一种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领域，具体而言，涉及一种超声波指纹传感器及指纹识别模组。

背景技术：

超声波指纹传感器通过发射并检测反射回来的超声波识别指纹。现有超声波指纹传感器一般由压电层，发射电极、接收电极等组成，其中，压电层包括成列排列的压电柱，接收电极包括多条并形成在压电层一端面的接收极，发射电极包括多条并形成在压电层另一端面的发射极。压电层具有压电效应，可以用来发射或者接收超声波，每一条接收极对应与一列压电柱连接，每一条发射极对应与一行压电柱连接，如此一来，发射极和接收极可以单独对某一根压电柱进行激发和接收超声波。

超声波指纹传感器的穿透能力是很重要的一个指标，穿透性越好，越有利于生成清晰的指纹图像，从而提高指纹识别的准确度。穿透能力又与压电柱的性能、尺寸和形状相关。为了获得较强的发射和穿透能力，通常将压电柱设计为长柱状，目的是利用其在d33方向上的强振能力。但是陶瓷的长柱状压电柱很难加工，加工成本高，给量产带来了极大困难。

因此，需要一种容易加工，且超声波发射和穿透能力强的超声波指纹传感器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种超声波指纹传感器，其加工工艺难度和加工成本低，有利于量产；且超声波发射和穿透能力强。

本实用新型的另一目的在于提供一种指纹识别模组，其能够生成清晰的指纹图像。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种超声波指纹传感器，其包括：

发射部分，包括由下至上叠加设置的发射下电极、发射压电层和发射上电极，发射压电层为整层结构；

隔离层，叠加设置于发射部分上；

接收部分，包括由下至上叠加设置于隔离层上的接收下电极、接收压电层和接收上电极。

在本实用新型较佳的实施例中，上述接收压电层包括呈阵列排布的压电柱，接收上电极包括多条上极线，每条上极线与对应行的压电柱连接，接收下电极包括多条下极线，每条下极线与对应列的压电柱连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述接收部分还包括填充于压电柱之间的填充层。

在本实用新型较佳的实施例中，上述发射部分和接收部分的边沿齐平，或者发射部分的边沿相对接收部分凸出，或者接收部分的边沿相对发射部分凸出。

在本实用新型较佳的实施例中，上述发射部分为方框状或者环状。

在本实用新型较佳的实施例中，上述超声波指纹传感器还包括覆盖于接收部分上表面的上保护层，以及覆盖于发射部分下表面的下保护层。

在本实用新型较佳的实施例中，上述上保护层和下保护层的厚度为1～50μm。

在本实用新型较佳的实施例中，上述隔离层的材质为绝缘材料；厚度为1μm～1mm。

一种指纹识别模组，其包括上述的超声波指纹传感器。

在本实用新型较佳的实施例中，上述指纹识别模组包括玻璃盖板、超声波指纹传感器和控制芯片，玻璃盖板设置于超声波指纹传感器的接收部分上，控制芯片位于超声波指纹传感器的发射部分下。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型实施例的超声波指纹传感器包括：发射部分，包括由下至上叠加设置的发射下电极、发射压电层和发射上电极，发射压电层为整层结构；隔离层，叠加设置于发射部分上；接收部分，包括由下至上叠加设置于隔离层上的接收下电极、接收压电层和接收上电极，该超声波指纹传感器的加工工艺难度和加工成本低，有利于量产；且超声波发射和穿透能力强。本实用新型实施例的指纹识别模组包括上述的超声波指纹传感器，该指纹识别模组能够生成清晰的指纹图像。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的一种超声波指纹传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中发射部分和接收部分之间的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供的一种超声波指纹传感器的结构示意图；

图4为本实用新型第三实施例提供的一种指纹识别模组的结构示意图。

图标：100-超声波指纹传感器；110-发射部分；111-发射下电极；112-发射压电层；113-发射上电极；120-隔离层；130-接收部分；131-接收下电极；132-接收压电层；133-接收上电极；134-压电柱；135-填充层；141-上保护层；142-下保护层；200-超声波指纹传感器；300-指纹识别模组；310-玻璃盖板；320-控制芯片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1所示，本实施例提供一种超声波指纹传感器100，其包括：

发射部分110，包括由下至上叠加设置的发射下电极111、发射压电层112和发射上电极113，发射压电层112为整层结构；

隔离层120，叠加设置于发射部分110上；

接收部分130，包括由下至上叠加设置于隔离层120上的接收下电极131、接收压电层132和接收上电极133。

本实施例的超声波指纹传感器100主要是由发射部分110、接收部分130和中间的隔离层120组成的混合型结构，接收部分130在上部分，靠近超声波指纹传感器100的感应面表面，发射部分110在下部分，靠近超声波指纹传感器100底面。其中，采用相互独立的发射压电层112和接收压电层132，发射压电层112和接收压电层132均为陶瓷材质，发射压电层112为一整块压电达到提高发射能力的目的，此时接收压电层132就不需要太长，可以减小工艺难度和加工成本，更有利于量产。

本实施例中，接收部分130类似于常规超声波指纹传感器100，具体结构为：接收压电层132包括呈阵列排布的压电柱134，接收压电层132位于接收上电极133和接收下电极131之间；接收上电极133包括多条上极线，上极线与成行(列)压电柱134一一对应，每条上极线与对应行(列)的压电柱134连接；接收下电极131包括多条下极线，下极线与成列压(行)电柱一一对应，每条下极线与对应列(行)的压电柱134连接。这样一来，可以通过行列组合定位到任一压电柱134，可以通过上极线和下极线单独控制每一压电柱134。

本实施例中，接收部分130还包括填充于压电柱134之间的填充层135。填充层135为绝缘材料，利用填充层135将压电柱134阵列之间的间隙进行填充，一方面可以防止压电柱134相互之间对超声波发射和接收产生影响，进而减少侧向噪声；另一方面可以使压电柱134的结构稳定，防止压电柱134的位置发生偏移。填充物的材质可以为环氧树脂，环氧树脂固化后表面光亮，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘结强度，且介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好。填充物的材质还可以为黑胶绝缘材料，其具有良好的耐温耐溶性，而且固化后表面光亮，粘结能力强。

本实施例中，发射部分110类似于常规超声波发射器，发射压电层112是一整块，不是阵列排列，这种整块式压电层的发射功率足够大，使得超声波能够轻松穿透超声波指纹传感器100上部的各层结构，以及与超声波指纹传感器100表层接触的金属/玻璃层盖板到达手指。另外，发射下电极111和发射上电极113也可以为整层结构，便于加工。

本实施例中，隔离层120的材质为绝缘材料，例如环氧树脂等；厚度为1μm～1mm。

本实施例中，超声波指纹传感器100还包括覆盖于接收部分130上表面的上保护层141，以及覆盖于发射部分110下表面的下保护层142。上保护层141和下保护层142的厚度一般为1～50μm。在超声波指纹传感器100的两面分别设置上保护层141和下保护层142，能够防止灰尘或水汽等杂质进入超声波指纹传感器100。

参见图2所示，发射部分110和接收部分130之间的结构有以下三种方式：发射部分110和接收部分130的边沿齐平，或者发射部分110的边沿相对接收部分130凸出，或者接收部分130的边沿相对发射部分110凸出。通过超声技术，使发射部分110发射的超声波遇到超声波指纹传感器100上方的指纹反射回来到达接收部分130，接收部分130把接收到的超声波信号转换为电信号输出，经特定算法形成指纹图像。

超声波指纹传感器100的工作原理是：

先激活发射部分110，使发射部分110振动产生超声波，超声波穿透各层到达超声波指纹传感器100上方的手指表面，手指表面指纹的脊和谷对超声波产生不同的反射效果。反射回的超声波到达接收压电部分，压电效应使压电柱134产生不同的电信号，通过控制接收压电层132两端的接收上电极133和接收下电极131的行列组合，把每一压电柱134产生的电信号经驱动IC输出，经特定算法产生指纹图像。

超声波指纹传感器100的接收部分130和发射部分110分离，发射层使用一整块压电材料，产生较大功率超声波；接收部分130使用压电柱134阵列用于成像，接收部分130的压电柱134可以很短。

第二实施例

请参照图3，本实施例提供一种超声波指纹传感器200，其结构与第一实施例的超声波指纹传感器100结构大致相同，不同之处在于：保护层仅包括覆盖于接收部分130上表面的上保护层141，这是因为接收部分130设置有压电柱134的凸起结构，容易积灰，所以需要上保护层141进行保护，而发射部分110是为平整结构，可以不用进行保护。

第三实施例

请参照图4，本实施例提供一种指纹识别模组300，其包括第一实施例的超声波指纹传感器100。指纹识别模组300包括玻璃盖板310、超声波指纹传感器100和控制芯片320，玻璃盖板310设置于超声波指纹传感器100的接收部分130上，控制芯片320位于超声波指纹传感器100的发射部分110下。

指纹识别模组300的工作原理为：

当手指接触或接近玻璃盖板310时，具有在超声波频带内的共振频率的电压从外部施加于发射部分110和接收部分130，发射压电层112和接收压电层132会产生高频波动形变，同时发射出超声波信号；超声波信号经由手指后超内部反射，返回至接收部分130的压电柱134，压电柱134在超声波的作用下发生形变，而在不同位置的压电柱134产生电势差，接收部分130接收电势差信息，控制芯片320处理接收到的电压数据，识别出指纹图像。

综上所述，本实用新型实施例的超声波指纹传感器的加工工艺难度和加工成本低，有利于量产；且超声波发射和穿透能力强；本实用新型实施例的指纹识别模组能够生成清晰的指纹图像。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。