超声换能器装置、声学生物计量成像系统以及制造方法制造方法及图纸

一种制造超声换能器装置的方法，包括：制造超声换能器面板；以及将超声换能器面板分割成超声换能器装置。制造超声换能器面板包括：提供第一载体；在第一载体上间隔地布置多个压电元件；在多个压电元件上涂敷介电材料以将多个压电元件中的每个压电元件嵌入该介电材料中，从而在第一载体上形成压电元件装置层；减薄压电元件装置层，从而得到多个压电元件中的每个压电元件的露出的第一侧；在压电元件装置层上形成第一电极层，第一电极层包括处于压电元件装置层中的每个压电元件的露出的第一侧上的第一换能器电极；以及将压电元件装置层与第一载体分开。

Ultrasonic transducer device, acoustic biometric imaging system and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声换能器装置、声学生物计量成像系统以及制造方法
本专利技术涉及用于在声学生物计量成像系统中使用的超声换能器装置以及制造这种超声换能器装置的方法。
技术介绍
生物计量系统被广泛地用作用于增加个人电子设备(例如移动电话等)的便利性和安全性的装置。特别地，指纹感测系统如今被包括在所有新发行的个人通信设备(例如移动电话)的大部分中。电容式指纹传感器由于其卓越的性能和相对低的成本而被用于所有生物计量系统的绝大多数中。在其他指纹感测技术中，超声感测还具有提供有利性能的潜力，例如从非常潮湿的手指获取指纹(或掌纹)图像的能力等。特别感兴趣的一类超声指纹系统是这样的系统，其中沿着由用户触摸的设备构件的表面传送声信号，并且基于接收到的声信号来确定指纹(掌纹)表示，该指纹(掌纹)表示是通过所传送的声信号与设备构件和用户皮肤间的界面之间的交互产生的。例如在US2017/0053151中总体上描述的这种超声指纹感测系统可以提供可控制的分辨率而且允许较大的感测区域，该感测区域可以是光学透明的，而且指纹感测系统的成本不必以感测区域为尺度。尽管这种超声指纹感测的一般原理是已知的，但是似乎还有待克服的挑战。例如，期望提供对适合于在这种超声指纹感测系统中使用的超声换能器装置的有成本效益的批量生产。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述和其他缺点，本专利技术的目的是提供对改进的超声换能器装置的有成本效益的批量生产。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种制造用于在声学生物计量成像系统中使用的超声换能器装置的方法，包括以下步骤：制造超声换能器面板；以及将超声换能器面板分割成超声换能器装置。制造超声换能器面板的步骤包括以下步骤：提供第一载体；在载体上间隔地布置多个压电元件；在该多个压电元件上涂敷介电材料以将多个压电元件中的每个压电元件嵌入该介电材料中，从而在第一载体上形成压电元件装置层；减薄压电元件装置层，从而得到多个压电元件中的每个压电元件的露出的第一侧；在压电元件装置层上形成第一电极层，该第一电极层包括在压电元件装置层中的每个压电元件的露出的第一侧上的第一换能器电极；以及将该压电元件装置层与第一载体分开。第一载体可以是适合于制造过程的任何载体，并且可以包括在所谓的晶圆级扇出过程中或者在面板生产过程(例如用于薄膜电子器件)中使用的任何载体。第一载体可以例如包括由临时接合膜(载带)覆盖的相对刚性基底。相对刚性基底可以由与特定制造过程兼容的任何材料制成，并且因此可以例如由硅、玻璃、聚合物或金属制成。如本领域技术人员所知，第一载体上的嵌有压电元件的介电材料可以是适合于特定制造过程的任何介电嵌入材料。因此，介电材料可以是例如可以以颗粒或液体形式提供的模制材料。替选地，可以以在布置于第一载体上的压电元件上层压的膜的形式提供介电材料。减薄步骤可以通过从压电元件装置层去除材料来进行，包括从每个压电元件以及从嵌有每个压电元件的介电材料中去除材料。各种本身公知的减薄方法包括研磨、抛光/磨光和蚀刻。可以使用任何合适的过程来形成第一电极层，例如通过例如溅射或CVD进行金属化。替选地，可以使用溅射或CVD来形成用于后续电镀的晶种层。应当注意，根据本专利技术的实施方式的方法的步骤可以不必以特定次序执行。例如，将超声换能器面板分割成超声换能器装置的步骤可以在将压电元件装置层与第一载体分开的步骤之前或之后执行。本专利技术基于这样的认识，即在压电元件被间隔地布置在临时载体上时，可以使用包括嵌入和减薄压电元件的过程来制造具有薄的且受机械保护的压电元件的超声换能器装置。因此，根据本专利技术的方法的实施方式适合于非常小且薄的超声换能器装置的低成本、高产量、大规模生产，尤其适合于指纹感测应用。由于是通过减薄过程得到每个压电元件的露出的第一侧，因此可以实现每个压电元件的第一侧的非常平滑的表面。这又使得能够使用非常薄的第一换能器电极来可靠地控制超声换能器装置的操作。使用薄的第一换能器电极可以允许改进超声换能器装置到设备构件的声耦合，这又可以允许使用相对高的声频，预计这将有利于感测精细特征(例如指纹特征)。在根据本专利技术的方法的各种实施方式中，制造超声换能器面板的步骤还可以包括以下步骤：将压电元件装置层和第一电极层夹在第一载体与第二载体之间；以及在将压电元件装置层与第一载体分开之后，在压电元件装置层上形成第二电极层，第二电极层包括在压电元件装置层中的每个压电元件的与第一侧相对的第二侧上的第二换能器电极。制造超声换能器面板的步骤还可以包括以下步骤：在将压电元件装置层与第一载体分开之后并且在形成第二电极层之前，减薄压电元件装置层。作为在超声换能器面板的两侧上进行处理的替选，可以在将压电元件附接至第一载体之前将其金属化，并且以金属化侧面向第一载体的形式将其布置在第一载体上。此外，可以有利地提供穿过压电元件层的多个导电通孔。这种导电通孔可以例如被提供为布置在第一载体上并且与压电元件一起嵌入的通孔部件。替选地，或结合地，可以通过形成穿过嵌有压电元件的介电材料的孔然后在孔中沉积导电材料(例如金属)来提供导电通孔。在实施方式中，可以有利地使用延伸穿过压电元件层的导电通孔来实现从超声换能器装置的一侧到压电元件的相对侧的电连接。为此，导电通孔可以导电地连接至超声换能器面板中的每个压电元件的换能器电极。预计从超声换能器元件的一侧电连接至每个超声换能器装置中所包括的压电元件的相对侧的可能有利于包括一个或数个超声换能器装置的声学生物计量成像系统的制造过程和制造绩效。例如，可以不需要在声耦合至超声换能器装置的压电元件的设备构件(例如盖玻璃)上形成导电图案并且将控制电路等导电地连接至该设备构件。这允许使用非导电粘合材料来将超声换能器装置附接并且声耦合至设备构件(例如盖玻璃)。这进而可以允许改进到设备构件的声耦合，尤其是在设备构件由玻璃制成的情况下。根据各种实施方式，此外，制造超声换能器面板的步骤还可以包括以下步骤：在形成第一电极层的步骤之后，形成间隔件结构，其保持第一换能器电极中的每个的至少一部分不被覆盖(不被该间隔件结构覆盖)。这种间隔件结构(其可以有利地是介电间隔件结构)可以在超声换能器装置中包括的压电元件与声耦合至超声换能器装置的压电元件的设备构件(例如盖玻璃)的表面之间提供均匀的距离。预计这特别有利于超声换能器装置包括多个压电元件(例如压电元件线性阵列)的实施方式。根据实施方式，可以通过以使得覆盖压电元件的边缘的介电材料在切割步骤之后保留的方式切断嵌有多个压电元件的介电材料来分割超声换能器面板。术语“切割”应当理解为一般地表示去除相邻压电元件之间的介电材料的任何方式，并且包括例如机械锯切或划线、激光切割、水射流切割和蚀刻等。通过以这种方式分割超声换能器面板，可以确保超声换能器装置中包括的压电元件的边缘得到保护，这可以使超声换能器装置更鲁棒，并且适合于标准的大量电子器件制造方法，例如所谓的取放(pick-and-place)。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于在声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造用于在声学生物计量成像系统中使用的超声换能器装置的方法，所述方法包括以下步骤：/n制造超声换能器面板；以及/n将所述超声换能器面板分割成所述超声换能器装置，/n其中，制造所述超声换能器面板的步骤包括以下步骤：/n提供第一载体；/n在所述第一载体上间隔地布置多个压电元件；/n在所述多个压电元件上涂敷介电材料以将所述多个压电元件中的每个压电元件嵌入所述介电材料中，从而在所述第一载体上形成压电元件装置层；/n减薄所述压电元件装置层，从而得到所述多个压电元件中的每个压电元件的露出的第一侧；/n在所述压电元件装置层上形成第一电极层，所述第一电极层包括第一换能器电极，所述第一换能器电极处于所述压电元件装置层中的每个压电元件的所述露出的第一侧上；以及/n将所述压电元件装置层与所述第一载体分开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 SE 1751184-11.一种制造用于在声学生物计量成像系统中使用的超声换能器装置的方法，所述方法包括以下步骤：
制造超声换能器面板；以及
将所述超声换能器面板分割成所述超声换能器装置，
其中，制造所述超声换能器面板的步骤包括以下步骤：
提供第一载体；
在所述第一载体上间隔地布置多个压电元件；
在所述多个压电元件上涂敷介电材料以将所述多个压电元件中的每个压电元件嵌入所述介电材料中，从而在所述第一载体上形成压电元件装置层；
减薄所述压电元件装置层，从而得到所述多个压电元件中的每个压电元件的露出的第一侧；
在所述压电元件装置层上形成第一电极层，所述第一电极层包括第一换能器电极，所述第一换能器电极处于所述压电元件装置层中的每个压电元件的所述露出的第一侧上；以及
将所述压电元件装置层与所述第一载体分开。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，制造所述超声换能器面板的步骤还包括以下步骤：
将所述压电元件装置层和所述第一电极层夹在所述第一载体与第二载体之间；以及
在将所述压电元件装置层与所述第一载体分开之后，在所述压电元件装置层上形成第二电极层，所述第二电极层包括第二换能器电极，所述第二换能器电极处于所述压电元件装置层中的每个压电元件的与所述第一侧相对的第二侧上。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，制造所述超声换能器面板的步骤还包括以下步骤：
在将所述压电元件装置层与所述第一载体分开之后并且在形成所述第二电极层之前，减薄所述压电元件装置层。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，制造所述超声换能器面板的步骤还包括以下步骤：
提供穿过所述压电元件层的多个导电通孔。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二电极层被形成为使得每个第二换能器电极导电地连接至所述多个导电通孔中的至少一个导电通孔。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，制造所述超声换能器面板的步骤还包括以下步骤：
提供穿过所述压电元件层的多个导电通孔。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一电极层被形成为使得每个第一换能器电极导电地连接至所述多个导电通孔中的至少一个导电通孔。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，制造所述超声换能器面板的步骤还包括以下步骤：
在形成所述第一电极层的步骤之后，形成间隔件结...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·伦达尔，汉娜·尼尔森，马丁·格里普，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE