CN206992151U - 超声波传感器组件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了超声波传感器组件。所述超声波传感器组件，包括：柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面；以及芯片，所述芯片位于所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器包括衬底以及贯穿所述衬底的多个导电通道，所述超声波发生器和所述电路层至少之一经由所述多个导电通道连接到至所述柔性电路板的第一焊盘。该超声波传感器组件采用导电通道将超声波发生器和电路层至少之一与柔性电路板相连接，从而可以省去各向异性导电胶，以减小组件体积和提高封装效率及可靠性。

Description

超声波传感器组件

技术领域

本实用新型涉及生物特征传感器，更具体地，涉及超声波传感器组件。

背景技术

生物特征识别是用于区分不同生物特征的技术，包括指纹、掌纹、脸部、DNA、声音等识别技术。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路，纹路有规律的排列形成不同的纹型。指纹识别指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴定。由于具有终身不变性、唯一性和方便性，指纹识别的应用越来越广泛。

在指纹识别中，采用传感器获取指纹图像信息。根据工作原理的不同，指纹传感器可以分为光学、电容、压力、超声传感器。超声波传感器是第三代指纹传感器，其中利用压电材料的逆压电效应产生超声波。在超声波接触到指纹时，在指纹的嵴、峪中表现出不同的反射率和透射率。通过扫描一定面积内的超声波束信号即可读取指纹信息。超声波传感器产生的超声波可以能够穿透由玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或者塑料制成的手机外壳进行扫描，从而将超声波传感器设置在手机外壳内。超声波传感器内置可以减少其占用的表面积，在手机表面上允许安装更大尺寸的显示屏，因而可以提高手机的屏占比。

图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图。该超声波传感器组件100包括依次堆叠的芯片110、柔性电路板120和金属基板130。该芯片110依次包括反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113。超声波发生器113采用各向异性导电胶121连接至柔性电路板120，柔性电路板120采用粘合剂131固定在金属基板130上。该超声波传感器组件100中的电路层112例如是薄膜晶体管阵列基板，包括形成在玻璃基板上的多个薄膜晶体管。反射信号接收层111与电路层112相连接，从而可以选择性地获取相应的像素单元的超声波反射信号。电路层112包括焊盘114，例如采用各向异性导电胶连接至柔性电路板120。进一步地，电路层112和超声波发生器113经由柔性电路板120与外部电路电连接。

在上述的超声波传感器组件中，柔性电路板120的两个相对表面分别粘接于超声波发生器113和金属基板130，由于使用各向导性导电胶进行机械固定和电连接，因此导致超声波传感器组件的体积大且组装效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供超声波传感器组件，其中，采用导电通道将超声波发生器和电路层至少之一与柔性电路板相连接以减小组件体积和提高封装效率及可靠性。

根据本实用新型的一方面，提供一种超声波传感器组件，包括：柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面；以及芯片，所述芯片位于所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器包括衬底以及贯穿所述衬底的多个导电通道，所述超声波发生器和所述电路层至少之一经由所述多个导电通道连接到至所述柔性电路板的第一焊盘。

优选地，所述超声波发生器还包括与所述多个导电通道的端部连接的凸块下金属化层以及附着在所述凸块下金属化层上的导电凸块，所述导电凸块焊接在所述第一焊盘上，使得所述柔性电路板支撑在所述芯片上。

优选地，还包括第二封装料，所述第二封装料填充于所述芯片和所述柔性电路板之间。

优选地，所述衬底中形成贯穿所述衬底的多个通孔，所述多个导电通道的至少一部分形成在所述多个通孔的相应通孔的侧壁上。

优选地，还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层填充所述多个通孔。

优选地，还包括位于所述多个导电通道和所述多个通孔侧壁之间的粘附层、阻挡层和种子层至少之一。

优选地，还包括：位于所述电路层上的反射信号接收层。

优选地，所述电路层包括玻璃基板和位于所述玻璃基板上的多个薄膜晶体管，其中，所述超声波发生器包括多个像素单元，所述多个薄膜晶体管用于选择性地获取所述多个像素单元的超声波反射信号。

根据本实用新型的另一方面，提供一种制造超声波传感器组件的方法，包括：形成芯片，所述芯片包括依次堆叠的超声波发生器和电路层；在所述超声波发生器的衬底中形成贯穿其中的多个导电通道；以及将所述芯片与柔性电路板相连接，所述柔性电路板包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述芯片位于所述柔性电路板的第一表面上，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器和所述电路层至少之一经由所述多个导电通道连接到至所述柔性电路板的第一焊盘。

优选地，还包括：在所述多个导电通道的端部形成凸块下金属化层，以及在所述凸块下金属化层上附着导电凸块，其中，所述电连接包括采用回流工艺将所述导电凸块固定在所述第一焊盘上，使得所述柔性电路板支撑在所述芯片上。

优选地，还包括将第二封装料填充于所述芯片和所述柔性电路板之间。

优选地，形成多个导电通道包括：在所述衬底中形成贯穿所述衬底的多个通孔，将导电层形成在所述多个通孔的相应通孔的侧壁上，以及将所述导电层图案化成彼此隔开的多个导电通道。

优选地，还包括：采用第一绝缘层填充所述多个通孔。

优选地，采用电化学沉积形成所述多个导电通道。

根据本实用新型实施例的超声波传感器组件及其制造方法，其中，将超声波发生器与柔性电路板邻接，采用导电通道进行电连接和机械连接，从而可以省去各向异性导电胶，以减小组件体积和提高封装效率。柔性电路板进一步实现外部电路电连接，例如外部的信号驱动电路或信号处理电路。

进一步地，由于超声波发生器与柔性电路板之间的焊接提供了高机械强度，因此，柔性电路板可以支撑在超声波发生器上，并且提高了可靠性。该组件不需要包括附加的金属基板以支撑柔性电路板。在进一步优选的实施例中，封装料填充在芯片超声波发生器和柔性电路板之间，从而进一步提高了超声波发生器与柔性电路板之间的机械强度。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图；

图2示出根据本实用新型第一实施例的超声波传感器组件的示意性截面图；以及

图3a至3g示出根据本实用新型第二实施例的超声波传感器组件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图2示出根据本实用新型第一实施例的超声波传感器组件的示意性截面图。该超声波传感器组件300包括依次堆叠的芯片110和柔性电路板120。

芯片110依次包括依次堆叠的反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113。反射信号接收层111例如包括多个像素单元的感应电极。电路层112例如是薄膜晶体管阵列基板，包括形成在玻璃基板上的多个薄膜晶体管，用于选择性地获取相应的像素单元的超声波反射信号。超声波发生器113例如包括衬底和位于衬底上的压电叠层。该压电叠层例如包括夹在两个驱动电极之间的压电层。在驱动电极施加的电场作用下，压电层将电信号转变成机械振动，从而产生超声波。

超声波发生器113包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面邻接电路层112，第二表面邻接柔性电路板120。在超声波发生器113的第一表面上形成布线。该超声波发生器113的第一表面用于连接电路层112。

进一步地，芯片110中的反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113至少之一采用贯穿超声波发生器113中衬底的多个导电通道133连接至柔性电路板120。超声波发生器113中的多个导电通道133的一端与反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113至少之一连接，然后贯穿超声波发生器113的第一表面延伸至第二表面。所述多个导电通道133的另一端形成凸块下金属化层134，导电凸块135附着于凸块下金属化层134上。

该柔性电路板120提供与外部电路之间的连接。柔性电路板120包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面邻接超声波发生器113，第二表面邻接金属基板130。在柔性电路板120的第一表面上形成布线和焊盘。

采用回流工艺，将导电凸块135固定在柔性电路板120的焊盘上，从而将芯片110固定在柔性电路板120上，并且实现二者之间的机械连接和电连接。优选地，封装料125填充芯片110和柔性电路板120之间的空间，从而保护导电凸块135以及提高芯片110和柔性电路板120之间的机械强度。

在该实施例中，采用贯穿芯片110的导电通道替代各向异性导电胶121，用于电路层112和超声波发生器113与柔性电路板120之间的电连接。柔性电路板120进一步实现外部电路电连接，例如连接至外部的信号驱动电路或信号处理电路。

在上述的超声波传感器组件中，柔性电路板120的一个表面上形成焊盘，与超声波发生器113的相邻表面上的导电凸块135电连接，然后经由贯穿超声波发生器113的导电通道133连接至超声波发生器113、电路层112和反射信号接收层111至少之一。由于超声波发生器113与柔性电路板120之间的焊接提供了高机械强度，因此，柔性电路板120可以直接支撑在超声波发生器113上，从而不需要在组件中包括附加的金属基板。在优选的实施例中，封装料填充在芯片超声波发生器113和柔性电路板120之间，从而进一步提高了超声波发生器113与柔性电路板120之间的机械强度。

该超声波传感器组件可以省去金属基板，以及省去柔性电路板的两个相对表面上的粘合剂，也不需要使用各向导性导电胶，因此可以减小超声波传感器组件的体积且提高组装效率。

图3a至3g示出根据本实用新型第二实施例的超声波传感器组件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。其中，图3a至3d示出超声波发生器中的导电通道和凸块形成工艺，图3e至3g示出超声波发生器与柔性电路板的连接。

为了简明起见，在图中仅示出超声波发生器113和柔性电路板120的结构及其连接方式，而未示出反射信号接收层111和电路层112的详细结构。可以理解，反射信号接收层111与电路层112之间可以利用布线层连接，进一步地，电路层112也可以采用与超声波发生器113类似的方式，经由穿过超声波发生器113的导电通道连接至柔性电路板120。

如图3a所示，已经形成超声波发生器113的主要结构。该超声波发生器113包括衬底1131、位于衬底1131上的压电层1133、分别接触压电层1133的下表面和上表面的下电极1132和上电极1135。优选地，该超声波发生器113还包括形成在衬底1131和压电层1133中的声腔1134，用于增强声波发射和接收的效果，以及覆盖压电层1133和上电极1135的层间绝缘层1136。

衬底1131例如是硅衬底，用于为超声波发生器113的压电层及其电极提供机械支撑。衬底1131包括彼此相对的第一表面和第二表面。

压电层1133是超声波发生器113的功能层，例如由无机压电材料或有机压电材料组成，无机压电材料包括选自钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅(PT)中的一种，有机压电材料包括选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFe)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二氯亚乙烯(PVDC)、溴化二异丙胺(DIPAB)中的一种。

下电极1132和上电极1135分别位于压电层1133相对表面上。下电极1132和上电极1135可以由导电材料组成，包括金属导电材料和非金属导电材料。金属导电材料例如为Al、Al-Si合金、Cu、Ni-Cu、Au、Cr-Au、Pt-AU、Cr-Al、CrCu、Ag。非金属导电材料例如为导电氧化物、导电墨水或导电胶。导电氧化物例如为氧化铟锡(ITO)。导电墨水例如为银系墨水。导电胶例如为银系的环氧树脂、聚氨基甲酸酯。

然后，在超声波发生器113中形成穿过衬底1131的通孔1137，以及至少覆盖通孔1137内壁的绝缘衬里1138，如图3b所示。

在该步骤中，采用包括涂胶、曝光和显影的光刻工艺，在衬底1131的第二表面上形成光刻胶掩模。然后经由光刻胶掩模进行蚀刻，从衬底1131的第二表面开始蚀刻，形成从第二表面到达第一表面的通孔1137。该蚀刻例如可以是采用蚀刻溶液的湿法蚀刻工艺，或者是在反应腔中进行的干法蚀刻工艺，例如等离子体蚀刻。在蚀刻之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光刻胶掩模。

接着，例如通过沉积，在衬底1131的第二表面和通孔1137的内壁上形成绝缘衬里1138。绝缘衬里1138例如由选自氧化硅和氮化硅中的一种组成。优选地，绝缘衬里1138由氧化硅组成，例如采用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)形成。

然后，在绝缘衬里1138上形成导电层，作为导电通道133，如图3c所示。该导电层例如是共形地覆盖在绝缘衬里1138上的金属层，例如由Au、Ag、Al、Cu或其合金组成。

如图所示，该导电通道133的一端与超声波发生器113的下电极1132接触，然后，从通孔1137的内壁延伸至衬底1131的第二表面上方，从而实现贯穿衬底1131的导电通道。尽管在图中示出一个导电通道，但在该步骤中可以贯穿衬底1131的多个导电通道。

进一步地，采用光刻和蚀刻工艺对导电通道133进行图案化，使得多个导电通道位于衬底1131的第二表面上的部分彼此隔开。

在一个实施例中，该导电通道133由铜组成。导电通道133覆盖通孔1137的内壁，而未填满通孔1137。尽管在图中将导电通道133示出为单层，但本实用新型不限于此。该导电通道133例如由电化学沉积形成，在导电通道133形成之前，已经在绝缘衬里1138的表面上沉积金属粘附层、阻挡层和种子层中的至少一层。因此，导电通道133可以是包括金属粘附层、阻挡层、种子层和金属层的叠层结构。

然后，在衬底1131的第二表面上形成绝缘层136，如图3d所示。该绝缘层136例如由聚合物组成，可以采用模塑涂敷至衬底1131的第二表面。

该绝缘层136不仅填充通孔1137，而且进一步覆盖导电通道133在衬底1131的第二表面上方延伸的部分。在该实施例中，采用模塑工艺，由聚合物形成绝缘层136。在替代的实施例中，可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺，由选自氧化硅和氮化硅中的一种形成绝缘层136。

然后，在绝缘层136中形成与导电通道133接触的凸块下金属化层134和导电凸块135，如图3d所示。该导电凸块135例如为由焊锡形成的焊球。该步骤采用的凸块下金属化工艺和凸块附着工艺是已知的，在此不再进行详述。

在图3e至3g的步骤中，将超声波发生器121和柔性电路板120连接在一起。

如图3e所示，芯片110包括依次依次堆叠的反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113，在超声换能器121中形成了贯穿衬底的多个导电通道133和位于衬底第二表面的多个导电凸块135。作为示例，该芯片110例如是采用上述图3a至3d的步骤形成的芯片。

然后，将芯片110放置在柔性电路板120上，使得超声波发生器113的第二表面上的导电凸块135接触柔性电路板120上的焊盘，如图3f所示。在该步骤中，可以采用胶带将芯片110帖附在柔性电路板120上。

然后，采用低温回流工艺，使得导电凸块135熔融后凝固，从而将芯片110固定在柔性电路板120上且实现二者之间的机械连接和电连接，如图3g所示。优选地，在该步骤中，形成封装料125以填充芯片110和柔性电路板120之间的空间，从而保护导电凸块135以及提高芯片110和柔性电路板120之间的机械强度。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种超声波传感器组件，其特征在于，包括：

柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面；以及

芯片，所述芯片位于所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，

其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，

所述超声波发生器包括衬底以及贯穿所述衬底的多个导电通道，所述超声波发生器和所述电路层至少之一经由所述多个导电通道连接到至所述柔性电路板的第一焊盘。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其特征在于，所述超声波发生器还包括与所述多个导电通道的端部连接的凸块下金属化层以及附着在所述凸块下金属化层上的导电凸块，所述导电凸块焊接在所述第一焊盘上，使得所述柔性电路板支撑在所述芯片上。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器组件，还包括第二封装料，所述第二封装料填充于所述芯片和所述柔性电路板之间。

4.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其特征在于，所述衬底中形成贯穿所述衬底的多个通孔，所述多个导电通道的至少一部分形成在所述多个通孔的相应通孔的侧壁上。

5.根据权利要求4所述的超声波传感器组件，其特征在于，还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层填充所述多个通孔。

6.根据权利要求4所述的超声波传感器组件，其特征在于，还包括位于所述多个导电通道和所述多个通孔侧壁之间的粘附层、阻挡层和种子层至少之一。

7.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其特征在于，还包括：位于所述电路层上的反射信号接收层。

8.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其特征在于，所述电路层包括玻璃基板和位于所述玻璃基板上的多个薄膜晶体管，

其中，所述超声波发生器包括多个像素单元，所述多个薄膜晶体管用于选择性地获取所述多个像素单元的超声波反射信号。