CN106332448A - 超声波传感器及具有该超声波传感器的电子装置 - Google Patents

超声波传感器及具有该超声波传感器的电子装置 Download PDF

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Abstract

一种超声波传感器，其包括基板、软性电路板、信号接收元件和信号发送元件，该信号接收元件包括第一压电层、第一电极层及第一保护层，该第一保护层端部贯通开设有连接孔，该连接孔能够裸露该第一电极层的一部分，该软性电路板包括台阶结构的第一连接部，该第一连接部包括第一端部及该第一端部的一端一侧延伸形成第二端部，该第一端部与该基板间隔平行设置，且凸设有与该基板电性连接的第一导电部，该第二端部与该第一保护层间隔平行设置，该第二端部对应该连接孔凸设有第二导电部，该第二导电部经该连接孔与该第一电极层电性连接。

Description

超声波传感器及具有该超声波传感器的电子装置
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器及具有该超声波传感器的电子装置。
背景技术
如图1所示，现有技术的电子装置200包括TFT基板201、信号发送元件203、信号接收元件205及软性电路板206。信号发送元件203和信号接收元件205分别通过粘结层202贴合于TFT基板201两侧。信号接收元件205一端弯折延伸形成有连接端207，连接端207位于该TFT基板201一侧。软性电路板206的一端与该信号发送元件203电性连接，且软性电路板206通过设置在另一端的导电部208与信号接收元件205的连接端207电性连接。软性电路板206的一端与TFT基板201和连接端207之间形成空间210。由于软性电路板206的长度为固定长度，导电部208和信号接收元件205的连接端207电性连接时，软性电路板206端部在空间210弯折向上褶皱，以使软性电路板206的褶皱部分向前推动软性电路板206导电部208，导致导电部208易偏位，从而软性电路板206和信号接收元件205容易发生接触不良。另外，由于软性电路板206端部在空间210弯折向上褶皱，空间210的空间较大，导致电子装置200整体体积变大，不易实现小型化。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种防止软性电路板偏位，体积较小，且易实现小型化的电子装置。
一种超声波传感器，其用于产生超声波能，该超声波传感器包括基板、软性电路板及分别设置于该基板两侧的信号接收元件和信号发送元件，该信号接收元件包括依次层叠设置的第一压电层、第一电极层及第一保护层，该第一保护层端部贯通开设有连接孔，该连接孔能够裸露该第一电极层的一部分，该软性电路板包括台阶结构的第一连接部，该第一连接部包括第一端部及该第一端部的一端的一侧延伸形成第二端部，该第一端部与该基板间隔平行设置，且凸设有与该基板电性连接的第一导电部，该第二端部与该第一保护层间隔平行设置，该第二端部对应该连接孔凸设有第二导电部，该第二导电部经该连接孔与该第一电极层电性连接。
一种电子装置，其包括压板及贴合于该压板一侧的超声波传感器，该超声波传感器包括基板、软性电路板及设置于该基板两侧的信号接收元件和信号发送元件，该信号接收元件包括依次层叠设置的第一压电层、第一电极层及第一保护层，该第一保护层端部贯通开设有连接孔，该连接孔能够裸露该第一电极层的一部分，该软性电路板包括台阶结构的第一连接部，该第一连接部包括第一端部及该第一端部的一端的一侧延伸形成第二端部，该第一端部与该基板间隔平行设置，且凸设有与该基板电性连接的第一导电部，该第二端部与该第一保护层间隔平行设置，该第二端部对应该连接孔凸设有第二导电部，该第二导电部经该连接孔与该第一电极层电性连接。
本发明的电子装置具有超声波传感器，由于该软性电路板的第一连接部与基板和信号接收元件间隔平行设置，软性电路板的第一连接部不会在空间内弯折褶皱，以使软性电路板的第一连接部不会推动第一导电部和第二导电部，从而有效地防止第一导电部和第二导电部偏位的问题。另外，由于软性电路板的第一连接部不会在空间内弯折褶皱，以使空间的空间可以较小设计，从而超声波传感器结构紧凑，进而容易实现电子装置的小型化。
附图说明
图1为现有技术中的电子装置的结构示意图。
图2为本发明所提供的电子装置的结构示意图。
图3为图2所示的电子装置的压板、信号接收元件以及基板的分解示意图。
图4为图2所示的电子装置的基板和信号发送元件的分解示意图。
主要元件符号说明
电子装置 100、200
TFT基板 201
信号发送元件 203、35
粘结层 202
信号接收元件 205、33
软性电路板 206、37
连接端 207
导电部 208
空间 210、39
压板 10
超声波传感器 30
基板 31
第一表面 311
第一安装面 3112
第二安装面 3113
第二表面 313
像素电路 315
像素输入电极 317
第一压电层 331
第一电极层 332
第一保护层 335
连接孔 3351
第二压电层 351
第二电极层 353
第三电极层 355
第二保护层 357
第三保护层 359
第一连接部 371
第一端部 375
第一导电部 3751
第二端部 377
第二导电部 3771
第二连接部 373
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下通过具体实施例配合附图进行详细说明。
请同时参阅图2，本发明提供的电子装置100包括压板10及贴合于该压板10上的超声波传感器30。电子装置100具有超声波传感器的电子装置，例如，手机、平板电脑、手表等电子装置。
本实施方式中，压板10大致矩形板状，压板10为可在声学上耦合到超声波传感器30的接收器的任何适当材料，本实施方式中，压板10材质为玻璃。本实施方式中，压板10为盖板，例如用于显示器的防护玻璃罩或防护镜片等。
可以理解，其他实施方式中，压板10可以是塑料、陶瓷、蓝宝石、金属（例如，铝、不锈钢等）、金属合金（例如，铝镁合金等）、复合材料、塑胶膜（例如，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚醚砜树脂PES、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚碳酸酯 PC、聚氨基甲酸酯PU等）、金属填充式聚合物及、聚碳酸酯，根据实际需求采用即可。在需要时可经由(例如)1mm或1mm以上的相对较厚的压板10执行检测及成像。在其他实施方式中，用于电子装置100的壳体或外壳可充当压板10。其他实施方式中，移动装置罩壳的背部、侧面或前面可充当压板10，本发明的超声波传感器30可直接经由罩壳壁成像指纹或采集生物计量信息。其他实施方式中，例如聚氨脂薄层、丙烯酸、聚对二甲苯的涂层或类金刚石涂层(DLC)可充当压板10。
超声波传感器30贴合于该压板10的一侧，其包括基板31、信号接收元件33、信号发送元件35及软性电路板37。
请同时参阅图2及图3，基板31为薄衬底，例如玻璃或塑料衬底。本实施方式中，基板31为TFT基板。其他实施方式中，基板31为硅、单晶硅或其它半导体材料，例如硅晶片或绝缘体上硅晶片。基板31包括相对设置的第一表面311及第二表面313。该第一表面311面向该压板10设置，而该第二表面313背离该压板10设置。该第一表面311形成有像素电路315的阵列。每一像素电路315包括与该信号接收元件33电耦合的像素输入电极317。该第一表面311可分为第一安装面3112及第二安装面3113。第一安装面3112用于贴合信号接收元件33，第二安装面3113用于连接软性电路板37。
信号接收元件33设置于该基板31的第一安装面3112，且耦合到该基板31的像素电路315的像素输入电极317。信号接收元件33包括第一压电层331、第一电极层332及第一保护层335。
第一压电层331通过粘合剂（图未示）覆盖贴合于该基板31的第一安装面3112，且电耦合到像素电路315的像素输入电极317，以使第一压电层331产生的电荷转换成电信号。第一压电层331能够将自压板10的曝露表面反射的超声波能转换成局部电荷。像素输入电极317可收集该局部电荷，且将电荷传递至底层像素电路315。像素电路315可放大该电荷且来自像素电路315的输出信号可被发送至用于信号处理的传感器控制器或其它电路。
第一电极层332形成于第一压电层331远离该基板31的一侧。本实施方式中，该第一电极层332的材质为银。可以理解，第一电极层332可包括一或多层铝、铝合金、铜、铜合金、铜及镍、金、铂及金、铬及金、铬及铝、铬及铜、铬铜及金、银、铟锡氧化物(ITO)或其它导电氧化物、银及聚氨酯聚合物或其它合适导电材料。也可以理解，第一电极层332的材料为导电墨水、导电环氧树脂、墨水喷射式金属及导电胶粘剂等。
第一保护层335形成于该第一电极层332背离该第一压电层331的一侧，以保护该第一电极层332。该第一保护层335一端部贯通开设有连接孔3351。该第一电极层332的一部分通过该连接孔3351裸露在外部。
请同时参阅图2及图4，信号发送元件35通过粘合剂贴合于该基板31的第二表面313。该信号发送元件35包括第二压电层351、第二电极层353、第三电极层355，第二保护层357及第三保护层359。
第二压电层351位于基板31的第二表面313下方，第二电极层353和第三电极层355分别贴合于该第二压电层351的相对的两侧。具体地，该第二压电层351夹设于该第二电极层353与该第三电极层355之间，例如，该第二电极层353与该第三电极层355分别涂布于该第二压电层351二表面。该第二电极层353设于该第二压电层351远离该基板31的一侧，该第三电极层355设于该第二压电层351和该基板31之间。本实施方式中，第二电极层353和第三电极层355可为金属化或以其它方式导电电极，例如，涂布第二压电层351的两侧的金属层。本实施方式中，该第二电极层353和该第三电极层355的材质为银。可以理解，该第二电极层353和该第三电极层355也可以包括一或多层铝、铝合金、铜、铜合金、铜及镍、金、铂及金、铬及金、铬及铝、铬及铜、铬铜及金、银、铟锡氧化物(ITO)或其它导电氧化物、银及聚氨酯聚合物或其它合适导电材料。可以理解，第一电极层332的材料为导电墨水、导电环氧树脂、墨水喷射式金属及导电胶粘剂等。
该第二电极层353的外侧盖设有第二保护层357，第二保护层357用于保护该第二电极层353。该第三电极层355的外侧盖设有第三保护层359，第三保护层359用于保护该第三电极层355。第三保护层359位于该基板31和该第三电极层355之间，且通过粘合剂贴合于该基板31的第二表面313，以使整个信号发送元件35通过粘合层贴合于该基板31的第二表面313。
信号发送元件35产生超声波取决于所施加的信号，向压电层施加电压以扩展或收缩所述层，借此产生平面波。可经由第二电极层353和第三电极层355将电压施加至第二压电层351。以此方式，可通过扩展或收缩第二压电层351而产生超声波。该超声波可朝向手指(或其它待检测对象)行进，且穿过压板10。该超声波的未被待检测对象吸收或发射的部分可被反射，以便穿过压板10而传回且由信号接收元件33接收。
该软性电路板37与该信号发送元件35、该基板31及该信号接收元件33电性连接。该软性电路板37包括第一连接部371及由第一连接部371的一端延伸形成的第二连接部373。第一连接部371位于该信号接收元件33的上方，且与该第一保护层335间隔平行设置。第一连接部371大致呈台阶结构，其包括第一端部375及由第一端部375的一端的一侧延伸形成第二端部377。第二端部377的宽度小于第一端部375的宽度，而第二端部377的长度大于第一端部375的长度。第一端部375位于该基板31的第二安装面3113上方，且与该第二安装面3113间隔平行设置。该第一端部375朝向该第二安装面3113凸设有第一导电部3751，该第一导电部3751通过导电胶膜（图未示）与该基板31的第二安装面3113的像素电路315电性连接。第二端部377延伸至该第一保护层335上方，且与第一保护层335间隔平行设置。第二端部377对应该连接孔3351的位置处凸设有第二导电部3771，第二导电部3771的一端收容于该连接孔3351，且通过导电胶膜与该第一电极层332电性连接。可以理解，第一导电部3751和第二导电部3771形状可以是圆形，正方形，矩形等其他形状。本实施方式中，第一导电部3751和第二导电部3771为铜导体。可以理解，第一导电部3751和第二导电部3771也可以是异方性导电胶膜（ACF）、导电油墨、导电粘合剂等。
基板31的第一表面311、第一连接部371及信号接收元件33之间共同形成一个空间39。由于该软性电路板37的第一连接部371与基板31和信号接收元件33间隔平行设置，软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使软性电路板37的第一连接部371不会推动第一导电部3751和第二导电部3771，从而有效地防止第一导电部3751和第二导电部3771偏位的问题。另外，由于软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使空间39的空间可以较小设计，从而超声波传感器30的结构紧凑，进而容易实现电子装置100的小型化。还有，由于软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使软性电路板37不会挤压基板31等软性电路板37的第一连接部371下方的元件，从而确保软性电路板37的第一连接部371下方的元件的正常工作。
可以理解，第二导电部3771的尺寸，以及与该第二导电部3771相配合的连接孔3351的尺寸根据超声波传感器30的尺寸和性能的要求而变化设计。可以理解，连接孔3351的尺寸和形状根据软性电路板37的第二导电部3771的尺寸和形状而变化设计。可以理解，软性电路板37的第二端部377可以延伸至整个第一保护层335，以覆盖整个第一保护层335背离该第一电极层332的一表面。
该软性电路板37的第二连接部373由该第一连接部371的第一端部375远离该第二端部377的一端延伸形成。第二连接部373通过导线（图未示）与该信号发送元件35的第二电极层353和第三电极层355电性连接。
电子装置100进一步包控制器（图未示），该控制器通过软性电路板37与第二电极层353、第三电极层355、第一电极层332及基板31上的像素电路315电性连接。
该超声波传感器30在实际工作时，给该第二电极层353及该第三电极层355施加电压，使该第二压电层351振动并发射超声波。信号发送元件35产生的超声波穿过信号接收元件33曝露至压板10外部。在压板10的曝露外部的表面处，超声波能可能被与压板10接触对象（例如，指纹脊线的皮肤）发射、吸收或分散，或被反射回。在空气接触压板10的曝露外部的表面的那些位置(例如，指纹脊线之间的凹部)中，大部分超声波将被反射回朝向信号接收元件33以用于进行检测。控制器可耦合到信号发送元件35及信号接收元件33，且可供应使得信号发送元件35产生一或多个超声波的计时信号。控制器接着可自信号接收元件33接收指示经反射超声波能的信号。控制器可使用自信号接收元件33接收的输出信号来建构对象的数字影像。
本发明的电子装置100具有超声波传感器30，由于该软性电路板37的第一连接部371与基板31和信号接收元件33间隔平行设置，软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使软性电路板37的第一连接部371不会推动第一导电部3751和第二导电部3771，从而有效地防止第一导电部3751和第二导电部3771偏位的问题。另外，由于软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使空间39的空间可以较小设计，从而超声波传感器30的结构紧凑，进而容易实现电子装置100的小型化。还有，由于软性电路板37的第一连接部371不会在空间39弯折向上褶皱，以使软性电路板37的第一连接部371不会挤压基板31等软性电路板37的第一连接部371下方的元件，从而确保软性电路板37下方的元件的正常工作。
当然，本发明并不局限于上述公开的实施例，本发明还可以是对上述实施例进行各种变更。本技术领域人员可以理解，只要在本发明的实质精神范围的内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围的内。

Claims (10)

1.一种超声波传感器，其用于产生超声波能，该超声波传感器包括基板、软性电路板及分别设置于该基板两侧的信号接收元件和信号发送元件，该信号接收元件包括依次层叠设置的第一压电层、第一电极层及第一保护层，其特征在于，该第一保护层端部贯通开设有连接孔，该连接孔能够裸露该第一电极层的一部分，该软性电路板包括台阶结构的第一连接部，该第一连接部包括第一端部及该第一端部的一端的一侧延伸形成第二端部，该第一端部与该基板间隔平行设置，且凸设有与该基板电性连接的第一导电部，该第二端部与该第一保护层间隔平行设置，该第二端部对应该连接孔凸设有第二导电部，该第二导电部经该连接孔与该第一电极层电性连接。
2.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，该软性电路板还包括由该第一连接部的一端延伸形成的第二连接部，该第二连接部与该信号发送元件电性连接。
3.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，该信号发送元件包括第二压电层、第二电极层、第三电极层，该第二压电层夹设于该第二电极层与该第三电极层之间，该第三电极层夹设于该第二压电层和该基板之间，该第二电极层和该第三电极层分别与该软性电路板的第二连接部电性连接。
4.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，该基板包括相对设置的第一表面及第二表面，该第一表面包括第一安装面及第二安装面，该信号接收元件覆盖贴合于该第一安装面，该软性电路板的第一导电部与该第二安装面电性连接，该信号发送元件贴合于该第二表面。
5.如权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，该第一表面形成有像素电路的阵列，每一像素电路包括像素输入电极，该像素输入电极与该信号接收元件电耦合。
6.如权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，该信号发送元件还包括第二保护层及第三保护层，该第二电极层的外侧盖设有该第二保护层，该第三电极层的外侧盖设有该第三保护层。
7.一种电子装置，其包括压板及贴合于该压板一侧的超声波传感器，该超声波传感器包括基板、软性电路板及设置于该基板两侧的信号接收元件和信号发送元件，该信号接收元件包括依次层叠设置的第一压电层、第一电极层及第一保护层，其特征在于，该第一保护层端部贯通开设有连接孔，该连接孔能够裸露该第一电极层的一部分，该软性电路板包括台阶结构的第一连接部，该第一连接部包括第一端部及该第一端部的一端的一侧延伸形成第二端部，该第一端部与该基板间隔平行设置，且凸设有与该基板电性连接的第一导电部，该第二端部与该第一保护层间隔平行设置，该第二端部对应该连接孔凸设有第二导电部，该第二导电部经该连接孔与该第一电极层电性连接。
8.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该软性电路板还包括由该第一连接部的一端延伸形成的第二连接部，该第二连接部与该信号发送元件电性连接。
9.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该信号发送元件包括第二压电层、第二电极层、第三电极层，该第二压电层夹设于该第二电极层与该第三电极层之间，该第三电极层夹设于该第二压电层和该基板之间，该第二电极层和该第三电极层分别与该软性电路板的第二连接部电性连接。
10.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该基板包括相对设置的第一表面及第二表面，该第一表面包括第一安装面及第二安装面，该信号接收元件覆盖贴合于该第一安装面，该软性电路板的第一导电部与该第二安装面电性连接，该信号发送元件贴合于该第二表面。
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