CN114643758A - 复合层压板、壳体及移动通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合层压板、壳体及移动通信装置。复合层压板包含顶金属层、第一树脂纤维层、功能层、阵列天线以及底层结构。顶金属层具有穿孔。第一树脂纤维层具有相对的两侧，其中两侧中的一侧与顶金属层相邻。功能层与第一树脂纤维层的两侧中的另一侧相邻，且功能层具有凹槽。阵列天线容置于凹槽中，其中穿孔相对应于阵列天线而设置，且基于阵列天线的面积为100％，穿孔的面积为10％至80％。底层结构相邻且设置于功能层相对于第一树脂纤维层的另一侧，其中底层结构包含设置于功能层下的底金属层。本发明的复合层压板，提升了毫米波透波性，兼具良好的机械性质及低密度。所制得的壳体及移动通信装置具有金属质感、高信号强度及优越的轻量化效果。

Description

复合层压板、壳体及移动通信装置
技术领域
本发明是有关于一种复合层压板、壳体及移动通信装置，且特别是有关于一种具有轻量化效果与高信号强度的复合层压板、壳体及移动通信装置。
背景技术
移动通信技术已从第四代(4G)发展至第五代(5G)，通信频率进阶到28GHz(即毫米波)的范围，其速度及反应时间均较4G长期演进技术(long term evolution，LTE)快，而可支持高速大容量的数据传输，所以能实现互联网及车联网的应用。但是5G毫米波的穿透障碍物能力较差，且衰弱很明显，尤其在金属壳体中明显地降低天线性能。此外，金属壳体的重量相较于树脂复合材料所制得的壳体更重，而不利于移动通信装置的轻量化及薄型化。
目前，使用树脂或玻璃取代金属，以解决金属壳体的屏蔽效应与重量问题。然而，树脂及玻璃的壳体不具金属质感，而降低美观，并且其所提供的机械性能较金属差。另外，以透明的塑胶层作为最外层，且天线位在内部的金属层，以呈现类似金属的质感，但此质感效果仍不佳。
有鉴于此，亟需发展一种新的复合层压板、壳体及移动通信装置，以改善现有的复合层压板、壳体及移动通信装置的上述缺点。
发明内容
有鉴于上述的问题，本发明的目的是在于提供一种复合层压板、壳体及移动通信装置。此复合层压板包含具有穿孔的顶金属层及阵列天线，且通过调整阵列天线与穿孔的面积比例，其毫米波透波性可被提升。壳体包含前述的复合层压板，而移动通信装置包含前述的壳体。
根据本发明的一实施例，提出一种复合层压板。此复合层压板包含具有穿孔的顶金属层、具有相对的两侧的第一树脂纤维层、具有凹槽的功能层、容置于凹槽中的阵列天线以及底层结构。第一树脂纤维层的两侧中的一侧相邻于顶金属层，功能层相邻于第一树脂纤维层的两侧中的另一侧，且底层结构相邻且设置于功能层相对于第一树脂纤维层的另一侧，其中底层结构包含设置于功能层下的底金属层。穿孔相对应于阵列天线而设置，且基于阵列天线的面积为100％，穿孔的面积为10％至80％。
依据本发明的一实施例，复合层压板是由多个金属子层与多个树脂纤维子层所交错堆叠而成，或者复合层压板在中心界面或中心层的相对两侧具有对称的材料结构，且复合层压板包含多个金属子层与多个树脂纤维子层。
依据本发明的另一实施例，底层结构选择性包含至少一个第二树脂纤维层及/或至少一个金属层，且至少一个第二树脂纤维层及至少一个金属层均设置于底金属层与功能层之间。
依据本发明的又一实施例，复合层压板的厚度为不大于1.3mm。
依据本发明的又一实施例，功能层可由金属材料或树脂纤维材料所制成。
依据本发明的又一实施例，顶金属层以及底金属层包含轻金属或其合金。
依据本发明的又一实施例，阵列天线与穿孔为共轴心。
依据本发明的又一实施例，复合层压板的密度为不大于2.4g/cm2。
本发明的另一实施例是提供一种壳体。此壳体包含如前述的复合层压板，其中顶金属层包含阳极处理后的氧化层。
本发明的又一实施例是在提供一种移动通信装置。此移动通信装置包含如前述的壳体。
应用本发明的复合层压板、壳体及移动通信装置，其中复合层压板包含具有穿孔的顶金属层及阵列天线，且阵列天线与穿孔的面积比例为特定值，以提升毫米波透波性。再者，此复合层压板具有特定的材料结构，以兼具良好的机械性质及低密度。所制得的壳体及移动通信装置具有金属质感、高信号强度及优越的轻量化效果。
附图说明
为了对本发明的实施例及其优点有更完整的理解，现请参照以下的说明并配合相应的附图。必须强调的是，各种特征并非依比例描绘且仅是为了图解目的。相关附图内容说明如下：
图1A是绘示根据本发明的一实施例的复合层压板的截面示意图。
图1B是绘示根据本发明的一实施例的复合层压板的俯视示意图。
图2是绘示根据本发明的另一实施例的复合层压板的截面示意图。
图3是绘示根据本发明的又一实施例的复合层压板的截面示意图。
主要附图标记说明：
100、200、300-复合层压板，110、210、310-顶金属层，110A、210A、310A-穿孔，120、220、320、242、342、343-树脂纤维层，130、230、330-功能层，130A、230A、330A-顶表面，130B、230B、330B-凹槽，130C、230C、330C-阵列天线，140、240、340-底层结构，241、341-底金属层，C1、C2-中心界面。
具体实施方式
以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
本发明的复合层压板具有以金属层与树脂纤维层所堆叠而成的特定结构，以在复合层压板最薄厚度(例如：不大于1.3mm)的情况下，可使其兼具足够的机械强度(例如：比弯曲强度不小于95kN·m/kg，且比弯曲模数不小于17500kN·m/kg)及低密度(例如：密度不大于2.4g/cm2)，从而利于壳体及移动通信装置的轻量化。此外，本发明的复合层压板的顶金属层具有相对应于阵列天线的面积及位置的穿孔，以提升毫米波透波性(例如：天线的增益值大于0dBi)，从而提供壳体及移动通信装置金属质感及在毫米波段通信的应用性。
申言之，前述的特定堆叠结构可由多个金属子层与多个树脂纤维子层交错堆叠而成，或者在复合层压板的中心界面(即复合层压板的总层数为偶数时)或中心层(即复合层压板的总层数为奇数时)的相对两侧具有对称的材料层，且复合层压板包含多个金属子层与多个树脂纤维子层。以下将通过附图详述本发明的复合层压板的结构，并分成偶数层与奇数层的实施例。
请参阅图1A，在一些实施例中，复合层压板100的层数为4层。此时，复合层压板100在中心界面C1的两侧具有对称的材料结构。当复合层压板100的总层数为偶数时，前述的中心界面即为复合层压板100的最中间二层(即第一树脂纤维层120与功能层130)的界面。
复合层压板100包含顶金属层110、第一树脂纤维层120、功能层130及底层结构140。为了方便说明，本发明说明书及附图的复合层压板100的层数是以顶金属层110为第一层，第一树脂纤维层120为第二层，以此类推。但如通常知识者所能理解的是，当以顶金属层110为最后一层时，第一树脂纤维层120则为倒数第二层，相同地，其余层的层数也相反计数。
顶金属层110具有穿孔110A，此穿孔110A相对应于后述的阵列天线130C而设置，以提供其对毫米波信号接收的通道，从而避免信号的屏蔽效应。顶金属层110是由金属材料所制成，若其不以金属材料制成时，将不适用于阳极氧化处理方式，而不能提供复合层压板100金属质感的外观。可理解的，虽然仍可使用喷漆等方式来改善外观质感，但其仍无法与金属外观相匹敌。
在一些实施例中，顶金属层110的材料包含轻金属或其合金。本发明所称的“轻金属”是指原子质量较轻的金属，其密度不大于5.0g/cm2的金属。前述的轻金属合金是指轻金属含量占整体合金的总重量不小于85％，且优选可为90％至99％。当顶金属层的材料包含轻金属及其合金时，可提升复合层压板100的轻量化功效。举例而言，顶金属层110的材料的具体例可包含但不限于镁、钛、铝及其合金，且优选可为铝合金。
第一树脂纤维层120相邻且设置于顶金属层110下，即第一树脂纤维层120为第二层，以覆盖并保护下方的阵列天线130C。第一树脂纤维层120是由树脂纤维材料所制成，若其材料不为树脂纤维材料时，难以弥补前述的穿孔110A所降低的机械强度，而降低复合层压板100的机械强度。其中，若第二层的材料为金属，将屏蔽毫米波信号的传输，而降低复合层压板100的毫米波信号透波性。
前述的树脂纤维材料是由树脂与纤维复合而成。在一些具体例中，树脂可包含热塑性及热固性树脂，例如：聚碳酸酯及环氧树脂。优选地，树脂可为热塑性树脂，以利于加工成型。在一些具体例中，纤维可包含不导电性纤维，例如：玻璃纤维及克维拉纤维。优选地，纤维可为石英级玻璃纤维，以借由其高绝缘性提升复合层压板100的毫米波信号透波性。
在一些实施例中，第一树脂纤维层120的树脂与纤维的重量比值为0.2至0.7。当树脂与纤维的重量比值为前述的范围时，所形成的第一树脂纤维层120具有足够的强度，而提升复合层压板100的机械强度。优选地，树脂与纤维的重量比值可为0.2至0.3。
功能层130相邻且设置于第一树脂纤维层120下，即功能层130为第三层。功能层130由顶表面130A观之具有凹槽130B。此凹槽130B用以容置下述的阵列天线130C。依据复合层压板100的堆叠结构而定，在一些实施例中，功能层130的材料可为金属材料。在另一些实施例中，功能层130的材料也可为树脂或树脂纤维材料。须说明的是，此处所述的金属材料、树脂与树脂纤维材料是如前所述，所以在此不另赘述。此外，功能层130若为金属材料时，因为金属材料属于导电材料，所以在凹槽130B内，阵列天线130C与功能层130之间必须填入绝缘材料以避免金属材料对阵列天线130C造成电性上的失效。
在一些实施例中，阵列天线130C的阵列排列可使用1×4或2×2为单位，例如：1×4、2×2、2×4或4×4的阵列。在一些具体例中，阵列天线130C可为平面式，而非可曲折式的天线，以降低阵列天线130C的体积，而降低层压板100的厚度。在一些具体例中，阵列天线130C具有信号导线，以将信号传输至移动通信装置的处理器等元件。
如前所述，穿孔110A相对应于阵列天线130C而设置。所称的“对应设置”是指穿孔110A的投影面积与阵列天线130C的投影面积相重叠。当穿孔110A未相对应于阵列天线130C而设置时，增加复合层压板100对于毫米波信号的屏蔽效应。优选地，阵列天线130C与穿孔110A为共轴心，以提升毫米波的透波性，如图1B所示。此图中的CA表示阵列天线130C与穿孔110A的共同的轴心。
再者，基于阵列天线130C的面积为100％，穿孔110A的面积为10％至80％。当穿孔110A的第二面积小于10％时，增加复合层压板100对于毫米波信号的屏蔽效应。当穿孔110A的第二面积大于80％时，过大面积的穿孔110A降低所制得的壳体的外观质感。优选地，穿孔110A的第二面积可为15％至25％，且更佳可为20％。
另外，在一些实施例中，对应于阵列天线130C的每一个单位，顶金属层110可设有相对应的穿孔110A。举例而言，当阵列天线130C的阵列排列为两个2×2单位的阵列(即2×4的阵列)时，每一个2×2单位的阵列对应于一个穿孔110A而设置，即复合层压板100具有两个穿孔110A。当阵列天线130C的每一个单位对应于一个穿孔110A而设置时，可更弹性地美化外观。
在一些具体例中，当顶金属层110具有多个穿孔110A时，相邻两个穿孔110A之间的距离为50μm至150μm。当相邻两个穿孔110A之间的距离为50μm至150μm，复合层压板100的天线增益为足够的。
请再参阅图1A。底层结构140相邻且设置于功能层130下。底层结构140可包含底金属层。当复合层压板100的总层数为四层时，底层结构140即为底金属层。底金属层是复合层压板100的最底层(即相对于顶金属层110的最底层)。
在一些实施例中，由金属材料制成的每一个金属层110及140可具有相同或不同的厚度，且由树脂纤维材料制成的每一个树脂纤维层120及130可具有相同或不同的厚度。金属层110及140及树脂纤维层120及130的厚度没有特定限制，但是当复合层压板100为对称结构时，则以达成前述对称结构的对称性为目的。举例而言，金属层的厚度为0.10mm至0.35mm，且优选可为0.15mm至0.30mm。当金属层的厚度为0.10mm至0.35mm时，可提升复合层压板100的机械强度。树脂纤维层的厚度为0.15mm至0.25mm，且优选可为0.20mm。当树脂纤维层的厚度为0.15mm至0.25mm时，可提升复合层压板100的机械强度。
在一些实施例中，复合层压板100的厚度为不大于1.3mm，以利于壳体及移动通信装置的轻量化及薄型化。优选地，复合层压板100的厚度可为0.6至1.2mm。
在一些实施例中，复合层压板100的密度为不大于2.4g/cm2，且优选为1.8g/cm2至2.2g/cm2。当复合层压板100的密度为不大于2.4g/cm2时，可提升复合层压板100轻量化效果。
请参阅图2，在另一些实施例中，复合层压板200的总层数为奇数，所以其具有中心层，而非中心界面。在复合层压板200中，第一层为顶金属层210，第二层为第一树脂纤维层220，第三层为功能层230，且可理解功能层230即为中心层。顶金属层210与第一树脂纤维层220是相同于前述图1A的顶金属层110与第一树脂纤维层120，所以在此不另赘述。在复合层压板200中，功能层230可由金属材料或树脂纤维材料制成。在复合层压板200的底层结构240中，除底金属层241，底层结构240可额外包含树脂纤维层242(或称作第二树脂纤维层)，以满足复合层压板200的总层数。树脂纤维层242是设置于功能层230和底金属层241之间。相对于中心层，当复合层压板200具有对称结构时，基于第一树脂纤维层220的材料，树脂纤维层242也应由树脂纤维材料所制成。进一步而言，若功能层230由金属材料所制成，复合层压板200除具有对称结构外，其也由金属子层与树脂纤维子层所交错堆叠而成。前述功能层230的金属材料与树脂纤维材料均如前所述，而树脂纤维层242的树脂纤维材料也如前所述，所以在此不另赘述。
请参阅图3。复合层压板300与复合层压板200的配置大致上相同，两者的差异在于复合层压板300的底层结构340额外包含树脂纤维层343(或称作第二树脂纤维层)，且树脂纤维层343设置于功能层330与树脂纤维层342之间。由于复合层压板300的总层数为6层，所以其具有功能层330和树脂纤维层343间的中心界面C2。相对于C2，功能层300具有对称的结构，所以基于第一树脂纤维层320的材料(即树脂纤维材料)，树脂纤维层342也应由树脂纤维材料所形成。进一步而言，功能层330可由金属材料或树脂纤维材料所形成，所以基于复合层压板300的对称结构，与功能层330相邻的下一个子层相应地是以金属材料或树脂纤维材料所形成。例如，功能层330由树脂纤维材料所形成，则与其相邻的下一个子层为树脂纤维层343。可理解的，由于顶金属层310由金属材料制成，第一树脂纤维层320由树脂纤维材料制成，且底金属层341由金属材料制成，所以复合层压板300不会具有由金属子层和树脂纤维子层交错堆叠的材料结构。
在前述的实施例中，当功能层330的材料为金属材料时，阵列天线330C直接接触第一树脂纤维层320，以避免功能层330的金属材料对阵列天线330C所产生的屏蔽效应，而提升层压板300的毫米波信号透波性。
另外，需说明的是，当连续层为同一种材料时，可视为厚度增加的一个层。举例而言，连续两层的金属层可视为厚度加倍的一层金属层。因此，关于前述的层数的计算应做相对应地修改。
本发明的另一实施例为提供一种壳体。此壳体包含前述的复合层压板。在一些实施例中，壳体用于移动通信装置的外壳体。在一些具体例中，移动通信装置包含电脑、手机及平板，且优选可为笔记本电脑。申言之，复合层压板的最外层为金属材料，金属材料可进行阳极氧化处理，以提供壳体金属质感的外观。在一些实施例中，壳体中的顶金属层具有阳极处理后的氧化层。其次，复合层压板的良好机械强度及低密度可使壳体兼具轻量化与良好的保护性。再者，复合层压板的阵列天线具有毫米波透波性，以提供壳体在毫米波段通信装置的应用性。当壳体不包含此复合层压板时，壳体无法兼具金属质感、轻量化效果及毫米波段通信装置的应用性。
在一些实施例中，复合层压板使用热塑性树脂作为树脂纤维层的材料，而借由金属前处理、定位堆叠、热压成型、后续顶金属层的阳极氧化处理及切割等过程制得壳体。
本发明的另一实施例为提供一种移动通信装置。此移动通信装置包含前述的壳体。此壳体的阵列天线提供信号的传输且无屏蔽效应，所以移动通信装置无需内置天线，而可缩小体积并提高信号强度。其次，壳体具有金属质感的外观及优越的轻量化效果，而可制造成一体型的金属质感壳体，以提供移动通信装置外观的整体性及美感。当移动通信装置不包含前述的壳体时，移动通信装置无法兼具轻量化效果、传输毫米波信号功能及外观的整体性及美感。
以下利用实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与润饰。
复合层压板的制备
实施例1
实施例1的复合层压板是依据表1所示的材料与层数堆叠5系列铝合金、1系列铝合金、2×4阵列天线及聚碳酸酯玻璃纤维复合材料，再经热压成型(温度为240℃，时间为3分钟，压力为20kgf/cm2)，以制得实施例1的复合层压板，其中穿孔的面积为20％，且其与阵列天线为共轴心设置。制得的复合层压板以下述的评价方式进行评估，其具体条件与评价结果如表1所示。
实施例2至7及比较例1
实施例2至7皆以与实施例1相同的方法进行制造复合层压板。不同的是，实施例2至7是改变材料种类、层数及堆叠方式。另外，比较例1是以5052铝合金取代层压板。
评价方式
1.密度
密度是以本发明所属技术领域技术人员所惯用的方法进行测量，且密度的合格标准为不大于2.4g/cm2。
2.比弯曲强度及比弯曲模数
比弯曲强度及比弯曲模数是以美国材料试验协会(ASTM)规范的D790的标准方法进行测量弯曲强度及弯曲模数，再分别除以密度后求得。比弯曲强度的合格标准为不小于95kN·m/kg，而比弯曲模数的合格标准为不小于17500kN·m/kg。
3.毫米波透波性
毫米波透波性是采用空中传输(over the air，OTA)检测方法，以28.0GHz频率的毫米波传输至阵列天线后，并以全相的偶极天线定义为零，以获得增益值的数据，进而评估实施例5的复合层压板的毫米波透波性。当增益值为正值时，对毫米波产生特定方向增强的效应，反之则相反。
表1
Figure BDA0002844334810000111
根据表1可知，实施例1至7的复合层压板可在降低密度的情形下，仍具有良好的机械强度。所以，本发明的复合层压板可兼具优选的轻量化与良好的机械强度。再者，实施例5的复合层压板具有良好的毫米波透波性。
综上所述，本发明的复合层压板包含具有穿孔的顶金属层及阵列天线，且阵列天线与穿孔的面积比例为特定值，以提升毫米波透波性。再者，此复合层压板具有特定的结构配置，而可兼具良好的机械性质及低密度。所以所制得的壳体及移动通信装置具有金属质感、高信号强度及优越的轻量化效果。
虽然本发明已经以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种复合层压板，其特征在于，包含：
顶金属层，具有穿孔；
第一树脂纤维层，具有相对的两侧，其中所述两侧中的一侧与所述顶金属层相邻；
功能层，与所述第一树脂纤维层的所述两侧中的另一侧相邻，且所述功能层具有凹槽；
阵列天线，容置于所述凹槽中，其中所述穿孔相对应于所述阵列天线而设置，且基于所述阵列天线的面积为100％，所述穿孔的面积为10％至80％；以及
底层结构，相邻且设置于所述功能层相对于所述第一树脂纤维层的另一侧，其中所述底层结构包含底金属层。
2.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述复合层压板是由多个金属子层与多个树脂纤维子层所交错堆叠而成，或者所述复合层压板在中心界面或中心层的相对两侧具有对称的材料结构，且所述复合层压板包含多个金属子层与多个树脂纤维子层。
3.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述底层结构还包含至少一个第二树脂纤维层及/或至少一个金属层，且所述至少一个第二树脂纤维层及所述至少一个金属层均设置于所述底金属层与所述功能层之间。
4.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述复合层压板的厚度为不大于1.3mm。
5.如权利要求1或2所述的复合层压板，其特征在于，所述功能层由金属材料或树脂纤维材料所制成。
6.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述顶金属层以及所述底金属层包含轻金属或其合金。
7.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述阵列天线与所述穿孔为共轴心。
8.如权利要求1所述的复合层压板，其特征在于，所述复合层压板的密度为不大于2.4g/cm2。
9.一种壳体，其特征在于，所述壳体包含如权利要求1至8任意一项所述的复合层压板，其中所述顶金属层包含阳极处理后的氧化层。
10.一种移动通信装置，其特征在于，包含如权利要求9所述的壳体。
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