在小形状因数设备中使用材料以增加结构刚度、减小尺寸、改善安全性、增强热性能和加 ...的制作方法
【专利说明】在小形状因数设备中使用材料以增加结构刚度、减小尺寸、改善安全性、增强热性能和加速充电
[0001]相关申请的交叉参考
[0002 ]本申请要求2013年1月1日提交的美国临时专利申请N0.61 /889，140的优先权。
技术领域
[0003]实施例一般涉及电子器件。更具体地，实施例涉及使用材料来增加小形状因数设备的结构刚度、减小其尺寸、改善其安全性、增强其热性能及加速充电。
【背景技术】
[0004]用于减小小型设备(诸如，例如智能电话、平板计算机和电源)的尺寸的某些方法可包括消除部件(诸如，风扇)占用的空间。然而，这些部件的消除可对热性能有负面影响。例如，关于电源，无风扇设计可导致更少的充电容量和/或更慢的充电速率，以防止在操作期间超过内部结和外用皮肤温度限制。此外，较薄的装置可以在结构上更易弯曲、脆弱，并且一经冲击容易被损坏。此外，随着设备变得更小和更薄，它们可变得更加便携，其中该便携性可导致设备暴露至更多的灰尘和水。实际上，如果设备的部件产生小火花、发热和可能变成点火源，则电子设备在潜在爆炸性环境(例如，石油化工、公用设施、海运转移、粮仓、制药、消费品包装、酒精处理和/或涂料制造环境)中的使用可导致安全问题。特别是小形状因数设备可难以致使固有安全。
【附图说明】
[0005]通过阅读以下说明书和所附权利要求，以及通过参照以下附图，实施例的各个优点对本领域普通技术人员变得显而易见的，其中:
[0006]图1是根据实施例的具有多种不同树脂组合物的设备的示例的截面图；
[0007]图2是根据实施例的多种不同树脂组合物的示例的框图；
[0008]图3是根据实施例的制造具有多种不同树脂组合物的设备的方法的示例的流程图；
[0009]图4是根据实施例的包括电源的设备的示例的截面图；
[0010]图5是根据实施例的制造电源的方法的示例的流程图；
[0011]图6是根据实施例的在爆炸性环境中的设备的示例的图示；
[0012]图7A和7B是根据实施例的部件底部填充制造过程的示例的流程图；
[0013]图8是根据实施例的使用音频端口的部件底部填充制造环境的示例的立体图；
[0014]图9A是根据实施例的电路板组件的立体图；
[0015]图9B是根据实施例的包覆模制的电路板组件的立体图；
[0016]图9C是沿着图9B中的线9C-9C的截面图；
[0017]图9D是根据实施例的具有包覆模制的电路板的设备的分解立体图；以及
[0018]图10是根据实施例的包覆模制制造过程的示例的流程图。
[0019]实施例的描述
[0020]现转到图1，示出了电子设备20，其中设备20包括用户界面(UI，例如，键盘、显示面板)部件22和小形状因数壳体24，该小形状因数壳体24包含一个或多个附加的电子部件，诸如，例如电池26、具有安装在其上的处理器30的电路板28(例如，主板)，等等。电子设备20可以起例如，智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、移动因特网设备(MID)、媒体播放器、可穿戴计算机、电源等、或它们的任意组合的作用。一般而言，诸如电池26和处理器30之类的部件可在操作期间发热。在所示的示例中，处理器30热耦合至热扩散器32，热扩散器32使热量传导离开处理器30并且在整个设备20的内部散发热量。
[0021 ] 如将更详细讨论的，壳体24还可包含一种或多种树脂组合物，其包封(encompass)设备20的电子部件。树脂组合物可通常包括环氧树脂、硅树脂、聚氨酯、或具有相对低粘度和高表面张力的其它粘合剂组合物，使树脂能够通过毛细作用被吸入(wick)在焊接接合点(joint)和部件(诸如，例如电池26、处理器30、和电路板28)下面或周围，以便一经树脂固化在这些接合点/部件和壳体24的内表面之间形成紧密结合(bond)。作为结果，电子设备20可以是互锁、防水和刚性结构。此外，不同的树脂组合物可用于设备20内的不同位置中以提供感兴趣的特定功能。
[0022]多种填料树脂组合物
[0023]继续参考图1和2，除低粘度粘合剂化合物(例如，环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯)之外，第一树脂组合物34还可包含热能存储材料38(例如，相变材料/PCM)。在一个示例，二十烷(38°C熔化)蜡或二十二烷(42°C熔化)蜡被用作PCM，其中该PCM可以潜热的形式(例如，在潜热相期间)提供附加形式的能量存储。例如，在潜热相期间，热能可流入PCM并将它从一个相变成另一相，诸如从固态变成液态，而在转变期间温度(T融化)保持相对恒定。作为相变的结果的材料的有效质量可因此相对较高。热能存储材料还可以起热容填料材料的作用，该热容填料材料存储热能并使电子部件(诸如处理器30)能够在相对高的频率下操作。
[0024]在另一方面，除热能存储材料38和低粘度粘合剂组合物之外，第二树脂组合物40还可包括热传导填充材料42(例如，金属、氧化物、氮化物、金属、盐)。热传导填充材料42可因此实现显著的热扩散和增强的性能。例如，所示的第二树脂组合物40被形成为与发热部件(诸如，例如电池26)热连接的多个热扩散器的形状。由电池26产生的热量因此可通过第二树脂组合物40的能量存储材料38吸收，以及散发至壳体24的内部内的其他树脂组合物。其他高表面积设计(诸如，例如多鳍片配置等)可采用第二树脂组合物40创建。
[0025]另外，第三树脂组合物44可包括加固填充材料46(例如，玻璃棒、玻璃纤维、碳纤维)，该加固填充材料46增加转动惯量的有效面积和设备20的弹性复合模量。作为结果，第三树脂组合物44可增加设备20的刚度。通过使设备20更机械抗扭转、弯曲等，第三树脂组合物44可以增加设备20的坚固性。这样的方法可尤其对非常薄外形的设备有用，诸如，例如平板计算机。
[0026]此外，第四树脂组合物48可包括软化填充材料50(例如，封闭的泡沫球、苯乙烯球)，该软化填充材料50在发生冲击时增加机械能的吸收和扩展(例如，冲击强度)。因此，第四树脂组合物48可进一步增加设备20的坚固性，这可对易于被掉落的小形状因数设备有用。树脂组合物34，40，44，48的定位可取决于情况而不同。如将更详细讨论的，所示的方法能够在不需要不同制造工艺条件的情况下解决若干不同的功能问题(例如，热容量、热传导、加固、软化)。可进行其他优化(诸如，例如在设备20的树脂组合物34，40，44，48与焊接接合点和部件之间的热膨胀系数(CTE)匹配)以最小化设备20内的机械应力。
[0027]现在转到图3，示出了制造设备的方法52。可使用有据可查的制造技术来实现方法52，该技术诸如，例如浇注、低压注射模制、表面贴装技术(SMT )、半导体制造等。该方法52还可被实现为存储在机器-或计算机-可读的存储介质(诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、可编程ROM(PROM)、固件、闪存存储器等)中、可配置的逻辑(诸如，例如可编程逻辑阵列(PLA)现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(PLD))中、利用电路技术(诸如，例如专用集成电路(ASIC)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或晶体管-晶体管逻辑(TTL)技术、或它们的任意组合)的固定功能逻辑硬件中的一组逻辑指令。
[0028]所示的处理框54提供壳体，诸如，例如电子设备的封围件(enclosure)、皮肤和/或壳。壳体可以包括，但不限于，塑料、金属等，或它们的任意组合。在框56处，一个或多个电子部件可被定位在壳体内，其中所示的框58将第一固化树脂组合物定位在壳体内。如将更详细讨论的，将固化树脂组合物定位在壳体内可包括将树脂组合物注射或浇注到壳体中并且主动或被动固化所注入/浇注的树脂组合物。第一固化树脂组合物可以包括热能存储材料和第一填充材料。如已指出的，热能存储材料可包括提高设备的热性能的相变材料，以及第一填充材料可包括，例如，热容材料、热传导材料、加固材料、软化材料，等等。
[0029]类似地，框60可将第二固化树脂组合物定位在壳体内，其中第二固化树脂组合物包括热能存储材料和第二材料(例如，热容、热传导、加固、软化)。在所示的示例中，第一填充材料和第二填充材料是不同的，并且采用第一和第二固化树脂组合物包封一个或多个电子部件中的至少一个。
[0030]麵
[0031 ]图4示出了电子设备62，该电子设备62包括耦合至输入71和输出70并且定位在壳体68内的一