附有usb连接器的电子按键的制造方法以及所制的电子按键的制作方法

专利名称：附有usb连接器的电子按键的制造方法以及所制的电子按键的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用通用串行总线(USB)电子按键形式或“软件狗”形式的电子装置的制造方法。本发明还涉及这种按键的结构。
USB按键被设计为连接到诸如个人电脑(PC)等电信设备的USB外围设备端口。其应用领域和智能卡(带有芯片的卡)或/和读卡机或卡片驱动器(形成数据保护、因特网访问、ID、电子商务、在线支付、加密系统等)的应用领域一样广阔。
目前销售的USB按键价格比较昂贵，并且其图形和软件定制仍然是有限制的。这样一个按键要装备一个标准的USB连接器、一个机械和电接口，以及一个能够保护系统并使系统的零件聚拢在一起的外罩。
某些按键需要引入用户识别模块(SIM)或安全进入模块(SAM)，使之能够开始工作。然后使用者才能将按键插入PC或其他任何能够接纳USB连接器的设备(打印机、个人数据助理(PDA)等)。
一般来说，本发明的按键包括插入设备端口的部分，以及保留在端口外面及保留在设备的外表或外壳外面的部分，以便能用手操作。
专利申请PCT/FR 02/03247描述了一种制造USB电子按键的方法，其中，从智能卡上分离出一个模块，模块上有和USB尺寸相适应的接触垫片，然后至少在接触垫片的范围内对模块的厚度进行调节，使其厚度符合USB标准。


图1表示采用上述方法获得的智能卡，并且由此分离出电子按键5。按键的前面部分51用来插入通信设备的USB端口。这一部分装备了带有条形接触垫片28的微电路，在该接触垫片的下面设置电子芯片并与之连接。按键还有后面部分52，设计成可以用手握住。在此阶段，除了连接按键和智能卡本体27的桥以外，按键几乎全被部分预分离部分53所环绕。
这种方法的缺点在于不能就芯片和/或元件的数量和尺寸提供多种可能性。按键可以用来完成大量应用程序以及更为复杂的安全功能，这些都需要占有存储空间。因此必须具有更多可用的存储空间或更多的元件，并且能够对它们在机械上加以保护。
目前市场上的按键中，有一些具有装配了表面安装元件(SMC)的印刷电路，其接触点或连接钉采用焊接或其他结合方式进行连接。制成的组件设置在底部塑料外壳中，用一个顶部塑料外壳覆盖在集成电路上，只有接触叶片的末端露在外面。这种方法的缺点是价格昂贵。
本发明的一个目标是通过选用智能卡制造方法中的某些措施，并辅以其他一些现有的措施，来解决这些缺点。
特别是，本发明提供了制造USB电子按键的一种方法，通过这种方法，从带有大量微电路的柔性带上分离出一个微电路，每个微电路各规定几个USB格式接触垫片，并且装有至少一个连接到接触垫片上的电子元件。
“USB格式接触垫片”一词用来表示某形状合乎USB格式或与USB格式相容的接触垫片。
该方法的特征在于，在一次操作中，微电路的厚度至少可以在其接触垫片上进行调节，从微电路直接启动，于是具有合乎USB标准的厚度。
与上述现有技术相比，该方法有可能避免将微电路插入具有标准ISO格式的智能卡本体的步骤，而这种格式的尺寸超过了按键的最终尺寸，并且还有可能避免其后为了取出按键留下空白造成的智能卡本体的割裂。
可以直接在微电路上将厚度调节到2mm，无需采取措施，另行制作一个合乎标准智能卡厚度(0.76mm)的支持卡。这样调节后制出的按键，可以立即用于具有合乎现有标准的USB连接器的装置中。
本发明的特征还在于-通过保护性外罩来进行调节，外罩至少包含一个至少设置在接触垫片下面的底部半壳；-底部半壳和顶部半壳交互装配，顶部半壳下面是位于接触垫片外的微电路区；-通过将微电路插入外壳后部边缘上的插口来进行调节；-通过在微电路上方形成一个上模压部分来进行调节；-微电路固定在底部外壳上；-用粘合剂粘接或紧密嵌配的方式，将微电路至少固定在接触垫片范围的宽度方向上；
-电子元件设置在垂直距离远离接触垫片的位置；-电子元件和接触垫片一样，设置在微电路的同一边。
本发明还提供了一种包含一个微电路的电子按键，微电路规定了USB格式接触垫片，装有连接到接触垫片的电子元件，并且具有设置在介质层上的接触垫片。
根据所采用方法的执行情况，电子按键具有-通过直接在微电路上方模压的单一均质材料的上模压部分，至少在接触垫片的范围内对其厚度进行调节，从而使微电路厚度达到USB标准；-通过底部外壳，至少在接触垫片的范围内，对微电路厚度进行调节，从而使微电路厚度达到USB标准。
-底部半壳与顶部半壳交互装配，顶部半壳下面是位于接触垫片外的微电路区；-按键在其前面、侧面或后面的边缘有一个插口，按键的外壳被制成一个整体。
-在一次操作中，微电路调节的厚度大于1.5毫米，小于大约2毫米，取决于带的尺寸。
按照本发明的特征，关于电子元件的数量和尺寸以及电子元件的配置可以有更大的选择余地。这一点可以用下列事实解释USB格式内接触垫片下的厚度大于标准智能卡的厚度(分别为2mm和0.76mm)。
本发明还具有下列优点元件基本位于典型智能卡的两层空腔中接触垫片下的中心位置，其定位不会受到约束。
由于对元件提供机械保护的外壳的容积较大，本发明还减少了对元件尺寸的限制。
特别是采用两部分外壳的形式，即底部部分和顶部部分，可以使一个或多个元件安置在微电路的一个面和/或其他面上，并且如果必要的话，还可以安置在偏离正对接触垫片的垂直位置或面向接触垫片的位置。为了实现对USB按键所要求的功能，可以考虑采取多种多样的形状。
通过阅读下面非限制性示例所作的描述并参照附图，可以清晰地显示本发明的其他特征及优点。
上面已经讲过，图1简要表示一个标准ISO格式的现有技术的智能卡，以及由此提取的USB按键；图2是本发明的方法所采用的承载微电路的带的平面图；图3是用来连接到USB型端口的微电路的USB格式接触垫片的局部视图；图4是分离后的微电路的简略平面图；图5是分离后的两种不同微电路的简略侧视图；图6简要表示采用本方法的第一方案获得的按键；图7简要表示上图的USB按键是如何插入通信设备的USB端口的；图8和图9简要表示采用本方法的第二方案所获得的按键；图10和图11简要表示采用本方法的第三方案所获得的按键。
如图2所示，制造USB电子按键的方法包含的一个步骤是从连续带54开始的，带54是例如智能卡领域所采用的带，为LFCC或MCTS型。本示例中的带由承载一系列微电路56的介质衬垫薄膜55组成，每个微电路都有导电图。导电图列出接触垫片57，以及将接触垫片延伸到与接触垫片相反的微电路后面位置的导轨58。将一个电子芯片固定到该位置上，并且通过连接线将其接头电气连接至导轨。可以采用智能卡领域中已知的任何其他连接方式。
用一滴沉积的绝缘树脂形成保护层59，覆盖由芯片和连接线所构成的组件。
作为另一种可行方式，带可以全部采用精细金属网线板的形式，其中部分导电图案可以预先挖剪形成。
带的表面不论是采取介质与金属相结合的形式，或是完全采用金属，其总厚度一般都小于印刷电路的厚度。介质材料例如为聚酰亚胺薄膜。带为连续不断的形式，因此能缠绕在卷轴上，而且为了能够卷动，最好在侧面打孔。
和在智能卡技术中一样，因此本方法采用相同的带，并采取下述步骤确定接触垫片及可选导轨，固定芯片，连接，当然还有电气测试，并通过分离来提取微电路。
如图3所示，微电路的接触垫片是由对应于USB类型端口的电连接接头的方式确定的，即一个用于电流馈送的VCC，另一个用于接地的GND，以及另外两个用于数据通信。于是，这些接触垫片就可以方便地替换标准USB连接器或以焊接方式或其他方式固定到上述现有技术的印刷电路上的金属接点。
图4表示一个已经从带54分离而取出的微电路。在微电路的顶端表面(图4中可以看到的表面)设置一个芯片，并用覆盖层覆盖。
在图5中可以看到，微电路已经装上一个集成电路芯片60或多个集成电路芯片60、61。在使用并列或叠放的其他芯片或电子元件时，可以装置在模块的整个表面上，但不包括用来插入USB连接器并与之建立电接触的接头的顶面。最大尺寸的主要芯片最好设置在朝向按键插入相反方向的按键的后面偏移的区域。上述后面部分62通常相当于按键可以抓住的部分，也就是可以用手握住的部分，或按键从设备的USB端口伸出的部分。本图中的芯片设置在微电路的底面，但是也可以设置在每个接触垫片建立电接触的那个表面相同侧边的顶面上。
分离出的微电路在接触垫片范围内的厚度约为0.16mm。当按键插入时，为了接触垫片能够与USB端口65的电接头发生接触，这一厚度是太小了。微电路的理想厚度应为2mm。
为了保持在智能卡的标准制造方法范围内，而又不必研制昂贵的专用工具，一旦微电路从带上分离，这时，至少在伸入USB端口的位置上，在接触垫片的范围内将其厚度调节为符合USB标准的厚度。
一个非常简单的解决方法，是在图6所示的部分63之上的微电路的接头的末端增加一个塑料部分，此部分可以插入外部设备的USB端口中。
为此，可以对微电路进行包封，封装操作可以按下述各种方式进行。
如图6和图7所示，可以在除接触垫片之外的整个微电路上方模压一层塑料，使得裸露的接触垫片留在按键101的表面。接触垫片最好与上模压塑料的表面在同一水平。例如，垫片的水平与模压表面在加或减100μm的同一水平上。在此示例中，在一次厚度调节操作中，可以达到1.84mm的厚度调节。
在按键的后部有一层加厚的上模压部分，相对于接触垫片来说，形成了一个肩形凸出部64，这一凸出部覆盖了导轨和元件。
在图中未加显示的另一方式中，只在按键前面接触垫片的范围上方进行上模压(不是在导轨的上方或芯片位置的上方)。所获得的上层模压部分使之可以一劳永逸地设置按键的标准部分。也可以另作选择，使上模压部分在以后增加一个修饰性覆盖层，或者增加一个按键外罩(例如，塑料外壳)，和/或由客户或供应商所选规格而定。为此，修饰性覆盖层可以用任何机械连接方式固定到上模压位置，例如夹子、横向凹槽等。
由上模压产生并称为“上模压部分”的形式也可以延伸到按键的后部，使设置在后面部分的所有元件得到强化和/或封装和/或保护。
也可以选择在微电路分离之前，在带上形成全体或部分上模压部分。特别是在底部，可以采用挤压成型的连续上模压技术。然后，部分64可以在一个注模中局部地进行上模压。
在图8表示的一种变化方式中，通过底部半壳66所形成的外罩来进行调节。在这种情况下，芯片设置在导轨的相同面上。在外壳的一个末端，可以设置和微电路的条形接触垫片相对应的平行凹槽。
顶部半壳67可以设置在按键的后部，在位于接触垫片外面的微电路区域62的上方，以便覆盖芯片和覆盖层59。可以采取任何适当的固定方式，将半壳67安装在覆盖微电路底部表面的底部半壳66之上。通常由ABS或聚碳酸酯材料构成的外壳，可以特别采用夹紧、粘合剂粘接、超声焊接或封接、螺丝钉等方法组装在一起。
如果微电路在接触垫片或导轨的同一面不包含芯片，制备方法和按键都可以省去顶部半壳67的固定工作。微电路可以只用粘合剂粘接固定在半壳66中。作为粘合剂粘接的替换方式，对于齿形或梳形的垫片，微电路可以至少在接触垫片的范围内，在宽度方向上与外壳紧密接合。
在图10和图11中表示的变化方式中，由一个整块外壳68进行调节，整块外壳68的全部形状相当于由上述两个外壳66和67所形成的外罩的合成形状，但是，在后侧面配备了横向插入槽69。这样足以经过外壳的后面插入微电路，以便完成厚度调节。当电子元件设置在接触垫片下面时，最好不要在支撑接触垫片的电介质薄膜上打孔或切割。同样，最好在没有配备凹槽70时提供一个外壳，作为微电路的安装空间。
在本发明中，甚至在组合的电介质/金属表面或只有金属的情况下，所述带的总厚度一般比没有元件的印刷电路的厚度小3倍。
举例来说，电介质为聚酰亚胺薄膜。薄膜采用适合于缠绕在卷轴上的带的形式，而且为了便于卷动，最好在侧面打孔。以前的印刷电路板(PCB)介质，特别是用酚醛塑料、环氧树脂及聚四氟乙烯制成的介质更厚，并且不适用于智能卡技术，因而被排除在本发明之外。特别是用玻璃纤维增强的印刷电路，不能缠绕在卷轴上，也被排除在外。
作为示例，可以采用介质厚度为75μm的带，用厚度为15μm的粘合剂，将带粘附在厚度为70μm的金属板上。在另一个示例中，介质层上有用来卷动的侧面穿孔，介质层的厚度、粘合剂的厚度、垫片的厚度分别为120μm、15μm和35μm。
介质层厚度最好是小于或等于200μm。
本示例中，在微电路上增加了集成电路芯片和覆盖层，使微电路的总厚度在元件的水平上，小于或等于630μm，与PCB技术不同。
此外，可以通过导线或导电粘合剂建立元件间的连接，特别是在芯片和面向导电表面的接头一起装配的时候，亦即倒装芯片(芯片上下倒转安装)。
元件可以采取集成电路芯片的形式，用粘合剂粘接到带的介质或金属表面，然后，芯片及其连接最好用一滴绝缘树脂覆盖。树脂可以紧贴在芯片上配合，其连接是可见的，并且延伸到芯片周围的支撑部分上。如必要的话，芯片上由树脂形成的凸出部分可以刨平，以减小其厚度。
最后，采用全部或部分上述智能卡技术以获得紧凑的微电路，从而表现出上述各种优点。
在一个变化方案中，本发明的按键是以采用智能卡技术的模块(USB格式的接触垫片除外)及外壳(支撑)为基础设计的。
模块包含被接触垫片覆盖的介质薄膜，及垂直设置在接触垫片和/或薄膜下面的芯片。外壳最好直接形成按键的最终形状，特别是，采取向后凸起的形状，便于手持，并提供满意的外观。
外壳有一个前面部分，在连接的情况下，该部分适合于安置符合传统智能卡插入操作的模块。前面部分配备有一个空腔，可以用来安置模块。
模块的接触垫片最好可以和外壳或支撑物的前面的外壳表面处于同一水平。外壳可以有两层顶层放置介质和接触垫片，底层放置芯片、连接线路及覆盖层。前面部分的厚度充分符合标准USB按键厚度，大体上大于标准智能卡厚度(0.76mm)。插入可借助于设置在顶部平面和模块间的粘合剂完成。例如，粘合剂可包含粘合剂液滴或热粘合类型的薄膜。
最后，为了使按键完善，可以设置一个顶部开口的金属框架或圆环，围绕着外壳的前面部分加以固定。外壳的前面部分可以配备一个开合式的保护盖。
权利要求
1.制造USB电子按键的方法，其中微电路从带有多个微电路的带上分离出来，每个微电路都确定若干USB格式的接触垫片，并承载一个连接到垫片的电子元件，所述方法的特征在于，其进一步包含下述步骤，在一次操作中，至少在接触垫片的范围内，对微电路的厚度进行调节，以便获得合乎USB标准的厚度。
2.权利要求1的制造方法，其特征在于，所述调节由包含至少一个至少设置在接触垫片(57)之下的一个底部半壳(66)的外罩(64、66、67、68)进行。
3.根据权利要求2的制造方法，其特征在于，底部半壳与覆盖位于接触垫片外面的微电路(62)区域的顶部半壳(67)交互装配。
4.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，通过将微电路插入在后部边缘有插口(69)的外壳(68)来进行所述调节。
5.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，通过在微电路(100)上方形成一个上模压部分(64)来进行所述调节。
6.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，微电路被固定到底部半壳(66)上。
7.根据权利要求6的制造方法，其特征在于，微电路通过粘合剂粘接或至少通过交叉紧扣的方式加以固定。
8.根据上述任何一个权利要求的制造方法，其特征在于，电子元件设置在偏离接触垫片位置(63)的地方。
9.根据上述任何一个权利要求的制造方法，其特征在于，电子元件设置在与接触垫片相同的微电路的顶面上。
10.一个电子按键，包含确定USB格式接触垫片的微电路，该按键具有至少一个连接到垫片的电子元件(60、61)，该电子按键的特征在于，所述接触垫片(57)被设置在厚度小于200μm的介质层上；并且电子按键的厚度在微电路上方上模压材料的部分(66)至少在接触垫片的范围内及在接触垫片的下面的区域进行调节，从而使其微电路的厚度合乎USB标准。
11.根据权利要求10的电子按键，其特征在于，上模压部分适合于在以后安装覆盖层。
12.一个电子按键，包含确定USB格式接触垫片的微电路，该按键具有一个连接到垫片的电子元件，该电子按键的特征在于，接触垫片(57)被设置在厚度小于200μm的介质层上；并且电子按键的厚度用底部半壳(66)至少在接触垫片的位置(63)的范围来进行调节，从而使其微电路的厚度合乎USB标准。
13.根据权利要求11的电子按键，其特征在于，底部半壳与顶部半壳(67)交互装配，顶部半壳覆盖在位于接触垫片位置(63)外面的微电路的区域(62)上。
14.根据权利要求12或权利要求13的电子按键，其特征在于，在其外壳的后部边缘上，有一个用来插入微电路的插口(69)。
全文摘要
本发明涉及制造USB电子按键的方法，从配备大量芯片的带上分离出一个芯片，每个芯片确定USB格式接触垫片，并承载一个电子元件，该电子元件连接到所述垫片上。按照该发明，厚度调节的步骤直接在芯片上以及至少在接触垫片的范围内进行，提供合乎USB标准的厚度。
文档编号G06K19/04GK1902642SQ200480039212
公开日2007年1月24日 申请日期2004年10月4日 优先权日2003年10月28日
发明者F·穆泰, J·巴里尔, T·卡利施, P·-A·科勒特 申请人:格姆普拉斯公司