超声波指纹模组和电子设备的制作方法

本实用新型涉及超声波指纹识别技术领域，特别涉及一种超声波指纹模组和电子设备。

背景技术：

超声波指纹识别技术利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，区分指纹嵴与峪所在的位置，从而能精准地识别指纹。由于超声波具有一定的穿透性，因此在手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作。因此，超声波指纹识别技术越来越受到人们的重视。

超声波指纹模组在高频高压的条件下发射超声波信号时，极容易产生大量电磁波。电磁波一方面会影响指纹模组自身的性能，如可能降低信号强度、产生杂讯等，另一方面会影响其他电子元器件的工作，所以超声波指纹模组需要进行电磁干扰(electromagneticinterference，简称emi)防护处理。如何对超声波指纹模组进行有效的电磁屏蔽防护成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种超声波指纹模组和包括该超声波指纹模组的电子设备，能够对超声波指纹模组进行有效的emi防护。

一种超声波指纹模组，包括超声波传感器、屏蔽体、模组电路板及导电体，所述超声波传感器与所述模组电路板电连接，所述超声波传感器具有感测面，所述屏蔽体与所述超声波传感器层叠，并位于所述超声波传感器背离所述感测面的表面，所述模组电路板具有接地区，所述导电体连接所述屏蔽体和所述接地区。利用导电体连接屏蔽体和模组电路板中的接地区，能将超声波传感器(干扰源)所产生的电磁干扰终止于接地良好的屏蔽体，有效的实现了超声波指纹模组的emi防护。

所述屏蔽体包括弯折相连的第一屏蔽部与第二屏蔽部，所述超声波传感器位于所述第一屏蔽部与所述第二屏蔽部围成的空间内，所述第二屏蔽部与所述超声波传感器层叠，并位于所述超声波传感器背离所述感测面的表面，所述导电体连接所述第二屏蔽部和所述接地区。第一屏蔽部和第二屏蔽部包围超声波传感器，能从多个面对超声波传感器进行emi防护，提高了超声波指纹模组的emi防护效果。并且超声波传感器较为脆弱，第一屏蔽部与第二屏蔽部能保护超声波传感器不受外界碰撞，从而提高了超声波指纹模组的机械强度。

所述第二屏蔽部包括基体和凸起，所述基体与所述第一屏蔽部弯折相连，所述凸起凸设于所述基体朝向超声波传感器的表面并位于所述基体远离所述第一屏蔽部的一端，所述凸起与所述超声波传感器层叠，并位于所述超声波传感器背离所述感测面的表面，所述基体与所述超声波传感器之间形成间隙，所述导电体连接所述基体和所述接地区。通过增设间隙，当超声波朝屏蔽部传播到达间隙处时，由于空气与超声波传感器间的声阻差异大，空气与超声波传感器的接触面能基本能够对超声波进行全反射，反射回的超声波与从感测面发出的超声波信号发生共振，从而能起到增强超声波信号，提升指纹采集精度的作用。

所述屏蔽体具有屏蔽层和由疏松多孔材料制成的材料层，所述材料层位于所述超声波传感器和所述屏蔽层之间，所述导电体连接所述屏蔽层及所述接地区。材料层能够反射超声波，增强了超声波的信号强度。并且材料层可以起到很好的缓冲作用，防止超声波传感器受到外力冲击而损坏，提高了超声波指纹模组的机械强度。

所述屏蔽层具有导电层和基板，所述导电层与所述基板层叠，且所述导电层位于所述材料层与所述基板之间，所述导电体连接所述导电层及所述接地区。通过使用导电层贴附基板的方式作为屏蔽层，电磁防护效果好并且超声波指纹模组的厚度和成本大大减小。

所述屏蔽层靠近所述模组电路板的一端超出所述材料层，所述导电体与所述屏蔽层超出所述材料层的一端且朝向所述材料层的表面连接。通过使得屏蔽层靠近模组电路板的一端超出材料层，则导电体无需弯折后再连接屏蔽层，而是呈直线状连接屏蔽层与接地区，能够减小超声波指纹模组的厚度，节省导电体的材料成本。

所述屏蔽体为导电材料层，使用导电材料层可以保证电磁防护效果，并大大减小超声波指纹模组的厚度。

所述超声波传感器包括电极层、压电层、薄膜晶体管层，所述电极层与所述模组电路板电连接；所述压电层位于所述电极层和所述薄膜晶体管层之间；所述薄膜晶体管层与所述模组电路板电连接，并与所述屏蔽体层叠。此种结构的超声波指纹模组设计成熟，可以节约研发成本，且便于量产。

所述模组电路板包括相层叠的电磁防护层与传输层，所述电极层及所述薄膜晶体管层均与所述传输层电连接，所述接地区位于所述传输层。此种结构的模组电路板设计成熟，可以节约研发成本，且便于量产。

一种电子设备，包括主板和所述的超声波指纹模组，所述模组电路板与所述主板电连接。超声波指纹模组通过柔性电路板与主板进行连接，实现主板对超声波指纹模组的控制。该电子设备能够对超声波指纹模组进行良好的emi防护。

所述电子设备包括盖板，所述盖板贴合于所述超声波传感器的感测面。此种指纹识别方案不需要对盖板开孔，使得盖板的外观完整，甚至还可以实现电子设备的全面屏设计。

附图说明

为更清楚地阐述本实用新型的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1是本实用新型实施例的超声波指纹模组的一种横截面结构示意图；

图2是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图3是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图4是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图5是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图6是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图7是本实用新型实施例的超声波指纹模组的另一种横截面结构示意图；

图8是本实用新型实施例的电子设备的一种正视结构示意图；

图9是图8中的电子设备的a-a剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本申请的以下实施方式提供了一种超声波指纹模组，用于通过超声波实现指纹采集与识别。

如图1所示，一种实施方式中，超声波指纹模组10包括超声波传感器11、屏蔽体12、模组电路板14及导电体13。其中，超声波传感器11具有用于朝向用户手指的感测面11a，超声波传感器11可产生超声波，该超声波可穿过感测面11a到达用户手指指纹并被指纹反射，超声波传感器11可通过感测面11a接收反射回来的超声波，并将其转换为电信号以获取用户的指纹信息。屏蔽体12能用于进行emi防护，且能将干扰源所产生的干扰终止于屏蔽体12，屏蔽体12可以是导电性能优越的良导体，例如可以是不锈钢材料，其具体型号可以为材料强度高且导电性能优越的sus304。模组电路板14可以是柔性电路板(flexibleprintedcircuit，简称fpc)，模组电路板14中设有驱动芯片，驱动芯片例如为专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)芯片。驱动芯片能向超声波传感器11提供控制信号(例如向超声波传感器11发送高频电信号)，以使得超声传感器11发射超声波。并且，驱动芯片还能接收超声波传感器11对反射回来的超声波进行转换得到的电信号，以实现指纹识别。可以理解的是，关于驱动芯片的设置方式不限于上述情况，在另一种实施方式中，驱动芯片也可以直接安装在超声波传感器11内。导电体13能够实现导通电荷的作用，可以是导电胶带或者导电布，其具体型号例如可以是byh-b-bl83。

本实施方式中，超声波传感器11与模组电路板14电连接，屏蔽体12与超声波传感器11层叠，并位于超声波传感器11背离感测面的表面，其中层叠是指超声波传感器11与屏蔽体12至少部分重叠。在一种实施方式中，超声波传感器11与屏蔽体12贴合放置，可以使用胶粘的方式贴合，使用的双面胶例如可以是黏性较强且稳定的压敏胶(pressuresensitiveadhesive，简称psa)。当然，在其他实施方式中，超声波传感器11与屏蔽体12可以是层叠但不紧密贴合。模组电路板14具有接地区1421，该接地区1421例如可以为fpc铜层上的地线区。导电体13连接屏蔽体12和接地区1421，由此能确保屏蔽体12接地良好，以使屏蔽体12能够对超声波传感器11的相对于感测面的另一侧进行电磁屏蔽。本实施方式利用导电体13连接屏蔽体12和模组电路板14中的接地区1421，能将干扰源(即超声波传感器11)所产生的干扰终止于接地良好的屏蔽体12，减小了干扰源对超声波指纹模组10的干扰以及对分布在超声波指纹模组10的周围的其他器件的干扰，有效的实现了超声波指纹模组10的emi防护。

在一种实施方式中，如图2所示，屏蔽体12包括第一屏蔽部121与第二屏蔽部122，第一屏蔽部121与第二屏蔽部122弯折相连。其中，弯折相连是指第一屏蔽部121与第二屏蔽部122的夹角可以基本为90°。当然，在其他实施方式中，第一屏蔽部121与第二屏蔽部122的夹角可以为除k*180°以外的任意角度(k＝0，1，2，3…)。超声波传感器11位于第一屏蔽部121与第二屏蔽部122围成的空间内，第二屏蔽部122与超声波传感器11层叠，并位于超声波传感器11背离感测面的表面(例如可以使用粘胶将第二屏蔽部121与超声波传感器11粘接)。导电体13连接第二屏蔽部122和接地区1421，导电体13的一端可以部分粘贴在第二屏蔽部121背向超声波传感器11的一面，另一端粘贴在模组电路板14的接地区1421。第一屏蔽部121和第二屏蔽部122包围超声波传感器，能从多个面对超声波传感器10进行emi防护，提高了超声波指纹模组10的emi防护效果。并且超声波传感器11较为脆弱，第一屏蔽部121与第二屏蔽部122能保护超声波传感器11不受外界碰撞，从而提高了超声波指纹模组10的机械强度。在其他实施方式中，屏蔽体12可以包括依次相连的多个第一屏蔽部121，多个第一屏蔽部121(例如可以是三个)分别围设在第二屏蔽部122的不同侧面，超声波传感器11位于多个第一屏蔽部121与第二屏蔽部122围成的空间内，从而对超声波传感器11的多个侧面进行emi防护，并提高超声波指纹模组10的机械强度。

在一种实施方式中，如图3所示，第二屏蔽部122包括基体1221和凸起1222，基体1221与第一屏蔽部121弯折相连，基体1221与超声波传感器11之间形成间隙，导电体13连接基体1221和接地区1421，导电体13的一端可以部分黏贴在基体1221背向超声波传感器11的一面，另一端粘粘在模组电路板14的接地区1421。凸起1222凸设于基体1221朝向超声波传感器11的表面，并位于基体1221远离第一屏蔽部121的一端。本实施方式中，凸起1222凸设于第二屏蔽部122位于基体1221远离第一屏蔽部121的最远端。在其他实施例中，凸起1222可以凸设于基体1221上远离第一屏蔽部121的任意距离处。凸起1222与超声波传感器11层叠，并位于超声波传感器11背离感测面的表面，例如可以使用粘胶将二者粘接。通过凸起1222与超声波传感器11贴合，使得基体1221与超声波传感器11之间形成间隙，间隙中存在空气。形成间隙后，超声波传感器11发射的部分超声波可向第二屏蔽部122方向传播，由于空气与超声波传感器11间的声阻差异很大，超声波传感器11与空气的接触面基本能够对该部分超声波进行全反射，从而使得该部分超声波朝感测面方向反射。反射的该部分超声波与从感测面发出的超声波信号发生共振，从而能起到增强超声波信号的作用，进而提升指纹采集精度。进一步的，如图3所示，第一屏蔽部121与超声波传感器11间也存在间隙，该间隙与第二屏蔽部122和超声波传感器11形成的间隙相贯通。第一屏蔽部121与超声波传感器11之间的间隙同样能够起到反射超声波、增强超声波信号的作用。从而，本实施方式的方案能从不同方位反射超声波信号，进一步增强超声波的信号强度，强化指纹采集精度。在其他实施方式中，第二屏蔽部122不限于为上述结构。

在另一种实施方式中，如图4所示，屏蔽体12具有屏蔽层123和由疏松多孔材料制成的材料层124。材料层123可以用于进行超声波指纹模组10的emi防护。材料层124可以由疏松多孔的材料制成，该材料例如可以是泡棉，其具体型号例如可以是scf413pst。材料层124能通过其多孔的特性，模拟有空气间隙的方案，实现增强超声波信号的作用。材料层124位于超声波传感器11和屏蔽层123之间，并位于超声波传感器11背离感测面的表面，材料层124同超声波传感器11和屏蔽层123之间可以利用胶粘的方式层叠，例如使用双面胶psa，其具体型号可以为nd5601。导电体13连接屏蔽层123及接地区1241，导电体13可以使用导电胶，例如具体型号为tesa60262的导电胶。本实施方式添加材料层124增强了超声波的信号强度，并且材料层124可以起到很好的缓冲作用，防止超声波传感器11受到外力冲击而损坏，提高了超声波指纹模组10的机械强度。在其他实施方式中，材料层124只要具有反射超声波性能即可，不限于采用疏松多孔的材料；和/或，屏蔽体12也可以是其他结构形式。

在一种实施方式中，如图5所示，屏蔽层123具有导电层1232和基板1231，导电层1232能放置引线，起到导通电荷的作用，导电层1232可以是金属材料，例如可以是铜箔。导电层1232与基板1231层叠且位于朝向材料层124的一侧。导电层1232贴附在基板1231上且导电层1232与基板1231完全重叠，可以使用如电镀、压延的工艺方式将导电层1232贴附于基板1231。基板1231可以为一种薄膜，例如可以为聚酰亚胺薄膜(polyimidefilm，简称pi膜)。导电体13电连接导电层1232及接地区1421，以将导电层1232接入接地区1421，使屏蔽层123具备电磁防护能力。本实施方式通过使用导电层1232贴附基板1231的方式作为屏蔽层123，屏蔽层123的厚度较小，例如可以为24μm，相比于良导体材料的厚度(如不锈钢材料的厚度约为200μm)，电磁防护效果好并且超声波指纹模组10的厚度和成本大大减小。在其他实施方式中，屏蔽体123也可以是其他结构形式。

在一种实施方式中，如图4所示，屏蔽层123靠近模组电路板14的一端可以超出材料层124，导电体13与屏蔽层123超出材料层124的的一端且朝向所述材料层的表面连接，另一端电连接接地区1421。优选的，如图5所示，当屏蔽层123包括导电层1232和基板1231时，导电层1232和基板1231靠近模组电路板14的一端可以超出材料层124，导电层1232超出材料层124的一端中，朝向材料层124的表面可以与导电体13的一端连接。通过使得屏蔽层123靠近模组电路板14的一端超出材料层124，则导电体13无需弯折再连接屏蔽层123，而是呈直线状连接屏蔽层123与接地区1421，能够减小超声波指纹模组10的厚度，节省导电体13的材料成本。

在一种实施方式中，如图6所示，屏蔽体12为导电材料层125，例如可以为导电油墨。导电材料层125呈平板状，可以通过印刷、电镀的方式覆盖超声波传感器11的背面。导电体13电连接屏蔽体12与接地区1421。导电体13可以为导电布或者导电胶带，具体型号可以为3m1022tf-30tf。使用导电材料层125可以大大减小超声波指纹模组10的厚度，例如使用导电油墨覆盖超声波传感器11的一面时，emi材料最薄仅有10μm。在其他实施方式中，屏蔽层12不限于为其他材料层。

在一种实施方式中，如图7所示，超声波传感器11包括电极层111、压电层112、薄膜晶体管层113。电极层111由导电材料构成，导电材料例如为银浆。压电层112由压电材料构成，压电材料例如为p(vdf-trfe)(聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物)。薄膜晶体管层113包括基板、设于基板上的若干阵列排布的薄膜晶体管，及设于基板上的用于连接各薄膜晶体管的线路。薄膜晶体管层113可以对电信号进行传输与放大等处理。

本实施方式中，电极层111及薄膜晶体管层113均与模组电路板14电连接。以驱动芯片设于模组电路板14中为例，模组电路板14的安装位置至少不能处于压电层112的上方。例如模组电路板14可以放置于电极层111与压电层112的一侧，并分别与电极层111、薄膜晶体管层113电连接。压电层112位于电极层111和薄膜晶体管层113之间，薄膜晶体管113与屏蔽体12层叠。在本实施方式中，薄膜晶体管层113的基板朝向压电层112的一面除了有阵列排布的薄膜晶体管以外，还能包括用于供薄膜晶体管层113和电极层111与模组电路板14电连接的区域，由此能有效的减小超声波指纹模组10的尺寸。在其他实施方式中，超声波传感器11不限于上述结构形式。

以驱动芯片在模组电路板14上的实施方式为例，上述超声波传感器的工作原理为：模组电路板14中的驱动芯片会发射信号(正负正弦波)至电极层111与薄膜晶体管层113上，二者之间会形成电压差，电压差施加于压电层112后，压电层112能发射超声波。超声波向上传播直至到达用户的手指后进行反射，之后压电层112接收反射的超声波并将其转化为电信号，该电信号再经由薄膜晶体管层113相应的处理(例如放大)后传送至模组电路板14中的驱动芯片内转换为图像，以达到对指纹进行识别的目的。

如图7所示，在一种实施方式中，电极层111包括弯折相连的电极本体层1112与连接部1111。电极本体层1112与压电层112相层叠，连接部1111可以包括弯折相连的第一连接部11111和第二连接部11112。第一连接部11111层叠于模组电路板14与薄膜晶体管层113之间，从而实现电极层111和模组电路板14的电连接，第二连接部11112位于压电层112的侧边。优选的，电极层111可以呈现倒“z”字形。这种连接方式使得电极层111与模组电路板14的连接面积较大，从而能增强连接强度，实现电极层111和模组电路板14的可靠连接。在一种实施方式中，如图7所示，模组电路板14包括相层叠的传输层142、保护层141、基体143和电磁防护层144。传输层142为导电材料，例如可以为铜层，在模组电路板14中起到导电的作用。电极层111及薄膜晶体管层113均与传输层142电连接。接地区1421位于传输层142中，屏蔽体12通过导电体13连接传输层142中的接地区1421，从而实现emi防护。保护层141覆盖模组电路板14的线路表面，起到保护的作用，其组成例如可以是聚酰亚胺薄膜上涂覆热固化树脂。基体143为模组电路板14的基材，材料例如可以为聚酰亚胺或聚酯类材质。电磁防护层144能实现模组电路板14中的emi防护，防止电磁波的干扰而产生杂讯，提高超声波指纹模组10的精准性。在其他实施方式中，模组电路板14不限于上述结构形式。

如图8所示，本实施方式还提供了一种电子设备20，包括但不限于平板电脑、手机和个人数字助理等。该电子设备20包括主板及上述的超声波指纹模组10，超声波指纹模组10通过模组电路板14与主板电连接，由此实现指纹采集与指纹识别。电子设备20具有指纹识别区域20a，指纹识别区域20a布置有超声波指纹模组10，用于提示用户将手指放置到该区域进行指纹采集。本实施例中的电子设备20能实现超声波指纹模组10的良好emi防护。在其他实施方式中，超声波指纹模组10中的导电体13也可连接屏蔽体12与主板中的接地区或电子设备中其他的接地区(如壳体上的接地区)，实现emi防护。

一种实施方式中，电子设备20还包括盖板21，盖板21覆盖主板与超声波指纹模组10，盖板21例如可以通过胶水与超声波指纹模组10连接。胶水可以选用杨氏模量较大的nca3285，以避免造成超声波信号减弱。盖板21可供用户进行触控操作。如图9所示，盖板21贴合于超声波传感器11朝向感测面的表面，以采集用户的指纹。优选的，可以是超声波传感器11中的电极层111靠近盖板21，薄膜晶体管层113背离盖板21。或者，也可以是超声波传感器11中的薄膜晶体管层113靠近盖板21，电极层111背离盖板21。由此，通过在盖板21之下布置超声波指纹模组10，能够利用超声波指纹识别技术实现underglass指纹识别。此种指纹识别方案不需要对盖板21开孔，使得盖板21的外观完整。进一步的，此种指纹识别方案还可以实现电子设备20的全面屏设计。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易的想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。