JP2016540257A - セラミック材料に埋め込まれた電子部品 - Google Patents

Abstract

内部に埋め込まれた電子部品を有するセラミック材料、より具体的には、内部に埋め込まれた通電される部品を有するサファイア面。一部の実施形態において、サファイア面は、電子デバイス用のハウジングの一部の形を取り得る。サファイアは、実質的に透明であり得るので、一例として、電子デバイス内のディスプレイ又は電子デバイスの一部を形成するディスプレイのためのカバーガラスを形成し得る。カバーガラスは、ハウジングの残り部分に結合され、固定され、そうでなければ取り付けられ、それにより電子デバイス用のエンクロージャを形成し得る。

Description

本明細書に記述される実施形態は、概ね、内部に埋め込まれた電子部品を有するセラミック材料に関し、より具体的には、電子デバイスの外面の一部を画定するセラミック面に埋め込まれた電気的に活性である部品に関する。

（関連出願の相互参照）
この特許協力条約特許出願は、２０１３年９月２３日に出願され、「Ｉｍｂｅｄｄｅｄ Ｌａｍｉｎａｔｅ Ａｎｔｅｎｎａ」と表題を付けられた米国特許通常出願第１４／０３３，９８１号、及び２０１３年１０月１７日に出願され、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ」と表題を付けられた米国特許仮出願第６１／８９２，３８９号の優先権を主張しており、それぞれの出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

電子デバイスは、現代社会において至る所にある。例は、電話、タブレットコンピュータデバイス、パーソナルコンピュータ、腕時計、眼鏡、フィットネス計、イヤホン等を含む。全ての電子デバイスに概ね当てはまる１つのことは、各世代が最後の世代よりも多くの機能（よって回路）を追加することである。回路が増加するにつれて、利用できる空間は減少する。

結局、回路の小型化が進んでも、それ以上の電子部品を追加するための空間をもはや利用できないような物理空間の限界に到達し得る。同様に、空間が利用できる場合でも、ぎっしり詰まった電子部品の間のクロストーク、干渉等が全体として故障となる誤動作を起こし得る。

一部の電子デバイスは、ディスプレイを覆う、カバーガラス又は他の比較的硬い透明要素を含む。カバーガラスは、典型的に、ディスプレイの保護、ハウジングの一部を形成すること、又はハウジングへ固定されることの他には使用されない。よって、カバーガラスが占める空間は、電子デバイスのための所与の容積内の電子回路を最大化するという試みの観点からは無駄な空間と見做され得る。

更に一部の電子デバイスは、サファイア又は他の硬いが壊れやすいセラミックをカバーガラスとして使用する。このようなカバーガラスは、傷及び破損には非常に抵抗し得るが、それらのまさしく硬度により切断、研磨、研削、削孔そうでなければ整形又は加工が困難となり得る。

よって、内部に埋め込まれた電子部品を有する改良されたセラミック材料が有用であり得る。

本明細書に記述される一実施形態は、ハウジングと、ハウジングに固定されたカバーガラスと、カバーガラス内に埋め込まれた電子部品と、カバーガラスの下に配置された電子回路と、電子回路の下に配置されたセンサとを備える電子デバイスの形を取り得る。電子デバイスは、また、カバーガラス内に画定された溝と、溝内に位置する電子部品と、溝の残り部分を占め、それにより電子部品をカバーガラスに埋め込む保持要素とを有し得る。

別の実施形態は、ハウジングと、ハウジングに固定されたセラミック要素であって、空洞を画定するセラミック要素と、空洞内に固定された電子部品と、ハウジング内にあり、電子部品と電気的に連通する少なくとも１つの電子回路と、少なくとも１つの電子回路の下に配置された少なくとも１つのセンサとを備える電子デバイスの形を取り得る。

他の実施形態は、本開示の全体を読むときに当業者にとって明らかになる。

セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有するサンプルの電子デバイスの斜視図を描写している。 図１のサンプルの電子デバイスの、図１のＡ−Ａ線沿いの断面図である。 図２のカバーガラス構造の分解図であり、電子部品及び他の要素を示している。 カバーガラス基板の、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線沿いの断面図である。 図２の表示に類似する、セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有する別のサンプルの電子デバイスの断面図である。 図４のカバーガラス構造の分解図であり、電子部品及び他の要素を示している。 別のサンプルのカバーガラス基板の、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線沿いの断面図である。 図２の表示に類似する、セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有する第３のサンプルの電子デバイスの断面図である。 図２の表示に類似する、セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有する第４のサンプルの電子デバイスの断面図である。 図２の表示に類似する、セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有する第５のサンプルの電子デバイスの断面図である。 図２の表示に類似する、セラミック材料に埋め込まれた電子部品を有する第６のサンプルの電子デバイスの断面図である。

本明細書において議論される実施形態は、内部に埋め込まれた電子部品を有するセラミック材料、より具体的には、内部に埋め込まれた通電される部品を有するサファイア面の形を取り得る。一部の実施形態において、サファイア面は、電子デバイス用のハウジングの一部の形を取り得る。サファイアは、実質的に透明であり得るので、一例として、電子デバイス内のディスプレイ又は電子デバイスの一部を形成するディスプレイのためのカバーガラスを形成し得る。カバーガラスは、ハウジングの残り部分に結合され、固定され、又はそうでなければ取り付けられ、それにより電子デバイス用のエンクロージャを形成し得る。

一部の実施形態において、セラミック材料に埋め込まれた電子部品は、電気的に活性であり（例えば電力供給され）得る。電子部品は、時々のみ若しくは常に、又は電子デバイスのスイッチが入っている間は少なくとも常に、活性であり得る。電気的に活性である部品の一例として、電子部品はアンテナであり得る。電気的に活性である部品の別の例として、電子部品は、容量式センサ等のセンサであり得る。電気的に活性である部品の第３の例として、電子部品は、有機発光ダイオードアレイ等のディスプレイであり得る。更に電子部品の第４の例は、グランド又はシールド要素であり得、それは、埋め込まれ得る受動（例えば電力供給されない）部品の例である。

電子部品が電子デバイス内の他の要素により発生されたノイズにより影響を受けるか又はノイズに敏感である実施形態において、セラミック材料中への電子部品の移動は、これらの他の要素からの物理的な分離をもたらし、よってノイズの影響を低減又は軽減し得る。電子部品が電子デバイス内の他の要素に悪影響を及ぼすノイズを発生する実施形態にも同じことが当てはまることを理解されたい。本明細書において使用される「ノイズ」は、電子部品又は要素の動作中に引き起こされる、寄生容量、寄生電圧、クロストーク等を含む、任意の誤差又は変動を概ね含む。

一部の実施形態において、電子部品と電子デバイス内の他のエレクトニクスとの間のノイズを阻止するために、電子部品の近くのセラミック中にシールド又はグランドが埋め込まれてもよい。例えば、シールド層は、セラミック中に形成された同じ空間において電子デバイスの下に直接配置され得る。

典型的に、電子部品及び任意選択的な任意のシールド若しくはグランドを受け入れるために、セラミック中に空洞空間が形成され得る。このような空洞空間を形成するための各種のサンプルの方法は、以下により詳しく議論される。

図１に移ると、セラミック層１０５及びセラミック層に埋め込まれた電子部品１１０を組み込む、サンプルの電子デバイス１００が示されている。電子デバイス１００は、例えば、（説明されるような）タブレットデバイス、移動電話、携帯型コンピュータ、ウェアラブルデバイス等であり得る。セラミック層１０５は、ハウジング１１５に当接し得る。セラミック層１０５は、ハウジング１１５に隣接、結合及び／又は直接当接し得る。電子デバイス１００は、ハウジング１１５から盛り上がったカバーガラス１０５を伴って示されている。代替的な実施形態において、カバーガラスは、ハウジングと同一平面にあってもよく、ハウジング内に窪んでもよい。同様に、カバーガラスは、平らな上面及び角のある側壁を伴って示されている。他の実施形態において、上面は、湾曲してもよく、そうでなければ平面状よりも弧状であってもよく、円弧は、いずれの側壁にも鋭角が形成されないように、カバーガラスに沿って連続してもよい。

説明される実施形態において、ディスプレイに重なるカバーガラス１０５は、サファイア等の透明セラミックで作られ得る。カバーガラス１０５がアルミナ、化学強化ガラス等の他の材料から完全に又は少なくとも部分的に形成され得ることを理解されたい。例えば、アルミナの層は、２つの隣接するサファイア層を互いに結合するために使用され得る。同様に、光学的に明澄な接着剤が、隣接するサファイア層同士を結合するために使用され得、カバーガラスの一部を形成し得る。本明細書において用語「カバーガラス」が使用され得るが、この用語が要素中にガラスが組み込まれ又は使用されることを条件として課さないことを理解されたい。例えば、カバーガラスは、サファイアから全体が形成されてもよく、又はサファイアとアルミナ、サファイアと接着剤等から形成されてもよい。同様に、用語「カバーガラス」及び「セラミック層」が本質的に互換的に使用され得るが、「セラミック層」の特定の実施形態は、ガラス、プラスチック等の非セラミックにより置換され得る（又は非セラミックを包含し得る）。

サンプルの電子部品１１０は、カバーガラス１０５内に埋め込まれて示されている。電子要素は、特定の実施形態において、示されるようにセラミックを通して視認可能であり得る。代替的な実施形態において、電子要素１１０は、インク層の下に配置されてもよく、又は別の方法でカバーガラスを通して視認できないように隠されてもよい。更に別の選択肢として、カバーガラス１０５は、電子要素を隠すために少なくとも部分的に不透明又は半透明であり得る。更に別の選択肢として、電子要素は、透明又は半透明の材料から形成され得る。

前記したように、一実施形態において、電子部品１１０は、１つ又は複数のアンテナを含んでもよく、組み込んでもよく、あるいは、１つ又は複数のアンテナでもよい。例えば、電子部品の第１の部分はアンテナであり得、第２の部分はグランド経路であり得る。更に別の例として、接続されていない複数のアンテナの形を取る複数の電子部品１１０があり得、電子部品のそれぞれは、様々な周波数又は周波数帯域で送信及び／又は受信し得る。更に別の実施形態において、複数の電子アンテナは、物理的及び／又は動作的に互いに接続され得る。

図２は、第１のサンプルの、図１のＡ−Ａ線沿いの断面を描写している。断面図に示されるように、溝２００が、カバーガラス１０５を形成するサファイア又は他のセラミック材料中に形成され得る。溝２００は、カバーガラスの４つの全ての側面の周りに延びて環状グルーブを形成してもよく、又は複数の溝セグメントが溝全体の一部として形成されるように不連続であってもよい。

溝２００は、各種の様々な作業により形成され得る。例えば、溝は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）研削、超音波機械加工、レーザ切除、プラズマエッチング、レーザエッチング（化学エッチングに加えて又は化学エッチングを伴わずに）、深堀反応性イオンエッチング等により形成され得る。溝２００を形成するためにレーザ切除が使用される実施形態において、レーザは、フェムト秒レーザ又は任意の他の適当なレーザであり得る。

電子部品１１０は、溝２００に堆積され、溝の少なくとも一部を充填し得る。部品は、堆積前に事前形成されてもよく、又は液体の形で溝内に堆積され溝内で冷却されてもよい。更に電子部品１１０は、溝２００の長さに延びてもよく、又は溝に沿って部分的にのみ延びてもよい。同様に、上記されたように、複数の電子部品が、単一の溝を占めてもよく、互いに接触しないように設計されてもよく、あるいは少なくとも部分的に重なるように設計されてもよい。

一例として、電子部品１１０は、溝２００の少なくとも一部に沿って延びる導電性金属ストリップであり得る。金属は、液体になるまで加熱され溝内に注がれ得、液体は、冷却時に概ね溝の最深部を占める。多くの実施形態において、セラミック構造１０５は、電子部品１１０の追加中に図２に示されるその配向から反転され得、その結果、電子部品の追加中の最深部が図２に示される配向に関して溝の「頂」になる。

固体又は液体の形の電子部品１１０の堆積に加えて、電子部品は、化学蒸着又は任意の他の適当な堆積方法により溝２００内に堆積され得る。このことは、例えば、図２に示されるように、溝の中央を充填する必要なしに溝２００の底又は壁が電子部品により覆われることを可能にし得る。

電子部品１１０が堆積された後、部品が占めていない、溝２００の残り部分が充填され得る。一部の実施形態において、溝の残り部分全体よりも小さな部分が充填される。充填材料２０５は、サファイア、アルミナ、ガラス（化学強化されてもよく、されてなくてもよい）、プラスチック、エポキシ、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト等であり得、セラミック基板を形成する材料に依存し得る。典型的に、そうとは限らないが、光学的に透明なセラミック１０５を使用する実施形態において、充填材２０５は、セラミックと近いか又は同一の屈折率及び透明性を有する。これらの性質に関してセラミック基板に合致する又は近い充填材を利用することによって、仕上げられたエンクロージャの光学収差は低減又は排除され得る。例えば、サファイアの光学的性質に合致するために、アルミナが充填材２０５として利用され得る。

別の選択肢として、セラミックの固体片が充填材２０５として使用され得る。セラミック充填材は、溝２００の寸法に凡そ合致するサイズ及び形状を有し得る。このセラミック充填材２０５は、例えば、溝２００の側面に沿って、又は電子部品１１０により充填されていない溝の任意の他の領域において、カバーガラス１０５を形成するセラミック材料に結合され得る。一部の実施形態において、両者を結合するために光学的に明澄な接着剤が使用され得る。他の実施形態において、両者を結合するためにフリットがセラミック１０５と充填材２０５の間に配置されて加熱され得る。更に他の実施形態において、例えば分子レベルで両者を融合するために、非晶質のアルミナ又はガラスがセラミック基板とセラミック充填材の間に配置されて加熱され得る。一部の実施形態において、光学的に明澄な接着剤以外の接着剤が利用され得る。更に他の実施形態において、エポキシがセラミック充填材とセラミック基板を結合し得る。本明細書において議論される任意又は全ての実施形態とともに充填材が使用され得る。

溝２００を充填するときに１つ又は複数の貫通孔（例えばビア）が形成され得ることを理解されたい。これらのビアは、溝２００の特定部分を埋めないままにすることによって、又は充填材２０５の一部を除去することによって、形成され得る。ビアは、溝内に埋め込まれた電子部品からハウジング内の１つ又は複数の電気要素２１０までの電気的接続を可能にし得る。例えば、ビアは、埋め込まれた電子部品を電源、プロセッサ、センサ、電気的グランド等に電気的に接続し得る。これらは、全て電子回路２１０の例である。

電子回路２１０は、カバーガラス１０５を通して視認できるディスプレイスタックを同様に又は更に含み得る。ディスプレイスタックは、電子デバイス１００の視認者に示され得るグラフィックス、テキスト及び／又は他のイメージを発生させ得る。例えば、ディスプレイスタックは、ＬＣＤディスプレイスタック、及びＬＥＤディスプレイスタック、ＯＬＥＤディスプレイスタック等であり得る。ディスプレイスタックは、色フィルタ、偏光子、照明要素（バックライト及び／又はエッジライト等）、画素層、画素駆動用のＴＦＴ回路等を含む、多数の個別の要素又は層を含み得る。一部の実施形態において、ディスプレイスタックは、カバーガラス１０５、又はデバイス１００のハウジング１１５の別の場所に対するタッチを認識するように構成されたタッチ検知回路も含み得る。このような回路の一例は容量式タッチセンサアレイである。更に他の実施形態において、電子回路に生体認証センサ（容量式指紋センサ等）が組み込まれてもよく、１つ又は複数の力検知センサが組み込まれてもよい。

一部の実施形態において、複数のビアが、複数の電気的接続を可能にするために充填材を通って延び得る。このことは、例えば、溝内に位置する複数の電子部品がある場合に、有用であり得る。それは、電子部品が１つよりも多いタイプの電気的接続を必要とする場合（例えば、一部の電子部品が電源接続及び出力接続の両方を必要とし得る）にも有用であり得る。

充填材をセラミック基板にシールした後に、得られた構造は、研磨及び仕上げされ得る。セラミック及び充填材を研磨するために使用される正確な方法は、両者の特定の性質、セラミックと充填材の組合せにより形成されたカバーガラス（又は他の表面）の最終用途、セラミックの後面、及びセラミックと充填材の接触面の視認性等によって変化し得る。例えば、セラミックが透明であり、カバーガラス又は他の視覚的に透明な要素として使用される実施形態において、セラミックと充填材の接触面は、セラミックが半透明若しくは不透明である実施形態よりも、及び／又はセラミックが電子デバイスの外側部分ではない実施形態よりも、平滑であり及び／又は研磨され得る。

したがって、特定の実施形態において、セラミックの後面（例えば、溝が形成されるセラミック面）及び／又は充填材は、焼き鈍し、機械研磨、化学エッチング、エアロラッピング等により研磨され得る。セラミック及び／又は充填材のこの表面の研磨に加えて、前述した技術の幾つかが同様にセラミックへの充填材の結合を支援し得る。一例として、焼き鈍しは、高温作業によりセラミックを充填材に少なくとも部分的に結合するのに役立ち得る。

一部の実施形態において、接着剤２１５は、カバーガラス１０５をハウジング１１５に結合し得る。この接着剤は、環境から電子デバイス１００の内側への粒子の進入を妨げ得る。代替的な実施形態において、接着剤２１５は、ハウジングとカバーガラスのいずれか又は両方に固定又は付着され得るバリアにより置き換えられ得る。バリアは、カバーガラス１０５とハウジング１１５の間の密なシールをもたらすために、特定の実施形態において圧縮可能であり得る。

図３Ａは、セラミック基板１０５（例えばカバーガラス）、電子要素１１０（アンテナ等）、及び充填材２０５の分解図である。溝２００は、サファイア等の光学的に透明なセラミックであり得るセラミック基板の下側に示されている。

溝２００は、電子要素１１０を受容するように概ねサイズ決定される。典型的に、電子部品は、溝の縁を過ぎて延びずに、代わりに溝内に完全に収容される。連続して途切れない矩形として形成される単一の電子部品を図３Ａが描写しているが、様々な形状又は構成の電子部品が利用され得ることを理解されたい。例えば、複数の電子部品は、１つ又は複数の絶縁スペーサにより分離され得る。実際に、電子部品１１０のサイズ及び形状は、溝２００のサイズ及び形状から幾分異なり得るが、電子部品は溝内に完全に嵌り得る。一部の実施形態において、上で議論されたように、複数の電子部品が物理的に互いに接合されなくてもよく、あるいは単一の電子部品が溝内に配置されてもよい。

図３Ａには充填材２０５も示されている。図３Ａには充填材が固体環状構成体として示されているが、粒状であってもよく、不連続であってもよく、あるいはそうでなければ複数の片又は部品から形成されてもよいことを理解されたい。典型的に、充填材２０５は、セラミック基板１０５に結合し、電子部品１１０を溝２００内の所定位置に保持する。一部の実施形態において、充填材は、電子部品をデバイスのエンクロージャ内の他の電子要素から電気的に分離又は絶縁するのにも役立ち得る。よって、充填材２０５は、その電気的絶縁性のために選ばれ得、例えば、高い誘電率を伴う材料が充填材として選ばれ得る。アンテナの１つ又は複数の突起１１２を収納するために、図３Ａに仮想線で指示されるように、１つ又は複数の窪み又は凹部３００が充填材中に形成され得る。

図３Ｂは、概ね図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線沿いの断面図であり、セラミック基板１０５の溝２００の断面構造を示している。溝の断面構造が実施形態の間で変化し得ることを理解されたい。例えば、溝は、湾曲した底よりもむしろ平らな又は角のある底を有し得る。

図４は、別の実施形態４００の、再び図１のＡ−Ａ線沿いの断面図を描写している。図４は、サファイア４０５、４１０又は別の適当なカバーガラス材料の複数の積層された層から形成されたカバーガラス１０５の断面を概ね描写している。溝２００等の受容部は、サファイア層のうちの１つに形成され得、１つのアンテナ又は複数のアンテナを保持し得る。

図４に示される実施形態において、カバーガラス１０５は、一緒に結合される第１のカバーガラス層４０５及び第２のカバーガラス層４１０から形成され得る。第１の外側層４０５は、その内面に形成され、第２の内側カバーガラス層を受け入れるようにサイズ決定される窪み４２０を有し得る（例えば図５Ｂを参照）。よって、外側層４０５は、バケットに幾分類似し得、その周縁に沿って延びる高くした隆起又はリップ４２５を有し得、高くした隆起は外側層内へと内側に延びる。高くした隆起４２５は、窪み４２０の基部４３０に当接し、よって窪みの周りに１つの壁又は複数の壁を形成し得る。一部の実施形態において、隆起は、互いに当接する複数の側壁により形成され得る。側壁は、直角等の鋭角で接してもよく、あるいは、湾曲した遷移部が側壁の間に形成され、側壁同士を接続してもよい。同様に、側壁（複数可）から基部への遷移部は、湾曲してもよく、鋭利でもよく、角がある等でもよい。

第２の内側カバーガラス層４１０は、外側カバーガラス層４０５の窪み４２０内に嵌り、窪み４２０を実質的に充填するようにサイズ決定され得る。したがって、内側カバーガラス層の形状は、外側カバーガラス層の窪み４２０の形状により少なくとも部分的に規定され得る。しかし、一部の実施形態において、スペーサ、充填材等が内側カバーガラス層と外側カバーガラス層の間に配置され得る。

概ね、トラフ又はグルーブ２００（例えば溝）が、図４に示されるように内側カバーガラス層４１０の上面に形成され得る。アンテナ又は他の電子部品１１０は、外側及び内側カバーガラス層をシールする前に、このグルーブ内に形成又は配置され得る。このような実施形態において、内側カバーガラス層と外側カバーガラス層を一緒に結合する前に内側カバーガラス層４０５の上面は露出されるので、実施形態４００内にアンテナ１１０を配置又は形成することは比較的簡単であり得る。アンテナは、固体でありトラフ２００内に配置されてもよく、蒸気又は粒子の形でトラフ内に堆積されてもよく、液体としてトラフ内に注がれる（その後に冷却されて固体を形成し得る）等されてもよい。アンテナは、配置されるときに、一部の実施形態においてトラフの全体を占めてもよいが、他の実施形態においてトラフの一部のみを占めてもよい。占められた部分は、トラフの長さのセグメントのみであってもよく、トラフの深さの一部であってもよく、両方であってもよい。

外側カバーガラス層４０５と内側カバーガラス層４１０の相対厚さが実施形態毎に変化し得ることを理解されたい。それらは、いかなる箇所又はいかなる断面に沿っても同じ厚さである必要はない。

同様に、トラフ２００の正確な位置は変化し得る。トラフは、内側カバーガラス層４０５に沿う任意の箇所に形成されてもよく、カバーガラス層４１０の周縁全体に延びてもよい（延びなくてもよい）。内側カバーガラス層の縁とトラフの縁との間の距離は、必要又は所望に応じて変化してもよく、一定である必要はない。更に一部の実施形態においてトラフ２００は、内側カバーガラス層４１０よりもむしろ外側カバーガラス層４０５の窪み４２０に形成され得る。

前の実施形態に関して議論されたように、内側カバーガラス層４０５と外側カバーガラス層４１０は、化学的若しくは機械的な結合、又はアルミナ、接着剤（光学的に明澄な接着剤等）等を含む任意の適当な材料を利用する任意の他の適当な接着結合、により互いに結合され得る。

図４に示されるように、１つ又は複数のビア４１５が、アンテナ又は他の電子部品１１０を電子デバイス４００の電子回路２１０に接続し得る。ビア４１５は、多数のやり方のうちのいずれかでカバーガラス層４１０に形成され得、金属、セラミック、化合物等を含む任意の適当な導電材料により充填され得る。

ビア４１５のサイズ及び／又は形状は、実施形態毎のみならず、同じ実施形態のビア同士でも異なり得る。特定のビアは菱形であり得る一方で、他は例えば丸みを帯びている。ビア充填材料は、一部の実施形態においてビアにオーバーモールドされてもよくビアを過充填してもよい。同様に、ビア４１５の端は、アンテナ又は電子回路２１０のいずれかにより大きな接触面をもたらすために、ビアの中間部分よりも大きくあり得る。よって、ビアの断面は、一部の実施形態においてその長さに沿って変化し得る。

アンテナ１１０を形成するために使用されるのと同様又は同一のプロセスによって、例えば物理蒸着によって、ビア４１５が形成され得ることを理解されたい。ビアは、例えば、アンテナが形成された後及び内側カバーガラス層４０５と外側カバーガラス層４１０が互いに結合された後に、別の堆積プロセスで形成され得る。別の例として、ビア４１５は、液体金属で満たされ得、液体金属は、次いで乾燥されてビアを充填しアンテナ（複数可）への電気的接続を形成し得る。

図５Ａは、外側カバーガラス層４０５、アンテナ１１０、及び内側カバーガラス層４１０の分解図を概ね示している。図４には示されていないが、アンテナの１つ又は複数の突起を受け入れるように１つ又は複数の孔が外側カバーガラス層に形成され得る。突起（存在する場合）が下側に突出する実施形態において、このような孔は、内側カバーガラス層４１０に形成され得、トラフ２００のより深い部分として形成され得る。

外側カバーガラス層４０５の断面形状が、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線沿いの断面図である図５Ｂに最も効果的に示されている。図５Ｂは、側壁４２５及び基部４３０により形成されるような窪み４２０の「バケット」形状を説明している。

図６は、カバーガラス１０５に埋め込まれた電子部品１１０を有する電子デバイスの別の実施形態６００を示している。前に議論されたように、カバーガラスは、サファイアを一例とするセラミックから形成され得る。

図６は、アンテナ１１０を収容するトラフ２００が外側カバーガラス層６０５に形成されていることを除いて、図４に概ね類似している。図６にはビアが示されていないが、ビアは、内側カバーガラス層６１０を通って電子回路２１０からアンテナ１１０まで延び得る。ビアを、カバーガラス１０５の外面に近づけて、電子回路２１０からより遠くに配置することは、アンテナの動作を向上させ得、アンテナと電子回路の間のクロストーク及び／又は他の干渉を防止又は低減し得る。

図７は、図４及び図６の断面図に類似する断面図を描写しており、セラミック材料に埋め込まれたアンテナ１１０を有する更に別の実施形態７００を示している。この実施形態において、アンテナは、カバーガラス１０５の外縁７１０の周りに延びるスロット内又はグルーブ７０５内に形成又は配置され得る。よって、アンテナ１１０の少なくとも一部は、カバーガラス１０５の縁７１０と同一平面にあり得る。一部の実施形態において、アンテナエッジは、環境に対して露出され得るが、一方、他の実施形態では、環境的な影響及び障害から遮蔽するために、コーティングがアンテナのエッジ、任意選択的に、カバーガラス及び／又はハウジングの縁の少なくとも一部の上に適用され得る。

図７の実施形態において、グルーブ／スロット７０５は、内側セラミック層７１５と外側セラミック層７２０が互いに固定される前又は固定された後等、任意の時点に形成され得る。一部の実施形態は、図７に描写される内側層及び外側層よりもむしろ単一のセラミックシートを使用し得る。

図８は、図７の断面図に類似する、実施形態８００の別の断面図である。しかし、ここでは、カバーガラス１０５は、上部カバーガラス層８０５と下部カバーガラス層８１０とに分割される。層は、図４及び図６に示された実施形態の場合のように互いに入れ子状とならない。むしろ、層は、カバーガラスの上部分及び下部分を形成し、接触箇所を画定する接触面８１５で互いに隣接して位置する。接触面８１５は、上側及び下側カバーガラス層の対向する面が平らであるように、平面状であり得る。他の実施形態と同じように、層は、例えば光学的に明澄な接着剤によって、互いに結合され得る。

図７には上側カバーガラス層にスロットが示されているが、アンテナ１１０用のスロット８２０は、上側カバーガラス層８０５及び下側カバーガラス層８１０のいずれに形成されてもよく、あるいは両方の層に部分的に形成されてもよい。同様に、スロット８２０は、層間の接触面８１５に隣接するいずれかの層に必ずしも形成される必要はない。しかし、両者を一緒に結合する前にカバーガラス層の少なくとも一方の露出面にスロットが形成され得るので、スロットを接触面に作成するのがより便利及び／又はより簡単であり得る。再び、１つ又は複数のビアが、下側カバーガラス層８１０を通って延び、アンテナを電子回路に接続し得る。

図９は、図７及び図８の断面図に類似する、実施形態９００の別の断面図である。ここで、図８に類似して、カバーガラス１０５は、上側カバーガラス層９０５と下側カバーガラス層９１０に分割される。図８と同じように、カバーガラスの上部分の層９０５及び下部分の層９１０は、層が平らになるように平面状であり得る接触面９１５で互いに隣接して位置する。他の実施形態と同じように、層は、例えば光学的に明澄な接着剤によって、互いに結合され得る。

図９にはスロットが上側カバーガラス層１０５に示されているが、アンテナ１１０用のスロット、グルーブ又は他の開口９２０（「スロット」）は、上側カバーガラス層９０５及び下側カバーガラス層９１０のいずれに形成されてもよく、あるいは両方の層に部分的に形成されてもよい。同様に、スロット９２０は、層間の接触面９１５に隣接するいずれかの層に必ずしも形成される必要はない。しかし、両者を一緒に結合する前にカバーガラス層の少なくとも一方の露出面にスロットが形成され得るので、スロットを接触面に作成するのがより便利及び／又はより簡単であり得る。再び、１つ又は複数のビアが、下側カバーガラス層９１０を通って延び、アンテナを電子回路に接続し得る。スロット９２０の全体が上側カバーガラス層９０５内に形成されない実施形態の場合、１つ又は複数のビアは、上側カバーガラス層９０５の一部を通って延び得る。

上記されたように、電子回路は、カバーガラス９０５を通して視認できるディスプレイスタック２５０を含み得る。ディスプレイスタックは、ＬＣＤディスプレイスタック、及びＬＥＤディスプレイスタック、ＯＬＥＤディスプレイスタック、又は任意の他の適当なディスプレイスタックによりグラフィックス、テキスト及び／又は他のイメージを発生させ得る。ディスプレイスタックは、色フィルタ、偏光子、照明要素（バックライト及び／又はエッジライト等）、画素層、画素駆動用のＴＦＴ回路等を含む、多数の個別の要素又は層を含み得る。一部の実施形態において、ディスプレイスタックはまた、カバーガラス１０５、又はデバイス９００のハウジングの他の場所に対するタッチを認識するように構成されたタッチ検知回路２４０の下に配置され得る。このような回路の一例は容量式タッチセンサアレイである。タッチ検知回路は、ディスプレイの上（図９に示される配向に関して）又はディスプレイの画素と同一面内に位置する層の形を取り得る。

更に他の実施形態において、電子回路に生体認証センサ（容量式指紋センサ等）が組み込まれてもよく、１つ又は複数の力検知センサが組み込まれてもよい。

他の実施形態において、電子回路は他の要素を含み得る。例えば、電子回路は、アンテナ１１０とは別の無線通信要素２６０を含み得る。無線通信要素２６０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）要素、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）要素、近距離無線通信要素、又は他の無線周波数要素であり得る。このような通信要素は、図９に示されるようにディスプレイの下に配置され得る。

また更なる実施形態において、電子デバイスは、電子回路の下に配置されたセンサ２３０も含み得る。センサ９３０は、任意数の異なるセンサタイプであり得る。例えば、特定の実施形態において、センサ９３０は、ジャイロスコープセンサ又は加速度計等の動き又は姿勢センサであり得る。他の実施形態において、センサ９３０は、周辺光センサ等の光学センサであり得る。上側カバーガラス層９０５及び下側カバーガラス層９１０、並びに、タッチ検知回路２４０、ディスプレイスタック２５０、及び／又は無線通信要素２６０を含む電子回路２１０を通る外部光を受光及び測定するために、図９に示されるように光学センサが配置及び配向され得る。光学センサは、周辺光センサ、色センサ、近接センサ、又は他の適当な光学センサであり得る。このような場合、電子回路２１０は、少なくとも部分的に光学的に明澄であり得る。他の実施形態において、電子回路２１０は、センサ９３０の上に配置された開口を含み得る。また別の選択肢として、光学センサは、カバーガラス及びディスプレイの画素間を透過した周辺光を受光し得る。

一部の実施形態において、装飾を施すため及び／又はアンテナの存在を遮蔽するために、１つ又は複数のインク層がカバーガラスの少なくとも一部の下に堆積され得る。アンテナの下のカバーガラスの領域は、例えばアンテナを覆い隠すために、色付けされ得る。このようなインク層は、純粋に任意選択的である。１つ又は複数のインクコーティングを有する実施形態において、インクは、ビアを覆わないように選択的に堆積され得、それにより、ビアを通じたアンテナ（複数可）と電子回路の間の電気的接続を可能にする。

一部の実施形態は、カバーガラス内に全体が形成された溝又は通路を有し得る。例えば、カバーガラスの表面の下の特定の深さでセラミック分子を選択的に励起させるために、レーザが使用され得る。これらの励起された分子は気化し得るが、それらを囲む分子が比較的安定に留まり影響を受け得ない。よって、いかなる貫通孔の形成も、いかなる化学物質の使用も必要とせずに、カバーガラスの内側に空洞が形成され得る。ビアが、空洞を接続するように後で形成され得、これらのビアは、必要に応じてアンテナ材料が空洞内に堆積されることを可能にし得る。ビアは、次いで適切な材料により充填又はシールされ得る。同様に、レーザは、分子間の結合を弱めるために、カバーガラス内のある深さでサファイア格子に選択的に適用され得る。結合を弱められたこれらの分子は、アンテナ又は他の電子部品が堆積され得るサファイアを通る通路又は経路を形成するために、次いで化学エッチング液によってより容易にエッチングされ得る。ビアは、任意選択的に内部溝の形成に併せて、同じ様式で形成され得る。

更に他の実施形態において、電子部品と電子回路の間にシールドが配置され得る。例えば、カバーガラスの下側に、そうでなければカバーガラスと電子回路の間に１つ又は複数のインク層が堆積され得るときに、それらの間にシールドが同様に配置され得る。シールドは、カバーガラス内の電子部品を、電子回路への近接により生じたノイズ、寄生容量及び他の望ましくない電気的影響から絶縁し得る、及びその逆も同様である。一部の実施形態において、シールドはグランド面であり得る。更にシールドを利用する実施形態において、インク（使用される場合）は、シールド自体の上に堆積され得、シールドは、カバーガラスに対する構造的支持を追加的にもたらし得る。

各種の実施形態が本明細書に記述されてきたが、当業者にとっては本開示を読むときに変形及び変更が明らかであることを理解されたい。したがって、適切な保護範囲は以下の請求項に明記される。

Claims (34)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定されたカバーガラスと、
   前記カバーガラス内に埋め込まれた電子部品と、
   前記カバーガラスの下に配置された電子回路と、
   前記電子回路の下に配置されたセンサと
   を備える電子デバイス。
2. 溝が前記カバーガラス内に画定され、
   前記電子部品が前記溝内に位置し、
   保持要素が、前記溝の残り部分を占め、それにより前記電子部品を前記カバーガラスに埋め込む、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記カバーガラスがサファイアから形成され、
   前記保持要素がサファイア又はアルミナの一方から形成される、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記保持要素が前記カバーガラスに分子結合される、請求項３に記載の電子デバイス。
5. 前記保持要素が、前記溝への堆積後に融合されるフリットである、請求項２に記載の電子デバイス。
6. 前記電子回路及び前記電子部品と電気的に連通する少なくとも１つのビアを更に備え、前記ビアが、前記電子回路と前記電子部品の間の電気的接続を画定する、請求項１に記載の電子デバイス。
7. 前記ビアが前記カバーガラスの一部を通って延びる、請求項６に記載の電子デバイス。
8. 前記カバーガラスが第１のカバーガラス部分及び第２のカバーガラス部分から形成され、前記第１のカバーガラス部分及び前記第２のカバーガラス部分が一緒に結合される、請求項１に記載の電子デバイス。
9. 前記第２のカバーガラス部分が前記第１のカバーガラス部分内に嵌る、請求項８に記載の電子デバイス。
10. 前記第１のカバーガラス部分が前記第２のカバーガラス部分に重なり、
    前記第１のカバーガラス部分及び前記第２のカバーガラス部分が平面状の接触面で当接する、請求項８に記載の電子デバイス。
11. 前記カバーガラスを通して少なくとも１つのイメージを表示するように動作可能なディスプレイスタックを更に備える、請求項１に記載の電子デバイス。
12. 前記センサが光学センサを備える、請求項１に記載の電子デバイス。
13. ハウジングと、
    前記ハウジングに固定されたセラミック要素であって、空洞を画定するセラミック要素と、
    前記空洞内に固定された電子部品と、
    前記ハウジング内にあり、前記電子部品と電気的に連通する少なくとも１つの電子回路と、
    前記少なくとも１つの電子回路の下に配置された少なくとも１つのセンサと、
    を備える電子デバイス。
14. 前記空洞が前記セラミック要素の外面に形成される、請求項１３に記載の電子デバイス。
15. 前記電子部品の部分が、前記電子デバイスの外側に露出される、請求項１３に記載の電子デバイス。
16. 前記セラミック要素のセグメント及び前記電子部品のセグメントの上に延びるコーティングを更に備える、請求項１３に記載の電子デバイス。
17. 前記セラミック要素が透明である、請求項１３に記載の電子デバイス。
18. 前記セラミック要素の少なくとも一部に隣接するインクを更に備える、請求項１３に記載の電子デバイス。
19. 前記セラミック要素が、第１のセラミックセグメント及び第２のセラミックセグメントを備え、
    光学的に明澄な接着剤が、前記第１のセラミックセグメント及び前記第２のセラミックセグメントを互いに結合する、請求項１３に記載の電子デバイス。
20. 前記空洞が、さもなければ前記第２のセラミックセグメントに結合される前記第１のセラミックセグメントの表面に形成される、請求項１８に記載の電子デバイス。
21. 前記セラミック要素がサファイア又はアルミナから形成される、請求項１３に記載の電子デバイス。
22. ハウジングと、
    前記ハウジングに固定されたカバーガラスと、
    前記カバーガラス内に埋め込まれた電子部品と、
    前記カバーガラスの下に配置された電子回路と、
    前記電子回路の下に配置されたセンサと
    を備え、
    前記電子回路が、タッチ検知回路、ディスプレイスタック、及び無線通信要素を備える、電子デバイス。
23. 前記溝がカバーガラス内に画定され、
    前記電子部品が前記溝内に位置し、
    保持要素が前記溝の残り部分を占め、それにより前記電子部品を前記カバーガラスに埋め込む、請求項２２に記載の電子デバイス。
24. 前記カバーガラスがサファイアから形成され、
    前記保持要素がサファイア又はアルミナの一方から形成される、請求項２３に記載の電子デバイス。
25. 前記保持要素が前記カバーガラスに分子結合される、請求項２４に記載の電子デバイス。
26. 前記保持要素が、前記溝への堆積後に融合されるフリットである、請求項２３に記載の電子デバイス。
27. 前記電子回路及び前記電子部品と電気的に連通する少なくとも１つのビアを更に備え、前記ビアが、前記電子回路と前記電子部品の間の電気的接続を画定する、請求項２２に記載の電子デバイス。
28. 前記ビアが前記カバーガラスの一部を通って延びる、請求項２７に記載の電子デバイス。
29. 前記カバーガラスが第１のカバーガラス部分及び第２のカバーガラス部分から形成され、前記第１のカバーガラス部分及び前記第２のカバーガラス部分が結合される、請求項２２に記載の電子デバイス。
30. 前記第２のカバーガラス部分が前記第１のカバーガラス部分内に嵌る、請求項２９に記載の電子デバイス。
31. カバーガラスと、
    前記カバーガラス内に形成された溝と、
    前記溝の少なくとも一部内に配置されたアンテナであって、
    前記カバーガラスの下に配置された電子回路と電気的に連通する突起を備えるアンテナと
    を備える電子デバイス。
32. 前記カバーガラスに形成された前記溝に結合された保持要素であって、前記電子部品を前記カバーガラス内に埋め込む保持要素を更に備える、請求項３１に記載の電子デバイス。
33. 前記保持要素が、前記アンテナの前記突起を受容するための凹部を更に備える、請求項３２に記載の電子デバイス。
34. 前記アンテナの前記突起と前記電子回路とを接触させる少なくとも１つのビアを更に備え、前記少なくとも１つのビアが、前記アンテナの前記突起と前記電子回路との間の電気的接続を画定する、請求項３１に記載の電子デバイス。