TWI644083B - 超聲波感測器及具有該超聲波感測器之電子裝置 - Google Patents

超聲波感測器及具有該超聲波感測器之電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種超聲波感測器，其包括基板、軟性電路板、信號接收元件和信號發送元件，該信號接收元件包括第一壓電層、第一電極層及第一保護層，該第一保護層端部貫通開設有連接孔，該連接孔能夠裸露該第一電極層之一部分，該軟性電路板包括臺階結構之第一連接部，該第一連接部包括第一端部及第二端部，該第一端部與該基板間隔平行設置，且凸設有與該基板電性連接之第一導電部，該第二端部與該第一保護層間隔平行設置，該第二端部對應該連接孔凸設有第二導電部，該第二導電部經該連接孔與該第一電極層電性連接。

Description

超聲波感測器及具有該超聲波感測器之電子裝置
本發明涉及一種超聲波感測器及具有該超聲波感測器之電子裝置。
如圖1所示，現有技術之電子裝置200包括TFT基板201、信號發送元件203、信號接收元件205及軟性電路板206。信號發送元件203和信號接收元件205分別借由粘結層202貼合於TFT基板201二側。信號接收元件205一端彎折延伸形成有連接端207，連接端207位於該TFT基板201一側。軟性電路板206之一端與該信號發送元件203電性連接，且軟性電路板206借由設置於另一端之導電部208與信號接收元件205之連接端207電性連接。軟性電路板206之一端與TFT基板201和連接端207之間形成空間210。由於軟性電路板206之長度為固定長度，導電部208和信號接收元件205之連接端207電性連接時，軟性電路板206端部於空間210彎折向上褶皺，以使軟性電路板206之褶皺部分向前推動軟性電路板206導電部208，導致導電部208易偏位，從而軟性電路板206和信號接收元件205容易發生接觸不良。另外，由於軟性電路板206端部於空間210彎折向上褶皺，空間210之空間較大，導致電子裝置200整體體積變大，不易實現小型化。
鑑於此，有必要提供一種防止軟性電路板偏位，體積較小，且易實現小型化之電子裝置。
一種超聲波感測器，其用於產生超聲波能，該超聲波感測器包括基板、軟性電路板及分別設置於該基板二側之信號接收元件和信號發送元件，該信號接收元件包括依次層疊設置之第一壓電層、第一電極層及第一保護層，該第一保護層端部貫通開設有連接孔，該連接孔能夠裸露該第一電極層之一部分，該軟性電路板包括臺階結構之第一連接部，該第一連接部包括第一端部及該第一端部之一端之一側延伸形成第二端部，該第一端部與該基板間隔平行設置，且凸設有與該基板電性連接之第一導電部，該第二端部與該第一保護層間隔平行設置，該第二端部對應該連接孔凸設有第二導電部，該第二導電部經該連接孔與該第一電極層電性連接。
一種電子裝置，其包括壓板及貼合於該壓板一側之超聲波感測器，該超聲波感測器包括基板、軟性電路板及設置於該基板二側之信號接收元件和信號發送元件，該信號接收元件包括依次層疊設置之第一壓電層、第一電極層及第一保護層，該第一保護層端部貫通開設有連接孔，該連接孔能夠裸露該第一電極層之一部分，該軟性電路板包括臺階結構之第一連接部，該第一連接部包括第一端部及該第一端部之一端之一側延伸形成第二端部，該第一端部與該基板間隔平行設置，且凸設有與該基板電性連接之第一導電部，該第二端部與該第一保護層間隔平行設置，該第二端部對應該連接孔凸設有第二導電部，該第二導電部經該連接孔與該第一電極層電性連接。
本發明之電子裝置具有超聲波感測器，由於該軟性電路板之第一連接部與基板和信號接收元件間隔平行設置，軟性電路板之第一連接部不會於空間內彎折褶皺，以使軟性電路板之第一連接部不會推動第一導電部和第二導電部，從而有效地防止第一導電部和第二導電部偏位之問題。另外，由於軟性電路板之第一連接部不會於空間內彎折褶皺，以使空間之空間可較小設計，從而超聲波感測器結構緊湊，進而容易實現電子裝置之小型化。
圖1為現有技術中之電子裝置之結構示意圖。
圖2為本發明所提供之電子裝置之結構示意圖。
圖3為圖2所示之電子裝置之壓板、信號接收元件以及基板之分解示意圖。
圖4為圖2所示之電子裝置之基板和信號發送元件之分解示意圖。
下面結合附圖將對本發明實施方式作進一步之詳細說明。
請同時參閱圖2，本發明提供之電子裝置100包括壓板10及貼合於該壓板10上之超聲波感測器30。電子裝置100具有超聲波感測器之電子裝置，例如，手機、平板電腦、手錶等電子裝置。
本實施方式中，壓板10大致矩形板狀，壓板10為可於聲學上耦合到超聲波感測器30之接收器之任何適當材料，本實施方式中，壓板10材質為玻璃。本實施方式中，壓板10為蓋板，例如用於顯示器之防護玻璃罩或防護鏡片等。
可理解，其他實施方式中，壓板10可是塑膠、陶瓷、藍寶石、金屬（例如，鋁、不銹鋼等）、金屬合金（例如，鋁鎂合金等）、複合材料、塑膠膜（例如，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚醚碸樹脂PES、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚碳酸酯 PC、聚氨基甲酸酯PU等）、金屬填充式聚合物及、聚碳酸酯，根據實際需求採用即可。於需要時可經由(例如)1mm或1mm以上之相對較厚之壓板10執行檢測及成像。於其他實施方式中，用於電子裝置100之殼體或外殼可充當壓板10。其他實施方式中，移動裝置罩殼之背部、側面或前面可充當壓板10，本發明之超聲波感測器30可直接經由罩殼壁成像指紋或採集生物計量資訊。其他實施方式中，例如聚氨脂薄層、丙烯酸、聚對二甲苯之塗層或類金剛石塗層(DLC)可充當壓板10。
超聲波感測器30貼合於該壓板10之一側，其包括基板31、信號接收元件33、信號發送元件35及軟性電路板37。
請同時參閱圖2及圖3，基板31為薄襯底，例如玻璃或塑膠襯底。本實施方式中，基板31為TFT基板。其他實施方式中，基板31為矽、單晶矽或其它半導體材料，例如矽晶片或絕緣體上矽晶片。基板31包括相對設置之第一表面311及第二表面313。該第一表面311面向該壓板10設置，而該第二表面313背離該壓板10設置。該第一表面311形成有像素電路315之陣列。每一像素電路315包括與該信號接收元件33電耦合之像素輸入電極317。該第一表面311可分為第一安裝面3112及第二安裝面3113。第一安裝面3112用於貼合信號接收元件33，第二安裝面3113用於連接軟性電路板37。
信號接收元件33設置於該基板31之第一安裝面3112，且耦合到該基板31之像素電路315之像素輸入電極317。信號接收元件33包括第一壓電層331、第一電極層332及第一保護層335。
第一壓電層331借由粘合劑（圖未示）覆蓋貼合於該基板31之第一安裝面3112，且電耦合到像素電路315之像素輸入電極317，以使第一壓電層331產生之電荷轉換成電信號。第一壓電層331能夠將自壓板10之曝露表面反射之超聲波能轉換成局部電荷。像素輸入電極317可收集該局部電荷，且將電荷傳遞至底層像素電路315。像素電路315可放大該電荷且來自像素電路315之輸出信號可被發送至用於信號處理之感測器控制器或其它電路。
第一電極層332形成於第一壓電層331遠離該基板31之一側。本實施方式中，該第一電極層332之材質為銀。可理解，第一電極層332可包括一或多層鋁、鋁合金、銅、銅合金、銅及鎳、金、鉑及金、鉻及金、鉻及鋁、鉻及銅、鉻銅及金、銀、銦錫氧化物(ITO)或其它導電氧化物、銀及聚氨酯聚合物或其它合適導電材料。也可理解，第一電極層332之材料為導電墨水、導電環氧樹脂、墨水噴射式金屬及導電膠粘劑等。
第一保護層335形成於該第一電極層332背離該第一壓電層331之一側，以保護該第一電極層332。該第一保護層335一端部貫通開設有連接孔3351。該第一電極層332之一部分借由該連接孔3351裸露於外部。
請同時參閱圖2及圖4，信號發送元件35借由粘合劑貼合於該基板31之第二表面313。該信號發送元件35包括第二壓電層351、第二電極層353、第三電極層355，第二保護層357及第三保護層359。
第二壓電層351位於基板31之第二表面313下方，第二電極層353和第三電極層355分別貼合於該第二壓電層351之相對之二側。具體地，該第二壓電層351夾設於該第二電極層353與該第三電極層355之間，例如，該第二電極層353與該第三電極層355分別塗布於該第二壓電層351二表面。該第二電極層353設於該第二壓電層351遠離該基板31之一側，該第三電極層355設於該第二壓電層351和該基板31之間。本實施方式中，第二電極層353和第三電極層355可為金屬化或以其它方式導電電極，例如，塗布第二壓電層351之二側之金屬層。本實施方式中，該第二電極層353和該第三電極層355之材質為銀。可理解，該第二電極層353和該第三電極層355也可包括一或多層鋁、鋁合金、銅、銅合金、銅及鎳、金、鉑及金、鉻及金、鉻及鋁、鉻及銅、鉻銅及金、銀、銦錫氧化物(ITO)或其它導電氧化物、銀及聚氨酯聚合物或其它合適導電材料。可理解，第一電極層332之材料為導電墨水、導電環氧樹脂、墨水噴射式金屬及導電膠粘劑等。
該第二電極層353之外側蓋設有第二保護層357，第二保護層357用於保護該第二電極層353。該第三電極層355之外側蓋設有第三保護層359，第三保護層359用於保護該第三電極層355。第三保護層359位於該基板31和該第三電極層355之間，且借由粘合劑貼合於該基板31之第二表面313，以使整個信號發送元件35借由粘合層貼合於該基板31之第二表面313。
信號發送元件35產生超聲波取決於所施加之信號，向壓電層施加電壓以擴展或收縮所述層，借此產生平面波。可經由第二電極層353和第三電極層355將電壓施加至第二壓電層351。以此方式，可借由擴展或收縮第二壓電層351而產生超聲波。該超聲波可朝向手指(或其它待檢測物件)行進，且穿過壓板10。該超聲波之未被待檢測物件吸收或發射之部分可被反射，以便穿過壓板10而傳回且由信號接收元件33接收。
該軟性電路板37與該信號發送元件35、該基板31及該信號接收元件33電性連接。該軟性電路板37包括第一連接部371及由第一連接部371之一端延伸形成之第二連接部373。第一連接部371位於該信號接收元件33之上方，且與該第一保護層335間隔平行設置。第一連接部371大致呈臺階結構，其包括第一端部375及由第一端部375之一端之一側延伸形成第二端部377。第二端部377之寬度小於第一端部375之寬度，而第二端部377之長度大於第一端部375之長度。第一端部375位於該基板31之第二安裝面3113上方，且與該第二安裝面3113間隔平行設置。該第一端部375朝向該第二安裝面3113凸設有第一導電部3751，該第一導電部3751借由導電膠膜（圖未示）與該基板31之第二安裝面3113之像素電路315電性連接。第二端部377延伸至該第一保護層335上方，且與第一保護層335間隔平行設置。第二端部377對應該連接孔3351之位置處凸設有第二導電部3771，第二導電部3771之一端收容於該連接孔3351，且借由導電膠膜與該第一電極層332電性連接。可理解，第一導電部3751和第二導電部3771形狀可是圓形，正方形，矩形等其他形狀。本實施方式中，第一導電部3751和第二導電部3771為銅導體。可理解，第一導電部3751和第二導電部3771也可是異方性導電膠膜（ACF）、導電油墨、導電粘合劑等。
基板31之第一表面311、第一連接部371及信號接收元件33之間共同形成一空間39。由於該軟性電路板37之第一連接部371與基板31和信號接收元件33間隔平行設置，軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使軟性電路板37之第一連接部371不會推動第一導電部3751和第二導電部3771，從而有效地防止第一導電部3751和第二導電部3771偏位之問題。另外，由於軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使空間39之空間可較小設計，從而超聲波感測器30之結構緊湊，進而容易實現電子裝置100之小型化。還有，由於軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使軟性電路板37不會擠壓基板31等軟性電路板37之第一連接部371下方之元件，從而確保軟性電路板37之第一連接部371下方之元件之正常工作。
可理解，第二導電部3771之尺寸，以及與該第二導電部3771相配合之連接孔3351之尺寸根據超聲波感測器30之尺寸和性能之要求而變化設計。可理解，連接孔3351之尺寸和形狀根據軟性電路板37之第二導電部3771之尺寸和形狀而變化設計。可理解，軟性電路板37之第二端部377可延伸至整個第一保護層335，以覆蓋整個第一保護層335背離該第一電極層332之一表面。
該軟性電路板37之第二連接部373由該第一連接部371之第一端部375遠離該第二端部377之一端延伸形成。第二連接部373借由導線（圖未示）與該信號發送元件35之第二電極層353和第三電極層355電性連接。
電子裝置100進一步包控制器（圖未示），該控制器借由軟性電路板37與第二電極層353、第三電極層355、第一電極層332及基板31上之像素電路315電性連接。
該超聲波感測器30於實際工作時，給該第二電極層353及該第三電極層355施加電壓，使該第二壓電層351振動並發射超聲波。信號發送元件35產生之超聲波穿過信號接收元件33曝露至壓板10外部。於壓板10之曝露外部之表面處，超聲波能可能被與壓板10接觸對象（例如，指紋脊線之皮膚）發射、吸收或分散，或被反射回。於空氣接觸壓板10之曝露外部之表面之那些位置(例如，指紋脊線之間之凹部)中，大部分超聲波將被反射回朝向信號接收元件33以用於進行檢測。控制器可耦合到信號發送元件35及信號接收元件33，且可供應使得信號發送元件35產生一或複數超聲波之計時信號。控制器接著可自信號接收元件33接收指示經反射超聲波能之信號。控制器可使用自信號接收元件33接收之輸出信號來建構物件之數位影像。
本發明之電子裝置100具有超聲波感測器30，由於該軟性電路板37之第一連接部371與基板31和信號接收元件33間隔平行設置，軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使軟性電路板37之第一連接部371不會推動第一導電部3751和第二導電部3771，從而有效地防止第一導電部3751和第二導電部3771偏位之問題。另外，由於軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使空間39之空間可較小設計，從而超聲波感測器30之結構緊湊，進而容易實現電子裝置100之小型化。還有，由於軟性電路板37之第一連接部371不會於空間39彎折向上褶皺，以使軟性電路板37之第一連接部371不會擠壓基板31等軟性電路板37之第一連接部371下方之元件，從而確保軟性電路板37下方之元件之正常工作。
綜上所述，本創作符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本創作之較佳實施例，本創作之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟習本案技藝之人士爰依本創作之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100、200‧‧‧電子裝置
201‧‧‧TFT基板
203、35‧‧‧信號發送元件
202‧‧‧粘結層
205、33‧‧‧信號接收元件
206、37‧‧‧軟性電路板
207‧‧‧連接端
208‧‧‧導電部
210、39‧‧‧空間
10‧‧‧壓板
30‧‧‧超聲波感測器
31‧‧‧基板
311‧‧‧第一表面
3112‧‧‧第一安裝面
3113‧‧‧第二安裝面
313‧‧‧第二表面
315‧‧‧像素電路
317‧‧‧像素輸入電極
331‧‧‧第一壓電層
332‧‧‧第一電極層
335‧‧‧第一保護層
3351‧‧‧連接孔
351‧‧‧第二壓電層
353‧‧‧第二電極層
355‧‧‧第三電極層
357‧‧‧第二保護層
359‧‧‧第三保護層
371‧‧‧第一連接部
375‧‧‧第一端部
3751‧‧‧第一導電部
377‧‧‧第二端部
3771‧‧‧第二導電部
373‧‧‧第二連接部
無

Claims (10)

  1. 一種超聲波感測器，其用於產生超聲波能，該超聲波感測器包括基板、軟性電路板及分別設置於該基板二側之信號接收元件和信號發送元件，該信號接收元件包括依次層疊設置之第一壓電層、第一電極層及第一保護層，改良在於，該第一保護層端部貫通開設有連接孔，該連接孔能夠裸露該第一電極層之一部分，該軟性電路板包括臺階結構之第一連接部，該第一連接部包括第一端部及該第一端部之一端之一側延伸形成第二端部，該第一端部與該基板間隔平行設置，且凸設有與該基板電性連接之第一導電部，該第二端部與該第一保護層間隔平行設置，該第二端部對應該連接孔凸設有第二導電部，該第二導電部經該連接孔與該第一電極層電性連接。
  2. 如請求項1所述之超聲波感測器，其中，該軟性電路板還包括由該第一連接部之一端延伸形成之第二連接部，該第二連接部與該信號發送元件電性連接。
  3. 如請求項2所述之超聲波感測器，其中，該信號發送元件包括第二壓電層、第二電極層、第三電極層，該第二壓電層夾設於該第二電極層與該第三電極層之間，該第三電極層夾設於該第二壓電層和該基板之間，該第二電極層和該第三電極層分別與該軟性電路板之第二連接部電性連接。
  4. 如請求項1所述之超聲波感測器，其中，該基板包括相對設置之第一表面及第二表面，該第一表面包括第一安裝面及第二安裝面，該信號接收元件覆蓋貼合於該第一安裝面，該軟性電路板之第一導電部與該第二安裝面電性連接，該信號發送元件貼合於該第二表面。
  5. 如請求項4所述之超聲波感測器，其中，該第一表面形成有像素電路之陣列，每一像素電路包括像素輸入電極，該像素輸入電極與該信號接收元件電耦合。
  6. 如請求項1所述之超聲波感測器，其中，該信號發送元件還包括第二保護層及第三保護層，該第二電極層之外側蓋設有該第二保護層，該第三電極層之外側蓋設有該第三保護層。
  7. 一種電子裝置，其包括壓板及貼合於該壓板一側之超聲波感測器，該超聲波感測器包括基板、軟性電路板及設置於該基板二側之信號接收元件和信號發送元件，該信號接收元件包括依次層疊設置之第一壓電層、第一電極層及第一保護層，改良在於，該第一保護層端部貫通開設有連接孔，該連接孔能夠裸露該第一電極層之一部分，該軟性電路板包括臺階結構之第一連接部，該第一連接部包括第一端部及該第一端部之一端之一側延伸形成第二端部，該第一端部與該基板間隔平行設置，且凸設有與該基板電性連接之第一導電部，該第二端部與該第一保護層間隔平行設置，該第二端部對應該連接孔凸設有第二導電部，該第二導電部經該連接孔與該第一電極層電性連接。
  8. 如請求項7所述之電子裝置，其中，該軟性電路板還包括由該第一連接部之一端延伸形成之第二連接部，該第二連接部與該信號發送元件電性連接。
  9. 如請求項8所述之電子裝置，其中，該信號發送元件包括第二壓電層、第二電極層、第三電極層，該第二壓電層夾設於該第二電極層與該第三電極層之間，該第三電極層夾設於該第二壓電層和該基板之間，該第二電極層和該第三電極層分別與該軟性電路板之第二連接部電性連接。
  10. 如請求項7所述之電子裝置，其中，該基板包括相對設置之第一表面及第二表面，該第一表面包括第一安裝面及第二安裝面，該信號接收元件覆蓋貼合於該第一安裝面，該軟性電路板之第一導電部與該第二安裝面電性連接，該信號發送元件貼合於該第二表面。
TW105125587A 2016-08-06 2016-08-11 超聲波感測器及具有該超聲波感測器之電子裝置 TWI644083B (zh)

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