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CN107172812B - 超声波传感器组件及制造方法 - Google Patents

超声波传感器组件及制造方法 Download PDF

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CN107172812B
CN107172812B CN201710570888.6A CN201710570888A CN107172812B CN 107172812 B CN107172812 B CN 107172812B CN 201710570888 A CN201710570888 A CN 201710570888A CN 107172812 B CN107172812 B CN 107172812B
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Abstract

本申请公开了超声波传感器组件及其制造方法。所述超声波传感器组件，包括：金属基板；柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第二表面固定在所述金属基板上；以及芯片，所述芯片固定在所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器和所述电路层分别经由键合线连接至所述第一焊盘。该超声波传感器组件采用键合线实现与柔性电路板的电连接，从而省去各向异性导电胶，以减小组件体积和提高封装效率。

Description

超声波传感器组件及制造方法
技术领域
本发明涉及生物特征传感器，更具体地，涉及超声波传感器组件及制造方法。
背景技术
生物特征识别是用于区分不同生物特征的技术，包括指纹、掌纹、脸部、DNA、声音等识别技术。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路，纹路有规律的排列形成不同的纹型。指纹识别指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴定。由于具有终身不变性、唯一性和方便性，指纹识别的应用越来越广泛。
在指纹识别中，采用传感器获取指纹图像信息。根据工作原理的不同，指纹传感器可以分为光学、电容、压力、超声传感器。超声波传感器是第三代指纹传感器，其中利用压电材料的逆压电效应产生超声波。在超声波接触到指纹时，在指纹的嵴、峪中表现出不同的反射率和透射率。通过扫描一定面积内的超声波束信号即可读取指纹信息。超声波传感器产生的超声波可以能够穿透由玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或者塑料制成的手机外壳进行扫描，从而将超声波传感器设置在手机外壳内。超声波传感器内置可以减少其占用的表面积，在手机表面上允许安装更大尺寸的显示屏，因而可以提高手机的屏占比。
图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图。该超声波传感器组件100包括依次堆叠的芯片110、柔性电路板120和金属基板130。该芯片110依次包括反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113。超声波发生器113采用各向异性导电胶121连接至柔性电路板120，柔性电路板120采用粘合剂131固定在金属基板130上。该超声波传感器组件100中的电路层112例如是薄膜晶体管阵列基板，包括形成在玻璃基板上的多个薄膜晶体管。反射信号接收层111与电路层112相连接，从而可以选择性地获取相应的像素单元的超声波反射信号。电路层112包括焊盘114，例如采用各向异性导电胶连接至柔性电路板120。进一步地，电路层112和超声波发生器113经由柔性电路板120与外部电路电连接。
在上述的超声波传感器组件中，柔性电路板120的两个相对表面分别粘接于超声波发生器113和金属基板130，由于使用各向导性导电胶进行机械固定和电连接，因此导致超声波传感器组件的体积大且组装效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供超声波传感器组件及制造方法，其中，采用键合线将芯片连接至柔性电路板以减小组件体积和提高封装效率。
根据本发明的一方面，提供一种超声波传感器组件，包括：金属基板；柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第二表面固定在所述金属基板上；以及芯片，所述芯片固定在所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器和所述电路层分别经由键合线连接至所述第一焊盘。
优选地，所述柔性电路板的第一表面和第二表面分别采用第一粘合剂和第二粘合剂粘结在所述芯片和所述金属基板上。
优选地，所述第一粘合剂和所述第二粘合剂仅用于提供机械固定。
优选地，所述柔性电路板的第一表面包括位于不同位置的第一区域和第二区域，其中，所述柔性电路板的第一表面的所述第一区域用于粘结所述芯片，所述第二区域包括所述第一焊盘，作为焊接区。
优选地，所述超声波发生器包括与所述电路层邻接的第三表面，所述超声波发生器的第三表面包括第二布线和第二焊盘，其中，所述超声波发生器的第二焊盘经由键合线连接至所述柔性电路板的第一焊盘。
优选地，还包括：第一封装料，至少部分覆盖所述键合线和所述超声波发生器的侧边。
优选地，所述金属基板为L形，包括横向延伸的第一部分和纵向延伸的第二部分，所述第二部分与所述超声波发生器的所述侧边一起形成容纳所述键合线和所述第一封装料的至少一部分的空间。
优选地，所述金属基板的第二部分的高度达到所述超声波发生器的厚度的五分之一至二分之一的位置。
优选地，还包括：位于所述电路层上的反射信号接收层。
优选地，所述电路层包括玻璃基板和位于所述玻璃基板上的多个薄膜晶体管，其中，所述超声波发生器包括多个像素单元，所述多个薄膜晶体管用于选择性地获取所述多个像素单元的超声波反射信号。
根据本发明的另一方面，提供一种制造超声波传感器组件的方法，包括：形成芯片，所述芯片包括依次堆叠的超声波发生器和电路层；在金属基板上固定柔性电路板；在柔性电路板上固定芯片；以及将所述芯片与柔性电路板相连接，其中，所述柔性电路板包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，所述超声波发生器和所述电路层分别经由键合线连接至所述第一焊盘。
优选地，将所述芯片与柔性电路板相连接，包括采用第一粘合剂将所述柔性电路板的第一表面粘结在所述芯片上。
优选地，还包括，采用第二粘合剂将所述柔性电路板的第二表面粘结在金属基板上。
优选地，所述第一粘合剂和所述第二粘合剂仅用于提供机械固定。
优选地，所述柔性电路板的第一表面包括位于不同位置的第一区域和第二区域，其中，所述柔性电路板的第一表面的所述第一区域用于粘结所述芯片，所述第二区域包括所述第一焊盘，作为焊接区。
优选地，还包括，采用键合线将所述超声波发生器连接至所述第一焊盘。
优选地，还包括，采用第一封装料至少部分覆盖所述键合线和所述超声波发生器的侧边。
优选地，所述金属基板为L形，包括横向延伸的第一部分和纵向延伸的第二部分，所述第二部分与所述超声波发生器的所述侧边一起形成容纳所述键合线和所述第一封装料的至少一部分的空间。
根据本发明实施例的超声波传感器组件及其制造方法，其中，采用键合线芯片中的超声波发生器和电路层连接至到柔性电路板上的焊盘。在柔性电路板的两个表面上使用的粘合剂仅仅需要提供机械固定作用，而不需要提供电连接作用。柔性电路板进一步实现外部电路电连接，例如外部的信号驱动电路或信号处理电路。因此，该组件可以在柔性电路板的表面上使用普通粘合剂，无需使用各向异性导电胶，从而减小组件体积和提高封装效率。
在优选的实施例中，柔性电路板固定在L形的金属基板上。金属基板的纵向延伸部分与超声波发生器的侧边之间限定焊接区的空间，用于至少部分容纳键合线和封装料。该空间可以减小柔性电路板的第一表面上的焊接区的横向尺寸，并且可以减少封装料的使用量和为键合线提供附加的机械保护作用，从而进一步减小组件体积，以及提供组件的可靠性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据现有技术的超声波传感器组件的截面示意图；
图2示出根据本发明第一实施例的超声波传感器组件的示意性截面图；
图3a至3e示出根据本发明第二实施例的超声波传感器组件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图2示出根据本发明第一实施例的超声波传感器组件的示意性截面图。该超声波传感器组件300包括依次堆叠的芯片110、柔性电路板120和金属基板130。
芯片110依次包括依次堆叠的反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113。超声波发生器113采用粘合剂122连接至柔性电路板120，柔性电路板120采用粘合剂131固定在金属基板130上。该超声波传感器组件300中的电路层112例如是薄膜晶体管阵列基板，包括形成在玻璃基板上的多个薄膜晶体管，用于选择性地获取相应的像素单元的超声波反射信号。
超声波发生器113包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面邻接电路层112，第二表面邻接柔性电路板120。在超声波发生器113的第一表面上形成布线和焊盘，例如，焊盘114。该超声波发生器113的第一表面的不同区域用于连接电路层112和形成焊盘114，从而可以使得焊盘114暴露用于键合。
进一步地，电路层112经由布线与超声波发生器113的焊盘114相连接，经由键合线132连接到柔性电路板120。键合线132可以是金线、合金线或者铜线。在该实施例中，电路层112和超声波发生器113均可经由超声波发生器113表面的焊盘114以及键合线132与柔性电路板120电连接。
该柔性电路板120提供电路层112和超声波发生器113与外部电路之间的连接。柔性电路板120包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面邻接超声波发生器113，第二表面邻接金属基板130。在柔性电路板120的第一表面上形成布线和焊盘。该柔性电路板120的第一表面的不同区域用于连接超声波发生器113和形成焊盘，从而可以使得焊盘暴露用于键合。该键合线132经由超声波发生器113的侧边，从超声波发生器113的第一表面上的焊盘114延伸至柔性电路板120的第一表面上的焊盘。然后，采用封装料123覆盖超声波发生器113的侧边，至少部分覆盖焊盘114和键合线132，从而固定和保护键合线132。
优选地，金属基板130为L形，包括横向延伸的第一部分130a和纵向延伸的第二部分130b。该第二部分130b的延伸方向例如与超声波发生器113的侧边平行，从而与超声波发生器113的侧边之间限定焊接区的空间，用于至少部分容纳键合线132和封装料123。该空间可以减小柔性电路板120的第一表面上的焊接区的横向尺寸，并且可以减少封装料123的使用量和改善键合线123的机械保护作用。优选地，第二部分130b的高度达到超声波发生器113从第二表面计算的厚度的五分之一至二分之一。
在该实施例中，采用键合线132替代各向异性导电胶121，用于电路层112和超声波发生器113与柔性电路板120之间的电连接。柔性电路板120进一步实现外部电路电连接，例如外部的信号驱动电路或信号处理电路。
用于形成该实施例的超声波传感器使用的粘合工艺和键合工艺是本领域已知的，在此不再详述。
在上述的超声波传感器组件中，柔性电路板120的两个相对表面分别粘接于超声波发生器113和金属基板130，由于可以采用普通的粘合剂，而非各向导性导电胶，因此可以减小超声波传感器组件的体积且提高组装效率。
图3a至3e示出根据本发明第二实施例的超声波传感器组件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。
为了简明起见，在图中仅示出超声波发生器113和柔性电路板120的结构及其连接方式，而未示出反射信号接收层111和电路层112的详细结构。可以理解，反射信号接收层111与电路层112之间可以利用布线层连接。
如图3a所示，已经形成芯片110的主要结构。芯片110依次包括依次堆叠的反射信号接收层111、电路层112和超声波发生器113。反射信号接收层111例如包括多个像素单元的感应电极。电路层112例如是薄膜晶体管阵列基板，包括形成在玻璃基板上的多个薄膜晶体管，用于选择性地获取相应的像素单元的超声波反射信号。超声波发生器113例如包括夹在两个驱动电极之间的压电层。在驱动电极施加的电场作用下，压电层将电信号转变成机械振动，从而产生超声波。
压电层是超声波发生器113的功能层，例如由无机压电材料或有机压电材料组成，无机压电材料包括选自钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅(PT)中的一种，有机压电材料包括选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFe)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二氯亚乙烯(PVDC)、溴化二异丙胺(DIPAB)中的一种。
超声波发生器113包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面邻接电路层112。在超声波发生器113的第一表面上形成布线和焊盘，例如，焊盘114。该超声波发生器113的第一表面的不同区域用于连接电路层112和形成焊盘114，从而可以使得焊盘114暴露用于键合。
进一步地，电路层112和超声波发生器113均可经由超声波发生器113的第一表面的布线连接至各自的焊盘114。
然后，采用粘合剂131将柔性电路板120固定在金属基板130上，如图3b所示。
柔性电路板120包括彼此相对的第一表面和第二表面，其中第一表面将用于支撑超声波发生器113，第二表面邻接金属基板130。在柔性电路板120的第一表面上形成布线和焊盘。该柔性电路板120的第一表面的不同区域分别用于支撑超声波发生器113和用于形成焊盘，从而可以使得焊盘暴露用于键合。
优选地，金属基板130为L形，包括横向延伸的第一部分130a和纵向延伸的第二部分130b。如下文所述，该第二部分130b将与超声波发生器113一起形成用于容纳键合线和封装料的空间。
然后，采用粘合剂122将芯片110固定在柔性电路板120中，如图3c所示。在该步骤中，芯片110中的超声波发生器113采用粘合剂122连接至柔性电路板120。由于粘合剂122仅仅需要提供机械固定作用，无需提供电连接，因此在该步骤中采用普通粘合剂代替各向异性导电胶。
在优选的实施例中，金属基板130为L形。金属基板130第二部分130b的延伸方向例如与超声波发生器113的侧边平行，从而与超声波发生器113的侧边之间限定焊接区的空间。优选地，第二部分130b的高度达到超声波发生器113从第二表面计算的厚度的五分之一至二分之一。
然后，采用键合线132将超声波发生器113的焊盘114连接至柔性电路板120，如图3d所示。该步骤可以采用常规的键合工艺实现键合线132的连接，对此不再详述。
键合线132可以是金线、合金线或者铜线。在该实施例中，电路层112和超声波发生器113均可经由超声波发生器113表面的焊盘114以及键合线132与柔性电路板120电连接。
在上述优选的实施例中，金属基板130为L形。金属基板130第二部分130b与超声波发生器130的侧边之间限定的焊接区用于容纳键合线120，不仅可以减小柔性电路板120的第一表面上的焊接区的横向尺寸，而且可以改善键合线123的机械保护作用。
然后，采用封装料123覆盖超声波发生器113的侧边，从而形成超声波传感器组件200，如图3e所示。封装料123至少部分覆盖焊盘114和键合线132，从而固定和保护键合线132。
芯片110中的电路层112和超声波发生器113均经由超声波发生器113的第一表面上的焊盘114以及键合线132与柔性电路板120连接。柔性电路板120进一步实现外部电路电连接，例如连接至外部的信号驱动电路或信号处理电路。
芯片110中的超声波发生器113与柔性电路板120之间的粘合剂122仅仅需要提供机械固定作用，无需提供电连接，因此在该实施例中采用普通粘合剂代替各向异性导电胶。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (18)

1.一种超声波传感器组件，包括：
金属基板；
柔性电路板，包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第二表面固定在所述金属基板上；以及
芯片，所述芯片固定在所述柔性电路板的第一表面上，并且包括依次堆叠的超声波发生器和电路层，
其中，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，
所述超声波发生器和所述电路层分别经由键合线连接至所述第一焊盘；
所述金属基板为L形，包括横向延伸的第一部分和纵向延伸的第二部分，所述第二部分和所述超声波发生器的侧边限定焊接区的空间。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其中，所述柔性电路板的第一表面和第二表面分别采用第一粘合剂和第二粘合剂粘结在所述芯片和所述金属基板上。
3.根据权利要求2所述的超声波传感器组件，其中，所述第一粘合剂和所述第二粘合剂仅用于提供机械固定。
4.根据权利要求2所述的超声波传感器组件，其中，所述柔性电路板的第一表面包括位于不同位置的第一区域和第二区域，其中，所述柔性电路板的第一表面的所述第一区域用于粘结所述芯片，所述第二区域包括所述第一焊盘，作为焊接区。
5.根据权利要求4所述的超声波传感器组件，其中，所述超声波发生器包括与所述电路层邻接的第三表面，所述超声波发生器的第三表面包括第二布线和第二焊盘，
其中，所述超声波发生器的第二焊盘经由键合线连接至所述柔性电路板的第一焊盘。
6.根据权利要求5所述的超声波传感器组件，还包括：第一封装料，至少部分覆盖所述键合线和所述超声波发生器的侧边。
7.根据权利要求6所述的超声波传感器组件，其中，所述第二部分与所述超声波发生器的所述侧边一起形成容纳所述键合线和所述第一封装料的至少一部分的空间。
8.根据权利要求7所述的超声波传感器组件，其中，所述金属基板的第二部分的高度达到所述超声波发生器的厚度的五分之一至二分之一的位置。
9.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，还包括：位于所述电路层上的反射信号接收层。
10.根据权利要求1所述的超声波传感器组件，其中，所述电路层包括玻璃基板和位于所述玻璃基板上的多个薄膜晶体管，
其中，所述超声波发生器包括多个像素单元，所述多个薄膜晶体管用于选择性地获取所述多个像素单元的超声波反射信号。
11.一种制造超声波传感器组件的方法，包括：
形成芯片，所述芯片包括依次堆叠的超声波发生器和电路层；
在金属基板上固定柔性电路板；
在柔性电路板上固定芯片；以及
将所述芯片与柔性电路板相连接，
其中，所述柔性电路板包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述柔性电路板的第一表面包括第一布线和第一焊盘，所述超声波发生器与所述柔性电路板的第一表面邻接，
所述超声波发生器和所述电路层分别经由键合线连接至所述第一焊盘；所述金属基板为L形，包括横向延伸的第一部分和纵向延伸的第二部分，所述第二部分和所述超声波发生器的侧边限定焊接区的空间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，将所述芯片与柔性电路板相连接，包括采用第一粘合剂将所述柔性电路板的第一表面粘结在所述芯片上。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括，采用第二粘合剂将所述柔性电路板的第二表面粘结在金属基板上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一粘合剂和所述第二粘合剂仅用于提供机械固定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述柔性电路板的第一表面包括位于不同位置的第一区域和第二区域，其中，所述柔性电路板的第一表面的所述第一区域用于粘结所述芯片，所述第二区域包括所述第一焊盘，作为焊接区。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括，采用键合线将所述超声波发生器连接至所述第一焊盘。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括，采用第一封装料至少部分覆盖所述键合线和所述超声波发生器的侧边。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二部分与所述超声波发生器的所述侧边一起形成容纳所述键合线和所述第一封装料的至少一部分的空间。
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