CN111864053A - 超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备 - Google Patents

超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备 Download PDF

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CN111864053A CN202010724160.6A CN202010724160A CN111864053A CN 111864053 A CN111864053 A CN 111864053A CN 202010724160 A CN202010724160 A CN 202010724160A CN 111864053 A CN111864053 A CN 111864053A
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陆斌
沈健
王红超
王文轩
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Abstract

本申请实施例提供一种超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备，所述方法包括：在衬底层上形成整面电极，所述整面电极的第一表面平整；在所述整面电极的第一表面形成压电层，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；在所述压电层的第一表面形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。本申请实施例提供的方法，使得在制备压电层之前表面平整，制备得到的压电层厚度均匀，进一步能够提高超声传感器的性能。

Description

超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备
技术领域
本申请实施例涉及电子信息技术领域，尤其涉及超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备。
背景技术
超声传感器是能够将声能和电能互相转换的器件，超声传感器一般包括衬底层(substrate)、在衬底层上制备的电路层(circuit)、在电路层上制备的声电转换层，其中，声电转换层包含压电层以及电极阵列(electrode)，其中压电层由压电材料构成。声电转换层可以实现两个功能，一是在电路层的驱动下，声电转换层的电极阵列将电信号耦合到压电层，使压电层发生相应的形变和高频振动，由此发出超声波；二是接收待测物体(例如手指)反射的超声波，在声压的作用下使压电层产生形变和振动，并生成相应的电信号，再通过电极阵列将电信号传导至电路层。
当前超声传感器的制备，需要先在衬底层上制备电路层和电极阵列，接着再制备压电层，由于制备完电路层和电极阵列后，其表面不平整，会导致压电层的厚度不均匀，进而影响超声传感器的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备，以提升超声传感器的性能。
第一方面，本申请实施例提供了一种超声传感器制备方法，包括：在衬底层上形成整面电极，所述整面电极的第一表面平整；在所述整面电极的第一表面形成压电层，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；在所述压电层的第一表面形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
第二方面，本申请实施例提供了一种超声传感器制备方法，包括：在衬底层上设置整面电极，所述整面电极的第一表面覆盖有压电层，所述整面电极的第一表面平整，并且在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；在所述压电层的第一表面的上方形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
第三方面，本申请实施例提供了一种超声传感器，包括：整面电极，其具有一个平整的第一表面；压电层，设置在所述整面电极的第一表面；电极阵列，设置在所述压电层的第一表面的上方，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；电路层，设置在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：显示屏和第三方面所述的超声传感器，其中，所述超声传感器的电路层远离所述显示屏的下表面。
本申请实施例提供的超声传感器制备方法、超声传感器以及电子设备，超声传感器的压电层厚度均匀，能够提升超声传感器的性能。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比值绘制的。附图中：
图1为提供的一种超声传感器的示意性结构图；
图2为提供的一种超声传感器的电路层的截面图；
图3为提供的一种压电材料在不同厚度时归一化共振频率的曲线图；
图4为本申请实施例提供的一种超声传感器制备方法的流程图；
图5-图8为本申请实施例提供的一种制备过程中超声传感器的示意性结构图；
图9为本申请实施例提供的一种超声传感器的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种超声传感器在电子设备中的安装示意图；
图11为本申请实施例提供的一种超声传感器制备方法的流程图；
图12-17为本申请实施例提供的一种制备过程中超声传感器的示意性结构图；
图18为本申请实施例提供的一种超声传感器的示意图。
图19为本申请实施例提供的一种超声传感器在电子设备中的安装示意图；
图20为本申请实施例提供的一种超声传感器在电子设备中的安装示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，超声传感器100包括衬底层110、在衬底层110上方设置的电路层120、以及在电路层120上方设置的声电转换层130，其中声电转换层130包括设置在电路层120上方的电极阵列1310，在电极阵列1310上方设置的压电层1320以及在压电层1320上方设置的电极层1330，可选地，压电层1320由压电材料制备而成，电极层1330为整面电极。当前制作超声传感器时，需要先在衬底层110上制备电路层120和电极阵列1310，接着再制备压电层1320，最后再制备整面电极1330。当制备完电路层120和电极阵列1310后，其表面不平整，例如图2所示，为由扫描电子显微镜拍摄的一种超声传感器的电路层的截面图，图2中的电路层采用工艺薄膜晶体管(Thin-Film-Transistor，TFT)，为TFT电路层，由于TFT电路层的工艺流程中包括多个图形化的工艺，因此电路层在制备完毕后，其外表面凹凸不平，如图2中所示。此外，制备完电路层120后，接着在电路层120的上方制备电极阵列，进一步会导致表面凹凸不平，如果直接在凹凸不平的表面制备压电层1320，容易导致压电层厚度不均匀，而压电层厚度不均匀会影响超声传感器的性能。例如，压电层1320厚度的差异可以导致压电材料共振频率的差异，从而影响超声波发射的穿透深度和接收的分辨率。图3为以锆钛酸铅压电材料为例，锆钛酸铅的化学式为Pb[ZrxTi1-x]O3，将其简写为PZT，示出了压电层的厚度与归一化共振频率的关系，其中，横坐标为PZT膜厚，纵坐标为归一化共振频率，可以看出给PZT施加固定电压的情况下，PZT的厚度不同时，其对应的归一化共振频率也不同。此外，对于聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)压电材料来说，厚度的差异还会导致压电材料极化的不均匀，进一步加剧超声传感器的电极阵列中的各个电极之间的不均匀性，由此导致超声传感器的性能下降，成像困难，可以理解的是超声传感器的电极阵列当中的各个电极即为超声传感器的像素单元。
为此，本申请提供了一种超声传感器的制备方法，能够解决上述问题，提升超声传感器的性能。
参见图4，本申请实施例提供了一种超声传感器的制备方法，包括：
S401，在衬底层上形成整面电极，所述整面电极的第一表面平整；
可选地，所述衬底层可以为硅(单晶硅或者多晶硅)、玻璃、石英、陶瓷、金属板或其他刚性材料；
可选地，所述衬底层还可以为聚酰亚胺(Polyimide)、环氧树脂、ABF(AjinomotoBuild-up Film)等有机物衬底。
可选地，所述衬底层可以包括沉积层、氧化层和键合层，例如绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)。
可选地，可以采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺或者电镀工艺沉积一层导电材料形成所述整面电极。所述整面电极可以为低电阻率导电材料，包括金属，例如：铂Pt，银Ag，铜Cu，铝Al，钛Ti，钽Ta，金Au，钼Mo，镍Ni，钯Pd，钨W；金属化合物，例如：氧化銦錫ITO，钌酸锶SrRuO3，镍酸镧LaNiO3，氧化铈CeO2)，氮化钛TiN，氮化钽TaN；碳材料；有机导电聚合物，例如：聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩，聚对苯乙烯，聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)，即PEDOT等，或上述材料的组合、混合物。
S402，在所述整面电极的第一表面形成压电层，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；
在S402中，所述在所述整面电极的第一表面形成压电层，包括：
在所述整面电极的第一表面形成压电材料；
去除所述整面电极的部分区域上的所述压电材料，以露出所述整面电极的部分区域；
固化所述压电材料，形成所述压电层。
本申请实施例中，所述整面电极的表面平整，在所述整面电极的第一表面形成所述压电层时，压电层的厚度均匀，可选地，所述压电层的厚度范围为10-30微米，例如，所述压电层的厚度为10微米，12微米，15微米，18微米，25微米等。
可选地，所述部分区域为所述整面电极的边缘区域或者其他区域。
可选地，所述压电材料可以为铁电聚合物，例如PVDF以及PVDF相关共聚物，例如偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)，偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物(PVDF-TFE)等；
可选地，所述压电材料可以为无机铁电材料，例如锆钛酸铅PZT，氮化铝AlN，掺钪氮化铝AlScN等。
可选地，可以采用涂覆工艺在所述整面电极的第一表面形成所述压电材料，例如狭缝涂布工艺、喷涂工艺和旋涂工艺等。
可选地，还可以采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺或者PVD工艺，在所述整面电极的第一表面形成所述压电材料。
作为一种可选地实施例，所述在所述整面电极的第一表面形成压电材料，具体包括：采用狭缝涂布工艺在所述整面电极的第一表面形成所述压电材料。
S403，在所述压电层的第一表面形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；
可选地，所述在所述压电层的第一表面形成电极阵列，包括：在所述压电层的第一表面和所述压电层的侧壁形成金属层，图形化所述金属层以形成所述电极阵列。
可选地，所述在所述压电层的第一表面形成电极阵列，还包括：在所述整面电极的部分区域的第一表面形成所述金属层。使得所述金属层电连接至所述整面电极。
可选地，所述电极阵列的材料可以与所述整面电极的材料相同，所述电极阵列的制备工艺也可以与所述整面电极的制备工艺相同，这里不再赘述。例如，所述电极阵列的材料可以是铜，可以利用PVD工艺在所述压电层的第一表面和所述压电层的侧壁形成金属层。接着可以利用光刻工艺以及湿法腐蚀工艺图形化金属层得到所述电极阵列。
S404，在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
可以理解的是，所述电极阵列包括多个电极，所述电极之间露出所述压电层，因而可以在电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，其中，所述电路层与所述电极阵列电性连接，以传递信号。所述电路层可以包括：开关阵列、放大电路、滤波电路、boost升压电路、电荷泵电路、数字电路和模拟电路，其中所述开关阵列可以包括二极管、晶体管、场效应管、电阻、电感、电容、金属互连线、介质层、钝化层等。
可选地，电路层可以采用TFT工艺，例如可以为不定形硅(amorphous silicon，a-Si)TFT，低温多晶硅(low temperature poly-silicon，LTPS)TFT，低温多晶硅和氧化物(low temperature poly-silicon and oxide，LTPO)TFT，有机薄膜晶体管(organic TFT，OTFT)。由于OTFT整体工艺温度较低，优选的，采用OTFT。
可选地，电路层也可以采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)工艺，为MOSFET电路层，可以包括NMOS(N-type MOS)，PMOS(P-type MOS)和CMOS(Complementary MOS)。
所述超声传感器的制备方法还可以包括：极化所述压电层。例如，可以将制备好的超声传感器，即在所述衬底层上制备好声电转换层和所述电路层后，将其放置于强电场中，极化所述压电层的材料。所述压电层在极化之后具备压电特性。所述声电转换层包括：所述整面电极、所述压电层和所述电极阵列。
可选地，所述在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层之后，所述超声传感器的制备方法还可以包括：去除或减薄所述衬底层。以使得超声传感器的厚度减薄，使其可以集成在电子设备的内部，并应用于显示屏下方，实现屏下检测，所述屏下检测可以为屏下指纹检测。
可以理解的是，一般会在衬底层上制备多个超声传感器，制备好后通过划片，得到分立的超声传感器。所述超声传感器的制备方法还可以包括：将电路板与所述电路层电性连接，所述电路板包括控制电路。所述电路板可以为软性电路板，可选地，可以用各向异性导电膜将所述电路板与所述电路层电性连接，所述电路板用于将超声传感器与外界进行电性连接，以实现信号传输。
本申请实施例提供的方法，使得在制备压电层之前表面平整，制备得到的压电层厚度均匀、一致，进一步能够提高超声传感器的性能。
图5至图8为本申请实施例提供的一种制备过程中超声传感器的示意性结构图。如图5所示，在衬底层510上形成整面电极5230，整面电极5230的第一表面平整。可选地，可以采用PVD工艺在衬底层510上沉积一层整面电极5230，这里衬底层510可以为玻璃，整面电极5230可以为铜。
在图5的基础上，图6是在整面电极5230的第一表面形成压电层5220，整面电极5230的第一表面在整面电极5230远离衬底层510的一侧。所述在整面电极5230的第一表面形成压电层5220，包括：在整面电极5230的第一表面形成压电材料；去除整面电极5230的部分区域上的所述压电材料，以露出整面电极5230的部分区域；固化所述压电材料，形成所述压电层5220。这里形成的压电层5220为图形化后的压电层。可选地，可以采用涂覆工艺在整面电极5230的第一表面形成压电材料，例如采用狭缝涂布工艺在整面电极5230的第一表面涂覆一层压电材料，所述压电材料的厚度可以为10-30微米，如10微米，12微米，15微米，18微米，25微米等。所述压电材料可以为PVDF或者PVDF相关共聚物，例如PVDF-TrFE。整面电极5230的部分区域可以为整面电极5230的边缘区域或者其他区域，本申请实施例不做限定。
在图6的基础上，图7是在压电层5220的第一表面形成电极阵列5210，压电层5220的第一表面在压电层5220远离整面电极5230的一侧。可选地，所述在压电层5220的第一表面形成电极阵列5210，包括：在压电层5220的第一表面和压电层5220的侧壁形成金属层，图形化所述金属层以形成电极阵列5210；还可以包括在整面电极5230的部分区域的第一表面形成所述金属层，使得所述金属层电连接至整面电极5230。可选地，可以利用PVD工艺在压电层5220的第一表面和压电层5220的侧壁沉积一层金属层，所述金属层可以为铜，接着可以利用光刻工艺以及湿法腐蚀工艺图形化金属层得到电极阵列5210。可以理解的是，电极阵列由所述金属层形成，为了简化描述这里将电极阵列和所述金属层采用相同的附图标记。
在图7的基础上，图8是在电极阵列5210的第一表面和压电层5220的第一表面形成电路层530，电极阵列5210的第一表面在电极阵列5210远离压电层5220的一侧。其中电路层530与电极阵列5210电性连接，以传递信号。可以将图8所示的超声传感器500中的压电层5220进行极化，例如，可以将超声传感器500，即在衬底层510上制备好声电转换层520和电路层530后，将其放置于强电场中，来极化压电层5220。其中，声电转换层520可以包括整面电极5230、压电层5220和电极阵列5210。可选地，还可以将电路板(图中未示出)与电路层530电性连接，所述电路板可以包括控制电路，也就是说图8中的超声传感器500还可以包括电路板，所述电路板可以为软性电路板，可选地，可以用各向异性导电膜将所述电路板与所述电路层电性连接，所述电路板用于将超声传感器500与外界进行电性连接，以实现信号传输。可以理解的是图5至图8，仅仅给出了一个实施例不应当理解为对本申请的限定，对于材料和工艺的内容这里不再赘述，具体可以参考图4所述相关内容。
图5至图8主要依据制备超声传感器的流程来进行描述，对应的，图9主要提供了一种超声传感器，包括：
整面电极5230，其具有一个平整的第一表面；
压电层5220，设置在整面电极5230的第一表面上；
电极阵列5210，设置在压电层5220的第一表面的上方，压电层5220的第一表面在压电层5220远离整面电极5230的一侧；
电路层530，设置在电极阵列5210的第一表面和压电层5220的第一表面上，电极阵列5210的第一表面在电极阵列5210远离压电层5220的一侧。
可选地，整面电极5230的部分区域未被压电层5220覆盖，所述部分区域可以为整面电极5230的边缘区域，如图9所示。压电层5220的材料为压电材料，所述压电材料可以通过涂覆工艺设置在整面电极5230的第一表面，压电层5230的厚度范围可以为10-30微米，例如压电层5230的厚度为10微米，12微米，15微米，18微米，25微米等。这里压电层5220被极化，压电层5220在极化之后具备压电特性。对于压电层的描述具体可以参见图4-图8，这里不再赘述。本申请实施例中，电极阵列5210可以直接设置在压电层5220的第一表面，电极阵列5210可以由金属层图形化后形成，可以理解的是，电极阵列5210包括多个电极，所述电极之间露出压电层5220，因而可以在电极阵列5210的第一表面和压电层5220的第一表面形成电路层530，其中电路层与所述电极阵列电性连接，以传递信号。可选地，所述金属层可以覆盖压电层5220的侧壁，所述金属层还可以覆盖整面电极5230的部分区域的第一表面，使得所述金属层电连接至整面电极5230。
进一步地，如图9所示，超声传感器500还可以包括电路板540，电路板540可以包括控制电路(图中未示出)，可选地，电路板540可以为软性电路板，并通过各向异性导电膜5410与电路层530电性连接，以实现超声传感器500与外界的信号传输。可选地，超声传感器500还可以包括衬底层510，整面电极5230设置在衬底层510的上方，整面电极5230的第一表面在整面电极5230远离衬底层510的一侧，可以理解的是，一般情况下在制备超声传感器时，衬底层具有承载作用，作为基底以实现其他叠层的制备，而在制备好超声传感器后，为了减薄超声传感器的厚度，可以去除或减薄所述衬底层，使超声传感器可以集成在电子设备的内部，进一步地能够设置在显示屏的下方，进而实现屏下检测，所述屏下检测可以为屏下指纹检测。本申请实施例提供的超声传感器压电层5220厚度均匀，能够提高超声传感器的性能。
图10为将超声传感器安装在电子设备中的安装示意图。超声传感器可以安装在电子设备的显示屏或者盖板的下方，并且超声传感器的电路层远离显示屏或者盖板的下表面。如图10所示，超声传感器500设置在显示屏600的下方，其中，电路层530远离显示屏600的下表面，超声传感器500的衬底层510通过胶层610固定在显示屏600的下表面。这里也可以将显示屏换成盖板，超声传感器500可以设置在盖板的下方。本申请实施例的超声传感器的压电层厚度均匀，并且通过此种方式将超声传感器设置在显示屏的下方，使得压电层与显示屏之间的距离减小，能够增强传感器接收的信号强度，提升传感器的性能；进一步地，显示屏和压电层之间不存在电路层，能够进一步提升压传感器的性能，因为一般电路层中会包括阻抗较大的材料，会影响传感器性能。可选地，可以去除或减薄衬底层510，以进一步减小压电层5220与显示屏或者盖板600之间的距离，增强传感器接收到的信号强度，提升性能。
图11为申请实施例提供的一种超声传感器的制备方法，包括：
S1101，在衬底层上设置整面电极，所述整面电极的第一表面覆盖有压电层，所述整面电极的第一表面平整，并且在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；
在S1101中，可以先在所述整面电极的第一表面制备好所述压电层，也就是说提供一个带有压电层的整面电极，这里不限定在整面电极上制备压电层的工艺，只要可以将压电层制备在整面电极上即可。所述整面电极的表面平整，在所述整面电极的第一表面设置所述压电层时，压电层的厚度均匀。可选地，所述压电层的厚度范围为10-30微米，例如压电层的厚度为10微米，12微米，15微米，18微米，25微米等，整面电极和压电层的材料可以参见图4对应的内容这里不再赘述。可选地，所述压电层的材料可以为铁电聚合物，例如PVDF-TrFE。
可选地，所述在衬底层上设置整面电极，包括：将所述整面电极贴合在所述衬底层上。即可以通过胶粘层将所述整面电极贴合在所述衬底层上。
S1102，在所述压电层的第一表面的上方形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；
可选地，所述在所述压电层的第一表面的上方形成电极阵列，包括：
在所述压电层的第一表面形成第一金属层；
在所述压电层的第一表面上的第一金属层上形成光刻胶，并使所述光刻胶形成第一图案；
在所述第一金属层上未形成有所述光刻胶的位置形成第二金属层；
去除所述第一图案，并去除所述第一图案覆盖的所述第一金属层，形成所述电极阵列。
进一步地，所述方法还包括：在所述压电层的第一表面形成第一金属层之前，在所述压电层的部分区域开口，以至少露出所述整面电极的部分区域；在所述压电层的所述开口的侧壁形成所述第一金属层，在所述开口的侧壁上的第一金属层上形成所述第二金属层。
可以理解的是，上述步骤中，可以先在所述压电层的部分区域开口，以至少露出所述整面电极的部分区域；接着在所述压电层的第一表面和所述开口的侧壁形成所述第一金属层；接着在所述压电层的第一表面上的第一金属层上形成光刻胶，并使所述光刻胶形成第一图案；然后再在所述第一金属层上形成所述第二金属层，即在所述压电层的第一表面上的第一金属层和所述压电层的开口的侧壁上的第一金属层上形成所述第二金属层；最后再去除所述第一图案，并去除所述第一图案覆盖的所述第一金属层，形成所述电极阵列。
其中，可以用刀片在所述压电层的部分区域开口，以至少露出所述整面电极的部分区域，可选地，还可以露出部分区域下方的衬底层。所述压电层的部分区域可以为压电层的边缘区域，也可以为其他区域，本申请实施例不做限定。
可选地，可以利用PVD工艺在所述压电层的第一表面和所述开口的侧壁形成所述第一金属层。当然还可以通过其他工艺制备第一金属层，本申请实施例不做限定。也可以参考图4中关于整面电极的制备工艺，这里不再赘述。
可选地，所述第一金属层可以包括第三金属层和第四金属层，其中所述第三金属层可以包括：钛和氮化钛，所述第四金属层可以包括：铜。所述第三金属层可以设置在所述第四金属层的下方，钛和氮化钛可以作为电镀的黏附层和阻挡层，铜可以作为种子层。
可选地，所述第一金属层与所述整面电极电性连接。
其中，在所述压电层的第一表面上的第一金属层上形成光刻胶，可以为在所述压电层的第一表面上的第一金属层上贴上感光干膜，即光刻胶具体为感光干膜，感光干膜具有阻挡电镀和蚀刻的功能。接着可以通过光刻工艺使光刻胶形成所述第一图案。可以理解的是所述第一图案与所述电极阵列的图案可以互补，即有所述电极阵列的地方没有所述第一图案。
另外，在所述第一金属层上未形成有所述光刻胶的位置形成第二金属层，可以包括：利用电镀工艺在所述第一金属层上形成所述第二金属层，具体的，可以利用电镀工艺在所述第一金属层的种子层上形成所述第二金属层。所述第二金属层可以为铜。第二金属层还可以为其他材料，具体可以参见图4对于整面电极或者电极阵列的描述，这里不再赘述。
其中，可以利用湿法腐蚀工艺去除所述第一图案覆盖的所述第一金属层，形成所述电极阵列。
S1103，在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
可以理解的是，所述电极阵列包括多个电极，所述电极之间露出所述压电层，因而可以在电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，其中，所述电路层与所述电极阵列电性连接，以传递信号。关于电路层及其工艺可以参见图4中的描述，本申请实施例不再赘述。
所述超声传感器的制备方法还可以包括：极化所述压电层。例如，可以将制备好的超声传感器，即在所述衬底层上制备好声电转换层和所述电路层后，将其放置于强电场中，极化所述压电层的材料。所述压电层在极化之后具备压电特性。所述声电转换层包括：所述整面电极、所述压电层、所述第一金属层和所述电极阵列。
可选地，所述在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层之后，所述超声传感器的制备方法还可以包括：去除或减薄所述衬底层。以使得超声传感器的厚度减薄，使其可以集成在电子设备的内部，进一步地能够设置在显示屏的下方，进行屏下检测，所述屏下检测可以为屏下指纹检测。
可以理解的是，一般会在衬底层上制备多个超声传感器，制备好后通过划片，得到分立的超声传感器。所述超声传感器的制备方法还可以包括：将电路板与所述电路层电性连接，所述电路板包括控制电路。所述电路板可以为软性电路板，可选地，可以用各向异性导电膜将所述电路板与所述电路层电性连接。
本申请实施例提供的方法，使得在制备压电层之前表面平整，制备得到的压电层厚度均匀、一致，进一步能够提高超声传感器的性能。
图12至图17为本申请实施例提供的一种制备过程中超声传感器的示意性结构图。如图12所示，在衬底层1210上设置整面电极1224，整面电极1224的第一表面覆盖有压电层1223，整面电极1224的第一表面平整，并且在整面电极1224远离衬底层1210的一侧。可以先在整面电极1224的第一表面制备好压电层1223，也就是说提供一个带有压电层1223的整面电极1224，这里不限定在整面电极上制备压电层的工艺，只要可以将压电层制备在整面电极上即可。可选地，可以将整面电极1224贴合在衬底层1210上，即可以通过胶粘层1211将整面电极1224贴合在衬底层1210上。
在图12的基础上，图13是在压电层1223的部分区域开口，以至少露出整面电极1224的部分区域。这里可以用刀片在压电层1223的部分区域开口，所述部分区域为压电层1223的边缘区域，开口1240也可以露出衬底层，这里不做限定。
在图13的基础上，图14是在压电层1223的第一表面和开口1240的侧壁形成第一金属层1222，接着在压电层1223的第一表面上的第一金属层上形成光刻胶，并使所述光刻胶形成第一图案1225。第一金属层可以包括第三金属层和第四金属层，其中所述第三金属层可以包括：钛和氮化钛，所述第四金属层可以包括：铜。所述第三金属层可以设置在所述第四金属层的下方，钛和氮化钛可以作为电镀的黏附层和阻挡层，铜可以作为种子层。。这里第一金属层1222可以与整面电极1224电性连接。光刻胶可以为感光干膜，将感光干膜贴在第一金属层1222上，然后通过光刻工艺使感光干膜形成第一图案1225，感光干膜具有阻挡电镀和蚀刻的功能。
在图14的基础上，图15是在第一金属层1222上未形成有所述光刻胶的位置形成第二金属层1221，可以利用电镀工艺在第一金属层1222上形成第二金属层1221，具体的，可以利用电镀工艺在第一金属层1222的种子层上形成第二金属层1221。
在图15的基础上，图16是去除第一图案1225，并去除第一图案1225覆盖的第一金属层1222，形成电极阵列1221。可以理解的是，电极阵列由第二金属层形成，为了简化描述这里将电极阵列和第二金属层采用相同的附图标记。可选地，可以利用湿法腐蚀工艺去除第一图案1225覆盖的第一金属层1222。
在图16的基础上，图17是在电极阵列1121的第一表面和压电层1223的第一表面形成电路层1230，电极阵列1221的第一表面在电极阵列1221远离压电层1223的一侧。电极阵列1221包括多个电极，所述电极之间露出压电层1223，因而可以在电极阵列1221的第一表面和压电层1223的第一表面形成电路层1230，其中，电路层1230与所述电极阵列1221电性连接，以传递信号。
所述超声传感器的制备方法还可以包括：极化压电层1223。例如，可以将制备好的超声传感器，即在衬底层1210上制备好声电转换层1220和电路层1230后，将其放置于强电场中，极化压电层1223的材料。压电层1223在极化之后具备压电特性。声电转换层1220包括：整面电极1224、压电层1223、第一金属层1222和电极阵列1221。
可以理解的是，制备好超声传感器后，还可以去除或减薄衬底层1210，以使得超声传感器的厚度减薄，使其可以集成在电子设备的内部，并应用于显示屏下方，实现屏下指纹。
可以理解的是，一般会在衬底层1210上制备多个超声传感器，制备好后通过划片，得到分立的超声传感器。所述超声传感器的制备方法还可以包括：将电路板与所述电路层电性连接，所述电路板包括控制电路(图17中未示出)。所述电路板可以为软性电路板，可选地，可以用各向异性导电膜将所述电路板与所述电路层电性连接。
可以理解的是图12至图17，仅仅给出了一个实施例不应当理解为对本申请的限定，对于材料和工艺的内容这里不再赘述，具体可以参考图4或者图11所述相关内容。
图12至图17主要依据制备超声传感器的流程来进行描述，对应的，图18主要提供了一种超声传感器1200，包括：
整面电极1224，其具有一个平整的第一表面；
压电层1223，设置在整面电极1224的第一表面上；
电极阵列1221，设置在压电层1223的第一表面的上方，压电层1223的第一表面在压电层1223远离整面电极1224的一侧；
电路层1230，设置在电极阵列1221的第一表面和压电层1223的第一表面上，电极阵列1221的第一表面在电极阵列1221远离压电层1223的一侧。
可选地，压电层1223的材料为压电材料，厚度范围可以为10-30微米，例如压电层1223的厚度为10微米，12微米，15微米，18微米，25微米等。这里压电层1223被极化，压电层1223在极化之后具备压电特性。
此外，超声传感器1200还可以包括：第一金属层1222，第一金属层设置在电极阵列1221的第二表面的下方和压电层1223之间，电极阵列的第二表面在电极阵列1221靠近压电层1223的一侧。第二金属层设置在第一金属层1222上，可以利用电镀工艺在第一金属层上形成第二金属层，其中电极阵列1221由所述第二金属层形成，为简化描述，这里将第二金属层和电极阵列的附图标记均记为1221。第一金属层1222可以包括一层第三金属层和第四金属层，其中所述第三金属层可以包括：钛和氮化钛，所述第四金属层可以包括：铜。所述第三金属层可以设置在所述第四金属层的下方，钛和氮化钛可以作为电镀的黏附层和阻挡层，铜可以作为种子层。
可选地，压电层1223的部分区域有开口，以至少露出整面电极1224的部分区域，第一金属层1222还可以设置在开口1240的侧壁。第二金属层还可以设置在开口1240的侧壁上的第一金属层1222的上方，如图18所示，第一金属层1222和第二金属层1221将开口1240填充满。此外第一金属层1222还可以与整面电极1224电性连接。压电层1223的部分区域可以为压电层1223的边缘区域，也可以为其他区域，本申请实施例不做限定。
本申请实施例中，电极阵列1221可以直接设置在第一金属层1222的第一表面，第一金属层1222的第一表面在第一金属层1222远离压电层1223的一侧，可以理解的是，电极阵列1221包括多个电极，所述电极之间露出压电层1223，因而可以在电极阵列1221的第一表面和压电层1223的第一表面形成电路层1230，其中电路层1230与电极阵列1221电性连接，以传递信号。
进一步地，如图18所示，超声传感器1200还可以包括电路板1250，电路板1250可以包括控制电路(图中未示出)，可选地，电路板1250可以为软性电路板，并通过各向异性导电膜1251与电路层1250电性连接，以实现超声传感器1200与外界的信号传输。可选地，超声传感器1200还可以包括衬底层1210，整面电极1224设置在衬底层1210的上方，整面电极1224的第一表面在整面电极1224远离衬底层1210的一侧，可选地，可以通过胶粘层1211将整面电极1224贴合在衬底层1210上。可以理解的是，一般情况下在制备超声传感器时，衬底层具有承载作用，作为基底以实现其他叠层的制备，而在制备好超声传感器后，为了减薄超声传感器的厚度，可以去除或减薄所述衬底层，使超声传感器可以集成在电子设备的内部，进一步地能够设置在显示屏的下方，进而实现屏下检测，所述屏下检测可以为屏下指纹检测。本申请实施例提供的超声传感器压电层1223厚度均匀，能够提高超声传感器的性能。
图19为将超声传感器1200安装在电子设备中的安装示意图。超声传感器可以安装在电子设备的显示屏或者盖板的下方，并且超声传感器的电路层远离显示屏或者盖板的下表面。如图19所示，超声传感器1200设置在显示屏1300的下方，其中，电路层1230远离显示屏1300的下表面，超声传感器1300的衬底层1210通过胶层1310固定在显示屏1300的下表面。这里也可以将显示屏换成盖板，超声传感器1200可以设置在盖板的下方。本申请实施例的超声传感器的压电层厚度均匀，并且通过此种方式将超声传感器设置在显示屏的下方，使得压电层与显示屏之间的距离减小，能够增强传感器接收的信号强度，提升传感器的性能；进一步地，显示屏和压电层之间不存在电路层，能够进一步提升压传感器的性能，因为一般电路层中会包括阻抗较大的材料，会影响传感器性能。
可选地，可以去除或减薄衬底层1210，以进一步减小压电层1223与显示屏或者盖板1300之间的距离，增强传感器接收到的信号强度，提升性能。具体可以参见图20，即将超声传感器1200的衬底层1210去除之后将超声传感器1200安装在显示屏或者盖板1300的下方。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括显示屏以及如前所述的超声传感器，所述超声传感器设置在显示屏的下方，其中，超声传感器的电路层远离所述显示屏的下表面。超声传感器设置在显示屏下表面时，可以参见图10、图19和图20的描述，在此不做详述。当可以理解的，超声传感器在电子设备当中的安装方式不限于此，例如超声传感器可以设置在电子设备的中框上。关于超声传感器的具体特征本申请实施例不再赘述，可以参见前述内容。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (40)

1.一种超声传感器制备方法，其特征在于，包括：
在衬底层上形成整面电极，所述整面电极的第一表面平整；
在所述整面电极的第一表面形成压电层，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；
在所述压电层的第一表面形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；
在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
2.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述整面电极的第一表面形成压电层，包括：
在所述整面电极的第一表面形成压电材料；
去除所述整面电极的部分区域上的所述压电材料，以露出所述整面电极的部分区域；
固化所述压电材料，形成所述压电层。
3.根据权利要求2所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述部分区域为所述整面电极的边缘区域。
4.根据权利要求2所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述整面电极的第一表面形成压电材料，包括：采用涂覆工艺在所述整面电极的第一表面形成压电材料。
5.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述压电层的厚度范围为10-30微米。
6.根据权利要求2所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述压电层的第一表面形成电极阵列，包括：在所述压电层的第一表面和所述压电层的侧壁形成金属层，图形化所述金属层以形成所述电极阵列。
7.根据权利要求6所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述压电层的第一表面形成电极阵列，还包括：在所述整面电极的部分区域的第一表面形成所述金属层。
8.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述电路层与所述电极阵列电性连接。
9.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，还包括：极化所述压电层。
10.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层之后，还包括：去除或减薄所述衬底层。
11.根据权利要求1所述的超声传感器制备方法，其特征在于，还包括：将电路板与所述电路层电性连接，所述电路板包括控制电路。
12.一种超声传感器制备方法，其特征在于，包括：
在衬底层上设置整面电极，其中，所述整面电极的第一表面覆盖有压电层，所述整面电极的第一表面平整，并且在所述整面电极远离所述衬底层的一侧；
在所述压电层的第一表面的上方形成电极阵列，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；
在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
13.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在衬底层上设置整面电极，包括：将所述整面电极贴合在所述衬底层上。
14.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述压电层的第一表面的上方形成电极阵列，包括：
在所述压电层的第一表面形成第一金属层；
在所述压电层的第一表面上的第一金属层上形成光刻胶，并使所述光刻胶形成第一图案；
在所述第一金属层上未形成有所述光刻胶的位置形成第二金属层；
去除所述第一图案，并去除所述第一图案覆盖的所述第一金属层，形成所述电极阵列。
15.根据权利要求14所述的超声传感器制备方法，其特征在于，还包括：
在所述压电层的第一表面形成第一金属层之前，在所述压电层的部分区域开口，以至少露出所述整面电极的部分区域；
在所述压电层的所述开口的侧壁形成所述第一金属层，在所述开口的侧壁上的第一金属层上形成所述第二金属层。
16.根据权利要求15所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述第一金属层上形成第二金属层，包括：利用电镀工艺在所述第一金属层上形成所述第二金属层。
17.根据权利要求14所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述第一金属层包括第三金属层和第四金属层，其中所述第三金属层包括：钛和氮化钛，所述第四金属层包括：铜。
18.根据权利要求14所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述第一金属层与所述整面电极电性连接。
19.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述电路层与所述电极阵列电性连接。
20.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，还包括：极化所述压电层。
21.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，所述在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面形成电路层之后，还包括：去除或减薄所述衬底层。
22.根据权利要求12所述的超声传感器制备方法，其特征在于，还包括：将电路板与所述电路层电性连接，所述电路板包括控制电路。
23.一种超声传感器，其特征在于，包括：
整面电极，其具有一个平整的第一表面；
压电层，设置在所述整面电极的第一表面上；
电极阵列，设置在所述压电层的第一表面的上方，所述压电层的第一表面在所述压电层远离所述整面电极的一侧；
电路层，设置在所述电极阵列的第一表面和所述压电层的第一表面上，所述电极阵列的第一表面在所述电极阵列远离所述压电层的一侧。
24.根据权利要求23所述的超声传感器，其特征在于，所述整面电极的部分区域未被所述压电层覆盖，所述压电层的材料为压电材料。
25.根据权利要求24所述的超声传感器，其特征在于，所述部分区域为所述整面电极的边缘区域。
26.根据权利要求23所述的超声传感器，其特征在于，所述电极阵列由金属层图形化后形成。
27.根据权利要求26所述的超声传感器，其特征在于，所述金属层还覆盖所述压电层的侧壁。
28.根据权利要求27所述的超声传感器，其特征在于，所述金属层还覆盖所述整面电极的部分区域的第一表面。
29.根据权利要求23所述的超声传感器，其特征在于，还包括第一金属层，所述第一金属层设置在所述电极阵列的第二表面的下方和所述压电层之间，所述电极阵列的第二表面在所述电极阵列靠近所述压电层的一侧。
30.根据权利要求29所述的超声传感器，其特征在于，第二金属层设置在所述第一金属层上，其中所述电极阵列由所述第二金属层形成。
31.根据权利要求29所述的超声传感器，其特征在于，所述第一金属层包括第三金属层和第四金属层，其中所述第三金属层包括：钛和氮化钛，所述第四金属层包括：铜。
32.根据权利要求30所述的超声传感器，其特征在于，所述压电层的部分区域有开口，以至少露出所述整面电极的部分区域，所述第一金属层还设置在所述开口的侧壁，所述第二金属层还设置在所述开口的侧壁上的所述第一金属层的上方，其中，所述压电层的部分区域为所述压电层的边缘区域。
33.根据权利要求32所述的超声传感器，其特征在于，所述第一金属层与所述整面电极电性连接。
34.根据权利要求29所述的超声传感器，其特征在于，还包括衬底层，所述整面电极通过胶粘层贴合在所述衬底层上，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧。
35.根据权利要求23-34中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述压电层的厚度范围为10-30微米。
36.根据权利要求23-34中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述电路层与所述电极阵列电性连接。
37.根据权利要求23-34中任一项所述的超声传感器，其特征在于，所述压电层被极化。
38.根据权利要求23-34中任一项所述的超声传感器，其特征在于，还包括电路板，所述电路板与所述电路层电性连接，其中，所述电路板包括控制电路。
39.根据权利要求23-33中任一项所述的超声传感器，其特征在于，还包括衬底层，所述整面电极设置在所述衬底层的上方，所述整面电极的第一表面在所述整面电极远离所述衬底层的一侧。
40.一种电子设备，其特征在于，包括：显示屏和权利要求23-39任一项所述的超声传感器，其中，所述超声传感器的电路层远离所述显示屏的下表面。
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