TWI708417B - 帶有整合的感測及電子設備之智慧型電池 - Google Patents

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Abstract

一電池，其包括積體電路。該電池可包括，舉例來說，一基板，其包含一電池單元，該電池單元包括一陽極與一陰極。一或多個電子裝置，其可整合在該基板上或整合在該基板內並被組配為可從該陽極和陰極接收電力。一封裝體，其含有該基板和該一或多個電子裝置，該封裝體可包含與該陽極電器耦接的一第一電池終端以及與該陰極電器耦接的一第二電池終端。該一或多個電子裝置可包括產生感測器資料的感測電路，以及用於提供在該封裝體外部之該感測器資料的通訊電路。

Description

帶有整合的感測及電子設備之智慧型電池 發明領域
本揭示內容大致上關於電池，更尤其關於帶有整合的電子設備的電池。
發明背景
包括例如智慧型手機、膝上型電腦、筆記型電腦、和平板電腦之行動平台的電子裝置係持續縮小尺寸。一電力輸送系統，包括一或多個電池單元，經常為一便攜式電子裝置中最大的組件之一。隨著便攜式電子裝置尺寸縮小，使用者亦期望電力輸送系統將變得更小和更輕便。電池至實際小型系統，尤其是薄型系統的整合一當使用插頭、插座、甚至標記片(tab)將電池連接至該系統時一係出現挑戰。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種電池，該電池包含：一基板，該基板包含一電池單元，該電池單元包括一陽極與一陰極；整合在該基板上或整合在該基板內的一或多個電子裝置，其被組配為可從該陽極和陰極接 收電力；以及含有該基板和該一或多個電子裝置的一封裝體，其包含與該陽極電器耦接的一第一電池終端以及與該陰極電器耦接的一第二電池終端，其中，該一或多個電子裝置包含：用於產生感測器資料的感測電路；以及用於提供在該封裝體外部之該感測器資料的通訊電路。
100:智慧型電池
102:電池基板
104:正極(+)終端
106:負極(-)終端
110:處理器
120:電力積體電路
130:通訊電路
140:感測器
150:記憶體裝置
160:輸入/輸出(I/O)介面
210、222、224:電池
213:自動感測的參數
220:電子裝置
221:組件
300:系統
310、312、314、316:智慧型 電池
322:互聯架構
400:模組化手機
402:框架
404:顯示螢幕
406、407:槽
408:電連接器
410、412、414、416、418、420、422、424:模組
426:鏡頭
500:電池單元
510:固體電解質
512:第一電極
514、728、830:第二電極
600:電路板組裝
610:金屬層
612:非導電基板
614、616:電路組件
700:移動電子裝置
702:使用者
710:底盤
712:顯示螢幕
714:背板
716:內表面
718:結構元件
720:整合的固體電解質電池
722:固體電解質陰極層
724:隔板層
726:固體電解質陽極層
800:電路板
810:整合的電池單元
812:第一金屬層
814:第二金屬層
816:非導電基板
818、820、822:電路組件
824:第一固體電解質層
826:隔板層
828:第二固體電解質層
832:電池囊封層
834:第一電性連接
836:第二電性連接
900:電池單元
910:中心電極
912:第一固體電解質陽極
914:第二固體電解質陽極
916:第一隔板
918:第一固體電解質陰極
920:頂部電極
922:第二隔板
924:第二固體電解質陰極
926:底部電極
1000、1100:方法
1010、1012、1014、1110、1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128:步驟
參照下列圖示可詳細說明配置和具體例，其中相似的參考編號指稱相似的元件，其中：
圖1係根據一具體例例示一智慧型電池的方塊圖。
圖2根據一具體例以圖解例示在一標準形狀因數中帶有埋置式電子設備的一示例電池。
圖3A和3B係根據一具體例例示包括複數個智慧型電池的一系統的方塊圖。
圖4A、4B、和4C根據一具體例例示一模組化手機。
圖5係根據一具體例包括固體電解質的電池單元的透視圖。
圖6係根據一具體例一電路板組裝的側視圖。
圖7A、7B、7C、和7D根據一具體例例示包括整合的固體電解質電池的一移動電子裝置。
圖8係根據一具體例包括一整合的電池單元的一電路板的剖面側視圖。
圖9係根據一具體例一電池單元的剖面側視圖。
圖10係根據一具體例用於製造電路板的方法的流程圖。
圖11係根據另一具體例用於製造電路板的一方法的流程圖。
詳細說明
設計一電子裝置並隨後嘗試將電池放進該裝置的實作經常導致該裝置體積的不理想地使用。然而，假使該電池佔據該裝置體積較大比例，較長的運行時間係可達成。據此，本案揭示的某些具體例和配置將該電池設計成為該裝置，並將該電子設備整合在該電池內。舉例來說，感測器及/或其他電子設備可整合至具有一標準形狀因數(AA、AAA、AAAA、C、D、9 Volt、按鍵電池或鈕扣型電池、或其他現有或新標準形狀因數)的電池。作為電池的集成元件，其包括處理或運算電路的能力允許用於「智慧型電池」或「智慧型電池平台」，其中附加的智能能力(譬如，感測、辨識、處理、通訊、控制，等等)可自動地導入現有使用該智慧型電池的裝置。
圖1係根據一具體例例示智慧型電池100的方塊圖。該智慧型電池100包括整合在基板102(在本案亦指稱為「電池基板102」)內的電池單元。如下文中詳細討論的例子(譬如，見圖8)，該電池基板102可包括固體聚合物電解質電池，其係基底基板(譬如，印刷電路板(PCB))整合的一部分，電子設備可整合在該基底基板上。該電池基板 102係構形在該智慧型電池100的一正極(+)終端104和一負極(-)終端106提供電力。在某些具體例中，本案揭示的該固體電解質電池單元係可充電的。
在圖1顯示的例子中，該電子設備包括處理器110、電力積體電路(IC)120、通訊電路130、或多個感測器140、記憶體裝置150、與輸入/輸出(I/O)介面160。熟習此藝者將從本案揭示內容認知可包括與該電池基板102整合的其他電子設備、更多的電子裝置、或更少的電子裝置的其他具體例。
該處理器110可包括，舉例來說，計算機裝置、微處理器、控制器、用於施行控制程式之可程式化的邏輯控制器("PLC")，及/或其他處理電路。該處理器110可經組配執行指令(譬如，儲存在該記憶體裝置150)，以進行本案所述的功能。電力IC 120係經組配用於整合在該電池基板102上的電子設備及/或用於透過該終端104、106從該智慧型電池100中獲得其至少一部份電力的主機電子裝置(未顯示於圖1)管理電力的需求。該電力IC 120可提供，舉例來說，直流(DC)至DC的轉換、電池充電功能、動態電壓縮放、電力時序、及/或其他電力功能。在某些具體例中，舉例來說，該處理器110和該電力IC 120可與主裝置的電力開或關及/或與選擇性將主裝置置於省電狀態協作。由該處理器110及/或該電力IC 120決定的此類電力可基於，舉例來說，來自一或多個感測器140的輸出。
通訊電路130係經組配，舉例來說，與其他智慧 型電池通訊，其他智慧型電池以串聯或並聯與該智慧型電池100、該主裝置、及/或外部通訊裝置(未顯示)電性耦合。在某些具體例中，該通訊電路130係經組配透過該相同終端104、106傳送資料，智慧型電池100透過該終端提供電力。在其他具體例中，該通訊電路130可透過單獨的通訊終端(未顯示)傳送資料。在另一個其他具體例中，該通訊電路130可無線地傳送資料。該通訊電路130可包括，舉例來說，通用串列匯流排(USB)介面、迷你USB介面、微USB介面、串列匯排流介面、紅外線(IR)收發機、藍芽低能量(BLE)無線模組、無線射頻識別(RFID)標籤、或為一通訊標準配置的無線電，該標準例如電氣及電子工程師學會(IEEE)802.16標準(其係業界團體公知的全球互通微波存取(WiMAX))、或IEEE 802.11標準(其係業界團體公知的無線區域網路(WLAN)或Wi-Fi)。此外，或在其他具體例中，該通訊裝置可使用無線蜂巢式標準，例如第三代行動通訊合作計畫(3GPP)長期演進技術(LTE)無線標準。
一或多個感測器140可包括任何類型的感測器。舉例來說，一或多個感測器140可包括加速計、陀螺儀、全球定位系統(GPS)接收器、溫度感測器、麥克風、電荷藕合器(CCD)影像感測器、電力負載感測器、光感測器、與壓力感測器。該處理器110可與該一或多個感測器140協作，以決定各式各樣不同的參數，其包括，但不限於，移動、使用、使用的頻率、位置、方向、電力消耗、對濕氣的暴露程度、震動、溫度、濕度、大氣壓力、空氣品質、 水品質、聲音、輻射、可見光、與IR光。
記憶體裝置150可經組配儲存由該一或多個感測器140產生的資料。該記憶體裝置150可包括任何可由該處理器110讀取的儲存媒體，其包括揮發性和非揮發性記憶體及/或儲存元件。該揮發性和非揮發性記憶體及/或儲存元件可為動態存取記憶體(RAM)、可抹除可編程唯讀記憶體(EPROM)、隨身碟、光碟、磁式硬碟、或用於儲存電子資料的另一個媒體。
在某些具體例中，除了該通訊裝置130，還可使用I/O介面160或取代該通訊裝置。該I/O介面160可經組配從一使用者接收輸入。舉例來說，該I/O介面160可包括一簡單開關或按鈕，其經組配啟動或停用該智慧型電池100及/或該一或多個感測器140的功能。此外，或在其他具體例中，該I/O介面160可經組配提供標記給一使用者。舉例來說，該I/O介面160可包括一或多個發光二極體(LED)，以指示該處理器110及/或該一或多個感測器140的一操作狀態、在該記憶體裝置150中存在的可用感測器資料、該記憶體裝置150的可用容量、及/或該電池單元的充電狀況。
如上文指明，根據某些具體例，該智慧型電池100係以一標準形狀因數實施，以允許其用於任何現有使用標準電池的電子裝置中。舉例來說，該智慧型電池100可封裝體在由國際電子技術委員會(IEC)、美國國家標準學會(ANSI)、或其他標準團體定義的一形狀因數。標準形 狀因數的例子包括，但不限於AA、AAA、AAAA、C、D、9 Volt、按鍵電池或鈕扣型電池、或其他現有或新標準的形狀因數。
圖2根據一具體例圖解例示一電池210的例子，其在一標準形狀因數中帶有埋置式電子設備。在這例子中，外殼或封裝體的形狀因數可經組配使用在一電子裝置220的AA或AAA電池。該電池210可包括直接在該電池單元上帶有整合在形狀因數內的電子設備的多層或單片的方案。該電子裝置220可包含帶有一或多個組件221的任何類型裝置，該組件從具有相同標準形狀因數的一或多個電池，如該電池210，得到或消耗電力。假使該電子裝置220係一玩具車，舉例來說，該一或多個組件221可包括電動馬達和用於遙控操作的無線接收器。在這例子中，帶有埋置式電子設備(譬如，感測)的該電池210係經組配提供自動感測的參數213，例如玩具車及/或電動馬達與無線接收器的移動、使用、功耗、等等。
藉由將該電池210加入至該電子裝置220，使用者可測定，舉例來說，該電子裝置220多久使用一次，其是否移動，其位置或透過一系列位置的路徑、在使用期間經歷的震動量、或任何其他的感測參數(包括本案提供的許多其他實施例的參數)。該電池210可在該電子裝置220的設計和測試階段期間使用、或由期望為該電子裝置220添加功能的最終使用者使用。在圖2顯示的例子中，該電子裝置220使用三個電池210、222、224，其可用串聯或並 聯連接。然而，可使用任意數目的電池。帶有埋置式電子設備的該電池210可與正規的(譬如，AA或AAA)電池222、224組合使用。此外，或在其他具體例中，該例示電池210、222、224的二或全部三者可為帶有整合的感測器及/或其他電子裝置的智慧型電池。在此類具體例中，該電池210、222、224的二或多者可提供彼此獨立的感測或操作。在其他具體例中，該電池210、222、224的二或多者可彼此通訊，如一感測及/或處理系統的建構區。
圖3A和3B係根據一具體例例示包括複數個智慧型電池310、312、314、316的系統300的方塊圖。在圖3A顯示的例子中，該智慧型電池310、312、314、316係以串聯電性連接。在其他具體例中，該智慧型電池310、312、314、316可以並聯電性連接。在圖3B顯示的例子中，該智慧型電池310、312、314、316透過一互聯架構322彼此通訊。根據某些具體例，當相較於只提供電力的單獨電池時，透過該互聯架構322(譬如，透過有線或無線連接)的通訊能力允許更多智慧及/或能力。該智慧型電池310、312、314、316係各自經組配提供不同功能。舉例來說，第一電池310可構形為感測器並可提供感測器資料(譬如，透過在圖3A中的對應電池終端或及/或透過在圖3B中的互聯架構)至經組配處理該感測器資料的第二電池312。選擇用於該第一電池310的感測器的類型與選擇用於該第二電池312的處理器或處理功能的類型取決於該系統300所欲的功能。
構形為處埋器的該第二電池312，舉例來說，可處理感測器資料，以測定與該主裝置或周圍環境的操作有關的一或多個參數。回應在臨界位準或高於臨界位準的一或多個參數的測定，該第二電池312亦可觸發例如電力模式的選擇之功能、基於該電力模式提供電力至其電池終端之調整、透過該電池終端至該其他電池310、314、316的電力模式之傳送、無線訊息的傳送、發光二極體的啟動、麥克風的啟動、感測器(譬如，在該第二電池312內)的啟動、及/或透過該電池終端傳輸命令至該第一電池310，以啟動或停用感測器。取決於具體應用，亦可觸發許多其他功能。
當該第一電池310和該第二電池312的其中之一或兩者可包括一通訊裝置時，在圖3顯示的例子中，該第二電池312係經組配提供(譬如，透過在圖3A中相應的電池終端或及/或透過在圖3B中的互聯架構)處理的資料至經組配通訊模組的第三電池314。該第三電池314可提供與外部系統或裝置的有線或無線通訊。在圖3顯示的例子中，第四電池316係經組配一天線，以延長用於該系統300的無線通訊距離。
某些電池技術，例如鋰離子(Li-ion)電池不可使用於感測器或其他電子組件的基板，因為彼等使用液體電解質。然而，下列多個詳細的實施例使用包括固體電解質，例如固體聚合物或陶瓷的電池單元。因為使用固體電解質的電池單元係可順應不同形狀，在某些具體例中不需 受限於傳統的電池形狀或形狀因數(譬如，AA或AAA)。因此，該揭示的智慧型電池平台的具體例可以任何形狀因數實施，與現有的裝置使用及/或可建立新的三維(3D)智慧型電池形狀因數。
因為可燃的液體電解質一直是常見的Li-ion電池致命失誤的原因，固體電解質電池單元亦比液體電解質電池單元更安全。本案揭示的某些具體例提供節省空間、較低的組裝成本、尺寸縮減(譬如，在X-Y平面)、及/或高度縮減(譬如，在垂直於該X-Y平面的Z方向)。此外，或在其他具體例中，揭示的系統和方法可提供在一系統的電池的直接整合，除去使用封裝體和插座大部分的製造費用。
在某些具體例中，電池模組係提供用於模組化系統或裝置，以及電子設備係與該電池模組整合，以提供該模組化系統或模組化行動使用者裝置之不同、可交換的功能。舉例來說，圖4A、4B、和4C根據一具體例例示一模組化手機400。圖4A例示該模組化手機400的前視圖而圖4B和4C例示該模組化手機400的後視圖。如圖4A顯示，該模組化手機400包括包含一顯示螢幕404的框架402。該顯示螢幕404可包括，舉例來說，液晶顯示器(LCD)。如圖4C顯示，該框架402包括槽406、407，其係經組配選擇性耦合至一相應的模組410、412、414、416、418、420、422、424。該模組410、412、414、416、418、420、422、424可鎖扣至該槽406、407以及從該槽406、407解鎖或磁性地保持在適當位置。該槽406、407包括一或多個電 連接器408，以電性耦合至其相應的模組410、412、414、416、418、420、422、424。
該模組410、412、414、416、418、420、422、424的一或多者包含帶有積體電路的電池，以提供該模組化手機400智慧型手機特點。舉例來說，該模組410可包含具有整合的數位相機(譬如，CCD影像感測器)和鏡頭426的電池。其餘模組412、414、416、418、420、422、424可提供其他功能，例如擴音器、處理器、記憶體、遊戲控制器、夜視感測器、微型投影機、雷射指示器、收據印表機、醫療裝置、無線區域網路(WLAN)介面、無線廣域網路(WWAN)介面、或其他功能。
該模組410、412、414、416、418、420、422、424之一可簡單地經組配一電池，以提供用於整個模組化手機400的電力。在其他具體例中，該模組410、412、414、416、418、420、422、424的二或多者，或甚至各者可包含帶有積體電路的電池。在此類具體例中，各個模組410、412、414、416、418、420、422、424可提供其自身的電力或可貢獻總體模組化手機400的電力。該模組410、412、414、416、418、420、422、424的其中之一的功能，舉例來說，可包括控制和最佳化由其餘模組410、412、414、416、418、420、422、424提供的電力或提供至該等的電力。此外，或在其他具體例中，該框架402及/或顯示螢幕404可包含維持電力的整合電池和處理電路，俾使其餘模組的任一者可在操作期間熱插拔而不會對其餘 模組失去電力。帶有一底盤的整合電池，例如框架402，或帶有可包括與顯示螢幕404有關的電路的基板之例子係提供如下。
本案揭示的某些具體例使用固體電解質。舉例來說，圖5係根據一具體例包括固體電解質510的電池單元500的透視圖。該固體電解質510可包括電性耦合至一第一電極512的一固體電解質陰極材料與電性耦合至一第二電極514的一固體電解質陽極材料。該固體電解質陰極材料與該固體電解質陽極材料可各自包括，舉例來說，一固體聚合物或陶瓷材料。該固體電解質陽極材料可包含，舉例來說，石墨、矽、或石墨和矽的混摻物。該固體電解質陰極材料可包含，舉例來說，一鋰金屬氧化物，例如鋰鈷氧化物(LCO)或鎳鈷鋁(NCA)。此類材料可用於本案說明的陽極及/或陰極的任一者(即，不只用於圖5顯示的具體例)。再者，在該電池單元500中一固體聚合物隔板或陶瓷隔板可隔離該固體電解質陰極材料與該固體電解質陽極材料，以避免電短路並允許在電流通過期間離子電荷載體的輸送。該第一電極512和該第二電極514係導電性並包括可焊在印刷電路板或其他基板上的導電性導線的一材料(譬如，銅、銀、或鋁)。在某些具體例中，塑膠或其他疊層材料可覆蓋該固體電解質510。
包括該固體電解質510的該電池單元500可選擇性地決定尺寸、形狀，並經組配用於具體的表面貼裝應用。如圖5顯示，該電池單元500，舉例來說可為矩形，以 合於在擁擠的電路板上。然而，熟習此藝者將從本案揭示內容認知全固體結構允許該電池單元500具有任何矩形或非矩形的形狀。再者，因為沒有液體需要被裝在一密封、硬金屬罐，所以可選擇該電池單元500的高度、寬度、和長度，以滿足電儲存容量和空間的需求。再者，藉由免除罐裝和密封加工，成本減少，且該電池單元500係比液體電解質電池更安全，因為該固體電解質510不會滲漏或排氣。該固體電解質510亦可耐受極端的環境條件，例如與回焊技術有關的高溫。
圖6係根據一具體例一電路板組裝600的側視圖。該電路板組裝600包括在一非導電基板612上的一金屬層610。該金屬層610可包括，舉例來說，銅或其他導電性材料。儘管未顯示在圖6，某些具體例可包括在該非導電基板612(譬如，用於接地平面或電力平面)下方的另一個金屬層，其透過該非導電基板612中的鍍通孔連接至該上金屬層610。該非導電基板612可包括，舉例來說，玻璃纖維或非導電疊層。
在製程期間，該金屬層610可蝕刻或以其他方式形成，以創造用於電性連接複數個電路組件614、616的導線圖型。該電路組件614、616可包括，舉例來說，電容、電阻、電晶體、及/或處理器或其他積體電路。如圖6顯示，圖5的電池單元500可隨著該電路板組裝600的其餘電路組件614、616焊接至該金屬層610的導線上。使用自動化製程(譬如，取放式機器及/或回焊)隨著其餘組件614、 616填充帶有該電池單元500的該電路板組裝600可減少製造該電路板組裝600的人力與整體成本。
圖7A、7B、7C、和7D根據一具體例例示包括整合的固體電解質電池的一移動電子裝置700。圖7A顯示由一使用者702手持的移動電子裝置700的透視圖。在這例子中，該移動電子裝置700係一平板電腦。然而，在其他具體例中，可使用任何行動裝置，例如智慧型手機、膝上型電腦、筆記型電腦、個人數位助理(PDA)、聲音及/或影響播放器、遊戲裝置、照相機、可穿戴裝置(譬如，運動或健康偵測器)、或使用電力的任何其他裝置。如圖7A顯示，該移動電子裝置700可包括用於覆蓋電子電路和其他組件的一底盤710、以及與該使用者702介面的一顯示螢幕712。該顯示螢幕712可為液晶顯示器(LCD)螢幕或其他類型的顯示螢幕，例如有機發光二極體(OLED)顯示器。該顯示螢幕712可經組配觸控螢幕。該觸控螢幕可使用電容式、電阻式、或另一類型的觸控螢幕技術。
該等熟習此藝者亦將從本案揭示內容認知該移動電子裝置700可包括各式添加的組件。舉例來說，該移動電子裝置700可包括一或多個天線，其經組配與一傳輸電台通訊，例如基地台(譬如，胞狀網路的基地台)、基頻單元、遠程無線電頭(remote radio head)、遠程無線電裝備、中繼站、無線電裝備、或另一類型的無線廣域網路(WWAN)進接點。做為另一個的例子，該移動電子裝置700亦可包括麥克風與一或多個擴音器，其可用於從該移 動電子裝置700中聲音的輸入和輸出、應用處理器(譬如，經組配進行本案所述的功能)、耦合至內部記憶體提供處理和顯示能力的圖形處理器、提供使用者702資料輸入/輸出的選項及/或擴充該移動電子裝置700的記憶體能力的非揮發性記憶體埠、提供額外的使用者輸入的鍵盤(譬如，與該移動電子裝置700整合或無線地連接至該移動電子裝置700)、及/或提供使用該觸控螢幕的虛擬鍵盤。
圖7B例示該移動電子裝置700的側視圖。在這例子中，該移動電子裝置700的底盤710包括背板714。該背板714至少一部分係導電性。舉例來說，該背板714可包含鋁。圖7C例示該背板714的一內表面716(譬如，當組裝時，移動電子裝置700的一內表面)。該內表面716可包括結構元件718(譬如，加強肋、壁、或導桿)，以提供對該底盤710的結構支撐。然而，如圖7C顯示，該背板714的該內表面716可包括大部分開放或不受阻的空間。因此，在這示例的具體例中，該背板714的內表面716的不受阻部分係用作一整合的固體電解質電池720的一電極。
圖7D例示帶有該整合的固體電解質電池720的該背板714的側視圖。在這例子中，該內表面716的一部分，其形成該整合的固體電解質電池720的部分係平的。在其他具體例中，然而，該內表面716的一部分和該整合的固體電解質電池720可為彎曲的。在某些此類具體例中，該整合的固體電解質電池720的層包含彈性的片材，其順應該背板714的內表面716的弧度。
在這例子中，該背板714的導電性內表面716的一部分形成該整合的固體電解質電池720的一第一電極。舉例來說，該背板714可包含該整合的固體電解質電池720的陰極集電器。在此類具體例中，該整合的固體電解質電池720包括在該內表面716的一部分上形成陰極集電器的一固體電解質陰極層722。該整合的固體電解質電池720更包括在該固體電解質陰極層722上的一隔板層724、在該隔板層724上的一固體電解質陽極層726、以及在該固體電解質陽極層726上的一第二電極728。
在這例子中，該第二電極728係用於整合的固體電解質電池720的一陽極集電器。然而，在其他具體例中該整合的固體電解質電池720的層可反向，俾使該第一電極(即，該背板714)形成陽極集電器而該第二電極728形成陰極集電器。該層722、724、726、728的一或多者可從一卷材料、印刷、噴塗、或以其他方式沉積應用，以形成該整合的固體電解質電池720。因此，該整合的固體電解質電池720係該底盤710的一部分。該整合的固體電解質電池720的高度、寬度、及/或長度可被調整，以合於該背板714的一選擇部分及/或調整該整合的固體電解質電池720的能量儲存能力。電性連接至該第一電極(即，背板714)與該第二電極728可提供電力至該移動電子裝置700的電路和組件。儘管未顯示於圖7D，該整合的固體電解質電池720的某些具體例更包括一囊封層至少部分地或完全地覆蓋層722、724、726、728，以提供環境保護。該囊封層可包 括，舉例來說，塑膠材料或封口膏。
除了與電子裝置的底盤整合之外，或在其他具體例中，電池單元可與電子裝置的其他組件整合。舉例來說，圖8係根據一具體例包括整合的電池單元810的電路板800的剖面側視圖。在這例子中，該電路板800係雙面板。換言之，該電路板800包括藉由非導電基板816隔離的一第一金屬層812和一第二金屬層814。該第一金屬層812和該第二金屬層814可包括，舉例來說，銅或其他導電性材料。該非導電基板816可包括，舉例來說，玻璃纖維或非導電疊層。
如上文討論，該第一金屬層812可被蝕刻或以其他方式形成，以建立用於電性連接複數個電路組件818、820、822的導線圖型。該電路組件818、820、822可包括，舉例來說，電容、電阻、電晶體、及/或處理器或其他積體電路。可使用一或多個鍍孔連接該第一金屬層812的電路導線至該第二金屬層814的導電平面。
在這例子中，該電路板800的該第二金屬層814係用作該電池單元810的一第一電極。該電池單元810更包括在該第二金屬層814下層(即，相鄰)的一第一固體電解質層824、在該第一固體電解質層824下層的一隔板層826、在該隔板層826下層的一第二固體電解質層828、以及在該第二固體電解質層828下層的一第二電極830。該第一固體電解質層824和該第二固體電解質層828可包含固體聚合物或陶瓷材料。再者，該隔板層826可包含固體聚合物或陶 瓷材料，其經組配避免電短路並允許在該電池單元810中電流通過期間離子電荷載體的輸送。該電路板800可包括一電池囊封層832，以隔離及/或保護該電池單元810(譬如，防止濕氣)。該囊封層832可包括塑膠材料或封口膏。
該層824、826、828、830、832的一或多者可從一卷材料、印刷、噴塗、或以其他方式沉積應用，使該電池單元810與該電路板800整合。在一具體例中，舉例來說，該第二金屬層814係接附至部分完成的結構，該結構包括已經沉積在泡沫層內的陽極、陰極、及/或隔板。該電池單元810的高度、寬度、及/或長度可被調整，以合於該第二金屬層814的選擇部分及/或調整該電池單元810的能量儲存能力。
該電路板800包括介於在該第一金屬層812上的至少一第一電路導線至該第一電極(即，該第二金屬層814)之間的第一電性連接834，以及介於在該第一金屬層812上的至少一第二電路導線與該第二電極830之間的第二電性連接836。如圖8顯示，該第一電性連接834和該第二電性連接836可通過該非導電基板816(例如鍍通孔)。需注意的是，儘管該第二電性連接836顯示通過該第二金屬層814，該第二電性連接836係與該第二金屬層814隔離，以致於僅提供從該第一金屬層812上的一或多個導線至該第二電極830的電性連接。在其他具體例中，該第一電性連接834和該第二電性連接836的一或二者通過該電路板800的非導電基板816的邊緣周圍。其他組態可使用在其他具體例中。 舉例來說，在其他具體例的電池可為對稱，並帶有中心電極和至集電器頂部和底部的連接(見圖9)。
在一具體例中，該第二金屬層814係經組配該電池單元810的負極電池終端或陽極集電器。在此類具體例中，該第一固體電解質層824包含固體電解質陽極材料，該第二固體電解質層828包含固體電解質陰極材料，以及該第二電極830係經組配該電池單元810的正極電池終端或陰極集電器。
在另一個具體例中，該第二金屬層814係經組配該電池單元810的正極電池終端或陰極集電器。在此類具體例中，該第一固體電解質層824包含固體電解質陰極材料，該第二固體電解質層828包含固體電解質陽極材料，以及該第二電極830係構形作為該電池單元810的負極電池終端或陽極集電器。
在圖8顯示的該電池單元810可在製程中與該電路板800整合。換言之，某些具體例提供包括電路板800(譬如，第一金屬層812、非導電基板816、和第二金屬層814)的一裝置，該電路板帶有整合在其上的電池單元810。使用者可隨後蝕刻或以其他方式在該第一金屬層812中形成電路導線並將該電路組件818、820、822接附至其中(譬如，使用自動化技術例如取放式機器及/或回焊)。該第一固體電解質層824和該第二固體電解質層828的固體聚合物或陶瓷材料係經組配耐受形成該電路導線與將該電路組件818、820、822接附至該導線的高溫和其他嚴苛條 件。再者，該整合的電池單元810相較使用帶有液體電解質的電池可增加使用期間的安全性並減少人力與整體成本。
圖9係根據一具體例一電池單元900的剖面側視圖。在這例子中，該電池單元900係對稱的，其帶有中心電極910、在該中心電極910上方的一第一固體電解質陽極912、以及在該中心電極910下方的一第二固體電解質陽極914。據此，在這例子中，該中心電極910包含一陽極集電器。該等熟習此藝者將從本案揭示內容認知在其他具體例中，該中心電極910可為一陰極集電器。
在該第一固體電解質陽極912上方係一第一隔板916、一第一固體電解質陰極918、與一頂部電極920。同樣地，在該第二固體電解質陽極914下方係一第二隔板922、一第二固體電解質陰極924、與一底部電極926。因此，在這例子中，該頂部電極920和該底部電極926係對稱的陰極集電器。
該中心電極910、頂部電極920、和底部電極926的一或多者可與一電子裝置整合。舉例來說，該中心電極910、或該頂部電極920或該底部電極926的其中之一可包含顯示在圖7B、7C、和7D的背板714。當該中心電極910包含該背板714時，該電池單元900可形成在該背板714的兩側上。作為另一例子，該頂部電極920可包含顯示在圖8中的電路板800的第二金屬層814。在此類具體例中，該底部電極926可與一第二電子裝置(譬如，一第二電路板)耦合 或整合。
圖10係根據一具體例用於製造電路板的方法1000的流程圖。該方法1000包括提供包含至少一固體電解質的表面貼裝電池單元1010、將該電池單元放置在該電路板的一表面上1012、以及使用回焊製程將該電池單元電性耦合至該電路板上的電路導線1014。
圖11係根據一具體例用於製造電路板的方法1100的流程圖。該方法1100包括提供包括藉由非導電基板分隔的一第一金屬層和一第二金屬層的一電路板1110、將一第一固體電解質層沉積在該第二金屬層上1112、在該第一固體電解質層上沉積一隔板層1114、在該隔板層上沉積一第二固體電解質層1116、以及在該第二固體電解質層上沉積一電極1118。該方法1100更包括建立一第一電性連接，其介於該第一金屬層的第一部分和該第二金屬層的之間1120、以及建立一第二電性連接，其介於該第一金屬層的一第二部分和該電極之間1122。在某些具體例中，該方法1100亦可包括在該電極上沉積一囊封層1124。此外，或在其他具體例中，該方法1100可包括在該第一金屬層中形成電路導線1126、以及使用回焊製程將複數個電性組件電性耦合至該電路導線1128。
實施例具體例
下列係另一個具體例的實施例。
實施例1為一電池，其包括一基板，其包含一電池單元，該電池單元包括一陽極與一陰極。該電池更包括 一或多個電子裝置，其整合在該基板上或在該基板內並經組配從該陽極和陰極接收電力，以及一封裝體，其含有該基板和該一或多個電子裝置。該封裝體包括電性耦合至該陽極的一第一電池終端與電性耦合至該陰極的一第二電池終端。該一或多個電子裝置包括感測電路，以產生感測器資料，以及通訊電路，以向外提供該感測器資料至該封裝體。
實施例2包括實施例1的電池，其中該一或多個電子裝置更包含處理電路，以處理該感測器資料。
實施例3包括實施例2的電池，其中該處理電路係經組配以經處理的感測器資料為基準來控制藉由該第一電池終端與該第二電池終端提供的電力。
實施例4包括實施例1-3的任一者的電池，其中該通訊電路係經組配透過該第一電池終端與該第二電池終端的至少一者傳送該感測器資料。
實施例5包括實施例4的電池，其中該通訊電路係進一步經組配透過該第一電池終端與該第二電池終端的至少一者接收信號。
實施例6包括實施例1-5的任一者的電池，其更包含至少一電終端，該電終端係與該第一電池終端和該第二電池終端分離，其中該通訊電路係經組配透過該至少一電終端傳送該感測器資料。
實施例7包括實施例1-6的任一者的電池，其中該通訊電路係經組配無線地傳送該感測器資料。
實施例8包括實施例1-7的任一者的電池，其中該感測電路包括選自包含下列之群組的一或多個感測器：加速計、陀螺儀、全球定位系統接收器、溫度感測器、麥克風、影像感測器、電力負載感測器、光感測器、與壓力感測器。
實施例9包括實施例1-8的任一者的電池，其中該一或多個電子裝置更包含一記憶體裝置和一輸入/輸出(I/O)介面的至少一者。
實施例10包括實施例1-9的任一者的電池，其中該封裝體係經調整尺寸(sized)並經組配順應用於可替換電池的一標準形狀因數。
實施例11包括實施例1-9的任一者的電池，其中該封裝體係經調整尺寸並經組配在一模組化行動使用者裝置中的一可替換模組。
實施例12包括實施例1-9的任一者的電池，其中該封裝體係與一主裝置整合，其中該感測器資料係與該主裝置的使用有關。
實施例13係一設備，一封裝體，包含一第一電極和一第二電極的一封裝體，其提供電力至一主裝置，在該封裝體內的一電池單元，其提供該電力至該第一電極和該第二電極，以及與在該封裝體內的電池單元整合的電路，其透過該第一電極和該第二電極的至少一者傳送資料。
實施例14包括實施例13的設備，其中該電路係 經組配透過該第一電極接收資料，處理該資料；以及透過該第二電極傳輸該經處理的資料。
實施例15包括實施例14的設備，其中該資料包含感測器資料，其中該電路係經組配處理該感測器資料，以測定與該主裝置或一周圍環境的操作有關的一或多個參數。
實施例16包括實施例15的設備，其中該一或多個參數係選自包含下列之群組：移動、使用、使用的頻率、位置、方向、電力消耗、對濕氣的暴露程度、濕度、震動、溫度、大氣壓力、空氣品質、水質、聲音、輻射、可見光、與紅外光(IR)。
實施例17包括實施例15的設備，其中該電路係經組配，回應在臨界位準或高於一臨界位準的該一或多個參數的測定，觸發一功能。
實施例18包括實施例17的設備，其中該功能包括選自包含下列群組之一或多個操作：電力模式的選擇、基於該電力模式提供至該第一電極和該第二電極的該電力的調整、透過該第一電極和該第二電極的至少一者的該電力模式的傳送、無線訊息的傳送、發光二極體的啟動、麥克風的啟動、感測器的啟動或停用、以及透過該第一電極和該第二電極的至少一者之命令的傳輸，而啟動或停用感測器。
實施例19包括實施例13-18的任何設備，其中該電路更包含一或多個感測器。
實施例20包括實施例13-19的任何設備，其中該封裝體係經調整尺寸並經組配順應用於可替換電池的一標準形狀因數。
實施例21包括實施例13-19的任何設備，其中該封裝體係經調整尺寸並經組配在一模組化行動使用者裝置中的一可替換模組。
實施例22係一模組化系統，其包括包含積體電路的複數個電池模組，其分別地進行該模組化系統的一功能，以及一框架，其經組配選擇性地緊固該複數個電池模組至該框架和卸除連至該框架的該複數個電池模組。該框架提供該複數個電池模組之間的電性連接。
實施例23包括實施例22的模組化系統，其更包含一顯示裝置，其耦合至該框架並經組配從該複數個電池模組的一或多者接收電力。
實施例24包括實施例22-23的任何模組化系統，其更包含一或多個非電池模組，該模組經組配進行該模組化系統的另一功能。該一或多個非電池模組透過由該框架提供的電性連接從該複數個電池模組的至少一者接收電力。
實施例25包括實施例22-24的任何模組化系統，其中藉由該複數個電池模組之各者分別地進行的該模組化系統的功能係選自包含下列之群組：數位相機、擴音器、處理器、記憶體、遊戲控制器、夜視感測器、微型投影機、雷射指示器、收據印表機、醫療裝置、無線區域網路 (WLAN)介面、和無線廣域網路(WWAN)介面。
實施例26係用於製造電路板的方法。該方法包括提供一電池單元，其包含至少一固體電解質、一正極電極、和一負極電極。該正極電極和負極電極係經組配用於表面貼裝。該方法亦包括在該電路板的一表面上放置該電池單元、在該電路板的表面上將該正極電極電性耦合(譬如，使用回焊加工)至一第一導電性導線以及將該負極電極電性耦合至一第二導電性導線、在該電路板上安裝一或多個電子裝置，以從該正極電極和該負極電極接收電力、以及封裝體該電路板，其帶有該電池單元和該一或多個電子裝置。
實施例27包括實施例26的方法，其中該至少一固體電解質包含固體陽極電解質材料和一固體陰極電解質材料。
實施例28包括實施例26的方法，其更包含選自下列群組之該一或多個電子裝置：感測電路、處理電路、與通訊電路。
實施例29係用於製造電路板的方法，該電路板包括藉由一非導電基板分離的一第一金屬層和一第二金屬層。該方法包括在該第二金屬層上沉積一第一固體電解質層，在該第一固體電解質層上沉積一隔板層，在該隔板層上沉積一第二固體電解質層，在該第二固體電解質層上沉積一電級，在該第一金屬層中形成電路導線，以及將複數個電性組件電性耦合至該電路導線。
實施例30包括實施例29的方法，其更包括在該第一金屬層的第一部分和該第二金屬層之間建立一第一電性連接，以及在該第一金屬層的第二部分和該電極之間建立一第二電性連接。
實施例31包括實施例29的方法，其更包含在該電極上沉積一囊封層。
實施例32包括實施例29的方法，其更包含選自包含下列群組之該複數個電性組件：感測電路、處理電路、和通訊電路。
實施例33係包括機器可讀取指令的一機器可讀取儲存器，當執行時，實施如在實施例26-32任何列舉的方法。
實施例34係具有儲存在其中的計算機可讀取指令的至少一計算機可讀取儲存器媒體，當執行時，實施如在實施例26-32任何列舉的方法。
術語「耦合」在本案可用於指稱任何類型的關係、直接或間接、在討論中的組件之間，並可應用至電、力學、流體、光學、電磁學、機電、或其他連接。此外，術語「第一」、「第二」、等等在本案可能僅用於便於討論，並不帶有具體的時間或空間的意義，除非另有說明。
在本說明書中「一(one)具體例」、「一(an)具體例」、「例示具體例(example embodiment)」等等的任何參照，意指與該具體例有關的具體特點、結構、或特性係包括在本發明的至少一具體例中。出現在說明書中許多不同 地方的此類用語不一定要全部參照至相同的具體例。再者，當具體特點、結構、或特性說明係說明成與任何具體例有關時，應當認為影響與其餘具體例有關的此類特點、結構、或特性的項目係在一熟習此藝者的權限範圍內。
各式具體例可使用硬體元件、軟體元件、及/或兩者的一組合實施。硬體元件的例子可包括處理器、微處理器、電路、電路元件(譬如，電晶體、電阻、電容、電感、等等)、積體電路、特殊應用積體電路(ASIC)、可程式邏輯裝置(PLD)、數位信號處理器(DSP)、場式可程式閘陣列(FPGA)、邏輯閘、暫存器、半導體裝置、晶片、微晶片、晶片組，等等。軟體的例子可包括軟體組件、程式、應用、計算機程式、應用程式、系統程式、機器程式、操作系統軟體、中間件(middleware)、韌體、軟體模組、程序(routines)、子程序、功能、方法、程序(procedures)、軟體介面、應用程式介面(API)、指令集、計算代碼、計算機代碼、碼段(code segments)、計算機碼段、文字、值、符號、或其等的任意組合。
至少一具體例的一或多個態樣可藉由儲存在機器可讀取媒體上代表性的指令實施，該媒體代表在該處理器內的各式邏輯，當機器讀取時，將使該機器產生邏輯，以進行本案說明的技術。此類表示法，稱為「IP核心」可儲存在有形的、機器可讀取的媒體並供應不同客戶或製造設備，以載入至生產機器，其實際上製成邏輯或處理器。
儘管具體例已參照其等數個例示的具體例說 明，應理解的是藉由該等熟習此藝者可計劃眾多其他變化例和具體例，其將落在本揭示內容原理的精神與範疇內。更尤其，在本揭示內容、附圖與隨附申請專利範圍的範疇內之主題的組合配置的組成零件及/或配置的各式變化例和改良型係可行的。除了在組成零件及/或配置的變化例和改良型之外，另擇的使用對該等熟習此藝者亦是顯而易見。因此，本發明的範疇應僅由下列專利請求項決定。
100:智慧型電池
102:電池基板
104:正極(+)終端
106:負極(-)終端
110:處理器
120:電力積體電路
130:通訊電路
140:感測器
150:記憶體裝置
160:輸入/輸出(I/O)介面

Claims (13)

  1. 一種設備，該設備包含：一封裝體，該封裝體包含用於提供電力給一主裝置的一第一電極和一第二電極；在該封裝體內的一電池單元，用以提供電力給該第一電極和該第二電極；以及與該封裝體內之該電池單元整合在一起的電路，用以透過該第一電極和該第二電極其中至少一者傳送資料。
  2. 如請求項1的設備，其中，該電路被組配成可進行下列作業：透過該第一電極接收資料；處理該資料；以及透過該第二電極傳輸經處理資料。
  3. 如請求項2的設備，其中，該資料包含感測器資料，並且其中，該電路被組配成可處理該感測器資料以判定與該主裝置之作業或周圍環境有關的一或多個參數。
  4. 如請求項3的設備，其中，該一或多個參數係選自於包含下列各者之群組：移動、使用、使用頻率、位置、方向、電力消耗、對濕氣的暴露程度、濕度、震動、溫度、大氣壓力、空氣品質、水質、聲音、輻射、可見光、與紅外光(IR)。
  5. 如請求項3的設備，其中，該電路被組配成可因應於判 定出該一或多個參數大於等於臨界位準而觸發一功能。
  6. 如請求項5的設備，其中，該功能包括選自於包含下列各者之群組的一或多個操作：選擇電力模式、根據電力模式而調整提供給該第一電極和該第二電極的電力、透過該第一電極和該第二電極其中至少一者而傳達電力模式、傳送無線訊息、啟動發光二極體、啟動麥克風、啟動或停用感測器、以及透過該第一電極和該第二電極其中至少一者傳送命令以啟動或停用感測器。
  7. 如請求項1的設備，其中，該電路進一步包含一或多個感測器。
  8. 如請求項1的設備，其中，該封裝體受組配且被設定尺寸成符合針對可替換電池的標準形狀因數。
  9. 如請求項1的設備，其中，該封裝體受組配且被設定尺寸成可作為一模組化行動使用者裝置中的一可替換模組。
  10. 一種模組化系統，該模組化系統包含：包含積體電路的複數個電池模組，其各用於進行該模組化系統的一功能；以及一框架，該框架被組配成可選擇性地使該等複數個電池模組被鎖固於該框架上或使該等複數個電池模組自該框架上卸除，該框架可提供在該等複數個電池模組之間的電性連接。
  11. 如請求項10的模組化系統，該模組化系統進一步包含：與該框架耦接的一顯示裝置，該顯示裝置被組配成可接 收來自該等複數個電池模組其中一或多者的電力。
  12. 如請求項10的模組化系統，該模組化系統進一步包含：被組配來進行該模組化系統之其他功能的一或多個非電池模組，該一或多個非電池模組可透過由該框架所提供的電性連接而接收來自該等複數個電池模組其中至少一者的電力。
  13. 如請求項10的模組化系統，其中，該模組化系統之分別藉由該等複數個電池模組所進行的功能係選自於包含下列各者的群組：數位相機、擴音器、處理器、記憶體、遊戲控制器、夜視感測器、微型投影機、雷射指示器、收據印表機、醫療裝置、無線區域網路(WLAN)介面、和無線廣域網路(WWAN)介面。
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