CN102573372A - 电子设备的一体式壳体 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种具有一体式壳体的电子设备。所述设备包括：具有开放空腔的第一壳体组件，设置在空腔中的内部电子部件，跨空腔设置的第二壳体组件，以及设置在空腔内且用于支撑所述第二壳体组件的支撑构件。所述第一壳体组件可采用金属制成，而第二壳体组件可采用多个层叠金属箔层制成。所述第二壳体组件通过一次或多次超声焊接而被附接到第一壳体组件上，以便制成完全封闭的壳体。所述完全封闭的壳体被密封地封闭，其外表面在超声焊接后可通过机械加工或其他方式被整修。

Description

电子设备的一体式壳体
技术领域
本发明通常涉及电子设备，尤其是涉及电子设备的封闭壳体的形成。
背景技术
个人计算和电子设备，诸如膝上电脑、媒体播放器、和手机等正变得越来越精密、功能强大和用户友好。制造这些设备各种小尺寸组件同时仍保持或增加这些设备的能力、操作速度和美观的能力对这一趋势贡献良多。不幸的是，这种便携式计算设备更小、更轻、更强的趋势在这些设备的一些组件的实际形成方面带来了持续的设计挑战。与此类电子设备及其组件有关的一个设计挑战是形成用于在其中容纳各种内部设备部件的外部封装或壳体。
具体地，许多电子设备具有这样的壳体，该壳体由数个不同部分以及也必须连接或附接到壳体的复杂机械结构、构件和/或其它内部部件制成。即使在设计更加复杂的电子设备中，外壳通常仍然由多个部件形成，如果没有露出的螺钉、突起或其他组件紧固件的话，这往往至少会导致接缝或者其他不连续处。例如，只由两个主要部分制成的外壳通常包括上壳和下壳，它们彼此叠放并使用螺钉或其他紧固手段被固定在一起。此类技术通常使壳体设计更复杂，并由于配合表面上的不希望的裂纹、接缝、间隙或裂口，以及沿着壳体表面放置的暴露的紧固件，而使得难以实现美观。在使用上、下壳时，即使从电子设备的外表面整体隐藏或移除了紧固件，也经常会产生围绕整个封装的配合线或接缝。
尽管此类接缝或间隙往往会减少设备的整体美观方面的吸引力，但是为了至少在设备或组件的制造过程中需要进入电子设备或组件的内部区域这一简单原因，采用多个部分构造设备壳体通常仍然是必需的。然而，在一旦设备被制造成就实际上不需要进入设备或组件的内部区域的情况下，配合线、间隙、接缝或其他制造产物的存在通常都是不必要的或是制造过程中的不恰当的副产品。
尽管用于提供电子设备和组件的外壳的许多设计和技术过去已普遍很好地适用，但是总是期待为新的美观的设备提供可替代的壳体设计和技术。
发明内容
本发明的一个优点是为电子设备提供了一种单个一体式壳体，在其表面上没有明显的接缝或其它制造产物。这可以至少部分地通过使用如下壳体组件来实现：该壳体组件已经与已放置在壳体内部的相关内部部件超声焊接在一起以形成可作为单个物体在其外表面进行机械加工和再整修的单个一体式壳体。
在各种实施例中，电子设备可包括具有开放空腔的第一壳体组件，设置在所述空腔中的一个或多个内部电子部件，跨所述空腔设置的第二壳体组件，以及被设置在所述空腔内并被安排成支撑第二壳体组件的支撑构件。所述第一壳体组件可以至少部分地由金属制成，并且具有至少一个将被附接到第二壳体组件的表面区域，同时所述第二壳体组件可由多个层叠(laminated)的金属箔层形成。所述第二壳体组件通过一次或多次超声焊接而被附接到第一壳体组件，以便制成完全封闭的壳体。所述支撑构件可被安排成在超声焊接处理的过程中支撑层叠的金属箔层中的至少一些。所述完全封闭的壳体可以被密封地，其外表面在超声焊接之后可被机械加工或通过其他方式进行整修。
在各种附加实施例中，提供了一种制造电子设备的方法。在其他可能的应用中，所述方法可用于整个电子设备或仅仅电子设备的组件的制造。各处理步骤可包括：选择其中具有开放空腔的第一壳体组件，在开放空腔内安装内部电子设备部件，由多个金属箔层形成第二壳体组件，将支撑构件放置在所述开放空腔内，以及将所述第二壳体组件跨所述开放空腔附接到所述第一壳体组件以使得所述空腔被完全封闭和密封。所述第一壳体组件可具有金属部分，该金属部分包括紧接所述空腔设置的第一金属表面区域。此外，所述形成步骤可包括：将金属箔层超声焊接到一起，以及在附接步骤中，支撑构件为第二壳体组件提供支撑。
在各种具体实施例中，可包括电子设备及其制造方法，第一壳体组件到第二壳体组件的附接可包括将第二壳体组件超声焊接到第一壳体组件。此外，内部电子设备部件可包括其上的支撑构件，并且作为附接过程的副产品，内部电子设备部件也可以被超声焊接到第二壳体组件。
通过对以下附图和详细描述的研究，本领域技术人员将可明白本发明的其他装置、方法、特征和优点。应当看出：所有此类附加的系统、方法、特征和优点都被包括在本说明书中，落在本发明的范围之内，并受所附权利要求书保护。
附图说明
所包括的附图用于解释的目的，并且只用于提供所公开的电子设备的一体式壳体的可能结构和配置的示例。所述附图绝非限制本领域技术人员在不脱离本发明的主旨和范围的情况下对本发明做出的形式和细节的变化。
图1A给出了被超声焊接在一起的示例性金属箔堆叠的前视图。
图1B给出了在焊接过程之后图1A中的示例性金属箔堆叠的侧向正视图。
图2A给出了根据本发明一个实施例的示例性电子设备在完全封闭之前的部分暴露的前视图。
图2B给出了根据本发明一个实施例的图2A中的示例性电子设备在组装和完全封闭之后的前视图。
图3A给出了根据本发明一个实施例的图2B中的示例性电子设备在机械加工和整修其外表面之后的前视图。
图3B给出了根据本发明一个实施例的图3A中的示例性电子设备的侧向剖面图。
图4A给出了根据本发明一个实施例的可替代的示例性电子设备在完全封闭之前的部分暴露的前视图。
图4B给出了根据本发明一个实施例的图4A中的示例性电子设备在组装和完全封闭之后的前视图。
图5提供了根据本发明一个实施例的电子设备的示例性制造方法的流程图。
图6A给出了根据本发明一个实施例的在第一单个层叠箔层与其结合之前示例性电子设备的前视图。
图6B给出了根据本发明一个实施例的在所有层叠箔层与其结合并完全封闭之后图6A中的示例性电子设备的前视图。
图7提供了根据本发明一个实施例的电子设备的可替代的示例性制造方法的流程图。
具体实施方式
本节将描述根据本发明的装置和方法的示例性应用。这些例子仅被提供来增加上下文以及帮助对本发明的理解。因此，本领域技术人员将可明白：可在缺少一些或所有的这些特定细节的情况下实施本发明。在其他情况下，公知的处理步骤将不再详细描述，以免使本发明不必要地模糊。其他应用也是可能的，从而下述例子并非作为限制性的。
在以下详细说明中，附图将作为参考并成为说明书的一部分，在其中本发明的特定实施例以解释说明的方式被示出。尽管这些实施例被描述的足够详细以使得本领域技术人员可以实施本发明，但仍需了解，这些示例并非限制；这样在不脱离本发明主旨和范围的情况下可采用其他实施例，并且可以做出一些变化。
本发明的各种实施例涉及个人电子设备或组件，诸如手机、媒体播放器、PDA、手持电子游戏机、遥控器、膝上电脑或其他类似设备。此类电子设备或组件可包括一体式外壳，这样在设备的任何外表面上都没有明显可见的接缝或间隙。其结果便是电子设备由单个一体式壳体形成，这为很多用户提供了更强的美感。此类设备可通过以特定方式，诸如通过将组件超声焊接在一起，将两个或更多个外壳组件紧固到一起来形成。
在本发明的各种实施例中，提供了具有金属表面区域的第一金属或部分金属外壳组件。所述金属表面区域可经过特殊处理，以方便与组件的另一部分超声结合(ultrasonic bond)。在一些实施例中，可在金属表面区域上以便于在适当施加超声能量时与其他组件焊接或结合的方式形成各种切口或其他表面不规则处。在其他实施例中，即使金属表面未经特殊的表面处理，此类超声结合或焊接(weld)也可熔合第一和第二壳体组件。
从图1A开始，在前视图中示出了示例性金属箔堆叠(stack)被超声焊接到一起。超声结合系统1可包括基板10、放置在堆叠20中的多个薄材料层，以及超声震荡辊子30，在将向下的力35施加到辊子30上的同时，辊子30滚过堆叠的顶层。在一些实施例中，堆叠20的薄层可由金属箔形成，这样超声结合实质上是低温金属“焊接”。在其他实施例中，所述薄层可为其他类型的材料，诸如特别适配的纸或适于超声结合的热塑性材料。另外的其它实施例可包括具有多个不同类型的材料层的堆叠20，其可根据期望被用于特定的整修组件。
在一些实施例中，可逐个将堆叠20的各层添加在彼此顶上，并且通过超声辊子30帮助进行将每个新层结合到其下已经形成的堆叠上。此外，尽管所示的简单基板10用作对薄层堆叠20的支撑，但是此类基板也可包括多个组件，以方便这种超声结合过程。例如，基板可包括放置于加热板或砧之上的刚性板，所述加热板或砧适于为基板和层堆叠提供结合过程所需的任何热量。与薄层层叠物制造(“LOM”)的不同形式有关的各种附加项目、特性和处理也可根据期望采用。
继续参见图1B，其中说明了在焊接过程之后图1A中的示例性堆叠的侧向正视图。如图所示，基板10支撑薄层堆叠，并在堆叠层21和22上施加一个向上的力15，以抵消超声辊子向下的力35。由于辊子的超声震荡，结果使得超声机械振动25通过层21和22的材料被传递。如放大区域26中所示，向上力15、向下力35以及这些超声振动或力25的组合用来将薄层的材料结合在一起。总之，适当施加的超声振动可以通过塑性变形和/或原子扩散的方式将不同层的材料熔融在一起。正如已经理解的那样，超声振动的振幅和频率可随着薄层厚度、所需的结合强度和被结合材料的类型而适当变化。例如，在10到100kHz范围内的频率适于多种材料和厚度。
接着参见图2A，示例性电子设备在完全封闭之前如部分暴露的前视图所示。电子设备100可包括其中形成有开放空腔142的第一壳体组件140，以及设置在所述空腔周围的第一表面区域144。例如，该第一或基础壳体组件140可由金属形成，并且所述的表面区域144可特别适于附接到另一外壳组件。基础壳体组件140可以是例如机械加工、锻造、铸造、轧制或以多种适当方式中的任一种形成。当空腔保持开放且可入时，空腔142内可安装一个或多个内部电子设备部件150。电子设备部件150可以是例如完成的电路板，该电路板上设置有一个或多个处理器、存储器等。电子设备部件150的安装可以通过例如螺钉、按扣(snap)、铆钉、胶水、压合或任何其他适当的安装方式进行。
图2B给出了图2A中的示例性电子设备在组装和完全封闭之后的前视图。可通过将第二壳体组件120附接到第一壳体组件140之上，以使得空腔142和部件150完全封装在这些壳体组件之内来完全封闭电子设备102。所述第二或盖壳体组件120可基本类似于前述的层堆叠20，并且实际上图中的封闭部分示出了所述组件包括结合在一起的多个层128。第一和第二外壳组件的超声结合的结果便是形成了单个一体式壳体，如果没有其他开口存在，内部空腔和部件便被密封地封闭到了其中。
在一个实施例中，该第二壳体组件120在附接到第一壳体组件140之前被单独形成为结合的堆叠单元，而在其他实施例中则是在第一壳体组件和设备部件的组合之上逐层地形成的。也就是说，第二壳体组件120可以在第一壳体组件140的上表面144以及空腔142中放置的一个或多个支撑构件之上一次一层地构建。在一些实施例中，支撑构件可以是电子设备部件150本身，诸如其上表面。在盖壳体组件的最先几层被形成在其上时，此类支撑构件对于在基础壳体组件的空腔区域中提供有效的“基板”是特别有用的。
作为特定示例，图2A的电子设备100可以与合适地放置在空腔142中的电子部件150组装在一起。然后，单个薄层128可被超声结合或焊接到顶表面144和部件150的上表面(或可替换地，任何其他合适的支撑构件上)。在结合了第一薄层之后，第二薄层被堆叠在第一层顶部并再次进行超声结合。额外的层可以类似地形成在这些层的顶上，直到达到了壳体组件120的最终期望的厚度。可以类似于例如前述的超声结合系统1中所示的那样滚动形成这种超声结合。
继续参见图3A，图3A示出了根据本发明一个实施例的图2B中的示例性电子设备在机械加工和整修其外表面之后的前视图。可以理解，图2B中所示的结果产品不一定是最终产品。那么，可对外壳进行各种精制处理过程以获得最终的电子设备产品104。例如，可以如图所示在各个区域中对盖组件120和基础组件140二者都进行机械加工和整修，以便生产出具有无明显接缝、间隙或缺陷的一体式外壳的最终圆形产品。在一些实施例中，此类机械加工和整修过程可在块102被结合在一起之后进行，而在其他实施例中，部分机械加工和整修可在结合过程中进行。
图3B给出了图3A中的示例性电子设备的侧向剖面图。可以理解，内部电子设备部件(一个或多个)150仍保持在空腔142中，所述空腔142现在已经被第一壳体组件140和第二壳体组件120封闭在其中。而且可以看出，这些壳体组件120、140已经经过机械加工和整修而成为最终形态104，这样便精制了设备102原始的块形状。
接着参见图4A，其给出了根据本发明另一个实施例的可替代的示例性电子设备在完全封闭之前的部分暴露的前视图。电子设备200与上述设备100基本相同，其可包括其中形成有开放空腔262的第一壳体组件260，以及设置在空腔周围的且适于结合到第二壳体组件的表面区域。同样地，该第一或基础壳体组件260可由例如金属制成。类似地，空腔262中可安装一个或多个电子设备组件250，诸如电路板。
然而，第一或基础壳体组件260与之前的实施例的不同之处在于：该底组件也可由薄层堆叠超声结合过程形成。如图放大部分所示，第一壳体组件260可包括以类似于前述方式的方式结合在彼此之上的多个薄层268。这样，可在对最终的堆叠和结合材料块进行机械加工和整修过程之后形成空腔262。可替换地，每个薄层或箔在过程进行阶段都可以被特别地形成或成形。例如，壳体组件260底部的开始几层可以是整张的，而中间和上边的层每一个都可以具有合适的大小并且中间形成有洞。
图4B给出了在组装和完全封闭之后的图4A中的示例性电子设备。电子设备202可通过将第二或盖壳体组件220结合到第一或基础壳体组件260上而形成。这可通过基本上类似于上述电子设备102的方式来完成，其中明显的区别在于第一壳体组件260本身由结合的层堆叠形成。尽管未示出，仍然不难看出，可执行各种块后机械加工和整修过程，以获得与之前公开的设备104基本上相似的最终产品。
接着参见图5，其中提供了制造电子设备的一个示例性实施方法的流程图。可以理解所提供的步骤仅为说明的目的而示出，许多其他步骤也可按照需要包括在该过程中。此外，步骤的顺序在适当时候也可改变，并且不是所有步骤在各种情况下都需要被执行。在开始步骤300之后，在处理步骤302选择其中设置有开放空腔的第一壳体组件。在处理步骤304可在开放空腔内安装内部电子设备组件，然后在处理步骤306，由多个薄层——诸如金属箔层——形成第二壳体组件。然后，在处理步骤308可在空腔内放置支撑构件。在处理步骤310可将第二壳体组件超声结合或以其他方式附接在第一壳体组件上以封闭并密封空腔，之后过程在结束步骤312结束。
继续参见图6A，其给出了在第一单个层叠箔层与其结合之前示例性电子设备的前视图。电子设备400可完全或基本上类似于上述的电子设备100，并且提供本例仅仅是强调在下部或第一壳体组件440上逐层地形成第二或上部壳体组件的能力。类似于前述实施例，第一壳体组件440中可具有开放空腔，该开放空腔中安装了一个或多个内部电子设备部件450，同时该空腔保持开放和可进入。同样地，电子设备部件450可以是例如完成的电路板，该电路板上设置有一个或多个处理器、存储器等，并且电子设备部件的安装可以通过例如螺钉、按扣、铆钉、胶水、压合或任何其他适当的安装方式进行。
然后，单个层叠金属箔层428可在一个或多个上表面区域或位置445被超声结合到第一壳体组件440的顶部。尽管单个层428被示为部分开放以暴露出空腔和其中的电子设备部件450的一部分，仍然不难理解：这种位置并不必需是形成或结合过程的一部分，并且在结合完成时，优选地围绕空腔的整个周边将所述整个单个层结合到第一壳体组件。一旦第一单个层428与第一或主壳体组件的超声结合或焊接完成，接着将第二单个层完全超声结合到第一单个层之上。然后第三单层被结合到第二层之上，以此类推，直到需要的所有数目的层都被依次结合到彼此之上。以这种方式，第二壳体组件便形成在第一壳体组件的顶部上。
图6B给出了根据本发明一个实施例的在所有层叠箔层与其结合并完全封闭之后图6A的示例性电子设备的前视图。完全封闭的电子设备402可以完全或基本上类似于上述的电子设备102，其在此只是为了说明的目的而被提供，以便示出通过逐层的结合过程完全封闭的设备，从而获得结合在一起以形成第二壳体组件420的多个层429，所述第二壳体组件420通过将第一层428初始结合到第一壳体组件的方式而被结合到第一壳体组件420的上表面(一个或多个)。同样地，一个或多个内部构件，诸如所述电子设备部件上的物体(一个或多个)，可在第一层428被结合时用于为跨空腔区域的结合提供支撑，而封闭设备402可在结合过程之后进行机械加工，以获得最终的产品形状。
最后参见图7，其提供了根据本发明一个实施例的电子设备的可替代的示例性制造方法的流程图。同样地，可以理解所提供的步骤仅为说明的目的而示出，许多其他步骤也可按照需要包括在该过程中。此外，步骤的顺序在适当时候也可改变，并且不是所有步骤在各种情况下都需要被执行。在开始步骤700之后，在处理步骤702选择其中设置有开放空腔的第一壳体组件。如上所述，该第一壳体组件可通过将单个箔层超声结合在一起，然后对完成的块进行后续加工的方式形成，或者也可通过任何其他典型的形成过程，诸如铸造、挤压、机械加工等形成。
同样地，在处理步骤704可在开放空腔内安装内部电子设备组件，然后在处理步骤706中，支撑构件被放置在空腔内。所述支撑构件可以是电子设备组件的上表面或其某一部分。在接下来的处理步骤708，第一单个层叠金属箔层可被超声结合或以其他方式附接到第一壳体组件的上表面(一个或多个)和支撑构件，从而将空腔封闭并密封，之后在处理步骤710，更多层叠金属箔层被逐个地超声结合或以其他方式附接到彼此之上，直到达到所期望的层数。然后在处理步骤712外壳被机械加工成最终形状，之后过程在结束步骤714终结。
同样地，可以理解，此处的步骤顺序可以变化，并且某些步骤可以同时进行。例如，在与任何薄金属箔层超声结合之前，第一壳体组件可被机械加工成其最终形态。此外，可以理解：以超声结合以及进一步机械加工或整修最终产品这一方式形成外壳的这一特定方法会使得壳体看起来没有任何接缝、接合、螺钉或多片壳体的其他难看的副产品。此类完成产品的美观是对具有多个组件和此类接缝或附接构件的其他壳体的改进。
尽管以说明和举例的方式出于澄清和理解的目的详细说明了上述发明，但是仍需认识到，上述发明可以以各种其他特定变化和实施方式来实现，而不会脱离本发明的主旨或基本特征。可实施一定的改变或修改，并且可以理解，本发明并非由上述细节来限定，而是由所附权利要求的范围来限定。

Claims (17)

1.一种电子设备，包括：
一体式壳体，包括：
具有开放空腔的第一壳体组件，适于在其中支持或容纳一个或多个内部电子设备组件，并且其至少一部分由金属形成，其中所述金属部分包括紧接所述开放空腔设置的第一金属表面区域；
设置在所述开放空腔中的内部电子设备部件；
第二壳体组件，包括跨所述开放空腔设置的多个层叠金属箔层，其中所述多个层叠金属箔层通过一次或多次超声结合而被附接到所述第一金属表面区域，以形成其内设置有所述开放空腔的密封外壳；以及
支撑构件，被设置在所述开放空腔内并被安排成在所述超声结合期间支撑跨所述开放空腔设置的多个层叠金属箔层中的至少一些层叠金属箔层。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中通过首先将第一单个层叠金属箔层超声结合到第一壳体组件的第一金属表面区域，然后将第二壳体组件的其余层叠金属箔层一个接一个地超声结合到第二壳体组件的上表面，来形成所述第二壳体组件。
3.如权利要求1所述的电子设备，其中在所述第二壳体组件被超声结合到所述第一壳体组件之前，形成所述第二壳体组件。
4.如权利要求1所述的电子设备，其中通过首先将多个层叠金属箔层一个接一个地超声结合在一起，然后在其中形成所述开放空腔，来制成所述第一壳体组件。
5.如权利要求1所述的电子设备，其中所述第一和第二壳体组件组合以将所述开放空腔与周围环境隔绝地密封。
6.如权利要求1所述的电子设备，其中在将所述第一和第二壳体组件相互超声结合之后，对所述第一和第二壳体组件中的至少一个进行进一步整修。
7.如权利要求6所述的电子设备，其中所述整修包括机械加工。
8.如以上任一权利要求所述的电子设备，其中所述一体式壳体的外面部分完全没有接缝和附接构件。
9.一种制造设备的方法，包括：
选择具有开放空腔的第一壳体组件，所述第一壳体组件适于在其中支持或容纳一个或多个内部设备组件，并且其至少一部分由金属形成，其中所述金属部分包括紧接所述开放空腔设置的第一金属表面区域；
在第一壳体组件的开放空腔内安装内部设备部件；
由多个金属箔层形成第二壳体组件，其中所述形成包括将所述金属箔层超声焊接在一起；
将支撑构件放置在所述开放空腔内；以及
将所述第二壳体组件跨所述开放空腔附接到所述第一壳体组件的所述金属表面区域以形成组合壳体，以使得所述开放空腔被完全封闭和密封。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述附接包括将所述第二壳体组件超声焊接到所述第一壳体组件。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述内部电子设备部件包括其上的支撑构件。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述附接包括仅附接所述第二壳体组件的一部分，并且其中所述形成是在所述第二壳体组件的所述一部分被附接到所述第一壳体组件之后执行的。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述支撑构件在所述附接期间为所述第二壳体组件提供支撑。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括步骤：
在将所述第一和第二壳体组件相互超声结合之后，对所述壳体执行一个或多个整修过程。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个整修过程包括对组合壳体进行机械加工。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述组合壳体的外面部分完全没有接缝和附接构件。
17.如权利要求9-16中任一项所述的方法，其中所述设备是电子设备。
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