本技术实施例涉及超声波换能器，尤其涉及一种超声波换能器及其制备方法、超声波指纹模组及电子设备。
背景技术：
1、超声波换能器利用压电材料的机械-电转化特性，一方面藉由驱动电路输出的电压激励对外发射超声波信号，另一方面将从外界反射回来的超声波信号转换为电信号，从而获取到外界感应面信息，可被广泛应用于包括但不限于生物特征识别领域(例如，一个示例的应用可以用于超声波指纹模组，可采集指纹信息以进行指纹识别)。现有的制备工艺得到的超声波传感器的性能较差，因此，有必要改善超声波换能器的制备工艺，以提高制备出的超声波换能器的性能。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种超声波换能器及其制备方法、超声波指纹模组及电子设备。
2、根据本技术实施例中的第一方面，提供了一种超声波换能器的制备方法，包括：在衬底的上表面形成底电极，并在所述衬底的上方形成覆盖所述底电极的压电层；至少在所述压电层的上表面形成种子金属层；在所述衬底上方形成第一围挡结构，通过所述第一围挡结构在所述压电层上方围成用于制备顶电极的容纳空间；对所述种子金属层通电，至少在所述容纳空间中的所述种子金属层进行电镀得到顶电极，以得到所述超声波换能器。
3、在一些可选的实施例中，所述第一围挡结构的至少一个内侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于45°，所述顶电极的至少一个外侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于45°，所述第一围挡结构的厚度不低于所述顶电极的厚度。
4、在一些可选的实施例中，所述第一围挡结构的至少一个内侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于5°，所述顶电极的至少一个外侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于5°。
5、在一些可选的实施例中，所述至少在所述压电层的上表面形成种子金属层，包括：通过低温溅射的方法，使所述压电层的上表面和外侧壁均被所述种子金属层覆盖，其中，所述低温溅射的温度控制在135℃以下。
6、在一些可选的实施例中，在所述至少在所述压电层的上表面形成种子金属层之前，所述方法还包括：在所述衬底的上表面形成用于与外部电路电连接的焊盘区；所述至少在所述压电层的上表面形成种子金属层还包括：在所述衬底的上表面形成整层的所述种子金属层，使得所述焊盘区被所述种子金属层覆盖；在得到顶电极之后，所述方法还包括：通过刻蚀工艺，至少部分地去除所述焊盘区上覆盖的所述种子金属层，以将至少部分所述焊盘区露出。
7、在一些可选的实施例中，所述方法还包括：在得到顶电极之后，至少部分地去除所述第一围挡结构。
8、在一些可选的实施例中，所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：在所述衬底上方设置第一光刻胶，并使所述第一光刻胶图形化和固化，以形成所述第一围挡结构，其中，所述第一光刻胶固化时的固化温度控制在135℃以下；其中，所述使所述第一光刻胶图形化和固化包括：使得所述第一光刻胶图形化以在所述压电层上方围成用于制备顶电极的容纳空间，然后再固化。
9、在一些可选的实施例中，在形成所述压电层之前，所述方法还包括：在所述衬底的上表面的所述底电极的外围区域形成第二围挡结构，并使所述第二围挡结构将所述底电极露出；所述在所述衬底的上方形成覆盖所述底电极的压电层，包括：在所述第二围挡结构所露出的所述底电极上方制备所述压电层。
10、在一些可选的实施例中，制备的所述压电层至少部分覆盖在所述第二围挡结构的上表面。
11、在一些可选的实施例中，所述在所述衬底的上表面的所述底电极的外围区域形成第二围挡结构，包括：在所述衬底的上表面设置第二光刻胶，并使所述第二光刻胶图形化和固化，以在所述衬底的上表面的所述底电极的外围区域形成所述第二围挡结构；其中，所述使所述第二光刻胶图形化和固化包括：使得所述第二光刻胶图形化以将所述底电极露出，然后再固化。
12、在一些可选的实施例中，所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：在所述衬底上方的第二围挡结构的上表面形成部分所述第一围挡结构，并且，在所述第二围挡结构的上表面形成的所述第一围挡结构与所述压电层之间存在间距。
13、在一些可选的实施例中，所述在所述衬底的上方形成覆盖所述底电极的压电层之后，所述方法还包括：在所述衬底的上表面的所述压电层的外围区域形成第二围挡结构，并使所述第二围挡结构将所述压电层的上表面的至少部分露出；所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：在所述衬底上方的第二围挡结构的上表面形成部分所述第一围挡结构。
14、在一些可选的实施例中，所述在所述衬底的上表面的所述压电层的外围区域形成第二围挡结构，包括：在所述衬底的上表面设置第二光刻胶，并使所述第二光刻胶图形化和固化，以在所述衬底的上表面的所述压电层的外围区域形成所述第二围挡结构，其中，所述第二光刻胶固化时的固化温度控制在135℃以下；其中，所述使所述第二光刻胶图形化和固化，包括：使得所述第二光刻胶图形化以将所述压电层的上表面的至少部分露出，然后再固化。
15、在一些可选的实施例中，所述第一围挡结构和/或所述第二围挡结构采用如下材料中的至少之一：聚酰亚胺、聚对苯撑苯并二噁唑、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅氧烷类复合材料。
16、在一些可选的实施例中，所述方法还包括：制备得到覆盖至少部分所述顶电极的保护层。
17、在一些可选的实施例中，所述电镀所用的金属材料包括锡、铜、镍、金、银、铟、铬、锌、钛、铅中的至少一种金属材料，或者，电镀所用的金属材料包括锡、铜、镍、金、银、铟、铬、锌、钛、铅中的至少两者的合金材料。
18、在一些可选的实施例中，所述方法还包括：在所述衬底的上表面形成不与所述底电极接触的激励电极；所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：在所述衬底上方形成与所述激励电极接触的第一围挡结构；所述得到顶电极，包括：得到至少部分与所述激励电极连接的顶电极，或者，得到直接与外部电路连接的顶电极。
19、在一些可选的实施例中，所述对所述种子金属层通电，至少在所述容纳空间中的所述种子金属层进行电镀，包括：以不超过50安培的电流对所述种子金属层通电，至少在所述容纳空间中的所述种子金属层进行n个步骤的电镀，并且，所述n个步骤中的第1个步骤的电镀对所述种子金属层通电的电流密度小于等于2安培每平方分米，所述n个步骤中的第2～n个步骤的电镀对所述种子金属层通电的电流密度小于8安培每平方分米，其中，n≥2且为整数。
20、根据本技术实施例中的第二方面，提供了一种超声波换能器，通过如第一方面中任一项所述的超声波换能器的制备方法制备得到，所述超声波换能器包括：衬底、底电极、压电层和顶电极；所述底电极位于所述衬底的上表面，所述压电层位于所述衬底的上方并覆盖所述底电极，所述顶电极的至少部分位于所述压电层上方；所述顶电极用于被施加激励信号以激发所述压电层发出超声波信号，所述底电极用于接收返回的超声波信号作用于所述压电层时在顶电极和底电极之间产生的超声检测信号。
21、根据本技术实施例中的第三方面，提供了一种超声波指纹模组，包括：前述第二方面提供的超声波换能器。
22、根据本技术实施例中的第四方面，提供了一种电子设备，包括：前述第二方面提供的超声波换能器，或者，前述第三方面提供的超声波指纹模组。
23、本技术实施例中的超声波换能器的制备方案，一方面，可以在衬底的上方形成覆盖底电极的压电层，并至少在压电层的上表面形成种子金属层，并在衬底上方形成第一围挡结构，通过第一围挡结构在压电层上方围成用于制备顶电极的容纳空间，再对种子金属层通电，能够至少在容纳空间中的种子金属层进行电镀得到顶电极，从而可以有效地制备得到包括衬底、底电极、压电层和顶电极的超声波换能器；另一方面，由于本方案是通过在种子金属层电镀的方式来制备超声波换能器的顶电极，从而可以通过电镀方式更好地控制制备顶电极达到需要的厚度，使得超声波换能器的制备工艺更加简单且易于管控，并且制备出的顶电极的厚度公差较小，使得顶电极品质稳定性更好，进而可有效提高制备得到的超声波换能器的性能；又一方面，由于本方案可在第一围挡结构围成的容纳空间中进行电镀得到顶电极，因此可以较准确保证制备得到的顶电极处于预定位置，降低顶电极的位置误差，进而进一步提高顶电极品质稳定性，提高制备得到的超声波换能器的性能；再一方面，相较于相关技术中通过多层丝印的方式制备顶电极的方案来说，本方案中通过电镀的方式也可减少达到需要的厚度的操作步骤，可有效降低工艺难度和时间周期，降低生产异常发生的概率。
1.一种超声波换能器的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一围挡结构的至少一个内侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于45°，所述顶电极的至少一个外侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于45°，所述第一围挡结构的厚度不低于所述顶电极的厚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一围挡结构的至少一个内侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于5°，所述顶电极的至少一个外侧壁与所述衬底的法线之间的夹角小于等于5°。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少在所述压电层的上表面形成种子金属层，包括：
5.根据权利要求4所述方法，其中，在所述至少在所述压电层的上表面形成种子金属层之前，所述方法还包括：在所述衬底的上表面形成用于与外部电路电连接的焊盘区；
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：在得到顶电极之后，至少部分地去除所述第一围挡结构。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，在形成所述压电层之前，所述方法还包括：在所述衬底的上表面的所述底电极的外围区域形成第二围挡结构，并使所述第二围挡结构将所述底电极露出；
9.根据权利要求8所述的方法，其中，制备的所述压电层至少部分覆盖在所述第二围挡结构的上表面。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在所述衬底的上表面的所述底电极的外围区域形成第二围挡结构，包括：
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在所述衬底上方形成第一围挡结构，包括：
12.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述在所述衬底的上方形成覆盖所述底电极的压电层之后，所述方法还包括：在所述衬底的上表面的所述压电层的外围区域形成第二围挡结构，并使所述第二围挡结构将所述压电层的上表面的至少部分露出；
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述衬底的上表面的所述压电层的外围区域形成第二围挡结构，包括：
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一围挡结构和/或所述第二围挡结构采用如下材料中的至少之一：聚酰亚胺、聚对苯撑苯并二噁唑、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅氧烷类复合材料。
15.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：制备得到覆盖至少部分所述顶电极的保护层。
16.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述电镀所用的金属材料包括锡、铜、镍、金、银、铟、铬、锌、钛、铅中的至少一种金属材料，或者，电镀所用的金属材料包括锡、铜、镍、金、银、铟、铬、锌、钛、铅中的至少两者的合金材料。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述衬底的上表面形成不与所述底电极接触的激励电极；
18.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述对所述种子金属层通电，至少在所述容纳空间中的所述种子金属层进行电镀，包括：
19.一种超声波换能器，通过如权利要求1-18中任一项所述的超声波换能器的制备方法制备得到，所述超声波换能器包括：衬底、底电极、压电层和顶电极；
20.一种超声波指纹模组，包括：如权利要求19所述的超声波换能器。
21.一种电子设备，包括：如权利要求19所述的超声波换能器，或者，如权利要求20所述的超声波指纹模组。
