TWM642391U - 超聲波指紋識別模組和裝置 - Google Patents

Abstract

本創作涉及指紋識別領域，公開了一種超聲波指紋識別模組和裝置，包括層疊設置的介質層、矽基襯底層和超聲波感測模組；介質層遠離矽基襯底層的表面為手指接觸的觸摸面；超聲波感測模組包括壓電層、分別設於壓電層兩個相對表面的驅動電極和接收電極。本創作超聲波指紋識別模組中，矽基襯底層位於介質層和超聲波感測模組之間，矽基襯底層和超聲波感測模組緊密層疊在一起，超聲波指紋識別模組與其他部件之間組裝時會存在一定的間隙，超聲波感測模組可以向遠離矽基襯底層的方向振動，也即向與其他部件之間的間隙方向振動，從而避免在超聲波指紋識別模組中製作空腔，簡化製作工藝，降低成本。

Description

超聲波指紋識別模組和裝置

本創作涉及指紋識別領域，特別是涉及一種超聲波指紋識別模組和裝置。

超聲波指紋識別技術藉由超聲波(頻率高於20kHz的聲波)對指紋進行識別驗證，超聲波可以穿透玻璃、鋁、不銹鋼、藍寶石或塑膠等材質對指紋進行掃描，並且掃描指紋的精度也受手指污垢、油脂以及汗水的影響很小，識別效果更加穩定和精準。

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)超聲波指紋識別是目前常用的一種方案。MEMS超聲波指紋識別模組包括層疊設置的介質層、超聲波感測器和矽基襯底層，矽基襯底層設置在超聲波感測器遠離手指的一側，而MEMS超聲波指紋識別模組又包含兩種，一種需要形成PMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，壓電微機械超聲換能器)空腔，另一種需要形成CMUT(capacitive micromachined ultrasonic transducer，電容微機械超聲換能器)空腔。形成空腔是出於感測器接收到驅動信號後會產生振動，從而產生超聲波信號，進而發射超聲波至使用者的手指，超聲波經手指反射後 產生反射超聲波信號，感測器接收此反射超聲波信號而產生感測信號，依此生成手指對應的指紋資訊。但形成空腔所需的工藝非常繁瑣，導致MEMS超聲波指紋識別模組的製作成本高。

因此，如何解決上述技術問題應是所屬技術領域中具有通常知識者重點關注的。

本創作的目的是提供一種超聲波指紋識別模組和裝置，以降低超聲波指紋識別模組的成本。

為解決上述技術問題，本創作提供一種超聲波指紋識別模組，包括：層疊設置的介質層、矽基襯底層和超聲波感測模組；介質層遠離矽基襯底層的表面為手指接觸的觸摸面；超聲波感測模組包括壓電層、分別設於壓電層兩個相對表面的驅動電極和接收電極。

可選的，超聲波指紋識別模組中，驅動電極設於壓電層遠離矽基襯底層的一側，接收電極設於壓電層靠近矽基襯底層的一側。

可選的，超聲波指紋識別模組中，還包括：設於驅動電極背離壓電層一側的防氧化層。

可選的，超聲波指紋識別模組中，接收電極設於壓電層遠離矽基襯底層的一側，驅動電極設於壓電層靠近矽基襯底層的一側。

可選的，超聲波指紋識別模組中，接收電極呈像素式分佈。

可選的，超聲波指紋識別模組中，驅動電極為整片式電極。

本創作還提供一種超聲波指紋識別裝置，包括驅動電路、檢測電路以及上述任一種所述的超聲波指紋識別模組；驅動電路與超聲波指紋識別模組中的驅動電極連接，檢測電路與超聲波指紋識別模組的接收電極連接。

可選的，超聲波指紋識別裝置中，還包括：指紋晶片，驅動電路和檢測電路均集成於指紋晶片。

可選的，超聲波指紋識別裝置中，還包括：用於容納超聲波指紋識別模組的外殼，外殼和超聲波指紋識別模組間存在間隙。

本創作所提供的一種超聲波指紋識別模組，包括：層疊設置的介質層、矽基襯底層和超聲波感測模組；介質層遠離矽基襯底層的表面為手指接觸的觸摸面；超聲波感測模組包括壓電層、分別設於壓電層兩個相對表面的驅動電極和接收電極。

可見，本創作中超聲波指紋識別模組包括介質層、矽基襯底層和超聲波感測模組，介質層遠離矽基襯底層的表面為手指接觸的觸摸面，矽基襯底層位於介質層和超聲波感測模組之間，所以矽基襯底層設置在超聲波感測模組向手指發射超聲波的一側，也即矽基襯底層設置在超聲波感測模組靠手指的一側。矽基襯底層和介質層、超聲波感測模組緊密層疊在一起，沒有空隙，超聲波指紋識別模組與其他部件之間組裝時會存在一定的間隙，超聲波感測模組可以向遠離矽基襯底層的方向振動，也即向與其他部件之間的間隙方向振動，從而避免在超聲波指紋識別模組中製作空腔，簡化製作工藝，降低成本。

此外，本創作還提供一種具有上述優點的指紋識別裝置。

為了更清楚的說明本創作實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的圖式作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本創作的一些實施例，對於所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。

1:矽基襯底層

2:超聲波感測模組

21:接收電極

22:壓電層

23:驅動電極

3:防氧化層

4:檢測電路

5:驅動電路

6:介質層

圖1為本創作實施例所提供的一種超聲波指紋識別模組的結構示意圖；圖2為本創作實施例所提供的另一種超聲波指紋識別模組的結構示意圖；圖3為對應圖1所提供的一種超聲波指紋識別裝置的爆炸圖。

為了使本技術領域的人員更好地理解本創作方案，下面結合圖式和具體實施方式對本創作作進一步的詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本創作一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本創作中的實施例，所屬技術領域中具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本創作保護的範圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本創作，但是本創作還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，所屬技術領域中具有通常知識者可以在不違背本創作內涵的情況下做類似推 廣，因此本創作不受下面公開的具體實施例的限制。

正如背景技術部分所述，目前，MEMS超聲波指紋識別模組中包括層疊設置的介質層、超聲波感測器和矽基襯底層，感測器接收到驅動信號後產生振動，從而產生超聲波信號，進而發射超聲波至放置在介質層表面的手指內，超聲波經手指反射後產生反射超聲波信號，感測器接收此些反射超聲波信號而產生感測信號，依此生成手指對應的指紋資訊，為完成前述功能，需要在介質層和矽基襯底層間形成PMUT空腔或者CMUT空腔供振動，而形成空腔所需的工藝非常繁瑣，導致MEMS超聲波指紋識別模組的製作成本高。

超聲波指紋識別技術主要利用了指紋在指紋識別區表面形成的不同介面，如圖1所示。當超聲波到達該介面時候，由於介面介質的聲阻抗不同導致超聲波在介面處的回波信號特徵不同。藉由超聲波感測器檢測回波信號特徵差異所產生的電信號，就可以得到指紋脊線和谷線資訊，實現指紋檢測。藉由對多次超聲回波信號提取分析，還可以獲得真皮層的資訊，進一步完成活體判定和真皮層生理特徵提取，實現3D指紋檢測。

有鑑於此，本創作提供了一種超聲波指紋識別模組，請參考圖1至圖2，包括：層疊設置的介質層6、矽基襯底層1和超聲波感測模組2；所述介質層6遠離所述矽基襯底層1的表面為手指接觸的觸摸面；所述超聲波感測模組2包括壓電層22、分別設於所述壓電層 22兩個相對表面的驅動電極23和接收電極21。

驅動電極23用於接收高頻高壓超聲波驅動信號(TX信號)，從而促使壓電層22高頻振動並發射超聲波，其中驅動信號的頻率、幅值是可調節的；超聲波遇到手指反射超聲回波信號，接收電極21接收超聲回波信號並傳輸至檢測電路，以實現對待識別指紋資訊的提取和檢測。

介質層6包括但不限於玻璃層、透明薄膜層、麥拉層。介質層6既可以是單一介質，也可以是複合介質。如介質層6是由銅基材PSA(pressure sensitive adhesive，壓敏膠)膠帶和TFT(Thin Film Transistor，薄膜電晶體)層黏接形成，並藉由銅基材PSA膠帶將TFT層和矽基襯底黏結。

介質層6遠離矽基襯底層1的表面為手指接觸的觸摸面，因此，本創作中矽基襯底層1設置在超聲波感測模組2向手指發射超聲波的一側，也即，矽基襯底層1在超聲波感測模組2靠近手指的一側，向手指的待識別指紋發射的超聲波信號和超聲回波信號均經過矽基襯底層1。

矽基襯底層1直接採用成熟的矽基工藝就可以實現，並且整體緊湊，面積較小，使得超聲波指紋識別模組具有高集成度的特點。

所述驅動電極23可以為整片式電極，並採用金屬材料製成，例如，銀電極等；接收電極21可以為ITO(Indium Tin Oxides，氧化銦錫)電極或者其他導電材料形成的電極，所述接收電極21呈像素式分佈，也即呈陣列式分佈。可以藉由接收電極21的尺寸調整指紋識別的精確性，藉由設置接收電極21的尺寸，使指紋的一個谷脊週期對應於多個電接收電極21。

需要指出的是，本創作中對壓電層22不做限定，只要具有壓電效應的材料即可。

進一步的，超聲波指紋識別模組還可以包括設於所述驅動電極23背離所述壓電層22一側的防氧化層3，以吸收超聲回波信號，減弱超聲回波對信號的干擾，同時避免驅動電極23發生氧化。進一步的，防氧化層3可增加阻尼，防止過震盪。

需要說明的是，本創作中對驅動電極23和接收電極21的位置不做限定，可自行設置。下面分別進行介紹。

作為一種可實施方式，如圖1所示，所述驅動電極23設於所述壓電層22遠離所述矽基襯底層1的一側，所述接收電極21設於所述壓電層22靠近所述矽基襯底層1的一側。

本實施例中接收電極21與待識別指紋之間的距離更近，超聲回波信號被接收電極21接收時傳播路徑更短，接收電極21接收的超聲回波信號的能量更高，更利於指紋識別。

作為另一種可實施方式，如圖2所示，所述接收電極21設於所述壓電層22遠離所述矽基襯底層1的一側，所述驅動電極23設於所述壓電層22靠近所述矽基襯底層1的一側。

本創作中超聲波指紋識別模組包括介質層6、矽基襯底層1和超聲波感測模組2，介質層6遠離矽基襯底層1的表面為手指接觸的觸摸面，矽基襯底層1位於介質層6和超聲波感測模組2之間，所以矽基襯底層1設置在超聲波感測模組2向待識別指紋發射超聲波的一側，也即矽基襯底層1設置在超聲波感測模組2靠近待識別指紋的一側。矽基襯底層1和介質 層6、超聲波感測模組2緊密層疊在一起，沒有空隙，超聲波指紋識別模組與其他部件之間組裝時會存在一定的間隙，超聲波感測模組2可以向遠離矽基襯底層1的方向振動，也即向與其他部件之間的間隙方向振動，從而避免在超聲波指紋識別模組中製作空腔，簡化製作工藝，降低成本。另外，本創作中的超聲波指紋識別模組為MEMS超聲波指紋識別模組，同樣具有驅動電壓低、高性能的優點。

下面以一具體情況對本創作中的超聲波指紋識別模組的製作過程進行介紹。

步驟1、在矽基襯底層上形成呈像素式分佈的檢測電路；步驟2、在檢測電路上貼合一層呈像素式分佈的ITO電極；步驟3、採用直接塗布法在ITO電極上面塗布一層壓電材料薄膜，並進行晶化、高壓極化處理；步驟4、採用濺射法在壓電材料薄膜上濺射形成一整層銀電極。

本創作還提供一種超聲波指紋識別裝置，請參考圖3，該裝置包括驅動電路、檢測電路以及上述任一實施例所述的超聲波指紋識別模組；所述驅動電路5與所述超聲波指紋識別模組中的驅動電極23連接，所述檢測電路4與所述超聲波指紋識別模組的接收電極21連接。

檢測電路4用於檢測超聲回波在壓電層22上產生的電信號。

檢測電路4可以設置在矽基襯底層1上，接收電極21呈像素式分佈，檢測電路4同樣呈像素式分佈，與接收電極21一一對應。

驅動電路5用於為壓電層22驅動源，產生驅動信號，激勵壓 電層22振動產生超聲波，驅動電路5可以為TX晶片。

需要說明的是，在超聲波指紋識別裝置中，介質層可以位於超聲波指紋識別裝置的正面、背面、側面等，均在本創作的保護範圍內。

在上述實施例的基礎上，在本創作的一個實施例中，超聲波指紋識別裝置還可以包括：指紋晶片，所述驅動電路5和所述檢測電路均集成於所述指紋晶片。

在上述任一實施例的基礎上，在本創作的一個實施例中，超聲波指紋識別裝置還可以包括：用於容納所述超聲波指紋識別模組的外殼，所述外殼和所述超聲波指紋識別模組間存在間隙。

外殼和超聲波指紋識別模組間的間隙可以作為超聲波指紋識別模組振動所需的空腔。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。

以上對本創作所提供的超聲波指紋識別模組、裝置和電子設備進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本創作的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本創作的方法及其核心思想。應當指出，對於所屬技術領域中具有通常知識者來說，在不脫離本創作原理的前提下，還可以對本創作進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本創作申請專利範圍的保護範圍內。

1:矽基襯底層

2:超聲波感測模組

21:接收電極

22:壓電層

23:驅動電極

3:防氧化層

6:介質層

Claims (9)

1. 一種超聲波指紋識別模組，包括： 層疊設置的一介質層、一矽基襯底層和一超聲波感測模組； 該介質層遠離該矽基襯底層的表面為手指接觸的觸摸面；及 該超聲波感測模組包括一壓電層、分別設於該壓電層兩個相對表面的一驅動電極和一接收電極。
2. 如請求項1所述之超聲波指紋識別模組，其中，該驅動電極設於該壓電層遠離該矽基襯底層的一側，該接收電極設於該壓電層靠近該矽基襯底層的一側。
3. 如請求項2所述之超聲波指紋識別模組，還包括： 設於該驅動電極背離該壓電層一側的一防氧化層。
4. 如請求項1所述之超聲波指紋識別模組，其中，該接收電極設於該壓電層遠離該矽基襯底層的一側，該驅動電極設於該壓電層靠近該矽基襯底層的一側。
5. 如請求項1所述之超聲波指紋識別模組，其中，該接收電極呈像素式分佈。
6. 如請求項1所述之超聲波指紋識別模組，其中，該驅動電極為整片式電極。
7. 一種超聲波指紋識別裝置，包括一驅動電路、一檢測電路以及一如請求項1至6任一項所述之超聲波指紋識別模組；該驅動電路與該超聲波指紋識別模組中的該驅動電極連接，該檢測電路與該超聲波指紋識別模組的該接收電極連接。
8. 如請求項7所述之超聲波指紋識別裝置，還包括： 一指紋晶片，該驅動電路和該檢測電路均集成於該指紋晶片。
9. 如請求項7或8所述之超聲波指紋識別裝置，還包括： 用於容納該超聲波指紋識別模組的一外殼，該外殼和該超聲波指紋識別模組間存在間隙。

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