超声波指纹传感器及指纹识别模组的制作方法

本实用新型涉及传感器技术，特别涉及一种超声波指纹传感器及指纹识别模组。

背景技术：

现有的超声波指纹传感器的探头包括有多根接收极线及多根发射极线，并在底部形成有多个焊盘，每根接收极线或发射极线与一个焊盘连接从而在探头封装成超声波指纹传感器时通过焊盘与外部连接。随着半导体工艺的发展，探头的集成程度越来越高，接收极线及发射极线越来越多，而底部的尺寸越来越小，使得焊盘的密度越来越高，焊盘间的间隙越来越小，因此，在将探头通过异方性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)热压组装到柔性电路板上时，ACF受热形变容易导致焊盘之间容易发生短路，导致封装质量下降。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型需要提供一种超声波指纹传感器及指纹识别模组。

一种超声波指纹传感器，包括：

基板，所述基板包括基板上表面及设置在所述基板上表面的多个第一焊盘；

指纹识别探头，所述指纹识别探头设置在所述基板上方，所述指纹识别探头包括探头上表面及设置所述探头上表面上的多个第二焊盘；及

硬板，所述硬板设置在所述指纹识别探头上方，所述硬板包括硬板下表面、设置在所述硬板下表面且与所述第一焊盘分别电性连接的多个第三焊盘及与所述第二焊盘分别电性连接的多个第四焊盘。

在某些实施方式中，所述基板包括柔性电路板。

在某些实施方式中，所述第一焊盘之间的间隙大于所述第二焊盘之间的间隙。

在某些实施方式中，所述指纹识别探头包括：

压电层，所述压电层包括压电柱阵列；

多条发射极线，所述发射极线形成于所述压电层下方，每条所述发射极线与对应的一列所述压电柱连接；及

多条接收极线，所述接收极线形成于所述压电层上方，每条所述接收极线与对应的一行所述压电柱连接。

在某些实施方式中，每条所述接收极线或所述发射极线与一个所述第二焊盘连接。

在某些实施方式中，所述指纹识别探头还包括：

贯穿所述压电层的多个过孔，每条所述发射极线通过一个所述过孔与一个所述第二焊盘连接。

在某些实施方式中，所述硬板包括玻璃或陶瓷。

在某些实施方式中，所述第二焊盘通过倒装工艺与所述第四焊盘电性连接。

在某些实施方式中，所述超声波指纹传感器还包括填充于所述指纹识别探头与所述硬板之间的绝缘胶体。

在某些实施方式中，所述超声波指纹传感器还包括填充于所述基板与所述硬板之间且覆盖所述指纹识别探头的封装胶体。

一种指纹识别模组，包括上述的超声波指纹传感器。

本实用新型实施方式的超声波指纹传感器及指纹识别模组，通过将指纹识别探头的焊盘首先通过与硬板连接，进而通过硬板与基板连接，间接增大了焊盘间的间隙，降低了焊盘的密度，使得指纹传感器探头易于准确地与基板导通，减少焊盘之间的短路，从而实现焊盘间隙小、高分辨率的超声波指纹传感器的制作。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的结构示意图。

图2是本实用新型实施方式的指纹识别模组的结构示意图。

图3是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的又一结构示意图。

图4是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的再一结构示意图。

图5是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的再一结构示意图。

图6是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的再一结构示意图。

图7是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的再一结构示意图。

图8是本实用新型实施方式的超声波指纹传感器的再一结构示意图。

主要元件符号说明：

超声波指纹传感器10、指纹识别模组100、基板12、基板上表面121、第一焊盘122、指纹识别探头14、探头上表面141、第二焊盘142、压电层143、压电柱1431、填充物1432、发射极线144、接收极线145、过孔146、硬板16、硬板下表面161、第三焊盘162、第四焊盘163。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本实用新型实施方式的超声波指纹传感器10包括基板12、指纹识别探头14及硬板16。

基板12包括基板上表面121及多个第一焊盘122，第一焊盘122设置在基板上表面121上。

指纹识别探头14设置在基板12上方，指纹识别探头14包括探头上表面141及多个第二焊盘142，第二焊盘142设置在探头上表面141上。

硬板16设置在指纹识别探头14上方，硬板16包括硬板下表面161、多个第三焊盘162及多个第四焊盘163，第三焊盘162及第四焊盘设置在硬板下表面161，第三焊盘162与第一焊盘122电性连接，第四焊盘163与第二焊盘142电性连接。

通常，在超声波指纹传感器的相关制造工艺中，焊盘通常位于超声波识别探头的底部，并通过ACF热压与控制电路芯片所在的柔性电路板进行粘接，而当焊盘的密度过大或者说焊盘之间的间隙较小时，在粘接过程中，ACF受热形变易导致焊盘之间发生短路，因此良品率较低。

本实用新型实施方式的超声波指纹传感器10，通过将指纹识别探头14的第二焊盘142首先通过与硬板16的第四焊盘163连接，进而通过硬板16的第三焊盘162与基板12的第一焊盘122连接，间接增大了第二焊盘142之间的间隙，降低了焊盘的密度，使得指纹传感器探头14易于准确地与基板12导通，减少第二焊盘142之间的短路，从而提高良品率及封装质量。

请参阅图2，本实用新型实施方式的超声波指纹传感器10可应用于指纹识别模组100，指纹识别模组可置于电子装置中，电子装置可以是手机、平板电脑等移动终端。一般地，指纹识别模组100可用于识别用户身份以对电子装置进行解锁等操作。

由于超声波良好的穿透性，指纹识别模组100可直接贴附于电子装置的面板下，而无须在面板处开孔即可实现指纹识别，从而加强了面板的机械性能，此外，减少面板的开孔，也可以使得电子装置整体更加美观。

在某些实施方式中，基板12包括柔性电路板。

可以理解，由于电子装置例如手机内部空间有限，多会采用柔性电路板将各功能组件与处理芯片进行连接，相类似地，控制芯片所在的基板12采用柔性电路板与超声波指纹传感器10连接，如此，可以有效利用电子装置内部的安装空间，便于指纹识别模组100与电子装置的处理芯片连接。

在某些实施方式中，第一焊盘122之间的间隙大于第二焊盘142之间的间隙。

可以理解，若第一焊盘122的间距与第二焊盘142的间距相同，在封装过程中仍将遇到前述的问题，即焊盘间隙过密，焊盘之间容易发生短路。如此，第一焊盘122的间隙大于第二焊盘142的间隙，将可以有效解决第一焊盘122在连接工艺中间隙过密的问题，在这样的实施方式中，基板12虽仍采用柔性电路板，但第一焊盘122的间隙已可以满足粘接或焊接的工艺要求。

请参阅图3至图6在某些实施方式中，指纹识别探头14进一步包括压电层143、多条发射极线144及多条接收极线145。

压电层143包括压电柱1431阵列，发射极线144形成于压电层143下方，每条发射极线144与对应的一列压电柱1431连接，接收极线145形成于压电层143上方，每条接收极线145与对应的一行压电柱145连接。

具体地，压电层143还包括填充物1432。填充物1432用于填充多个压电柱12之间形成的间隙。

压电柱1431由压电材料制成，压电材料可以是单晶陶瓷、多晶陶瓷、高分子材料、薄膜材料和多晶材料和高分子材料的复合材料，在本实用新型实施实施例中，压电材料为锆钛酸铅压电陶瓷。压电柱1431依据压电材料的正压电效应接收超声波，依据压电材料的逆压电效应发送超声波。

压电柱1431可以通过对块状压电材料进行切割形成。在一些示例中，形成的压电柱1431呈阵列排列，例如可以呈矩阵排列。如此，呈矩阵排列易于工艺制造，降低成本。具体地，以呈矩阵排列为例，在制程中可通过使用具有一定厚度的切割装置以第一方向对对压电材料进行切割，并根据压电柱1431个数的设计需求，重复切割动作直至第一方向的切割完成。

具体地，切割装置的厚度也即是最终形成压电柱1431之间的间隙，切割的深度也即是最终形成压电柱1431的高度。通常可根据制作指纹识别模组100的设计需求选择合适的间隙及高度尺寸。

较佳地，在某些示例中，为满足指纹识别模组100采样分辨率的需求如大于508DPI(Dots per Inch，每英寸所打印的点数)，压电柱1431之间的间隙可以是50微米。当间隙大于50微米时，采样分辨率将会降低，发射或接收到的超声波信号将会变弱，从而无法精确地识别指纹。

需要说明的是，压电材料的厚度应当大于最终形成的压电柱1431的高度，以方便制程工艺的进行，也即是说，在切割时，根据压电柱12的设计尺寸需求进行切割，而切割时，底部需保持连续。

在第一方向的切割完成后，为形成呈矩阵排列的压电柱1431，需在与第一方向相异的第二方向上进行切割，例如第二方向可以与第一方向互相垂直。与第一方向上的切割相类似，根据压电柱1431的设计需求、柱间间隙等完成第二方向上的切割。切割完成后，压电材料包括上部由切割产生的多个压电柱1431，下部为连续部。如此，可根据设计需求切割出多个压电柱1431。

进一步度，每个压电柱1431具有矩形横截面，宽度为30微米，高度为70-80微米。

如此，可满足传感器探头100对于高分辨率，例如大于508DPI的需求，当然，在不同设计中，压电柱1431的尺寸也将不同。

进一步地，填充物1432可以是黑胶材料。例如可以是黑胶环氧树脂，黑胶环氧树脂为绝缘材料，其具有良好的耐温耐溶性，并且固化后表面光亮，粘接能力强。

如此，通过黑胶材料可以使得多个压电柱12之间良好的粘连，并使得压电层143具有良好的机械性。

此外，填充物14还以是其他同时具有非导电性及非压电性的材料，在此不做限制。

在另一些实施方式中，压电柱1431及填充物1432的制程工艺，还可以通过对整块填充物1432进行蚀刻进而填入压电材料形成压电柱1431，相类似地，可根据尺寸需求进行制造，在此不再赘述。

进一步地，在形成压电层143后，将在压电层143上方及下方进行电极线的制程工艺。

具体地，在某些实施方式中，可采用溅镀工艺形成上层及下层极线线路。

溅镀工艺利用电子或高能激光轰击靶材，并使靶材表面组分以原子团或离子形式溅射出来，并最终沉淀在基片表面，经历成膜过程，最终形成薄膜。

较佳地，在某些示例中，选用银作为靶材，通过溅镀工艺形成位于压电层143上方的接收极线145及位于压电层143下方的发射极线144。

具体地，在某些实施方式中，接收极线145及发射极线144的厚度均为2.5微米。

如此，可使得接收极线145及发射极线144的厚度满足工艺需求以保证良好的电性能。

更具体地，当压电柱1431呈m*n的矩阵排列时，每一行压电柱1431上表面形成一条接收极线145，也即是说，在压电层143上方将形成m条接收极线145。而每一列压电柱1431下表面形成一条发射极线144，也即是说，在压电层143下方形成n条发射极线144。

需要说明的是，发射极线144与接收极线145需要交叉设置，也即是说，发射极线20与接收极线30不能平行设置，例如，可以垂直设置。

如此设置，发射极线144与接收极线145相互交叉，可用于通过物体在接近压电层10或与压电层10接触来发射和接收信号。

具体地，可以用来发射和接收超声波信号。当手接近或接触压电层10时，压电材料发生变化，当变化的频率大于声波频率，例如10-20兆赫兹，将产生超声波信号，超声波信号由发射极线144沿手指方向发射，被手指反射的超声波信号会被接收极线145接收。进而指纹识别模组100可以根据发射和接收的信号之间的差异识别指纹。

更具体地，当具有在超声波频带内的共振频率的电压从外部施加于设置在在压电层143的两个相对表面的发射极线144及接收极线145时，压电层143将会产生超声波信号。

关于超声波信号，当手指没有接触或接近压电层143时，由于空气和用于发射超声波信号的压电层143之间的声阻抗的差异，从发射极线144发射的超声波信号的大部分会返回到接收极线145，而不是穿过压电层143和空气之间的界面。

同时，当手指接近或接触压电层143时，从发射极线144发射的超声波信号的一部分穿过手指的皮肤和压电层143之间的界面传入手指。因此，反射和返回的信号的强度被降低，使得能够检测到指纹图案。

尽管使用者用肉眼难以识别指纹的图案，指纹可以具有很多脊线和谷线重复的图案。当脊线和谷线重复时，脊线和谷线之间的高度会有变化。因此，压电层143不与指纹的谷线处的皮肤直接接触，但可以与指纹的脊线处的皮肤直接接触。

因此，从对应于指纹的谷线的压电层143的发射极线144发射的超声波信号被发射到外部，并且大部分超声波信号被朝向内部反射，并由接收极线145接收。而从对应于指纹的脊线的发射极线144发射的超声波信号穿过手指的边界面并被反射，使得接收极线145接收的超声波信号的强度显著降低。

因此，根据在压电层143内的指纹的谷线和脊线，可通过测量超声波信号的强度或反射系数来检测指纹图案，超声波信号的反射和接收是由于声阻抗的差异。

在某些实施方式中，每条接收极线145或发射极线144与一个第二焊盘142连接。

如此，可以通过在发射极线144与接收极线145间施加交变电压，使得压电柱1431发出超声波，并且每条发射极线144及接收极线145的与一个第二焊盘142连接，可使得一列或者一行的压电柱1431进行选通，进而获取每个压电柱1431在指纹识别过程中接收到的超声波信息。

请参阅图7，进一步地，在某些实施方式中，指纹识别探头14还包括多个过孔146。过孔146贯穿压电层143，每条发射极线144通过一个过孔146与一个第二焊盘142连接。

可以理解，发射极线144通过过孔146可以导引至压电层143的上方，并与第二焊盘142连接，从而使得指纹识别探头14可以通过上方的第二焊盘142与硬板16连接。

具体地，过孔146可以通过激光穿孔、电镀穿孔、蚀刻等工艺形成，发射极线144及第二焊盘142分别与过孔146的两端连通，从而将发射极线144与第二焊盘142连通。

在某些实施方式中，硬板16包括玻璃或陶瓷。

可以理解，玻璃或陶瓷等硬质材料具有一定硬度，并且便于电镀或蚀刻电路图样，如此，可在硬板16的下表面形成第三焊盘162及第四焊盘163。

具体地，第三焊盘162与第一焊盘122对应，而第四焊盘163与第二焊盘142对应。

在某些实施方式中，第二焊盘142通过倒装工艺与第四焊盘163电性连接。

如此，指纹识别探头14与硬板16可以更好的贴合，同时确保指纹识别探头14与硬板16之间的电性连接的稳定性更高。

具体地，第二焊盘142与第四焊盘163的间隙相同，由于硬板16的材质，指纹识别探头14与硬板16之间的连接可以采用ACF进行粘接，也可通过焊接方式进行连接，在此不做限制。

进一步地，通过第三焊盘163的转接，可将指纹识别探头14与基板12连通。如前所述，第一焊盘122之间的间隙大于第二焊盘142之间的间隙，第一焊盘122与第三焊盘162对应，因此，第三焊盘162的间隙大于第四焊盘163的间隙，如此，将可间接扩大第二焊盘142之间的间隙。

较佳地，由于第一焊盘122及第三焊盘162的间隙较大，因此可分别在第一焊盘122及第三焊盘142处植入锡球并进行焊接。

请参阅图8，进一步地，在某些实施方式中，超声波指纹传感器10还包括填充于指纹识别探头14与硬板16之间的绝缘胶体。

在指纹识别探头14通过第二焊盘122与硬板16连接后，通过填充绝缘胶体可使得指纹识别探头14能够得到良好的固定，增强超声波指纹传感器10的机械性能。同时在进一步的封装中为指纹识别探头14提供良好的稳定性。

在某些实施方式中，超声波指纹传感器10还包括填充于基板12与硬板16之间且覆盖指纹识别探头14的封装胶体。

如此，封装胶体具有良好的粘接性能，进而使得基板12与指纹识别探头14及硬板16连接的稳定性更高。可以理解地，当第一焊盘122与第三焊盘142通过锡球焊接时，封装胶体也将覆盖锡球。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。