本發(fā)明涉及超聲波指紋識別領域，更具體而言，涉及一種超聲波探頭及其制造方法。

背景技術：

現(xiàn)有的一種超聲波探頭包括陣列壓電柱及與每個壓電柱配合的發(fā)射電極及接收電極。工作時通過發(fā)射電極對壓電柱施加電壓以產(chǎn)生超聲波，而接收電極接收返回的超聲波。從而可以檢測施加在超聲波探頭上的物體的輪廓，例如手指的指紋。然而，限于材料及工藝，不同壓電柱對應的發(fā)射電極及接收電極的厚度可能存在差異，導致發(fā)射的超聲波強度不均，而接收的超聲波強度也標準不一，影響檢測準確度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明實施方式需要提供一種超聲波探頭及其制造方法。

一種超聲波探頭，用于超聲波指紋識別裝置，所述超聲波探頭包括：

壓電層，所述壓電層包括多個壓電柱，所述壓電柱包括鋯鈦酸鉛壓電陶瓷；及

濺鍍在所述壓電層的下方的發(fā)射電極及上方的接收電極，所述發(fā)射電極及所述接收電極包括鉛、鋯、鈦或/及其合金。

在某些實施方式中，所述多個壓電柱呈矩陣排列。

在某些實施方式中，所述發(fā)射電極包括設置在所述壓電層的下方的多條發(fā)射極線，每條所述發(fā)射極線與對應一行所述壓電柱連接；

所述接收電極包括設置在所述壓電層的上方的多條接收極線，每條所述接收極線與對應一列所述壓電柱連接。

在某些實施方式中，所述發(fā)射電極及所述接收電極包括鈦硅合金、鈦鋅合金、鈦鋯合金或鈦鎳合金。

在某些實施方式中，所述超聲波探頭包括：

設置在所述發(fā)射電極下方的下保護層；及

設置在所述接收電極上方的上保護層。

一種制造方法，用于的，制造超聲波指紋識別裝置的超聲波探頭，所述制造方法包括以下步驟：

形成壓電層，所述壓電層包括多個壓電柱，所述壓電柱的材料包括鋯鈦酸鉛壓電陶瓷；及

在所述壓電層的下方濺鍍發(fā)射電極及在所述壓電層的上方濺鍍接收電極，所述發(fā)射電極及所述接收電極包括鉛、鋯、鈦或/及其合金。

在某些實施方式中，所述在所述壓電層的下方形成發(fā)射電極及在所述壓電層的上方形成接收電極的步驟包括以下子步驟：

利用預定離子撞擊靶材，以使所述靶材的表面組分以原子團或離子的形式濺射出來；及

將所述原子團或離子沉積在所述壓電層的下方及上方以形成所述發(fā)射電極及接收電極。

在某些實施方式中，所述靶材包括鉛靶、鋯靶或鈦靶。

在某些實施方式中，所述靶材包括鈦硅靶、鈦鋅靶、鈦鋯靶或鈦鎳靶。

在某些實施方式中，所述制造方法還包括步驟：

在所述發(fā)射電極的下方形成下保護層；及

在所述接收電極的上方形成上保護層。

本發(fā)明實施方式的超聲波探頭及制造方法，發(fā)射電極及接收電極通過濺鍍形成，且壓電柱的材料與發(fā)射電極及接收電極的材料晶格匹配程度較高，可以使得發(fā)射電極及接收電極的厚度均勻性得到改善，發(fā)射電極及接收電極的電阻抗的均勻度提高，進而可以改善檢測準確度。

本發(fā)明實施方式的附加方面和優(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)明實施方式的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明實施方式的上述和/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是根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造方法的流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的超聲波探頭的立體示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的超聲波指紋識別裝置的平面示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電層制造工藝示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電層制造工藝的另一示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電柱接收超聲波的原理示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電柱發(fā)送超聲波的原理示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電柱與發(fā)射極線的連接原理示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造方法的另一流程示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明實施方式的濺射得到原子團或離子的原理示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明實施方式的沉積得到接收電極的原理示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明實施方式的控制方法的又一流程示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明實施方式的超聲波探頭的平面示意圖。

主要元件及符號說明：

超聲波探頭10、超聲波指紋識別裝置100、壓電層12、壓電柱122、填充部124、發(fā)射電極14、發(fā)射極線142、接收電極16、接收極線162、下保護層17、上保護層18。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，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，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，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信；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系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

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定進行描述。當然，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參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復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/或設定之間的關系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。

請參閱圖1，本發(fā)明實施方式的制造方法，用于制造超聲波指紋識別裝置的超聲波探頭，制造方法包括如下步驟：

S10：形成壓電層，壓電層包括多個壓電柱，壓電柱的材料包括鋯鈦酸鉛壓電陶瓷；及

S20：在壓電層的下方濺鍍發(fā)射電極及在壓電層的上方濺鍍接收電極，發(fā)射電極及接收電極包括鉛、鋯、鈦或/及其合金。

請參閱圖2及圖3，本發(fā)明實施方式的超聲波探頭10用于超聲波指紋識別裝置100。超聲波探頭10包括壓電層12、發(fā)射電極14及接收電極16。壓電層12包括多個壓電柱122，壓電柱122的材料包括鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。發(fā)射電極14濺鍍在壓電層12的下方，接收電極16濺鍍在壓電層12的上方。發(fā)射電極14及接收電極16包括鉛、鋯、鈦及其合金。

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探頭10。

在本發(fā)明實施方式中，壓電層12還包括填充部124，填充部124填充多個壓電柱122之間的間隙。超聲波探頭10可以內(nèi)置在超聲波指紋識別裝置100內(nèi)，超聲波指紋識別裝置100可以是手機、平板電腦等電子設備。

本發(fā)明實施方式的超聲波探頭10及制造方法，發(fā)射電極14及接收電極16通過濺鍍形成，且壓電柱122的材料與發(fā)射電極14及接收電極16的材料晶格匹配程度較高，可以使得發(fā)射電極14及接收電極16的厚度均勻性得到改善，發(fā)射電極14及接收電極16的電阻抗的均勻度提高，進而可以改善檢測的準確度。

請參閱圖4，在一個實施方式中，步驟S10可以是切割塊狀的壓電材料例如方塊狀的壓電材料，壓電材料選用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。具體地，可以是通過具有一定寬度的切割裝置，以第一方向多次切割壓電材料以預定深度，以第二方向多次切割壓電材料以預定深度以形成多個壓電柱122。

在本發(fā)明實施方式中，第一方向與第二方向垂直，預定深度即是壓電柱122的高度，而切割裝置的厚度即是壓電柱122之間的間隙寬度，可以依據(jù)實際設計需求及工藝需求選擇壓電柱122的高度及壓電柱122之間的間隙寬度。另外，再以填充材料，例如環(huán)氧樹脂，填充壓電柱122之間的間隙得到填充部124，填充部124使壓電層12的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，壓電柱122的位置不會發(fā)生左右偏移。

如此，可根據(jù)設計需求形成多個壓電柱122。

請參閱圖5，在另一個實施方式中，步驟S10可以是在填充材料例如環(huán)氧樹脂上的預定位置通過蝕刻法形成多個柱狀通孔，蝕刻后的填充材料形成填充部124，再用與柱狀通孔的形狀對應的壓電材料填充柱狀通孔，填充在柱狀通孔內(nèi)的壓電材料即作為壓電柱122。

如此，可根據(jù)設計需求形成多個壓電柱122。

較佳地，在某些實施方式中，為滿足超聲波探頭10采樣分辨率的需求例如大于508DPI(Dots per Inch，每英寸所打印的點數(shù))，壓電柱122之間的間隙可以是50微米。當間隙大于50微米時，采樣分辨率將會降低，發(fā)送或接收到的超聲波將會變?nèi)?，從而無法精確地識別指紋。

在某些實施方式中，多個壓電柱122呈矩陣排列。

如此，多個壓電柱122排列規(guī)律，容易制造，且便于在壓電柱122的上端面或下端面設置電極線。

在某些實施方式中，壓電柱122的高度為70-80微米，壓電柱122的橫截面形狀為正方形，寬度為30微米。

如此，可滿足超聲波探頭10對于高采用分辨率，例如大于508DPI的需求，當然，在不同設計中，壓電柱122的具體形狀及尺寸也可以不同。

需要指出的是，壓電柱122依據(jù)壓電材料的正壓電效應接收超聲波，依據(jù)壓電材料的逆壓電效應發(fā)送超聲波。

正壓電效應指當壓電材料受到一定方向外力的作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力撤去后，壓電材料又恢復到不帶電的狀態(tài)。

請參閱圖6，本發(fā)明實施方式的壓電柱122依據(jù)超聲波對壓電柱122的作用力使壓電柱122產(chǎn)生形變，進而獲取壓電柱122表面的電勢差信息?？梢栽偻ㄟ^放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電勢差信息以圖像的形式體現(xiàn)出來。

逆壓電效應指當對壓電材料施加交變電場以引起壓電材料機械變形的現(xiàn)象。

請參閱圖7，本發(fā)明實施方式的壓電柱122通過接收交變電壓而發(fā)生機械振動，通過調(diào)節(jié)交變電壓的振蕩頻率以控制機械振動的頻率，進而使壓電柱122發(fā)送超聲波。

請再參閱圖2，在某些實施方式中，發(fā)射電極14包括多條發(fā)射極線142，發(fā)射電極14設置在壓電層12的下方，每條發(fā)射極線142與對應一行壓電柱122連接。

接收電極16包括多條接收極線162，接收極線162設置在壓電層12的上方，每條接收極線162與對應一列壓電柱122連接。

如此，在發(fā)送超聲波時，可通過將所有的接收極線162接地且在發(fā)射極線142施加交變電壓，從而引起壓電柱122發(fā)生機械形變并發(fā)出超聲波。在接收超聲波時，可通過將所有的發(fā)射極線142接地，壓電柱122在超聲波的作用下發(fā)生形變而在壓電柱122的不同位置產(chǎn)生電勢差，接收極線162接收電勢差信息。

在本發(fā)明實施方式中，所有的發(fā)射極線142的寬度處處相等且所有的接收極線162的寬度處處相等。

如此，發(fā)射極線142及接收極線162規(guī)格統(tǒng)一且方便制造，節(jié)約超聲波探頭10的制造成本。

在實際使用中，在發(fā)送超聲波時，施加在壓電柱122上的不同的電壓強度會使壓電柱122發(fā)送出不同強度的超聲波，而即使是處于同一行的壓電柱122，也會由于不同壓電柱122與電源之間連接的發(fā)射極線142的長度的差異，而使得同一行的壓電柱122所接收到的電壓強度有差異。

具體地，請參閱圖8，作為例子，壓電柱P1、P2及P3是三個連續(xù)的處在同一行的壓電柱122，壓電柱P1、P2及P3連接同一條發(fā)射極線142，其中壓電柱P1與電源之間連接的發(fā)射極線142為L1段，壓電柱P1與壓電柱P2之間連接的發(fā)射極線為L2段，壓電柱P2與壓電柱P3之間連接的發(fā)射極線142為L3段。

由于不同的壓電柱122與電源之間連接的發(fā)射極線142的長度不同，導致壓電柱P1、P2、及P3的電勢不同，而如果發(fā)射極線142的電阻抗是均勻的，或者說發(fā)射極線142的厚度是均勻的，則可以簡單地通過L1、L2及L3之間的長度關系獲得電源與壓電柱P1之間連接的發(fā)射極線142的電阻抗R1、壓電柱P1與壓電柱P2之間連接的發(fā)射極線142的電阻抗R2及壓電柱P2與壓電柱P3之連接的發(fā)射極線142的電阻抗R3，并進一步獲得壓電柱P1、P2及P3的實際電勢值及壓電柱P1、P2及P3實際發(fā)送的超聲波強度。

進一步的，針對不在同一行的壓電柱122，也存在類似于上述的壓電柱122之間的電勢的差異。

同理，在接收超聲波時，如果接收極線162的電阻抗是均勻的，或者說接收極線162的厚度是均勻的，則可以簡單地通過壓電柱122與接收極線162連接的長度關系得到不同壓電柱122之間接收極線162的電阻抗，以進一步獲得壓電柱122實際接收的超聲波強度。由于與發(fā)送超聲波時的原理類似，此處不再贅述。

鑒于上述討論，想要改善超聲波指紋識別裝置100的檢測準確度，需要得到電阻抗均勻的發(fā)射極線142及接收極線162，或者說需要得到厚度均勻的發(fā)射極線142及接收極線162，也就是需要得到厚度均勻的發(fā)射電極14及接收電極16。

請參閱圖9，在某些實施方式中，步驟S20包括如下子步驟：

S201：利用預定離子撞擊靶材，以使靶材的表面組分以原子團或離子的形式濺射出來；及

S202：將原子團或離子沉積在壓電層的下方及上方以形成發(fā)射電極及接收電極。

如此，通過濺射的方式在壓電層12的下方及上方形成發(fā)射電極14及接收電極16，發(fā)射電極14及接收電極16與壓電層12的附著性較好，同時發(fā)射電極14及接收電極16的厚度容易控制。

具體地，請參閱圖10，氣體分子，例如氬氣，被高壓電離后形成正離子20與電子，正離子20在電場作用下加速，并在達到一定的動能后轟擊靶材，使靶材的表面組分能量增加并以原子團或離子30的形式濺射出來。

進一步的，再分別以壓電層12的下方及上方作為基板，將濺射出來的原子團或離子30沉積在基板上，以形成發(fā)射電極14及接收電極16。需要指出的是，在壓電層12的下方不需要形成發(fā)射電極14的位置，可以在沉積時將不需要形成發(fā)射電極14的位置加以遮擋，以形成條紋狀的發(fā)射極線142。接收極線162的形成方式同理。

在實際操作中，步驟S201及步驟S202可在濺射機內(nèi)進行，具體地濺射過程中的參數(shù)，如靶材的溫度、濺射的時間、壓力的大小等都可以依據(jù)實際需要自主調(diào)節(jié)，在此不做限制。

在某些實施方式中，發(fā)射電極14及接收電極16的厚度均為2.5微米。

如此，可使得發(fā)射極線142及接收極線162的厚度滿足工藝需求以保證良好的電性能。

當然，在其他實施方式中，在滿足電性能的基礎上，發(fā)射極線142及接收極線162的厚度可以不相同，各自的厚度也可以依據(jù)實際需求選取。

在某些實施方式中，靶材包括鉛靶、鋯靶或鈦靶。

如此，選用上述靶材濺射得到的發(fā)射電極14及接收電極16包括鉛、鋯或鈦。

在某些實施方式中，靶材包括鈦硅靶、鈦鋅靶或鈦鎳靶。

可以理解，選用上述靶材濺射得到的發(fā)射電極14及接收電極16包括鈦硅合金、鈦鋅合金或鈦鎳合金。

如此，壓電柱122的材料與發(fā)射電極14及接收電極16的材料的晶格匹配程度較高，可以使得發(fā)射電極14及接收電極16的厚度均勻性得到改善，進而提高發(fā)射電極14及接收電極16的電阻抗的均勻度。

本發(fā)明實施方式的壓電柱122的材料為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，是將二氧化鋯、鋯酸鉛、鈦酸鉛在1200度高溫下燒結(jié)而成的多晶體。

具體地，請參閱圖11，以沉積形成接收電極16為例，在將濺射出來的原子團或離子沉積在壓電層12的上方的過程中，原子團或離子30是一層一層地沉積在壓電層12上的。在本發(fā)明實施方式中，選擇鉛、鋯、鈦或/及其合金作為靶材，靶材被濺射出來的原子團或離子30中，總是包括鉛離子、鋯離子或鈦離子的，而這些離子在壓電柱122的表面形成薄膜時，容易與壓電柱122結(jié)合，附著性較好，且在壓電柱122上方，原子團或離子30堆疊較規(guī)整，使得接收電極16的針孔較少，沉積效果較好，接收極線162的厚度較均勻。沉積形成發(fā)射電極14與沉積形成接收電極16類似，在此不再贅述。

請參閱圖12，在某些實施方式中，制造方法還包括步驟：

S30：在發(fā)射電極的下方形成下保護層；及

S40：在接收電極的上方形成上保護層。

請參閱圖13，在某些實施方式中，超聲波探頭10包括下保護層17及上保護層18。下保護層17設置在發(fā)射電極14的下方，上保護層18設置在發(fā)射電極14的上方。

如此，上保護層18及下保護層17可防止灰塵或水汽進入超聲波探頭10，另外，上保護層18及下保護層17使得超聲波探頭10的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

需要說明的是，步驟S30及S40的先后實施順序可以是先實施S30，也可以是先實施S40，在此不做限制。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施方式”、“某些實施方式”、“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，本領域的普通技術人員在本發(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。