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Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der elektronischen USB-Vorrichtungen und
insbesondere eine schlanke elektronische USB-Vorrichtung.
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Bedingt
durch den Fortschritt im industriellen Gebiet der Informationstechnologie
(IT) haben tragbare elektronische Geräte eine immer weitere Verbreitung
gefunden. Einige von ihnen wie etwa ein Flash-Laufwerk oder eine
kleine Speicherkarte können
mit Host-Computern (PC oder Notebook) über spezifische Übertragungsschnittstellen
kommunizieren, worunter der universelle serielle Bus (USB) am weitesten
verbreitet ist. Da der USB eine der am weitesten verbreiteten E/A-Schnittstellen
in derzeitigen Personalcomputern darstellt, besitzen viele elektronische
Vorrichtungen den USB als ihre Übertragungsschnittstelle.
Der Vorteil der Verwendung des USB besteht darin, dass er die Notwendigkeit
der Verwendung eines bestimmten Kartenlesers für tragbare Vorrichtungen mit
unterschiedlichen E/A-Schnittstellen stark reduziert.
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Herkömmlicherweise
ist der Verbinder für
die elektronische USB-Vorrichtung von der Leiterplatte getrennt
und durch Schweißen
oder Löten
mit dieser verbunden. Aufgrund der Beschränkungen des USB-Verbinders
sind jedoch die elektronischen USB-Vorrichtungen zu dick, um als
tragbar gelten zu können.
Wie in 1 gezeigt ist,
beeinflusst das Gehäuse 100 des
USB-Verbinders das Volumen und die Dicke der elektronischen Vorrichtung
in der Weise, dass es diese erhöht.
Um die Dicke aller elektronischen Elemente unter den elektronischen
Vorrichtung soweit wie möglich
zu verringern, besteht die am weitesten verbreitete Lösung darin,
die Struktur des USB-Verbinders zu verbessern oder einen Entwurf ohne
Verbinder zu verwenden, um die elektronische Vorrichtung dünner zu
machen. Die 2A und 2B veranschaulichen eine
USB-Speichervorrichtung,
die aus der taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 570242-A bekannt
ist und in der sich ein Verbinder 202 von der Leiterplatte
erstreckt und von einem oberen Gehäuse 200 und von einem
unteren Gehäuse 201 umschlossen
ist. Durch die Verwendung der Kontakte eines USB-Aufnahmegehäuses, die
die Metallschicht 204 berühren, die direkt auf den Verbinder 202 aufgalvanisiert
ist, kann die USB-Speichervorrichtung mit dem Host-Computer einen
Stromkreis herstellen. Da jedoch der Verbinder 202 immer wieder
eingesteckt und herausgezogen wird, besteht eine nicht zu vernachlässigende
Wahrscheinlichkeit, dass die Metallschicht 204 abgetragen
wird, mit der Folge, dass die USB-Speichervorrichtung nicht mehr verwendet
werden kann. Außerdem
liegen die meisten Bereiche des Verbinders 202 frei, weil
sie nicht von dem Gehäuse
der Vorrichtung abgedeckt sind, so dass es wahrscheinlich ist, dass
die (aus Metallschichten gebildeten) Kontakte durch externe Fremdstoffe
einem Kurzschluss unterliegen, wodurch die Lebensdauer der elektronischen
Vorrichtung gesenkt werden kann.
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3 zeigt die vereinfachte
Struktur eines kleinen USB-Verbinders, der aus der taiwanesischen Patentanmeldung
Nr. 565026-A bekannt ist, wobei der Verbinder 30 und eine
Leiterplatte 31 einteilig hergestellt und im unteren Gehäuse 38 angeordnet sind.
Das obere Gehäuse 37 deckt
lediglich Teile des Verbinders 30 ab und bildet zusammen
mit dem unteren Gehäuse 38 das
Vorrichtungsgehäuse.
Außerdem
sind auf den Verbinder 30 vier Metallstreifen 33 geklebt,
die als Kontakte für
die Kommunikation mit dem (nicht gezeigten) USB-Aufnehmer dienen.
Obwohl diese Struktur das Problem beseitigt, dass sich die Metallschicht
leicht abschält,
ist der Verbinder 30 noch immer externen Fremdstoffen ausgesetzt.
Da es ferner notwendig ist, in dem Verbinder 30 Bohrungen
vorzusehen, bevor die Metallstreifen 33 aufgeklebt werden,
und da außerdem
ein U-förmiges
Metallgehäuse 39 für den Schutz
des Verbinders 30 notwendig ist, ist die Struktur der elektronischen USB-Vorrichtung
komplizierter und schwerer herzustellen, was die Verringerung der
Herstellungskosten erschwert.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann mit den beiden oben
genannten technischen Lösungen
das Ziel einer schlanken elektronischen USB-Vorrichtung zwar erreicht werden, es bleiben
jedoch noch immer Nachteile bestehen, die beseitigt werden müssen. Daher
besteht ein Bedarf an einer weiteren Verringerung der Dicke des USB-Verbinders
und der elektronischen USB-Vorrichtung, um die Nachteile zu beseitigen
und um den Verbinder (insbesondere die Kontakte der elektronischen
USB-Vorrichtung) besser zu schützen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische USB-Vorrichtung mit schlanker
Struktur zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine elektronische USB-Vorrichtung
nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In
der erfindungsgemäßen elektronischen USB-Vorrichtung
sind das Substrat und andere elektronische Elemente im Wesentlichen
eingeschlossen, um zu verhindern, dass der Verbinder und die Kontakte
der elektronischen USB-Verbindung
unnötig
freiliegen, wodurch ein besserer Schutz erhalten wird.
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Gemäß der Erfindung
wird eine verbesserte elektronische USB-Vorrichtung geschaffen,
in der jede Öffnung
einem Metallstreifen entspricht, so dass die verbesserte elektronische
USB-Vorrichtung jeden Kontakt eines USB-Aufnehmers an die korrekte Position
führt und
gegenseitige Beeinflussungen zwischen den zwei Metallstreifen verhindert
werden, so dass ein Kurzschluss, der durch externe Fremdstoffe bedingt
ist, vermieden werden kann.
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Die
erfindungsgemäße elektronische USB-Vorrichtung
umfasst ein Substrat mit einer Leiterplatte und einem Verbinder,
der sich von der Leiterplatte erstreckt. Auf den Verbinder sind
mehrere Metallstreifen geklebt, die mit der Leiterplatte elektrisch
verbunden sind. Auf dem Substrat ist wenigstens eine integrierte
Schaltung angebracht, ferner besitzt das Gehäuse Öffnungen, durch die entsprechenden
Metallstreifen freiliegen und mit den Kontakten eines USB-Aufnehmers
eine elektrische Kommunikation herstellen können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
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1A die
bereits erwähnte
Ansicht eines herkömmlichen
USB-Verbinders;
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2A, 2B die
bereits erwähnte
perspektivische Ansicht bzw. Explosionsansicht der Struktur eines
USB-Verbinders des Standes der Technik;
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3 die
bereits erwähnte
Explosionsansicht eines weiteren USB-Verbinders des Standes der Technik;
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4A eine
Ansicht zur Erläuterung
einer elektronischen USB-Vorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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4B eine
Explosionsansicht der elektronischen USB-Vorrichtung von 4A;
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4C eine
Seitenansicht des Substrats der elektronischen USB-Vorrichtung von 4A;
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4D eine
Seitenansicht der elektronischen USB-Vorrichtung von 4A und
eines USB-Aufnehmers; und
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4E eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen elektronischen
USB-Vorrichtung von 4A und eines USB-Aufnehmers.
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Nun
wird eine bevorzugte Ausführungsform der
elektronischen USB-Vorrichtung
gemäß der Erfindung
im Einzelnen beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch
in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden, so dass der Umfang der
Erfindung nicht durch die beschriebenen Ausführungsformen, sondern lediglich
durch die beigefügten Ansprüche begrenzt
ist.
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4A zeigt
eine schlanke elektronische USB-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die insbesondere eine USB-Speichervorrichtung darstellt. Der Pfeil
gibt die Richtung an, in der die elektronische USB-Vorrichtung in
einen USB-Aufnehmer eingesteckt wird. Die offenbarte elektronische
USB-Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 4,
das mehrere Öffnungen 402 (vier
in dieser Ausführungsform)
besitzt, um die inneren Metallstreifen 46 als Kontakte
für eine
Kommunikation mit dem USB-Aufnehmer
des Host-Computers freizulegen.
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4B ist
eine Explosionsansicht der elektronischen USB-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung von 4A. In 4B ist
die innere Struktur getrennt dargestellt, wobei alle konstitutiven
Elemente der elektronischen USB-Vorrichtung im Wesentlichen im oberen
Gehäuse 40 und
im unteren Gehäuse 41 eingeschlossen sind.
Die konstitutiven Elemente umfassen ein Substrat 43, das
eine Leiterplatte 431 mit einem bestimmten Schaltungs-Layout
besitzt, und einen von der Leiterplatte 431 sich erstreckenden
Verbinder 432. Der bevorzugte Werkstoff des Substrats 43 in
dieser Ausführungsform
ist eine gedruckte Leiterplatte (PCB).
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Auf
den Verbinder 432 sind Metallstreifen 46 wie etwa
Bronze-Streifen geklebt, die eine elektrische Verbindung mit dem
Layout der Leiterplatte 431 herstellen. Hinsichtlich der
Mittel für
die Befestigung der Metallstreifen 46 auf dem Verbinder 432 besteht keine
Beschränkung,
in der vorliegenden Ausführungsform
wird jedoch vorzugsweise die Oberflächenmontagetechnologie (SMT)
angewendet. Gemäß der SMT
werden die Metallstreifen 46 direkt auf einen Verbinder 432 geklebt
und dienen als Kontakte für
eine Kommunikation mit dem USB-Aufnehmer, was den Vorteil hat, dass
Bohrungen in dem Verbinder 432 nicht notwendig sind, wodurch
die Fertigung erleichtert und die Kosten verringert werden können.
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Ein
Speicher 44, in dem Daten gespeichert werden, etwa ein
Flash-RAM, ist unter dem Substrat 43 angebracht. Außerdem umfasst
die Unterseite des Substrats 43 eine USB-Steuereinheit 45,
die ein ankommendes USB-Signal in Daten transformiert und diese
im Speicher 44 speichert oder die im Speicher 44 gespeicherten
Daten in ein USB-Signal transformiert, um es über die Metallstreifen 46 mit dem
Host-Computer auszutauschen.
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Es
sei angemerkt, dass weitere Elemente außer dem Speicher 44 und
der USB-Steuereinheit 45 auf
dem Substrat 43 angebracht sein könnten. Ferner könnten der
Speicher 44 und die USB-Steuereinheit 45 durch
einen anderen Typ einer integrierten Schaltung ersetzt sein. Mit
anderen Worten, Anwendungen der Erfindung sind nicht auf eine Speichervorrichtung
begrenzt, sondern können
elektronische Vorrichtungen für
andere Zwecke umfassen.
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Um
das Ziel einer schlanken elektronischen USB-Vorrichtung zu erreichen,
sind der Speicher 44, die USB-Steuereinheit 45 und
die Metallstreifen 46 so dünn wie möglich entworfen. Außerdem vermeidet die
Anbringung des Speichers 44, der USB-Steuereinheit 45 und/oder
anderer Elemente auf derselben Seite des Substrats 43 (der
Unterseite in dieser Ausführungsform)
eine Erhöhung
der Dicke im Vergleich zu dem Fall, in dem die Montage auf beiden
Seiten des Substrats 43 erfolgt. Daher dient die Montage des
Speichers 44 unter der Leiterplatte 431 und der USB-Steuereinheit 45 unter
dem Verbinder 432 einer Optimierung der Raumausnutzung.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind im oberen Gehäuse 40 vier
streifenförmige Öffnungen 402 ausgebildet,
wobei selbstverständlich
die Breite jeder Öffnung
und der Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen mit der USB-Norm kompatibel
sein sollten. Durch die Öffnungen 402 im
oberen Gehäuse 40 liegen
nur die Metallstreifen 46 frei. Mit anderen Worten, jeder
Metallstreifen entspricht einer Öffnung
und liegt teilweise durch die entsprechende Öffnung im oberen Gehäuse 40 frei
und dient als Kontakt für
eine elektrische Kommunikation mit dem USB-Aufnehmer. Da die Metallstreifen 46 nicht über die
Oberfläche
des oberen Gehäuses 40 hinausragen,
wird die Dicke der erfindungsgemäßen elektronischen
USB-Vorrichtung nicht erhöht, so
dass insgesamt eine flachere Struktur der elektronischen USB-Vorrichtung erzielt
wird. Weiterhin bildet das obere Gehäuse 40 in der Nähe des vorderen Endes
jeder Öffnung 402 eine
schräge
Ebene, was den Vorteil hat, dass die Kontaktherstellung zwischen dem
USB-Aufnehmer und den Metallstreifen 46 gleichmäßiger erfolgt.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik besteht der Hauptunterschied darin,
dass in dem Vorrichtungsgehäuse
mehrere Öffnungen
vorhanden sind, die nur die Metallstreifen und keine anderen Bereiche des
Verbinders freilegen. Der besondere Entwurf des erfindungsgemäßen Vorrichtungsgehäuses hat
viele Vorteile. Erstens kann aufgrund der Tatsache, dass jeder freiliegende
Metallstreifen von einem weiteren Metallstreifen durch das obere
Gehäuse 40 getrennt ist,
schwerer ein Kurzschluss zwischen zwei Metallstreifen, der durch
externe Fremdstoffe verursacht wird, entstehen. Zweitens sind alle
Bereiche des Verbinders 432 mit Ausnahme der Metallstreifen 46 im Gehäuse 4 vollständig eingeschlossen,
so dass die freiliegende Fläche
des Verbinders gemäß der Erfindung
geringer als jene im Stand der Technik ist. Außerdem ist die Höhe der Metallstreifen 46 geringer als
jene der Oberfläche
des oberen Gehäuses 40, so dass
der USB-Verbinder gemäß der Erfindung
durch Fremdstoffe weniger wahrscheinlich beeinflusst wird, wodurch
der Schutz erhöht
wird. Weiterhin isoliert das obere Gehäuse 40 jeden Metallstreifen
aufgrund seiner relativ höheren
Oberfläche
und führt
die Kontakte des USB-Aufnehmers zu dem entsprechenden Metallstreifen,
so dass verhindert wird, dass fehlerhaft mehr als ein Kontakt des
USB-Aufnehmers denselben Metallstreifen berührt.
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Weiterhin
ermöglicht
das Gehäuse 4 einige Abwandlungen
am Entwurf, um mehr Funktionen zu erzielen, beispielsweise kann
das obere Gehäuse 40 ein
weiteres Loch 408 aufweisen. 4D zeigt
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen elektronischen USB-Vorrichtung
und des USB-Aufnehmers, in den die USB-Vorrichtung von rechts nach
links eingesteckt wird. Da der USB-Aufnehmer 49 eine größere Tiefe
und ein größeres Innenvolumen
besitzt, kann ein elastisches Element 495 hinzugefügt werden,
das in dem Loch 408 aufgenommen werden kann. In der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung werden beim Einstecken der USB-Vorrichtung in den USB-Aufnehmer 49 das
elastische Element 495 und die Kontakte 492 leicht
angehoben, bis die USB-Vorrichtung an ihrer korrekten Position angeordnet
ist. Dann berühren
die Kontakte 492 durch die Öffnungen 402 die Metallstreifen,
außerdem
befindet sich das elastische Element 495 in dem Loch 408,
wodurch die elektronische Vorrichtung fixiert wird, was eine robustere
Verbindung zwischen der USB-Vorrichtung und dem USB-Aufnehmer 49 gewährleistet.
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Die
Flanken des Gehäuses 4 können eine geneigte
Ebene 405, 406 aufweisen, wie in 4A gezeigt
ist, woraus sich eine Asymmetrie der offenbarten elektronischen
Vorrichtung ergibt. Für
einen USB-Aufnehmer, der in 4E gezeigt
geformt ist, ergibt sich, dass bei einer nicht korrekt orientierten elektronischen
Vorrichtung die dreieckförmigen Ecken 497, 498 die
Unterseiten der elektronischen Vorrichtung (417, 418)
blockieren. Das bedeutet, dass die geneigte Ebene 405, 406 einen
Verdrehungsschutzmechanismus schafft, der sicherstellt, dass ein
Einstecken mit verkehrter Orientierung vermieden wird. Es wird betont,
dass die geneigten Ebenen 405, 406 nicht auf ihre
Ausbildung an den oberen Flanken des Gehäuses 4 eingeschränkt sind,
sondern dass die geneigten Ebenen auch oben, oben und unten oder
unten vorhanden sein können.
Mit einem kompatiblen USB-Aufnehmer wird dadurch für die elektronische
USB-Vorrichtung ein Vertauschungsverhinderungsmechanismus erzielt.
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Außerdem sind
das Loch 408 und die geneigte Ebene 405, 406 optional,
so dass der Entwurfsingenieur der elektronischen Vorrichtung selbst
entscheiden kann, ob er den oben beschriebenen Entwurf verwendet
oder nicht.
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Aus
der obigen Beschreibung geht hervor, dass mit der erfindungsgemäßen elektronischen USB-Vorrichtung
mehrere Vorteile erzielt werden: Es wird das Hauptziel der Erfindung
erreicht, nämlich
die Schaffung einer schlanken elektronischen USB-Vorrichtung; der
besondere Entwurf der Öffnungen, durch
die nur die eigentlichen Metallstreifen freiliegen, hat einen verbesserten
Schutz des Verbinders und der darauf geklebten Kontakte zur Folge;
ferner kann optional in dem Gehäuse
ein Loch ausgebildet sein, um die elektronische USB-Vorrichtung
zu fixieren, alternativ kann wenigstens eine geneigte Ebene als
Vertauschungsschutzmechanismus ausgebildet sein. Daher ist die erfindungsgemäße elektronische USB-Vorrichtung
in vieler Hinsicht gegenüber
entsprechenden USB-Vorrichtungen des Standes der Technik verbessert,
außerdem
ist sie neu und fortschrittlich.
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In
der obigen Beschreibung ist lediglich eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden, die deren Umfang in keiner Weise
beschränken
soll. Der Fachmann kann selbstverständlich viele Abwandlungen an
dieser bevorzugten Ausführungsform
vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung,
der lediglich durch die beigefügten
Ansprüche
begrenzt ist, abzuweichen.