超声波探头的制作方法

本发明涉及超声波指纹识别领域，更具体而言，涉及一种超声波探头。

背景技术：

在相关技术中，超声波指纹识别装置需要通过压电层向特定方向发射超声波或接收来自特定方向的超声波，然而，在实际使用中，压电层可能会往各个方向发射超声波或接收来自各个方向的超声波，如此，可能导致超声波指纹识别装置的成像受到干扰，成像质量较差。

技术实现要素：

本发明实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施方式需要提供一种超声波探头。

本发明实施方式的超声波探头，用于超声波指纹识别装置，所述超声波探头包括：

压电层，所述压电层包括多个压电柱，所述压电柱用于发送或接收超声波；

衰减部，所述衰减部包围每个所述压电柱的侧面，所述衰减部用于衰减从所述压电柱的侧面发送或接收的所述超声波。

上述超声波探头中，衰减部包围每个压电柱的侧面，衰减部可用于衰减从压电柱的侧面发送或接收的超声波，使得超声波指纹识别装置的成像不会受到压电柱的侧面发射或接收的超声波的影响，超声波指纹识别装置的成像质量较好。

在某些实施方式中，所述多个压电柱呈矩阵分布。

在某些实施方式中，所述衰减部为一体成型结构。

在某些实施方式中，所述衰减部的材料的声阻抗小于4.53兆瑞利。

在某些实施方式中，所述衰减部与所述压电柱分离设置，所述衰减部与所述多个压电柱的间距相等。

在某些实施方式中，所述衰减部包括：

包围每个所述压电柱的侧面的内衰减层；及

包围所述内衰减层的外衰减层。

在某些实施方式中，所述内衰减层包括中空的衰减柱，所述压电柱设置于所述衰减柱的中空部分，各个所述衰减柱的厚度相等。

在某些实施方式中，所述内衰减层及所述外衰减层中至少一个的材料的声阻抗小于4.53兆瑞利。

在某些实施方式中，所述超声波探头还包括：

设置在所述多个压电柱下方的多条发射极线，每条所述发射极线与一列所述压电柱连接；及

设置在所述多条压电柱上方的多条接收极线，每条所述接收极线与一行所述压电柱连接。

在某些实施方式中，所述超声波探头包括：

设置在所述发射极线下方的下保护层；及

设置在所述接收极线上方的上保护层。

在某些实施方式中，所述上保护层的声阻抗大于所述衰减部的声阻抗。

在某些实施方式中，所述下保护层的声阻抗小于所述上保护层的声阻抗。

本发明实施方式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，或通过本发明实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明实施方式的上述和/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是根据本发明实施方式的超声波探头的立体示意图；

图2是根据本发明实施方式的超声波指纹识别装置的平面示意图；

图3是根据本发明实施方式的超声波探头的原理示意图；

图4是根据本发明实施方式的超声波探头的另一原理示意图；

图5是根据本发明实施方式的超声波探头的平面示意图；

图6是根据本发明实施方式的超声波探头的又一原理示意图；

图7是根据本发明实施方式的超声波探头的另一立体示意图；

图8是根据本发明实施方式的超声波探头的又一立体示意图；

图9是根据本发明实施方式的超声波探头的再一立体示意图；

图10是根据本发明实施方式的超声波探头的截面示意图。

主要元件及符号说明

超声波探头10、超声波指纹识别装置100、压电层12、压电柱122、衰减部14、内衰减层142、衰减柱1422、外衰减层144、空气层15、发射极线16、接收极线17、下保护层18、上保护层19。

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“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信；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。

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定进行描述。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/或设定之间的关系。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及图2，本发明实施方式的超声波探头10可用于超声波指纹识别装置100，超声波探头10包括压电层12及衰减部14。

压电层12包括多个压电柱122，压电柱122用于发送或接收超声波。

衰减部14包围每个压电柱122的侧面，衰减部14用于衰减从压电柱122的侧面发送或接收的超声波。

上述超声波探头10中，衰减部14包围每个压电柱122的侧面，衰减部14可用于衰减从压电柱122的侧面发送或接收的超声波，使得超声波指纹识别装置100的成像不会受到压电柱122的侧面发送或接收的超声波的影响，超声波指纹识别装置100的成像质量较好。

需要说明的是，压电柱122形成有顶面及侧面，压电柱122的顶面为压电柱122在长度方向上的端面，例如压电柱122呈圆柱状，则压电柱122的顶面为圆柱的上底面，压电柱122的顶面用于发送及接收超声波以检测指纹图像。压电柱122的侧面为压电柱122在长度方向上的侧面，例如压电柱122呈圆柱状，则压电柱122的侧面为圆柱的侧面。

请参阅图2，超声波探头10可以内置在超声波指纹识别装置100内，超声波指纹识别装置100可以是手机、平板电脑等电子设备。

压电柱122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，在本发明实施实施例中，压电材料为锆钛酸铅压电陶瓷。

压电柱122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。

正压电效应指当压电材料受到一定方向外力的作用时，内部会产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷，当外力撤去后，压电材料又恢复到不带电的状态。

请参阅图3，本发明实施方式的压电柱122依据超声波20对压电柱122的作用力使压电柱122产生形变，进而获取压电柱122表面的电势差信息。可以再通过放大器和模数转换器将电势差信息以图像的形式体现出来。

逆压电效应指当对压电材料施加交变电场以引起压电材料机械变形的现象。

请参阅图4，本发明实施方式的压电柱122通过接收交变电压而发生机械振动，通过调节交变电压的振荡频率以控制机械振动的频率，进而使压电柱122发送超声波20。

可以理解，压电柱122可能受到各个方向反馈的超声波20的作用而发生形变，也可能在受到交变电压作用时，压电柱122产生沿各个方向上的机械振动，从而发送沿各个方向上传播的超声波20，而在实际使用过程中，请参阅图3及图4，压电柱122只有在Z轴方向上(纵向方向)发送或接收的超声波20才是实际识别过程中需要的超声波20，其他方向例如X轴及Y轴方向(横向方向)发送及接收的超声波都可称为超声波噪声，超声波噪声会使超声波指纹识别装置100的成像质量较差。其中Z轴与压电柱122的轴向方向相同，即垂直于压电柱122的顶面；X轴与Y轴组成的平面垂直于Z轴。

因此，需要在压电柱122的侧面设置包围压电柱122的衰减部14，用来衰减超声波噪声，保证超声波指纹识别装置100的成像质量。

在本发明实施例中，多个压电柱122的形状相同，且横截面形状为长方形。

如此，多个压电柱122的形状相同，便于批量生产，降低超声波探头10的制造成本，另外，横截面形状为长方形，形状规则美观，容易在压电柱122的上端面或下端面设置电极。

当然，在其他实施方式中，多个压电柱122的形状可以不完全相同，例如多个压电柱122同时包括横截面为长方形及横截面为圆形的压电柱122。

请参阅图5，在某些实施方式中，多个压电柱122呈矩阵分布。

如此，多个压电柱122排列规律，容易制造，且便于在压电柱122的上端面或下端面设置电极线。

需要说明的是，多个压电柱122互相之间的排列间隙可依据实际需要或实际生产工艺进行调节，图示的多个压电柱122之间排列的间隙，及多个压电柱122矩阵分布的具体排列方式及排列个数只作为示意性说明，不能理解为对本发明的限制。

请再参阅图1，在某些实施方式中，衰减部14为一体成型结构。

如此，衰减部14的结构简单，容易制造。

在某些实施方式中，衰减部14可以是由毛坯材料，例如密封硅胶，利用蚀刻法在毛坯材料上形成多个通孔制成，多个通孔可用于填充多个压电柱122。

当然，衰减部14的具体制造方法可以依据具体情况有其他选择，在此不做限制。

在某些实施方式中，衰减部14的材料的声阻抗小于4.53兆瑞利。

如此，衰减部14可较好地衰减超声波噪声，使超声波指纹识别装置100有较好的成像质量。

在本发明实施方式中，衰减部14的材料可以是密封硅胶，密封硅胶的声阻抗小于4.53兆瑞利。

声阻抗指介质在某一表面上的平均有效声压与通过该表面的有效通量的复数比值。材料的声阻抗越小，则材料传递的超声波的能量越少，反射的超声波的能量越大。

请参阅图6，具体地，当压电柱122产生超声波噪声22时，如果没有衰减层14，如图6(a)所示，会产生较大的超声波噪声22，如果有衰减层14，如图6(b)所示，超声波噪声22首先要通过衰减部14，而衰减部14会吸收及反射超声波噪声22的能量，从而对超声波噪声22产生衰减作用，减少发送到其他压电柱122上的超声波噪声22。同理，衰减部14也会减少压电柱122接收到的由其他压电柱122发送的超声波噪声22。

请参阅图7，在某些实施方式中，衰减部14与压电柱122分离设置，衰减部14与多个压电柱122的间距相等。

如此，可以节约用于制作衰减部14的材料，降低成本。且衰减部14与压电柱122之间相当于形成了厚度处处相等的空气层15，空气层15与衰减部14可以共同衰减超声波噪声，衰减效果较佳。在这种情况下，在压电层12的顶部及底部可以设置加固件，加固件用于固定压电柱122的位置，防止在使用过程中压电柱122发生偏移。

具体地，当压电柱122产生的超声波噪声通过空气层15时，受到空气层15的衰减，且当超声波噪声从空气层15进入衰减部14时，由于空气层15与衰减部14之间存在声阻抗差，一部分超声波噪声在空气层15与衰减部14的交界面被反射回压电柱122而不会发送出去，由此减少了超声波噪声穿过衰减部14而影响到其他压电柱122。同理，压电柱122在接收到其他压电柱122发送的超声波噪声之前，超声波噪声也会受到衰减部14的衰减而减小。

请参阅图8，在某些实施方式中，衰减部14包括内衰减层142及外衰减层144。内衰减层142包围每个压电柱122的侧面，外衰减层144包围内衰减层142。

如此，在内衰减层142及外衰减层144的共同衰减作用下，衰减部14对超声波噪声的衰减作用较佳。

具体地，以衰减部14减少压电柱122发送的超声波噪声为例，超声波噪声经过内衰减层142的第一次衰减后进入外衰减层144，此时由于内衰减层142与外衰减层144之间存在声阻抗差，一部分超声波噪声在内衰减层142与外衰减层144的交界面被反射回压电柱122而不会发送出去，且剩余的超声波噪声还会受到外衰减层144的第二衰减后才发送出去，由此减少了穿过衰减部14的超声波噪声，从而减小了超声波噪声对其他压电柱122的影响。同理，压电柱122在接收到其他压电柱122发送的超声波噪声之前，也会受到外衰减层144及内衰减层142的衰减而减小。

在某些实施方式中，衰减部14可以是由第一毛坯材料，例如环氧树脂，利用蚀刻法在第一毛坯材料中形成多个第一通孔；在多个第一通孔内填充第二毛坯材料，例如密封硅胶，利用蚀刻法在第二毛坯材料中形成多个第二通孔，以制成衰减部14。第二通孔内可用于填充压电柱122。

当然，衰减部14的具体制造方法可以依据具体情况有其他选择，在此不做限制。

在某些实施方式中，内衰减层142包括中空的衰减柱1422，压电柱122设置于衰减柱1422的中空部分，各个衰减柱1422的厚度相等。

如此，各个衰减柱1422的厚度相等，方便制造，且使得各个衰减柱1422对超声波噪声的衰减作用相等，也就使得内衰减层142对超声波噪声的衰减作用在各个方向上是相同的，不存在衰减作用较弱的区域。

可以理解，内衰减层142及外衰减层144各自的厚度是可以根据工艺或成本需求自主选择的，图示的内衰减层142及外衰减层144的厚度只用于示意说明二者的位置关系，不应理解为对二者的厚度的限定。

在某些实施方式中，内衰减层142及外衰减层144中至少一个的材料的声阻抗小于4.53兆瑞利。

如此，保证了衰减部14可较好地衰减超声波噪声，使超声波指纹识别装置100有较好的成像质量。

请参阅图9，在某些实施方式中，超声波探头10还包括多条发射极线16及多条接收极线17。发射极线16设置在多个压电柱122下方，每条发射极线16与一列压电柱122连接。接收极线17设置在多个压电柱122上方，每条接收极线17与一行压电柱122连接。

如此，可以通过在发射极线16与接收极线17间施加交变电压，使得压电柱122发出超声波，且可以通过分析发射极线16与接收极线17两端的电压变化，识别压电柱122接收到的超声波的信息。

在本发明实施方式中，多条发射极线16互相平行设置，多条接收极线17互相平行设置。

如此，超声波探头10的步线简单，互相平行设置的多条发射极线16及互相平行设置的多条接收极线17不易造成短路。

请参阅图10，在某些实施方式中，超声波探头10包括下保护层18及上保护层19。下保护层18设置在发射极线16下方，上保护层19设置在接收极线17下方。

如此，上保护层19及下保护层18可防止灰尘或水汽进入超声波探头10，另外，上保护层19及下保护层18使得超声波探头10的结构更稳定。

在某些实施方式中，上保护层19的声阻抗大于衰减部14的声阻抗。

如此，上保护层19不会对超声波产生过多的衰减，不会影响压电柱122发送或接收超声波。

具体地，上保护层19相对于压电柱122的位置是在图3及图4所示的Z轴方向，压电柱122在该方向上发送或接收的超声波是超声波指纹识别装置100用以识别指纹所需要的超声波，因此，上保护层19的材料以选择具有较大的声阻抗的材料为佳。

在某些实施方式中，下保护层18的声阻抗小于上保护层19的声阻抗。

可以理解，下保护层18位于压电柱122的下方，且在使用超声波探头10时，下保护层18较压电柱122更远离需要识别的指纹。而压电柱122振动时，在往上保护层19发送超声波的同时，总是会往下保护层18发送方向相反的反向超声波，在超声波指纹识别装置100中，反向超声波也可视为超声波噪声，也可能会影响超声波指纹识别装置100的成像质量。

如此，下保护层18可用于衰减反向超声波，提高超声波指纹识别装置100的成像质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“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。