TW202004464A - 超音波指紋識別裝置及其製作方法以及應用其之電子裝置 - Google Patents
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Abstract
一種超音波指紋識別裝置，包括：一電路基板，該電路基板上含有電路；一壓電層，設置於該電路基板一表面；一第一電極，設置於所述壓電層遠離所述電路基板一側表面，所述第一電極的厚度範圍為0.005μm至1μm；以及一第二電極，形成於該該電路基板上且與壓電層遠離第一電極的表面接觸，該壓電層藉由該第二電極與該電路電性連接。本發明還提供該超音波指紋識別裝置的製備方法，以及應用該超音波指紋識別裝置的電子裝置。
Description
本發明涉及一種超音波指紋識別裝置及其製作方法以及應用該超音波指紋識別裝置的電子裝置。
隨著可攜式電子裝置被廣泛的應用，使用者對可攜式電子裝置提出了更多的功能需求。指紋識別裝置由於具有隱私保護功能而被設置於可攜式電子裝置中，以增加使用者體驗。指紋識別裝置可分為光學式、電容式、聲波式等。超音波指紋識別裝置因其操作不易受環境溫度、濕度的影響，且具有壽命長、解析度高而得到廣泛應用。超音波指紋識別元件係指紋識別裝置的核心元件，其能夠識別放置在所述指紋識別元件上的手指的指紋。當使用者將其手指放置在所述指紋識別元件的表面上時，使用者的手指的指紋將被識別，進而驗證所述使用者的身份資訊。
在習知結構中，超音波指紋識別元件中的超音波感測單元中的一電極為銀漿，銀漿電極厚度一般大於15μm，銀漿電極厚度過大導致銀漿電極表面與用於承載的基板之間的段差過大，並最終導致軟性電路板不易直接搭接於銀漿電極表面。另一方面，習知結構中，一般採取在承載基板表面塗布壓電材料並蝕刻成型的方式製作壓電層，採用銀漿作為電極時，由於銀漿無法抵擋常規蝕刻液的侵蝕，使得銀漿不可作為超音波感測單元的壓電材料在蝕刻過程中的掩膜，對壓電材料的蝕刻過程中需設置必要的掩膜，該掩膜須要手動移除。
本發明提供一種超音波指紋識別裝置，包括：一電路基板，該電路基板上含有電路；一壓電層，設置於該電路基板一表面；一第一電極，設置於所述壓電層遠離所述電路基板一側表面，所述第一電極的厚度範圍為0.005μm至1μm；以及一第二電極，形成於該該電路基板上且與壓電層遠離第一電極的表面接觸，該壓電層藉由該第二電極與該電路電性連接。
另，還提供一種該超音波指紋識別裝置的製作方法以及應用該超音波指紋識別裝置的電子裝置。
一種上述超音波指紋識別裝置的製備方法，包括如下步驟：
提供一電路基板，在該電路基板的一表面塗布壓電聚合物材料；
使所述壓電聚合物材料乾燥結晶；
在所述壓電聚合物材料表面形成一第一電極；
以所述第一電極為掩膜對所述壓電聚合物材料蝕刻得到一壓電層。
一種電子裝置，該電子裝置包括設置於其內的超音波指紋識別裝置，所述超音波指紋識別裝置包括一電路基板，該電路基板上含有電路；一壓電層，設置於該電路基板一表面；一第一電極，設置於所述壓電層遠離所述電路基板一側表面，所述第一電極的厚度範圍為0.005μm至1μm；以及一第二電極，形成於該該電路基板上且與壓電層遠離第一電極的表面接觸，該壓電層藉由該第二電極與該電路電性連接。
本發明的超音波指紋識別裝置，其第一電極為厚度範圍為0.005μm至1μm，相較於習知結構中厚度一般大於15μm的銀漿電極，第一電極厚度較小。當需要使用軟性電路板同時連接第一電極及電路基板時，軟性電路板較容易直接搭接至第一電極表面，不會如銀漿電極一般，由於銀漿電極厚度過大導致銀漿電極表面至電路基板的段差過大並最終導致軟性電路板不易直接搭接於銀漿電極表面。本發明的超音波指紋識別裝置的製備方法，將第一電極作為壓電層形成過程中的蝕刻掩膜，使製作過程更為精簡。
為了使本申請所揭示之技術內容更加詳盡與完備，可以參照附圖以及本發明之下述各種具體實施例，附圖中相同之標記代表相同或者相似之組件。然而，本領域之普通技術人員應當理解，下文中所提供之實施例並非用來限制本發明所覆蓋之範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，並未依照其原尺寸進行繪製。
下面參照附圖，對本發明之具體實施方式作進一步之詳細描述。
第一實施例
圖1為本發明一實施例的超音波指紋識別裝置的立體示意圖，圖2為圖1沿II-II的剖視示意圖。請一併參閱圖1和圖2，本發明第一實施例的超音波指紋識別裝置100包括電路基板130、超音感測單元110、信號傳輸單元120。
一電路基板130為承載基底，超音感測單元110設置於電路基板130一側，信號傳輸單元120一端連接一控制裝置（圖未示），另一端同時連接超音感測單元110與電路基板130，以實現該控制裝置與超音感測單元110及電路基板130之間的信號傳輸。
超音感測單元110包括壓電層113、第一電極111以及第二電極112。第一電極111形成於壓電層113一表面並完全覆蓋該壓電層113；第二電極112位於電路基板130上，其位於電路基板130的表面，壓電層113設置於電路基板130表面並至少覆蓋第二電極112，壓電層113遠離第一電極111的表面與第二電極112接觸，第一電極111與第二電極112位於壓電層113相對兩側。
電路基板130含有電路（圖未示），可用於接收、處理以及傳遞超音感測單元110接收超音波時產生的耦合電信號，第二電極112與該電路電連接。於一實施例中，電路基板130為薄膜電晶體（TFT）陣列基板，該TFT陣列基板包括多個TFT單元，每一TFT單元包含至少一個氧化銦錫電極，多個所述氧化銦錫電極組合形成所述第二電極112。在其他實施例中，電路基板130還可為印刷電路板、軟性電路板等具有可作為第二電極112的導電結構的電路板。電路基板130包括一第一表面131，壓電層113設置於第一表面131並覆蓋第二電極112。
信號傳輸單元120包括軟性電路板123、第一金屬連接墊121、第二金屬連接墊122。第一金屬連接墊121與第二金屬連接墊122形成於軟性電路板123上，軟性電路板123藉由第一金屬連接墊121與第一電極111遠離壓電層113的表面的一端電性連接。軟性電路板123藉由第二金屬連接墊122與電路基板130的第一表面131未被壓電層113覆蓋的區域電性連接。
第一電極111的厚度範圍為0.005μm至1μm，其表面粗糙度Ra小於0.1。第一電極111可藉由化學鍍膜（CVD）或者物理鍍膜（PVD）的方式製作。第一電極111為導電材質，其可為金屬、合金、化合物、半導體、有機聚合物等，其具體可以為金屬銅（Cu）、金屬銀（Ag）、金屬鉑（Pt）等，第一電極111可作為壓電層113被蝕刻過程中的掩膜。於一實施例中，藉由真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜，及分子束外延等方式在壓電層113表面形成一厚度範圍為0.005μm至1μm的金屬銅層。第二電極112其材質可以為氧化銦錫（ITO）。
超音波指紋識別裝置100一個工作週期包括發射階段和接收階段兩部分。發射階段，軟性電路板123同時給予第一電極111和電路基板130不同的電壓信號，電路基板130藉由第二電極112將電壓信號施加給壓電層113，使壓電層113兩側形成一電勢差，進而產生機械振動發出超音波。接收階段，軟性電路板123僅給予第一電極111和第二電極112一工作電壓；其中，第二電極112還具有電耦合的作用，即，在接收階段，壓電層113接收反射超音波並產生感應電荷，第二電極112將壓電層113的感應電荷耦合到電路基板130，電路基板130對該耦合電流進行收集和分析，再藉由軟性電路板123傳輸給所述控制裝置。
超音波指紋識別裝置100還包括一蓋板150，所述蓋板150設置於第一電極111遠離壓電層113一側。蓋板150可以為保護性蓋板，用於保護超音波指紋識別裝置100，同時其遠離第一電極111的表面可形成用於供待檢測物（例如手指）放置的檢測面。
本實施例的超音波指紋識別裝置100，其第一電極111為厚度範圍為0.005μm至1μm的金屬層。相較於習知結構中藉由印刷形成的厚度一般大於15μm的銀漿電極，第一電極111厚度較小，軟性電路板123較容易直接搭接至第一電極111表面，不會因為銀漿電極厚度過大導致銀漿電極表面至電路基板130的段差過大並最終導致軟性電路板123不易直接搭接於銀漿電極表面。且，第一電極111表面粗糙度Ra小於0.1，傳統的銀漿電極的表面粗糙度Ra約為0.2至0.7，相較之下，第一電極111擁有更光滑的表面，光滑表面的介質與空氣的交界面更平整，使得超音波在穿過該介質時發生的反射及折射較少，進一步提高超音波指紋識別裝置100的成像效果。
請參閱圖4，上述超音波指紋識別裝置100的製備方法，其包括如下步驟：
步驟S1：提供一電路基板130，在電路基板130的一表面塗布壓電聚合物材料。
具體地，步驟S1可包括如下步驟：
提供一含有電路的電路基板130，該電路基板130表面設置有與該電路電連接的第二電極112。
對電路基板130進行清洗及乾燥。於一實施例中，可對使用液體對電路基板130進行清洗，隨後對其進行乾燥；於另一實施例中，可使用等離子清洗的方式對電路基板130進行清洗。
在經過清洗的電路基板130的第一表面131塗布壓電聚合物材料，使壓電聚合物材料至少完全覆蓋第二電極112。於一實施例中，可藉由旋塗、噴塗、浸漬、施配或其他可行的塗布工藝將壓電聚合物材料塗布於第一表面131。
步驟S2：使所述壓電聚合物材料乾燥並結晶。
具體地，步驟S2可包括如下步驟：
藉由乾燥工藝使壓電聚合物材料濕度降低，但並未使其乾燥結晶。於一實施例中，可藉由烘烤、通風或另一種乾燥工藝對壓電聚合物材料進行乾燥，乾燥過程中儘量去除壓電聚合物材料中的液態溶劑。
使壓電聚合物材料完全乾燥。於一實施例中，對壓電聚合物材料進行退火處理，使壓電聚合物材料完全乾燥並結晶極化成型。
對壓電聚合物材料進行電暈極化處理。
步驟S3：在所述壓電聚合物材料表面形成一第一電極111。
具體地，可藉由物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）在壓電聚合物材料遠離電路基板130表面的部分沉積一層單質金屬以形成第一電極111。於一實施例中，可藉由真空蒸鍍或濺射鍍膜的方式在壓電聚合物材料遠離電路基板130一側表面沉積一層金屬銅層，該金屬銅層即為第一電極111。藉由調控物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD），使得形成的第一電極111其厚度範圍至少可以保持在0.005μm至1μm。
步驟S4：以所述第一電極111為掩膜對所述壓電聚合物材料蝕刻得到一壓電層113。具體地，塗布並結晶後的壓電聚合物材料由於塗布工藝精度限制使得壓電聚合物材料形狀、尺寸較不規則，需要進一步蝕刻得到形狀、尺寸符合要求的壓電層113。以第一電極111作為蝕刻掩膜，藉由光蝕刻、化學蝕刻等蝕刻方式對壓電聚合物材料進行蝕刻以得到壓電層113，壓電層113至少完全覆蓋第二電極112，使得壓電層113藉由第二電極112與電路基板上的電路電性連接。
步驟S5，在第一電極111表面設置一蓋板150。
提供一蓋板150，將蓋板150設置於第一電極111遠離壓電層113一側，並對蓋板150進行按壓使其與第一電極111牢固連接。
步驟S6，使第一電極111與一軟性電路板123電性連接，同時使該電路基板130的電路與該軟性電路板123電性連接。
於一實施例中，電極板遠離壓電層113的表面藉由一第一金屬連接墊121與軟性電路板123電性連接。電路基板130可藉由一第二金屬連接墊122與軟性電路板123電性連接。具體地，可以藉由焊接、黏結的方式使第一金屬連接墊121與電極板電性連接。可以藉由焊接、黏結的方式使所述第二金屬連接墊122與電路基板130電性連接。
請參閱圖3，本發明還提供一種電子裝置10，該電子裝置10包括設置於其內的超音波指紋識別裝置100，超音波指紋識別裝置100可設置於電子裝置10的“home”鍵或背部及側邊的指紋識別區域。圖4中僅以電子裝置10為手機為例，在其它實施例中，該電子裝置10亦可為個人電腦、智慧家電、工業控制器等。所述超音波指紋識別裝置100可用於但不限於指紋資訊採集、身份認證及解鎖等。
100‧‧‧超音波指紋識別裝置
110‧‧‧超音感測單元
120‧‧‧信號傳輸單元
130‧‧‧電路基板
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧第二電極
113‧‧‧壓電層
121‧‧‧第一金屬連接墊
122‧‧‧第二金屬連接墊
123‧‧‧軟性電路板
131‧‧‧第一表面
150‧‧‧蓋板
10‧‧‧電子裝置
S1~S6‧‧‧步驟
圖1為本發明一實施例的超音波指紋識別裝置的立體示意圖。
圖2為圖1沿II-II的剖視圖。
圖3為本發明一實施例的超音波指紋識別裝置的製備方法流程示意圖。
圖4為應用本發明超音波指紋識別裝置的較佳實施例的電子裝置示意圖。
S1~S6‧‧‧步驟
Claims (10)
- 一種超音波指紋識別裝置，其改良在於，包括： 一電路基板，該電路基板上含有電路； 一壓電層，設置於該電路基板一表面； 一第一電極，設置於所述壓電層遠離所述電路基板一側表面，所述第一電極的厚度範圍為0.005μm至1μm；以及 一第二電極，形成於該電路基板上且與壓電層遠離第一電極的表面接觸，該壓電層藉由該第二電極與該電路電性連接。
- 如請求項1所述之超音波指紋識別裝置，其中：所述第一電極表面粗糙度Ra小於或等於0.1。
- 如請求項1所述之超音波指紋識別裝置，其中：所述超音波指紋識別裝置還包括一軟性電路板，所述軟性電路板與所述電路基板及所述第一電極電連接並為所述電路基板及所述第一電極提供電壓信號。
- 如請求項1所述之超音波指紋識別裝置，其中：所述第一電極為金屬。
- 一種電子裝置，該電子裝置包括設置於其內的超音波指紋識別裝置，其中： 所述超音波指紋識別裝置為請求項1-4任意一項所述之超音波指紋識別裝置。
- 一種超音波指紋識別裝置的製備方法，其包括如下步驟： 提供一電路基板，在該電路基板的一表面塗布壓電聚合物材料； 使所述壓電聚合物材料乾燥結晶； 在所述壓電聚合物材料表面形成一第一電極；以及 以所述第一電極為掩膜對所述壓電聚合物材料蝕刻得到一壓電層。
- 如請求項6所述之超音波指紋識別裝置的製備方法，其中：所述電路基板上設置有電路及一第二電極，將所述壓電聚合物材料塗布於所述電路基板表面並覆蓋所述第二電極。
- 如請求項6所述之超音波指紋識別裝置的製備方法，其中：藉由物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式在所述壓電聚合物材料表面沉積一金屬層以形成所述第一電極。
- 如請求項8所述之超音波指紋識別裝置的製備方法，其中：藉由調控物理氣相沉積或化學氣相沉積使得所述第一電極後厚度範圍保持在0.005μm至1μm。
- 如請求項6所述之超音波指紋識別裝置的製備方法，還包括以下步驟： 在所述第一電極表面設置一蓋板；以及 使所述第一電極與一軟性電路板電性連接，同時使該電路基板的電路與該軟性電路板電性連接。
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