CN116390622A - 一种超声波指纹模组及其制备方法 - Google Patents

一种超声波指纹模组及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种超声波指纹模组及其制备方法，涉及指纹识别技术领域，包括在基板的焊盘区形成绝缘层；在基板上形成压电层，压电层覆盖绝缘层和绝缘层之外的区域；对压电层进行极化；刻蚀极化后的压电层，使焊盘区露出；在压电层上除焊盘区之外的区域形成导电层；在导电层上形成保护层。在基板上旋涂压电材料之前先旋涂一层绝缘材料，采用光刻方式让绝缘材料留在焊盘区，在基板整面有压电层、无需治具掩膜情况下直接极化；极化前将焊盘区通过绝缘层保护住，避免极化过程被击穿，直接极化无需使用要求极高的治具，极大程度提高产品性能、良率及产品可靠性。

Description

一种超声波指纹模组及其制备方法
技术领域
本申请涉及指纹识别技术领域，具体涉及一种超声波指纹模组及其制备方法。
背景技术
超声波指纹模组一般应用于指纹识别领域中，超声波指纹模组可以通过特殊的TFT(带有电镀线路层的强化玻璃)产生超声波信号，通过表面电信号处理识别生物指纹。
超声波指纹模组一般包括作为电极的基板、压电层、金属层以及保护层，压电层涂覆在基板上发射和接受超声波信号；金属层在压电层上与基板形成一组电极，传递信号；保护层覆盖于金属层上，保护金属层并反射超声波信号。
其中，现有的压电层采用狭缝式涂布方式，其极化过程采用光罩掩膜方式挡在焊盘区上方，对挡条要求高，存在击穿焊盘区的风险，进而影响产品良率。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种超声波指纹模组及其制备方法，能够避免极化过程焊盘区被击穿，从而提高产品良率及可靠性。
本申请实施例的一方面，提供了一种超声波指纹模组的制备方法，包括在基板的焊盘区形成绝缘层；在所述基板上形成压电层，所述压电层覆盖所述绝缘层和所述绝缘层之外的区域；对所述压电层进行极化；刻蚀极化后的所述压电层，使所述焊盘区露出；在所述压电层上除所述焊盘区之外的区域形成导电层；在所述导电层上形成保护层。
可选地，所述在基板的焊盘区形成绝缘层包括：在所述基板上形成绝缘材料，使所述绝缘材料覆盖包括所述焊盘区在内的区域；采用光刻的方式，去除所述基板上除所述焊盘区之外的所述绝缘材料，以在所述焊盘区上形成所述绝缘层。
可选地，所述在所述基板上形成绝缘材料，使所述绝缘材料覆盖包括所述焊盘区在内的区域包括：形成所述绝缘材料的厚度≥5um。
可选地，所述在所述基板上形成压电层，所述压电层覆盖所述绝缘层和所述绝缘层之外的区域包括：采用旋涂压电材料的方式，以形成所述压电层。
可选地，所述刻蚀极化后的所述压电层，使所述焊盘区露出包括：
在极化后的所述压电层上除所述焊盘区之外的区域上形成第一光刻胶层；刻蚀所述焊盘区上的所述压电层和所述绝缘层，以露出所述焊盘区，并使所述焊盘区和所述压电层之间形成间隙；去除所述第一光刻胶层。
可选地，所述在所述压电层上除所述焊盘区之外的区域形成导电层包括：在所述焊盘区上形成第二光刻胶层，并使所述第二光刻胶层覆盖所述间隙，所述第二光刻胶层凸出于所述压电层；在所述压电层上形成导电层，使所述导电层和所述第二光刻胶层平齐；去除所述第二光刻胶层。
可选地，所述在所述压电层上形成导电层，使所述导电层和所述光刻胶层平齐包括：采用物理或化学沉积的方式形成所述导电层；通过光刻或干刻对所述导电层图案化。
可选地，所述绝缘层的材料至少包括聚酰亚胺。
可选地，所述压电层的厚度均匀性的偏差在±0.5um之内，所述导电层的厚度均匀性的偏差在目标厚度的5％之内。
本申请实施例的另一方面，提供了一种超声波指纹模组，采用上述的超声波指纹模组的制备方法制备得到。
本申请实施例提供的超声波指纹模组及其制备方法，制备时在基板的焊盘区形成绝缘层；在基板上形成压电层，压电层覆盖绝缘层和绝缘层之外的区域；对压电层进行极化；刻蚀极化后的压电层，使焊盘区露出；在压电层上除焊盘区之外的区域形成导电层；在导电层上形成保护层。在基板上旋涂压电材料之前先旋涂一层绝缘材料，采用光刻方式让绝缘材料留在焊盘区，在基板整面有压电层、无需治具掩膜情况下直接极化；极化前将焊盘区通过绝缘层保护住，避免极化过程被击穿，直接极化无需使用要求极高的治具，极大程度提高产品性能、良率及产品可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实施例提供的超声波指纹模组的结构示意图；
图2～图12是本实施例提供的超声波指纹模组的制备方法制备过程示意图。
图标：10-基板；10a-焊盘区；10b-绝缘材料；10c-绝缘层；11-压电层；11a-第一光刻胶层；11b-第二光刻胶层；12-导电层；13-保护层；t-间隙。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参照图1所示，本申请实施例提供一种超声波指纹模组(下述可简称模组)，包括依次层叠的基板10、压电层11、导电层12和保护层13，其中，在基板10上还形成焊盘区10a，焊盘区10a的高度低于压电层11的高度，焊盘区10a和压电层11之间有间隙t。
基板10用于发射电信号传递至压电层11上，然后接受电信号；压电层11用于发射超声波和接收超声波；导电层12用于与基板10形成一组电极，使信号顺利传递；保护层13是保护导电层12表面不被氧化，同时反射超声波信号。
上述超声波指纹模组的结构与现有技术基本一致，不同之处在于，本申请的超声波指纹模组的制备方法和现有制备方法不同。
现有的超声波指纹模组制备时，其压电层采用狭缝式涂布方式，极化采用光罩掩膜方式，导电层采用丝印方式；这种制备方式具有以下缺陷：
狭缝式涂布压电材料，厚度均匀性(±1um)和精度(±30un)较差，影响超声波模组性能，超声波信号不均匀；
极化过程采用光罩掩膜方式挡在Pad区(焊盘区)上方，对挡条要求高，且精度较低(±0.1mm)，存在击穿风险；另外此方法不适于在小尺寸Pad，影响产品尺寸设计从而影响出片率；
丝印方式制备导电层，厚度均匀性极差(偏差在目标厚度±20％)，且不受控制，其影响厚度因素多，工艺不稳定，边缘厚度高导致超声波信号不统一、不均匀，影像不均匀，贴屏效果差，影响产品性能；
丝印方式存在严重牛角问题，导致测试影像不均匀，且影响模组贴屏效果，无法贴平整导致空气进入影响性能；另外还存在严重溢胶问题，使导电层尺寸精度低(±30um)；丝印方式涂布导电层存在氧化及水汽进入问题，从而影响产品可靠性。
有鉴于此，为解决上述问题，请参照图2～图12所示，本申请实施例提供一种超声波指纹模组的制备方法，该方法包括：
S100：在基板10的焊盘区10a形成绝缘层10c。
示例地，如图2所示，焊盘区10a位于基板10上的边缘区域，略凸出于基板10表面。
如图3所示，先在基板10上形成绝缘材料10b，使绝缘材料10b覆盖包括焊盘区10a在内的区域。采用旋涂的方式在基板10上涂覆绝缘材料10b，旋涂绝缘材料10b的厚度≥5um；绝缘材料10b覆盖了包括焊盘区10a在内的基板10上的全部区域。其中，绝缘材料10b至少包括聚酰亚胺。
再采用光刻的方式，去除基板10上除焊盘区10a之外的绝缘材料10b，以在焊盘区10a上形成绝缘层10c，如图4所示。
保留焊盘区10a上的绝缘材料10b，以在焊盘区10a形成绝缘层10c；去除焊盘区10a之外的基板10上的绝缘材料10b。具体可采用光刻的方式去除绝缘材料10b，其目的是通过绝缘层10c将焊盘区10a保护、覆盖，其他基板10上的区域露出。
除外之外，若芯片焊盘区10a尺寸较大，保护焊盘区10a不被击穿的绝缘材料10b也可以采用丝印、喷涂等方式制备，因其最终会被去掉，对厚度均匀性要求不是很高。
S110：在基板10上形成压电层11，压电层11覆盖绝缘层10c和绝缘层10c之外的区域。
将焊盘区10a通过绝缘层10c覆盖、基板10上其他区域露出后，如图5所示，在基板10上形成压电层11，使得压电层11覆盖基板10上全部的区域，换言之，压电层11覆盖基板10上的绝缘层10c以及绝缘层10c之外的基板10区域。
形成压电层11具体采用旋涂压电材料的方式，旋涂结合光刻的方式可以极大地改善压电层11的厚度均匀性和尺寸精度，使压电层11的厚度均匀性的偏差在±0.5um范围内，压电层11的尺寸精度在±3um范围内，以提高产品性能，便于超声波指纹模组开发其他功能，如测试心率等。
S120：对压电层11进行极化。
如图6所示，将电压作用在压电层11上，由于压电层11覆盖了基板10上包括通过绝缘层10c保护的焊盘区10a在内的全部区域，在基板10上全部都有压电层11的情况下直接对压电层11极化，无需像现有技术一样采用挡条掩膜，本申请电压作用在压电层11上，焊盘区10a被绝缘层10c保护，使得整个焊盘区10a不暴漏在高电压下，避免焊盘区10a被击穿。
极化过程中，旋涂绝缘材料10b后整面基板10均有绝缘材料10b，通过光刻只保留焊盘区10a的绝缘材料10b，并形成绝缘层10c保护焊盘区10a；再旋涂压电材料形成压电层11，在整面基板10均有压电层11的情况下直接极化，无需任何治具辅助；极化后再通过光刻、蚀刻将焊盘区10a的压电材料及绝缘材料10b去除。
S130：刻蚀极化后的压电层11，使焊盘区10a露出。
对压电层11极化后，如图7所示，先在极化后的压电层11上除焊盘区10a之外的区域上形成第一光刻胶层11a；其目的是采用光刻的方式，将需要去除的部分露出，压电层11的尺寸精度高，偏差在±3um范围内。
再如图8所示，刻蚀焊盘区10a上的压电层11和绝缘层10c，以露出焊盘区10a，并使焊盘区10a和压电层11之间形成间隙t。可采用干刻的方式，将焊盘区10a上以及焊盘区10a和压电层11之间的覆盖材料全部去除，使焊盘区10a露出，在焊盘区10a和压电层11之间形成间隙t。
最后如图9所示，去除第一光刻胶层11a。
由此，上述过程采用旋涂绝缘材料10b结合光刻，将焊盘区10a保护住，极大提高模组精度(偏差在±3um之内)，降低焊盘区10a被击穿风险；在整面基板10均有压电层11下直接极化，无需任何治具；且此方式可应用于焊盘区10a尺寸较小的设计中，提高晶圆出片率，使设计尺寸不受限于极化工具。
S140:在压电层11上除焊盘区10a之外的区域形成导电层12。
然后在压电层11上形成导电层12，具体参照图10所示，先在焊盘区10a上形成第二光刻胶层11b，并使第二光刻胶层11b覆盖间隙t，第二光刻胶层11b凸出于压电层11。焊盘区10a的上方以及焊盘区10a和压电层11的间隙t内都涂覆第二光刻胶层11b，使得第二光刻胶层11b的上表面高出压电层11的上表面，同时填满间隙t。
再如图11所示，在压电层11上形成导电层12，使导电层12和第二光刻胶层11b平齐。具体可采用物理或化学沉积的方式在压电层11上形成导电层12；然后通过光刻或干刻的方式对导电层12图案化。
接着去除第二光刻胶层11b，如图12所示，在压电层11上形成了导电层12，且压电层11和焊盘区10a之间重新形成原来的间隙t。
采用物理、化学沉积结合光刻方式制备导电层12，极大提高导电层12厚度均匀性及精度，导电层12的厚度均匀性的偏差在目标厚度的5％之内、尺寸精度在±3um范围内；还使得导电层12不存在牛角问题，膜层致密性好，不会担心氧化及水汽进入，很大程度上改善模组性能及减低贴屏难度。
S150：在导电层12上形成保护层13，形成图1所示的超声波指纹模组。
综上，本申请实施例提供的超声波指纹模组的制备方法，在基板10上旋涂压电材料之前先旋涂一层绝缘材料10b，采用光刻方式让绝缘材料10b留在焊盘区10a，在基板10整面有压电层11、无需治具掩膜情况下直接极化；极化前将焊盘区10a通过绝缘层10c保护住，避免极化过程被击穿，直接极化无需使用要求极高的治具；采用光刻方式保护焊盘区10a，使尺寸设计不受限，使产品设计方式有更多可能性；旋涂压电材料方式提高厚度均匀性及尺寸精度；导电层12采用物理或化学沉积的方式制备，通过光刻、干刻方式图案化，以此提高压电层11、导电层12厚度均匀性以及尺寸精度以提高产品性能及可靠性；制备而成的模组从多方面极大程度提高产品性能、良率及产品可靠性，增强了产品应用的多面性。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，包括：
在基板的焊盘区形成绝缘层；
在所述基板上形成压电层，所述压电层覆盖所述绝缘层和所述绝缘层之外的区域；
对所述压电层进行极化；
刻蚀极化后的所述压电层，使所述焊盘区露出；
在所述压电层上除所述焊盘区之外的区域形成导电层；
在所述导电层上形成保护层。
2.根据权利要求1所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述在基板的焊盘区形成绝缘层包括：
在所述基板上形成绝缘材料，使所述绝缘材料覆盖包括所述焊盘区在内的区域；
采用光刻的方式，去除所述基板上除所述焊盘区之外的所述绝缘材料，以在所述焊盘区上形成所述绝缘层。
3.根据权利要求2所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述在所述基板上形成绝缘材料，使所述绝缘材料覆盖包括所述焊盘区在内的区域包括：
形成所述绝缘材料的厚度≥5um。
4.根据权利要求1所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述在所述基板上形成压电层，所述压电层覆盖所述绝缘层和所述绝缘层之外的区域包括：
采用旋涂压电材料的方式，以形成所述压电层。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述刻蚀极化后的所述压电层，使所述焊盘区露出包括：
在极化后的所述压电层上除所述焊盘区之外的区域上形成第一光刻胶层；
刻蚀所述焊盘区上的所述压电层和所述绝缘层，以露出所述焊盘区，并使所述焊盘区和所述压电层之间形成间隙；
去除所述第一光刻胶层。
6.根据权利要求5所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述在所述压电层上除所述焊盘区之外的区域形成导电层包括：
在所述焊盘区上形成第二光刻胶层，并使所述第二光刻胶层覆盖所述间隙，所述第二光刻胶层凸出于所述压电层；
在所述压电层上形成导电层，使所述导电层和所述第二光刻胶层平齐；
去除所述第二光刻胶层。
7.根据权利要求6所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述在所述压电层上形成导电层，使所述导电层和所述光刻胶层平齐包括：
采用物理或化学沉积的方式形成所述导电层；
通过光刻或干刻对所述导电层图案化。
8.根据权利要求1至3任一项所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的材料至少包括聚酰亚胺。
9.根据权利要求1至4、6至7任一项所述的超声波指纹模组的制备方法，其特征在于，所述压电层的厚度均匀性的偏差在±0.5um之内，所述导电层的厚度均匀性的偏差在目标厚度的5％之内。
10.一种超声波指纹模组，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的超声波指纹模组的制备方法制备得到。
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