CN101751602B - 具有控制部件的电子卡 - Google Patents
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Abstract
具有控制部件的电子卡，该电子卡(1)包括至少一个置于印刷电路板(2)上的集成电路(5)、连接到电源(4)的连接部件，该电源连接到印刷电路板以为所述集成电路供电，以及能手工激励并连接到集成电路的控制部件(6)。提供该集成电路以处理控制部件产生的信号。所述集成电路、控制部件、至少一部分连接部件和电源封装在构成所述卡的至少一绝缘材料层(3)内。控制部件由一电极组构成以用电容键定义一个触摸屏，每个电容键都能由用户的手指(D)或置于与至少一个用于引入数据或命令的触摸键相对的卡的一个接触面(20)上的笔触发。在与该接触面相对的电容键(6)的电极一侧提供一导电防护屏(12)。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子卡，例如智能卡，其包括集成的控制部件。该电子卡包括至少一个能置于印刷电路板上的集成电路、连接到电源以给所述集成电路供电的部件以及能手工激励并连接到集成电路的控制部件。所述集成电路主要用于处理控制部件所产生的信号。集成电路、控制部件和至少一部分连接到电源的连接部件被封入或封装在构成所述卡的至少一绝缘材料层内。
背景技术
连接部件可以包含一个具有电触头的区域，可以通过卡的至少一个外表面来接触上述电触头以便与例如连接到一个电源的电子仪器的辅助接触端子相接触。连接部件还可以包括一根通过电感耦合连接到电源的天线。
具有所有电子组件的电子卡可以是普通的矩形。然而，该电子卡还可以有其它的外形，例如通用的圆形。该电子卡，例如智能卡，必须具有很薄的厚度，例如小于2mm，而最好接近0.8mm。这样的电子卡通常是银行类型的卡，特别是遵循ISO标准，但也可以是形状为被称做令牌(Token)的电子器件的卡。这样的电子器件可以分为两类，即具有精确的集成时基的第一类或不需要精确的时基的第二类。
在现有技术中，这样的电子卡可以包括电池单元或电池、至少一个集成电路、用于显示信息的设备、连接到集成电路的控制部件以及一个开关形式的能被用户激励的元件，它们都被集成在绝缘材料中。为了把这些不同的元件集成在一张卡内，通常规定将它们组合成包括印刷电路板的至少一个电子模块的形式。这些不同的电子元件，例如集成电路、显示器件、电源电池单元或电池以及控制部件，部分排列在印刷电路板上。上述可激励的开关可以由用户手工触发，以便特别是操作控制部件和/或显示器件。
控制部件通常用于执行至少一个功能或引入数据或命令，它被制作为在卡的外表面上界定圆顶部分的按钮的形式。这种排列难以显著地减小所述电子卡的厚度，该电子卡包括多个电子部件。这构成了一大缺陷，因为不可能特别生产一种特别为银行类型的、特别是遵循ISO标准的卡。另外，在执行特定功能或命令时这种控制部件不能确保很好的可靠性，这又构成了另一缺陷。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电子卡，该电子卡包括用于执行某些功能或用于引入至少一个数据项或命令的控制部件，同时该电子卡具有很薄的厚度并确保很好的操作可靠性以弥补上述现有技术的缺陷。
为此目的，本发明涉及一种前述的电子卡，它包括至少一个集成电路、连接到电源以便给所述集成电路供电的连接部件、以及能被手工激励的控制部件，该控制部件被连接到用于处理该控制部件产生的信号的集成电路，所述集成电路、控制部件和至少一部分连接到电源的连接部件被封入或封装到构成所述卡的至少一绝缘材料层，所述控制部件由一电极组构成以用电容键定义一触摸屏，而每个电容键能通过用户的手指或置于与用于引入数据或命令的至少一个触摸键相对的卡的一接触面上的笔触发；该电子卡包括一置于与接触面相对的电容键的电极一侧的导电防护屏，该导电屏远离电容键且与电容键没有接触。
优选地，集成电路可置于一印刷电路板上。
该电子卡可包括通过连接部件连接到印刷电路板的电源。
该电子卡可包括一连接到集成电路或连接到与所述集成电路相连的驱动电路的显示器件，该显示器件的显示部分通过在绝缘材料层或印刷电路板中制造的一开口是可见的，所述显示器件不置于控制部件的电极组上方或下方。
该电子卡可包括一连接到集成电路或连接到与所述集成电路相连的驱动电路的显示器件，该显示器件的显示部分通过绝缘材料层或印刷电路板的至少一个透明部件是可见的，所述显示器件不置于控制部件的电极组上方或下方。
该电子卡可包括一能被手工触发的控制构件，该控制构件连接到集成电路并能够控制触摸键和/或显示器件的操作。
所述控制构件可以是一开关按钮，能手工按该开关按钮一段预定的时间以操作触摸键和/或显示器件。
绝缘材料层可以由第一绝缘层和第二绝缘层构成，身为电池单元或电池的电源、显示器件、印刷电路板、集成电路和电容键的电极被封入或封装在第一和第二绝缘层之间。
印刷电路板可以为柔性且单面的，通过将集成电路和电容键的电极封装入第一绝缘层中使其置于印刷电路板的第一面上，接触面位于第一绝缘层的外表面上，防护屏由置于与电容键的至少所有电极相对的印刷电路板的第二个面上的导电薄膜或导电网格构成，并由固定到第一绝缘层的第二绝缘层封入卡中。
印刷电路板可以是柔性的且具有两个面，通过将集成电路封装入第一绝缘层中使其置于印刷电路板的第一面上，电容键的电极置于与印刷电路板相对的第二个面上且由固定到第一绝缘层的第二绝缘层封入卡中，接触面位于第二绝缘层的外表面上。
导电防护屏可以由从外表面集成到第一绝缘层的至少一个确定厚度的导电粒子构成，所述导电粒子漫延到至少覆盖与所有电容键相对的一个区域。
导电防护屏可以由置于第一绝缘层的外表面上的导电薄膜或一层不透明的导电涂料构成，所述导电薄膜或涂料层漫延到至少覆盖与所有电容键相对的一个区域。
该电子卡可以采取银行卡的形式，其中同样地供有用于存储个人数据和/或至少一个个人标识码和/或配置参数的存储单元以及连接到该存储单元的微控制单元，且该电子卡还包括电容键的12个电极，分别用于执行一特定功能或用于引入与集成电路相关的指定数据。
根据本发明的电子卡的一个优点在于，为电容键的电极形式的控制部件在电子卡中占用了相对有限的空间。因此可能将这种电子卡的厚度减至所需的最大值。
电子卡的接触面与电容键之间的距离最好小于置于触摸键上与接触面相对的一侧上的绝缘材料的厚度。这使得仅有集成电路可以检测到手指或一支接触到与至少一个要触发的触摸键相对的接触面的笔的存在，特别是当该卡握在手中时。
导电防护屏最好可以置于电子卡内或电子卡上。该防护屏置于与接触面相对的电容键的电极一侧上。导电屏远离电容键并与电容键没有接触。它可以连接到电源的一个端子。
附图说明
在随后的对附图所示的至少一个实施例的描述中，该电子卡的目的、优点和特征会以不限定的方式更为清楚地显示出来：
图1A描述了根据本发明的电子卡的第一实施例的横截面视图。
图1B描述了局部的顶视图，其显示与本发明的电子卡的印刷电路板上的集成电路相连的电容键的电极排列。
图2描述了根据本发明的电子卡的第二实施例的横截面视图。
图3描述了根据本发明的电子卡的第三实施例的横截面视图。
图4描述了根据本发明的电子卡的第四实施例的横截面视图。
具体实施方式
在接下来的说明中，仅以简化的方式提到电子卡(最好是智能卡)的所有部件，这些部件都是本领域技术人员公知的。
图1A描述了第一实施例的电子卡1(最好是智能卡，例如遵循ISO标准的银行卡)的一个简化的横截面。图1A及其后面的图都没有精确地示出该电子卡的不同部件的尺寸，而仅仅是为了更清楚地显示构成所述电子卡的所有部件。还要明白的是，该电子卡也能配置为电子证章或称做令牌(Token)的电子器件的形式。
在该第一实施例中，电子卡1包括至少一个置于印刷电路板2上的集成电路5、连接到印刷电路板以为所述集成电路供电的电源4(例如电池单元或电池)以及可以手工激励的控制部件6。这些控制部件连接到集成电路，使得该电路的处理单元可以处理控制部件产生的信号。置于印刷电路板一个面上的集成电路、控制部件和电源被封入或封装在至少一绝缘材料层3(例如塑料材料)内。
在该第一实施例中，绝缘材料层直接固定在印刷电路板上，其可以是柔性的，例如由聚酰亚胺制成。在所述电子卡1的生产期间，绝缘材料层3以树脂的形式涂在携有印刷电路板2的电子元件的那一面上。该树脂可以是聚氨酯。在对于该树脂公知的层压和固化操作后，携有集成电子元件的电子卡就制造出来了，该电子卡的厚度很薄，小于2mm，最好接近于0.76mm或更小。
控制部件最好由一组用电容键定义触摸屏的电极6构成。这些电极6由导电材料制成，例如铜。在印刷电路板2的一个外表面上界定了一个接触面20。安放的手指D或笔可以与至少一个电容键6上的这一接触面相接触以触发它，从而可以执行特定的功能或引入数据或命令。
如图1B所示，所有电极6分别通过各自的金属线9连接到集成电路，这些电极根据接触面上手指的近似接触面被确定尺寸，并且相互之间有足够的空间。可以提供其它金属线17以便将集成电路连接到一个显示器件，后面会参考图2至4对其进行说明。集成电路5的接触区可以连接在印刷电路板2上，特别是通过一种名为倒装(flip chip)的技术。还可以提供12个电容键电极，这些电容键电极的排列类似于传统电话键盘的键以便定义数字、字母或符号。在正常操作模式中，用于用户手指D的每个动作的单个电容键都不能被集成电路触发和检测。然而可以想到的是，在配置集成电路以定义一个计算机光标的情况下，可以同时触发两个或两个以上相邻的键。
因为电子卡1可以轻易地握在手中以激励电容键，所以规定，配置处理单元以便考虑与接触面接触的手指D和触发的电容键之间的距离。要做到这个，就必须让所述接触面20和电容键6之间的距离e1小于绝缘材料层3的厚度e2，其中绝缘材料层3相对于电容键6置于与所述接触面相对的一侧上。根据集成电路5的处理单元中所确定的检测阈值，这可能使所述处理单元只检测在与至少一个触发的触摸键相对的接触面上所接触的手指D的存在。
一般来说，绝缘材料层3的厚度e2(参见图1A)例如可以是0.45到0.5mm的量级，而印刷电路板2的厚度e1例如可以是0.1到0.15mm的量级。由此，假如绝缘材料层3的介电常数实质上与印刷电路板2的相同，那么可以将集成电路5配置为只能检测接触面20上的用户手指D的动作。当然，在印刷电路板的介电常数大于绝缘材料层3的情况下，对于检测仅在接触面上的手指动作来说，厚度差异就不再重要了。
集成电路5的处理单元通常包括一个多路复用器、一个模拟振荡器块以及一个用于测量和比较的逻辑块，其中多路复用器的输入端连接到所有的电容键6。模拟块可以包括一个连接到多路复用器的输出端的压控振荡器。在初始配置的阶段，多路复用器的任务是，根据用于测量和比较的逻辑块所提供的二进制控制字连续且周期性地将每个触摸键连接到振荡器的输入端。
由于该振荡器可以是一个RC型的振荡器，每个连接到振荡器的电容键的电容值可用来确定一个振荡频率。该频率与总电容值成反比。因此，在与连接到振荡器的电容键6相对的接触面20上没有手指动作的情况下，振荡器的频率仅根据每个键的寄生电容器的电容值被确定。相反，当手指D触发一个连接到振荡器的电容键6时，该键的电容值大于单个寄生电容器的电容值。结果是减少了振荡器的频率，以便定义一个相对于触发键的电容值的测量信号。因此，在逻辑块中实现了这一测量信号与参考信号的比较，所述参考信号表示对应于最初未触发的所述键的寄生电容值的基础电容值。假如触发键的电容值大于它的基础电容值，就执行一个特定功能或引入数据或命令。因此，由于所述电容键的排列，逻辑块就可以确定所述电容键上的手指的若干位置数，例如12个位置。
对于涉及到集成电路的处理单元的补充技术细节，读者可以参阅专利文件EP0838737，此处并入该文件以作参考。
除电容键6的电极的信号的处理单元之外，电子卡1的集成电路5通常还可以包括一个连接到一个微控制单元(未画出)的用于处理从处理单元接收的数据或命令的存储单元(未画出)。该存储单元可以包括一个闪存或EEPROM型的非易失性存储器以存储个人数据，至少是智能卡的一个标识码和配置参数。该存储单元特别包括至少一个用于与读取单元进行安全交换的加密算法。另外，假如上述电子卡也包括这样一个显示器件(以下将参考图2至4对该显示器件进行描述)，那么也可以设想在同一集成电路中制造显示器件的驱动电路。
当然，还可以设想在印刷电路板2的同一个面上安装多个集成电路。可以提供用于处理控制部件6产生的信号的集成电路5、用于存储单元的集成电路、用于连接到其它集成电路的微控制器的集成电路，或许还有用于控制显示器件(例如LCD设备)的特定驱动电路。在电子卡中可以使用参考文献EM6819定义的微控制器，其由瑞士公司EM微电子-Marin SA生产。
电子卡1还可以包括一个形为开关按钮的控制构件(未画出)。这一公知的开关按钮可以由用户从卡的外部触发一段确定的时间以通过由电池4供电的集成电路来控制控制部件的操作，该段时间例如为5、10或15秒。在相当于操作的持续时间的一段时间以后如果电容键上没有动作，所述键便被置于不操作模式。
图2描述了根据本发明的电子卡1的第二实施例的一个横截面。要注意到的是，此后描述的电子卡1的所有相同元件都附有与图1完全一样的参考编号。由此，为了简化起见，对于图2就不具体重复对每一元件的描述了。
在该第二实施例中，印刷电路板2可以是柔性或刚性的，它在单独一个面上包括至少一个集成电路5和连接到集成电路的控制部件的电容键6的电极。电源4为电池单元或电池，它置于印刷电路板2的一侧并通过两条金属带连接到所述板以便为集成电路供电。一个显示器件，特别是LCD型的显示器件7被提供在例如印刷电路板的一侧。该显示器件7通过一组轨道(track)或金属线连接到集成电路5，集成电路5可以包括所述显示器件的一个驱动电路。
绝缘材料层包括第一绝缘层3和第二绝缘层8，其厚度例如在0.1至0.2mm之间。电池4、显示器件7、印刷电路板2、集成电路5和电容键6的电极都封装在第一和第二绝缘层之间。这些电子元件的封装可以用两个步骤实现，首先制作第二绝缘层，然后以相同的塑料材料制作第一绝缘层，将其固定在第二绝缘层上以便封入所有的电子元件。然而，也可以在同一个生产步骤中制作第一和第二层。
为了定义所述显示器件的可见区，可以在该显示器件上方在第一绝缘层中制造一个开口13。然而，可以规定通过第一绝缘材料层3的至少一个透明部件13让显示器件7的显示部分可见，而不需要上述开口。
在该第二实施例中，用于触发电容键的接触面20位于第一绝缘层3的外表面上。在这种情况下，电子卡1还能包括一个导电防护屏10，它可以置于电容键6的电极的一侧上，其与接触面20相对。该导电屏例如固定在印刷电路板的第二个面上，与电容键6的电极在被制造时所在的第一个面相对。
该屏可以是导电薄膜，例如由镍或铜或金属嵌件制成的金属薄膜。该防护屏10远离且没有直接接触电容键6。它可以连接到电池的一个端子或保持漂浮状态。该防护屏可以完全覆盖印刷电路板的第二个面或与所有的电容键6相对的至少一个区域，也可以提供栅格而不是一个全金属层来作为防护屏。
图3描述了根据本发明的电子卡1的第三实施例的一个横截面。要注意的是，此后描述的电子卡1的所有相同元件都附有与图1和2完全一样的参考编号。由此，为了简化起见，对于图3就不具体重复对每一元件的描述了。
对于第二实施例，绝缘材料层包括第一绝缘层3和第二绝缘层8。电池4、显示器件7、印刷电路板2、集成电路5和电容键6的电极都封装在第一和第二绝缘层之间。
在该第三实施例中，印刷电路板2可以为柔性的，它具有两个面。在第一个面上，连接了至少一个用于处理控制部件产生的信号的集成电路5。同样，可以在这第一个面上提供到显示器件7的连接轨道(track)，也可以通过两条金属带连接到电池单元4的端子。相反，电容键6的所有电极都置于与第一个面相对的印刷电路板的第二个面上。可以提供穿过印刷电路板2的导电通道(未画出)以将电容键的电极连接到集成电路。
可以在第二绝缘层8中制造一个开口13以便观看显示器件7的显示部分。然而，可以规定通过第二绝缘层8的至少一个透明部件13使显示器件的显示部分可见，而不需要上述开口。
由于电容键6位于印刷电路板2的第二个面的一侧上，在这种情况下，接触面20在第二绝缘层8的一个外面上。可以将防护屏12制作成导电薄膜或一层不透明的导电涂料的形式，这也为电子卡定义了一种装饰。该防护屏置于第一绝缘层3的外表面上。导电薄膜或涂料层漫延到至少覆盖与所有的电容键6相对的一个区域，但是最好可以覆盖第一绝缘层3的全部外表面。透明的保护膜14照例也能完全覆盖第一绝缘层3的所有外表面上的导电薄膜或涂料层。
图4描述了根据本发明的电子卡1的第四实施例的横截面。要注意的是，此后描述的电子卡1的所有相同部件都附有与图1至3完全一样的参考编号。由此，为了简化起见，对于图4就不具体重复对于每一元件的描述了。
电子卡的该第四实施例实质上类似于所述卡的第三实施例。该第四实施例相对于第三实施例的唯一区别在于防护屏11。该第四实施例的这一防护屏11由集成在第一绝缘层3的材料中的导电粒子构成。以确定的厚度将这些导电粒子从外表面集成到第三绝缘层3。集成这些粒子是为了覆盖至少一个与所有的电容键6相对的区域，但是这些粒子最好可以漫延到覆盖对应于第一绝缘层3的整个外表面的区域。
从方才给出的描述可以看出，本领域技术人员可以不超出权利要求所定义的本发明的范围而设想出电子卡的多个制造变体。利用以部分集成的方式置于电子卡内的太阳能电池单元也可以提供电源的制作，而无需使用电池单元或电池。对于电子卡为银行卡类型(特别用于连接在银行或商店的读取单元中)的情形，可以制作外接触区和/或磁道。还可以设想无需导线的用于信号发送和接收的部件，例如集成在卡里的RFID器件。根据上述提供的实施例，显示器件可以固定在印刷电路板上，而不必置于控制部件的电极上方或下方。
Claims (13)
1.一种电子卡，其包括至少一个集成电路、连接到电源以便给所述集成电路供电的连接部件、以及能被手工激励的控制部件，该控制部件被连接到用于处理该控制部件产生的信号的所述集成电路，所述集成电路、控制部件和至少一部分连接到电源的连接部件被封入或封装到构成所述卡的至少一绝缘材料层，所述控制部件由一电极组构成以用电容键定义一触摸屏，而每个电容键能通过用户的手指或置于与用于引入数据或命令的至少一个触摸键相对的卡的一接触面上的笔触发；
其特征在于该电子卡包括一置于电容键的电极的与接触面相对的一侧的导电防护屏，该导电防护屏远离电容键且与电容键没有接触，并且所述导电防护屏是导电薄膜且覆盖与所述电容键相对的至少一个区域。
2.根据权利要求1的电子卡，特征在于集成电路置于一印刷电路板上。
3.根据权利要求2的电子卡，特征在于该电子卡包括通过连接部件连接到印刷电路板的电源。
4.根据权利要求2的电子卡，特征在于该电子卡包括一连接到集成电路或连接到与所述集成电路相连的驱动电路的显示器件，该显示器件的显示部分通过在绝缘材料层或印刷电路板中制造的一开口是可见的，所述显示器件不置于控制部件的电极组上方或下方。
5.根据权利要求2的电子卡，特征在于该电子卡包括一连接到集成电路或连接到与所述集成电路相连的驱动电路的显示器件，该显示器件的显示部分通过绝缘材料层或印刷电路板的至少一个透明部件是可见的，所述显示器件不置于控制部件的电极组上方或下方。
6.根据权利要求4或5的电子卡，特征在于该电子卡包括一能被手工触发的控制构件，该控制构件连接到集成电路并能够控制触摸键和/或显示器件的操作。
7.根据权利要求6的电子卡，特征在于所述控制构件是一开关按钮，能手工按该开关按钮一段预定的时间以操作触摸键和/或显示器件。
8.根据权利要求3的电子卡，特征在于绝缘材料层由第一绝缘层和第二绝缘层构成，身为电池单元或电池的电源、显示器件、印刷电路板、集成电路和电容键的电极被封入或封装在第一和第二绝缘层之间。
9.根据权利要求8的电子卡，特征在于印刷电路板为柔性且单面的，通过将集成电路和电容键的电极封装入第一绝缘层中使其置于印刷电路板的第一面上，接触面位于第一绝缘层的外表面上，防护屏由置于与电容键的至少所有电极相对的印刷电路板的第二个面上的导电薄膜或导电网格构成，并由固定到第一绝缘层的第二绝缘层封入卡中。
10.根据权利要求8的电子卡，特征在于印刷电路板是柔性的且具有两个面，通过将集成电路封装入第一绝缘层中使其置于印刷电路板的第一面上，电容键的电极置于与印刷电路板相对的第二个面上且由固定到第一绝缘层的第二绝缘层封入卡中，接触面位于第二绝缘层的外表面上。
11.根据权利要求10的电子卡，特征在于导电防护屏由从外表面集成到第一绝缘层的至少一个确定厚度的导电粒子构成，所述导电粒子漫延到至少覆盖与所有电容键相对的一个区域。
12.根据权利要求10的电子卡，特征在于导电防护屏由置于第一绝缘层的外表面上的导电薄膜或一层不透明的导电涂料构成，所述导电薄膜或涂料层漫延到至少覆盖与所有电容键相对的一个区域。
13.根据权利要求1的电子卡，特征在于该电子卡采取银行卡的形式，其中同样地供有用于存储个人数据和/或至少一个个人标识码和/或配置参数的存储单元以及连接到该存储单元的微控制单元，且该电子卡包括电容键的12个电极。
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