CN106067055A - 电子设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的第一方面，提供一种电子设备，该电子设备包括非导电基板以及具有电容性传感器结构的基于接触的用户接口单元，其中所述电容性传感器结构包括嵌入该非导电基板中的导线。根据本发明的第二方面，构想一种制造电子设备的对应方法。

Description

电子设备
技术领域
本发明涉及一种电子设备。此外，本发明涉及一种制造电子设备的对应方法。
背景技术
现今在社会中广泛使用例如智能卡的电子设备。例如，智能卡可以被用作电子身份(electronic identity，eID)卡。然而，最终用户对于这些eID卡的接受度仍相对较低。尽管eID卡相对安全，但是由于eID卡有加密功能，这些eID卡通常不配备适用于输入用户凭证的用户接口，即，所谓的“验证接口”。因此，大部分eID用户仍会通过个人电脑和膝上型计算机输入自己的PIN码，这样会增加用户的凭证被例如特洛伊木马和键盘记录程序等恶意软件拦截的风险。一些智能卡已配备有嵌入式的基于接触的用户接口，例如电容性传感器结构。然而，由于外形因素和制造约束，将基于接触的用户接口集成到智能卡中相对困难且成本相对较高。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种电子设备，该电子设备包括非导电基板以及具有电容性传感器结构的基于接触的用户接口单元，其中所述电容性传感器结构包括嵌入该非导电基板中的导线。
在一个或多个实施例中，所述电容性传感器结构包括嵌入该非导电基板中的一对相邻导线，并且所述相邻导线中的每一条导线充当基于接触的用户接口单元中的电极。
在一个或多个实施例中，所述导线中的至少一些导线被布置成曲折图案。
在一个或多个实施例中，所述导线中的至少一些导线被布置成螺旋形图案。
在一个或多个实施例中，所述电容性传感器结构进一步包括嵌入该非导电基板中的接线端子。
在一个或多个实施例中，该设备进一步包括具有接触垫的通信和处理模块，其中该接线端子被连接到所述接触垫。
在一个或多个实施例中，已通过执行铣削过程而准备该接线端子以便连接到该接触垫。
在一个或多个实施例中，该设备进一步包括嵌入该非导电基板中的天线。
在一个或多个实施例中，该导线由与所述天线相同的材料制成。
在一个或多个实施例中，该设备已在单个制造步骤中配备有该天线和该基于接触的用户接口单元。
在一个或多个实施例中，该导线是绝缘导线。
在一个或多个实施例中，该非导电基板是热塑性基板。
在一个或多个实施例中，该导线是铜线。
在一个或多个实施例中，该设备是智能卡。
根据本发明的第二方面，设想一种制造电子设备的方法，该方法包括：给该电子设备配备非导电基板以及给该电子设备配备具有电容性传感器结构的基于接触的用户接口单元，其中所述电容性传感器结构通过将导线嵌入到该非导电基板中而形成。
附图说明
将参考附图更详细地描述实施例，在附图中：
图1示出电子设备的说明性实施例；
图2示出电子设备的另外的说明性实施例；
图3示出电容性传感器的说明性实施例；
图4示出电容性传感器的另外的说明性实施例；
图5示出包括两个电容性传感器的电容性传感器结构的说明性实施例；
图6示出接线端子的说明性实施例；
图7示出铣削过程的说明性实施例；
图8示出电线嵌入过程的说明性实施例；
图9示出通信和处理模块的说明性实施例；
图10示出通信和处理模块的另外的说明性实施例；
图11示出感测原理的例子；
图12示出多电容器感测设备的例子。
具体实施方式
图1示出电子设备100的说明性实施例。例如，电子设备100可以是智能卡。如上文所提及，制造电子设备包括给电子设备配备非导电基板和基于接触的用户接口单元，该基于接触的用户接口单元具有电容性传感器结构。此外，电容性传感器结构通过将导线嵌入到非导电基板中而形成。在这个例子中，一对相邻导线104、106形成电容性传感器结构102。此外，导线104、106连接到电子设备100的通信和处理模块108的接触垫112、114。电子设备100还包括用于无线通信的天线110，天线110通过接触垫116、118连接到通信和处理模块108。在这种情况下，电容性传感器结构102包括由所述导线104、106实施的单个电容性传感器。电容性传感器结构102可以用于感测相对简单的活动，例如，按压按钮。因此，用户接口单元可以实施可以由用户触摸的按钮。由于电容性传感器结构102是通过将导线104、106嵌入到非导电基板中而形成，因此不再需要用于支撑所述结构102的相对昂贵的蚀刻、打印或电化的嵌体(galvanic inlay)。例如，导线104、106可以与天线110嵌入到同一个非导电基板中，这样可以实现低成本实施方案和更高的生产效率。导线104、106被布置成曲折图案，这样可以增加电容性传感器的敏感度。可替换的是，在单个电容性传感器的情况下，导线104、106可以被布置成螺旋形图案(未示出)，这样也可以得到相对较高的敏感度。
图2示出电子设备200的另外的说明性实施例。例如，电子设备200可以是智能卡。在此实施例中，电子设备200包括电容性传感器结构202，电容性传感器结构202包括两个电容性传感器，电容性传感器结构202通过以某种方式布置三条导线204、206、220，使得所述导线中的每一条导线邻近于所述导线中的另一条导线而形成。在这个例子中，电容性传感器结构202包括三个部分：仅由所述传感器中的一个传感器覆盖的左部分；仅由另一传感器覆盖的右部分；以及由两个传感器以交错方式覆盖的中间部分。此传感器布置可以用于感测更复杂的运动，例如，滑动等手势。导线204、206、220被连接到电子设备200的通信和处理模块208的接触垫212、214、222。此外，电子设备200包括天线210，天线210通过接触垫216、218被连接到通信和处理模块208。同样，例如，导线204、206、220可以与天线210嵌入到同一个非导电基板中。
可以在第一制造步骤中将通信和处理模块208布置在基板上，并且可以在第二制造步骤中将导线204、206、220布置在基板上，其中在第二制造步骤开始时，可以通过执行例如钎焊(soldering)、焊接(welding)、导电胶合(conductive gluing)或机械夹紧(mechanical clamping)等过程，将导线204、206、220连接到接触垫212、214、222。在导线在第一制造步骤中被布置在基板上的情况下，如图6所示导线可以配备有端子，该端子可以被配置成形成连接垫的螺旋形或曲折图案。在这种情况下，通信和处理模块208可以在第二制造步骤中布置并且通过(例如)在通信和处理模块208的接触垫212、214、222已被去绝缘之后将接触垫212、214、222钎焊或胶合到端子来连接。
图3示出电容性传感器的说明性实施例。具体来说，示出通过一对相邻导线104、106实现的电容性传感器，例如，该电容性传感器可以用于如图1所示的电容性传感器结构102中。每条导线104、106可以充当基于接触的用户接口单元中的电极。例如，电线104可以充当Z电极并且电线106可以充当X电极。
图4示出电容性传感器的另外的说明性实施例。在这个例子中，电容性传感器通过一对相邻的绝缘导线404、406实现。由于导线404、406是绝缘导线，因此导线404、406可以跨过彼此而不引起短路，例如，这样可以产生图4所示的图案。此图案可以得到更佳的面积利用率，并且更具体地说，此图案可以在单位面积产生更高的传感器电容。
图5示出包括两个电容性传感器的电容性传感器结构的说明性实施例。具体来说，示出两个电容性传感器，该电容性传感器通过以某种方式布置三条导线204、206、220，使得所述导线中的每一条导线邻近于所述导线中的另一条导线而形成。例如，电容性传感器可以用于如图2所示的电容性传感器结构202中。每条导线204、206、220可以充当基于接触的用户接口单元中的电极。例如，电线204可以充当Z电极，电线206可以充当X1电极，并且电线220可以充当X2电极。如上文所提及，此传感器布置可以用于感测更复杂的运动，例如，滑动。
图6示出接线端子的说明性实施例。具体来说，示出具有螺旋形图案的接线端子和具有曲折图案的接线端子。具有螺旋形图案或曲折图案的接线端子有助于在制造电子设备期间将导线连接到通信和处理模块，并且可以在有限的接口区域内提供良好的连接。然而，技术人员将理解，其它图案也可以用于接线端子。
图7示出铣削过程的说明性实施例。铣削过程包括通过铣刀700在卡身702中、电线706的绝缘层704中以及所述电线706的一部分中铣削出开口。例如，铣削过程可以部分地去除电线的绝缘物以便形成接线端子。根据常见的卡制造方法，首先形成电线结构，接着层压卡，然后铣削用于将通信和处理模块插入到卡中的开口，最后将通信和处理模块插入(即，组装)到卡中。因此，铣削过程可以实现以下目的：产生用于通信和处理模块的空腔，还有部分地去除接线端子的绝缘物，以便使该接线端子准备好执行例如钎焊和胶合的连接过程。在通过(例如)低温Sn-Bi焊料进行钎焊的情况下，可以从接触垫侧通过该模块施加所需热量。另一组装过程可以在将模块插入到铣削后的空腔中之前，将各向异性导电膜或胶粘剂施加到该模块。又另一个组装过程可以施加各向同性胶粘剂配合(例如)环氧树脂类胶粘剂，这样能将模块稳定地固定到卡身。在这种情况下，通过将热量施加到接触垫侧来激活胶粘剂，例如，通过层压工艺中可获得的热量或通过聚焦的红外光束来施加热量。
图8示出电线嵌入过程的说明性实施例。电线嵌入过程包括通过受计算机控制的喷嘴804将来自电线储器802的电线嵌入到非导电基板800中。具体来说，可以在将热量和力施加到基板800时通过施加铜线来制造感测电容器，该铜线通过喷嘴804从电线储器802中供应。基板800可以是热塑性卡材料，例如，聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)或聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)，该热塑性卡材料可以有助于嵌入过程。喷嘴的位置和运动在三维空间中可以由计算机控制。例如，可以通过感应加热、超声波加热、聚焦红外光加热或电动电阻加热施加热量。可以从电线施加侧并且从基板800下方施加热量，以便减少软化基板材料所需的热量。在施加电线期间产生的电线半径(拉伸半径)用于将来自喷嘴804的力传送到电线和基板800，以便有助于将电线嵌入到基板800中。在电线为绝缘电线的情况下，电线绝缘物应当能耐受所施加的热量。技术人员将理解，相邻导线可以被依次或同时嵌入到基板800中。
图9示出通信和处理模块的说明性实施例。图9示出所阐述种类的通信和处理模块的例子。通信和处理模块包括第一子模块902，第一子模块902又可以包括整流器、电源、通信接口单元和安全元件。这些特征中的每一个特征可以借助于(例如)已知的相应硬件组件实施。第一子模块902可以包括第一天线端子906和第二天线端子908，用于连接到天线。此外，第一子模块902可以包括用于连接到接触接口的接触接口端子904，该接触接口例如是基于ISO-7816标准的接口。第一子模块902可以与第二子模块900交换数据，第二子模块900可以包括输入/输出控制器和接触传感器位置解码器。第二子模块900可以被布置成控制通信和处理模块的光反馈指示器910。此外，第二子模块900可以被连接到对应于X1电极、X2电极、X3电极、X4电极和X5电极的传感器专用的信号线以及对应于Z电极的普通信号线。由于三个以上电极可以被连接到此通信和处理模块，因此该通信和处理模块可以用于处理比例如图2所示的结构更复杂的电容性传感器结构所发出的信号。应注意，示出的传感器专用的信号线的数量仅表示例子。第一子模块902和第二子模块900的组件可以是个别的集成组件和分立的组件或单片集成的组件。如所提及的，可以包括光反馈指示器910并且光反馈指示器910可以在数据输入期间提供更佳的用户指导。可替换的是或另外，可以使用声反馈指示器。
图10示出处理模块的另外的例子。在这个例子中，处理模块包括单片集成电路1000，单片集成电路1000包括整流器、电源、通信接口单元、安全元件、输入/输出控制器和接触传感器位置解码器。在此单片集成型式中，用户接口单元可以充当状态机，该状态机可以控制处理模块的所需输入/输出功能。
图11示出感测原理的例子。具体来说，图11示出所阐述种类的导线106、104可以如何用于检测例如人类手指1106的物体的接近的例子。在这个例子中，一对导线106、104已被嵌入到非导电基板1100中。例如，导线106、104可以被布置成如图1所示的图案。可以通过产生第一导线106与第二导线104之间的电气边缘场1102来实现感测物体的接近，电气边缘场1102因此表示电容Cs。第一导线106充当X电极并且第二导线104充当Z电极。当物体进入第一导线104的附近1104中时，例如，电容Cs将改变值ΔCs。可以通过例如通用输入/输出引脚1108、1110、1112、集成电容器1114和寄生电容器1116等组件来方便场的产生和电容变化的检测。
图12示出多电容器感测设备的例子。在这个例子中，可以评估多个(1204个)感测电容。个别感测电容Cs1......Cs5和集成电容器1202被连接到例如微控制器等的计算设备的通用输入/输出引脚1200。
应注意，已经参照不同主题描述了以上实施例。具体来说，一些实施例可能是参照方法类的权利要求描述的，而其它实施例可能是参照装置类的权利要求描述的。然而，本领域的技术人员将从上述内容了解到，除非另有说明，否则除属于一种类型主题的特征的任何组合外，与不同主题相关的特征的任何组合，特别是方法类的权利要求的特征和装置类的权利要求的特征的组合，也视为用此文件公开。
此外，应注意图式是示意性的。在不同图式中，用相同的附图标记表示类似或相同元件。此外，应注意，为了提供说明性实施例的简洁描述，可能并未描述属于技术人员的习惯做法的实施细节。应了解，在任何此类实施方案的发展过程中，如在任何工程或设计项目中，必须制定大量实施方案特定的决策以便实现研发者的具体目标，例如遵守系统相关的和商业相关的约束条件，不同的实施方案可能有不同的具体目标。此外，应了解，此类发展工作可能既复杂又费时间，但对于本领域的技术人员而言只不过是例行的设计、制造和生产任务。
最后，应注意，技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求书中，圆括号之间的任何附图标记不应解释为限制权利要求。“包括”这个词不排除权利要求中列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在元件之前的“一”或“一个”这个词不排除多个此类元件的存在。权利要求书中所述的措施可以借助于包括若干不同的元件的硬件和/或借助于适当程序化的处理器来实施。在列出若干构件的设备权利要求项中，可以通过同一个硬件物件来实施若干这些构件。仅凭在彼此不同的附属权利要求项中叙述了某些措施这一事实，并不代表不能有利地使用这些措施的组合。
附图标记列表
100 电子设备
102 电容性传感器结构
104 导线
106 导线
108 通信和处理模块
110 天线
112 接触垫
114 接触垫
116 接触垫
118 接触垫
200 电子设备
202 电容性传感器结构
204 导线
206 导线
208 通信和处理模块
210 天线
212 接触垫
214 接触垫
216 接触垫
218 接触垫
220 导线
222 接触垫
404 绝缘导线
406 绝缘导线
700 铣刀
702 卡身
704 绝缘物
706 导线
800 非导电基板
802 电线储器
804 受计算机控制的喷嘴
900 功能块
902 功能块
904 接触接口
906 天线接口
908 天线接口
910 光反馈单元
1000 功能块
1100 非导电基板
1102 边缘场
1104 附近
1106 手指
1108 通用输入/输出引脚
1110 通用输入/输出引脚
1112 通用输入/输出引脚
1114 集成电容器
1116 寄生电容器
1200 通用输入/输出引脚
1202 集成电容器
1204 感测电容。

Claims (15)

1.一种电子设备，其特征在于，包括非导电基板以及具有电容性传感器结构的基于接触的用户接口单元，其中所述电容性传感器结构包括嵌入所述非导电基板中的导线。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电容性传感器结构包括嵌入所述非导电基板中的一对相邻导线，并且所述相邻导线中的每一条导线充当所述基于接触的用户接口单元中的电极。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述导线中的至少一些导线被布置成曲折图案。
4.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述导线中的至少一些导线被布置成螺旋形图案。
5.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述电容性传感器结构进一步包括嵌入所述非导电基板中的接线端子。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，进一步包括具有接触垫的通信和处理模块，其中所述接线端子被连接到所述接触垫。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，已通过执行铣削过程而准备所述接线端子以便连接到所述接触垫。
8.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，进一步包括嵌入所述非导电基板中的天线。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述导线由与所述天线相同的材料制成。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，已在单个制造步骤中给所述设备配备所述天线和所述基于接触的用户接口单元。
11.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述导线是绝缘导线。
12.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述非导电基板是热塑性基板。
13.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述导线是铜线。
14.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备是智能卡。
15.一种制造电子设备的方法，其特征在于，所述方法包括给所述电子设备配备非导电基板以及给所述电子设备配备基于接触的用户接口单元，所述基于接触的用户接口单元具有电容性传感器结构，其中所述电容性传感器结构是通过将导线嵌入到所述非导电基板中而形成。
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