CN206209770U - 超声波指纹传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波指纹传感器。超声波指纹传感器包括压电层、发射极点及接收极线。压电层由压电柱阵列构成。发射极点形成于压电层下方，每个发射极点与对应一根压电柱连接。接收极线形成于压电层上方，每条接收极线与对应一行压电柱连接。本实用新型实施方式的超声波指纹传感器将发射电极做成发射极点，可以单独对某一根压电柱进行激发，避免行激发激发多个压电柱后带来的侧向噪声增大的问题。

Description

超声波指纹传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术，特别涉及一种超声波指纹传感器。

背景技术

现有的超声波指纹传感器探头包括像素阵列，每个像素用来描述指纹对应一点的深度，深度小者为脊，大者为谷。所述像素阵列由压电柱阵列构成，每根压电柱可以充当一个像素。压电柱阵列的两个表面上分别设有发射电极和接收电极。工作时，通过发射电极对压电柱阵列施加高频交流电压以产生超声波。经由手指反射回来的超声波返回压电层，在压电柱两端形成电压，即接收电极的电压。从而，超声波指纹传感器可以根据读出电压识别手指对应一点的深度。目前，超声波指纹传感器的发射电极主要做成发射极线的形式，通过行选择整行激励发出超声波，容易导致同行的相邻像素之间存在串扰，影响检测质量。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种超声波指纹传感器。

一种超声波指纹传感器，包括：

压电层，所述压电层包括呈阵列排布的压电柱；

发射极点，形成于所述压电层下方，每个发射极点与对应一根所述压电柱连接；及

接收极线，形成于所述压电层上方，每条接收极线与对应一行所述压电柱连接。

在某些实施方式中，所述压电柱的厚度为70-80微米。

在某些实施方式中，所述压电层还包括用于填充所述压电柱之间形成的间隙的填充物。

在某些实施方式中，所述发射极点包括合金层。

在某些实施方式中，所述合金层包括铜、镍或银。

在某些实施方式中，所述发射极点还包括形成在所述合金层下表面的金属垫块。

在某些实施方式中，所述金属垫块包括铜或金。

在某些实施方式中，所述超声波指纹传感器还包括：

形成在与所述接收极线一端对应的压电柱下方的接收极点，所述接收极点与所述接收极线电性连接。

在某些实施方式中，所述超声波指纹传感器还包括：

引线，所述引线贯穿所述与所述接收极线一端对应的压电柱以连接所述接收极线及所述接收极点。

一种指纹识别模组，包括所述超声波指纹传感器。

本实用新型实施方式的超声波指纹传感器，将发射电极制作成发射极点的形式，每个发射极点与对应一根压电柱连接。将发射电极制作成发射极点，可以单独对某一根压电柱进行激发，避免行激发多个压电柱后带来的侧向噪声增大的问题。且点激发的功率较小，耗能较小。此外，将发射极做成发射极点，在将发射极与下方的载板进行粘接时，可以使用点对点的粘接，使制造工艺更为简便。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是根据本实用新型实施方式的指纹识别模组的截面示意图。

图2是根据本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的截面示意图。

图3是根据本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的俯视图。

图4是根据本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的仰视图。

图5是根据本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的另一截面示意图。

主要原件及符号说明：

指纹别模组10、玻璃盖板12、超声波指纹传感器14、控制芯片16、压电层142、压电柱1422、发射极点144、合金层1442、金属垫块1444、接收极线146、填充物141、引线143。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“高度”、“上”、“下”、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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，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实用新型。此外，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型实施方式的指纹识别模组10包括玻璃盖板12、超声波指纹传感器14以及控制芯片16。其中玻璃盖板12置于超声波指纹传感器14的上方，控制芯片16置于超声波指纹传感器14下方。

如此，超声波指纹传感器14用于发射和接收超声波信号，控制芯片16用于处理接收到的超声波信号。

请参阅图2至图4，本实用新型实施方式的超声波指纹传感器14包括压电层142、发射极点144、接收极线146。其中，压电层142由压电柱1422阵列构成。压电层142的下表面设置有发射极点144，每个发射极点144与对应一根压电柱1422连接。压电层142与下表面相背的上表面设置有接收极线146，每条接收极线与对应一行压电柱1422连接。

如此，每个压电柱1422可充当一个像素点，多个压电柱1422形成多个像素点，每个像素点用于描述对应一点的指纹的深度。在超声波指纹传感器14工作时，发射极点144可以单独对某一个压电柱1422进行激发，避免行激发激发多个压电柱1422后带来的侧向噪声增大的问题，进而提高超声波指纹传感器14识别指纹的准确性。同时，与行激发相比，点激发的功率较小，所需要消耗的能量较小。此外，将发射极做成发射极点，在将发射极与下方控制芯片16进行粘接时，可以使用点对点的粘接，使制造工艺更为简便。

具体地，当手指接触或接近玻璃盖板30时，具有在超声波频带内的共振频率的电压从外部施加于设置在压电层142的两个相对表面的发射极点144及接收极线146，压电层142会产生高频波动形变，同时发射出超声波信号。超声波信号经由手指后朝向内部反射，返回压电层142。此时，将所有的发射极线144接地，压电柱1422在超声波的作用下发生形变而在压电柱1422的不同位置产生电势差，接收极线146接收电势差信息。控制芯片16处理接收到的电压数据，识别出指纹图像。

在本实施实用新型方式中，压电柱1422的高度为70-80微米。

在某些实施方式中，压电柱1422的横截面形状为正方形，宽度为30微米，压电柱1422之间的间隙可以是50微米。

如此，可以满足超声波指纹传感器14对于高采用分辨率的需求，例如大于508DPI的需求。当间隙大于50微米时，采样分辨率将会降低，发射或接收到的超声波信号将会变弱，从而无法精确地识别指纹。当然，在不同设计中，压电柱1422的具体形状、尺寸和压电柱1422阵列之间的间隙宽度也可以不同。

在某些实施方式中，压电层142的材料选用锆钛酸铅压电陶瓷。

如此，利用锆钛酸铅压电陶瓷的正压电效应接收超声波，逆压电效应发射超声波。锆钛酸铅压电陶瓷具有稳定的温度性、优异的电性能以及振动稳定性能；同时，锆钛酸铅压电陶瓷的制备工艺简单,原材料容易获得且价格低廉。利用锆钛酸铅压电陶瓷作为压电材料，可确保超声波指纹传感器14使用的稳定性，也可降低制造成本。

在某些实施方式中，压电层142的材料也可以为其它具有正压电效应和逆压电效应性质的压电材料。

可以理解，压电层142的材料可以根据实际情况设置，而不限于上述讨论的实施方式。

在某些实施方式中，超声波指纹传感器14还包括填充物141。填充物141用于填充压电柱1422阵列之间的间隙。

如此，利用绝缘材料将压电柱1422阵列之间的间隙进行填充，可以防止压电柱1422之间对超声波发射和接收过程产生影响，进而减少侧向噪声。

在某些实施方式中，填充物11的材料选用环氧树脂。

环氧树脂固化后表面光亮，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，且介电性能良好，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。如此，使用环氧树脂作为填充介质，可以使超声波指纹传感器14的结构更加稳定。

在某些实施方式中，填充物141的材料,可以为其它非导电性材料及其他非压电性材料。

可以理解，填充物141的材料可以根据实际情况设置，而不限于上述讨论的实施方式。

请参阅图5，在某实施方式中，发射极点144包括合金层1442。

和纯金属相比，合金层1442的硬度比纯金属大。发射极点采用合金层进行导电，使得超声波指纹传感器14的结构更为稳定。

在某实施方式中，合金层1442的材料包括铜、镍或银等金属材料。

铜、镍、银等金属材料构成的合金层具有良好的导电性能、耐热性能及较大的硬度，如此，使得发射极点144具有良好的导电性，同时，使得超声波指纹传感器14具有更为稳定的结构。

在本实用新型实施方式中，发射极点144还包括金属垫块1444。

金属垫块1444置于合金层1442的下方。

如此，利用金属垫块1444将整个超声波指纹传感器14进行垫高，使得超声波指纹传感器14与控制芯片16能够更好地贴合，便于发射极点144与下方控制芯片16实现点对点粘接。

在本实用新型实施方式中，金属垫块1444的材料包括金或铜。

请再参阅图5，本实用新型实施方式的超声波指纹传感器14还包括引线143。其中，引线143用于连接接收极线146与接收极线146一端对应的压电柱1422下方的接收极点(图未示)。

如此，利用引线143将接收极线146的电连接点引至压电柱1422下方，与置于压电柱1422下方的接收极点(图未示)连接，可以实现发射极线与下方控制芯片的连接导通，简化超声波指纹传感器14结构，同时，可以实现超声波指纹传感器14与下方控制芯片16的点对点粘接，使制造工艺更为简便。

在本说明书的描述中，参考术语“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实用新型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。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种超声波指纹传感器，其特征在于，包括：

压电层，所述压电层包括呈阵列排布的压电柱；

发射极点，形成于所述压电层下方，每个发射极点与对应一根所述压电柱连接；及

接收极线，形成于所述压电层上方，每条接收极线与对应一行所述压电柱连接。

2.如权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述压电柱的高度为70-80微米。

3.如权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述压电层还包括用于填充所述压电柱之间形成的间隙的填充物。

4.如权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述发射极点包括合金层。

5.如权利要求4所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述合金层包括铜、镍或银。

6.如权利要求4所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述发射极点还包括形成在所述合金层下表面的金属垫块。

7.如权利要求6所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述金属垫块包括铜或金。

8.如权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述超声波指纹传感器还包括：

形成在与所述接收极线一端对应的压电柱下方的接收极点，所述接收极点与所述接收极线电性连接。

9.如权利要求8所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述超声波指纹传感器还包括：

引线，所述引线贯穿所述与所述接收极线一端对应的压电柱以连接所述接收极线及所述接收极点。

10.一种指纹识别模组，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的超声波指纹传感器。