嵌入玻璃的传感器及其制造过程制造技术

电子设备的盖组件包括嵌入衬底的开口中的传感器元件，使得传感器元件的第一侧与衬底的第一表面齐平。这允许传感器元件中的传导元件存在于盖组件的表面处。所述传导元件在通孔内。具有通孔的传感器衬底可使用重新拉制过程或激光损坏与蚀刻过程形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求2014年8月12日提交的美国临时申请系列号62/036320以及2014年3月14日提交的美国临时申请系列号61/953019的优先权权益，且依赖于各自的内容并通过引用将其内容整体结合于此。
本公开涉及嵌入玻璃中的传感器及其制造过程，且更具体地涉及具有嵌入玻璃衬底中的传感器元件的电子设备的盖组件。
技术介绍
存在对将诸如指纹传感器之类的传感器元件结合到具有触摸屏的电子设备(诸如蜂窝电话、平板电脑和笔记本)中的增长的需求。传感器元件对于消费者来说可以是方便的并且有用的。例如，指纹传感器是有利的，因为它们增加了超出密码保护的额外的安全层，使得如果你的设备被偷，小偷在没有你的指纹的情况下，不能够获得对存储在该设备中的你的个人信息的访问。许多具有触摸屏的电子设备具有由玻璃制成的保护盖。将诸如指纹传感器之类的传感器元件结合到此类设备的挑战是，如果传感器元件被放置在盖玻璃下面，那么如果盖玻璃太厚的话，传感器的灵敏度和分辨率是不足的。由此，存在将传感器元件嵌入保护盖玻璃内的需求，使得盖玻璃的厚度不影响传感器元件的灵敏度。
技术实现思路
本公开的一个实施例是电子设备的盖组件，该盖组件包括：包括第一表面、与第一表面相对的第二表面、以及第一表面中的开口的衬底；包括第一侧以及与第一侧相对的第二侧的传感器元件，其中传感器元件嵌入所述开口中，使得传感器元件的第一侧与衬底的第一表面齐平；在衬底中的开口的周界(perimeter)与传感器元件的第一侧的周界之间的间隙；以及设置在间隙中的聚合材料，使得聚合材料与传感器元件的第一侧以及衬底的第一表面齐平。在一些实施例中，传感器元件可包括从包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷以及聚合材料的组中选取的衬底。在一些实施例中，传感器元件衬底具有表面，该表面是传感器元件的第一侧。在一些实施例中，传感器元件衬底具有多个延伸穿过它的通孔(viahole)。该通孔在形状上可基本为矩形或基本为圆形。该通孔可由传导元件填充，其中传导元件可为导电或导热的。在一些实施例中，在传感器元件衬底的表面上设置耐磨层。在一些实施例中，传感器元件进一步包括连接至传感器元件衬底的与传感器元件的第一侧相对的表面的电路组件。在一些实施例中，传感器元件为指纹传感器。在一些实施例中，传感器元件衬底是与衬底不同的颜色。在一些实施例中，所述聚合材料具有与衬底基本相同的折射率。在一些实施例中，传感器元件包括传输光的衍射光学元件。在其他的实施例中，传感器元件包括由传导声波的光纤形成的多个波导。本公开的又一实施例是包括上述盖组件的电子设备。本公开的再进一步实施例是用于制造电子设备的盖组件的过程，该过程包括：形成具有第一表面、相对的第二表面以及从第一表面延伸至第二表面的多个通孔的传感器衬底；用传导元件填充多个通孔；将传感器衬底放置在从衬底的第一表面延伸至相对的第二表面的开口中，使得在衬底中的开口的周界与传感器衬底的第一侧的周界之间存在间隙，其中传感器衬底的第一表面与衬底的第一表面齐平，以及用聚合材料填充间隙，使得聚合材料与传感器衬底的第一侧以及衬底的第一表面齐平。在一些实施例中，形成传感器衬底包括：将交替的玻璃板坯(slabs)和牺牲玻璃板坯的组件放置在两个玻璃板之间，以形成预制件；牵拉所述预制件穿过加热区以重新拉制(redraw)预制件，其中预制件被成比例地收缩；以及在重新拉制之后蚀刻牺牲玻璃板坯以形成多个通孔。在一些实施例中，可在蚀刻牺牲玻璃板坯之前执行以下步骤：将多个收缩的预制件放置在两个玻璃板之间，以形成第二预制件；牵拉第二预制件穿过加热区，以重新拉制第二预制件，其中第二预制件被成比例地收缩。在一些实施例中，牺牲玻璃板坯具有与玻璃板坯以及玻璃板不同的成分，且其中牺牲玻璃板坯在蚀刻溶液中比玻璃板坯以及玻璃板更快溶解。在一些实施例中，玻璃板坯以及玻璃板具有光引发籽晶，且所述过程进一步包括在重新拉制之后，但在蚀刻牺牲玻璃之前光引发所述籽晶，以形成玻璃陶瓷传感器衬底。在一些实施例中，形成传感器衬底包括在所述多个通孔中的每一个的期望位置中跨传感器衬底平移脉冲激光，以形成激光损坏区域；以及蚀刻激光损坏区域以形成多个通孔。以下的详细描述将阐述附加的特征和优点，这些特征和优点部分地对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文所述的实施例可认识到，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并旨在提供用于理解权利要求本质和特性的概观或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。附图说明图1是具有带有嵌入的传感器元件的盖组件的示例性电子设备的俯视图；图2A是图1的示例性电子设备沿着A-A线取得的第一示例性截面图。图2B是图1的示例性电子设备沿着A-A线取得的第二示例性截面图。图3是图1的示例性传感器元件的俯视图。图4是替代的示例性传感器元件的俯视图。图5是具有通过激光损坏和蚀刻过程形成的通孔的传感器衬底阵列的俯视图。图6A-6C示出在形成具有通孔的传感器衬底的重新拉制过程期间形成的示例性预制件。图7是将传感器元件定位在盖衬底的开口中使用的示例性组件的透视图。具体实施方式现在将具体参考本专利技术的优选实施例，其示例在附图中示出。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。将传感器元件结合到具有带有保护玻璃盖的触摸屏的电子设备内造成一些挑战。例如，传感器元件通常被定位在保护玻璃下面，以保护传感器元件免受损坏。然而，这降低了传感器元件的灵敏度和分辨率。而且，在一些实例中，如果覆盖传感器元件的玻璃太厚的话，那么传感器元件将不会正确地工作。例如，对于电容性指纹传感器，传感器灵敏度随着覆盖它的玻璃衬底的厚度迅速地降低。玻璃厚度对于传感器在减弱的能力中运行将需要小于200μm，且对于最好的性能将需要小于5μm。然而，具有小于5μm的厚度的盖玻璃将在耐损坏方面不会提供最好的保护。上述问题的一种解决方案是将传感器元件嵌入盖玻璃内，使得传感器元件与盖玻璃的外表面齐平。如本文所使用的，当表面中的每个的平面彼此偏移200微米或更少时，两个表面互相齐平。图1和图2示出了具有盖组件12的电子设备10的示例性实施例，该盖组件具有嵌入在盖衬底16中的传感器元件14。在一些实施例中，盖衬底16可以是玻璃。盖衬底16可具有外表面18，该外表面18形成电子设备10的外部，以及内表面20，该内表面20面向电子设备10的内部。盖衬底16在外表面18中可具有开口22。在一些实施例中，例如在图2A中所示，开口22可从盖衬底16的外表面18延伸至盖衬底16的内表面20。具有第一侧24以及相对的第二侧26的传感器元件14可被定位在盖衬底16的开口22中。在一些实施例中，传感器元件14的第一侧24与盖衬底16的外表面18齐平。如图2A中所示，传感器元件14的第一侧24可跨第一侧24的整个宽度与盖衬底16的外表面18齐平(例如，传感器元件14的第一侧24可与盖衬底16的外表面18共面)。在一些实施例中，传感器元件14的第一侧24的周界与开口16的周界之间可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备的盖组件，包括：衬底，所述衬底包括第一表面、与所述第一表面相对的第二表面以及所述第一表面中的开口；传感器元件，所述传感器元件包括第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述传感器元件被嵌入所述开口中，使得所述传感器元件的第一侧与所述衬底的第一表面齐平；间隙，所述间隙在所述衬底中的开口的周界与所述传感器元件的第一侧的周界之间；以及聚合材料，所述聚合材料设置在所述间隙中，使得所述聚合材料与所述传感器元件的第一侧以及所述衬底的第一表面齐平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 US 61/953,019;2014.08.12 US 62/036,3201.一种电子设备的盖组件，包括：衬底，所述衬底包括第一表面、与所述第一表面相对的第二表面以及所述第一表面中的开口；传感器元件，所述传感器元件包括第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述传感器元件被嵌入所述开口中，使得所述传感器元件的第一侧与所述衬底的第一表面齐平；间隙，所述间隙在所述衬底中的开口的周界与所述传感器元件的第一侧的周界之间；以及聚合材料，所述聚合材料设置在所述间隙中，使得所述聚合材料与所述传感器元件的第一侧以及所述衬底的第一表面齐平。2.如权利要求1所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件进一步包括从包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷以及聚合材料的组中选取的衬底。3.如权利要求2所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件衬底具有包括所述传感器元件的第一侧的表面。4.如权利要求3所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件衬底具有多个延伸穿过它的通孔。5.如权利要求4所述的盖组件，其特征在于，所述通孔基本为矩形。6.如权利要求4所述的盖组件，其特征在于，所述通孔基本为圆形。7.如权利要求4-6中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述通孔中的每个由传导元件填充。8.如权利要求7所述的盖组件，其特征在于，所述传导元件是导电的或导热的。9.如权利要求3-8中任一项所述的盖组件，其特征在于，在所述传感器元件衬底的表面上设置耐磨层。10.如权利要求3-9中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件进一步包括连接至所述传感器元件衬底的与所述传感器元件的第一侧相对的表面的电路组件。11.如权利要求1-10中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件为指纹传感器。12.如权利要求2-11中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件衬底是与所述衬底不同的颜色。13.如权利要求1-12中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述聚合物材料具有与所述衬底基本相同的折射率。14.如权利要求1-13中任一项所述的盖组件，其特征在于，所述传感器元件包括传输光的衍射光学元件。15.如权利要求1-13中任一项所述的盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·巴加瓦图拉，N·沙西德哈，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US