CN106874853B - 声波式指纹识别装置及其制作方法以及应用其的电子装置 - Google Patents

Abstract

一种声波式指纹识别装置，包括电路基板、一形成于该电路基板表面的超声感测单元以及信号传输单元，该电路基板上含有电路，该超声感测单元包括设置于该电路基板一表面并与该电路电连接的一第一电极、一压电聚合物层以及一第二电极，该信号传输单元电连接该电路和该第二电极以实现信号传输，该第二电极与压电聚合物层直接接触，该第二电极为该超声感测单元的外层防护结构。本发明还提供该声波式指纹识别装置的制备方法，以及应用该声波式指纹识别装置的电子装置。

Description

声波式指纹识别装置及其制作方法以及应用其的电子装置

技术领域

本发明涉及一种声波式指纹识别装置及其制作方法以及应用该声波式指纹识别装置的电子装置。

背景技术

随着便携式电子装置被广泛的应用，用户对便携式电子装置提出了更多的功能需求。指纹识别装置由于具有隐私保护功能而被设置于便携式电子装置中，以增加用户体验。指纹识别装置可分为光学式、电容式、声波式等。声波式指纹识别装置因其操作不易受环境温度、湿度的影响，且具有寿命长、解析度高而得到广泛应用。

超声波指纹识别元件能够识别放置在所述指纹识别元件上的手指的指纹。当使用者将其手指放置在所述指纹识别元件的表面上时，使用者的手指的指纹将被识别，进而验证所述使用者的身份信息。

在传统结构中，超声波识别元件中的超声波感测单元与其防护层之间还有至少一层粘胶层。超声波感测单元中的一电极为银浆，银浆及粘胶层均通过网印的方式制备，该制备过程易使结构中产生气泡。结构中存在的气泡会对超声波识别元件的感测造成不良影响，如何消除或避免该影响是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种声波式指纹识别装置，该声波式指纹识别装置有效解决因结构中存在的气泡而对超声波识别元件的感测造成不良影响的问题，使辨别结果更加准确。

另，还提供一种该声波式指纹识别装置的制作方法以及应用该声波式指纹识别装置的电子装置。

声波式指纹识别装置，包括电路基板、一形成于该电路基板表面的超声感测单元以及信号传输单元，该电路基板上含有电路，该超声感测单元包括设置于该电路基板一表面并与该电路电连接的一第一电极、一压电聚合物层以及一第二电极，该信号传输单元电连接该电路和该第二电极以实现信号传输，该第二电极与压电聚合物层直接接触，该第二电极为该超声感测单元的外层防护结构。

一种上述声波式指纹识别装置的制备方法，包括如下步骤：

提供一电极板，在该电极板的一表面涂布一压电聚合物层；

使压电聚合物层干燥并结晶极化成型；

提供一软性电路板，将该软性电路板与电极板未形成有该压电聚合物层的表面电性连接；

提供一电路基板，该电路基板上含有电路以及位于电路基板的表面与该电路电连接的第一电极，并在该电路基板形成该第一电极的表面区域涂布一粘胶层；

将所述形成有该压电聚合物层的电极板置于该第一电极之上，使该粘胶层与该压电聚合物层粘结；

将所述软性电路板与该电路基板的电路电连接。

另一种上述声波式指纹识别装置的制备方法，包括如下步骤：

提供一电路基板，该电路基板上含有电路以及位于电路基板的表面与该电路电连接的第一电极，并在该电路基板形成该第一电极的表面区域涂布一压电聚合物层；

通过干燥工艺使该压电聚合物层湿度降低，但并未使其干燥结晶；

提供一电极板，将该电极板贴合于该压电聚合物层远离电路基板一侧表面；

使该压电聚合物层完全干燥并结晶极化成型，该电极板由此与该压电聚合物层粘结在一起；

使该第二电极与一软性电路板电性连接，同时使该电路基板的电路与该软性电路板电性连接。

在传统结构中，第二电极与防护层之间还有至少一层粘胶层，第二电极及粘胶层均通过网印的方式制备，该制备过程易使结构中产生气泡。而本发明的声波式指纹识别装置中，第二电极兼具防护层的作用，因此，声波式指纹识别装置相较于传统结构在制程上减少了多次网印制程，避免了网印过程中所产生的气泡对超声波感测结果的影响，不需要在第二电极表面再额外设置防护层，使感测结果更为准确。同时，由于第二电极还兼具防护层的作用，使得产品结构更为简单，超声波在传递过程中需要穿透的材料层数大大减少，减少了杂讯的产生且节省了材料和制程。

附图说明

图1为本发明第一实施例的声波式指纹识别装置的立体示意图。

图2为图1沿II-II的剖视图。

图3为本发明第一实施例的声波式指纹识别装置的制备方法流程示意图。

图4为本发明第二实施例的声波式指纹识别装置的立体示意图。

图5为图4沿V-V的剖视图。

图6为本发明第二实施例的声波式指纹识别装置的制备方法流程示意图。

图7为应用本发明声波式指纹识别装置的较佳实施例的电子装置示意图。

图8为图7沿VIII-VIII的剖视示意图。

主要元件符号说明

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

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可以参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或者相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所覆盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

第一实施例

如图1及图2所示，本发明第一实施例的声波式指纹识别装置100包括盖板140、电路基板130、信号传输单元120、超声感测单元110。

电路基板130固设于盖板140的一侧，超声感测单元110设置于电路基板130远离盖板140的一侧，信号传输单元120一端连接一控制装置(图未示)，另一端同时连接超声感测单元110与电路基板130，以实现该控制装置与超声感测单元110及电路基板130之间的信号传输。

盖板140包括盖板玻璃142和第一粘胶层141，盖板玻璃142通过第一粘胶层141与电路基板130结合。盖板玻璃142朝向第一粘胶层141的表面上可涂布油墨层达到遮蔽或装饰的作用。在其它实施例中，该盖板玻璃142也可被透明塑料盖板所替换。

超声感测单元110包括压电聚合物层113、第二粘胶层114、第一电极111以及第二电极112。第一电极111形成于电路基板130远离盖板140的表面；第二粘胶层114形成于第一电极111表面并完全覆盖第一电极111；压电聚合物层113层设置于该第二粘胶层114表面并通过第二粘胶层114与第一电极111粘结；第二电极112形成于压电聚合物层113表面并完全覆盖该压电聚合物层113。

电路基板130包括第一表面131和与第一表面131相反的第二表面132，第一表面131与第一粘胶层141接触。电路基板130含有电路(图未示)，可用于接收、处理以及传递超声感测单元110接收超声波时产生的耦合电信号。第一电极111与该电路电连接。本实施例中，电路基板130为薄膜晶体管(TFT)阵列基板，该TFT阵列基板包括像素电路的阵列，每一像素电路包括一个或多个TFT，每一TFT包含至少一个像素电极，多个所述像素电极组合形成所述第一电极111。在其他实施例中，电路基板130还可为印刷电路板、软性电路板等具有可作为第一电极111的导电结构的电路板。

信号传输单元120包括软性电路板123、第一金属连接垫121、第二金属连接垫122。第一金属连接垫121与第二金属连接垫122形成于软性电路板123上。软性电路板123通过第一金属连接垫121与第二电极112远离压电聚合物层113的表面的一端电性连接。软性电路板123通过第二金属连接垫122与电路基板130电性连接。

第一电极111其材质可以为氧化铟锡(ITO)。第二粘胶层114为具有导电能力的粘胶。第二电极112具有导电能力的同时兼具该声波式指纹识别装置100的防护层的作用。第二电极112的厚度大于100μm，其面电阻率小于等于50mΩ/□。第二电极112的材料可为金属板材制成，比如铜，或者为由不同金属层组合形成的多层复合金属层，如铜层和镍层、铂层和金层、铬层和铜层以及铬铜层和金层形成的多层复合金属层。第二电极112的材料还可为有机物板材制成，如高分子导电塑料，其中高分子导电塑料包括聚苯胺及聚苯乙烯。

声波式指纹识别装置100一个工作周期包括发射阶段和接收阶段两部分。发射阶段，软性电路板123同时给予第一电极111和第二电极112不同的电压信号，使压电聚合物层113两侧形成一电势差，进而产生机械振动发出超声波。接收阶段，软性电路板123仅给予第一电极111和第二电极112一工作电压以使两个电极共同维持压电聚合物层113的正常工作。在该阶段中，第一电极111还具有电耦合的作用。即，在接收阶段，压电聚合物层113接收反射超声波并产生感应电荷，第一电极111将压电聚合物层113的感应电荷耦合到电路基板130，电路基板130对该耦合电流进行收集和分析，再通过软性电路板123传输给所述控制装置。

在传统结构中，第二电极与防护层之间还有至少一层粘胶层，第二电极及粘胶层均通过网印的方式制备，该制备过程易使结构中产生气泡。上述声波式指纹识别装置100中第二电极112兼具防护层的作用，不需要额外再于第二电极112外侧设置防护层，因此，声波式指纹识别装置100相较于传统结构在制程上减少了多次网印制程，从而避免了网印过程中所产生的气泡对超声波感测结果的影响，使感测结果更为准确。同时，由于第二电极112还兼具防护层的作用，使得产品结构更为简单，超声波在传递过程中需要穿透的材料层数大大减少，减少了杂讯的产生且节省了材料和制程。板状的第二电极112相对于网印形成的膜层表面更为平整，压电聚合物层113直接制备于较为平整的第二电极112之上，使得压电聚合物层113的均匀性更好，有效提高所述声波式指纹识别装置100的识别精度。

可以理解的，所述声波式指纹识别装置100还可进一步包括本领域常规的其他元件(如金手指)，在此不进行赘述。

如图3所示，上述声波式指纹识别装置100的制备方法，其包括如下步骤:

步骤S31，提供一电极板，在该电极板一表面涂布压电聚合物材料。该电极板的厚度大于100μm。所述涂布方法可以为旋涂、喷涂、浸渍或其他可行的涂布工艺。

步骤S32，使压电聚合物材料干燥并结晶极化成型，形成压电聚合物层113。所述干燥方法可以为烘烤、静置、通风或另一种干燥工艺。

步骤S33，提供一软性电路板123，将该软性电路板123与该电极板未形成有压电聚合物层113的表面电性连接。具体地，该软性电路板123上具有所述第一金属连接垫121，软性电路板123通过该第一金属连接垫121与压电聚合物层113通过焊接、粘结的方式使其电极板连接。

步骤S34，提供一电路基板130，该电路基板130上含有电路以及位于电路基板130的表面与该电路电连接的第一电极111，在电路基板130形成该第一电极111的表面区域涂布第二粘胶层114。本实施例中，该电路基板130为一TFT阵列基板，TFT阵列基板包括像素电路以及相应的像素电极，多个该像素电极组合形成该第一电极111。所述涂布方法可以为旋涂、喷涂、浸渍或另一种涂布工艺。

步骤S35，对该电极板进行合理剪裁，获得所需的尺寸。当该电极板的尺寸原本符合所需尺寸要求时，该步骤也可以省略。

步骤S36，将具有所需尺寸的形成有该压电聚合物层的电极板置于电路基板130之上，使第二粘胶层114与压电聚合物层113粘结。

步骤S37，将该软性电路板123与该电路基板130的电路电性连接。具体地，该通过一第二金属连接垫122与电路基板130通过焊接、粘结的方式使其电性连接。

步骤S38，将电路基板130远离第一电极111的表面通过所述第一粘胶层141与一盖板玻璃142粘合。

第二实施例

如图4和图5所示，本发明第二实施例的声波式指纹识别装置200包括盖板240、电路基板230、超声感测单元210、信号传输单元220。

电路基板230固设于盖板240的一侧，超声感测单元210设置于电路基板230远离盖板240的一侧，信号传输单元220一端连接一控制装置(图未示)，另一端同时连接超声感测单元210与电路基板230，以实现该控制装置与超声感测单元210及电路基板230之间的信号传输。

盖板240包括盖板玻璃242和第一粘胶层241，盖板玻璃242通过第一粘胶层241与电路基板230结合。盖板玻璃242朝向第一粘胶层241的表面上可涂布油墨层达到遮蔽或装饰的作用。在其它实施例中，该盖板玻璃242也可被透明塑料盖板所替换。

超声感测单元210包括压电聚合物层213、第一电极211以及第二电极212。第一电极211形成于电路基板230远离盖板240的表面；压电聚合物层213设置于该第一电极211远离盖板240一侧；第二电极212形成于压电聚合物层213远离第一电极211的表面并完全覆盖该压电聚合物层213。

电路基板230包括第一表面231和与第一表面231相反的第二表面232，第一表面231与第一粘胶层241接触。电路基板230含有电路(图未示)，可用于接收、处理以及传递超声感测单元210接收超声波时产生的耦合电信号。第一电极211与该电路电连接。本实施例中，电路基板230为薄膜晶体管(TFT)阵列基板，该TFT阵列基板包括像素电路的阵列，每一像素电路包括一个或多个TFT，每一TFT包含至少一个像素电极，多个所述像素电极组合形成所述第一电极211。在其他实施例中，电路基板230还可为印刷电路板、软性电路板等具有可作为第一电极211的导电结构的电路板。

信号传输单元220包括软性电路板223、第一金属连接垫221、第二金属连接垫222。第一金属连接垫221与第二金属连接垫222形成于软性电路板223上。软性电路板223通过第一金属连接垫221与第二电极212远离压电聚合物层213的表面的一端电性连接。软性电路板223通过第二金属连接垫222与电路基板230第二表面232未被压电聚合物层213覆盖区域的部分电性连接。

第一电极211其材质可以为氧化铟锡(ITO)。第二电极212具有导电能力的同时兼具该声波式指纹识别装置防护层的作用。第二电极厚度大于100μm，其面电阻率小于等于50mΩ/□。第二电极212的材料可为铜，或者为由不同金属层组合形成的多层复合金属层，如铜层和镍层、铂层和金层、铬层和铜层以及铬铜层和金层形成的多层复合金属层。第二电极212的材料还可为有机物，如高分子导电塑料及导电油墨，其中高分子导电塑料包括聚苯胺及聚苯乙烯。

声波式指纹识别装置200一个工作周期包括发射阶段和接收阶段两部分。发射阶段，软性电路板223同时给予第一电极211和第二电极212不同的电压信号，使压电聚合物层213两侧形成一电势差，进而产生机械振动发出超声波。接收阶段，软性电路板223仅给予第一电极211和第二电极212一工作电压以使两个电极共同维持压电聚合物层213的正常工作。在该阶段中，第一电极211还具有电耦合的作用。即，在接收阶段，压电聚合物层213接收反射超声波并产生感应电荷，第一电极211将压电聚合物层213的感应电荷耦合到电路基板230，电路基板230对该耦合电流进行收集和分析，再通过软性电路板223传输给所述控制装置。

在传统结构中，第二电极与防护层之间还有至少一层粘胶层，第二电极及粘胶层均通过网印的方式制备，该制备过程易使结构中产生气泡。上述声波式指纹识别装置200中第二电极212兼具防护层的作用，不需要额外再于第二电极212外侧设置防护层，因此，声波式指纹识别装置200相较于传统结构在制程上减少了多次网印制程，从而避免了网印过程中所产生的气泡对超声波感测结果的影响，使感测结果更为准确。同时，由于第二电极212还兼具防护层的作用，使得产品结构更为简单，超声波在传递过程中需要穿透的材料层数大大减少，减少了杂讯的产生且节省了材料和制程。

可以理解的，所述声波式指纹识别装置还可进一步包括本领域常规的其他元件(如金手指)，在此不进行赘述。

如图6所示，上述声波式指纹识别装置的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S61，提供一电路基板230，该电路基板230上含有电路及位于电路基板230表面并与该电路电连接的一第一电极211，在电路基板230包括该第一电极211的表面区域涂布压电聚合物材料。本实施例中，该电路基板230为一TFT阵列基板，该TFT阵列基板包括像素电路的阵列，每一像素电路包括一个或多个TFT，每一TFT包含至少一个像素电极，多个所述像素电极组合形成所述第一电极211，在第一电极211表面涂布压电聚合物材料。压电聚合物材料可以通过旋涂、喷涂、浸渍、施配或其他可行的涂布工艺涂布于第一电极211表面。

步骤S62，通过干燥工艺使压电聚合物材料湿度降低，但并未使其干燥结晶。所述降低湿度的方法可以为烘烤、静置、通风或另一种干燥工艺。

步骤S63，提供一电极板，并对该电极板进行剪裁。该电极板即为第二电极212。对电极板进行合理剪裁，使电极板比第一电极211略大，在尺寸上可完全覆盖第一电极211，当该电极板的尺寸原本符合所需尺寸要求时，该剪裁步骤也可以省略。

步骤S64，将该具有所需尺寸的电极板贴合于该压电聚合物材料远离电路基板230一侧表面。

步骤S65，使压电聚合物材料完全干燥并结晶极化成型，形成压电聚合物层213，该电极板由此与该压电聚合物层粘结在一起。所述干燥方法可以为烘烤、静置、通风或另一种干燥工艺。

步骤S66，使该电极板与该软性电路板223电性连接，同时使该电路基板230的电路与该软性电路板223电性连接。电极板远离压电聚合物层213的表面通过一第一金属连接垫221与软性电路板223电性连接。电路基板230可通过一第二金属连接垫222与软性电路板223电性连接。具体地，所述第一金属连接垫221与电极板可以通过焊接、粘结的方式电性连接。所述第二金属连接垫222与电路基板230可以通过焊接、粘结的方式使其电性连接。

步骤S67，将电路基板230远离该第一电极211的表面通过所述第一粘胶层241与一盖板玻璃242粘合。

请一并参阅图7及图8，本发明还提供一种电子装置10，该电子装置包括主体12及设置于主体12内的声波式指纹识别装置900，该声波式指纹识别装置900可以为上述实施例一和实施例二所述的任一声波式指纹识别装置。图7中仅以电子装置10为手机为例，在其它实施例中，该电子装置10也可为个人计算机、智能家电、工业控制器等。当该电子装置10为手机时，该声波式指纹识别装置900可以对应手机的home键设置，使该home键具有可触摸操作的功能。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种声波式指纹识别装置，包括电路基板、一形成于该电路基板表面的超声感测单元以及信号传输单元，该电路基板上含有电路，其特征在于：该超声感测单元包括设置于该电路基板一表面并与该电路电连接的一第一电极、一压电聚合物层以及一第二电极，该信号传输单元电连接该电路和该第二电极以实现信号传输，该第二电极与压电聚合物层直接接触，该第二电极为该超声感测单元的外层防护结构。

2.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：该第二电极厚度大于100μm，其面电阻率小于等于50mΩ/□。

3.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：该第二电极为铜层。

4.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：该第二电极为由不同金属层组合形成的多层复合金属层。

5.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：该第二电极为高分子导电塑料。

6.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：所述电路基板为一TFT阵列基板，该TFT阵列基板包括像素电路的阵列，所述电路即为该像素电路阵列；每一像素电路包括至少一个TFT元件并且具有电耦合到所述像素电路的像素电极，该第一电极为其中一个或多个像素电极。

7.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：所述信号传输单元包括软性电路板，该软性电路板与该电路基板及该第二电极电连接。

8.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：所述压电聚合物层形成于第二电极上，第一电极通过一粘胶层与该压电聚合物层远离第二电极的一侧结合。

9.如权利要求1所述的声波式指纹识别装置，其特征在于：所述压电聚合物层形成于该第二电极上，压电聚合物层远离第二电极的一侧直接与第一电极接触。

10.一种电子装置，该电子装置包括主体及设置于该主体内的声波式指纹识别装置，其特征在于：该声波式指纹识别装置为权利要求1-9任意一项所述的声波式指纹识别装置。

11.一种声波式指纹识别装置的制备方法，其包括如下步骤：

提供一电极板，在该电极板的一表面涂布一压电聚合物层；

使压电聚合物层干燥并结晶极化成型；

提供一软性电路板，将该软性电路板与电极板未形成有该压电聚合物层的表面电性连接；

提供一电路基板，该电路基板上含有电路以及位于电路基板的表面与该电路电连接的第一电极，并在该电路基板形成该第一电极的表面区域涂布一粘胶层；

将所述形成有该压电聚合物层的电极板置于该第一电极之上，使该粘胶层与该压电聚合物层粘结；

将所述软性电路板与该电路基板的电路电连接。

12.一种声波式指纹识别装置的制备方法，其包括如下步骤：

提供一电路基板，该电路基板上含有电路以及位于电路基板的表面与该电路电连接的第一电极，并在该电路基板形成该第一电极的表面区域涂布一压电聚合物层；

通过干燥工艺使该压电聚合物层湿度降低，但并未使其干燥结晶；

提供一电极板，将该电极板贴合于该压电聚合物层远离电路基板一侧表面；

使该压电聚合物层完全干燥并结晶极化成型，该电极板由此与该压电聚合物层粘结在一起；

将该电极板与一软性电路板电性连接，同时将该电路基板的电路与该软性电路板电性连接。

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