本申請案主張2014年8月6日提出申請題為“PIEZOELECTRIC ACOUSTIC RESONATOR BASED SENSOR”的美國專利申請案第14/453,326號的優(yōu)先權(quán)，其全文完整合并于本文中作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本揭露大體上關(guān)于壓電聲波共振器為基礎(chǔ)的傳感器的具體實(shí)施例。

先前技術(shù)

現(xiàn)有的指紋傳感器技術(shù)使用光學(xué)、超音波、熱及/或射頻(RF)手段來偵檢指紋。然而，現(xiàn)有的指紋傳感器技術(shù)有一些缺點(diǎn)，參照本文中所述的各項(xiàng)具體實(shí)施例可指出其中一些缺點(diǎn)。

附圖說明

本揭露的非限制性具體實(shí)施例是參照以下圖式作說明，其中相似的參考元件符號是指各個(gè)視圖各處相似的部分，除非另有指明：

圖1根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示壓電聲波共振器為基礎(chǔ)的傳感器的方塊圖；

圖2根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)壓電聲波共振器的截面的方塊圖；

圖3根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示MEMS壓電聲波共振器的頻率響應(yīng)；

圖4根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示包括一種材料的MEMS壓電聲波共振器的截面的方塊圖；

圖5根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示通過手指接觸的MEMS壓電聲波共振器陣列其中一部分的截面的方塊圖；

圖6根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示另一MEMS壓電聲波共振器的截面的方塊圖；

圖7根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示另一MEMS壓電聲波共振器的頻率響應(yīng)；

圖8根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示通過手指接觸的另一MEMS壓電聲波共振器陣列其中一部分的截面的方塊圖；

圖9根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示壓電聲波共振器的電極的俯視圖的方塊圖；

圖10根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示壓電聲波共振器的其它電極的俯視圖的方塊圖；

圖11根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示用于裝配MEMS壓電聲波共振器的方法的方塊圖；以及

圖12根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示用于裝配另一MEMS壓電聲波共振器的方法的方塊圖。

具體實(shí)施方式

本揭露的態(tài)樣現(xiàn)將參照里面有展示例示性具體實(shí)施例的附圖在下文中更完全地作說明。在底下的說明中，為了解釋，提出許多特定細(xì)節(jié)以便透徹理解各項(xiàng)具體實(shí)施例。然而，本揭露可用許多不同形式予以體現(xiàn)，并且不應(yīng)該予以推斷為受限于本文所提的例示性具體實(shí)施例。

指紋傳感器有兩種，即撥刷式(swipe-based)及區(qū)域式(area-based)。對于行動(dòng)應(yīng)用，光學(xué)方法太笨重且昂貴；熱及撥刷式RF方法因使用者體驗(yàn)而不受歡迎；區(qū)域式超音波與RF傳感器面臨降低制造成本的挑戰(zhàn)。一般來說，以上現(xiàn)有的指紋傳感器技術(shù)因手指污染、傳感器污染、成像誤差等因素而蒙受誤差。本文中所揭示的各項(xiàng)具體實(shí)施例通過測量壓電聲波共振器的頻率響應(yīng)，提供改善的指紋傳感器效能。

舉例而言，一種裝置可包括壓電換能器陣列以及已附接至該壓電換能器陣列用以形成共振器陣列的空腔陣列，例如：MEMS壓電聲波共振器陣列。共振器陣列的其中一共振器(例如透膜共振器、亥姆霍茲(Helmholtz)共振器等)可與對應(yīng)于判定共振器具有非觸碰基線條件的第一頻率響應(yīng)(例如：共振器的共振頻率，共振器的Q因子等)相關(guān)聯(lián)。接著是對應(yīng)于判定已(例如通過指脊(finger ridge))觸碰共振器的第二頻率響應(yīng)(例如：共振器的共振頻率提升，共振器的Q因子降低等)。因此，指紋圖譜可根據(jù)共振器陣列中共振器的頻率響應(yīng)變化來判定。

在一具體實(shí)施例中，壓電換能器陣列可包括壓電材料；已在該壓電材料的第一側(cè)上形成的第一組電極；以及已在該壓電材料的第二側(cè)上形成的第二組電極-該壓電換能器陣列中對應(yīng)于該共振器的壓電換能器包括該第一組電極的第一電極以及該第二組電極的第二電極。

在另一具體實(shí)施例中，該壓電換能器包含已觸碰的共振器(例如：透膜共振器)其中一部分。在又另一具體實(shí)施例中，與已觸碰的共振器(例如：亥姆霍茲共振器)其中一部分對應(yīng)的空腔陣列其中一空腔的第一端小于該空腔的第二端。在一具體實(shí)施例中，空腔的第一端對環(huán)境開放，例如：相鄰于裝置等。在另一具體實(shí)施例中，空腔已填充有對應(yīng)于第一聲速的第一材料，該第一聲速有別于與相鄰于、圍繞等該空腔的第二材料對應(yīng)的第二聲速。

另一具體實(shí)施例可包括一種系統(tǒng)，例如：壓電聲波共振器為基礎(chǔ)的指紋傳感器等，其可包括壓電換能器陣列；已附接至該壓電換能器陣列用以形成共振器陣列的空腔陣列；用以儲存指令的記憶體；以及耦合至該記憶體的處理器，其有助于執(zhí)行用以進(jìn)行操作的所述指令，包含：判定該共振器陣列的其中一共振器的頻率響應(yīng)-該共振器包括該壓電換能器陣列的其中一壓電換能器以及該空腔陣列的其中一空腔；以及回應(yīng)于判定該頻率響應(yīng)的變化滿足所界定條件(例如：該共振器的共振頻率已提升，該共振器的Q因子已降低等)，來判定已例如通過手指等觸碰該共振器。

在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，該空腔的第一部分(例如：對應(yīng)于已觸碰的共振器的一部分)小于該空腔的第二部分。在另一具體實(shí)施例中，該空腔的第一部分對環(huán)境開放。在又另一具體實(shí)施例中，該空腔已填充有對應(yīng)于第一聲速的第一材料，該第一聲速有別于與相鄰于該空腔的第二材料對應(yīng)的第二聲速。

一具體實(shí)施例可包括一種方法，其包括在第一基材上形成壓電換能器陣列；使用第二基材形成空腔陣列的一或多個(gè)部分；以及將該壓電換能器陣列附接至該第二基材以形成共振器陣列。共振器陣列的其中一共振器(例如透膜共振器、亥姆霍茲共振器等)可對應(yīng)于該共振器的受判定非觸碰，就該共振器的共振頻率、共振器的Q因子等，與第一頻率響應(yīng)相關(guān)聯(lián)。再者，該共振器可對應(yīng)于該共振器的受判定觸碰，就例如共振頻率、Q因子等，與第二頻率響應(yīng)相關(guān)聯(lián)。再者，該方法可包括從該壓電換能器陣列移除該第一基材。

在一具體實(shí)施例中，該壓電換能器陣列的形成可包括在壓電材料的第一側(cè)上形成第一組電極，以及在該壓電材料的第二側(cè)上形成第二組電極-該壓電換能器陣列中對應(yīng)于該共振器的壓電換能器可包括該第一組電極的第一電極以及該第二組電極的第二電極。

在另一具體實(shí)施例中，該方法可包括以具有第一聲速的材料填充該空腔陣列中對應(yīng)于該共振器(例如：亥姆霍茲共振器)的空腔，該第一聲速有別于該第二基材的第二聲速。

整篇說明書對于“一項(xiàng)具體實(shí)施例”或“一具體實(shí)施例”的參照，意味著至少一項(xiàng)具體實(shí)施例中包括配合該具體實(shí)施例所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。如此，整篇說明書各處出現(xiàn)的詞組“在一項(xiàng)具體實(shí)施例中”或“在一具體實(shí)施例中”不必然全都指到相同的具體實(shí)施例。再者，可在一或多項(xiàng)具體實(shí)施例中以任何適宜的方式將特定特征、結(jié)構(gòu)或特性結(jié)合。

再者，就【具體實(shí)施方式】或隨附權(quán)利要求書中使用的“包括”、“具有”、“含有”等詞及其它類似字組而言，此類用語用意在于可兼-按照類似于作為開放性轉(zhuǎn)接詞的“包含”一詞的方式-未排除任何另外的或其它元件。此外，“或”一詞用意在于意為含括性的“或”，而非排他性的“或”。也就是說，除非另有指明、或內(nèi)容中有清楚表達(dá)，否則“X運(yùn)用A或B”意味著自然可兼之排列的任一個(gè)。也就是說，若X運(yùn)用A；X運(yùn)用B；或X同時(shí)運(yùn)用A與B，則在前述實(shí)例任一者下都滿足“X運(yùn)用A或B”。另外，冠詞“一”于本申請書及隨附權(quán)利要求書中使用時(shí)，除非另有指明或內(nèi)容中有清楚表達(dá)針對的是單數(shù)形，基本上應(yīng)該解讀為意指“一或多個(gè)”。

再者，字組“例示性”及/或“展示性”在本文中是用來意指當(dāng)作實(shí)施例、實(shí)例、或說明使用。為免疑慮，本文中揭示的專利標(biāo)的并不受限于此類實(shí)施例。另外，本文中描述為“例示性”及/或“展示性”的任何方面或設(shè)計(jì)不一定要是要解讀為比其它方面或設(shè)計(jì)更佳或更優(yōu)，也非意味著排除本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的均等例示性結(jié)構(gòu)與技巧。

現(xiàn)請參閱圖1，根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示壓電聲波共振器為基礎(chǔ)的傳感器100的方塊圖。壓電聲波共振器為基礎(chǔ)的傳感器100包括控制組件102及聲波共振器陣列105?？刂平M件102(例如：系統(tǒng)、特定應(yīng)用集成電路(ASIC)等)可包括(多個(gè))運(yùn)算裝置、(多個(gè))記憶體裝置、(多個(gè))運(yùn)算系統(tǒng)、邏輯等，用于例如經(jīng)由TX組件106產(chǎn)生刺激、例如經(jīng)由RX組件108偵檢對該刺激的回應(yīng)、以及例如基于該刺激及對該刺激的該回應(yīng)，經(jīng)由處理組件104判定壓電聲波共振器陣列105的其中一壓電聲波共振器(110、205(請參閱下文)、605(請參閱下文)等)的頻率響應(yīng)，例如：共振頻率變化、Q因子變化等。就此而言，處理組件104可基于該頻率響應(yīng)，判定是否已例如通過手指的脊部觸碰該壓電聲波共振器，并且基于判定已觸碰的是壓電聲波共振器陣列105中哪(些)個(gè)壓電聲波共振器110，進(jìn)一步推導(dǎo)指紋。

圖2根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示MEMS壓電聲波共振器205的截面的方塊圖。MEMS壓電聲波共振器205(例如：亥姆霍茲共振器)包括已通過基材250(例如：硅為基礎(chǔ)的材料)、于該基材內(nèi)等所形成的空腔240。在圖2所示的具體實(shí)施例中，空腔240包括曝露至環(huán)境(例如：空氣)的開口。再者，空腔240的第一端、或頂端部分的截面小于空腔240的第二端、或底端部分的截面，舉例來說，使空腔240能夠體驗(yàn)共振頻率(f_H)、或亥姆霍茲共振，如下面方程式(1)所定義：

其中，A是空腔240的頂端部分、或“頸部”的截面積，V₀是空腔240的靜態(tài)容積，L_eq是具有末端校正的頸部的等效長度，而ν是氣體中的音速，如下面方程式(2)所示：

v＝331.3+0.606·θ (2)

其中，θ是以攝氏度數(shù)表示的周圍溫度。

MEMS壓電聲波共振器205包括壓電換能器207，其包括頂端電極210、壓電材料220(例如：壓電膜、聚偏二氟乙烯(PVDF)等)、以及底端電極230。在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，頂端電極210及底端電極230可由傳導(dǎo)材料(例如：金屬)所制造，而控制組件102可產(chǎn)生并經(jīng)由頂端電極210及底端電極230對壓電換能器207施加刺激，例如：脈沖信號、頻率掃描、交流(AC)電壓、AC電流等。如圖3所示，控制組件102可基于刺激(例如：基于傅利葉轉(zhuǎn)換分析)，例如利用網(wǎng)絡(luò)分析儀等，測量共振頻率310(例如：對應(yīng)于壓電聲波共振器205的非觸碰)、及共振頻率320(例如：對應(yīng)于壓電聲波共振器205的觸碰)。就此而言，回應(yīng)于判定壓電聲波共振器205的共振頻率已提升至例如共振頻率320，控制組件102可判定已(例如：通過手指的脊部)觸碰MEMS壓電聲波共振器205。

圖4根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示包括一種材料的MEMS壓電聲波共振器410的截面的方塊圖。如圖4所示，空腔240可填充有與第一聲速相關(guān)聯(lián)的材料410，例如：橡膠、凝膠等，該第一聲速有別于對應(yīng)于基材250的第二聲速。就此而言，MEMS壓電聲波共振器250的共振頻率可就基材250的聲速，通過選擇預(yù)定聲速的材料410，按照預(yù)定方式來修改。再者，在空腔240中包括材料410可防止殘材、污染物等進(jìn)入空腔240并隨后在測量MEMS壓電聲波共振器205的共振頻率時(shí)引進(jìn)誤差。

圖5根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示通過手指510接觸的MEMS壓電聲波共振器205陣列(520)的其中一部分的截面的方塊圖?？刂平M件102可基于判定MEMS壓電聲波共振器的共振頻率已提升，而判定指脊532已觸碰該陣列此部分的MEMS壓電聲波共振器(205)。再者，控制組件102可基于各別判定其它MEMS壓電聲波共振器的共振頻率尚未變化，而判定該陣列此部分的該等其它MEMS壓電聲波共振器尚未例如通過指脊530及指脊534來觸碰。就此而言，控制組件102可基于此類判定來推導(dǎo)對應(yīng)于手指510的指紋。

現(xiàn)請參閱圖6，根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，所繪示為MEMS壓電聲波共振器605的截面的方塊圖。MEMS壓電聲波共振器605(例如：透膜共振器)包括已通過基材250(例如：硅為基礎(chǔ)的材料)、于該基材內(nèi)等所形成的空腔610，并且已通過壓電換能器207的底端電極230來圍蔽?？刂平M件102可產(chǎn)生并經(jīng)由頂端電極210及底端電極230對壓電換能器207施加刺激，例如：脈沖信號、頻率掃描、交流AC電壓、AC電流等。

如圖7所示，控制組件102可基于該刺激，測量Q因子710(例如：對應(yīng)于壓電聲波共振器605的非觸碰)、及Q因子720(例如：對應(yīng)于壓電聲波共振器605的觸碰)。就此而言，回應(yīng)于判定壓電聲波共振器605的Q因子已降低至例如Q因子720，控制組件102可判定已(例如：通過手指的脊部)觸碰MEMS壓電聲波共振器605。

圖8根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示通過手指510接觸的MEMS壓電聲波共振器(605)陣列(820)的其中一部分的截面的方塊圖?？刂平M件102可基于判定MEMS壓電聲波共振器的Q因子已降低，而判定指脊532已觸碰該陣列此部分的MEMS壓電聲波共振器(605)。再者，控制組件102可基于各別判定其它MEMS壓電聲波共振器的Q因子尚未變化，而判定該陣列此部分的該等其它MEMS壓電聲波共振器尚未例如通過指脊530及指脊534來觸碰。就此而言，控制組件102可基于此類判定來推導(dǎo)對應(yīng)于手指510的指紋。

在圖9所示的一具體實(shí)施例中，頂端電極210可形成正方形形狀，其可更小并位于底端電極230的正方形形狀上面。在圖10所示又另一具體實(shí)施例中，頂端電極210可形成正多邊形的形狀，其可更小并位于底端電極230的正多邊形形狀上面。就此而言，具有本揭露的效益的MEMS技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)領(lǐng)會(huì)的是，本文中所揭示的裝置的具體實(shí)施例可包含各種形狀的電極。

現(xiàn)請參閱圖11，根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，所繪示的是方塊圖(1100)，其表示一種用于制造、裝配等MEMS壓電聲波共振器(例如：MEMS壓電聲波共振器205)的方法。于1120，可在基材1110上形成壓電換能器陣列(207)。舉例而言，可在基材1110上形成底端電極(230)；可在該等底端電極上形成、置放等介電材料220；以及可在介電材料220上形成、置放等頂端電極(210)。

于1130，可在基材250上形成空腔陣列(240)的(多個(gè))部分。于1140，該空腔陣列的(多個(gè))部分可置放于壓電換能器陣列(207)上、附接至該壓電換能器陣列(207)等。在另一具體實(shí)施例中(圖未示)，該空腔陣列的其中之一或多個(gè)空腔可填充有具備第一聲速的材料，該第一聲速有別于基材250的第二聲速。于1150，可將基材1110從該等底端電極移除。

圖12根據(jù)各項(xiàng)具體實(shí)施例，繪示方塊圖(1200)，其表示另一用于制造、裝配等MEMS壓電聲波共振器(例如：MEMS壓電聲波共振器605)的方法。于1210，可在基材1110上形成壓電換能器陣列(207)。舉例而言，可在基材1110上形成頂端電極；可在該等頂端電極及基材1110上形成、置放等介電材料220；以及可在介電材料220上形成、置放等底端電極(230)。

于1220，可在基材250上形成空腔陣列(310)的(多個(gè))部分。于1230，該空腔陣列的(多個(gè))部分可置放于壓電換能器陣列(207)上、附接至該壓電換能器陣列(207)等。于1240，可將基材1110從介電材料220及該等頂端電極移除。

以上關(guān)于方塊圖1100及1200所述制造、裝配等步驟有一些或全部不應(yīng)該視為限制。反而，具有本揭露的效益的MEMS技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng)了解的是，該等步驟有一些可按照各種未說明的順序來執(zhí)行。

以上本揭露的所示具體實(shí)施例的說明(包括摘要部分所述)用意不在于窮舉或限制所揭示的具體實(shí)施例于所揭示的精確形式。盡管特定具體實(shí)施例及實(shí)施例在本文中是為了說明性目的而描述，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可辨識的是，視為在此類具體實(shí)施例及實(shí)施例范疇內(nèi)的各種修改仍是有可能的。

就此而言，盡管所揭示的專利標(biāo)的已配合各項(xiàng)具體實(shí)施例及對應(yīng)圖式作說明，在適用的情況下，要了解的是，仍可使用其它類似的具體實(shí)施例，或仍可對所述具體實(shí)施例施作修改與增添，用于進(jìn)行所揭示專利標(biāo)的相同、類似、替代、或取代的功能而不與其有所偏離。因此，所揭示的專利標(biāo)的不應(yīng)該受限于本文中所述的任何單一具體實(shí)施例，反而應(yīng)該根據(jù)隨附權(quán)利要求書在廣度與范疇方面作解讀。