超声换能器装置、声学生物识别成像系统及制造方法制造方法及图纸

用于声学生物识别成像系统的超声换能器装置，该超声换能器装置包括：第一压电元件，该第一压电元件具有第一面、与第一面相对的第二面、以及在第一面与第二面之间延伸的侧边缘；在第一压电元件的第一面上的第一换能器电极；在第一压电元件的第二面上的第二换能器电极；以及间隔件结构，该间隔件结构使第一压电元件的第一换能器电极的至少一部分不被覆盖。

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、声学生物识别成像系统及制造方法
本专利技术涉及在声学生物识别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
生物识别系统被广泛用作为用于增加个人电子设备(诸如移动电话等)的便利性和安全性的手段。特别地，现在在所有新发布的个人通信设备(诸如移动电话)中的大部分设备中包括有指纹感测系统。电容指纹传感器由于其出色的性能和相对低的成本而被用于绝大多数生物识别系统中。在其他指纹感测技术中，超声感测也具有提供有益性能的潜力，例如从非常潮湿的手指等获取指纹(或掌纹)图像的能力。一类特别令人关注的超声指纹系统是以下系统：其中，沿着用户要触摸的装置构件的表面传送声学信号，并且基于接收到的声学信号来确定指纹(掌纹)表示，该接收到的声学信号是由于装置构件与用户皮肤之间的界面和所传送的声学信号之间的相互作用而产生的。例如，在US2017/0053151中一般描述的这种超声指纹感测系统可以提供可控的分辨率，并且允许更大的感测区域，该感测区域可以是光学透明的，而且没有指纹感测系统必须与感测区域成比例缩放的成本。尽管这种超声指纹感测的一般原理是已知的，但是似乎仍然有挑战要克服。例如，期望提供对适于在这种超声指纹感测系统中使用的超声换能器装置的经济的批量生产。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷和其他缺陷，本专利技术的目的是提供对改进的超声换能器装置的经济的批量生产。因此，根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种制造在声学生物识别成像系统中使用的超声换能器装置的方法，该方法包括以下步骤：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；在载体上布置间隔开的多个压电元件；在载体上布置间隔开的多个集成电路；将介电材料涂敷在多个压电元件上和多个集成电路上，以将多个压电元件中的每个压电元件和多个集成电路中的每个集成电路嵌入该介电材料中，从而在第一载体上形成压电元件器件层；将压电元件器件层减薄，从而产生多个压电元件中的每个压电元件的暴露第一侧；在压电元件器件层上形成第一电极层，该第一电极层包括压电元件器件层中的每个压电元件的暴露第一侧上的第一换能器电极；以及将压电元件器件层与第一载体分开。第一载体可以是适用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工艺(fan-out)中或者在面板生产工艺(诸如用于薄膜电子装置)中使用的任何载体。第一载体可以例如包括被临时粘结膜(载带)覆盖的相对刚性的基底。相对刚性的基底可以由与特定制造工艺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，在第一载体上嵌有压电元件的介电材料可以是适用于特定制造工艺的任何介电嵌入材料。因此，介电材料可以是成型材料，该成型材料可以例如以颗粒形式或液体形式来提供。可替选地，介电材料可以以膜的形式来提供，其中该膜被层压在第一载体上所布置的压电元件上。减薄步骤可以通过从压电元件器件层中去除材料来执行，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。本身公知的各种减薄方法包括研磨、抛光/精研、和蚀刻。可以使用任何合适的工艺来形成第一电极层，诸如通过例如溅射或CVD的金属化来形成第一电极层。可替选地，溅射或CVD可以用于形成用于后续电镀的种子层。应当注意，根据本专利技术的实施方式的方法的步骤可能不一定需要以特定顺序执行。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器件层与第一载体分开的步骤之前或之后执行。本专利技术基于以下认识：当压电元件和集成电路被间隔布置在临时载体上时，可以使用包括嵌入压电元件和减薄压电元件的工艺来制造以下超声换能器装置：该超声换能器装置具有薄且机械上受保护的压电元件以及用于与压电元件相互作用的集成电路。因此，根据本专利技术的方法的实施方式适用于非常小且薄的超声换能器装置的廉价、高产、批量的生产，特别地适用于指纹感测应用。由于每个压电元件的暴露第一侧是由减薄工艺产生的，因此可以实现每个压电元件的第一侧的非常精细的表面结构。这进而使得能够使用非常薄的第一换能器电极以用于可靠地控制超声换能器装置的操作。薄的第一换能器电极的使用可以使得实现超声换能器装置与装置构件的改善的声学耦合，这继而可以允许使用相对高的声学频率，预计这对于感测诸如指纹特征的精细特征是有利的。此外，集成电路可以布置为靠近其相关联的压电元件，以减小压电元件或压电元件组之间的串扰的风险，其中该集成电路可以例如是用于至少一个压电元件的高压超声驱动器和/或用于感测和放大至少一个压电元件提供的电信号的感测电路。在实施方式中，可以有利地以下述方式减薄压电元件器件层：在将压电元件器件层减薄的步骤之后，多个集成电路中的每个集成电路完全嵌入在介电材料中。换句话说，除了面向临时第一载体的一侧之外，每个集成电路的所有侧都可以被介电材料覆盖。这为每个超声换能器装置中的集成电路提供了电气保护和机械保护。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：将压电元件器件层和第一电极层夹在第一载体与第二载体之间；在将压电元件器件层与第一载体分开之后，在压电元件器件层上形成第二电极层，第二电极层包括压电元件器件层中的每个压电元件的第二侧上的第二换能器电极，该第二侧与第一侧相对。制造超声换能器面板的步骤还可以包括以下步骤：在将压电元件器件层与第一载体分开之后并且在形成第二电极层之前，将压电元件器件层减薄。作为在超声换能器面板的两侧上进行处理的替选方案，压电元件可以在附接至第一载体之前被金属化，并且被布置在第一载体上同时金属化的一侧面向第一载体。在实施方式中，第二电极层可以被构造成将多个压电元件中的至少一个压电元件的第二换能器电极与多个集成电路中的至少一个集成电路电连接；并且可以以下述方式将所述超声换能器面板分割成超声换能器装置：每个超声换能器装置包括至少第一压电元件和至少第一集成电路，该第一压电元件的第二换能器电极与第一集成电路电连接。此外，根据各种实施方式，可以以下述方式将超声换能器面板分割成超声换能器装置：每个超声换能器装置至少包括第一压电元件和第二压电元件。因此，超声换能器装置变为超声换能器阵列，这可以便于包括一个或若干个这种超声换能器阵列的电子装置的组装。有利地，可以以形成细长的超声换能器阵列的方式来分割超声换能器面板，该超声换能器阵列可以包括若干个压电元件，诸如至少5个压电元件或至少10个压电元件。此外，有利地，每个超声换能器阵列可以包括至少一个集成电路，该集成电路用于与压电元件中的一个或若干个相互作用(驱动压电元件或接收/放大来自压电元件的信号)，并且在超声换能器阵列中包括这种集成电路靠近压电元件或要进行相互作用的元件可以减小超声换能器阵列内的串扰的风险，和/或包括超声换能器阵列的电子装置中其他电路的电气干扰的风险。根据各种实施方式，制造超声换能器面板的步骤还可以包括以下步骤：在形成第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造在声学生物识别成像系统中使用的超声换能器装置的方法，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在所述载体上布置间隔开的多个压电元件；/n在所述载体上布置间隔开的多个集成电路；/n将介电材料涂敷在所述多个压电元件上和所述多个集成电路上，以将所述多个压电元件中的每个压电元件和所述多个集成电路中的每个集成电路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器件层；/n将所述压电元件器件层减薄，从而产生所述多个压电元件中的每个压电元件的暴露第一侧；/n在所述压电元件器件层上形成第一电极层，所述第一电极层包括所述压电元件器件层中的每个压电元件的暴露第一侧上的第一换能器电极；以及/n将所述压电元件器件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 1751185-81.一种制造在声学生物识别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；
在所述载体上布置间隔开的多个压电元件；
在所述载体上布置间隔开的多个集成电路；
将介电材料涂敷在所述多个压电元件上和所述多个集成电路上，以将所述多个压电元件中的每个压电元件和所述多个集成电路中的每个集成电路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器件层；
将所述压电元件器件层减薄，从而产生所述多个压电元件中的每个压电元件的暴露第一侧；
在所述压电元件器件层上形成第一电极层，所述第一电极层包括所述压电元件器件层中的每个压电元件的暴露第一侧上的第一换能器电极；以及
将所述压电元件器件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，以下述方式将所述压电元件器件层减薄：在将所述压电元件器件层减薄的步骤之后，所述多个集成电路中的每个集成电路完全嵌入在所述介电材料中。


3.根据权利要求1或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：
将所述压电元件器件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
在将所述压电元件器件层与所述第一载体分开之后，在所述压电元件器件层上形成第二电极层，所述第二电极层包括在所述压电元件器件层中的每个压电元件的第二侧上的第二换能器电极，所述第二侧与所述第一侧相对。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二电极层被构造成将所述多个压电元件中的至少一个压电元件的第二换能器电极与所述多个集成电路中的至少一个集成电路电连接；以及
以下述方式将所述超声换能器面板分割成所述超声换能器装置：每个超声换能器装置包括至少第一压电元件和至少第一集成电路，所述第一压电元件的第二换能器电极与所述第一集成电路电连接。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以下述方式将所述超声换能器面板分割成所述超声换能器装置：每个超声换能器装置包括至少第一压电元件和第二压电元件。


6.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，形成间隔件结构，所述间隔件结构使所述第一换能器电极中的每一个的至少一部分不被覆盖。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述间隔件结构被形成为限定支承平面，所述支承平面与所述压电元件器件层中的每个压电元件的第一换能器电极所限定的换能器电极平面平行并且间隔开。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，...

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