CN115393912A - 超声波指纹识别模组 - Google Patents

Abstract

一种超声波指纹识别模组包括电路基板、压电层、电极层、保护层及复数导气孔。电路基板包括一个有效区；压电层设置于电路基板的上方；电极层堆叠于压电层的上方；保护层堆叠于电极层的上方；各个导气孔皆为贯穿电极层及保护层的排气结构，且各个导气孔皆位于有效区的正投影范围外。本发明提供的超声波指纹识别模组，可以解决因加热时产生气泡，而破坏结构完整性，进而影响产品的良率的问题。

Description

超声波指纹识别模组

技术领域

本发明关于一种超声波指纹识别模组，特别关于一种排除层间气泡影响的超声波指纹识别模组。

背景技术

随着智能型手机与平板计算机等触控面板的普及，民众对于触控面板的期望也逐渐提升，而其中追求在相同体积及外型设计下有更大的触控屏幕，已经成为主要发展趋势之一。因此有别于过去设置用于进行指纹识别的实体按键，将指纹识别模组设置于屏幕的下方以获得更大的触控屏幕，已经成为触控面板的主流设计方向。

在指纹识别模组中，所使用的指纹识别技术主要可区分为电容式指纹识别技术、电阻式指纹识别技术、光学式指纹识别技术及超声波式指纹识别技术，其中使用超声波指纹识别技术的指纹识别模组，以下称为超声波指纹识别模组，是藉由发出超声波，并经由指纹上的纹脊与纹沟反射后，再经由压电效应转换为电子讯号以获得指纹信息，藉以进行后续的指纹识别，由于超声波具有穿透力，因此相较于其他指纹识别技术，受到手指或指纹识别区域的污渍或汗水的影响较低，可以进行高精度且快速的指纹识别，超声波式指纹识别技术为近年指纹识别技术发展的重点之一，并且商业化应用的范围也在逐渐扩大。

不过，超声波指纹识别技术仍有许多待克服的问题，而其中一个问题在于超声波指纹识别模组的结构中，一般会于薄膜晶体管的上方会依序堆叠设置压电层、电极层及保护层，而于制备电极层及保护层时会使用网版印刷进行制备，为了达到前述效果必须使电极层及保护层皆达到至少20微米(μm)的目标厚度，因此电极层及保护层皆须进行多次的网版印刷才能达到目标厚度，然而在进行多次网版印刷时，不同层间在堆叠时可能会夹带气体，这些气体会在进行加热时由于温度升高而形成气泡，并且在无法排出气泡的情况下，不同层间会因为持续受到气泡挤压而出现不可逆的空间形变，进而影响使用超声波指纹识别模组的触控面板的产品良率。

发明内容

本发明的一目的在于解决一般制备使用超声波指纹识别模组的触控面板时，于加热时会于超声波指纹识别模组的层间产生气泡，影响超声波指纹识别模组的结构完整性，进而影响产品良率的问题。

基于本发明的一目的，本发明提供一种超声波指纹识别模组，包括电路基板、压电层、电极层、保护层及多个导气孔，其中电路基板包括一个有效区，其中压电层堆叠于电路基板的上方，其中电极层堆叠于压电层的上方，其中保护层堆叠于电极层的上方，其中各个导气孔为贯穿电极层及保护层的排气结构，且各导气孔皆位于有效区的正投影范围外。

于本发明的一实施例中，电极层由多个导电层堆叠形成。

于本发明的较佳的实施例中，电极层由二至四层的导电层堆叠形成。

于本发明的一实施例中，保护层由多个油墨层堆叠形成。

于本发明的较佳的实施例中，保护层由二至四层的油墨层堆叠形成。

于本发明的一实施例中，保护层在电路基板上的正投影面积及电极层在电路基板上的正投影面积，皆大于有效区在电路基板上的正投影面积，且保护层在电路基板上的正投影面积大于电极层在电路基板上的正投影面积。

于本发明的一实施例中，电极层由多个导电层堆叠形成，其中保护层由多个油墨层堆叠形成，其中各个导电层及各个油墨层皆分别设置有多个通气孔，且相邻两层的这些通气孔中每一个对齐设置或部分重迭设置，并且相互连通形成多个导气孔。

于本发明的一实施例中，各个通气孔的立体形状为角柱体、圆柱体、椭圆柱体、平行六面体、棱锥台或双锥台。

附图说明

图1为本发明的超声波指纹识别模组于一实施例的俯视示意图。

图2为图1的B-B剖面线处的纵向剖面示意图，其中导气孔呈现为贯穿电极层及保护层的长方形排气结构。

图3为图1的B-B剖面线处的纵向剖面示意图，其中导气孔呈现为贯穿电极层及保护层且为上边窄、下边宽的梯形状排气结构。

图4为图1的B-B剖面线处的纵向剖面示意图，其中导气孔呈现为贯穿电极层及保护层且为上边宽、下边窄的梯形状排气结构。

图5为图1的B-B剖面线处的纵向剖面示意图，其中各个导气孔中的第一通气孔、第二通气孔、第三通气孔、第四通气孔、第五通气孔及第六通气孔为部分重迭设置的态样。

图6为本发明的超声波指纹识别模组于一实施例的俯视示意图，其中各个导气孔围绕有效区的周围设置。

图7为本发明的超声波指纹识别模组于一实施例的俯视示意图，其中导气孔呈现为贯穿电极层及保护层的圆形排气结构。

图8为本发明的超声波指纹识别模组于一实施例中将有效区及电极层皆正投影至保护层的顶面上的俯视相关位置示意图。

图9为控制组经过环境测试后，以扫描式电子显微镜拍摄的纵向剖面图。

图10为操作组经过环境测试后，以扫描式电子显微镜拍摄的纵向剖面图。

附图标记为：

1：超声波指纹识别模组 H5：第五间距

2：电路基板 H6：第六间距

20：有效区 H7：第七间距

3：压电层 H8：第八间距

4：电极层

40：第一导电层

400：第一通气孔

42：第二导电层

420：第二通气孔

44：第三导电层

440：第三通气孔

5：保护层

50：第一油墨层

500：第四通气孔

52：第二油墨层

520：第五通气孔

54：第三油墨层

540：第六通气孔

6：导气孔

B-B：剖面线

D1：横向间距

D2：纵向间距

H1：第一间距

H2：第二间距

H3：第三间距

H4：第四间距

V：空隙

具体实施方式

为了使本发明所属技术领域的技术人员易于理解本发明的内容，以下结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，各个实施例仅用于说明本发明的技术特征，提及的内容并非对本发明的限定。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者组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，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

于整个说明书中所述的“一实施例”表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此于整个说明书的各个位置所述的“一实施例”无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

请参阅图1、图2、图3、图4及图5，超声波指纹识别模组1包括电路基板2、压电层3、电极层4、保护层5及多个导气孔6。电路基板2的上方堆叠有压电层3，压电层3的上方堆叠有电极层4，电极层4的上方堆叠有保护层5。其中电路基板2上包括有用于进行指纹识别的有效区20。其中电极层4由多个导电层堆叠形成。其中保护层5由多个油墨层堆叠形成。其中各个导电层及各个油墨层皆分别设置有多个通气孔，且相邻两层的多个通气孔中每一个对齐设置或部分重迭设置，并且相互连通形成所述的多个导气孔6。其中保护层5在电路基板2上的正投影面积及电极层4在电路基板2上的正投影面积，皆大于有效区20在电路基板2上的正投影面积。其中保护层5在电路基板2上的正投影面积大于电极层4在电路基板2上的正投影面积。其中各个通气孔的立体形状可为角柱体、圆柱体、椭圆柱体、平行六面体、棱锥台或双锥台等立体形状。其中各个导气孔6皆为贯穿电极层4及保护层5的排气结构，且多个导气孔6皆位于有效区20的正投影范围外。藉由将多个导气孔6设置于有效区20的正投影范围外，以避免多个导气孔6影响超声波指纹识别模组1于有效区20进行超声波指纹识别的功能。其中所述的「有效区20的正投影范围」，指于俯视超声波指纹识别模组1的状态下，有效区20正投影至电极层4及保护层5的区域范围。如图1所示，在本申请的一实施例中，各导气孔6的孔径可以相同，也可以具有相异的孔径及/或形状。

在超声波指纹识别模组1中，压电层3于接收电能时，会藉由压电效应进行电能与机械能的转换，使压电层3产生形变，藉由此特性即可经由提供特定频率的交流电，使得压电层3产生相应频率的波，此外压电层3亦可藉由外力使压电层3产生形变，而经由压电效应产生相应的电子讯号。因此于压电层3可以兼具发出超声波，以及接收超声波并转换为电子讯号的功能。首先藉由对压电层3通电以产生超声波，之后压电层3断电并转换为侦测模式，接续于超声波碰撞到指纹后会进行反射，而反射的超声波被压电层3接收，使压电层3出现形变并产生相应的电子讯号，并且电子讯号可传输至电路基板2进行分析。电极层4用于进行电子讯号的传输。保护层5用于遮蔽电极层4。

请参阅图1、图2、图3、图4及图5，于本发明的一实施例中，电极层4由三层的导电层堆叠形成，包括第一导电层40、第二导电层42及第三导电层44，其中第一导电层40堆叠于压电层3的上方，第二导电层42堆叠于第一导电层40的上方，第三导电层44堆叠于第二导电层42的上方。保护层5由三层的油墨层堆叠形成，包括第一油墨层50、第二油墨层52及第三油墨层54，其中第一油墨层50堆叠于第三导电层44的上方，第二油墨层52堆叠于第一油墨层50的上方，第三油墨层54堆叠于第二油墨层52的上方。其中各个导气孔6由第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540彼此对齐设置或部分重迭设置，并且相互连通形成。其中第一通气孔400贯穿设置于第一导电层40，第二通气孔420贯穿设置于第二导电层42，第三通气孔440贯穿设置于第三导电层44，第四通气孔500贯穿设置于第一油墨层50，第五通气孔520贯穿设置于第二油墨层52，第六通气孔540贯穿设置于第三油墨层54。

于本发明的一实施例中，其中电路基板2为薄膜晶体管，且薄膜晶体管的厚度为90-200微米；其中压电层3可由聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚左旋乳酸(Poly-L-Lactic Acid,PLLA)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯(polyvinylidenefluoride-trifluoroethylene,PVDF-TrFE)、聚偏氟乙烯-四氟乙烯、锆钛酸铅(lead zirconatetitanate，PZT)等压电材料的任一或其组合所组成；其中电极层4可由铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铟(In)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)、钕(Nd)、钯(Pd)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、锌(Zn)、铁(Fe)、氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)、氧化铟锌(indium zincoxide,IZO)、氧化铟锌锡(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化锌(zinc oxide,ZnO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化镉锡(cadmium tin oxide,CTO)、氧化钛(TiO)、聚3,4-乙烯二氧噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)、石墨烯、奈米碳管等导电材料的任一或其组合所组成；其中保护层5为遮蔽油墨所组成。

请参阅图2，于本发明的一实施例中，各个导气孔6中的第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540呈重迭设置的态样。其中第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540的立体形状皆为角柱体中的长方体且尺寸皆相同，因此由纵向剖面图来看，导气孔6呈现为贯穿电极层4及保护层5的长方形排气结构。

请参阅图3，于本发明的一实施例中，各个导气孔6中的第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540呈重迭设置的态样。其中第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540的立体形状皆为上平面窄、下平面宽的四棱锥台，且相邻两层的通气孔的平面的大小相同，因此由纵向剖面图来看，导气孔6呈现为贯穿电极层4及保护层5且为上边窄、下边宽的梯形状排气结构，相比于图2中各个通气孔的形状及尺寸皆相同的态样，因此导气孔6与各层间具有更大的接触面积，使各层间的气体可以更有效地排出至外界。

请参阅图4，于本发明的另一实施例中，各个导气孔6中的第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540呈现重迭设置的态样。其中第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540的立体形状皆为上平面宽、下平面窄的四棱锥台，且相邻两层的通气孔的平面的大小相同，因此由纵向剖面图来看，导气孔6呈现为贯穿电极层4及保护层5且上边宽、下边窄的梯形状排气结构，相比于图2中各个通气孔的形状及尺寸皆相同的态样，因此导气孔6与各层间具有更大的接触面积，使各层间的气体可以更有效地排出至外界。

请参阅图5，于本发明的一实施例中，各个导气孔6中的第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540呈现部分重迭设置的态样。其中第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540的立体形状皆为圆柱体且尺寸皆相同，且第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540仍相互连通。

请参阅图6，于本发明的一实施例中，各个导气孔6皆位于有效区20的正投影范围外，且围绕有效区20的周围设置多个导气孔6，藉以增加导气孔6与各层间的接触面积，使各层间的气体可以更有效地排出至外界，于本实施例中，各个导气孔6的立体形状为角柱体中的长方体，并且导气孔6的一侧边缘进一步延伸至保护层5的边缘，使电极层4的边缘及保护层5的边缘呈现梳子状的结构，因此各个导气孔6不仅可以排除电极层4与保护层5重迭部分各层间夹带的气体，也可以进一步排除有效区20的正投影范围外且未与电极层4的正投影范围重迭的保护层5中层间夹带的气体。

请参阅图7，于本发明的一实施例中，各个导气孔6中的第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540呈重迭设置的态样。其中第一通气孔400、第二通气孔420、第三通气孔440、第四通气孔500、第五通气孔520及第六通气孔540的立体形状皆为圆柱体且直径皆为0.5毫米，呈现为等距排列，且同层中相邻两通气孔的横向间距D1及纵向间距D2皆为1毫米，其中横向间距D1表示为横向相邻两通气孔的中心点连线的长度，其中纵向间距D2表示为纵向相邻两通气孔的中心点连线的长度。

压电层3和第一导电层40间的气体、第一导电层40和第二导电层42间的气体、第二导电层42和第三导电层44间的气体、第三导电层44和第一油墨层50间的气体、第一油墨层50和第二油墨层52间的气体，以及第二油墨层52和第三油墨层54间的气体皆会于加热阶段时，由于各层间的气体被加热使气体体积膨胀，导致在层间形成气泡，且由于层间形成的气泡的气压大于设置有各个导气孔6位置的气压，因此气泡会往气压相对小的导气孔6移动，最后气泡便会经由各个导气孔6由层间导出到外界，藉以解决一般制备使用超声波指纹识别技术的触控面板时，于加热时会于层间产生气泡而影响产品结构完整性，进而影响产品良率的问题。

请参阅图8，本发明的超声波指纹识别模组1于一实施例中将有效区20及电极层4皆正投影至保护层5的顶面上的俯视相关位置示意图，并以观察者角度进行方向定义，当观察者平视图8的中央时，往观察者的左手边的方向定义为左侧，往观察者的右手边的方向定义为右侧，往观察者的头顶的方向定义为上侧，往观察者的下颔的方向定义为下侧。以下将电极层4的投影面的左侧边缘和有效区20的投影面的左侧边缘之间的间距简称为「第一间距H1」，电极层4的投影面的上侧边缘和有效区20的投影面的上侧边缘之间的间距简称为「第二间距H2」，电极层4的投影面的右侧边缘和有效区20的投影面的右侧边缘之间的间距简称为「第三间距H3」，电极层4的投影面的下侧边缘和有效区20的投影面的下侧边缘之间的间距简称为「第四间距H4」，保护层5的左侧边缘和电极层4的投影面的左侧边缘之间的间距简称为「第五间距H5」，保护层5的上侧边缘和电极层4的投影面的上侧边缘之间的间距简称为「第六间距H6」，保护层5的右侧边缘和电极层4的投影面的右侧边缘之间的间距简称为「第七间距H7」，保护层5的下侧边缘和电极层4的投影面的下侧边缘之间的间距简称为「第八间距H8」，并且将第一间距H1、第二间距H2、第三间距H3及第四间距H4合并称为「第一间距组」，第五间距H5、第六间距H6、第七间距H7及第八间距H8则和并称为「第二间距组」，各个间距的长度如下方的表1所示，其中第一间距H1、第二间距H2、第三间距H3及第四间距H4的长度皆为0.6毫米，第五间距H5及第七间距H7皆为2.11毫米，第六间距H6为3.09毫米，第八间距H8为0.2毫米，其中用于进行电极层4及保护层5网版印刷的网版尺寸公差为0.05毫米；其中用于进行网版印刷时印刷尺寸公差为0.25毫米，其中电极层4于各个方向上可用于设置导气孔6的长度的计算公式为：第一间距组中对应方向的间距减去网版尺寸公差及印刷尺寸公差，计算得出的数值代表电极层4上由对应方向的电极层4的边缘向与对应方向相反的方向延伸的长度，举例如电极层4的左侧可用于设置导气孔6的长度，即为第一间距H1减去网版尺寸公差及印刷尺寸公差，数学式即「0.6-0.05-0.25＝0.3」，因此计算可得出电极层4的左侧可用于设置导气孔6的长度为0.3毫米，代表电极层4上由电极层4的左侧边缘向右侧延伸0.3毫米的区域范围内，皆可用于设置导气孔6，其他依此类推，电极层4于各个方向上可用于设置导气孔6的长度如下方的表2所示；其中保护层5于各个方向上可用于设置导气孔6的长度的计算公式为：第二间距组中对应方向的间距加上对应方向上电极层4可用于设置导气孔6的长度，计算得出的数值代表保护层5上由对应方向的保护层5边缘向与对应方向相反的方向延伸的长度，举例如保护层5的左侧可用于设置导气孔6的长度，即为第五间距H5加上电极层4的左侧可用于设置导气孔6的长度，数学式即「2.11+0.3＝2.41」，代表保护层5上由保护层5的左侧边缘向右侧延伸2.41毫米的区域范围内，皆可用于设置导气孔6，其他依此类推，保护层5于各个方向上可用于设置导气孔6的长度如下方的表3所示。本实施例结果表明于超声波指纹识别模组1中，即使考虑网版尺寸公差及印刷尺寸工差的影响，于超声波指纹识别模组1中仍包括可用于设置导气孔6的区域，且可用于设置导气孔6的区域位于有效区20正投影范围外，显示本发明所述的导气孔6确实可以设置于超声波指纹识别模组1中。

表1：各个间距的间距长度

表2：电极层4于各个方向上可用于设置导气孔6的长度

表3：保护层5于各个方向上可用于设置导气孔6的长度

请参阅图9及图10，于本发明的一实施例中，比较有无设置本发明所述的多个导气孔6的影响，因此分为未设置导气孔6的组别，以及设置多个导气孔6的组别，以下将未设置导气孔6的组别称为对照组，设置多个导气孔6的组别则称为操作组。对照组及操作组皆为于电路基板2的上方设置有压电层3，并且压电层3的上方使用导电银胶进行三次网版印刷依序堆叠以形成电极层4，接续使用遮蔽油墨进行三次网版印刷依序堆叠以形成保护层5，不过操作组于进行网版印刷时，印刷各个导电层及各个油墨层的即同步完成多个通气孔的设置。对照组及操作组皆进行高温度及高湿度的环境测试，其中环境测试的具体条件为将各个组别暴露于温度摄氏85度且相对湿度为85％的环境下持续240小时，并在完成环境测试后接续以扫描式电子显微镜对各个组别进行纵向剖面图的拍摄，以观察是否有出现空隙V。于图9中显示控制组在完成环境测试后，观察到控制组的保护层5处出现空隙V，代表于控制组于环境测试期间，由于加热使层间夹带的气体变为气泡，并且由于气泡持续挤压，使保护层5中出现空隙V，影响堆叠结构的完整性，相较之下，于图10中显示操作组中电极层4及保护层5皆呈现完整堆叠，且保护层5及电极层4中皆未出现空隙V。本实施例的实验结果证实，本发明设置多个导气孔6确实可协助将层间气体导出至外界，维持堆叠结构的完整性。

综上所述，本发明藉由在触控面板的有效区的正投影范围外设置多个导气孔，藉以解决一般制备使用超声波指纹识别模组的触控面板时，于加热时会于超声波指纹识别模组的层间产生气泡，影响超声波指纹识别模组的结构完整性，进而影响产品良率的问题。

Claims (10)

1.一种超声波指纹识别模组，其特征在于，包括：

电路基板，包括有效区；

压电层，堆叠于所述电路基板的上方；

电极层，堆叠于所述压电层的上方；

保护层，堆叠于所述电极层的上方；及

多个导气孔，各所述导气孔皆为贯穿所述电极层及所述保护层的排气结构，且各所述导气孔皆位于所述有效区的正投影范围外。

2.如权利要求1所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述电极层由多个导电层堆叠形成。

3.如权利要求1所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述保护层由多个油墨层堆叠形成。

4.如权利要求2所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述电极层由二至四层的所述导电层堆叠形成。

5.如权利要求3所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述保护层由二至四层的所述油墨层堆叠形成。

6.如权利要求1所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述保护层在所述电路基板上的正投影面积及所述电极层在所述电路基板上的正投影面积，皆大于所述有效区在所述电路基板上的正投影面积，且所述保护层在所述电路基板上的正投影面积大于所述电极层在电路基板上的正投影面积。

7.如权利要求1所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述电极层由多个导电层堆叠形成，其中所述保护层由多个油墨层堆叠形成，其中各所述导电层及各所述油墨层皆分别设置有多个通气孔，且相邻两层的所述通气孔中每一个对齐设置或部分重叠设置，并且相互连通形成所述多个导气孔。

8.如权利要求7所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述电极层由二至四层的所述导电层堆叠形成。

9.如权利要求7所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述保护层由二至四层的所述油墨层堆叠形成。

10.如权利要求7所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述通气孔的立体形状为角柱体、圆柱体、椭圆柱体、平行六面体、棱锥台或双锥台。

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