特許 7285590 超音波センサーの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-25

(45)【発行日】2023-06-02

(54)【発明の名称】超音波センサーの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 31/00 20060101AFI20230526BHJP

【ＦＩ】

H04R31/00 330

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021534098

(86)(22)【出願日】2019-01-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-16

(86)【国際出願番号】 KR2019000931

(87)【国際公開番号】W WO2020040376

(87)【国際公開日】2020-02-27

【審査請求日】2021-11-08

(31)【優先権主張番号】10-2018-0099287

(32)【優先日】2018-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521078001

【氏名又は名称】ビーティービーエル カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】弁理士法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヨンギュ

(72)【発明者】

【氏名】パク，キョンオク

(72)【発明者】

【氏名】イ，スンジン

【審査官】岩田 淳

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１８５８７３１（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１８３０２０９（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開平１１－２７４５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０１２４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９１７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６１６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３６４８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １／００－３１／００

Ｇ０６Ｖ ３０／００－３０／１２

Ｇ０６Ｖ ３０／１８－３０／２２２

Ｇ０６Ｖ ３０／２２６－３０／３２

Ｇ０６Ｖ ３０／４２－３０／４２４

Ｈ０１Ｌ ２７／２０

Ｈ０１Ｌ ４１／００－４１／４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エッチング用基板に凹部と凸部を有する微細パターンを形成する段階と、
前記微細パターンの前記凹部に圧電材を充填する段階と、
前記充填された圧電材を加圧する段階と、
前記圧電材を焼結することによって仮圧電体を形成する段階と、
前記仮圧電体を再焼結することによって稠密な単位圧電体を形成する段階と、
前記単位圧電体の両端部に電極端子を形成することによって単位圧電セルを製造する段
階と
を含むことを特徴とする超音波センサーの製造方法であって、
前記エッチング用基板は導電性を備え、
前記エッチング用基板の前記凸部の一部はリード電極であることを特徴とする
超音波センサーの製造方法。

【請求項2】

前記圧電材を充填するときは、圧電材粉末をスプレーして注入することを特徴とする、
請求項１に記載の超音波センサーの製造方法。

【請求項3】

前記圧電材粉末の平均粒度は０．１μｍ～１０μｍであることを特徴とする、請求項２
に記載の超音波センサーの製造方法。

【請求項4】

前記加圧は２００ＭＰａ～７００ＭＰａで行うことを特徴とする、請求項１に記載の超
音波センサーの製造方法。

【請求項5】

前記焼結は、前記圧電材の表面が溶融される温度で行うことを特徴とする、請求項１に
記載の超音波センサーの製造方法。

【請求項6】

前記再焼結は、前記仮圧電体の表面が溶融される温度で行うことを特徴とする、請求項
１に記載の超音波センサーの製造方法。

【請求項7】

前記圧電材を充填するときは、圧電材粉末を溶媒及びバインダーに混合したペースト又
は溶液状にした圧電材を充填することを特徴とする、請求項１に記載の超音波センサーの
製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波センサーの製造方法に関し、より具体的には、超音波センサーの収率及び品質を向上できる超音波センサーの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波センサーアレイにおいては、超音波伝達媒体又は他の媒体を介して、検出される対象に向かって超音波を伝送するために超音波送信機を使用することができる。前記送信機は、対象から反射された部分の超音波を検出するように構成された超音波センサーと動作可能に連結され得る。例えば、各超音波指紋画像機において、非常に短い時間間隔の間に送信を開始及び中断することによって超音波パルスを発生することが可能である。超音波パルスが達したそれぞれの材料界面において超音波パルスの一部が反射される。

【0003】

例えば、超音波指紋画像機において、指紋イメージを得るために人の指が置かれ得る圧板に超音波を進行させる。圧板を通過した後、超音波の一部は、圧板と接触する皮膚、例えば、指紋隆線に達する一方、残りの超音波は空気、例えば、指紋の隣り合う各隆線間の谷に達し、異なる強度で再び超音波センサー側に反射され得る。また、指による反射信号は、処理後に反射信号の信号強度を示すデジタル値に変換され得る。

【0004】

分散された領域にわたってこれらの多数の反射信号が集まると、これらの各信号のデジタル値は、分散された領域にわたる信号強度のグラフィックディスプレイの提示に使用可能であり、例えば、各デジタル値をイメージに変換することによって、指紋のイメージを提示することができる。したがって、超音波センサーは、指紋センサー又は他のタイプの生体認識センサーとして使用され得る。

【0005】

すなわち、超音波センサーは、超音波を送出し、送出された超音波が物体に反射されて戻ってくる信号を受信し、受信した信号によって物体を感知する装置である。このような超音波センサーは、大きく分けて、超音波送信部、超音波受信部、駆動部及び機構部品で構成され得る。超音波送信部及び超音波受信部は、駆動部から交流電圧を受けることによって超音波を送信し、送信された超音波が物体に反射されて戻ってくる信号を受信し、この信号を駆動部に伝達する。ここで、超音波受信部及び超音波受信部の主要構成部品はケース及び圧電素子である。圧電素子に交流電流が通電すると、圧電物質をなす各結晶が圧縮及び膨張を繰り返すことによって機械的な振動が発生し、逆圧電効果と呼ばれる現象が生じる。例えば、圧電素子に外力が加えられることによって収縮及び膨張が繰り返されると、圧電素子の片方には正（＋）電荷が生じ、もう片方には負（－）電荷が生じることによって電流が発生する。外部から交流電流が圧電素子に加えられることによって圧電素子の収縮及び膨張が繰り返される。これによって発生する振動がケースに伝達され、ケースの振動が空気中の疏密波を発生させる。超音波センサーで超音波を送信する場合は、前記過程を繰り返す。

【0006】

その一方で、超音波センサーが超音波を受信する場合は、空気中の疏密波がケースの振動板に伝達されることによってケースの変位が発生し、この変位による圧電素子の収縮及び膨張によって交流電流が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】大韓民国登録特許公報第１８５０１２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

大韓民国登録特許公報第１８５０１２７号は、不完全焼結条件によって焼結された圧電シートでセラミック焼結体が設けられる段階と、前記セラミック焼結体の第１方向に平行な第１表面から第２方向に平行な第２表面までに残存領域が残る深さで予め指定された間隔ごとに切削加工され、前記セラミック焼結体の第２方向に平行かつ第１方向に垂直な第２表面の方向から前記第１表面側に残存領域が残る深さで予め指定された間隔ごとに切削加工されることによってセラミック加工体が形成される段階と、前記セラミック加工体が予め指定された完全焼結条件によって焼結処理される段階と、切削加工によって前記セラミック加工体に形成された溝に絶縁材が充填される段階と、及び第１表面と第２表面の上に圧電ロッドがそれぞれアレイ形態で配列され、第１表面と第２表面に存在する残存領域が除去され、圧電ロッドが露出するように研磨処理される段階とを含むことを特徴とする超音波センサーを製造する技術を公開している。しかし、圧電ロッドを切削するのに多くの時間がかかるので製造効率が低く、切削によって圧電ロッドの品質が低下するおそれがある。

【0009】

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、超音波センサーの収率及び品質を向上できる超音波センサーの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上述した技術的課題を解決するために、エッチング用基板に凹部と凸部を有
する微細パターンを形成する段階と、前記微細パターンの前記凹部に圧電材を充填する段
階と、前記充填された圧電材を加圧する段階と、前記圧電材を焼結することによって仮圧
電体を形成する段階と、前記仮圧電体を再焼結することによって稠密な単位圧電体を形成
する段階と、前記単位圧電体の両端部に電極端子を形成することによって単位圧電セルを
製造する段階とを含み、前記エッチング用基板は導電性を備え、前記エッチング用基板の前記凸部の一部はリード電極であることを特徴とする超音波センサーの製造方法を提供する。

【0011】

本発明の一実施態様によると、前記圧電材を充填するときは、圧電材粉末をスプレーして注入することができる。

【0012】

本発明の他の実施態様によると、前記圧電材粉末の平均粒度は０．１μｍ～１０μｍであり得る。

【0013】

本発明の他の実施態様によると、前記加圧は２００ＭＰａ～７００ＭＰａで行うことができる。

【0014】

本発明の他の実施態様によると、前記焼結は、圧電材の表面が溶融される温度で行うことができる。

【0015】

本発明の他の実施態様によると、前記再焼結は、仮圧電体の表面が溶融される温度で行うことができる。

【0016】

本発明の他の実施態様によると、前記圧電材を充填するときは、圧電材粉末を溶媒及びバインダーに混合したペースト又は溶液状にした圧電材を充填することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る超音波センサーの製造方法及びその超音波センサーによると、超音波センサーの収率及び品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る製造方法によりエッチング用基板の上に製造された超音波センサーを示す図である。

【図2】本発明の基板上に微細パターンで形成された凹部及び凸部の断面を示す図である。

【図3】微細パターンの凹部に圧電材を充填して加圧するプロセスを断面的に示す図である。

【図4】本発明に係る製造方法により焼結後の仮圧電体の粒子形状を概念的に示す図である。

【図5】本発明に係る製造方法により再焼結後の単位圧電体の粒子形状を概念的に示す図である。

【図6】本発明に係る製造方法により再焼結後単位圧電体の上に形成されたフォトレジストによって基板上の凸部の一部をエッチングして電極を形成し、絶縁材を基板の上に積層するプロセスを断面的に示す図である。

【図7】本発明に係る製造方法により単位圧電体の上に電極端子を成形した一例を示す図であって、まず、第１電極端子Ｅ１を積層し、設計されたパターン通りにエッチングした後、第２電極端子Ｅ２を積層し、パターン通りにエッチングする概念を断面的に示す図である。

【図8】実施例１により製造された超音波センサーの断面に対する走査電子顕微鏡写真である。

【図9】比較例１による焼結後の仮圧電体の走査電子顕微鏡写真である。

【図10】実施例１による再焼結後の単位圧電体の走査電子顕微鏡写真である。

【図11】実施例２による再焼結後の単位圧電体の走査電子顕微鏡写真である。

【図12】比較例１により製造された超音波センサーのインピーダンス測定値を示すグラフである。

【図13】実施例２により製造された超音波センサーのインピーダンス測定値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
但し、本発明で使用される技術的用語は、特定の実施態様を説明するために使用されたものに過ぎず、本発明を限定するために使用されたものではないことに留意しなければならない。

【0022】

また、本発明で使用される技術的用語は、本発明で特に異なる意味で定義されない限り、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解される意味で解釈しなければならず、過度に包括的な意味で解釈するもしくは過度に限定的な意味で解釈してはならない。本発明で使用される技術的な用語が本発明の思想を正確に表現できない誤った技術的用語であるときは、当業者が正しく理解できる技術的用語に置き替えて理解しなければならない。本発明で使用される一般的な用語は、辞書の定義通りに、又は前後の文脈によって解釈しなければならず、過度に限定的な意味で解釈してはならない。本発明で使用される単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味を有さない限り、複数の表現を含む。本発明において、「構成される」又は「含む」などの用語は、本明細書に記載した複数の構成要素又は複数の段階を必ず全て含むものと解釈してはならず、そのうちの一部の構成要素又は一部の段階が含まれない場合もあり、又は、追加的な構成要素又は段階をさらに含み得るものと解釈しなければならない。本発明を説明するにおいて、関連する先行技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。

【0023】

図１は、本発明に係る製造方法によりエッチング用基板の上に製造された超音波センサーを示す図であり、図２は、本発明の基板上に微細パターンで形成された凹部及び凸部の断面を示す図であり、図３は、微細パターンの凹部に圧電材を充填して加圧するプロセスを断面的に示す図であり、図４は、本発明に係る製造方法により焼結後の仮圧電体の粒子形状を概念的に示す図であり、図５は、本発明に係る製造方法により再焼結後の単位圧電体の粒子形状を概念的に示す図であり、図６は、本発明に係る製造方法により再焼結後単位圧電体の上に形成されたフォトレジストによって基板上の凸部の一部をエッチングして電極を形成し、絶縁材を基板の上に積層するプロセスを断面的に示す図であり、図７は、本発明に係る製造方法により単位圧電体の上に電極端子を成形した一例を示す図であって、まず、第１電極端子Ｅ１を積層し、設計されたパターン通りにエッチングした後、第２電極端子Ｅ２を積層し、パターン通りにエッチングする概念を断面的に示す断面図であり、図８は、実施例１により製造された超音波センサーの断面に対する走査電子顕微鏡写真であり、図９は、比較例１による焼結後の仮圧電体の走査電子顕微鏡写真であり、図１０は、実施例１による再焼結後の単位圧電体の走査電子顕微鏡写真であり、図１１は、実施例２による再焼結後の単位圧電体の走査電子顕微鏡写真であり、図１２は、比較例１による超音波センサーのインピーダンス測定値を示すグラフであり、図１３は、実施例２により製造された超音波センサーのインピーダンス測定値を示すグラフである。以下ではこれらを参考にする。

【0024】

本発明に係る超音波センサーの製造方法は、エッチング用基板に凹部と凸部を有する微細パターンを形成する段階（Ｓ１）と、前記微細パターンの凹部に圧電材を充填する段階（Ｓ２）と、前記充填された圧電材を加圧する段階（Ｓ３）と、前記圧電材を焼結することによって仮圧電体を形成する段階（Ｓ４）と、前記仮圧電体を再焼結することによって稠密な単位圧電体を形成する段階（Ｓ５）と、前記単位圧電体の両端部に電極端子を形成することによって単位圧電セルを製造する段階（Ｓ６）とを含むことを特徴とする。

【0025】

まず、Ｓ１段階は、エッチング用基板１００の上に凹部と凸部を有する微細パターンＰを形成する工程である。本発明に係る超音波センサー２００の製造方法は、上述した従来技術の問題で言及した切削加工によらないので、エッチング用基板に微細パターンを形成することによって超音波センサーを製造する。

【0026】

前記エッチング用基板１００の材質は、湿式エッチングや乾式エッチングによって微細パターンが形成され得る材質である限り、特に制限はないが、後続する焼結や再焼結工程で印加される熱エネルギーによって物性の変化やねじれなどの基板における平坦度の変化が生じない素材であることが好ましい。

【0027】

このようなエッチング用基板には、シリコンウェハー（Ｓｉ Ｗａｆｅｒ）、ガラスウェハー（Ｇｌａｓｓ Ｗａｆｅｒ）又はセラミック基板（Ｃｅｒａｍｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）などが含まれる。

【0028】

また、前記エッチング用基板は、導電性を備え、別途の導電ホール（ビアホールやスルーホール）がなくても分極のための閉回路を構成することができる。エッチング用基板は、導電物質、金属イオン、導電性微細粉末を調節された濃度でドーピングしたシリコンウェハー、ガラスウェハー又はセラミック基板であってもよい。ドーピングによって全体的に低い抵抗を有するエッチング用基板を実現することができる。

【0029】

ガラスウェハーの場合は、ドーピングによって導電化処理を施すことはもちろん、ガラスウェハーにスパッタリング工程で酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）などを堆積させて、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）又はチタン酸ストロンチウム（ＴｉＳｒＯ_３）と任意に混合してもよい。さらに、ナノスケール酸化物層（ｎａｎｏ－ｓｃａｌｅ ｏｘｉｄｅ）を積層することによって導電性を確保することができる。

【0030】

このような抵抗は、０．００１Ωｃｍ～０．０１Ωｃｍであることが好ましく、低いほど導電性が良い一方、上限値を超えると、電気特性が低減し、超音波信号の感度が低くなり、解像度が低減し得る。

【0031】

このようなエッチングによる微細パターンの精密な成形のために、フォトリソグラフィ工程を採用する。

【0032】

すなわち、前記基板の上表面にフォトレジスト（ＰＲ、ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を塗布して硬化させた後、微細パターンに対応するパターンを備えたフォトマスクに紫外線などの機能性光を照射すると、備えられたパターンにのみ光が透過され、パターンに対応する部分のみが露光される。

【0033】

その後、現像工程でパターン以外の部分を除去し、微細パターンを基板上に具現できる。

【0034】

次に、Ｓ２段階は、前記微細パターンの凹部に圧電材３００を充填する工程であって、超音波センサーの単位セル前駆体を製造する段階である。

【0035】

前記凹部Ｐ１は、多様な形状を持つ微細パターンの設計によって決められた間隔を隔てて形成される。

【0036】

前記微細パターンの凹部Ｐ１は、窪み部であり圧電材３００が充填され、超音波センサーの単位セルとして機能する。

【0037】

また、圧電材は、チタン酸バリウム系化合物、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ_３）系化合物、ＰＳＴ（Ｐｂ（Ｓｃ，Ｔａ）Ｏ_３）系化合物、（Ｐｂ，Ｓｍ）ＴｉＯ_３系化合物又はＰＭＮ（Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ_３－ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３））系化合物を含むセラックミックであって、焼結を経て形態が変わる材料である。

【0038】

ここで、前記圧電材３００を充填するときは圧電材粉末の密度が重要であり、このために、前記圧電材粉末の平均粒度を０．１μｍ～１０μｍに調整して、これをスプレーして注入する。

【0039】

また、前記圧電材を充填するときは、圧電材粉末を溶媒及びバインダーに混合したペースト又は溶液状にした圧電材を充填する。

【0040】

前記溶媒やバインダーは有機物であって、乾燥や硬化時に加えられる熱によって蒸発又は酸化されて除去されやすいので、圧電材粉末の充填に役に立つ。

【0041】

前記溶媒やバインダーは、圧電材粉末を均一且つ高い密度で混合できる限り、その種類は限定されない。

【0042】

また、充填後の加圧及び焼結時に各粒子を成長させ、結晶の大きさも増加させるために結晶化剤をさらに添加することができる。

【0043】

このような結晶化剤としては、ピラジン、イミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウム、ピロリジニウムハライド系イオン性液体（溶媒としては、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ジアセトンアルコール、フェノール、アセトン、アセトニトリル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ又はブチルセロソルブなどを使用する）又は両端にシアノ（ＣＮ）基が導入されたアルキル／アリルチェーン、又はピリジン基が二つである化合物を使用する。

【0044】

次に、Ｓ３段階は、前記充填された圧電材を加圧する工程である。

【0045】

前記圧電材が粉末の形態で充填されるので、粉末間に空隙が存在するようになり、このような空隙は、焼結や再焼結を経たとしても減少しにくく、結局、圧電材の電気的及び物理的特性に悪影響を及ぼす。

【0046】

したがって、粉末間の空隙を最小化するために充填された圧電材を加圧するが、加圧する方法としては、気体加圧や機械的加圧を適用することができ、気体加圧は２００ＭＰａ～７００ＭＰａの範囲で行うことが好ましい。

【0047】

加圧が２００ＭＰａ未満で行われる場合は、空隙減少の効果が微々たるものとなり、電気的及び物理的特性の向上への影響がほとんどない一方、加圧が７００ＭＰａを超えて行われる場合は、空隙の最小化には役に立つが、加圧工程のメンテナンスと修理の費用が増加し、超音波センサーの製造に悪影響を及ぼし得る。

【0048】

また、前記加圧時に圧電材に振動を加えることによって圧電材粉末の位置を変更することができ、空隙の除去に役に立て得る。このような振動は、圧電材粉末の大きさに相関性を有する周波数で行い、１ｋＨｚ～６００ｋＨｚの周波数で振動させることが好ましい。周波数が１ｋＨｚ未満である場合は、粒子の位置変更への影響が微々たるものとなる一方、周波数が６００ｋＨｚを超える場合は、過剰なエネルギーを印加したのに比べて圧電材粒子の位置変更への影響が微々たるものとなり得る。

【0049】

次に、Ｓ４段階は、前記圧電材３００を焼結し、仮圧電体３００’を形成する工程である。

【0050】

前記圧電材の空隙を加圧して最小化した後、各粒子間の導電経路を形成するために焼結するが、このような焼結は、粒子の相が液相に変化する程度の熱エネルギーを加えるのではなく、圧電材の表面が溶融される程度の温度の熱を加えることによって導電経路を形成できれば十分である。

【0051】

次に、Ｓ５段階は、前記仮圧電体３００’を再焼結し、稠密な単位圧電体３００”を形成する工程である。

【0052】

前記再焼結は、仮圧電体の表面が溶融される温度で行われる。Ｓ５段階においては、仮圧電体粒子が液相に変化するのではなく、仮圧電体の表面のみが溶融される程度の熱エネルギーを加える。凝固された仮圧電体の粒子の体積は増加する。

【0053】

次に、Ｓ６段階は、前記単位圧電体３００”の両端部に電極端子Ｅ１、Ｅ２を形成し、単位圧電セル５００を製造する工程である。

【0054】

上述した再焼結された単位圧電体３００”の両端部に電極端子を形成するが、この電極端子に外部の回路やモジュールが連結され、本発明に係る超音波センサー２００を駆動する。

【0055】

前記電極端子Ｅ１、Ｅ２は、導電性が高く、抵抗が低い素材である限り、その素材は限定されず、 銀、銅、アルミニウムなどの導電金属材を使用して形成することができる。

【0056】

前記電極端子の積層は、導電金属材粉末をバインダーと混合したペーストを端子配線電極（図示せず）の設計されたパターン形態でスクリーンプリンティングし、成形及び硬化することによって行う。

【0057】

ここで、基板１００はフォトリソグラフィ工程で除去することができ、単位圧電体間の空間には、電圧印加時や超音波送受信時における相互間の干渉を最小化できるように、絶縁誘電材４００を充填してもよい。絶縁材は、高分子樹脂材であることが好ましい。

【0058】

一方、前記電極端子Ｅ１、Ｅ２は、互いに対向するように配置される。超音波センサーで使用するために電極端子は互いに接続する必要がある。そのために、ワイヤ配線、ビアホールやスルーホール加工を施しているが、この場合、接続工程が不便且つ難しくなるので、本発明においては、一方向に端子配線を配置するためにエッチング用基板１００自体を用いる。

【0059】

このために、前記エッチング用基板は導電性を備えなければならないが、抵抗が低い材料である限り、多様な材質の基板を使用することができる。前記エッチング用基板の凸部の一部はリード電極１００’として配置する。このために、エッチングの前に、リード電極のパターン上にフォトレジストＰＲを配置する。

【0060】

したがって、外部の回路やモジュールから電流を流すと、配線電極及びリード電極を介して前記単位圧電体３００”に電圧が印加され、それ自体が収縮及び膨張又は振動を起こし、特定の周波数の超音波を発生させる。この超音波は、特定の方向、例えば、人の指にスキャン（送信；Ｔｘ）されて反射される周波数（受信；Ｒｘ）を読み込み、登録された特定の人の指紋情報とその値とを比較することによって特定の指紋の同一性を判別する。

【0061】

一方、前記単位圧電セル５００を複数個結合することによって超音波センサー２００を構成する。例えば、指尖の大きさに対応する数ｍｍ²～数十ｍｍ²の面積内に数百個～数千個の単位圧電セルを配置する。指紋判別の正確さ及び精度によって単位圧電セルの個数を決定する。

【0062】

このような超音波センサー２００は、ダイシングなどの切断工程を通じて準備され得る。

【実施例】

【0063】

実施例１
シリコンウェハーに線幅５０μｍの微細パターンをフォトリソグラフィ工程で成形し、ＰＺＴ圧電粉末（平均粒度０．５μｍ～３μｍ）をスプレーすることによって微細パターンの凹部に注入し、３００ＭＰａで加圧しながら１分当たり１℃ずつ昇温させた後、８５０℃で２時間を維持し、１分当たり１℃ずつ降温させた後、同一の条件で再焼結及び冷却を行い、フォトリソグラフィ工程で基板を除去し、エポキシ絶縁材を充填した後、ゴールドメタル堆積後にフォトリソグラフィ工程を行い、配線電極をパターニングした後にダイシングして超音波センサーを製造した。

【0064】

実施例２
加圧を４００ＭＰａで行ったことを除いては、実施例１と同様にして超音波センサーを製造した。

【0065】

比較例１
加圧を３０ＭＰａで行い、再焼結工程を省略したことを除いては、実施例１と同様にして超音波センサーを製造した。

【0066】

実験例１
比較例１及び実施例１－２による超音波センサーを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で撮影した画像を図８～図１１に示した。図９を参照すると、比較例１の場合は、粒度が小さいので、各粒子間の空隙の数が多くなる一方、実施例１及び実施例２の場合は（図１０と図１１を参照）、粒子の大きさが増加し、空隙の数が減少した。

【0067】

実験例２
比較例１及び実施例２による超音波センサーに対する超音波の送信時と受信時のインピーダンス値を測定した結果をそれぞれ図１２及び図１３に示した。これを参考にすると、比較例１の場合は、送受信のインピーダンスピークを区別しにくいが、実施例２の場合は、インピーダンスピークが鮮明であり、比較例１より本発明に係る超音波センサーの品質が優秀であることが分かる。

【符号の説明】

【0068】

１００：エッチング用基板、２００：超音波センサー、３００：圧電材、３００’：仮圧電体、３００”：単位圧電体、４００：絶縁材、５００：単位圧電セル、Ｐ１：凹部、Ｐ２：凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】