指纹传感器及指纹识别模组的制作方法

本发明涉及传感器技术，特别涉及一种指纹传感器及指纹识别模组。

背景技术：

现有指纹传感器指纹识别探头在与柔性电路板连接的过程中，由于受热膨胀不同，指纹识别探头的接点与柔性电路板接点连接的过程中会发生错位，当接点间距过密时，指纹识别探头的接点难以与柔性电路板上的接点准确导通，因此，导致无法制成接点间隔小、分辨率高的指纹传感器。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种指纹传感器及指纹识别模组。

一种指纹传感器，包括：

基板，所述基板的上表面设置有第一连接电极，所述基板与所述上表面相背的下表面设置有第二连接电极，所述第一连接电极与所述第二连接电极电性连接；及

指纹识别探头，所述指纹识别探头设置在所述上表面，所述指纹识别探头包括第三连接电极，所述第三连接电极与所述第一连接电极电性连接。

在某些实施方式中，所述第一连接电极与所述第三连接电极对应设置。

在某些实施方式中，所述第二连接电极在所述上表面的正投影围绕所述第一连接电极分布。

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；

形成在所述压电层上方的多条接收极线，每条所述接收极线与对应一列所述压电柱连接，所述接收极线的一端形成所述第三连接电极；及

形成在所述压电层下方的多条发射极线，每条所述发射极线与对应一行所述压电柱连接，所述发射极线的一端形成所述第三连接电极。

在某些实施方式中，所述指纹传感器还包括：

引线，所述引线贯穿所述基板以连接所述第一连接电极及所述第二连接电极。

在某些实施方式中，所述指纹传感器还包括：

设置在所述下表面的基板加强板。

在某些实施方式中，所述基板加强板避让所述第二连接电极设置。

在某些实施方式中，所述基板包括：

软硬结合电路板，所述软硬结合电路板包括刚性部及与所述刚性部连接的柔性部；所述指纹识别探头设置在所述刚性部的上表面。

在某些实施方式中，所述第二连接电极设置在所述柔性部的下表面。

本发明实施方式的指纹识别模组，包括如上所述的指纹传感器。

本发明实施方式的指纹传感器及指纹识别模组，将指纹识别探头的第三连接电极通过基板的第一连接电极导通至第二连接电极，扩大了指纹识别探头连接电极的分布空间，进而使得第二连接电极与控制芯片的柔性电路板的接点可准确连接，从而实现连接电极间隔小、高分辨率的指纹传感器的制作。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/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是本发明实施方式的指纹传感器的截面示意图。

图2是本发明实施方式的指纹识别模组的示意图。

图3是本发明实施方式的压电层的侧面示意图。

图4是本发明实施方式的压电柱立体示意图。

图5是本发明实施方式的发射极线及接收极线示意图。

图6是本发明实施方式的压电层制造工艺示意图。

图7是本发明实施方式的第三连接电极的结构示意图。

图8是本发明实施方式的第三连接电极排布示意图。

图9是本发明实施实施方式的上保护层及下保护层的结构示意图。

图10是本发明实施实施方式的基板示意图。

图11是本发明另一实施实施方式的指纹传感器的截面示意图。

图12是本发明实施方式的第二连接电极的分布示意图。

图13是本发明另一实施方式的第二连接电极的分布示意图。

图14是本发明实施方式的引线的结构示意图。

图15是本发明实施方式的基板加强版的结构示意图。

主要元件符号说明：

指纹传感器100、基板10、刚性部11、第一连接电极12、柔性部13、第二连接电极14、指纹识别探头20、压电层21、压电柱211、填充物212、第三连接电极22、接收极线23、上保护层231、发射极线25、下保护层251、引线30、基板加强板40、指纹识别模组1000。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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发明的不同结构。为了简化本发明的公开，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发明。此外，本发明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，本发明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，本发明实施方式的指纹传感器100，包括基板10及指纹识别探头20。其中，基板10的上表面设置有第一连接电极12，与上表面相背的下表面设置有第二连接电极14，第一连接电极12与第二连接电极14电性连接。指纹识别探头20设置在基板10的上表面，指纹识别探头20包括第三连接电极22，第三连接电极22与第一连接电极12电性连接。

本发明实施方式的制造方法，用于制造指纹传感器。制造方法包括如下步骤：

提供基板，基板包括第一连接电极与第二连接电极；

在基板上表面连接指纹识别探头。

请参阅图2，本发明实施方式的制造方法可用于制造本发明实施方式的指纹传感器100，指纹传感器200可应用于指纹识别模组1000。

在指纹传感器100的封装工艺中，通常直接将指纹识别探头20通过第三连接电极22与控制芯片的柔性电路板的接点通过异方性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)粘性连接，在热处理过程中，第三连接电极22及柔性电路板受热膨胀，由于受热膨胀系数不同，在第三连接电极22的间距较密集时，会发生错位，而无法准确导通。

本发明实施方式的指纹传感器100及指纹识别模组1000，将指纹识别探头20第三连接电极22通过基板10的第一连接电极12导通至第二连接电极14，扩大了指纹识别探头20连接电极的分布空间，进而使得第二连接电极14与控制芯片的柔性电路板的接点可准确连接，从而实现连接电极间隔小、高分辨率的指纹传感器100的制作。

请参阅图3至图5，具体地，在某些实施方式中，指纹识别探头20包括：压电层21、接收极线23及发射极线25。其中，压电层21包括呈阵列排列的压电柱211。例如压电柱211可以呈矩阵排列。接收极线23包括多条，形成于压电层21上方，每条接收极线23与对应一列压电柱211连接，接收极线23的一端形成第三连接电极22。发射极线25包括多条，形成于压电层21下方，每条发射极线与对应一行压电柱211连接，发射极线25的一端形成第三连接电极22。

具体地，指纹识别探头20的制造方法包括如下步骤：

形成压电层，压电层包括呈阵列排列的多个压电柱；

形成在压电层上方的多条接收极线，每条接收极线与对应一列所压电柱连接，在接收极线的一端形成第三连接电极；及

形成在压电层下方的多条发射极线，每条发射极线与对应一行压电柱连接，在。

下面以制造单颗指纹传感器100为例，对制造工艺及结构进行解释说明。

具体地，在某些实施方式中，压电层21还包括填充物212。

其中，填充物212用于填充多个压电柱211之间形成的间隙。

请参阅图6，在某些实施方式中，压电层21可采用压电材料，例如压电陶瓷等。压电柱211可以通过对块状压电材料进行切割形成。具体地，通过使用具有一定宽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211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，切割装置的宽度也即是最终形成压电柱211之间的间隙，切割的深度也即是最终形成压电柱211的厚度。通常可根据制作指纹识别探头20的设计需求选择合适的间隙及厚度尺寸。

较佳地，在某些示例中，为满足指纹识别探头20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211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211的厚度，以方便制程工艺的进行，也即是说，在切割时，根据压电柱211的设计尺寸需求进行切割，而切割时，底部保持连续。

在第一方向的切割完成后，为形成呈阵列排列的压电柱211，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211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211，下部为连续部。

如此，可根据设计需求切割出多个压电柱211。

具体地，在某些实施方式中，每个压电柱211具有矩形横截面，宽度为30微米，高度为70-80微米。

如此，可满足指纹识别探头20对于高采用分辨率，例如大于508DPI的需求，当然，在不同设计中，压电柱211的尺寸也将不同。

进一步地，切割后的压电材料下部形成的连续部为余料，需进行去除。若在原材料上继续进行操作，则压电柱211将分散而无法形成压电层21，因此，在继续切割前需将两次切割后压电柱211之间形成的间隙通过填充物212填充。

如此，可将多个压电柱211粘性连接，进而将余料磨除从而形成压电层21。

在某些实施方式中，填充物可以是黑胶材料。例如可以是黑胶EPOXY，黑胶EPOXY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211之间良好的粘连，并使得压电层21具有良好的机械性。

此外，填充物212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。

进一步地，在形成压电层21后，将在压电层21上、下表面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21上方的接收极线23及位于压电层21下方的发射极线25。

具体地，在某些实施方式中，接收极线23及发射极线25的厚度均为2.5微米。

如此，可使得接收极线23及发射极线25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211呈m*n的阵列排列时，每一列压电柱211上表面形成一条接收极线23，也即是说，在压电层21上方将形成n条接收极线23。而每一行压电柱211下表面形成一条发射极线25，也即是说，在压电层21下方形成m条发射极线25。

需要说明的是，发射极线25与接收极线23需要交叉设置，也即是说，发射极线23与接收极线25不能平行设置，例如，可以垂直设置。

如此设置，发射极线23与接收极线25相互交叉，可用于通过物体在接近压电层21或与压电层21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21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25沿手指方向发射，被手指反射的超声波信号会被接收极线23接收。进而指纹识别模组1000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21的两个相对表面的发射极线25及接收极线23时，压电层21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21时，由于空气和用于发射超声波信号的压电层21之间的声阻抗的差异，从发射极线25发射的超声波信号的大部分会返回到接收极线，而不是穿过压电层21和空气之间的界面。

同时，当手指接近或接触压电层21时，从发射极线25发射的超声波信号的一部分穿过手指的皮肤和压电层21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21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发射极线25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23接收。而从对应于指纹的脊线的发射极线25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23接收的超声波信号的强度显著降低。

因此，根据在压电层21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。

请参阅图7，进一步地，为后续封装工艺做准备，需首先将压电层21上方的接收极线23引导至压电层21下方，在某些实施方式中，制造方法包括步骤：

在与接收极线的一端连接的压电柱处自上而下形成穿孔以引导接收极线贯穿压电柱并在压电柱下方形成第三连接电极22。

在具体制造过程中，可以在未切割的压电材料上根据设计需求在预定位置首先制作穿孔，相较于在切割压电柱211完成后进行穿孔易于操作。当然也可以在切割成压电柱211后进行穿孔，在此不做限制。

需要说明的是，由于接收极线23仅需一侧出线，或者说每根接收极线23仅需选择一端作为连接电极，因此在制作穿孔的过程中，可根据实际设计的连接电极位置选择进行穿孔的压电柱211，例如，可以在阵列排列相对的两侧选择穿孔，当然也可以将穿孔全部置于一侧。

具体地，穿孔采用电镀银工艺制作，如此可将位于压电层211上方的接收极线23通过穿孔的电镀银导通至压电层211的下方，并在穿孔的压电柱211下方形成第三连接电极22。

需要说明的是，在形成穿孔的一行或两行压电柱211下方将不再设置发射极线25，以防止极线间相接而造成短路。

请参阅图8，相类似地，压电层21下方的发射极线25同样需要形成第三连接电极22。

具体地，在某些实施方式中，制造方法还包括步骤：

在与发射极线的一端连接的压电柱处形成第三连接电极。

同样地，发射极线25也仅需要一侧出线，因此可选择发射极线25的任一端作为第三连接电极25。

请参阅图9，进一步地，为保护裸露在外部的接收极线20及发射极线，在某些实施方式中，制造方法还包括：形成覆盖接收极线的上保护层；及

形成覆盖发送极线的下保护层。

在某些实施方式中，指纹识别探头20进一步包括上保护层231及下保护层251。上保护层231覆盖接收极线23，而下保护层251覆盖发射极线25。

如此，保护层的设计将可以对极线起到保护作用，进而保证指纹识别探头20的电性能。

较佳地，上保护层231及下保护层251可采用SU8材料，从而达到绝缘并且保护极线的作用。

需要说明的是，由于在后续封装制程中，需通过连接电极将传感器探头100与电路板上相应的连接电极进行电连接，因此保护层应当避让第三连接电极22设置。

在工业生产中，通常需要大批量同时生产多颗指纹识别探头20，例如1000-2000颗。因此可同时在压电材料上进行多颗传感器探头100的制造，以形成指纹识别探头阵列，并进行切割以形成单颗指纹识别探头。

具体制造步骤参照上述以单颗传感器探头100为例的制造方法及结构的解释说明，此处不再赘述。通常，可选取块状压电材料并制作成圆形压电晶片，其径向尺寸为8英寸或12英寸。

进一步地，将在制成的指纹识别探头20下方制造基板10。

可以理解，为克服第三电极22直接与柔性电路板连接的困难，基板10将至少部分的采用硬质电路板，当然也可以全部采用硬质电路板，具体所采用的种类可根据封装指纹传感器模组1000的安装空间决定。

请参阅图10及图11，在某些实施方式中，基板10包括软硬结合电路板，其中，软硬结合电路板包括刚性部11及柔性部13。

在这样的实施方式中，第一连接电极12设置在刚性部11的上表面。

在这样的实施方式中，指纹识别探头20设置在刚性部11上，也即是说，指纹识别探头20通过第三连接电极22与刚性部11上的第一连接电极12电性连接。

可以理解地，相较于柔性电路板，硬质电路版或者说刚性部11在热处理工艺过程中，受热膨胀变化较小，可以较为准确的导通指纹识别探头20的连接电极与基板10的连接电极。

具体地，第一连接电极12与第三连接电极22可以通过ACF粘连，也可通过锡等焊接材料进行焊接，在此不做限制。

在某些示例中，指纹识别模组1000应用于某些移动终端，例如手机，受限于内部空间，不希望在增加基板10后，指纹传感器100的尺寸或体积增加过多，较佳地，刚性部11的尺寸可与指纹识别探头20的尺寸相当。

在某些实施方式中，第一连接电极12与第三连接电极22对应设置。

如此，可尽量减小由于增加基板10对指纹传感器100的尺寸影响。

可以理解，设置基板10的目的在于克服由于热膨胀不同而在指纹识别探头20的连接电极间隔较小时无法直接连接硬质电路板与柔性电路板。因此，需要通过第二连接电极14将原本较小的间隔变大，以方便后续与柔性电路板进行连接。

请参阅图12，在某些实施方式中，第二连接电极14在基板10的上表面的正投影围绕第一连接电极12分布。

如此，第二连接电极14在基板10的上表面的正投影围绕第一连接电极12分布设置，可有效增大连接电极间的间隔。

当然，使得连接电极的间隔增大的第二连接电极14的分布方式均可采用，在此不做限制。例如，若第三连接电极22形成于四个方向时，第一连接电极12与第三连接电极22对应设置，第二连接电极14可围成矩形或正方形的图形。而若第三连接电极22形成于两个方向时，第二连接电极14可设置成同样的图形，并且在基板10上表面的正投影相对于第一连接电极12更靠近基板10边缘。

请参阅图13，在另一些实施方式中，当基板10为软硬结合电路板时，第二连接电极14可以设置在柔性部13的下表面的一端。

可以理解，柔性部13可以弯折，便于利用较小的空间。因此，第二连接电极14可设置在柔性部13的下表面。相类似地，设置时仍要在一定尺寸范围内尽可能地增大第二连接电极14之间的间隔。

请参阅图14，进一步地，在某些实施方式中，指纹传感器100还包括引线30。

引线30贯穿基板10以连接第一连接电极12及第二连接电极14。

具体地，贯穿基板10的形成穿孔可采用金属形成电镀，并在基板下表面通过电镀的金属引线30使得第一连接电极12及第二连接电极14导通。如此，也即是将第三连接电极22与第二连接电极14电性连接。当然，形成引线30的具体工艺在此不做限制，例如还可通过蚀刻的工艺，形成连接第一连接电极12及第二连接电极14的引线30。

请参阅图15，在某些实施方式中，指纹传感器100还包括基板加强板40。

基板加强板40设置在基板10的下表面。

如此，可对指纹识别探头20及基板10进行加固，从而加强指纹传感器100的机械性能。

进一步地，在这样的实施方式中，基板加强板40避让第二连接电极14设置。

可以理解，第二连接电极14需要在后续工艺中与控制芯片的柔性电路板进行连接，因此，基板加强板40需避让第二连接电极14设置。

综上所述，通过上述制造工艺的可形成单颗指纹传感器100，由于将位于压电层21四周的第三连接电极22通过基板10的第一连接电极12引导至与第二连接电极14电性连接，实现第三连接电极22的重新布线，可以理解，相较于通过第三连接电极22直接与柔性电路板连接，重新布线后，利用间距较大的第二连接电极14与柔性电路板连接，从而使得对于连接电极间隔较小的情况，可灵活设置第二连接电极14位置进行导通，有效改善由于连接电极间隔过小与柔性电路板导通困难的问题。

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发明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。在本发明的描述中，“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发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。