；按预先指定的完全烧结条件对所述陶瓷加工体进行烧结处理的步骤；向通过切削加工形成于所述陶瓷加工体的槽填充绝缘材料的步骤；以及进行研磨处理去除分别位于第一表面侧与第二表面侧的残留区域使在第一表面的方向与第二表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤。

Description

超声波指纹传感器制造方法
技术领域
本发明涉及超声波指纹传感器制造方法。
背景技术
生物识别(biometrics)是提供高度的安全等级的技术，指纹识别技术是重要的生物识别技术之一。
通常，指纹识别是从接收用户输入的指纹形成的指纹影像提取特定图案或特征点(例如，指纹的隆线分叉的分叉点、隆线结束的端点等)，并与预先存储的指纹影像的图案或特征点进行对比。
识别用户指纹的指纹传感器例如可以制造成包括周边部件或结构的模块形态，可一体化于物理性的功能键构成，因此近来以各种方式安装于各种电子设备。
图1简要示出现有技术的超声波指纹传感器的构成。
参照图1，超声波指纹传感器包括排列成形成mxn形态的传感器阵列(array)的多个压电棒(rod)100、向第一方向排列成电连接于多个压电棒100的上侧端部的多个第一电极条106、向垂直于第一方向的第二方向排列成电连接于多个压电棒100的下侧端部的多个第二电极条108。
图示的附图标记102表示为了使手指配置成邻近传感器阵列而形成于第一电极条106的上部的保护涂层即遮蔽层，附图标记104表示附着在与遮蔽层102相反的传感器阵列的端部且在下部支撑多个压电棒100的支撑体。
在此，压电棒100由具有压电(Piezo)特性的材料形成，例如可以由含PZT(锆钛酸铅盐)、PST(钽酸钪铅)、石英(Quartz)、(Pb，Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbTiO3)、PVDF(聚偏二氟乙烯)或PVDF-TrFe中至少一种物质的材料形成。
向连接于压电棒100的上侧端部的第一电极条106和连接于下侧端部的第二电极条108施加具有超声波带域的谐振频率的电压使压电棒100上下振动时，如图2例示地生成并放出具有预定频率的超声波信号。
遮蔽层102与手指未接触的状态下，压电棒100放出的超声波信号无法通过压电棒100与空气的界面，回到压电棒100内部。
而与手指接触的状态下，放出的超声波信号的一部分穿过手指的皮肤与压电棒100的界面通往手指内部，此时反射回来的信号的强度下降，因此能够用此感测指纹图案。
上述超声波指纹传感器通过依次实施为构成传感器阵列而形成各压电棒100的工程、在压电棒100的上侧形成多个第一电极条330的工程、与第一电极条330的形成方向垂直地在压电棒100的下侧形成多个第二电极条340的工程等制成。
但现有的超声波指纹传感器利用完全烧结(full sintering)的陶瓷烧结体形成压电棒100，因此具有工程速度过于延迟的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种利用非完全烧结状态的陶瓷烧结体形成压电棒，因此能够加快超声波指纹传感器的制造工程的超声波指纹传感器制造方法。
本发明的目的是提供一种对为了形成压电棒而形成有槽的陶瓷加工体进一步实施烧结工程使得能够制造具有更高分辨率的超声波指纹传感器的超声波指纹传感器制造方法。
可通过以下说明轻易地理解本发明的其他目的。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种超声波指纹传感器的制造方法，其特征在于包括：(a)准备按预先指定的非完全烧结条件烧结的压电片形态的陶瓷烧结体的步骤；(b)在所述陶瓷烧结体的第一表面的方向按预先指定的间隔向第一方向平行地切削(dicing)加工至作为不接触所述第一表面的相反侧表面的第二表面侧剩下残留区域的深度并在所述陶瓷烧结体的第二表面的方向按预先指定的间隔向垂直于第一方向的第二方向平行地切削(dicing)加工至所述第一表面侧剩下残留区域的深度形成陶瓷加工体的步骤；(c)按预先指定的完全烧结条件对所述陶瓷加工体进行烧结处理的步骤；(d)向通过所述(b)的步骤形成于所述陶瓷加工体的槽填充(filling)绝缘材料的步骤；以及(e)进行研磨处理去除分别位于第一表面侧与第二表面侧的残留区域使得在第一表面的方向与第二表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤，其中，所述残留区域是未从切削加工的表面的方向切削至相反侧表面而剩下的陶瓷烧结体，通过所述残留区域使将要形成为所述压电棒的陶瓷烧结体区域的两端部分别与其他将要形成为压电棒的陶瓷烧结体区域相连，与所述完全烧结条件相比，所述非完全烧结条件中的加热温度及加热时间中任意一个以上被指定成相对更恶劣，按所述非完全烧结条件生成的陶瓷烧结体的密度相对小于按所述完全烧结条件生成的陶瓷烧结体的密度。
所述(e)的步骤可包括：进行研磨处理去除位于第一表面侧的残留区域使得在第一表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤；在第一表面侧向等于第一方向与第二方向中任意一个方向的第三方向分别形成多个第一电极条使得分别与露出的多个压电棒的端部电连接的步骤；进行研磨处理去除位于第二表面侧的残留区域使得在第二表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤；以及在第二表面侧向等于第一方向与第二方向中另一个方向的第四方向分别形成多个第二电极条使得分别与露出的多个压电棒的端部电连接的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种通过上述超声波指纹传感器的制造方法制成的超声波指纹传感器。
可通过专利权利范围及发明的具体说明明确除此之外的其他方面、特征、优点。
技术效果
根据本发明的实施例，利用非完全烧结状态的陶瓷烧结体形成压电棒，因此具有能够加快超声波指纹传感器的制造工程的效果。
并且，对为了形成压电棒而形成有槽的陶瓷加工体进一步实施烧结工程，因此具有能够制造更高分辨率的超声波指纹传感器的效果。
附图说明
图1是简要显示现有技术的超声波指纹传感器的构成的示意图；
图2是用于说明现有技术的压电棒的形状及动作的示意图；
图3是例示本发明的一个实施例的超声波指纹传感器的形状的示意图；
图4及图5是例示本发明的一个实施例的超声波指纹传感器的制造工程的示意图。
具体实施方式
本发明可施加多种变换，可具有多种实施例，在附图例示特定实施例并对此进行详细的说明。但其并非旨在使本发明限定于特定的实施形态，应理解包括包含于本发明的思想及技术范围的所有变换、等同物及替代物。在对本发明进行说明时认为对相关公知技术的具体说明可能会混淆本发明的主旨的情况下省略其具体说明。
第一、第二等术语可用于说明多种构成要素，但所述构成要素不得限定于所述术语。所述术语只适用于使一个构成要素区分于其他构成要素。
本说明书中使用的术语只是用于说明特定的实施例，目的并非限定本发明。单数的表现在说明书中没有其他明确限定的情况下还包括表示复数。本申请中“包括”或“具有”等术语用于指定存在说明书记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合，因此应理解并非预先排除一个或其以上的其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合的存在或附加可能性。
当记载了层、区域或基板之类的要素存在于其他要素的“上部(on)”或向“上部(onto)”扩张的情况下，该要素可直接位于其他要素的上部或直接向上部扩张或存在中间介入要素。反面，当记载了一个要素“紧邻地位于上部(directly on)”或“紧邻地向上部(directly onto)”扩张的情况下不存在其他中间要素。并且，当记载了一个要素“连接(connected)”或“结合(coupled)”于其他要素的情况下，该要素可直接连接或结合于其他要素或存在中间介入要素。反面，当记载了一个要素“直接连接(directly conn ected)”或“直接结合(directly coupled)”于其他要素的情况下不存在其他中间要素。
“下面的(below)”或“上面的(above)”或“上部的(upper)”或“下部的(lower)”或“水平的(horizontal)”或“侧面的(lateral)”或“垂直的(vertical)”等相对术语可用于记载如此处附图所示的一个要素、层或区域的其他要素、层或区域的关系。应将这些术语理解为旨在附图描述的方向(orientation)上进一步地包括装置的其他方向。
并且，在参照附图进行说明时，与附图标记无关地，对相同的构成要素添加相同或相关的附图标记并省略对此进行重复说明。在对本发明进行说明时认为对相关公知技术的具体说明可能不必要地混淆本发明的主旨的情况下省略其具体说明。
图3是例示本发明的一个实施例的超声波指纹传感器的形状的示意图，图4及图5是例示本发明的一个实施例的超声波指纹传感器的制造工程的示意图。
参照图3，超声波指纹传感器可包括多个压电棒100排列成mxn形态的传感器阵列的压电层、向预定的方向排列于压电层的第一表面的多个第一电极条330、向第一电极条330的排列方向的垂直方向排列于不接触压电层的第一表面的第二表面排列的多个第二电极条340。
具有预定的长度的条(bar)或棒等形状的各压电棒100可用例如锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(barium titanate)、钛酸铅(lead titanate)、锆酸铅(lead zirconate)、钛酸铅铌(PNT)、钛酸铅钪铌(PSNT)等压电陶瓷粉末形成以具备压电(Piezo)特性。
构成传感器阵列的各压电棒100之间的空间可被绝缘材料320填充。可确定绝缘材料320为具有不抑制通过第一电极条330及第二电极条340被施加电压的压电棒100的上下振动的特性的材质。
以下参照图4及图5对本发明的一个实施例的超声波指纹传感器的制造方法进行说明。
参照图4及图5，在步骤(a)准备压电片(sheet)形态的陶瓷烧结体310。陶瓷烧结体310如下所述，形成传感器阵列起到上述压电层的功能。
压电片是通过对例如PZT之类的压电陶瓷粉末进行热处理得到的薄片(sheet)化的构件，根据其厚度被称作片或薄膜，而本说明书统称为片。
在步骤(a)准备的压电片形态的陶瓷烧结体是通过非完全烧结(half sintering)条件烧结处理生成的。
包括压电片形态在内，陶瓷烧结体通常是对PZT等压电材料按照完全烧结(Fullsintering)条件形成的。为了使形成的陶瓷烧结体例如具有理论密度的约97～99％密度而指定的完全烧结条件中的温度条件和时间条件可以有多种。
虽然通过完全烧结条件生成的陶瓷烧结体具有优异的压电陶瓷特性，而切削速度局限于每秒约1-3mm的速度等，具有机械加工性相对不足的缺点。
与此相比，在步骤(a)准备的压电片形态的陶瓷烧结体310是通过非完全烧结(Half sintering)条件生成的。
在此，与上述完全烧结条件相比，非完全烧结条件中加热温度、加热时间等中一个以上被设成相对较恶劣，因此生成的陶瓷烧结体的密度相对低于完全烧结条件的情况下生成的密度(例如，密度为理论密度的约80～90％)。
通过非完全烧结条件生成的陶瓷烧结体310的烧结程度相对低于通过完全烧结条件生成的陶瓷烧结体，因此压电陶瓷特性相对不足，但具有机械加工性相对优异的优点。
在步骤(b)中，在压电片形态的陶瓷烧结体310的第一表面(例如上侧表面)方向向第一方向平行地按预先指定的间隔(图示的L2)进行切削(dicing)加工，形成形成有槽的陶瓷烧结体310即陶瓷加工体315。在此，限制使得切削深度相对小于陶瓷烧结体310的厚度，以使得第二表面侧剩下残留区域。
之后，在步骤(c)中，对形成有向第一方向平行的槽的陶瓷加工体315的不接触第一表面的第二表面(例如下侧表面)，向垂直于第一方向的第二方向平行地按预先指定的间隔进行切削(dicing)加工。该情况下也限制使得切削深度相对小于陶瓷烧结体310的厚度，以使得第一表面侧剩下残留区域。为了便于作业，步骤(c)的形成槽的作业可以在向上下方向翻转陶瓷加工体315的状态下实施。
之后，在步骤(d)中，按上述完全烧结条件对第一表面方向具有向第一方向形成的槽、第二表面方向具有向第二方向形成的槽的陶瓷加工体315进行烧结处理。
按完全烧结条件对非完全烧结的陶瓷加工体315进行烧结处理的过程中陶瓷加工体315发生收缩，因此陶瓷加工体315的长度与槽的宽度分别减小(即，L1＞L3，L2＞L4)。
因此，下述压电棒100的配置间隔更稠密，从而具有能够制造分辨率更高的超声波指纹传感器的优点。
之后，在步骤(e)中，用绝缘材料320填充(filling)分别向第一方向与第二方向切削而形成于陶瓷加工体315的槽。
之后，在步骤(f)中，对各槽被绝缘材料320填充的陶瓷加工体315的第一表面进行研磨(CMP)加工去除保持在第一表面侧的残留区域。
通过步骤(f)的研磨加工在第一表面侧露出排列成mxn阵列形态的压电棒100，在步骤(g)中向第三方向(即，第一方向及第二方向中任意一个)分别排列与多个压电棒100的上侧端部电连接的多个第一电极条330。
之后，在步骤(h)中，对各槽被绝缘材料320填充的陶瓷加工体315的第二表面进行研磨(CMP)加工去除保持在第二表面侧的残留区域。
通过步骤(h)的研磨加工在第二表面侧露出排列成m×n阵列形态的压电棒100，在步骤(i)中向第四方向(即，第一方向及第二方向中另一个)分别排列与多个压电棒100的上侧端部电连接的多个第二电极条340。为了便于作业，上述步骤(h)与(i)可以在向上下方向翻转陶瓷加工体315的状态下实施。
如上所述，本实施例的超声波指纹传感器制造方法能够通过对按非完全烧结条件形成的陶瓷烧结体310实施槽加工使得便于加工、加速工程速度，并且按完全烧结条件对形成有槽的陶瓷加工体315实施再烧结提高形成的压电棒100的特性且提高分辨率。
并且，虽然以上参照本发明的优选实施例进行了说明，但本技术领域的一般技术人员可理解在不超出下述权利要求范围记载的本发明的思想及领域的范围内对本发明实施多种修正及变更。

Claims (3)

1.一种超声波指纹传感器的制造方法，其特征在于，包括：
(a)准备按预先指定的非完全烧结条件烧结的压电片形态的陶瓷烧结体的步骤；
(b)在所述陶瓷烧结体的第一表面的方向按预先指定的间隔向第一方向平行地切削(dicing)加工至作为不接触所述第一表面的相反侧表面的第二表面侧剩下残留区域的深度并在所述陶瓷烧结体的第二表面的方向按预先指定的间隔向垂直于第一方向的第二方向平行地切削(dicing)加工至所述第一表面侧剩下残留区域的深度形成陶瓷加工体的步骤；
(c)按预先指定的完全烧结条件对所述陶瓷加工体进行烧结处理的步骤；
(d)向通过所述(b)的步骤形成于所述陶瓷加工体的槽填充(filling)绝缘材料的步骤；以及
(e)进行研磨处理去除分别位于第一表面侧与第二表面侧的残留区域使得在第一表面的方向与第二表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤，
其中，所述残留区域是未从切削加工的表面的方向切削至相反侧表面而剩下的陶瓷烧结体，通过所述残留区域使将要形成为所述压电棒的陶瓷烧结体区域的两端部分别与其他将要形成为压电棒的陶瓷烧结体区域相连，
与所述完全烧结条件相比，所述非完全烧结条件中的加热温度及加热时间中任意一个以上被指定成相对更恶劣，按所述非完全烧结条件生成的陶瓷烧结体的密度相对小于按所述完全烧结条件生成的陶瓷烧结体的密度。
2.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器的制造方法，其特征在于，所述(e)的步骤包括：
进行研磨处理去除位于第一表面侧的残留区域使得在第一表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤；
在第一表面侧向等于第一方向与第二方向中任意一个方向的第三方向分别形成多个第一电极条使得分别与露出的多个压电棒的端部电连接的步骤；
进行研磨处理去除位于第二表面侧的残留区域使得在第二表面的方向露出分别排列成阵列形态的压电棒的步骤；以及
在第二表面侧向等于第一方向与第二方向中另一个方向的第四方向分别形成多个第二电极条使得分别与露出的多个压电棒的端部电连接的步骤。
3.一种超声波指纹传感器，
通过权利要求1或2所述的超声波指纹传感器的制造方法制成。
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