TWI645280B - Electronic device with structural layer - Google Patents

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TWI645280B TW106125737A TW106125737A TWI645280B TW I645280 B TWI645280 B TW I645280B TW 106125737 A TW106125737 A TW 106125737A TW 106125737 A TW106125737 A TW 106125737A TW I645280 B TWI645280 B TW I645280B
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羅伯特 詹姆斯 卡皮諾
拉塞爾 斯佩格特 范布恩
文濤 李
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Abstract

公開了一種具有結構層的電子設備。該設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中，所述部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。

Description

具有結構層的電子設備
發明領域 本文中公開的主題總體上涉及電子設備。
發明背景 電氣設備可以包括安裝在印刷電路板上的電氣部件。
發明概要 一種設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中，所述部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。還公開了各種其他設備、系統、方法等。
具體實施方式 以下描述包括目前預期用於實施所描述的實現方式的最佳模式。該描述不被認為是限制性的，而是僅僅是為了描述各種實現方式的一般原理的目的而作出的描述。本發明的範圍應該參照所附申請專利範圍來確定。
FR4是分配給用作印刷電路板(PCB)中的支承襯底的玻璃增強環氧樹脂層壓片的等級名稱。FR4是由具有阻燃性(自熄性)的環氧樹脂黏合劑的玻璃纖維編織布構成的複合材料，因此字母“FR”代表阻燃劑。FR4是具有電絕緣性質的熱固性塑膠層壓級材料。FR4是NEMA於1968年用構成材料(環氧樹脂、玻璃纖維織物增強、溴化阻燃劑等)形成的。玻璃環氧樹脂層壓板的其他等級名稱包括：G10、G11、FR4、FR5和FR6。下面的表1列出了FR4的各種參數和值，其中縮寫LW(縱向，即經紗方向)和CW(橫向，即緯紗方向)是指板的XY平面中(平面內)的垂直纖維取向。就笛卡爾座標而言，縱向可以沿著x軸，而橫向可以沿著y軸，其中z軸可以是穿過平面(例如，厚度)的方向。
表1. FR4示例數據
FR4的厚度可以以英毫、英寸、微米或毫米為單位來指定。作為示例，FR4的厚度可以在大約10英毫(0.010英寸，即254微米)至大約3英寸(76 mm)範圍之間。
圖1示出了分層結構101和103的示例，其中分層結構101和103中的每一個包括至少一個印刷電路板(PCB)110-1至110-N以及至少一個結構板130。
作為示例，結構板可以是或者可以包括具有以下一個或更多個特性(例如，材料性質)的材料，這些特性超過(例如，大於)FR4的一個或更多個特性。例如，考慮其特徵在於超過大約50 GPa的彈性模量(例如，楊氏模量)的材料。作為示例，材料可以選自下表2中列出的材料，其中以GPa計的E值超過大約100 GPa或者例如超過大約140 GPa，或者例如超過大約179 GPa，或者例如超過大約193 GPa。
表2. 普通碳鋼和低合金鋼
關於FR4的彎曲強度，國際電工委員會(IEC)規定了340 MPa LW和170 MPa CW。市售材料的值可以是大約450 MPa LW至大約550 MPa LW，並且CW大致成比例地較小。
作為示例，結構層的材料可以包括碳基材料如碳纖維。作為示例，可以使用碳纖維來形成彎曲強度超過大約1 GPa的結構層。作為示例，包括碳纖維的結構層可以具有方向性或者可以被構造為相對均勻的(例如，多於兩個取向等)。作為示例，碳纖維的長度可以小於結構層的寬度或長度(例如，隨機或者以其他方式取向的碳纖維的短長度的複合材料)。
作為示例，結構層的材料可以包括可以形成為具有超過大約1 GPa的彎曲強度的鈦(Ti)合金。
作為示例，結構層的材料可以具有在其最高方向上大於大約50×109 Pa的拉伸強度。
作為示例，對於均勻材料，彎曲強度的值可以與拉伸強度的值大致相同。作為示例，在材料在結構層的平面方向上是基本上均勻的(例如，與如圖3所示的在平面方向上不均勻的FR4相比)的情況下，該材料可以被用作結構層。作為示例，當在電子設備中使用基本均勻的結構層(例如，考慮金屬、合金、隨機纖維等)時，這種結構層可能更經得起品質控制試驗的檢驗。在這樣的示例中，電子裝置可以由使用者對在具有最小的損壞風險的情況下可以由電子設備處理的載荷更加確定地使用；而對於材料如FR4，最大載荷可以取決於纖維的取向，並且損壞的類型可以取決於電路、部件等的關於纖維取向的佈局。
作為示例，在說明書、行銷材料等中包括警告的情況下，使用可以針對在具有比諸如FR4的材料更大確定性的載荷方面可能的、可預見的狀況進行品質控制試驗的結構層可以對最終使用者、製造商、保險公司、投保人等都有好處。
作為示例，比FR4更強的結構層可以被用作依賴於FR4的電路板的結構支承。在這樣的示例中，結構層可以有助於確保FR4在載荷下的位移(例如，彎曲)被最小化，因為載荷可以由(例如傳遞到)結構層來承載。此外，如上所述，這種方法可以有助於使關於FR4中的纖維取向的載荷取向的未知數最小化，特別是在結構層比FR4更均勻的情況下(例如，關於結構和相關聯的機械性能等)。
作為示例，設備可以包括結構層，該結構層可以是例如結構板。這樣的層可以被集成到設備中作為設備的工作部件(例如，電子設備、PC板、電池、螢幕等)的核心。作為示例，結構層(例如，矩陣、晶格、層壓體等)可以包括一種或更多種剛性材料。作為示例，結構層可以被層壓到一個或更多個板的一個或更多個層中，例如被層壓到一個或更多個表面上。作為示例，到達一個或更多個週邊埠、感測器等的導線可以穿過結構層中的孔、通道、凹槽等，以及/或者可以離開一個或更多個邊緣。
作為示例，設備可以包括由(例如，直接地)附接至結構層的結構材料製成的一個或更多個蓋。在這樣的示例中，一個或更多個蓋可以旨在防止灰塵、保護部件的表面、減少衝擊時的震動以及/或者提供美觀和/或人體工程學功能。作為示例，外部蓋可以被金屬化以用作圍繞各種電子裝置(例如，部件、電路等)的法拉第籠。
圖2示出了應力-應變曲線圖200，其具有用於有色合金特性的屈服行為的示例，其中應力σ被定義為每單位面積的力，並且被繪製為應變ε的函數，應變ε被定義為尺寸的值相對於該尺寸的初始值的增量變化。曲線圖200中標記的點包括：1.真彈性極限、2.比例極限、3.彈性極限以及4.偏移屈服強度。在曲線圖200中，斜率被標記為E，該斜率是被測材料的楊氏模量或者彈性模量。
關於比例極限(點2)，最高到該量的應力為止，應力往往與應變成正比(例如，考慮胡克定律)。因此，可以使用線性模型來擬合數據，其中應力-應變數據的斜率是對材料的彈性模量的估計。關於彈性極限(點3)，這被稱為屈服強度，其中超過屈服強度將發生永久變形。因此，彈性極限是能夠測量永久變形的最低應力。精確的應變測量表明，塑性應變可以在低應力下開始。一些金屬如低碳鋼在快速下降到下屈服點之前達到上屈服點。材料響應往往直線上升直到上屈服點為止，而下屈服點在結構工程中被用作保守值。
可以使用各種類型的試驗中的一個或更多個來表徵材料。例如，可以使用以INSTRONTM (馬薩諸塞州諾伍德市)品牌銷售的機器，其中這種機器被設計成用於評估材料和部件的機械性能。
已知一種試驗是三點彎曲撓曲試驗或者3點載荷試驗，該試驗可以提供材料的彎曲彈性模量Ef 、彎曲應力σf 、彎曲應變εf 和彎曲應力-應變響應的值。
圖3示出了針對彎曲強度、彎曲應變和彈性模量使用三點載荷試驗的FR4樣品的力與位移的曲線圖300。具體地，曲線圖300將載荷示出為對於三個低Tg(玻璃化溫度)FR4材料樣品的位移和取向的函數，其中每個樣品的厚度為大約1.6 mm，寬度為大約12 mm至大約16 mm。彎曲強度和彎曲應變可以基於失效時的載荷、樣品的幾何形狀和3點載荷試驗給出的邊界條件來計算。彈性模量可以基於曲線圖的線性部分來計算。對於低Tg和高Tg材料，經線取向具有最高值。發生失效時的載荷可能在很大程度上取決於導致高應力集中的小缺陷，因此，彎曲強度和彎曲應變可能對於評估是有問題的，這可能會對FR4作為結構材料的使用不利。在曲線圖300中，45度取向比通過力與位移曲線的形狀來表現的經線和緯線方向更順從。結果，45度取向的樣品彎曲並且對於曲線圖300的力和位移沒有失效。
如上所述，FR4可能對於評估其材料性質是有問題的，例如，由於取決於如小缺陷等因素，這可以導致高應力集中的局部區域。此外，如曲線圖300所示，一些性能可以在相當大的程度上取決於相對於FR4的經線、緯線以及非經線或者非緯線取向施加的力的方向。雖然FR4具有可以適合用作印刷電路板的特殊性質，但是FR4表現出可能導致品質控制問題和/或性能問題(例如由於缺陷、取向等)的性質。
對於大約1.6 mm厚的FR4樣品，估計彎曲強度值，發現其小於大約700 MPa，並且發現彈性模量小於大約25,000 MPa(例如25 GPa)(參見例如Haugen等人的“Characterization of the material properties of two FR4 printed circuit board laminates”，挪威防務研究機構(FFI)，2014年1月(FFI-rapport 2013/01956)，上述文獻通過引用併入本文中)。
如圖3的曲線圖300所示，使用3點試驗，1.6 mm的FR4樣品在經線方向上可以承受大約250 N(例如，大約25千克的力或者大約56磅的力)的最大力。作為示例，考慮口袋大小的計算設備、平板設備等，重量大約為70千克的個人可能會意外地坐在該設備上。如果該設備由曲線圖300中的1.6 mm的FR4層支承，那麼該設備很可能會損壞。此外，損壞的量和/或類型可能取決於如FR4中的小缺陷、經線取向、緯線取向等因素。
如圖3的曲線圖300所示，在大約50 N(例如，大約5千克的力或者大約11磅的力)處發生大約1 mm的位移，這樣的位移量可能足以破壞和/或損壞依靠FR4作為結構支承層的PCB的一個或更多個特徵。
作為示例，設備可以包括玻璃，例如GORILLATM 玻璃(紐約州康寧市的康寧(Corning)公司)。另一種玻璃可以是XENSATIONTM 玻璃(肯塔基州路易斯維爾市的肖特(Schott)公司)，其可以具有大約800 MPa或者更大的4點彎曲試驗強度，並且可以以大約0.5 mm至大約3 mm的厚度獲得。
圖4示出了GORILLATM 玻璃的曲線圖410和430，其中曲線圖410示出了對於GORILLATM 玻璃3的樣品在大約14,000克(14 kg)處的臨界載荷，並且曲線圖430示出了隨著厚度增加的失效載荷，注意1 mm厚的樣品具有大約120 kgf的失效載荷；而具有大約1 mm厚度的鈉鈣玻璃具有大約20 kgf的失效載荷。
根據圖3和圖4的數據，FR4層和/或玻璃可能損壞，其中這種損壞可以是FR4印刷電路板的電路系統的損壞和/或玻璃的損壞(例如，開裂、破碎等)。
作為示例，計算設備可以包括用作計算設備的主要支承結構的內部結構層。在這樣的示例中，結構層可以包括聯接至一側的PCB以及例如聯接至相對側的另一PCB。在這樣的示例中，一個或更多個PCB可以是例如一個或更多個基於FR4的PCB或者例如一個或更多個非基於FR4的PCB。對於非基於FR4的PCB，結構層可以可選地允許使用更薄、更輕等的PCB。例如，考慮基於膜的PCB，其中膜的各層可以包括電路等。
作為示例，包括層的佈置的設備——其中所述層包括結構層——可以包括固定到結構層的外殼，其中例如該外殼可以是薄層材料。作為示例，外殼可以被形成為在原位凝固或固化的熱固性或熱塑性層。例如，子組件可以被放置在其中引入熱固性材料和/或熱塑性塑膠然後硬化的模具中。
圖5示出了設備500的示例，設備500包括LCD組件501、相機組件502、風扇組件503、板504(例如，電路板、系統板、主機板等)、無線WAN卡505、無線LAN卡506、I/O板507、蓋組件508、DC電纜組件509、通信卡510、固態驅動器511、電池組513、觸控筆514以及結構層550，其中板504和/或一個或更多個其他部件可以在物理上聯接至結構層550(例如，以形成諸如圖1的分層結構101或分層結構103之類的分層結構)。在圖5的示例中，板504可以包括處理器和記憶體，記憶體可以被配置成存儲指令，所述指令能夠由處理器訪問並且例如能夠由處理器執行以執行一個或更多個任務。
圖6示出了設備600的示例。作為示例，設備600可以可操作地耦接至設備600。在圖6的示例中，設備600包括蓋和鉸鏈組件601、連結結構602、風扇組件603、鍵盤組件604、電池組605、基座蓋606、I/O板607、鉸鏈組件608、連接器609、連接器蓋610和結構層650，其中各部件可以在物理上聯接至結構層650(例如，以形成諸如圖1的分層結構101或分層結構103之類的分層結構)。
圖7示出了包括分層結構715和755的示例組件710和750，例如，分層結構715和755可以是諸如圖1的分層結構101或分層結構103之類的分層結構。在圖7的示例中，分層結構715可以支承一個或更多個部件，並且分層結構755可以支承一個或更多個部件。在這樣的示例中，分層結構715的結構層可以是設備的主要結構支承件，其可以例如支承外殼717，並且分層結構755的結構層可以是設備的主要結構支承件，其可以例如支承外殼757。
圖8示出了可以包括作為電路系統結構825的一部分的結構層815的設備800的示例，其中電路系統結構825可以可選地被設置為聚合物材料835、可選地被設置為聚合物複合材料，並且其中設備800可以可選地包括可以由玻璃覆蓋的顯示器840。如圖8的示例所示，可以向設備800的顯示器840呈現各種類型的圖形使用者介面。作為示例，設備800可以包括蜂窩通信電路系統、網際網路通信電路系統、攝像裝置和/或視頻電路系統等。作為示例，設備800可以包括存儲在處理器可讀存儲介質中的處理器可執行指令，該存儲介質不是載波、不是信號並且是非暫態的。在這樣的示例中，指令可以是指示設備800向顯示器840呈現資訊的應用指令。在顯示器840是觸控式螢幕顯示器的情況下，使用者可以觸摸顯示器840，使得設備800經由觸控式螢幕顯示器的感測器接收一個或更多個觸摸作為輸入，並且其中可以生成一個或更多個命令作為基於感測器的輸出。
圖9示出了由多個電路板910-1和910-2以及結構層915形成的電路系統結構925的示例。如圖所示，結構層915可以包括連接器916和/或開口917。作為示例，電路板910-1和/或電路板910-2可以包括開口911-1和911-2，並且可以包括部件912-1和912-2(例如，晶片或者其他電氣部件等)。在圖9的示例中，電路板910-1連接至結構層915的一側，並且電路板910-2連接至結構層915的相對側。如圖所示，連接器916可以是可觸及的，例如以將一個或更多個部件連接至結構層915。在這種佈置中，連接可以是直接的或間接的。例如，連接器916可以是結構層915的材料的延伸和/或連接至結構層915的配件。在任一情況下，連接器916在結構上是結構層915的一部分或者聯接至結構層915。
圖10示出了蓋或外殼952以及蓋或外殼954，其中外殼952和外殼954可以例如經由連接器916連接至電路系統結構925的結構層915。作為示例，蓋或外殼952可以包括顯示器953(例如，或者顯示器玻璃等)。作為示例，蓋或外殼952可以包括聯接件956，並且蓋或外殼954可以包括聯接件958。在這樣的示例中，聯接件956和958可以用於例如經由連接器916將外殼952和外殼954聯接至結構層915。如圖9所示，各種部件可以組裝以形成設備900。
圖11示出了設備900的示例以及橫截面圖。如圖所示，電路系統結構925包括用於支承電路系統以及蓋或外殼952和954的結構層915。
就組裝方法而言，使用子組件來組裝設備900，子組件被示出為包括結構層的電路系統結構925。作為示例，可以從生產線提供這樣的電路系統結構作為完整的子組件。在這樣的示例中，可以通過將一個或更多個部件附接至電路系統結構(例如，子組件)以及/或者通過用聚合物材料(例如，可選地為聚合物複合材料)將電路系統結構的至少一部分包住來完成設備。
圖12示出了可以附接至電路系統結構1225的部件1205的示例，電路系統結構1225包括佈置在多個電路板1210-1至1210-N之間的結構層1215。如圖12的示例所示，部件1205可以包括一個或更多個安裝件1207-1和1207-2，並且電路系統結構1225可以包括一個或更多個相應的安裝件1217-1和1217-2。作為示例，組件1205可以經由安裝件1207-1和1217-1和/或安裝件1207-2和1217-2在結構上聯接至結構層1215。
圖13示出了包括微孔的結構層1315的示例。例如，考慮蜂窩狀微孔(honeycomb cell)結構。這種微孔結構可以賦予理想的物理性質。例如，微孔可以增加結構層1315的彎曲強度。作為示例，微孔可以允許導線、連接器等的通過。作為示例，微孔可以產生氣隙。
作為示例，微孔壁可以包括允許空氣流動的開口。在圖13的示例中，結構層1315以虛線示出了可選的示例性開口1317。作為示例，這樣的開口可以是定向的。例如，當設備要被定向在相對於重力的方向上時，浮力可能導致空氣在與重力相反的方向上對流。例如，考慮這樣的平板設備，該平板設備包括可以將該平板設備定向在大約45度至大約90度的角度上的支架。在這樣的示例中，當結構層包括開口、通道等時，設備的操作可以將空氣加熱，其中經加熱的空氣變得更不緻密並且向上流過開口、通道等。在這樣的示例中，結構層可以是傳熱層，其可以是被動的。作為示例，設備可以包括空氣推動器(例如，風扇)，其中空氣推動器促進流過結構層(例如，可選地為定向地等)。
作為示例，結構層1315可以至少部分地被黏合劑1320覆蓋，黏合劑1320可以是用於表層材料1330的黏合劑。例如，考慮具有微孔的金屬或金屬合金結構層，其中塗布黏合劑以將表層材料黏附到結構層。作為示例，可以使用黏合劑將電路板黏附到結構層(例如，通過黏合劑間接地)。
作為示例，結構層可以是例如由導電材料製成的導體，以及/或者可以包括作為導電材料的一種或更多種表層材料。在這樣的示例中，結構層和/或結構層的表層可以被用作接地平面。在印刷電路板中，接地平面可以是板上大面積的銅箔，其連接至電源的接地端子，並且被用作板上不同部件的電流的返回路徑。
作為示例，結構層可以包括多孔材料層以及一個或更多個表層。在Jan等人的“Flexural strength of honey comb sandwich structures”，Int. Journal of Applied Sciences and Engineering Research，2015年第4卷第1期中，提出了鋁蜂窩芯材料(例如，作為多孔材料層)和玻璃纖維面板(例如，作為表層)的數據，其總厚度為大約14 mm(芯為13 mm，並且每張面板為0.5 mm)。使200 mm長且28 mm寬的試驗樣品經受3點試驗。結果顯示，當在失效時發生芯彎曲的情況下，在大約0.7 mm的偏轉下，最大載荷為0.92 kN(920 N)。
表3示出了可以與表2的數據進行比較的關於鋁的一些示例彈性模量數據。
表3. 鋁的示例數據
作為示例，結構層可以包括比鋁強度更高的材料(參見例如表2中的一種或更多種材料等)，這樣的材料可以被形成為多孔材料層，其中一個或更多個表層被附加至多孔材料層。在這樣的示例中，最大載荷可以超過920 N，並且偏轉可以小於大約1 mm。作為示例，結構層的厚度可以小於大約15 mm，或者例如小於大約10 mm，或者例如小於大約5 mm。作為示例，在3點試驗中，結構層可以支承250 N或者更大的力，其中在大約250 N處位移小於大約4 mm、或者例如小於大約2 mm、或者例如小於大約1 mm。
圖14示出了包括部件的設備1400的一些示例。作為示例，設備1400中的一個或更多個可以由鋰離子電池或電池組(例如，以一個或更多個鋰離子電池的形式)供電。例如，手機、平板電腦、相機、GPS設備、筆記本式電腦或者其他設備可以由鋰離子電池或者電池組供電。設備可以是汽車、玩具、遙控設備(例如，炸彈嗅探器、無人機等)等。設備可以包括一個或更多個處理器1402、記憶體1404、一個或更多個網路介面1406、一個或更多個顯示器1408，以及包括例如一個或更多個鋰離子電池1410作為電源。
作為示例，設備1411可以包括電路系統結構1425，電路系統結構1425包括結構層和連接器1416-1和1416-2、顯示器1440(例如，具有顯示器玻璃)和供電電池(組)1480。在這樣的示例中，設備1411的厚度可以很大程度由供電電池(組)1460的厚度來確定。作為示例，結構層可以包括開口，其中供電電池或供電電池組至少部分佈置在該開口中。在這樣的示例中，與供電電池或供電電池組被佈置在結構層的一側或另一側的示例相比，可以減小厚度。
作為示例，設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中所述部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。在這樣的示例中，結構層可以包括碳，例如石墨烯。作為示例，結構層可以包括至少一種過渡金屬。例如，結構層可以包括一種或更多種金屬，其可以是金屬材料的形式，例如相對較純的金屬材料或者合金(例如合金材料)。
作為示例，結構層可以包括微孔，如多孔材料的微孔。在這樣的示例中，多孔材料可以是金屬、合金或者複合材料。作為示例，微孔可以包括壁開口。例如，限定微孔的壁可以包括一個或更多個開口。作為示例，六邊形微孔可以包括六個壁，其中這些壁中的一個或更多個壁可以包括一個或更多個開口。
作為示例，設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中所述部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。在這樣的示例中，結構層可以具有大於大約50 GPa的彈性模量。作為示例，殼體材料可以是或者可以包括聚合物材料。作為示例，這種聚合物材料可以被黏合至結構層。作為示例，殼體材料可以是或者可以形成連接至結構層的外殼。
作為示例，設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中所述部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。在這樣的示例中，該設備可以具有小於大約10 mm的最大厚度。例如，這種設備可以是基本上為矩形的設備，該設備可以由矩形的長度和寬度限定，其中相對側之間的厚度小於大約10 mm。
作為示例，在設備中，結構層可以是或者可以包括接地平面。作為示例，結構層可以包括至少一個柱，其中，例如，設備可以包括連接至柱的部件，其中柱連接至結構層。作為示例，可以使用一個或更多個柱來將施加到外殼、外表面等的一個或更多個載荷傳遞到結構層。例如，當外殼經由柱附接至結構層時，施加到外殼的力可以以不直接將載荷傳遞到可以聯接至結構層的印刷電路板(PCB)的方式傳遞到結構層。在這樣的示例中，結構層可以被用作結構芯，該結構芯可以承載並承受施加到電子設備的表面的載荷，並且降低損壞如可以包括FR4作為支承襯底的印刷電路板(PCB)的電路系統的風險。
作為示例，設備可以包括顯示器玻璃，其中顯示器玻璃至少部分地形成設備的第一側，並且其中殼體材料至少部分地形成設備的相對的第二側。作為示例，結構層可以聯接至包括顯示器玻璃的電子設備的外殼，其中力可以從外殼傳遞到結構層，這可以有助於降低顯示器玻璃的損壞風險。作為示例，例如在顯示器玻璃和顯示器被堆疊在結構層上的堆疊取向上(例如，在顯示器玻璃、顯示器與結構層的表面之間幾乎沒有空間的情況下)，結構層可以被用作顯示器玻璃的支承體。在這樣的示例中，施加到顯示器玻璃的力可以被傳遞到結構層，這可以有助於防止顯示器玻璃和/或顯示器的位移、彎曲等。在這樣的示例中，顯示器可以包括印刷電路系統或者其他類型的顯示電路系統(例如，電極等)，其可以包括FR4或者其他支承襯底。在這樣的示例中，顯示器可以被安裝至結構層的一側，而另一電路板可以被安裝至結構層的另一側。
作為示例，設備可以包括安裝至結構層的鋰離子電池。作為示例，結構層可以有助於保護鋰離子電池免受施加到電子設備的力。例如，鋰離子電池可以被佈置在結構層與外殼之間，其中例如柱或者其他支承件可以將施加到外殼的力傳遞到結構層，使得鋰離子電池被保護而免受所施加的力。作為示例，鋰離子電池可以是袋式電池(例如，具有層壓的柔性袋)，或者可以是另一種型式。
作為示例，設備可以包括：結構層；安裝至結構層的一側的第一電路板；安裝至結構層的相對側的第二電路板；部件，其中部件包括處理器、可操作地耦接至處理器的記憶體以及可操作地耦接至處理器的顯示器；以及由結構層支承的殼體材料。在這樣的示例中，設備可以是平板電腦和智慧型電話中的一個或更多個。作為示例，設備可以是翻蓋式電腦的至少一部分。例如，這樣的設備可以是膝上型翻蓋式電腦的一部分。
作為示例，方法可以包括：將結構矩陣構建到電子設備的諸如一個或更多個印刷電路板、一個或更多個電池、一個或更多個顯示幕等的工作部件的核心中。作為示例，結構晶格可以由相對剛性的材料製成，該材料可以與可以是層壓結構的內層或表面層的一個或更多個其他層進行層壓。作為示例，層壓結構組件可以包括連接至一個或更多個週邊埠和/或一個或更多個感測器的導線，其中這些導線可以穿過層壓結構組件的晶格中的一個或更多個孔和/或在層壓結構組件的一個或更多個邊緣處離開。
作為示例，設備的蓋可以由附接至結構層的一種或更多種材料製成，結構層可以是剛性板結構。在這樣的示例中，蓋可以旨在防止灰塵、提供一定量的抗衝擊性、提供設備美觀性和/或提供設備人體工程學功能(例如，抓握、觸感等)。
作為示例，設備可以包括可以被金屬化的外部蓋。在這樣的示例中，蓋可以用作圍繞各種電子裝置的法拉第籠。作為示例，蓋可以被部分地金屬化並且對於特定範圍的電磁能量例如與無線通訊電路系統相關聯的範圍是部分透明的。作為示例，蓋可以包括一個或更多個實心金屬部分和/或一個或更多個網狀金屬部分。
在發明內容、說明書和/或申請專利範圍中使用了術語“電路”或“電路系統”。如本領域公知的，術語“電路系統”包括所有級別的可用集成，例如從分立的邏輯電路到最高級別的電路集成如VLSI，並且包括被程式設計以執行實施方式的功能的可程式設計邏輯部件以及使用指令被程式設計以執行這些功能的通用或專用處理器。這種電路系統可以可選地依賴於包括電腦可執行指令的一個或更多個電腦可讀介質。如本文中所述，電腦可讀介質可以是存儲裝置(例如，存儲卡、存儲盤等)，並且被稱為電腦可讀存儲介質。作為示例，電腦可讀介質可以是並非載波的電腦可讀介質。
儘管已經討論了電路或電路系統的各種示例，但是圖15描繪了說明性電腦系統1500的框圖。系統1500可以是台式電腦系統，例如由北卡羅來納州莫裡斯維爾市的聯想(美國)公司銷售的ThinkCentre®或ThinkPad®系列的個人電腦之一，或者由北卡羅來納州莫裡斯維爾市的聯想(美國)公司銷售的工作站電腦例如ThinkStation®；然而，根據本文的描述明顯的是，衛星、基站、伺服器或者其他機器可以包括系統1500的其他特徵或者僅一些特徵。如本文中所描述的，設備例如圖14的設備1400之一可以包括系統1500的特徵中的至少一些特徵。
如圖15所示，系統1500包括所謂的晶片組1510。晶片組是指被設計(例如，配置)成一起工作的一組積體電路或晶片。晶片組通常作為單個產品銷售(例如，考慮以INTEL®、AMD®等品牌銷售的晶片組)。
在圖15的示例中，晶片組1510具有特定的架構，該架構可以取決於品牌或製造商而在一定程度上變化。晶片組1510的架構包括核與記憶體控制組1520以及I/O控制器集線器1550，I/O控制器集線器1550經由例如直接管理介面或直接媒體介面(DMI)1542或者鏈路控制器1544交換資訊(例如，數據、信號、命令等)。在圖15的示例中，DMI 1542是晶片到晶片的介面(有時被稱為是“北橋”與“南橋”之間的鏈路)。
核與記憶體控制組1520包括經由前端匯流排(FSB)1524交換資訊的一個或更多個處理器1522(例如，單核或多核)和記憶體控制器集線器1526。如本文中所述，核與記憶體控制組1520的各種部件可以被集成到單個處理器裸片上，例如以製造代替常規的“北橋”式架構的晶片。
記憶體控制器集線器1526與記憶體1540對接。例如，記憶體控制器集線器1526可以為DDR SDRAM記憶體(例如，DDR、DDR2、DDR3等)提供支援。通常，記憶體1540是一種類型的隨機存取記憶體(RAM)。記憶體1540通常被稱為“系統記憶體”。
記憶體控制器集線器1526還包括低壓差分信號介面(LVDS)1532。LVDS 1532可以是用於支援5的所謂的LVDS顯示介面(LDI)(例如，CRT、平板、投影儀等)。塊1538包括可以經由LVDS介面1532(例如，串列數位視訊、HDMI/DVI、顯示埠)來支援的技術的一些示例。記憶體控制器集線器1526還包括一個或更多個PCI-Express介面(PCI-E)1534，例如用於支援獨立顯卡1536。使用PCI-E介面的獨立顯卡已經成為高速圖形連接埠(AGP)的替代方法。例如，記憶體控制器集線器1526可以包括用於外部的基於PCI-E的顯卡的16通道(x16)PCI-E埠。系統可以包括用於支援顯卡的AGP或者PCI-E。如本文中所述，顯示器可以是感測器顯示器(例如，被配置成接收使用觸控筆、手指等進行的輸入)。如本文中所述，感測器顯示器可以依賴於電阻感測、光學感測或者其他類型的感測。
I/O集線器控制器1550包括各種介面。圖15的示例包括SATA介面1551、一個或更多個PCI-E介面1552(可選地為一個或更多個傳統PCI介面)、一個或更多個USB介面1553、LAN介面1554(更一般地為網路介面)、通用I/O介面(GPIO)1555、低引腳數(LPC)介面1570、電源管理介面1561、時鐘發生器介面1562、音訊介面1563(例如，用於揚聲器1594)、總操作成本(TCO)介面1564、系統管理匯流排界面(例如，多主串列電腦匯流排界面)1565以及串列週邊快閃記憶體/控制器介面(SPI快閃記憶體)1566，在圖15的示例中SPI快閃記憶體1566包括BIOS 1568和啟動代碼1590。對於網路連接，I/O集線器控制器1550可以包括與PCI-E介面埠複用的集成千兆乙太網控制器線路。其他網路特徵可以獨立於PCI-E介面操作。
I/O集線器控制器1550的介面提供與各種設備、網路等的通信。例如，SATA介面1551提供在一個或更多個驅動器1580如HDD、SDD或其組合上讀取、寫入或者讀取和寫入資訊。I/O集線器控制器1550還可以包括用於支援一個或更多個驅動器1580的高級主機控制器介面(AHCI)。PCI-E介面1552允許到設備、網路等的無線連接1582。USB介面1553提供輸入設備1584，例如鍵盤(KB)、一個或更多個光學感測器、滑鼠和各種其他設備(例如，麥克風、相機、電話、存儲裝置、媒體播放器等)。一個或更多個其他類型的感測器可以可選地依賴於USB介面1553或者另一個介面(例如，I2 C等)。對於麥克風，圖15的系統1500可以包括被適當地配置成用於接收聲音(例如，使用者語音、環境聲音等)的硬體(例如，音訊卡)。
在圖15的示例中，LPC介面1570提供對下述的使用：一個或更多個ASIC 1571、可信平台模組(TPM)1572、超級I/O 1573、固件集線器1574、BIOS支持1575以及各種類型的記憶體1576如ROM 1577、快閃記憶體1578和非易失性RAM(NVRAM)1579。對於TPM 1572，該模組可以為可以用於對軟體和硬體設備進行認證的晶片的形式。例如，TPM可以具有執行平台認證的能力，並且可以用於驗證尋求訪問的系統是期望的系統。
系統1500在通電時可以被配置成執行存儲在SPI快閃記憶體1566內的用於BIOS 1568的啟動代碼1590，並且之後在一個或更多個作業系統和應用軟體(例如，存儲在系統記憶體1540中)的控制下處理數據。作業系統可以存儲在各種位置中的任一個中，並且可以例如根據BIOS 1568的指令來訪問。同樣，如本文中所描述的，衛星、基站、伺服器或者其他機器可以包括比圖15的系統1500更少或更多的特徵。此外，圖15的系統1500被示出為可選地包括手機電路系統1595，手機電路系統1595可以包括GSM、CDMA等類型的電路系統，這些電路系統被配置成與系統1500的其他特徵中的一個或更多個協同操作。在圖15中還示出了電池電路系統1597，電池電路系統1597可以提供一個或更多個電池、電力等相關聯的特徵(例如，可選地指示系統1500的一個或更多個其他部件)。作為示例，SMBus可以經由LPC(參見例如LPC介面1570)、經由I2 C介面(參見例如SM/I2 C介面1565)等操作。 結論
儘管已經以特定於結構特徵和/或方法動作的語言描述了方法、設備、系統等的示例，但是應當理解，所附申請專利範圍中限定的主題不一定受限於所描述的具體特徵或動作。相反，具體特徵和動作被公開作為實現所要求保護的方法、設備、系統等的形式的示例。
101、103、715、755‧‧‧分層結構
110-1～110-N‧‧‧印刷電路板(PCB)
130‧‧‧結構板
200、300、410、430‧‧‧曲線圖
500、600、800、900、1400、1411‧‧‧設備
501‧‧‧LCD組件
502‧‧‧相機組件
503‧‧‧風扇組件
504‧‧‧板
505‧‧‧無線WAN卡
506‧‧‧無線LAN卡
507、607‧‧‧I/O板
508‧‧‧蓋組件
509‧‧‧DC電纜組件
510‧‧‧通信卡
511‧‧‧固態驅動器
513‧‧‧電池組
514‧‧‧觸控筆
550、650、815、915、1215、1315‧‧‧結構層
601‧‧‧蓋和鉸鏈組件
602‧‧‧連結結構
603‧‧‧風扇組件
604‧‧‧鍵盤組件
605‧‧‧電池組
606‧‧‧基座蓋
608‧‧‧鉸鏈組件
609‧‧‧連接器
610‧‧‧連接器蓋
710、750‧‧‧示例組件
717、757‧‧‧支承外殼
825、925、1225、1425‧‧‧電路系統結構
835‧‧‧聚合物材料
840、953、1408、1440‧‧‧顯示器
910-1、910-2、1210-1～1210-N‧‧‧電路板
916‧‧‧連接器
911-1、911-2、917、1317‧‧‧開口
912-1、912-2、1205‧‧‧部件
952、954‧‧‧蓋或外殼
956、958‧‧‧聯接件
1207-1、1207-2、1217-1、1217-2‧‧‧安裝件
1320‧‧‧黏合劑
1330‧‧‧表層材料
1402‧‧‧處理器
1404‧‧‧記憶體
1406‧‧‧網路介面
1410‧‧‧鋰離子電池
1416-1、1416-2‧‧‧結構層和連接器
1460、1480‧‧‧供電電池(組)
1500‧‧‧系統
1510‧‧‧晶片組
1520‧‧‧核與記憶體控制組
1522‧‧‧處理器
1524‧‧‧前端匯流排(FSB)
1526‧‧‧記憶體控制器集線器
1532‧‧‧低壓差分信號介面(LVDS)
1534‧‧‧PCI-Express介面(PCI-E)
1536‧‧‧獨立顯卡
1538‧‧‧塊
1540‧‧‧記憶體
1542‧‧‧直接管理介面或直接媒體介面(DMI)
1544‧‧‧鏈路控制器
1550‧‧‧I/O控制器集線器
1551‧‧‧SATA介面
1552‧‧‧PCI-E介面
1553‧‧‧USB介面
1554‧‧‧LAN介面
1555‧‧‧I/O介面(GPIO)
1561‧‧‧電源管理介面
1562‧‧‧時鐘發生器介面
1563‧‧‧音訊介面
1564‧‧‧總操作成本(TCO)介面
1565‧‧‧系統管理匯流排界面
1566‧‧‧串列週邊快閃記憶體/控制器介面(SPI快閃記憶體)
1568‧‧‧BIOS
1570‧‧‧低引腳數(LPC)介面
1571‧‧‧ASIC
1572‧‧‧可信平台模組(TPM)
1573‧‧‧超級I/O
1574‧‧‧固件集線器
1575‧‧‧BIOS支持
1576‧‧‧記憶體
1577‧‧‧ROM
1578‧‧‧快閃記憶體
1579‧‧‧非易失性RAM(NVRAM)
1580‧‧‧驅動器
1582‧‧‧無線連接
1584‧‧‧輸入設備
1590‧‧‧啟動代碼
1592‧‧‧顯示裝置
1594‧‧‧揚聲器
1595‧‧‧手機電路系統
1597‧‧‧電池電路系統
σ‧‧‧應力
ε‧‧‧應變
Ef‧‧‧彎曲彈性模量
σf‧‧‧彎曲應力
εf‧‧‧彎曲應變
通過參照結合附圖的示例所作的以下描述，可以更容易地理解所描述的實現方式的特徵和優點。
圖1是分層結構的示例的圖；
圖2是應力相對應變的曲線圖；
圖3是FR4樣品的力相對位移的曲線圖；
圖4是顯示器玻璃的機械性質的一系列曲線圖；
圖5是電子設備的示例的分解圖；
圖6是電子設備的示例的分解圖；
圖7是包括至少一個結構層的電子設備的示例的一系列視圖；
圖8是包括結構層的電子設備的示例的一系列視圖；
圖9是包括結構層的電路系統結構的示例的一系列視圖；
圖10是關於形成電子設備的示例的蓋的電路系統結構的一系列視圖；
圖11是圖10的電子設備的透視圖和橫截面圖。
圖12是包括結構層以及用於安裝部件的至少安裝件的電路系統結構的示例的一系列視圖；
圖13是結構層的示例的一系列視圖；
圖14是設備的示例的圖；以及
圖15是包括一個或更多個處理器的系統的示例的圖。

Claims (20)

  1. 一種具有結構層的設備，包括：結構層，包括連接器；安裝至所述結構層的一側的第一玻璃增強環氧樹脂電路板；安裝至所述結構層的相對側的第二玻璃增強環氧樹脂電路板；部件，其中，所述部件包括處理器、能夠操作地耦接至所述處理器的記憶體以及能夠操作地耦接至所述處理器的顯示器，並且所述結構層支承所述部件；以及由所述結構層支承的殼體材料，其中所述殼體材料包括聯接件，並且所述聯接件經由所述連接器將所述殼體材料直接耦接至所述結構層。
  2. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層包括碳。
  3. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層包括石墨烯。
  4. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層包括至少一種過渡金屬。
  5. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層包括微孔。
  6. 如請求項5所述的設備，其中，所述微孔包括壁開口。
  7. 如請求項5所述的設備，其中，所述微孔包括六邊形微孔。
  8. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層具有大於大約50GPa的彈性模量。
  9. 如請求項1所述的設備，其中，所述殼體材料包括聚合物材料。
  10. 如請求項9所述的設備，其中，所述聚合物材料被黏合至所述結構層。
  11. 如請求項1所述的設備，其中，所述殼體材料包括連接至所述結構層的外殼。
  12. 如請求項1所述的設備，其中，所述設備具有小於大約10mm的厚度。
  13. 如請求項1所述的設備，其中，所述結構層包括接地平面。
  14. 如請求項1所述的設備，其中，所述連接器包括至少一個柱。
  15. 如請求項1所述的設備，包括連接至柱的部件，其中，所述柱連接至所述結構層。
  16. 如請求項1所述的設備，包括顯示器玻璃，其中，所述顯示器玻璃至少部分地形成所述設備的第一側，以及其中，所述殼體材料至少部分地形成所述設備的相對的第二側。
  17. 如請求項1所述的設備，包括安裝至所述結構層的鋰離子電池。
  18. 如請求項1所述的設備，包括平板電腦。
  19. 如請求項1所述的設備，包括智慧型電話。
  20. 如請求項1所述的設備，包括翻蓋式電腦的至少一部分。
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