本發(fā)明涉及指紋傳感器技術(shù)，特別涉及一種超聲波指紋傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的超聲波傳感器包括壓電柱陣列，每個壓電柱對應(yīng)超聲波指紋傳感器的一個像素，通過每個壓電柱激發(fā)超聲波及檢測反射的超聲波可以檢測指紋對應(yīng)像素的像素值，從而最終實現(xiàn)指紋識別?，F(xiàn)有的壓電柱需要通過微機電系統(tǒng)加工得到，設(shè)備成本高且工藝復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)品成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提供一種超聲波指紋傳感器及其制造方法。

一種超聲波指紋傳感器的制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

在絕緣基底上蝕刻出呈陣列排布的多個通孔以形成框架；及

填充壓電材料到所述通孔以形成與所述多個通孔對應(yīng)的多個壓電柱。

在某些實施方式中，所述制造方法包括以下至少一個步驟：

在所述框架下方形成多條發(fā)射極線，每條發(fā)射極線與對應(yīng)一行所述壓電柱連接；及

在所述框架上方形成多條接收極線，每條接收極線與對應(yīng)一列所述壓電柱連接。

在某些實施方式中，所述制造方法包括以下至少一個步驟：

形成覆蓋所述接收極線的上保護層；及

形成覆蓋所述發(fā)射極線的下保護層。

在某些實施方式中，所述制造方法包括：

形成貫穿所述框架的多根導(dǎo)線，每根所述導(dǎo)線與對應(yīng)一條所述接收極線連接；及

在所述框架下方形成多個接收電極，每個所述接收電極與對應(yīng)一根所述導(dǎo)線連接。

在某些實施方式中，所述制造方法包括：

在所述框架下方形成多個發(fā)射電極，每個所述發(fā)射電極與對應(yīng)一根所述發(fā)射極線連接。

一種超聲波指紋傳感器，所述超聲波指紋傳感器包括：

框架，所述框架包括絕緣基底，所述絕緣基底蝕刻形成有呈陣列排布的多個通孔；及

與所述多個通孔對應(yīng)的多個壓電柱，所述壓電柱通過填充壓電材料到所述通孔形成。

在某些實施方式中，所述絕緣基底的材料包括二氧化硅。

在某些實施方式中，所述通孔的橫截面包括矩形、圓形或三角形。

在某些實施方式中，所述通孔沿第一方向排成多行并且沿第二方向排成多列，所述第一方向與所述第二方向之間的夾角為直角或銳角。

在某些實施方式中，相鄰兩個所述通孔之間的距離小于50微米。

在某些實施方式中，所述框架的高度為70-80微米。

在某些實施方式中，所述壓電材料包括壓電陶瓷。

在某些實施方式中，所述壓電柱的兩端與所述框架的兩個表面平齊。

在某些實施方式中，所述超聲波指紋傳感器包括：

形成在所述框架下方的多條發(fā)射極線，每條發(fā)射極線與對應(yīng)一行所述壓電柱連接；及/或

形成在所述框架上方的多條接收極線，每條接收極線與對應(yīng)一列所述壓電柱連接。

在某些實施方式中，所述發(fā)射極線及/或所述接收極線包括銀材料。

在某些實施方式中，所述發(fā)射極線及/或所述接收極線的厚度為2.5微米。

在某些實施方式中，所述超聲波指紋傳感器包括：

覆蓋所述接收極線的上保護層；及/或

覆蓋所述發(fā)射極線的下保護層。

在某些實施方式中，所述上保護層及/或所述下保護層包括綠漆及二氧化硅。

在某些實施方式中，所述上保護層及/或所述下保護層的厚度為5微米左右。

在某些實施方式中，所述超聲波指紋傳感器包括：

貫穿所述框架的多根導(dǎo)線，每根所述導(dǎo)線與對應(yīng)一條所述接收極線連接；及

形成在所述框架下方的多個接收電極，每個所述接收電極與對應(yīng)一根所述導(dǎo)線連接。

在某些實施方式中，所述超聲波指紋傳感器包括：

形成在所述框架下方的多個發(fā)射電極，每個所述發(fā)射電極與對應(yīng)一根所述發(fā)射極線連接。

本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器及其制造方法，利用蝕刻方式在絕緣基底上形成框架，再在框架中填充壓電材料形成壓電柱，從而形成超聲波指紋傳感器。由于蝕刻的設(shè)備成本低且工藝簡單，因此可以降低超聲波指紋傳感器的成本。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的制造工藝示意圖。

圖3是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的壓電柱俯視示意圖。

圖4是本發(fā)明另一個實施方式的框架俯視示意圖。

圖5是本發(fā)明又一個實施方式的框架俯視示意圖。

圖6是本發(fā)明另一個實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法的流程示意圖。

圖7是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的另一個制造工藝示意圖。

圖8是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的又一個制造工藝示意圖。

圖9是本發(fā)明又一個實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法的流程示意圖。

圖10是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的又一個制造工藝示意圖。

圖11是本發(fā)明又一個實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法的流程示意圖。

圖12是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的又一個制造工藝示意圖。

圖13是本發(fā)明又一個實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法的流程示意圖。

圖14是本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的又一個制造工藝示意圖。

主要元件符號說明：

超聲波指紋傳感器10、框架12、絕緣基底122、通孔124、壓電柱14、發(fā)射極線16、接收極線18、下保護層11、上保護層13、發(fā)射電極15、導(dǎo)線17、接收電極19。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的實施方式在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接或可以相互通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的應(yīng)用和/或其他材料的使用。

請參閱圖1，本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器的制造方法包括以下步驟：

S10：在絕緣基底上蝕刻出呈陣列排布的多個通孔以形成框架；及

S20：填充壓電材料到通孔以形成與多個通孔對應(yīng)的多個壓電柱。

請參閱圖2和圖3，超聲波指紋傳感器10包括框架12及多個壓電柱14?？蚣?2包括絕緣基底122，絕緣基底122蝕刻形成有呈陣列排布的多個通孔124。壓電柱14通過填充壓電材料到通孔124形成。

本發(fā)明實施方式的制造方法可用于制造本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器10。

本發(fā)明實施方式的超聲波指紋傳感器10及其制造方法，利用蝕刻方式在絕緣基底122上形成框架12，再在框架12中填充壓電材料形成壓電柱124，從而形成超聲波指紋傳感器10。由于蝕刻的設(shè)備成本低且工藝簡單，因此可以降低超聲波指紋傳感器10的成本。

在某些實施方式中，絕緣基底122采用二氧化硅。

二氧化硅是半導(dǎo)體材料，適用于半導(dǎo)體制造技術(shù)中的蝕刻工藝，使得超聲波指紋傳感器的制造方法與半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，有利于進一步降低成本。

可以理解，絕緣基底122還可以是其他同時具有非導(dǎo)電性及非壓電性的材料，在此不做限制。例如，絕緣基底122可以是黑膠材料，例如，黑膠環(huán)氧樹脂。黑膠環(huán)氧樹脂為絕緣材料，具有良好的耐溫耐溶性，并且固化后表面光亮，粘接能力強。如此，通過黑膠材料可以使得多個壓電柱14之間良好的粘連。

請參閱圖4，在某些實施方式中，通孔124的橫截面可以是矩形、圓形、三角形或其他多邊形。

采用規(guī)則幾何圖形，易于設(shè)計及制造。

可以理解，由于壓電柱14通過在瞳孔12內(nèi)填充壓電材料制成，因此，壓電柱14的橫截面對應(yīng)通孔12的橫截面。也即是，壓電柱14也可以包括有矩形、圓形、三角形或其他多邊形。

工作時，壓電柱14形成的超聲波是沿多個方向發(fā)出的，包括縱向波、側(cè)向波?？v向波是超聲波指紋傳感器10利用的有效波，側(cè)向波是產(chǎn)生噪聲干擾的干擾波。超聲波的側(cè)向波碰到不同壓電柱14的切面形成的反饋訊號大小不同，所以產(chǎn)生的噪聲大小也不同。根據(jù)應(yīng)用情況，如某種規(guī)格的傳感器，選擇相對應(yīng)形狀的壓電柱14，可以降低超聲波的側(cè)向噪聲。

請參閱圖5，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器10中的多個通孔124沿第一方向排成多行并且沿第二方向排成多列，第一方向與第二方向之間的夾角為直角。

也即是說，通孔124呈正矩陣排列，排列規(guī)則，易于設(shè)計與制造。

在某些實施方式中，第一方向與第二方向之間的夾角為銳角。

也即是說，通孔124呈斜矩陣排列，又或者說，不同行的通孔124錯位排列。如此，可以通過壓縮行距利用同行相鄰兩個通孔124之間的空間布置相鄰一行的通孔124，也即是說，相鄰兩行通孔124之間的距離小于同行相鄰兩個通孔124之間的距離，從而提高空間利用率，增加通孔124的密度。

在某些實施方式中，相鄰兩個通孔124之間距離小于50微米。

如此，可以使超聲波指紋傳感器10的采樣分辨率的大于508DPI(Dots per Inch，每英寸所打印的點數(shù))。當(dāng)間隙大于50微米時，采樣分辨率將會降低。

在某些實施方式中，框架12的高度為70-80微米。

可以理解，壓電柱14與通孔124對應(yīng)是指壓電柱14的形狀及尺寸與通孔124基本相同。由于是通過在通孔124內(nèi)填充壓電材料制成，因此，壓電柱14的形狀與通孔124的形狀相同，尺寸也相同。

因此，對應(yīng)的，壓電柱14的厚度也為70-80微米。超聲波指紋傳感器10的振動頻率與壓電柱14的厚度成反比，厚度為70-80微米的壓電柱14所發(fā)出的聲波屬于超聲波并且對人體無損。當(dāng)然，對于不同的設(shè)計需求，壓電柱14的厚度也可以進行對應(yīng)的改變。

在某些實施方式中，壓電材料包括壓電陶瓷。

如此，利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)接收超聲波，逆壓電效應(yīng)發(fā)射超聲波。壓電陶瓷具有穩(wěn)定的溫度性、優(yōu)異的電性能以及振動穩(wěn)定性能；同時，壓電陶瓷的制備工藝簡單，原材料容易獲得且價格低廉。利用壓電陶瓷作為壓電材料，可確保超聲波指紋傳感器10壓電柱14的穩(wěn)定性，也可降低制造成本。

在某些實施方式中，壓電柱14的兩端與框架12的兩個平面平齊。

具體的，在填充壓電材料時可以在平整的基板(圖未示)上進行，一般還需要對壓電材料進行擠壓，可以采用平整的壓板進行擠壓，如此，可以使得壓電柱14的兩端與框架12的兩個平面平行。當(dāng)然，還可以填充后進行研磨等工藝，進一步保證壓電柱14的兩端與框架12的兩個平面的平整度。如此，有利于在后續(xù)的布線等工藝。

請參閱圖6，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器的制造方法包括以下至少一個步驟：

S30：形成在框架下方的多條發(fā)射極線，每條發(fā)射極線與對應(yīng)一行壓電柱連接；及

S40：形成在框架上方的多條接收極線，每條接收極線與對應(yīng)一列壓電柱連接。

請參閱圖7和圖8，在某些實施方式中，當(dāng)壓電柱14呈m*n的矩陣陣列時，每一列壓電柱14上表面形成一條接收極線18，也即是說，在框架12上方將形成n條接收極線18。而每一行壓電柱14下表面形成一條發(fā)射極線16，也即是說，在框架12下方形成m條發(fā)射極線16。

需要說明的是，發(fā)射極線16與接收極線18需要交叉設(shè)置，也即是說，發(fā)射極線16與接收極線18不能平行設(shè)置。在某些實施方式中，例如采用如圖2的通孔124時，發(fā)射極線16與接收極線18呈直角設(shè)置；采用圖5的通孔124時，發(fā)射極線16與接收極線18呈銳角設(shè)置。

如此設(shè)置，發(fā)射極線16與接收極線18相互交叉且與一個壓電柱14對應(yīng)，作為超聲波指紋傳感器10的一個像素，可以檢測接近壓電柱14或與壓電柱14接觸的物體的輪廓。

工作時，手指按壓在超聲波指紋傳感器10上，對一個發(fā)射電極及接收電極19施加高頻交流電壓，其中，接收電極19接地，對應(yīng)的壓電柱12發(fā)生高頻波動形變，并將電能轉(zhuǎn)化為機械能，發(fā)射出超聲波。然后，發(fā)射電極15接地，接收電極19接信號讀出裝置(圖未示)，超聲波經(jīng)由手指反射后，返回壓電層10，壓電柱12會將機械能轉(zhuǎn)化為電能，在壓電柱12兩端形成電壓，即接收電極19的電壓。從而，超聲波指紋傳感器100可以讀出電壓識別手指對應(yīng)一點的深度。

在某些實施方式中，發(fā)射極線16及/或接收極線18包括銀材料。

在某些實施方式中，發(fā)射極線16及接收極線18可采用濺鍍工藝形成。

濺鍍工藝利用電子或高能激光轟擊靶材，并使靶材表面組分以原子團或離子形式濺射出來，并最終沉淀在基片表面，經(jīng)歷成膜過程，最終形成薄膜。

在某些實施方式中，選用銀作為靶材，通過濺鍍工藝形成位于框架12上方的接收極線18及位于框架下方的發(fā)射極線16。

在某些實施方式中，發(fā)射極線16及/或接收極線18的厚度為2.5微米。

如此，可使得接收極線18及發(fā)射極線16的厚度滿足工藝需求以保證良好的電性能。

請參閱圖9，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器的制造方法包括以下至少一個步驟：

S50：形成覆蓋所接收極線的上保護層；及

S60：形成覆蓋所發(fā)射極線的下保護層。

請參閱圖10，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器10包括：覆蓋接收極線18的上保護層13及/或覆蓋發(fā)射極線16的下保護層11。

如此，保護層的設(shè)計將可以對極線起到保護作用，進而保證超聲波指紋傳感器10的電性能。

在某些實施方式中，上保護層13及/或下保護層11包括綠漆及二氧化硅。

需要說明的是，由于在后續(xù)封裝制程中，需通過接點將超聲波指紋傳感器10與電路板上相應(yīng)的接點進行電連接，因此保護層應(yīng)當(dāng)避讓發(fā)射電極15及接收電極19設(shè)置。

在某些實施方式中，上保護層13及/或下保護層11的厚度為5微米左右。

請參閱圖11，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器的制造方法包括以下至少一個步驟：

S70：形成貫穿框架的多根導(dǎo)線，每根導(dǎo)線與對應(yīng)一條接收極線連接；及

S80：在框架下方形成多個接收電極，每個接收電極與對應(yīng)一根導(dǎo)線連接。

請參閱圖12，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器10包括：

貫穿框架12的多根導(dǎo)線17，每根導(dǎo)線17與對應(yīng)一條接收極線18連接；及

形成在框架12下方的多個接收電極19，每個接收電極19與對應(yīng)一根導(dǎo)線17連接。

需要說明的是，由于接收極線18僅需一側(cè)出線，或者說每根接收極線18僅需選擇一端作為接點，因此在制作導(dǎo)線17的過程中，可根據(jù)實際設(shè)計的接點位置選擇進行穿孔的壓電柱14，例如，可以在矩陣陣列相對的兩側(cè)選擇穿孔，當(dāng)然也可以將穿孔全部置于一側(cè)。

在某些實施方式中，導(dǎo)線17采用電鍍銀工藝制作，如此可將位于框架12上方的接收極線18通過導(dǎo)線17導(dǎo)通至框架12的下方，并在穿孔的壓電柱14下方形成接收電極18。

需要說明的是，在形成穿孔的一行或兩行壓電柱14下方將不再設(shè)置發(fā)射極線16，以防止極線間相接而造成短路。

請參閱圖13，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器的制造方法包括以下步驟：

S90：在所框架下方形成多個發(fā)射電極，每個發(fā)射電極與對應(yīng)一根發(fā)射極線連接。

請參閱圖14，在某些實施方式中，超聲波指紋傳感器10包括：

形成在框架12下方的多個發(fā)射電極15，每個發(fā)射電極15與對應(yīng)一根發(fā)射極線16連接。

與接收極線18類似，發(fā)射極線16也僅需要一側(cè)出線，因此可選擇發(fā)射極線16的任一端作為發(fā)射電極15。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施方式”、“一些實施方式”、“示意性實施方式”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合所述實施方式或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結(jié)合。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施方式，可以理解的是，上述實施方式是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施方式進行變化、修改、替換和變型。