CN109492470A - 超声波传感器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的电子装置及超声波传感器包括基材、接收电极层、压电元件、含有硅烷的底漆、发射电极层及与接收电极层连接的处理芯片。接收电极层形成在基材上。压电元件设置在基材上并覆盖接收电极层，压电元件用于发射超声波并在接收到待检测物反射的超声波后产生电信号，接收电极层用于接收电信号。底漆形成在基材上并覆盖接收电极层，底漆用于将接收电极层与压电元件结合在一起。发射电极层设置在压电元件上，压电元件位于接收电极层与发射电极层之间。处理芯片用于处理电信号以形成待检测物的超声波影像。通过设置底漆能够增大压电元件与接收电极层之间的粘附力，从而避免压电元件从接收电极层上脱落，使超声波传感器的结构更加稳定。

Description

超声波传感器及电子装置

技术领域

本发明涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种超声波传感器及电子装置。

背景技术

目前，现有的超声波传感器中的接收电极层与压电元件通过接收电极层与压电元件之间的分子力结合在一起。由于接收电极层与压电元件之间分子力较小，从而导致压电元件容易从接收电极层上剥离出来，从而影响超声波传感器的使用。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种超声波传感器及电子装置。

本发明实施方式的超声波传感器包括：

基材；

接收电极层，所述接收电极层形成在所述基材上；

压电元件，所述压电元件形成在所述基材上并覆盖所述接收电极层，所述压电元件用于发射超声波并在接收到待检测物反射的超声波后产生电信号，所述接收电极层用于接收所述电信号；

含有硅烷的底漆，所述底漆设置在所述接收电极层与所述压电元件之间，所述底漆用于将所述接收电极层与所述压电元件结合在一起；

发射电极层，所述发射电极层设置在所述压电元件上，所述压电元件位于所述接收电极层与所述发射电极层之间；及

与所述接收电极层连接的处理芯片，所述处理芯片用于处理所述电信号以形成所述待检测物的超声波影像。

本发明实施方式的超声波传感器中的接收电极层制作在基材上，如此可以使接收电极层设于离待检测物更近的位置，从而超声波传感器检测待检测物的灵敏度更高。同时，接收电极层与压电元件之间设置有含有硅烷的底漆能够使压电元件粘附在接收电极层上的粘附力更大，从而避免压电元件从接收电极层上脱落，使超声波传感器的结构更加稳定。

在某些实施方式中，所述接收电极层包括多条间隔设置的条状接收电极，所述发射电极层包括多条间隔设置的条状发射电极，多条所述条状发射电极与多条所述条状接收电极在所述基材上的正投影交错设置并形成多个交错区，所述压电元件包括多个压电柱，多个所述压电柱呈阵列分布并与多个所述交错区对应。如此，接收电极层包括多个条状接收电极，便于形成在基材上。

在某些实施方式中，所述压电元件包括聚偏氟乙烯与三氟乙烯形成的共聚物。如此，便于底漆中的硅烷与压电元件形成更稳定的共价键，从而增大压电元件粘附在接收电极层上的粘附力。

在某些实施方式中，所述接收电极层包括制作在所述基材上的多个像素电极，多个所述像素电极呈阵列分布。如此，超声波传感器的每个像素电极能够根据接收到的电信号确定手指按压在超声波传感器上的位置及压电元件在该位置上产生的电信号，从而减少了处理芯片需要处理的数据量、提升了超声波传感器识别待检测物的效率。

在某些实施方式中，所述压电元件为压电材料制成的整体的层状结构。由于压电元件呈整体的层状结构，从而压电元件容易制造并且制作成本较低。

在某些实施方式中，所述压电元件包括多个压电柱，多个所述压电柱设置在所述基材上并呈阵列分布，多个所述压电柱与多个所述像素电极对应，每个所述压电柱覆盖对应的所述像素电极。由于压电元件上的多个压电柱阵列设置，因此每个压电柱受到相邻的压电柱产生的电性干扰及振动干扰较小，从而相较于由压电材料制成的整体的层状结构，本发明实施方式的压电元件在超声波作用下产生的电信号更准确，进而处理芯片处理该信号形成的超声波影像更准确。

在某些实施方式中，所述发射电极层为整体的层状结构。发射电极层呈整体的片状结构，便于处理芯片控制发射电极层的通电，同时使发射电极层容易制造并且制作成本较低。

在某些实施方式中，所述发射电极层包括层状结构及自所述层状结构的两端分别延伸的延伸结构，所述层状结构与所述延伸结构共同包裹住所述压电元件。如此，通过设置延伸结构便于处理芯片通过延伸结构与发射电极层电连接。

在某些实施方式中，所述发射电极层包括多个间隔设置的条状结构的发射电极，每个条状结构的所述发射电极与一行或一列上的所述像素电极对应。相对于层状结构的发射电极，条状结构的发射电极更便于处理芯片控制发射电极层的信号输入及输出，从而提升了超声波传感器识别指纹的精度。

在某些实施方式中，所述基材上形成有呈阵列分布的多个像素电路及与多个所述像素电路对应的多条导线，多个所述像素电路与多个所述像素电极对应，每个所述像素电路与对应的所述像素电极连接，每条所述导线用于连接对应的所述像素电路及所述处理芯片。如此，便于像素电路及导线的制作，并便于像素电极与处理芯片连接。

在某些实施方式中，所述超声波传感器还包括：

连接电极，所述连接电极设置在所述基材的远离所述接收电极层的一侧并与所述处理芯片连接；及

引线，所述接收电极层通过所述引线连接至所述连接电极，所述发射电极层通过所述引线连接至所述连接电极。本实施方式通过设置引线及连接电极，便于接收电极层与发射电极层分别与处理芯片电连接。

在某些实施方式中，所述超声波传感器还包括氮化硅层，所述氮化硅层设置在所述接收电极层与所述底漆之间。氮化硅层完全覆盖接收电极层，以避免超声波传感器在制作时接收电极层被刮伤；氮化硅层对接收电极层起到绝缘的作用；同时，底漆中的硅烷与氮化硅层形成的共价键较硅烷与接收电极层形成的共价键更加稳定。

本发明实施方式的电子装置包括：

壳体；

上述任意一项实施方式所述的超声波传感器，所述超声波传感器设置在所述壳体上或收容在所述壳体内。

本发明实施方式的电子装置及超声波传感器中的接收电极层制作在基材上，如此可以使接收电极层设于离待检测物更近的位置，从而超声波传感器检测待检测物的灵敏度更高。同时，接收电极层与压电元件之间设置有含有硅烷的底漆能够使压电元件粘附在接收电极层上的粘附力更大，从而避免压电元件从接收电极层上脱落，使超声波传感器的结构更加稳定。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图2是本发明某些实施方式的电子装置的平面示意图；

图3是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图4是本发明某些实施方式的超声波传感器的分解示意图；

图5是本发明某些实施方式的PVDF的占比-PVDF-TrFE聚合物的压电常数示意图；

图6是本发明某些实施方式的PVDF的占比-居里温度示意图；

图7是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图8是本发明某些实施方式的超声波传感器的分解示意图；

图9是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图10是本发明某些实施方式的超声波传感器的分解示意图；

图11是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图12是本发明某些实施方式的超声波传感器的分解示意图；

图13是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；

图14是本发明某些实施方式的超声波传感器的分解示意图；

图15是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图；和

图16是本发明某些实施方式的超声波传感器的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本发明实施方式的超声波传感器100包括基材10、接收电极层20、压电元件30、含有硅烷的底漆40、发射电极50、及处理芯片60。接收电极层20形成在基材10上。压电元件30设置在基材10上并覆盖接收电极层20，压电元件30用于发射超声波并在接收到待检测物反射的超声波后产生电信号，接收电极层20用于接收该电信号。底漆40形成在基材10上并覆盖接收电极层20，底漆40用于将接收电极层20与压电元件30结合在一起。发射电极层50设置在压电元件30上，压电元件30位于接收电极层20与发射电极层50之间。处理芯片60与接收电极层20连接，处理芯片60用于处理该电信号以形成待检测物的超声波影像。

请参阅图1，待检测物可以为手指、测试模板等。硅烷含有两种不同化学官能团，硅烷的一种化学官能团能够与无机材料(例如，玻璃纤维、硅酸盐、金属及其氧化物)反应生成共价键；硅烷的另一种化学官能团能够与树脂、高分子压电材料反应生成共价键。也就是说，含有硅烷的底漆40与位于底漆40两侧的无机物质均能够形成共价键，从而底漆40能够提升无机物质之间连接的附着力；含有硅烷的底漆40与位于底漆40两侧的有机物质均能够形成共价键，从而底漆40能够提升有机物质之间连接的附着力；含有硅烷的底漆40与位于底漆40两侧的无机物质及有机物质均能够形成共价键，从而底漆40能够提升有机物质及无机物质之间连接的附着力。优选的，含有硅烷的底漆40同时与位于底漆40两侧的无机物质及有机物质形成的共价键更稳定，从而底漆40能够提升有机物质及无机物质之间连接的附着力。

处理芯片60还可以用于控制接收电极层20及发射电极层50的通断电。当处理芯片60控制发射电极层50与接收电极层20通电以使发射电极层50与接收电极层20上施加有高频电压(例如：频率大于20KHZ的电压)时，其中发射电极层50施加高频电压而接收电极层20接地，压电元件30在高频电压的作用下产生超声波并向外发射超声波；若手指放置在超声波传感100上，则手指会反射压电元件30发射的超声波并传递回给压电元件30，由于手指上存在指纹，因而压电元件30上各个位置接收到的手指反射超声波不完全相同，从而压电元件30各个位置在超声波作用下产生的电信号(或压电信号)也不完全相同，压电元件30上各个位置产生的电信号能够共同形成手指的指纹图案；处理芯片60控制接收电极层20接收压电元件30的各个位置上产生的该电信号，接收电极层20将该电信号传递到处理芯片60上，处理芯片60处理该电信号以形成待检测物的超声波影像(包括手指的指纹图案)。

本发明实施方式的超声波传感器100中的接收电极层20制作在基材10上，如此可以使接收电极层20设于离待检测物更近的位置，从而超声波传感器100检测待检测物的灵敏度更高。同时，接收电极层20与压电元件30之间设置有含有硅烷的底漆40能够使压电元件30粘附在接收电极层20上的粘附力更大，从而避免压电元件30从接收电极层20上脱落，使超声波传感器100的结构更加稳定。

请参阅图2，本发明实施方式的电子装置200包括壳体202及本发明任意一实施方式的超声波传感器100。超声波传感器100可以设置在壳体202上。

请参阅图2，在其他实施方式中，超声波传感器100也可以设置在壳体202内。例如，电子装置200还包括显示屏201，超声波传感器100位于显示屏201的下方并与显示屏201的显示区域对应。如此，超声波传感器100设置在壳体202内，使超声波传感器100不占用显示屏201的面积，从而提升了电子装置200的屏占比。

请参阅图2，在某些实施方式中，电子装置200还包括后盖(图未示)及侧边框203，显示屏201与后盖位于电子装置200的相背两侧上，侧边框203连接显示屏201与后盖，超声波传感器100设置在壳体202内并位于侧边框203上或设置在壳体202内并位于后盖上。如此，一方面，超声波传感器100设置在壳体202内，使超声波传感器100不占用显示屏201的面积，从而提升了电子装置200的屏占比；另一方面，超声波传感器100可以制作成侧边指纹识别模组或背面指纹识别模组，提供了更多样化的用户体验。电子装置200包括手机、平板电脑、智能手环、智能头盔、智能手表、遥控器、车载导航仪、电子书、锁、门禁等装置中的任意一种。

请参阅图1，本发明实施方式的超声波传感器100包括基材10、接收电极层20、压电元件30、底漆40、发射电极50、处理芯片60。

基材10的材料为玻璃或聚酰亚胺薄膜。基材10可以呈矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形的片状结构。

请参阅图3及图4，接收电极层20包括多个间隔设置的条状接收电极22。多个条状接收电极22相互平行且等间隔设置。接收电极22的材料为氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)、纳米银线(Agnanowire)、金属网格(metal mesh)、纳米碳管以及石墨烯(Graphene)中的任意一种，由上述材料制成的接收电极22具有较好的韧性及透光性，从而由该接收电极22制成的超声波传感器100具有较好的韧性及透光性；当超声波传感器100设置在显示屏201的下方时，具有较好的透光性的超声波传感器100不会遮挡显示屏201的显示，同时设置在显示屏201下方的超声波传感器100能够保持显示屏201的整体颜色一致而使显示屏201更加美观。在某些实施方式中，接收电极22的透光率大于90％，当超声波传感器100设置在显示屏201的下方时，具有较好的透光性的超声波传感器100不会遮挡显示屏201的显示，同时设置在显示屏201下方的超声波传感器100能够保持显示屏201的整体颜色一致而使显示屏201更加美观。接收电极22可用于接收电信号，每个接收电极22能够根据接收到的电信号确定超声波传感器100的一个位置，接收电极22在基材10上的密度与超声波传感器100的采集精度正相关，本发明的接收电极22的密度能够使超声波传感器100检测到待检测物的指纹影像。

请参阅图3及图4，压电元件30包括多个压电柱32及填充在多个压电柱32之间的绝缘层34。多个压电柱32设置在基材10上并呈阵列分布。多个压电柱32均与一个或多个接收电极22对应。压电元件30的形状与基材10的形状相匹配。压电柱32的材料可以为压电陶瓷、或者聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)和三氟乙烯的共聚物，当压电柱32的材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物时，压电元件30具有较好的柔韧性，此时超声波传感器100的柔韧性也较好。绝缘层34的材料可以为环氧树脂。由于环氧树脂对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定等特点。因此，绝缘层34使用环氧树脂作为填充介质，便于封装压电柱32并使得压电元件30的结构更加稳定。压电元件30在高频电压(例如：频率大于20KHZ的电压)作用下能够产生并向显示屏90的发光方向发射超声波。当压电元件30接收到待检测物反射的超声波后，压电元件30在超声波作用下会产生电信号(或压电信号)，待检测物可以为手指、测试模板等。

请参阅图3及图4，底漆40形成在基材10上并覆盖接收电极层20，底漆40用于将接收电极层20与压电元件30结合在一起。本实施方式中，底漆40完全覆盖接收电极22与基材10。底漆40的材料中含有硅烷。硅烷含有两种不同化学官能团。当压电柱32的材料为压电陶瓷且绝缘层34的材料为环氧树脂时，硅烷的一种化学官能团能够与接收电极层20及压电柱32均反应生成共价键；硅烷的另一种化学官能团能够与绝缘层34反应生成共价键。当压电柱32的材料为PVDF(或PVDF的共聚物)且绝缘层34的材料为环氧树脂时，硅烷的一种化学官能团能够与接收电极层20反应生成共价键；硅烷的另一种化学官能团能够与压电柱32及绝缘层34均反应生成共价键。在其他实施方式中，底漆40只设置在压电柱32与接收电极22相对的位置上，绝缘层34与接收电极22对应的位置可不设置底漆40，换言之，底漆40位于压电柱32与接收电极22之间，而底漆40不位于绝缘层34与接收电极22之间。

请参见表1，表1为采用百格测试方法测试压电元件30与基材10之间不设置底漆40、及测试压电元件30与基材10之间设置含有硅烷的不同类型的底漆40得到的结果，由表1可看出，由于0B表示剥落程度超过65％，4B表示剥落程度小于5％，5B表示无剥落，压电元件30与基材10之间设置底漆40时的附着力大于压电元件30与基材10之间不设置底漆40时的附着力，也就是说，底漆40与压电元件30能够生成有共价键，且底漆40与基材10能够生成有共价键，压电元件30直接设置在基材10上存在分子力但不会生成共价键，该共价键具有的力大于该分子力。由于硅烷与无机材料、有机材料均能够生成共价键，而压电元件30直接设置在基材10上只具有分子力，因此，接收电极层20与压电元件30之间设置含有硅烷的底漆40能够增强压电元件30附着在接收电极层20及基材10上的附着力。

表1

请参阅图3及图4，发射电极层50包括多条间隔设置的条状发射电极52，多条条状发射电极52与多条条状接收电极22在基材10上的正投影交错设置并形成多个交错区101，多个压电柱32呈阵列分布并与多个交错区101对应。发射电极层50设置在压电元件30的远离接收电极层20的一侧，也就是说，压电元件30位于接收电极层20与发射电极层50之间。发射电极52的材料为氧化铟锡、纳米银线、金属网格、纳米碳管以及石墨烯中的任意一种。在某些实施方式中，发射电极52的透光率大于90％。发射电极层50与接收电极层20通高频电压后能够给压电元件30施加高频电压，从而使压电元件30产生超声波。发射电极层50与接收电极层20还能够接收压电元件30产生的电信号。

请参阅图1及图3，处理芯片60与接收电极层20及发射电极层50均连接。处理芯片60可以用于控制发射电极层50及接收电极层20的通断电。例如，处理芯片60可以控制发射电极层50连通高频电压并控制接收电极层20接地，以使压电元件30被施加高频电压，从而使压电元件30产生并向外发射超声波。处理芯片60还可控制接收电极层20及发射电极层50将压电元件30产生的压电信号传输到处理芯片60上。处理芯片60还用于处理压电元件30产生的电信号以形成待检测物的超声波影像。处理芯片60可以设置在基材10上也可以设置在基材10外。

当处理芯片60控制发射电极层50与接收电极层20通电以使发射电极层50与接收电极层20上施加有高频电压(例如：频率大于20KHZ的电压)时，压电元件30在高频电压的作用下产生超声波并向外发射超声波；若手指放置在超声波传感器100上，则手指会反射压电元件30发射的超声波并传递回给压电元件30，由于手指上存在指纹，因而压电元件30上各个位置接收到的手指反射超声波不完全相同，从而压电元件30各个位置在超声波作用下产生的电信号(或压电信号)也不完全相同，压电元件30上各个位置产生的电信号能够共同形成手指的指纹图案；处理芯片60控制接收电极层20接收压电元件30的各个位置上产生的该电信号，接收电极层20将该电信号传递到处理芯片60上，处理芯片60处理该电信号以形成手指的指纹图案。

本发明实施方式的电子装置200及超声波传感器100中的接收电极层20制作在基材10上，如此可以使接收电极层20设于离待检测物更近的位置，从而超声波传感器100检测待检测物的灵敏度更高。同时，接收电极层20与压电元件30之间设置的含有硅烷的底漆40能够使压电元件30粘附在接收电极层20上的粘附力更大，从而避免压电元件30从接收电极层20上脱落，使超声波传感器100的结构更加稳定。

本发明实施方式的电子装置200及超声波传感器100还具有以下有益效果：接收电极层20包括多个条状接收电极22，便于形成在基材10上。

在某些实施方式中，上述实施方式的压电元件30可为聚偏氟乙烯(PVDF)与三氟乙烯(trifluoroethylene,TrFE)形成的共聚物(PVDF-TrFE)。如此，便于底漆40中的硅烷与压电元件30形成更稳定的共价键，从而增大压电元件30粘附在接收电极层20上的粘附力。

请参阅图1及图3，在某些实施方式中，上述实施方式的压电元件30包括在聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)引入三氟乙烯(trifluoroethylene,TrFE)单体形成的共聚物(PVDF-TrFE共聚物)，聚偏氟乙烯的占比为78mol％-80mol％，三氟乙烯单体的的占比为20mol％-22mol％。

例如，PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯的占比(即，含量)可以为78mol％、78.25mol％、78.5mol％、78.75mol％、79mol％、79.25mol％、79.5mol％、79.75mol％、80mol％中的任意一个。三氟乙烯的占比可以为20mol％、20.25mol％、20.5mol％、20.75mol％、21mol％、21.25mol％、21.5mol％、21.75mol％、22mol％中的任意一个。优选的，PVDF-TrFE共聚物由(80mol％-Xmol％)的聚偏氟乙烯与(20mol％+Xmol％)的三氟乙烯形成，其中X的取值范围为0-2，例如，X可以为0、0.25、0.5、0.55、0.75、1、1.25、1.5、1.55、1.75、2中的任意一个。

请参阅图5，PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯的占比在51mol％-80mol％范围内，聚偏氟乙烯的占比越大，PVDF-TrFE共聚物的压电常数越大，从而压电元件30的压电性能越好。请参阅图6，Tm表示PVDF-TrFE共聚物的熔点温度，Tc表示PVDF-TrFE共聚物的居里温度(the Curie temperature)，Tc越大表示PVDF-TrFE共聚物的顺磁相与铁磁相之间的相变温度越高，PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯的占比在50mol％-82mol％范围内，聚偏氟乙烯的占比越大，PVDF-TrFE共聚物Tc越高，Tc与Tm在PVDF的占比为82mol％时相交。也就是说，PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯的占比在51mol％-82mol％范围内，PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯的占比越大，PVDF-TrFE共聚物的顺磁相与铁磁相之间的相变温度越高。由图5及图6，PVDF-TrFE共聚物在满足Tc小于Tm的前提下(也即是，聚偏氟乙烯的占比小于82mol％的前提下)，聚偏氟乙烯的占比越大，从而压电元件30的压电性能越好。由于压电元件30在制作过程中的温度控制会出现一定误差，因而PVDF-TrFE中的聚偏氟乙烯的占比选取78mol％-80mol％。

本实施方式压电元件30通过在聚偏氟乙烯中引入三氟乙烯单体从而提升了压电元件30的压电性能。本发明的PVDF-TrFE共聚物中的聚偏氟乙烯占比为78mol％-80mol％能够使PVDF-TrFE共聚物(压电元件30)具有较好的压电性能；同时，PVDF-TrFE共聚物的居里温度较高并小于PVDF-TrFE的熔化温度，能够避免压电元件30在制作过程中由于温度过高而导致PVDF-TrFE共聚物出现退极化的现象，因此，PVDF-TrFE共聚物的居里温度较高，压电元件30的压电性能越稳定。

请参阅图7及图8，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。如此，超声波传感器100的每个像素电极24能够根据接收到的电信号确定手指按压在超声波传感器100上的位置及压电元件30在该位置上产生的电信号，从而减少了处理芯片60需要处理的数据量、提升了超声波传感器100识别待检测物的效率。

请参阅图7及图8，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，例如，制作包括通过镀膜、光阻涂布/显影/曝光、蚀刻、去除光阻、退火等工艺将像素电极20直接制作在基材10上。多个像素电极24呈阵列分布。压电元件30包括多个压电柱32及填充在多个压电柱32之间的绝缘层34。多个压电柱32设置在基材10上并呈阵列分布，多个压电柱32与多个像素电极24对应，每个压电柱32覆盖对应的像素电极24。由于压电元件30的多个压电柱32阵列设置，因此每个压电柱32受到相邻的压电柱32产生的电性干扰及振动干扰较小，因此，本发明实施方式的压电元件30在超声波作用下产生的电信号更准确，进而处理芯片60处理该信号形成的超声波影像更准确。压电柱32的材料为聚偏氟乙烯。绝缘层34的材料可以为环氧树脂。由于环氧树脂对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定等特点。因此，绝缘层34使用环氧树脂作为填充介质，便于封装压电柱32并使得压电元件30的结构更加稳定。

请参阅图9及图10，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。压电元件30为压电材料制成的整体的层状结构(即，片状结构)。该压电材料可以为压电陶瓷、PVDF和PVDF的共聚物中的任意一种。由于压电元件30呈整体的层状结构，从而压电元件30容易制造并且制作成本较低。

请参阅图9及图10，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。发射电极层50包括多个间隔设置的条状结构的发射电极52，每个条状结构的发射电极52与一列上的像素电极24对应。在其他实施方式中，每个条状结构的发射电极52与同一行上的像素电极24对应。像素电极24与条状结构的发射电极52对应，便于像素电极24与发射电极52在压电元件30上施加高频电压(例如：频率大于20KHZ的电压)，同时便于像素电极24及发射电极52用于将压电元件30(压电柱32)在压电效应下产生的电信号传递到其他元件上。相对于层状结构的发射电极52，条状结构的发射电极52更便于处理芯片60控制发射电极层50的信号输入及输出，从而提升了超声波传感器100识别指纹的精度。

请参阅图11及图12，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。发射电极层50为整体的层状结构(即为片状结构)。发射电极层50呈整体的片状结构，便于处理芯片60控制发射电极层50的通电，同时使发射电极层50容易制造并且制作成本较低。

请参阅图13，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。发射电极层50包括层状结构54及自层状结构54的两端分别延伸的延伸结构56，层状结构54与延伸结构56共同包裹住压电元件30。处理芯片60通过延伸结构56与发射电极层50电连接。如此，通过设置延伸结构56便于处理芯片60与发射电极层50电连接。

请参阅图14，在某些实施方式中，上述实施方式的接收电极层20包括制作在基材10上的多个像素电极24，多个像素电极24呈阵列分布。基材10上形成有呈阵列分布的多个像素电路12及与多个像素电路12对应的多条导线14，多个像素电路12与多个像素电极24对应，每个像素电路12与对应的像素电极24连接，每条导线14用于连接对应的像素电路12及处理芯片60。像素电路12设置在基材10与像素电极24之间，导线14可以设置在基材10的与像素电路12的同一侧上。如此，便于像素电路12及导线14的制作，并便于像素电极24与处理芯片60连接。在其他实施方式中，导线14也可以设置在基材10的与像素电路12的相背一侧上。

请参阅图15，在某些实施方式中，本发明实施方式的超声波传感器100还包括连接电极70及引线80。连接电极70设置在基材10的远离接收电极层20的一侧并与处理芯片60连接。接收电极层20通过引线80连接至连接电极70，发射电极层50通过引线80连接至连接电极70。引线80包括与接收电极层20连接的接收电极引线82，引线80还包括与发射电极层50对应连接的发射电极引线84。当接收电极层20为多个条状接收电极22时，接收电极引线82的数量与接收电极22的数量一致并分别对应连接；当接收电极层20为多个像素电极24时，接收电极引线82的数量与像素电极24的数量一致并分别对应连接。当发射电极层50为整体的层状结构时，发射电极引线84为一条；当发射电极层50为多条间隔设置的条状发射电极52时，发射电极引线84的数量与发射电极52的数量一致并对应连接。本实施方式通过设置引线80及连接电极70，便于接收电极层20与发射电极层50分别与处理芯片60电连接。

请参阅图16，在某些实施方式中，上述实施方式的超声波传感器100还包括氮化硅层90，氮化硅层90设置在接收电极层20与底漆40之间。氮化硅层90完全覆盖接收电极层20，以避免超声波传感器100在制作时接收电极层20被刮伤；氮化硅层90对接收电极层20起到绝缘的作用；同时，底漆40中的硅烷与氮化硅层90形成的共价键较硅烷与接收电极层20形成的共价键更加稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器包括：

基材；

接收电极层，所述接收电极层形成在所述基材上；

压电元件，所述压电元件设置在所述基材上并覆盖所述接收电极层，所述压电元件用于发射超声波并在接收到待检测物反射的超声波后产生电信号，所述接收电极层用于接收所述电信号；

含有硅烷的底漆，所述底漆形成在所述基材上并覆盖所述接收电极层，所述底漆用于将所述接收电极层与所述压电元件结合在一起；

发射电极层，所述发射电极层设置在所述压电元件上，所述压电元件位于所述接收电极层与所述发射电极层之间；及

与所述接收电极层连接的处理芯片，所述处理芯片用于处理所述电信号以形成所述待检测物的超声波影像。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述接收电极层包括多条间隔设置的条状接收电极，所述发射电极层包括多条间隔设置的条状发射电极，多条所述条状发射电极与多条所述条状接收电极在所述基材上的正投影交错设置并形成多个交错区，所述压电元件包括多个压电柱，多个所述压电柱呈阵列分布并与多个所述交错区对应。

3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电元件包括聚偏氟乙烯与三氟乙烯形成的共聚物。

4.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述接收电极层包括制作在所述基材上的多个像素电极，多个所述像素电极呈阵列分布。

5.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电元件为压电材料制成的整体的层状结构；或

所述压电元件包括多个压电柱，多个所述压电柱设置在所述基材上并呈阵列分布，多个所述压电柱与多个所述像素电极对应，每个所述压电柱覆盖对应的所述像素电极。

6.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述发射电极层为整体的层状结构；或

所述发射电极层包括层状结构及自所述层状结构的两端分别延伸的延伸结构，所述层状结构与所述延伸结构共同包裹住所述压电元件；或

所述发射电极层包括多个间隔设置的条状结构的发射电极，每个条状结构的所述发射电极与一行或一列上的所述像素电极对应。

7.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，所述基材上形成有呈阵列分布的多个像素电路及与多个所述像素电路对应的多条导线，多个所述像素电路与多个所述像素电极对应，每个所述像素电路与对应的所述像素电极连接，每条所述导线用于连接对应的所述像素电路及所述处理芯片。

8.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器还包括：

连接电极，所述连接电极设置在所述基材的远离所述接收电极层的一侧并与所述处理芯片连接；及

引线，所述接收电极层通过所述引线连接至所述连接电极，所述发射电极层通过所述引线连接至所述连接电极。

9.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器还包括氮化硅层，所述氮化硅层设置在所述接收电极层与所述底漆之间。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

壳体；

权利要求1-9任意一项所述的超声波传感器，所述超声波传感器设置在所述壳体上或收容在所述壳体内。