压电层的极化方法和超声波生物识别装置的制备方法与流程

本发明涉及超声波识别技术领域，特别涉及一种压电层的极化方法和超声波生物识别装置的制备方法。

背景技术：

超声波指纹识别技术能够通过超声波对指纹进行扫描，与传统的指纹识别方式相比，超声波指纹识别可以对指纹进行更深入的分析，即便手指表面沾有污垢亦无碍超声波采样，甚至还能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3d特征。即使在手上有水、汗液等情况下，依然能够准确的识别。

通常在超声波指纹识别装置的制作过程中，需要对压电层极化处理，使压电层的电畴一致化以获得最大的压电性能，且通常的步骤都是先将压电材料涂覆在形成有电路层的薄膜晶体管上，然后再对压电层进行极化处理，由于薄膜晶体管上有裸露在外的电路层(例如ito层)的存在，裸露的电路层在高压电下很容易被击穿，加大了压电层的极化难度，且采用目前的极化方法，若压电层存在缺陷或击穿点，就不能有效地对压电层进行极化，从而影响压电层的压电性能。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种压电层的极化方法，该极化方法操作简单且能够使压电层在薄膜晶体管上实现有效的极化。

一种压电层的极化方法，包括如下步骤：

提供待极化件和保护膜，所述待极化件包括基板和压电层，所述基板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上设有电路层，所述压电层为多列，多列所述压电层间隔设置在所述第一表面上，且所述压电层覆盖部分所述电路层，所述保护膜包括聚酰亚胺膜和粘结层，所述聚酰亚胺膜的宽度大于相邻两列所述压电层之间的间隙的宽度；

将所述保护膜粘附在所述压电层远离所述基板的一侧上，并使每相邻两列所述压电层之间的间隙上均具有一个所述聚酰亚胺膜，且所述聚酰亚胺膜与所述压电层远离所述基板的一侧的边缘通过所述粘结层粘结固定，所述聚酰亚胺膜和所述压电层共同配合遮蔽所述基板靠近所述压电层的表面；

提供极化用治具，所述极化用治具包括导电托盘，将所述待极化件固定在所述导电托盘中，并使所述基板的第二表面朝向所述导电托盘，和使所述电路层与所述导电托盘电连接；

将所述导电托盘与地线连接，并在靠近所述压电层粘附有所述聚酰亚胺膜的一侧电晕放电以进行极化处理；及

将所述聚酰亚胺膜和所述粘结层从所述压电层上分离。

上述压电层的极化方法在对压电层极化处理之前，先在压电层远离基板的一侧上粘附包括聚酰亚胺膜和粘结层的保护膜，且每相邻两列压电层之间的间隙上均具有一个聚酰亚胺膜，由于聚酰亚胺膜的宽度大于相邻两列压电层之间的间隙的宽度，且聚酰亚胺膜与压电层远离基板的一侧的边缘通过粘结层粘结固定，使得聚酰亚胺膜和压电层能够共同配合以完全遮盖电路层，而在极化处理过程中又是在靠近压电层粘附有聚酰亚胺膜的一侧对压电层进行电晕放电，同时，在极化的过程中基板的电路层又通过了导电托盘和地线连接，从而有效地防止了基板上的电路层在极化过程被高压电击穿，而且上述压电层的极化方法无需在压电层上设置电极就能够实现压电层的极化，操作也较为简单；且通过电晕放电极化，即使在极化过程中压电层存在缺陷或击穿点，也不会形成电流的主要通道，其它部位仍然能够达到极化的效果，从而能够有效地对压电层进行极化，以使压电层具有较好的压电性能。

在其中一个实施例中，所述保护膜还包括离型层，多个所述聚酰亚胺膜沿一直线间隔粘附在所述离型层上，相邻两个所述聚酰亚胺膜之间的间隙的宽度小于每列所述压电层的宽度，每个所述聚酰亚胺膜远离所述离型层的一侧上均层叠有所述粘结层；所述将所述保护膜粘附在所述压电层远离所述基板的一侧上的步骤之后，还包括撕除所述离型层的步骤。通过设置离型层，在离型层上按照上述方式粘附多个聚酰亚胺膜以实现批量化生产，有利于提高生产效率。

在其中一个实施例中，所述保护膜还包括剥离层，所述剥离层层叠在所述粘结层远离所述聚酰亚胺膜的一侧上，并遮蔽所述粘结层；所述将所述保护膜粘附在所述压电层远离所述基板的一侧上的步骤之前，还包括撕除所述剥离层的步骤。设置离型层以在保护膜未使用之前保护聚酰亚胺膜上的粘结层。

在其中一个实施例中，所述聚酰亚胺膜的厚度为0.9毫米以上。该厚度的聚酰亚胺膜能够更好地避免在高压电下被击穿。

在其中一个实施例中，所述粘结层的材质为丙烯酸胶；所述将所述聚酰亚胺膜和所述粘结层从所述压电层上分离的步骤具体为：用紫外线照射所述粘结层，以使所述聚酰亚胺膜和所述粘结层从所述压电层上分离。采用丙烯酸胶作为粘结层可以通过紫外线直接照射进行减粘处理，方便聚酰亚胺膜和粘结层从压电层上分离。

在其中一个实施例中，所述粘结层的材质为亚克力胶；所述将所述聚酰亚胺膜和所述粘结层从所述压电层上分离的步骤具体为：对所述粘结层加热处理，以使所述聚酰亚胺膜和所述粘结层从所述压电层上分离。采用亚克力胶作为粘结层可以通过加热的方式进行减粘处理，以方便聚酰亚胺膜和粘结层从压电层上分离。

在其中一个实施例中，所述聚酰亚胺膜与所述压电层远离所述基板的一侧的边缘通过所述粘结层粘结固定时，所述聚酰亚胺膜与所述压电层的重叠部分的宽度不超过所述压电层远离所述基板一侧的宽度的5％。通过控制聚酰亚胺膜与压电层重叠部分的面积，保证压电层尽可能地暴露而能够在后续极化步骤中而尽可能地被极化。

在其中一个实施例中，在所述电晕放电以进行极化处理的步骤中，所述导电托盘持续转动。使压电层能够更加均匀地被极化。

在其中一个实施例中，所述导电托盘的材质为铝，将所述电路层与所述导电托盘电连接的步骤中，采用铝箔将所述电路层与所述导电托盘电连接。从而简单地实现电路层的接地操作。

一种超声波生物识别装置的制备方法，包括按照上述压电层的极化方法对所述压电层进行极化处理的步骤，其中，所述基板为薄膜晶体管。由于上述超声波生物识别装置在制备过程中采用上述压电层的极化方法对压电层进行极化，能够使压电层具有较好的压电性能，从而使得该制备方法得到的超声波生物识别装置具有较好的信号强度。

附图说明

图1为一实施方式的超声波生物识别装置的制备方法的流程图；

图2为图1所示的超声波生物识别装置的制备方法的步骤s10制备得到的待极化件的剖面图；

图3为图1所示的超声波生物识别装置的制备方法中的步骤s20的压电层的极化方法的流程图；

图4为图3所示的压电层的极化方法中的保护膜的剖面图；

图5为图3所示的压电层的极化方法的步骤s230得到的粘附有保护膜的待极化件的剖面图；

图6为图3所示的压电层的极化方法的步骤s250中的极化用治具的结构示意图；

图7为图6所示的极化用治具的定位组件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一实施方式的超声波生物识别装置的制备方法，包括如下步骤：

步骤s10：制备待极化件。

请一并参阅图2，待极化件400包括基板410和压电层420，基板410具有相对的第一表面412和第二表面414，第一表面412上设有电路层430，压电层420为多列，多列压电层420间隔设置在第一表面412上，且压电层420覆盖部分电路层430。在图示的实施例中，多列压电层420平行；每列压电层420具有多个间隔的压电层420。

具体地，基板410为薄膜晶体管。压电层420的材料为p(vdf-trfe)(聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物)、聚偏二氯乙烯(pvdc)的均聚物、聚偏二氯乙烯(pvdc)的共聚物、聚四氟乙烯的均聚物、聚四氟乙烯的共聚物或二异丙胺溴化物(dtpab)。其中，p(vdf-trfe)中，聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为60:40、70:30、80:20或90:10。压电层420可通过丝网印刷的方式形成在基板410的第一表面412上。电路层430为ito层。

步骤s20：对压电层420进行极化处理。

请一并参阅图3，压电层420的极化方法包括如下步骤：

步骤s210：提供待极化件和保护膜。

其中，步骤s210中的待极化件即为步骤s10制备的待极化件400。

请一并参阅图4，保护膜500包括离型层510、聚酰亚胺膜520、粘结层530和剥离层540。

离型层510为pet离型层。

聚酰亚胺膜520为多个，多个聚酰亚胺膜520沿一直线间隔粘附在离型层510上，相邻两个聚酰亚胺膜520之间的间隙的宽度小于每列压电层420的宽度。每个聚酰亚胺膜520的宽度大于相邻两列压电层420之间的间隙的宽度。

进一步地，聚酰亚胺膜520的厚度为0.9毫米以上。该厚度的聚酰亚胺膜能够更好地避免在高压电下被击穿。

每个聚酰亚胺膜520远离离型层510的一侧上均层叠有粘结层530。具体地，粘结层530为丙烯酸胶或亚克力胶。

剥离层540层叠在粘结层530远离聚酰亚胺膜520的一侧上，并遮蔽粘结层530。其中，剥离层的材质为pet膜。

步骤s220：撕除剥离层540。

步骤s230：将保护膜500粘附在压电层420远离基板410的一侧上，并使每相邻两列压电层420之间的间隙上均具有一个聚酰亚胺膜520，且聚酰亚胺膜520的边缘与压电层420远离基板410的一侧的边缘通过粘结层530粘结固定，聚酰亚胺膜520和压电层420共同配合以完全遮盖电路层430。

请一并参阅图5，每相邻两列压电层420之间的间隙上均具有一个聚酰亚胺膜520，且聚酰亚胺膜520的边缘与压电层420远离基板410的一侧的边缘通过粘结层530粘结固定，聚酰亚胺膜520和压电层420共同配合遮蔽基板410靠近压电层420的表面。

具体地，将保护膜500粘附在压电层420远离基板410的一侧上的步骤中，采用ccd对位，并使用覆膜机将撕除剥离层540后的保护膜500粘附在压电层420远离基板410的一侧上。

进一步地，聚酰亚胺膜520与压电层420远离基板410的一侧的边缘通过粘结层530粘结固定时，聚酰亚胺膜520与压电层420的重叠部分的宽度不超过压电层420远离基板410的一侧的宽度的5％，通过控制聚酰亚胺膜520与压电层420重叠部分的面积，保证压电层420尽可能地暴露而能够在后续极化步骤中而尽可能地被极化。

步骤s240：撕除离型层510。

步骤s250：提供极化用治具，极化用治具包括导电托盘，将待极化件400固定在导电托盘中，并使基板410的第二表面414朝向导电托盘，和使电路层430与导电托盘电连接。

请一并参阅图6，极化用治具600包括导电托盘610和定位组件620。

导电托盘610用于安装待极化件400，且导电托盘610能够与地线连接。导电托盘610具有能够容置待极化件400的容置腔612，容置腔612具有侧壁612a。在图示的实施例中，导电托盘610大致为方形板状结构。容置腔612也为方形。容置腔612具有四个首尾相连的侧壁612a。

具体地，导电托盘610的材质为铝。可以理解，导电托盘610的材质不限于为铝，还可以为其它金属，例如铜等。

定位组件620能够伸缩，定位组件620安装在侧壁612a上，定位组件620能够朝容置腔612的内部方向伸长以使定位组件620能够与待极化件400的基板410相抵接而固定待极化件400。

在图示的实施例中，导电托盘610上开设有与容置腔612相连通、用于安装定位组件620的安装缺口614，定位组件620位于容置腔612外的部分收容于安装缺口614中。

具体地，定位组件620为多个，多个定位组件620分别安装在其中两个相邻的侧壁612a上，多个定位组件620均能够与基板410相抵接，且多个定位组件620和另外两个侧壁612a能够共同配合夹持固定基板410，从而将待极化件400固定在导电托盘610中。在图示的实施例中，定位组件620为三个，其中一个安装在其中一个侧壁612a上，另两个安装在另一个侧壁612a上。

需要说明的是，定位组件620也可以为一个，此时，只有一个侧壁612a上安装有定位组件620，定位组件620与其余三个没有安装定位组件620的侧壁612a共同配合夹持固定基板410；或者，定位组件620为三个以上，其中两个相邻的侧壁612a上分别安装有多个定位组件620；又或者，三个侧壁612a上均安装有定位组件620，那么，三个侧壁612a上的定位组件620与另外一个侧壁612a共同配合夹持固定基板410；或者，四个侧壁612a上均安装有定位组件620，四个定位组件620共同配合夹持固定基板410。

请一并参阅图7，在图示的实施例中，每个定位组件620包括固定件622、伸缩杆624和抵接块626。

固定件622与导电托盘610固定连接。具体地，固定件622与安装缺口614的边缘固定连接。

伸缩杆624安装在固定件622，并与固定件622螺纹配合，以使伸缩杆624能够朝容置腔612的内部方向滑动，此时，通过转动伸缩杆624就能够使伸缩杆624的伸缩，操作更加简单方便。

抵接块626固定在伸缩杆624的一端，而使抵接块626能够朝容置腔612的内部方向滑动而与容置腔612内的基板410相抵接。即通过伸缩杆624与固定件622螺纹配合以带动抵接块626向容置腔612的内部方向滑动。

具体地，导电托盘610的材质为铝，使电路层430与导电托盘610电连接的步骤中，采用铝箔将电路层430与导电托盘610电连接。可以理解将电路层430与导电托盘610电连接不限于为铝箔，还可以为其它金属件，例如铜箔等。

具体地，将待极化件400固定在导电托盘610中的步骤具体为：将待极化件400放置在容置腔612内，使定位组件620朝容置腔612的内部方向伸长，直至定位组件620与基板410相抵接而固定待极化件400。更具体地，使定位组件620朝容置腔612的内部方向伸长，直至定位组件620与基板410相抵接而固定待极化件400的步骤为：转动伸缩杆624，以使抵接块626朝容置腔612的内部方向滑动与容置腔612内的基板410相抵接而固定待极化件400。其中，将待极化件400放置在容置腔612内时，基板410的第二表面414朝向容置腔612的底壁。

需要说明的是，定位组件620不限于上述结构，例如，定位组件620还可以仅为螺纹紧固件，此时，定位组件620穿设于容置腔612的侧壁612a，并与容置腔612的侧壁612a螺纹配合，以实现定位组件620的可伸缩和与容置腔612内的基板410相抵接。

可以理解，将待极化件400固定在导电托盘610中也不限于采用上述方式，例如还可以直接将基板410与导电托盘610粘结固定，此时，可以不需要定位组件620，即定位组件620可以省略。

具体地，使电路层430与导电托盘610电连接的步骤中，采用铝箔将基板410的电路层430与导电托盘610电连接。

步骤s260：将导电托盘510与地线连接，并在靠近压电层420粘附有聚酰亚胺膜520的一侧电晕放电以进行极化处理。

具体地，在电晕放电以进行极化处理的步骤中，导电托盘610持续转动。

步骤s270：将聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离。

具体地，当粘结层530的材质为丙烯酸胶时，将聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离的步骤具体为：用紫外线照射粘结层530，以使聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离。采用丙烯酸胶作为粘结层530可以通过紫外线直接照射进行减粘处理，方便聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离。

当粘结层530的材质为亚克力胶时，将聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离的步骤具体为：用对粘结层530加热处理，以使聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离。采用亚克力胶作为粘结层530可以通过加热进行减粘处理，方便聚酰亚胺膜520和粘结层530从压电层420上分离。

需要说明的是，对压电层420的极化不限于采用上述顺序，例如，步骤s240和步骤s250的顺序可以调换；或者，还可以先将基板410固定在导电托盘610中，然后在贴保护膜500。

可以理解，剥离层540可以省略，相应地，步骤s220省略，步骤s230为直接将保护膜500粘附在压电层420远离基板410的一侧上；离型层510也可以省略，相应地，步骤s240省略，此时，保护膜500包括聚酰亚胺膜520和粘结层530，保护膜500为多个，将保护膜500粘附在压电层420远离基板410的一侧上的步骤为：每相邻两列压电层420之间的间隙上设置一个保护膜500。

步骤s30：在极化处理后的压电层420上形成导电层，得到超声波生物识别装置。

具体地，在极化处理后的压电层420上形成导电层的方法是为丝网印刷；导电层为银层。

上述压电层420的极化方法在对压电层420极化处理之前，先在压电层420远离基板410的一侧上粘附包括聚酰亚胺膜520和粘结层530的保护膜500，且每相邻两列压电层420之间的间隙上均具有一个聚酰亚胺膜520，由于聚酰亚胺膜520的宽度大于相邻两列压电层420之间的间隙的宽度，且聚酰亚胺膜520与压电层420远离基板410的一侧的边缘通过粘结层530粘结固定，使得聚酰亚胺膜520和压电层420能够共同配合以完全遮盖电路层430，而在极化处理过程中又是在靠近压电层420粘附有聚酰亚胺膜520的一侧对压电层420进行电晕放电，同时，在极化的过程中基板410的电路层430又通过了导电托盘610和地线连接，从而有效地防止了基板410上的电路层430在极化过程被高压电击穿，且无需在压电层420上沉积电极层就能够实现压电层420的极化，操作更加简单。且通过电晕放电极化，即使在极化过程中压电层420存在缺陷或击穿点，也不会形成电流的主要通道，其它部位仍然能够达到极化的效果，从而能够有效地对压电层420进行极化，以使压电层420具有较好的压电性能。

由于上述超声波生物识别装置在制备过程中采用上述压电层420的极化方法对压电层420进行极化，能够使压电层420具有较好的压电性能，从而使得该制备方法得到的超声波生物识别装置具有较好的信号强度。

需要说明的是，上述压电层420的极化方法不限于用在制备超声波生物识别装置中，还可以用于极化其它需要在设有电路层430的基板410上极化压电层420。

以下为具体实施例部分：

实施例1

采用上述步骤20的压电层的极化方法同时对多个待极化件400的压电层420进行极化处理，其中，压电层420的材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物，聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为60:40，聚酰亚胺膜520的厚度为0.9毫米，极化采用的极化设备为美国areesystechnology公司电晕极化设备，金属网栅的电压为-2kv；电晕辊的电压为-6.5kv。

测试：

采用巨力科技有限公司的d33测试仪分别测试实施例1的其中五个极化后的待极化件400的压电层420的d33(压电系数)值，并将五个极化后的待极化件400分别记作样品1、样品2、样品3、样品4和样品5，通常超声波生物识别装置的压电层420的d33在20pc/n以上较好，具体测试为：测试每个样品的压电层420的6个不同位置的d33值，然后取平均值，该平均值即为每个样品的压电层420的d33值，其中，每个样品的压电层420的d33值见表1。

采用万用表测试上述五个样品的电路层430在极化前后的电阻见表1，以此判断聚酰亚胺膜520是否能够起到保护电路层430的作用，若压电层420极化后，电阻层430的电阻发生显著变大，则说明聚酰亚胺膜520被击穿。

表1为实施例1的五个样品的压电层420的d33值和极化前后样品的电阻层430的电阻值。

表1

从表1中可以看出，实施例1的五个样品的压电层420的d33值均在23.8pc/n以上，具有较好的压电性能；且五个样品的电阻层430的电阻值在极化前后几乎没有变化，该细微变化仅为测量误差，这说明采用步骤s20的压电层的极化方法能够保证电阻层430不被击穿的同时，得到具有较好压电性能的压电层420。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。