CN101589522A - 背对背印刷电路板通用串行总线连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种双侧USB连接器(201)，其可包含第一PCB(40)，所述第一PCB可提供位于其第一侧上的第一组电触点(42)及位于其第二侧上的若干焊垫。所述第一PCB可进一步包含组件侧、焊垫及信号迹线。所述双侧USB连接器(201)还可包含第二PCB(38)，所述第二PCB可提供位于其第一侧上的第二组电触点(35)及位于其第二侧上的若干端子(46)。选自所述第二组触点(35)的触点可(举例来说)通过所述第二PCB(38)中的通孔路径而连接到选定的端子(46)。来自所述第一及第二组触点(42、35)的触点可使用信号迹线而非导线选择性地连接到所述第一PCB(48)上的组件。所述第一PCB(40)可通过使用所述端子(46)而接合到所述第二PCB(38)，且所述两个PCB(40、38)可使用共模制本体来加以封装。

Description

背对背印刷电路板通用串行总线连接器
相关申请案交叉参考
本申请案主张2006年12月7日提出申请的第60/868,939号美国临时申请案在35U.S.C.§119(e)下的优先权，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
便携式电子卡、芯片卡或集成电路卡(ICC)通常指代具有嵌入式集成电路的各种袖珍型电子卡，其可接收、处理并输出数据。袖珍型电子卡通常具有模制本体，所述本体通常由塑料制成。此类卡包含例如通用串行总线(USB)连接器的连接器，所述卡通过所述连接器而与外部装置或主机互动。具有USB连接器的电子卡的使用继续变得更为普遍。
一种类型的USB连接器包含用以保护连接器的电触点且促进USB端口进行更佳的机械夹紧的金属外壳。然而，在某些情况下，不具有金属外壳的USB连接器是优选的，(举例来说)因为不具有金属外壳的USB连接器通常较小且相对于有外壳的连接器制造较廉价。正得到普及的一种类型的USB连接器是双侧USB连接器。
双侧USB连接器由两个大致相对的触点区域组成，其中一个触点区域提供用于数据通信的USB接口，且另一触点区域提供(或用作)电源触点，USB主机可通过所述电源触点而给所述USB卡的嵌入式电子组件供电。在另一类型的电子卡中，“另一”触点区域用于传送另一类型的信号，举例来说，音频信号。所述双侧连接器的两个大致相对触点区域通常提供于所述USB卡的外表面上。袖珍型卡通常包含具有暴露的触点区域(即，未使用保护性外壳来保护电触点)的双侧USB连接器，因为此类卡(其通常具有小于2毫米(mm)的厚度)无法容纳有外壳的USB连接器。来自沃雷泰克斯微電子有限公司(Walletex Microelectronics Ltd)的袖珍型卡“钱包式快闪(WalletFlash)”包含此连接器。
传统上，如图1所图解说明，袖珍型卡包含与印刷电路板(PCB)组合件介接的双侧USB连接器，所述印刷电路板组合件包含所述卡的嵌入式电子组件，所述组件通常通过使用表面安装技术(SMT)而安装于所述PCB上。“SMT”指代一种用于构造电子电路的方法，其中通过将组件的端子焊接到PCB上的对应焊垫而将所述组件安装于所述PCB的表面上。“焊垫”指代平坦的、通常经锡-铅、银或金镀敷而无孔的铜垫。SMT技术已在很大程度上取代穿孔技术(一种涉及借助到电路板中的孔中的电线引线来装配组件的技术)。在表面安装构造中，所述组件焊接到PCB外表面上的垫或焊盘，出于此原因，表面安装颇有助于高自动化程度，从而降低劳动成本并极大地增加生产速率。
图1示意性地图解说明根据现有技术的袖珍型卡100。袖珍型卡100包含两个传统上分离的部分。通常表示为101的第一部分包含双侧USB连接器，所述双侧USB连接器包含所述USB连接器的第一触点区域28及第二触点区域30。触点区域30由第一组电触点组成且触点区域28由第二组电触点组成。所述电触点可由平坦的、通常经锡-铅、银或金镀敷的铜制成或包含平坦的、通常经锡-铅、银或金镀敷的铜。
通常表示为102的袖珍型卡100的第二部分包含其上安装有电子组件22的PCB24区段。传统上，互连(或介接)所述双侧USB连接器及(与)PCB 24涉及将电线32既焊接到所述USB的触点区域28及30又焊接到PCB 24上的对应焊垫。作为PCB24的组合件的一部分，电子组件22的端子(所述端子通常表示为26)焊接到PCB 24上的对应焊垫。为简明起见，仅显示安装于PCB 24上的三个电子组件。然而，典型卡可具有不同数目的电子组件，且通常为三个以上。
传统上，首先组装PCB 24且接着使用电线32将其连接到所述USB的触点区域28及30。然而，使用例如导线32的导线需要管理导线库存(inventory)，且手动焊接导线较昂贵且耗时。另外，手动布线易于出错，出于此原因，必须在将所述卡的组件封装于模制本体(例如卡100的模制本体20)中之前执行布线检查阶段。
具有袖珍型卡将为有益的，其不需要将PCB硬布线到USB连接器且将促进其组装工艺的自动化，所述组装工艺可包含(举例来说)波焊技术。“波焊”指代一种焊接工艺，通过所述焊接工艺将电子组件焊接到PCB以形成电子组合件。作为所述工艺的一部分，将电子组件置于PCB上且使所述PCB穿过焊料波以使得所述焊料将所述PCB的暴露的焊垫润湿。阿兹莫恩(Atsmon)等人的美国专利申请案2007/0243769(缩写为769)揭示一种具有主PCB(其携载电子组件)及连接器PCB的双侧USB连接器。然而，根据769，所述连接器PCB携载所述连接器的两个接触条带且所述连接器PCB是否可像其电子组件中的其余组件一样焊接于所述主PCB的顶部上(即，在自动焊接工艺中)尚有疑问。因此，还将期望具有一种将实现以更佳自动化程度组装便携式及袖珍型电子卡的方法。也将期望提供一种其设计减少昂贵组装操作数目的USB卡。
发明内容
结合系统、工具及方法描述并图解说明以下实施例及其若干方面，所述实施例及其若干方面意味着实例性及说明性而非限制范围。
作为本发明的一部分，揭示一种双侧通用串行总线(USB)连接器(其可以是可反转连接器)，所述双侧USB连接器可包含第一PCB，所述第一PCB可具有、支撑、包含或提供位于其第一侧上的第一组电触点及位于其第二侧上的与所述第一组电触点大致相对的焊垫。所述第一PCB可进一步包含位于其组件侧上的组件、焊垫及信号迹线以形成电子电路。
所述双侧USB连接器还可包含第二PCB，所述第二PCB可具有、支撑、包含或提供位于其第一侧上的第二组电触点及位于其第二侧(即，端子侧)上的若干端子，所述端子可与第二组电触点大致相对。选自所述第二组触点的触点可(举例来说)通过所述第二PCB中的通孔路径而连接到选定的端子。所述第一PCB可通过使用所述端子而接合到所述第二PCB。
作为本发明的一部分，还揭示一种包含所述双侧USB连接器的便携式电子卡。所述双侧USB连接器可包含：第一组电触点，其形成所述USB连接器的第一触点区域；及第二组电触点，其形成所述USB连接器的与所述第一组电触点大致相对的第二触点区域。
所述便携式电子卡可进一步包含第一PCB，所述第一PCB具有：组件侧，其上安装有一个或一个以上组件；及第一触点区域，其由所述第一组电触点形成。所述便携式电子卡可进一步包含第二PCB，所述第二PCB具有：第二触点区域，其由所述第二组电触点形成；及端子侧，其上提供有若干端子。所述第二组电触点的触点可选择性地连接到所述端子侧上的端子，且所述第一PCB可使用所述第二PCB的端子侧上的端子而接合到所述第二电路板。
选自所述第一组电触点或选自所述第二组电触点的触点可通过使用信号迹线而非使用导线连接到所述第一PCB的组件侧上的选定的组件。将选定的触点连接到选定的组件可包含将这些触点连接到所述第二PCB的底侧(即，端子侧)中的选定的端子及将所述选定的端子焊接到所述第一PCB上的焊垫。所述第一PCB及所述第二PCB可封装于共模制本体中。所述便携式电子卡可以是智能卡或便携式存储卡。
作为本发明的一部分，揭示一种组装具有双侧USB连接器的便携式卡的方法。所述便携式卡组装方法可包含：a)给第一PCB提供若干焊垫及若干信号迹线，且提供安装于所述第一PCB的顶侧上的若干组件；b)向所述第一PCB的底侧提供第一组电触点以借此形成所述USB连接器的第一触点区域；c)提供第二PCB，所述第二PCB具有位于所述第二PCB的底侧上的若干端子；d)向所述第二PCB的顶侧提供第二组电触点以借此形成所述可反转USB连接器的第二触点区域；及e)使用所述信号迹线而非使用电线将选自所述第一或第二组触点的触点连接到选定的组件。
除以上所描述的实例性方面及实施例以外，通过参照图及通过研究以下详细说明，其它方面及实施例也将变得显而易见。
附图说明
在所参考的图中图解说明实例性实施例。打算将本文所揭示的实施例作为说明性而非限制性实施例。然而，当结合附图阅读本发明时参照以下详细说明将更好地理解本发明，附图中：
图1示意性地图解说明根据相关技术的实例性袖珍型电子卡；
图2示意性地图解说明根据本发明的实例性袖珍型电子卡；
图3示意性地图解说明图2的电子卡的上侧；
图4显示图3的电子卡沿线A-A的截面图；及
图5是根据本发明实施例的组装便携式电子卡的方法。
应了解，为图解的简明及清晰起见，图中所示的元件未必按比例绘制。此外，在认为适当的地方，在所述图中重复参考编号来指示相似、对应或类似元件。
具体实施方式
通过参考本发明实施例的本详细说明将更好地理解以上权利要求书。本说明并不打算限制权利要求书的范围而是提供本发明的实例。
根据一个实施例，提供一种用于袖珍型电子卡的新颖双侧USB连接器，所述双侧USB连接器包含第一PCB(本文可互换地称为“主PCB”)及作为额外或补充组件安装于所述主PCB上的第二PCB(本文可互换地称为“通孔PCB”)。还提供一种新颖便携式存储卡，其包含所述新颖双侧USB连接器。所述双侧USB连接器可以是可反转的。
通过以本文所揭示的方式使用主PCB及通孔PCB的组合，避免了使用类似于图1的导线32的互连电线，且可有益地使用信号迹线来替代。在电子学中，PCB的(即，在PCB上且有时在PCB内)“信号迹线”是用于传导电信号的电线的等效物。每一信号迹线通常由在蚀刻(一种引起移除PCB上的不使用的铜的工艺)之后余留的铜箔的平坦的窄部分组成。信号迹线作为PCB的总体布局设计的一部分加以设计。取决于PCB的总体布局设计，信号迹线可包含一个或一个以上通孔路径。
本发明的主PCB可类似于图1的PCB 24，除了所述主PCB还容纳位于其侧中的一个侧上的所述新颖连接器的第一组电触点及位于其另一侧(其为本文称为所述主PCB的“组件侧”的所述主PCB的侧)上的通孔PCB。由于袖珍型电子卡的相对小的厚度，所述主PCB可仅在一个侧上携载若干组件，但将来此方法可能改变。
通孔PCB在其侧中的一个侧上固持所述新颖连接器的第二组电触点，且其可提供或可包含通孔路径(因此称其为“通孔PCB”)，可通过所述通孔路径使用焊垫将选自所述第二组电触点的电触点连接到所述主PCB。在PCB设计中，“通孔路径”或更一般来说“通孔”指代具有经镀敷孔的焊垫，所述经镀敷孔在内部将铜迹线从所述PCB的一个层连接到其它层或将所述PCB的一个侧连接到另一侧。可对所述孔(即，通孔路径)进行电镀或可插入小铆钉。如上所述，卡中的信号迹线可包含一个或一个以上通孔路径。所述主PCB及通孔PCB可封装于共模制本体中以给予所述电子卡机械耐久性。
图2示意性地图解说明根据一个实施例的通常显示于200处的便携式电子卡。便携式卡200包含通常表示为201的双侧USB连接器。双侧连接器201可以是可反转连接器、USB连接器、可反转USB连接器或另一类型的连接器。
双侧连接器201可包含第一印刷电路板(PCB)40，所述第一印刷电路板可具有、支撑或提供位于其第一侧(PCB 40的底侧)上的第一组电触点(例如，电触点42)及位于其第二侧(即，PCB 40的顶侧或组件侧)上的若干焊垫(图2中未显示)。所述焊垫可与第一组电触点42大致相对地驻留。“大致相对”指代所述第一组电触点的电触点与所述焊垫之间的完全、部分或甚至无重叠。为图解说明起见，显示使用端子44安装于PCB 40上的三个实例性组件。
双侧连接器201还可包含第二PCB 38，所述第二PCB可具有、支撑或提供位于其第一侧(即，其顶侧)上的第二组电触点35及位于其第二侧(即，PCB 38的底侧或端子侧)上的通常显示于46处的若干端子。第二组电触点35可与端子46大致相对。“大致相对”可包含第二组电触点的电触点与端子46之间的完全重叠、部分重叠或甚至无重叠。如图2中所示，第二PCB 38通常驻留于双侧连接器201的第一组电触点42与第二组电触点35中间或“夹”在双侧连接器201的第一组电触点42与第二组电触点35之间。第一组电触点42与第二组电触点35可大致平行且其可彼此相对，但此并非强制性的。第二PCB 38的端子46邻近PCB 40的焊垫。
来自第二组电触点35的触点可优选地通过第二PCB 38中的通孔选择性地连接到端子46。第二PCB 38及其端子46可作为第一PCB 40的原图的组成部分加以设计。以此方式，第二PCB 38可(举例来说)通过将其端子46焊接到第一PCB 40上的对应焊垫而作为额外或补充组件安装于第一PCB 40上。
选自所述第一组或第二组电触点(分别为42及35)的触点可使用信号迹线而非使用电线连接到第一PCB 40的组件侧上的选定的组件。使用“第一组或第二组”意味着来自第一组电触点42或来自第二组电触点35或来自两者。在本发明的实施例中，便携式电子卡是可包含本文所揭示的双侧连接器的便携式存储卡。第一组或第二组电触点(分别为42及35)可相对于所述便携式存储卡的表面而凹入。
电触点42及35中的每一者可由平坦的、通常经锡-铅、银或金镀敷的铜制成或包含平坦的、通常经锡-铅、银或金镀敷的铜。第一组电触点42可作为第一PCB 40的原图的一部分加以设计。第二组电触点35可作为为第二PCB 38的原图的一部分加以设计。
第二PCB 38上的多个机械冗余端子可焊接到第一PCB 40上的冗余焊垫。所述多个机械冗余端子可以是端子46的一部分或选自端子46，或其可以是第二PCB 38的端子侧中的额外端子。换句话说，第二PCB 38的端子侧可包含与便携式电子卡200的操作所需的电端子一样多的电端子及(任选地)一个或一个以上冗余端子。第二PCB38的端子侧中的端子仅在机械意义上是冗余的，在此情况下其将不再是电路的一部分。另一方面，第二PCB 38的端子侧中的电冗余端子也是机械冗余的。
第一PCB 40可(举例来说)通过使用端子46(举例来说，通过将端子46焊接到焊垫(图2中未显示))而接合到第二PCB 38，从而使连接器201成为“双侧”。如前所述，如果第一组电触点42及第二组电触点35两者均具有相同功能性(例如，所述两组电触点均被指派(举例来说)USB功能性)，则称双侧连接器201为“可反转的”。关于将可反转连接器耦合到端口，在第一耦合定向中，第一组电触点42机械地触及端口触点，且在第二耦合定向中，第二组电触点35机械地触及端口触点。
通过使用两个印刷电路板(例如第一PCB 40及第二PCB 38)，可使用回流焊接工艺自动地组装便携式电子卡。“回流焊接”指代一种用以将经表面安装的组件附装到电路板的通用方法。一般来说，“回流”涉及：施加焊膏；定位电子组件；及回流焊料以使所述焊膏中的粉末粒子熔化，使表面接合在一起；以及固化所述焊料以形成牢固冶金结合。通常，双侧连接器201比第一PCB 40厚数倍。通常，第二PCB 38也比第一PCB 40厚数倍。体现于双侧连接器201中的方法论可与各类电子卡一起使用或应用于各类电子卡。
图3显示根据一个实施例的显示于50处的典型便携式电子卡的俯视图。卡50包含双侧连接器(通常显示于301处)，所述双侧连接器的构造类似于图2的双侧连接器201的构造。双侧连接器301可包含类似于图2的第一PCB 40的第一PCB(图3中未显示)及类似于第二PCB 302的第二PCB 302(部分地显示于图3中)。双侧连接器301(其可以是(举例来说)可反转连接器、USB连接器或可反转USB连接器)可包含第一组电触点及第二组电触点54，所述两组电触点分别驻留在卡50的第一PCB(隐藏)及在第二PCB 302上。通过卡50的本体300中的开口52可看见第二组电触点54。
如图4中明确显示，第二PCB 302的外表面及第一PCB(图3中未显示)的外表面相对于所述卡的本体300的表面充分凹入以防止(举例来说)当双侧连接器301啮合USB端口时所述连接器的触点被插孔端口(未显示)的金属外壳短路。第7,094,086号美国专利中揭示一种用于保护电触点免遭短路的方法。
图4显示图3的卡50沿截面线56的截面图A-A。所述连接器的第一组电触点54相对于卡50的表面401而凹入，且第二组电触点66被显示为相对于卡50的外表面402而凹入。连接器301中的倾斜边缘64促进将卡50平滑插入到(举例来说)USB端口中及从USB端口中抽出。
参照图5，其显示根据本发明的电子卡组装方法的流程图。将结合图2描述图5。在步骤510处，给第一PCB 40提供若干焊垫(图2中未显示)及若干信号迹线，且提供安装于第一PCB 40的顶侧(本文也称为“组件侧”)上的若干组件。在步骤520处，向第一PCB 40的底侧提供第一组电触点42以借此形成、产生或提供双侧连接器201的第一触点区域。在步骤530处，在第二PCB 38的底侧(本文也称为“端子侧”)上给其提供若干端子。在步骤540处，向第二PCB 38的顶侧提供第二组电触点35以借此形成、产生或提供USB连接器201的第二触点区域。在步骤550处，使用信号迹线而非使用电线将选自第一或第二组触点(分别为42或35)的触点连接到选定的组件36。将选定的触点连接到选定的组件可包含将这些触点连接到第二PCB 38的底侧中的选定的端子及将这些端子焊接到第一PCB 40上的选定的焊垫。所述方法可进一步包含将第一PCB 40及第二PCB 38封装于共模制本体中。所述便携式卡可以是智能卡或存储卡。
关于图5，可实施不同的或额外的步骤，且可将若干步骤接合在一起或分成若干子步骤，且所述步骤的次序可不同。举例来说，可在第一PCB 40之前提供第二PCB 38。同样，可在将组件安装于第一PCB 40之前在第一PCB 40上形成第一触点区域，且可在于第一PCB 40上形成第一触点区域之前在第二PCB 38上形成第二触点区域。
虽然已描述本发明的实例性实施例，但所属领域的技术人员将明了所揭示实施例的修改也在本发明的范围内。举例来说，便携式卡的连接器未必必须是USB连接器或可反转连接器。实际上，本发明所教示的原理同样可应用于(已作必要的修正)其它类型的连接器，包含应用于单侧连接器。因此，虽然上文未明确描述，但所揭示发明的额外改动、修改及改进仍然打算或暗指在本发明的精神及范围内。

Claims (21)

1、一种双侧通用串行总线连接器，其包括：
a)第一印刷电路板，其具有：位于其第一侧上的第一组电触点；及位于其第二侧上的若干焊垫，所述焊垫与所述第一组电触点大致相对；以及若干信号迹线；及
b)第二印刷电路板，其具有：位于其第一侧上的第二组电触点；及位于其第二侧上的若干端子，所述端子与所述第二组电触点大致相对，选自所述第二组触点的触点连接到选定的端子，
其中所述第一印刷电路板使用所述端子而接合到所述第二印刷电路板，借此使得所述通用串行总线连接器可反转。
2、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其中所述第一组电触点与所述第二组电触点彼此大致相对。
3、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其中选自所述第一或所述第二组电触点的触点连接到所述信号迹线。
4、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其中所述第一PCB及所述第二印刷电路板通过将所述端子焊接到所述焊垫而接合。
5、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其进一步包括：
c)多个机械冗余端子，其位于所述第二印刷电路板上以被焊接到所述第一印刷电路板上的冗余焊垫。
6、如权利要求5所述的通用串行总线连接器，其中机械冗余端子还是电冗余的。
7、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其中所述第一PCB及所述第二PCB整体地封装于共模制或囊封本体中。
8、如权利要求1所述的通用串行总线连接器，其中所述通用串行总线连接器是可反转的。
9、一种便携式电子卡，其包含如权利要求1所述的双侧通用串行总线连接器。
10、如权利要求9所述的便携式电子卡，其中所述便携式电子卡是智能卡。
11、如权利要求9所述的便携式电子卡，其中所述便携式电子卡是便携式存储卡。
12、如权利要求9所述的便携式电子卡，其中所述第一及所述第二组电触点是相对于所述便携式电子卡的表面而凹入的。
13、一种便携式存储卡，其包括：
a)可反转通用串行总线连接器，其包括：
第一组电触点；及
第二组电触点，其与所述第一组电触点大致相对；
b)主印刷电路板，其具有：组件侧，其上安装有一个或一个以上组件；及触点侧，其上提供有所述第一组电触点；及
c)通孔印刷电路板，其具有：触点侧，其上提供有所述第二组电触点；及端子侧，其上提供有若干端子，
其中所述第二组电触点的触点选择性地连接到所述端子侧上的端子，且其中所述主印刷电路板使用所述端子而接合到所述通孔电路板。
14、如权利要求13所述的便携式存储卡，其中选自所述第一电触点或所述第二组电触点的触点使用信号迹线而非使用导线连接到所述组件侧上的选定的组件。
15、如权利要求13所述的存储卡，其中所述主印刷电路板及所述通孔印刷电路板封装于共模制本体中。
16、一种组装具有双侧通用串行总线连接器的便携式电子卡的方法，所述方法包括：
a)给第一印刷电路板提供若干焊垫及若干信号迹线，且提供安装于所述第一印刷电路板的顶侧上的若干组件；
b)通过向所述第一印刷电路板的底侧提供第一组电触点而形成所述通用总线连接器的第一触点区域；
c)提供第二印刷电路板，所述印刷电路板具有位于所述第二印刷电路板的底侧上的若干端子；
d)通过向所述第二印刷电路板的顶侧提供第二组电触点而形成所述连接器的第二触点区域；及
e)使用所述信号迹线而非使用电线将选自所述第一或第二组触点的触点连接到选定的组件。
17、如权利要求16所述的方法，其中将选定的触点连接到选定的组件包含将所述触点连接到所述第二印刷电路板的所述底侧中的选定端子及将所述选定端子焊接到所述第一印刷电路板上的焊垫。
18、如权利要求16所述的方法，其进一步包括：
f)将所述第一印刷电路板及所述第二印刷电路板封装于共模制本体中。
19、如权利要求16所述的方法，其中所述便携式电子卡是智能卡。
20、如权利要求16所述的方法，其中所述便携式电子卡是存储卡。
21、如权利要求16所述的方法，其中所述双侧通用串行总线连接器是可反转的。
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