超声指纹装置和电子设备制造方法及图纸

本申请提供一种超声指纹装置和电子设备，超声指纹装置设置在电子设备的显示屏下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括超声指纹芯片、以及设置在超声指纹芯片上方的压电换能器；压电换能器包括上电极、下电极、以及位于上电极和下电极之间的压电层，下电极设置于超声指纹芯片的表面，上电极与超声指纹芯片下方的信号发射电路连接，信号发射电路用于产生激励信号并加载至上电极，以激发压电层向显示屏上方的手指发出超声波信号；所述超声指纹芯片为CMOS芯片，其包括信号接收电路，信号接收电路与下电极连接，以接收手指返回的超声波信号作用于压电层时在上电极和下电极之间产生的超声检测信号，所述超声检测信号用于获取手指的指纹图像。取手指的指纹图像。取手指的指纹图像。

【技术实现步骤摘要】
超声指纹装置和电子设备


[0001]本申请实施例涉及指纹识别领域，并且更具体地，涉及一种超声指纹装置和电子设备。

技术介绍

[0002]随着社会进步，手机已成为现代生活必不可少的电子设备之一。目前市场上的手机都具有一种或多种身份认证方式，包括数字密码、手势图形、面部识别、指纹识别等。其中，指纹识别由于其应用方便、识别速度快和稳定可靠等特点，已经成为大多数手机的标配。指纹识别也发展出不同的技术路线，包括电容指纹识别、光学指纹识别和超声指纹识别等。
[0003]由于超声具有较强的穿透能力，超声指纹识别不仅可以识别指纹的表层形貌，还可以识别到手指真皮层的信号，因此，超声指纹识别逐渐成为一种新的指纹识别方式。超声指纹装置通常包括压电换能器和超声指纹芯片，如何实现压电换能器和超声指纹芯片之间的集成，且使超声指纹芯片具有较高的电路灵敏度，成为需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种超声指纹装置和电子设备，能够实现压电换能器和超声指纹芯片之间的集成，且超声指纹芯片具有较高的电路灵敏度。
[0005]第一方面，提供了一种超声指纹装置，所述超声指纹装置设置在电子设备的显示屏下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括超声指纹芯片、以及设置在所述超声指纹芯片上方的压电换能器；
[0006]所述压电换能器包括上电极、下电极、以及位于所述上电极和所述下电极之间的压电层，所述下电极设置于所述超声指纹芯片的表面，所述上电极与所述超声指纹芯片下方的信号发射电路连接，所述信号发射电路用于产生激励信号并加载至所述上电极，以激发所述压电层向所述显示屏上方的手指发出超声波信号；
[0007]所述超声指纹芯片为CMOS芯片，所述超声指纹芯片包括信号接收电路，所述信号接收电路与所述下电极连接，以接收所述手指返回的超声波信号作用于所述压电层时在所述上电极和所述下电极之间产生的超声检测信号，所述超声检测信号用于获取所述手指的指纹图像。
[0008]本申请实施例采用压电层和CMOS芯片集成的方式形成超声指纹装置，既保留了压电层的制作成本低的有点，同时利用了CMOS的集成工艺，能够在CMOS上制作复杂的集成电路，以提高电路灵敏度，改善超声指纹识别的性能。
[0009]在一种实现方式中，所述信号发射电路包括第一开关和第二开关，所述上电极通过所述第一开关连接至交流电源，并通过所述第二开关连接至直流电源；所述信号接收电路包括与所述下电极连接的运算放大器、以及连接在所述下电极与参考电压之间或者所述下电极与地之间的第三开关。
[0010]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片还包括控制电路，所述激励信号的每个脉冲周期包括第一时段和第二时段，所述控制电路用于：在所述第一时段，控制所述第一开关和所述第三开关闭合，所述第二开关断开，以通过所述交流电源向所述上电极施加所述激励信号；在所述第二时段，控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第二开关闭合，以通过所述运算放大器从所述下电极接收的所述超声检测信号。
[0011]在一种实现方式中，所述下电极是由多个电极组成的电极阵列，所述多个电极分别连接至不同的所述运算放大器。
[0012]在一种实现方式中，所述下电极是由多个电极组成的电极阵列，所述多个电极为M组，其中每组包括N个电极，所述N个电极分别通过N个第四开关连接至同一个所述运算放大器，所述控制电路还用于：在所述第二时段，分时控制所述N个第四开关，以通过同一个所述运算放大器分时从所述N个电极接收所述超声检测信号。
[0013]在一种实现方式中，所述运算放大器包括正输入端、负输入端和输出端，所述信号接收电路还包括电容单元和重置开关，所述电容单元跨接在所述负输入端和所述输出端之间，所述重置开关与所述电容单元并联，所述负输入端用于连接所述下电极，所述正输入端用于连接参考电压。
[0014]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片还包括设置在其表面的屏蔽电极，所述屏蔽电极沿所述下电极的外围设置，所述屏蔽电极接地或者接固定电压。该屏蔽电极能够使下电极的边缘电场更均匀，降低边缘电场不均匀导致的下电极边缘区域的信号的发射和接收的灵敏度下降；并且，该屏蔽电极能够防止外部干扰信号通过下电极的边缘区域耦合至下电极，避免干扰信号影响接收灵敏度。
[0015]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片还包括设置在其表面的驱动走线，所述上电极从所述压电层的上表面引出至所述超声指纹芯片的表面，并通过所述驱动走线与引线的一端连接，所述引线的另一端连接至所述信号发射电路。
[0016]一方面，上电极材料的致密度很低，不能支持bonding工艺，通过在超声指纹芯片上设置驱动走线，便可以通过驱动走线将上电极引出至超声指纹芯片的表面。另一方面，由于采用CMOS芯片，便可以在芯片表面实现bonding工艺，以通过引线将驱动走线与信号发射电路之间进行连接。这样，就实现了上电极与信号发射电路之间的互联。
[0017]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片还包括覆盖在所述驱动走线上的钝化层，所述钝化层上设置有开窗，所述上电极从所述压电层的上表面延伸至所述开窗内，以连接所述驱动走线位于所述开窗内的部分。从而实现上电极与驱动走线之间的电连接。
[0018]在一种实现方式中，所述压电层的材料为聚偏二氟乙烯PVDF，或者所述压电层的材料为聚偏二氟乙烯－三氟乙烯共聚物PVDF
‑
TrFE。
[0019]在一种实现方式中，所述超声波信号的频率位于9MHz至14MHz。
[0020]在一种实现方式中，所述上电极是形成在所述压电层的上表面的银浆涂层，所述银浆涂层为银粉和胶水的混合物，所述上电极的声阻抗为5MRayl至10MRayl。
[0021]在一种实现方式中，所述上电极的厚度D1与所述超声波信号的波长λ之间的比值D1/λ，与所述超声波信号在所述上电极中的透过率负相关，D1＝λ
×
P＝(v/f)
×
P，其中，v是所述超声波信号在所述上电极中的传输速度，f是所述超声波信号的频率，P是与目标透过率对应的D1/λ的值。这样，便能够根据超声指纹检测所采用的超声波的频率和声速，有效地
确定上电极的最佳厚度D1，提高超声指纹装置的信号传输性能。
[0022]例如，所述上电极的厚度D1位于4um至8um之间。
[0023]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片的材料为硅，所述超声指纹芯片的声阻抗为14MRayl至20MRayl。
[0024]在一种实现方式中，所述超声指纹芯片的厚度D2＝λ/4+(λ/2)
×
k，λ为所述超声波信号的波长，k为0或者正整数。由于所述超声波信号在所述超声指纹芯片中传输的往返时间t＝2
×
D2/u，u为所述超声波信号在所述超声指纹芯片中的传输速度，当t＝T/2+T
×
k时，T为所述超声波信号的周期，背向超声波返回至超声指纹芯片的表面时，其振动初始相位与正弦超声波的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹装置设置在电子设备的显示屏下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括超声指纹芯片、以及设置在所述超声指纹芯片上方的压电换能器；所述压电换能器包括上电极、下电极、以及位于所述上电极和所述下电极之间的压电层，所述下电极设置于所述超声指纹芯片的表面，所述上电极与所述超声指纹芯片下方的信号发射电路连接，所述信号发射电路用于产生激励信号并加载至所述上电极，以激发所述压电层向所述显示屏上方的手指发出超声波信号；所述超声指纹芯片为互补金属氧化物半导体CMOS芯片，所述超声指纹芯片包括信号接收电路，所述信号接收电路与所述下电极连接，以接收所述手指返回的超声波信号作用于所述压电层时在所述上电极和所述下电极之间产生的超声检测信号，所述超声检测信号用于获取所述手指的指纹图像。2.根据权利要求1所述的超声指纹装置，其特征在于，所述信号发射电路包括第一开关和第二开关，所述上电极通过所述第一开关连接至交流电源，并通过所述第二开关连接至直流电源；所述信号接收电路包括与所述下电极连接的运算放大器、以及连接在所述下电极与参考电压之间或者所述下电极与地之间的第三开关。3.根据权利要求2所述的超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹芯片还包括控制电路，所述激励信号的每个脉冲周期包括第一时段和第二时段，所述控制电路用于：在所述第一时段，控制所述第一开关和所述第三开关闭合，所述第二开关断开，以通过所述交流电源向所述上电极施加所述激励信号；在所述第二时段，控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第二开关闭合，以通过所述运算放大器从所述下电极接收的所述超声检测信号。4.根据权利要求3所述的超声指纹装置，其特征在于，所述下电极是由多个电极组成的电极阵列，所述多个电极分别连接至不同的所述运算放大器。5.根据权利要求3所述的超声指纹装置，其特征在于，所述下电极是由多个电极组成的电极阵列，所述多个电极为M组，其中每组包括N个电极，所述N个电极分别通过N个第四开关连接至同一个所述运算放大器，所述控制电路还用于：在所述第二时段，分时控制所述N个第四开关，以通过同一个所述运算放大器分时从所述N个电极接收所述超声检测信号。6.根据权利要求2至5中任一项所述的超声指纹装置，其特征在于，所述运算放大器包括正输入端、负输入端和输出端，所述信号接收电路还包括电容单元和重置开关，所述电容单元跨接在所述负输入端和所述输出端之间，所述重置开关与所述电容单元并联，所述负输入端用于连接所述下电极，所述正输入端用于连接参考电压。7.根据权利要求1至5中任一项所述的超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹芯片还包括设置在其表面的屏蔽电极，所述屏蔽电极沿所述下电极的外围设置，所述屏蔽电极接地或者接固定电压。8.根据权利要求1至5中任一项所述的超声指纹装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜灿鸿，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：