TWI585375B

TWI585375B - 超音波感測器及其製造方法

Info

Publication number: TWI585375B
Application number: TW103142514A
Authority: TW
Inventors: 王娟
Original assignee: 麥克思股份有限公司
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2017-06-01
Also published as: TW201629441A

Description

超音波感測器及其製造方法

本發明涉及一種超音波感測器及超音波感測器的製造方法。

採用壓電薄膜等材料作為壓電材料的物質波式感測元件已廣泛地應用於工業、國防、消防、電子等不同領域。一種典型的物質波式感測元件為超音波感測器。其中超音波感測器因其操作性不易環境溫度、濕度的影響，且具有壽命長、解析度高等特點而在公共場所等惡劣環境下受到廣泛應用。超音波感測器一般包括透明電極層用於發射及接收電壓、壓電材料層用於產生超音波，該透明電極層的第一電極與壓電材料層在超音波感測器的邊緣區域通過一導電膜連接，在塗布導電膜時由於壓電材料的表面張力較大而使薄膜的邊緣缺角導致觸控精度下降。

有鑑於此，有必要提供一種超音波感測器及其製造方法。

一種超音波感測器，包括：基板；第一電極與第一壓電材料層層疊設置於該基板一側；第二電極與第二壓電材料層層疊設置於該基板的另一側；及該第一壓電材料層設置一缺口；導電膜塗布該缺口用於連接該第一電極與第一壓電材料層。

一種超音波感測器的製造方法，包括：提供一基板，在基板兩側貼合形成第一電極與第二電極；在該第一電極上塗布第一壓電材料層，在該第二電極上塗布第二壓電材料層；在該第一壓電材料層上定義一缺口；及在該缺口處塗布導電膜連接該第一電極與第一壓電材料層。

相較於先前技術，本發明的超音波感測器及製造方法在第二壓電材料層上設置一缺口，並在缺口處通過導電膜連接第一電極與第一壓電材料層，從而解決由於壓電材料表面張大較大而引起的導電膜塗布缺角的現象以增加超音波感測器的感測精度。

100‧‧‧超音波感測器

10‧‧‧第一壓電材料層

11‧‧‧第一電極

12‧‧‧第一膠體層

13‧‧‧基板

14‧‧‧第二膠體層

15‧‧‧第二電極

16‧‧‧第二壓電材料層

17‧‧‧導電膜

102‧‧‧缺口

S201~S207‧‧‧步驟

圖1是本發明超音波感測器的俯視圖。

圖2是圖1所示超音波感測器的側視結構的立體示意圖。

圖3是圖1所示超音波感測器沿III-III線的剖面示意圖。

圖4-圖7是本發明超音波感測器各製造步驟之結構示意圖。

圖8是本發明超音波感測器製造方法流程圖。

請一併參閱圖1、圖2及圖3，圖1是本發明超音波感測器100的俯視圖，圖2圖1所示超音波感測器100的一側結構的立體示意圖。圖3是超音波感測器100沿III-III線的剖面示意圖。該超音波感測器100包括依次層疊的第一壓電材料層10、第一電極11、第一膠體層12、基板13、第二膠體層14、第二電極15、第二壓電材料層16及用於連接該第一電極11與第一壓電材料層10的導電膜17。該第一電極11通過該第一膠體層12貼合至該基板13的一側。該第二電極15通過該第二膠體層14貼合至該基板13相對的另一側。在本實施方式中，該第一膠體層12與第二膠體層14為光固化膠。

該基板13為一透明基板，如玻璃基板、石英基板、藍寶石基板或柔性透明基板。在本實施方式中，該基板13為玻璃基板。

在一種變更實施方式中，該第一電極11及第二電極15可直接形成於該基板13上。該第一電極11及第二電極15的材質為單層透明導電材料或多層複合透明導電材料。該單層透明導電材料包括但不限於氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化鋅(ZnO)、聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)、碳奈米管(CNT)、銀奈米線(AgNW)以及石墨烯。該多層複合透明導電材料包括但不限於由依次層疊的氧化銦錫、銀、氧化銦錫組成的三層複合結構導電材料。

該第一壓電材料層10塗布於該第一電極11上。該第一壓電材料層10的材質為為聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一變更實施方式中，該第一壓電材料層10的材質氮化鋁、鋯鈦酸鉛(lead zirconium titanate,PZT)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、二氧化矽(SiO₂)、氧化鋅(ZnO)等。該第一壓電材料層10為單層結構或多層複合材料結構。該第一壓電材料層10於一側邊緣區域定義一導電部，該導電部設置為一缺口102。該缺口102的截面形狀為但不限於梯形。在本實施方式中，該第一壓電材料層10的厚度大於5μm。

該導電膜17用於連接該第一壓電材料層10及該第一電極11，且該導電膜17設置於該缺口102處。該導電膜17的材質為銀漿，且該銀漿中的導電微粒的直徑大於0.01μm且小於10μm。在本實施方式中，該導電膜17的厚度小於10μm，且該導電膜17材質的內聚力大於該壓電材料的表面張力。

該第二壓電材料層16塗布於該第二電極15上。該第二壓電材料層16的材質為為聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一變更實施方式中，該第二壓電材料層16的材質氮化鋁、鋯鈦酸鉛(lead zirconium titanate,PZT)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、二氧化矽(SiO₂)、氧化鋅(ZnO)等。該第二壓電材料層16為單層結構或多層複合材料結構。

在本實施方式中，該第二電極15為輸出電壓至該第二壓電材料層16之發送電極，該第一電極11為接收該第一壓電材料層10輸出之電壓之接收電極。該超音波感測器100工作時，該第二電極15對該第二壓電材料層16施加電壓，該第二壓電材料層16在電壓作用下產生振動從面發出超音波。當手指或觸控筆等其他物體接觸該超音波感測器100時，該超音波被手指反射至該第一壓電材料層10，該第一壓電材料層10將該超音波轉化為電信號，並將電信號通過該導電膜17傳輸至晶片以確定觸控位置、大小及壓力參數等。

該超音波感測器100還包括一絕緣層覆蓋該壓電材料層以保護該壓電材料層。該絕緣層的材質可為氮化硼、絕緣性類金剛石或其組合等。

請一併參閱圖4-圖8，圖4-圖7是本發明超音波感測器各製造步驟之結構示意圖。圖8是本發明超音波感測器製造方法流程圖。

步驟S201，請參閱圖4，提供一基板13，在基板13兩側貼合形成第一電極11與第二電極15。該第一電極11通過該第一膠體層12貼合至該基板13的一側。該第二電極15通過該第二膠體層14貼合至該基板13相對的另一側。該基板13為一透明基板，如玻璃基板、石英基板、藍寶石基板或柔性透明基板。在本實施方式中，該基板13為玻璃基板。該第一電極11與第二電極15的材質為單層透明導電材料或多層複合透明導電材料。該單層透明導電材料包括但不限於氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化鋅(ZnO)、聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)、碳奈米管(CNT)、銀奈米線(AgNW)以及石墨烯。該多層複合透明導電材料包括但不限於由依次層疊的氧化銦錫、銀、氧化銦錫組成的三層複合結構導電材料。在本實施方式中，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脈衝鐳射沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法沉積透明導電材料，並圖案化該透明導電材料形成第一電極11與第二電極15。

步驟S203，請參閱圖5，在該第一電極11上塗布第一壓電材料層10；在該第二電極15上塗布第二壓電材料層16。該第一壓電材料層10與第二壓電材料層16的材質為為聚二氟亞乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)。在一變更實施方式中，該第一壓電材料層10與第二壓電材料層16的材質氮化鋁、鋯鈦酸鉛(lead zirconium titanate,PZT)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、二氧化矽(SiO₂)、氧化鋅(ZnO)等。該第一壓電材料層10與第二壓電材料層16為單層結構或多層複合材料結構。在本實施方式中，該第一壓電材料層10的厚度大於5μm。具體地，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脈衝鐳射沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法在該第二電極15及第一電極11上形成一壓電材料，並圖案化該壓電材料形成第一壓電材料層10及第二壓電材料層16。

步驟S205，請參閱圖6，在該第一壓電材料層10上定義一缺口102。該缺口102的截面形狀為但不限於梯形。

步驟S207，請參閱圖7，在該缺口102處塗布導電膜17連接該第一電極11及該第一壓電材料層10。該導電膜17的材質為銀漿，且該銀漿中的導電微粒的直徑大於0.01μm且小於10μm。在本實施方式中，該導電膜17的厚度小於10μm，且該導電膜17材質中導電微粒的內聚力大於該壓電材料的表面張力。

本案的超音波感測器100及製造方法在第一壓電材料層10設置一缺口102通過導電膜17連接該透明電極，從而減小第一壓電材料層10的缺口處的表面張力以解決由於壓電材料表面張大較大而引起的導電膜塗布缺角的現象以增加超音波感測器的感測精度。

雖然本發明以優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍之內。