超薄防水外壳电池一体成型结构、制作设备及制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超薄防水外壳电池一体成型结构、制作设备及制作方法。该超薄防水外壳电池一体成型结构包括塑料壳体和一体注塑成型于塑料壳体内侧的柔性电池，柔性电池的与塑料壳体相对的另一侧上覆盖有防水硅胶，防水硅胶开设有馈电通孔。该制作设备包括用于注塑成型的第一模部和第二模部以及用于硅胶成型的至少第三模部，第二模部用于放置柔性电池，第一模部和第二模部合模时形成注塑腔，第二模部内对应于柔性电池的放置区域具有局部降温系统，用于在注塑成型的过程中防止柔性电池温度过高。本发明能实现超薄成型的一体成型结构并具备良好的防水性。超薄成型壳体具备柔性的同时能够进行各种表面处理工艺。
【专利说明】超薄防水外壳电池一体成型结构、制作设备及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超薄防水外壳电池一体成型结构、制作设备及制作方法。
【背景技术】
[0002]3C电子产品(计算机(Computer)、通讯(Communicat1n)和消费电子产品(Consumer Electronic))的轻薄化、柔性化、防水化是未来的发展趋势及可穿戴设备所必备。如现今的中高端手机，都具备超薄与防水两大特性，同时更受限于传统电池体积厚实的特性(一般5mm，超薄电池则在3.5mm以上)，整机结构中超过50%以上的厚度被电池占用，剩余的手机结构已无优化的空间，从而严重的制约了手机轻薄化发展需求，目前世界最薄手机厚度为5.75mm，如产品结构及其配套的生产制造工艺不更新换代，已无法突破此极限，成为阻碍手机发展的严重瓶颈。
[0003]同时，由于防水密封结构的需要，一般都需要占用较多的结构空间，无法实现在轻薄化的同时兼顾防水功能，只能是单一的轻薄或者防水。要实现轻薄防水，就需要新型的产品结构及其相配套的制造工艺。
[0004]在3C电子产品及可穿戴柔性产品中，受注塑成型中塑料原料需高温熔化后才能流动填充成型(结构件用塑料原料熔融温度一般在300°C左右)，及现有的电池能承受的高温在100°C左右，最高不超过200°C，电池无法承受塑料成型时高温的工艺限制，现有的3C电子产品都是使用装配方式与塑料结构件结合，还没有相关一体成型工艺。
[0005]柔性可穿戴设备目前主要是通过软胶成型方式，虽然软胶材料可以满足柔性需求，但受材料自身限制，难以在表面进行复杂的表面处理工艺，无法满足3C电子产品及未来柔性可穿戴设备外观时尚新颖的需求，迫切需要一种即能满足柔性需求，又能进行复杂表面处理的结构及其制备工艺。
[0006]因此，为满足3C电子产品现在及未来轻薄化，柔性化、防水化发展需求，迫切需要一整套新的具备防水、轻便紧凑、一体超薄成型、结构紧凑且稳定可靠的全新结构及其制备系统和工艺。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提出一种超薄防水外壳电池一体成型结构、制作设备及制作方法，以提供超薄成型并具备良好的防水性的产品。
[0008]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种超薄防水外壳电池一体成型结构，包括塑料壳体和一体注塑成型于所述塑料壳体内侧的柔性电池，所述柔性电池的与所述塑料壳体相对的另一侧上覆盖有防水硅胶，所述防水硅胶开设有馈电通孔，所述柔性电池的电极通过所述馈电通孔暴露出电触点。
[0010]进一步地，所述柔性电池上开设有至少一个贯通其两侧的定位通孔，所述塑料壳体的一部分经所述定位通孔延伸到所述柔性电池的另一侧，并成型为所述柔性电池的固定结构，优选地，成型为在所述柔性电池的另一侧相对于所述定位通孔的孔径增大的固定扣结构。
[0011]一种3C电子产品，包括所述的一体成型结构，所述3C电子产品为移动设备或可穿戴式设备。
[0012]一种超薄防水外壳电池一体成型结构的制作设备，包括用于注塑成型的第一模部和第二模部以及用于硅胶成型的至少第三模部，所述第二模部用于放置所述柔性电池，所述第一模部和所述第二模部合模时形成用于在所述柔性电池上注塑以成型塑料壳体的注塑腔，所述第二模部内对应于所述柔性电池的放置区域具有局部降温系统，所述局部降温系统用于在注塑成型的过程中防止所述柔性电池温度过高。
[0013]进一步地，所述局部降温系统包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统包括设置在所述第二模部内的冷却液流通通道，所述冷却液流通通道可供从所述第二模部的外部输入的冷却液流通，通过所述冷却液吸收热量以将所述柔性电池的放置区域控制在适宜的温度。
[0014]进一步地，所述第二模部上设置有活动定位针，所述活动定位针经配置可控制地插入所述柔性电池上的定位通孔并可控制地从所述柔性电池上的定位通孔中退出。
[0015]进一步地，所述第二模部上开设有所述活动定位针的引导孔，所述引导孔的朝所述柔性电池的开口端具有孔径扩大的部分。
[0016]进一步地，向所述注塑腔注入塑料的注塑通道包括位于所述第一模部中的上模通道和位于所述第二模部中的下模通道，所述第一模部和所述第二模部合模时，所述上模通道从上往下延伸与所述下模通道相连，所述下模通道至少部分延伸于所述注塑腔下方，且从下往上连通所述注塑腔。
[0017]进一步地，所述硅胶成型和所述注塑成型共用所述第一模部，所述第一模部和所述第三模部合模时形成硅胶注射腔，用于在所述柔性电池的与所述塑料壳体相对的另一侧上覆盖防水硅胶，且向所述硅胶注射腔注入硅胶的注胶通道设置在所述第三模部中。
[0018]一种超薄防水外壳电池一体成型结构的制作方法，使用所述的制作设备制作超薄防水外壳电池一体成型结构，其中，通过所述第二模部内对应于所述柔性电池的放置区域的局部降温系统，在注塑成型的过程中将所述柔性电池的放置区域控制在适宜的温度以防止所述柔性电池温度过高。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]本发明的超薄防水外壳电池一体成型结构同时具备高可靠性防水和轻便紧凑性能，同时能满足柔性可穿戴产品柔性及外观时尚新颖需求。通过超薄防水外壳电池一体成型结构的制作设备与制造工艺，解决柔性电池无法壳内封装及不耐高温注塑成型问题，打破现有的超薄手机结构制作工艺已到达的极限厚度，并使柔性可穿戴设备在满足柔性需求时克服材料限制，使其能进行复杂时尚的表面处理工艺。3C电子产品的柔性电池与塑料外壳、防水硅胶一体成型，可同时具备超薄和防水稳定可靠的优点，制作设备和制作方法产能高，生产制造及装配成本低，实用性强，成本低。本发明将有力地促进现有3C电子产品及柔性可穿戴产品结构及其配套制作设备及工艺的更新换代。本发明的具体优势体现如下:
[0021]1.满足3C电子产品(如手机等)时尚化，轻薄化趋势，打破现有手机外壳与电池结构，一体成型结构，大幅降低手机厚度，电池结构占整机厚度可从3.5mm左右降低至1.5_左右，有利于使用高性能电池，增大电池面积，减小厚度。可使手机结构更轻薄，手感更佳，可在现有全球最薄手机5.75mm厚度的基础上再大幅降低2mm左右的厚度。
[0022]2.可满足柔性可穿戴式产品电池与外壳一体成型需求，可制造柔性手机及其它柔性可穿戴电子设备。
[0023]3.可充分利用液态硅胶的高流动性特性完成封装(最薄0.1mm即可填充，而塑料大面积成型厚度至少0.6mm),可使产品整体塑料厚度再次厚度减小0.5mm,塑料+娃胶成型后整体胶位薄，柔韧性号，满足产品柔性需求。
[0024]4.工艺可调整范围大，对于不耐高温电池进行硅胶低温成型方式也可完成一体成型，利用硅胶较低的成型温度特性，硅胶成型温度完全可控制在柔性电池的可承受范围内，封装过程不损伤电池，最低可实现70°C低温成型，对电池的兼容性高。
[0025]5.一体成型后的硅胶防水结构不但可实现对电池的整体密封防水，而且还可实现整机防水，满足电子设备防水需求，防水等级最闻可达8级。
[0026]6.一方面，塑料成型过程通过局部降温系统仅控制柔性电池周边温度在电池可承受范围而又不影响塑料注塑成型所需的高温，另一方面，塑料壳体、柔性电池与防水硅胶的夹心式的成型结构设计使塑料在成型过程中主要只需在柔性电池的一侧与电池接触，大幅减小了塑料与电池的接触面积，因此，本发明有效地解决了塑料成型时电池不耐高温(普通电池100°C左右)而塑料需高温成型(塑料熔融温度270°C以上)相矛盾的技术问题。
[0027]7.整个一体成型工艺自动化程度高，生产效率高，塑料与柔性电池结合紧密，成型品质稳定。
[0028]8.利用注塑成型的薄壁塑料，可在塑料表面进行各类表面工艺处理，克服软胶材料难以表面处理工艺，选择非常有限，无法满足3C电子产品外观结构件需求的问题。且可采用有非常好的柔韧性的塑料，即满足外观工艺需求，又满足柔性性能需求。
[0029]9.一体成型的产品结构简洁，紧凑，组装简单，进一步降低了 3C电子产品生产周转，组装等成本及时间；
[0030]综上，本发明解决了 3C电子产品轻薄化，防水化，柔性化等各方面技术问题，且工艺可调整范围大，产品结构简洁，模具结构简便，制造工艺简单，生产成本低。本发明的一体成型结构、设备和工艺尤其适于提供柔性可穿戴电子设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明外壳电池一体成型结构一种实施例的结构不意图(未不出防水娃胶)；
[0032]图2为本发明外壳电池一体成型结构一种实施例的结构示意图(示出防水硅胶)；
[0033]图3为本发明外壳电池一体成型结构一种实施例的俯视图；
[0034]图4为图3所示一体成型结构的A-A剖视图；
[0035]图5为本发明制作设备一种实施例的注塑成型部分结构示意图；
[0036]图5A为在图5中仅部分示出的上模仁结构示意图；
[0037]图5B为图5中局部A的局部放大示意图；
[0038]图5C为图5中局部B的局部放大示意图；
[0039]图6为带一体成型结构的制作设备一种实施例的部分俯视图；
[0040]图7为图6所示一体成型结构的A-A剖视图；
[0041]图7A为图7中冷却液流通通道的结构示意图；
[0042]图7B为图7中冷却液流通通道另一角度的结构示意图；
[0043]图7C为图7中冷却块的结构示意图；
[0044]图8为本发明制作设备一种实施例的硅胶成型部分结构示意图；
[0045]图8A为图8中局部C的局部放大示意图；
[0046]图9为图8所示硅胶成型部分的顶出示意图；
[0047]图9A为图9中局部G的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0048]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0049]参阅图1至图4，在一种实施例中，超薄防水外壳电池一体成型结构包括塑料壳体I和一体注塑成型于塑料壳体I内侧的薄壁柔性电池2，柔性电池2的与塑料壳体I相对的另一侧上覆盖有防水硅胶3，防水硅胶3开设有馈电通孔，柔性电池2的电极通过馈电通孔暴露出电触点201，该电触点可用于与后续安装在壳体内的主板电连接。柔性电池2的整体厚度最薄可达0.36mm?0.60mm左右。柔性电池2在其四周部位设置有定位通孔5,其可用于在模内一体成型时定位与封塑料。塑料壳体I保护内部电子元器件，优选地，塑料壳体I壁厚较薄，具有好的柔性，表面具备一定硬度并能进行表面处理工艺。防水硅胶3能起到防水及抗震的效果，可防止电子产品被水侵入而造成的短路或烧毁且起到抗震防摔效果。利用液态娃胶的高流动性，成型的防水娃胶3的最薄厚度可做到0.15mm,从而减小电子产品结构件厚度，且具备极好的柔性。
[0050]在优选的实施例中，柔性电池2上开设有至少一个贯通其两侧的定位通孔5，塑料壳体I的一部分经定位通孔5延伸到柔性电池2的另一侧，并成型为柔性电池2的固定结构22，更优选地，成型为在柔性电池2的另一侧相对于定位通孔5的孔径增大的固定扣结构。
[0051]该防水外壳电池一体成型结构可以用于各种3C电子产品上，例如各种移动设备如手机、平板电脑，也可以用于各种可穿戴式设备，尤其适用于柔性可穿戴式设备。
[0052]如图5至图9A所示，在一种实施例中，超薄防水外壳电池一体成型结构的制作设备包括用于注塑成型的第一模部和第二模部以及用于硅胶成型的至少第三模部，第一模部包括上模仁6，第二模部包括下模仁4，第三模部包括下模仁16，下模仁4用于放置柔性电池2，上模仁6和下模仁4合模时形成用于在柔性电池2上注塑以成型塑料壳体I的注塑腔。
[0053]如图5至图5C所示，优选地，向注塑腔注入塑料的注塑通道包括位于上模仁6中的上模通道7和位于下模仁4中的下模通道8，上模仁6和下模仁4合模时，上模通道7从上往下延伸形成注塑热流道，其与下模通道相连，下模通道8至少部分延伸于注塑腔下方，且从下往上连通注塑腔。
[0054]如图5至图7C所示，下模仁4内对应于柔性电池2的放置区域具有局部降温系统20，局部降温系统用于在注塑成型的过程中防止柔性电池2温度过高。优选地，局部降温系统包括冷却液循环系统，冷却液循环系统包括设置在下模仁4内的冷却液流通通道210,冷却液流通通道210包括进液口 211和出液口 212。冷却液流通通道可供从下模仁4的外部输入的冷却液流通，通过冷却液吸收热量以将柔性电池2的放置区域控制在适宜的温度。利用冷却液循环系统，在塑料成型时通过冷却液进行循环冷却，可塑料成型时使柔性电池2及周边塑料保持较低温度，使温度保持在电池所能承受温度范围内而又不影响塑料注塑成型。在一种特定的实施例中，局部降温系统20包含内部设有冷却液流通通道210的冷却块21，冷却块21周圈设置避空槽，从而与下模仁4的其他部分减少接触面积，起到减小热传递的隔热作用。
[0055]如图5至图5C所示，在优选的实施例中，下模仁4上设置有活动定位针9，其可设置在下模仁4上开设的引导孔中，活动定位针9可被控制而在引导孔中上下移动，从而伸出引导孔而插入柔性电池2上的定位通孔5，或从柔性电池2上的定位通孔5中退出。下模仁4上的活动定位针和柔性电池2上的定位通孔5的设计，使活动定位针9在塑料成型时可起到在模内定位及支撑柔性电池2的作用，并且在活动定位针退出定位通孔5时使塑料能够穿过定位通孔5而成型，粘结并固定柔性电池2。更优选地，引导孔朝向柔性电池2的开口端具有孔径扩大的部分，这样，在塑料穿过定位通孔5的另一侧而成型时能够形成直径大于定位通孔5的固定扣结构22，从而塑料壳体I能更稳固地与柔性电池2成型为一体。活动定位针可由油缸10通过常规的传动机构而驱动。传动机构可以包括耦合在一起的定位针活动板11和定位针固定块12。油缸10可与定位针活动板11用螺丝锁紧相连。活动定位针9可连接在定位针活动板11上,靠油缸10动作控制活动定位针9位置。
[0056]如图8至图9A所示，在进一步的实施例中，硅胶成型和注塑成型可以共用第一模部，第一模部的上模仁6和用于娃胶成型的第三模部的下模仁16合模时形成娃胶注射腔，用于在柔性电池2的与塑料壳体I相对的另一侧上覆盖防水娃胶3。向娃胶注射腔注入娃胶的注胶通道17即硅胶成型冷流道设置在下模仁16中。对于硅胶成型，也可以设置相对于注塑成型模具独立的上模仁6，与其下模仁16共同组成硅胶成型模具。下模仁16中可设置顶针18，硅胶顶出系统还包括顶针面板13以及顶针底板14，以在硅胶成型之后驱动顶针18将成型的一体化结构顶出模具。
[0057]一种实施例的制备方法包括如下步骤:首先，将柔性电池2放入塑料与电池一体成型的模具中，模具内的活动定位针9升起，穿过柔性电池2的定位通孔5，超出柔性电池2的表面，将柔性电池2定位并固定在模具内，可防止塑料填充时局部受材料冲击而导致电池翘曲变形。模具的上下模仁4合模后，开始注塑，并使模具内电池区域温度保持在柔性电池2可承受的范围。在塑料填充最后阶段，活动定位针9由油缸10带动回退，空出定位通孔5作为电池封装结构型腔，使塑料填充其内以扣紧柔性电池2，完成塑料与电池2初步紧固结合。塑料成型完成后进行硅胶成型，硅胶原料通过硅胶成型下模仁16底部的针阀式冷流道系统注射到硅胶注射腔并填充，并在适当的温度下进行硫化使硅胶固化。防水硅胶3固化成型后可密封电池从而达到防水的效果。最后，通过顶针18将成型的产品顶出，完成塑料壳体1、柔性电池2和防水硅胶3—体成型的超薄柔性防水外壳电池一体成型结构的制备。
[0058]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超薄防水外壳电池一体成型结构,其特征在于，包括塑料壳体和一体注塑成型于所述塑料壳体内侧的柔性电池，所述柔性电池的与所述塑料壳体相对的另一侧上覆盖有防水硅胶，所述防水硅胶开设有馈电通孔，所述柔性电池的电极通过所述馈电通孔暴露出电触点。
2.如权利要求1所述的的一体成型结构，其特征在于，所述柔性电池上开设有至少一个贯通其两侧的定位通孔，所述塑料壳体的一部分经所述定位通孔延伸到所述柔性电池的另一侧，并成型为所述柔性电池的固定结构，优选地，成型为在所述柔性电池的另一侧相对于所述定位通孔的孔径增大的固定扣结构。
3.—种3C电子产品，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的一体成型结构，所述3C电子产品为移动设备或可穿戴式设备。
4.一种超薄防水外壳电池一体成型结构的制作设备，其特征在于，包括用于注塑成型的第一模部和第二模部以及用于硅胶成型的至少第三模部，所述第二模部用于放置所述柔性电池，所述第一模部和所述第二模部合模时形成用于在所述柔性电池上注塑以成型塑料壳体的注塑腔，所述第二模部内对应于所述柔性电池的放置区域具有局部降温系统，所述局部降温系统用于在注塑成型的过程中防止所述柔性电池温度过高。
5.如权利要求4所述的制作设备，其特征在于，所述局部降温系统包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统包括设置在所述第二模部内的冷却液流通通道，所述冷却液流通通道可供从所述第二模部的外部输入的冷却液流通，通过所述冷却液吸收热量以将所述柔性电池的放置区域控制在适宜的温度。
6.如权利要求4所述的制作设备，其特征在于，所述第二模部上设置有活动定位针，所述活动定位针经配置可控制地插入所述柔性电池上的定位通孔并可控制地从所述柔性电池上的定位通孔中退出。
7.如权利要求4所述的制作设备，其特征在于，所述第二模部上开设有所述活动定位针的引导孔，所述引导孔的朝所述柔性电池的开口端具有孔径扩大的部分。
8.如权利要求4所述的制作设备，其特征在于，向所述注塑腔注入塑料的注塑通道包括位于所述第一模部中的上模通道和位于所述第二模部中的下模通道，所述第一模部和所述第二模部合模时，所述上模通道从上往下延伸与所述下模通道相连，所述下模通道至少部分延伸于所述注塑腔下方，且从下往上连通所述注塑腔。
9.如权利要求4至8任一项所述的制作设备，其特征在于，所述硅胶成型和所述注塑成型共用所述第一模部，所述第一模部和所述第三模部合模时形成硅胶注射腔，用于在所述柔性电池的与所述塑料壳体相对的另一侧上覆盖防水硅胶，且向所述硅胶注射腔注入硅胶的注胶通道设置在所述第三模部中。
10.一种超薄防水外壳电池一体成型结构的制作方法，其特征在于，使用如权利要求2至9所述的制作设备制作超薄防水外壳电池一体成型结构，其中，通过所述第二模部内对应于所述柔性电池的放置区域的局部降温系统，在注塑成型的过程中将所述柔性电池的放置区域控制在适宜的温度以防止所述柔性电池温度过高。
【文档编号】H05K5/06GK104333987SQ201410545703
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】唐臻, 谢守德, 王长明, 贾智亚 申请人:东莞劲胜精密组件股份有限公司, 东莞华清光学科技有限公司