表面安装电池以及具有集成电池单元的便携式电子设备制造技术

提供了用于包括固体电解质的电池单元的系统和方法。固体电解质单元可以与电子设备集成。例如，固体电解质单元可以与电路板的金属表面或底盘的导电表面集成。可以使用例如回流焊接工艺将可表面安装的固体电解质单元电耦合到电路迹线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面安装电池以及具有集成电池单元的便携式电子设备
本公开涉及用于电子设备的表面安装电池。
技术介绍
电子设备(包括移动平台，诸如智能手机、膝上型计算机、笔记本计算机和平板计算机)的尺寸不断缩小。包括一个或多个电池单元的功率输送系统通常是便携式电子设备中最大的部件之一。随着便携式电子设备的尺寸缩小，用户也期望功率输送系统将越来越小且更加便携。当使用插头、插座和甚至接片将电池连接到系统时，将电池集成到物理上小的系统(并且特别是薄的系统)中提出了挑战。附图说明可以参考以下附图详细地描述多个安排和实施例，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且在附图中：图1A、图1B和图1C展示了使用液体电解质的示例硬币形锂离子电池。图2是根据一个实施例的包括多个固体电解质的电池单元的透视图。图3是根据一个实施例的电路板组件的侧视图。图4A、图4B、图4C和图4D展示了根据一个实施例的包括集成固体电解质电池的移动电子设备。图5是根据一个实施例的包括集成电池单元的电路板的截面侧视图。图6是根据一个实施例的电池单元的截面侧视图。图7是根据一个实施例的用于制造电路板的方法的流程图。图8是根据另一实施例的用于制造电路板的方法的流程图。具体实施方式本文公开的实施例和安排使用包括固体电解质(例如固体聚合物或陶瓷)的电池单元。与具有液体电解质的电池不同，具有固体聚合物和/或陶瓷电解质的电池可以承受可用于可表面安装电池的回流焊接工艺的高温和持续时间并且开启新的组装选项。如以下所讨论的，固体电解质单元电池也比液体电解质单元电池更安全，因为易燃液体电解质已经成为普通锂离子(Li-ion)电池灾难性故障的原因。本文公开的某些实施例提供了空间节省、较低组装成本、尺寸减小(例如，在X-Y平面中)和/或高度减小(例如，在垂直于X-Y平面的Z方向上)。另外或在其他实施例中，所公开的系统和方法可以规定将电池直接集成在系统中，从而消除了包装和插座使用的大部分开销。在某些实施例中，本文公开的固体电解质电池单元是可再充电的。可商购用于表面安装在手持或便携式电子设备中的小尺寸电池具有低容量(例如，液体电解质单元电池)或极低容量(例如，固态薄膜电池)。近年来，小型二次电池已被用作便携式设备(如蜂窝电话)的存储器备份电源。例如，图1A、图1B和图1C展示了使用液体电解质并被包装在刚性气密密封的金属“罐”壳体中的硬币形锂离子电池100。罐装和气密密封硬币形锂离子电池100的过程可能是昂贵且复杂的。此外，罐壳体限制能量密度，特别是在将圆柱形单元并排放置形成空白空间的间隙的情况下多单元组中。硬币形锂离子电池100可以具有包括锂锰复合氧化物的正电极和包含锂铝合金的负电极，并且具有约3V的电压。作为另一示例，已经使用具有包括五氧化二铌的正电极和包括锂铝合金的负电极并且具有约2.5V的电压的硬币形二次锂电池。锂电池(如图1A所示)的问题是液态电解液极易燃。因此，将硬币形锂离子电池100焊接到电路板可能是危险的。作为回流方法的一个示例，通过在电路板和零件的端子之间供给焊料并且然后使电路板和该零件通过高温气氛来进行焊接。焊接确保电路板上的电路与该零件的端子之间的电接触。取决于所使用的材料和工艺，高温气氛的范围可以为例如从约220℃至约260℃。这样的条件可能导致在硬币形锂离子电池100的罐壳体内建立高压，使得该锂离子电池排出电解质或爆炸。在高温气氛中，电解质可能在其排出时发出火焰。使挥发性液体电解质不易燃以允许表面安装硬币单元的尝试通常导致具有非常低容量(例如，最高达约2.5mAh)的电池单元。因此，许多应用避免了将具有液体电解质的锂离子电池焊接到电路板。相反，如图1B所示，硬币形锂离子电池100可以放置在预先焊接到电路板的固持器110中。体积大的固持器110可能为整个电子设备增加额外的尺寸和费用。在另一示例中，如图1C所示，硬币形锂离子电池100可以被定位在远离电路板的位置，并且经由线112、114与该电路板电连接。这样的实施方式可能增加费用，例如通过手动将线焊接到硬币形锂离子电池100、将硬币形锂离子电池100插入收缩包裹盖116中、施加热量使收缩包裹盖收缩、将线112、114的另一端焊接到电路板、并且将收缩包裹盖116胶合或以其他方式附接到电子设备的底盘118。为了避免液体电解质伴随的问题，本文公开的某些实施例使用固体电解质。例如，图2是根据一个实施例的包括多个固体电解质210的电池单元200的透视图。固体电解质210可以包括电耦合到第一电极212的固体电解质阴极材料以及电耦合到第二电极214的固态电解质阳极材料。固体电解质阴极材料和固体电解质阳极材料可以各自包括例如固体聚合物或陶瓷材料。固体电解质阳极材料可以包括例如石墨、硅、或石墨和硅的共混物。固体电解质阴极材料可以包括例如锂金属氧化物，例如钴酸锂(LCO)或镍钴铝(NCA)。这样的材料可以用于本文公开的任何阳极和/或阴极(即，不仅仅用于图2所示的实施例)。进一步地，固体聚合物分离器或陶瓷分离器可以将固体电解质阴极材料与固体电解质阳极材料分离，以防止电气短路并且允许在电流在电池单元200中流通的过程中传输离子载流子。第一电极212和第二电极214是导电的并且包括能够被焊接到印刷电路板或其他衬底上的导电迹线的材料(例如，铜、银或铝)。在某些实施例中，塑料或其他层压材料可以覆盖固体电解质210。包括固体电解质210的电池单元200可以针对特定的表面安装应用选择性地定尺寸、成形和进行配置。如图2所示，电池单元200可以是矩形的，例如用于装配在拥挤的电路板上。然而，本领域技术人员将从本文的公开内容中认识到，全固态构造允许电池单元200具有任何矩形或非矩形形状。进一步地，由于不存在必须由气密密封的刚性金属罐容纳的液体，可以选择电池单元200的高度、宽度和长度以满足电存储容量和空间需求。此外，通过避免罐装和密封过程，降低了成本，并且电池单元由于固体电解质210无法泄漏或排出而比液体电解质单元更加安全。固体电解质210还可以承受极端的环境条件，例如与回流焊接技术相关的高温。图3是根据一个实施例的电路板组件300的侧视图。电路板组件300包括在非导电衬底312之上的金属层310。金属层310可以包括例如铜或其他导电材料。尽管在图3中未示出，但某些实施例可以包括非导电衬底312(例如，用作接地平面或电源平面)下方的另一金属层，该非导电衬底通过非导电衬底312中的电镀过孔连接到顶部金属层310。非导电衬底312可以包括例如玻璃纤维或非导电层压体。在制造过程中，金属层310可以被蚀刻或以其他方式形成，以产生用于电连接多个电路部件314、316的迹线图案。电路部件314、316可以包括例如电容器、电阻器、晶体管、和/或处理器或其他集成电路。如图3所示，图2的电池单元200可以与电路板组件300的其他电路部件314、316一起焊接到金属层310的迹线上。使用自动化过程(例如，取放机器和/或回流焊接)来用电池单元200和其他部件314、316一起填充电路板组件300减少了制造电路板组件300的人工劳动和总成本。图4A、图4B、图4C和图4D展示了根据一个实施例的包括集成固体电解质电池的移动电子设备400。图4A示出了由用户402处理的移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：双面电路板，所述双面电路板包括由非导电衬底分离的第一金属层和第二金属层；以及电池单元，所述电池单元与所述双面电路板集成，所述电池单元包括：第一电极，所述第一电极包括所述双面电路板的所述第二金属层；第一固体电解质层，所述第一固体电解质层与所述第二金属层相邻；分离器层，所述分离器层与所述第一固体电解质层相邻；第二固体电解质层，所述第二固体电解质层与所述分离器层相邻；以及第二电极，所述第二电极与所述第二固体电解质层相邻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.18 US 14/574,9131.一种设备，包括：双面电路板，所述双面电路板包括由非导电衬底分离的第一金属层和第二金属层；以及电池单元，所述电池单元与所述双面电路板集成，所述电池单元包括：第一电极，所述第一电极包括所述双面电路板的所述第二金属层；第一固体电解质层，所述第一固体电解质层与所述第二金属层相邻；分离器层，所述分离器层与所述第一固体电解质层相邻；第二固体电解质层，所述第二固体电解质层与所述分离器层相邻；以及第二电极，所述第二电极与所述第二固体电解质层相邻。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一固体电解质层和所述第二固体电解质层中的至少一者包括固体聚合物或陶瓷材料。3.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述分离器包括固体聚合物或陶瓷材料，所述固体聚合物或陶瓷材料被配置为用于防止所述第一固体电解质层与所述第二固体电解质层之间的电气短路，并且在电流在所述电池单元中从所述第一电极流通到所述第二电极的过程中允许在所述第一固体电解质层与所述第二固体电解质层之间传输电子电荷载流子。4.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，第一电极包括负电极，并且所述第二电极包括所述电池单元的正电极，并且其中，所述第一固体电解质层包括固体阳极电解质材料，并且所述第二固体电解质层包括固体阴极电解质材料。5.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，第一电极包括正电极，并且所述第二电极包括所述电池单元的负电极，并且其中，所述第一固体电解质层包括固体阴极电解质材料，并且所述第二固体电解质层包括固体阳极电解质材料。6.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述第一金属层和所述第二金属层包括铜。7.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述第一金属层包括多条电路迹线。8.如权利要求7所述的设备，进一步包括电耦合到所述电路迹线的多个电路部件。9.如权利要求7所述的设备，进一步包括：第一电连接，所述第一电连接将所述第一金属层的第一迹线耦合到所述第一电极；以及第二电连接，所述第二电连接将所述第一金属层的第二迹线耦合到所述第二电极。10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一电连接和所述第二电连接中的至少一者包括穿过所述双面电路板的所述非导电衬底的导电过孔。11.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一电连接和所述第二电连接中的至少一者围绕所述双面电路板的所述非导电衬底的外边缘通过。12.如权利要求1至2中任一项所述的设备，进一步包括封装层，所述封装层至少部分地封闭所述电池单元。13.一种移动电子设备，包括：底盘，所述底盘包括导电表面；一个或多个电气部件，所述一个或多个电气部件在所述底盘之上或在所述底盘之内；以及固体电解质电池，所述固体电解质电池与所述底盘集成并且被配置为用于向所述一个或多个电气部件提供电流，所述固体电解质电池包括：第一电极，所述第一电极包括所述底盘的所述导电表面；第一固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·基茨，K·拉加，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US