TWI455032B - 具控制機構之電子卡 - Google Patents

Description

具控制機構之電子卡

本發明係有關於電子卡，例如包括積體控制機構之智慧卡。

電子卡包括至少一可以設置在印刷電路板上的至少一積體電路、用以供電給積體電路的電源連接機構、以及可以人工致動且連接至積體電路的控制機構。該積體電路主要被設置來處理由控制機構所產生的訊號。積體電路、控制機構及電源連接機構的至少一部份被裝納於或封裝於構成該卡之至少一層的絕緣材料中。

連接機構可以包含具有電接觸的區域，在卡的至少一外部表面上是可接達的，以便與被連接至電源之例如電子儀器的互補式接觸端子相接觸。連接機構也包含藉由電感耦合而要連接至電源的天線。

設有所有電子元件的電子卡可具有一般的長方形形狀。但是，此電子卡也可以具有其它外形，例如，一般的圓形形狀。例如智慧卡之此類電子卡必須具有淺厚度，舉例而言，小於2mm，並且，較佳為接近0.8mm。此類電子卡傳統上可為銀行類型的卡，特別是符合ISO標準，但是，同樣地，可為被稱為符記(Token)之電子裝置的形狀之卡。此種電子裝置可具有二種型式，亦即，具有精底的時間基底之第一型或是不要求精準的時間基底之第二型。

在此技術領域的目前最佳狀態中，此種電子卡可包括整合於絕緣材料中的電池或電池組(cell or battery)、至少一積體電路、用以顯示資訊之裝置及連接至積體電路的控制機構、以及呈可以由使用者來予以致動的開關形式之元件。為了將這些不同的元件整合於卡中，一般係設置成以包括印刷電路板的至少一電子模組的形式來組合它們。例如積體電路、顯示裝置、電源電池或電池組及控制機構之不同的電子元件係部份地配置於印刷電路板上。可致動的開關可以藉由使用者來予以人工地啓動，特別是用以操作控制機構及/或顯示裝置。

一般以按鍵形式來產生用以實施資料或命令導入之至少一功能的控制機構，這些按鍵界定卡的外表面上的圓頂部份。藉由此種配置，非常難以顯著地降低包含數個電子元件之該電子卡的厚度。由於這無法製造特別是銀行型式的卡，特別是符合ISO標準的卡，所以，這構成了主要的缺點。此外，此種控制機構在實施特定功能或命令時，無法確保良好的可靠度，而造成另一缺點。

有鑑於此，本發明之目的在於提供電子卡，其包括用以實施某些功能或用以導入資料或命令中之至少一個項目的控制機構，並具有薄的厚度及確保良好的操作可靠度，以便補救上述此技術領域的上述缺點。

為達此目的，本發明係有關於上述電子卡，其中，電子卡包括設置於電容式按鍵的電極之與接觸表面相反之一側上的導電屏幕，該導電屏幕係遠離且未接觸到電容式按鍵。

附屬項2至13中界定電子卡的特定實施例。

根據本發明的電子卡之優點在於呈電容式按鍵的電極形式之控制機構在電子卡上佔據相當有限的位置空間。歸功於此，能夠如同所需地，將此電子卡的厚度做最大的降低。

有利的是，電子卡的接觸表面與電容式按鍵之間的距離小於設置在與觸鍵上的接觸表面相反的一側上之絕緣材料的厚度。特別是當卡被固持於手中時，這使得積體電路能夠僅偵測與要被致動的至少一觸鍵相反的接觸表面相接觸之手指或筆的存在。

導電屏幕可以被有利地配置於電子卡中或電子卡上。此屏幕係設置於電容式按鍵的電極之與接觸表面相反的一側上。此導電屏幕係遠離且未接觸到電容式按鍵。其可以被連接至電源的端子的其中之一。

從圖式中所示的至少一實施例之非限定的下述說明中，將更清楚電子卡的目的、優點及特徵。

在下述說明中，僅以簡單方式來指稱所有電子卡的部份，電子卡較佳地可為此技術領域者所熟知的智慧卡。

圖1A代表電子卡1的第一實施例之簡化橫截面，電子卡1最好可為例如符合ISO標準之銀行卡的智慧卡。在此圖1A及下述中，並非精準地顯示電子卡之不同部份的尺寸，而僅是清楚地顯示包括該電子卡的所有部份。也應瞭解，電子卡可以同樣地以呈電子標記或被稱為符記的電子裝置之形式來予以配置。

在此第一實施例中，電子卡1包括設置於印刷電路板2上之至少一積體電路5、連接至印刷電路板以便供電給該積體電路之例如電池或電池組的電源4、以及可以被人工地致動之控制機構6。這些控制機構係連接至積體電路，使得電路的處理單元可以處理由控制機構所產生的訊號。設置於其中一面上之印刷電路板上的積體電路、控制機構、及電源係裝納於或封裝於例如塑膠材料之至少一層的絕緣材料3中。

在此第一實施例中，絕緣材料層係直接固定至由例如聚醯亞胺所製成之可撓印刷電路板上。在該電子卡1的製造期間，絕緣材料層3以樹脂的形式被施加於載有印刷電路板2的電子元件之其中一面上。此樹脂可為聚胺酯。在眾所周知之此樹脂的層疊及固化操作之後，如此而產生具有小於2mm且較佳為接近0.76mm、或更薄的薄厚度之設有積體電子元件的電子卡。

藉由界定設有電容式按鍵的觸控螢幕之電極6的組裝而有利地形成控制機構。這些電極6係由例如銅之導電材料所製造。一個接觸表面20係界定於印刷電路板2的外部面上。手指D或筆可以被放置而在至少一電容式按鍵6的上方與此接觸表面相接觸，以便將其啓動且因而能夠實施特定功能或導入資料或命令。

如圖1B所示，基於接觸表面上的手指的近似接觸表面及彼此充分間隔開之功能來予以尺寸化的所有電極6係藉由個別的金屬線9而被連接至積體電路。可以設置其它金屬線17以便將積體電路連接至顯示裝置，而在下述中，將參考圖2至4來說明顯示裝置。積體電路5的接觸區域可以特別藉由被稱為覆晶技術而被連接至印刷電路板2上。可以如同傳統的電話鍵盤般，設置有12個電容式按鍵電極，以便界定數字、字母或符號。在正常的操作模式中，用於使用者的手指D的每一個動作之單一電容式按鍵無法被積體電路所啓動及偵測。但是，可以思及，在積體電路的配置之情況中可以同時啓動二個相鄰的按鍵或更多按鍵以便界定電腦游標。

由於此電子卡1可以容易地被固持於手中以便致動電容式按鍵，所以，假設處理單元被配置成考慮分開接觸表面相接觸之手指D與要被啓動的電容式按鍵之距離。為了如此做，接觸表面20與電容式按鍵6之間的距離e1必須小於配置在相對於電容式按鍵6之與該接觸表面相反的一側上的絕緣材料層3的厚度e2。隨著積體電路5的處理單元中所決定之偵測臨界值的作用，這使得該處理單元僅偵測與要被致動的至少一觸控鍵相反之接觸表面上接觸的手指D的存在成為可能。

一般而言，舉例而言，圖1A中所見的此絕緣材料層3的厚度e2可以為0.45至0.5mm的等級，而印刷電路板2的厚度e1可為例如0.1至0.15mm的等級。基於此原因，假使絕緣材料層3的介電常數實質上等於印刷電路板2的介電常數時，則積體電路5可以被配置成僅偵測接觸表面20上的使用者手指D的動作。當然，在印刷電路板的介電常數大於絕緣材料層3的介電常數之情況中，對於偵測僅在接觸表面上的手指之動作，厚度上的差異不再是必要的。

積體電路5的處理單元通常包括多工器、類比振盪器區塊及用於測量與比較之邏輯區塊，而所有的電容式按鍵6係連接至多工器的輸入。類比區塊包括連接至多工器的輸出之電壓控制振盪器。在初始配置階段中，隨著用於測量與比較的邏輯區塊所提供的二進位控制字元之作用，多工器實施連續地及週期性地使每一個觸控鍵連接至振盪器的輸入之工作。

由於振盪器可以為RC型式的振盪器，所以，連接至振盪器的每一個電容式按鍵的電容值可以決定振盪頻率。此頻率與總電容值的倒數成正比。因此，在與連接至振盪器的電容式按鍵6相反的接觸表面20上沒有手指的動作的情況下，僅隨著每一個鍵的寄生電容器之電容值的作用而決定振盪器的頻率。相反地，當手指D啓動連接至振盪器的電容式按鍵6的其中之一時，該鍵的電容值大於僅僅寄生電容器的電容值。結果，可以降低振盪器的頻率以便界定與被啓動之鍵的電容值有關之測量訊號。因此，在邏輯區塊中產生此測量訊號與代表對應於起先未被啓動之該鍵的寄生電容的值之基準電容值的參考訊號之比較。假使被啓動之鍵的電容值大於其基準電容值，則執行特定功能或者資料或者命令的導入。因此，歸功於所述的電容式按鍵的配置，邏輯區塊可以決定手指在該電容式按鍵上的某些位置，舉例而言，12個位置。

關於與積體電路之處理單元有關的補充技術細節，該者可以參考專利文獻EP 0 838 737，於此，將其一倂列入參考。

除了電容式按鍵6的電極的訊號的處理單元之外，電子卡1的積體電路5通常可包括未顯示出的記憶體單元，而記憶體單元係連接至未顯示出的微控制器單元，用以處理自處理單元所接收到的資料或命令。記憶體單元可以包括快閃或EEPROM類型之非揮發性記憶體，以便儲存個人資料、智慧型卡的至少一識別碼及配置參數。記憶體單元同樣地特別含有至少一加密演算法，以供與讀取器單元的安全交換。此外，如同參考圖2至4所述般，假使電子卡同樣地包括顯示裝置時，可以設想到在相同的積體電路中製造顯示裝置的驅動電路。

當然，也可以設想到將多個積體電路安裝於印刷電路板2的相同面上。可以設置用以處理由控制機構6所產生的訊號之積體電路5、用於記憶體單元的積體電路、用以連接至其它積體電路的微控制器之積體電路、以及可能用於控制例如LCD裝置之顯示裝置之特定驅動電路。由瑞士EM Microelectronic-Marin SA公司所製造之根據文獻EM 6819所界定的微控制器可以被使用於電子卡中。

電子卡1也可以包括呈開關按鈕形式的控制組件(未顯示出)。此習知的開關按鈕可以由使用者從卡的外部來予以啓動持續一段決定的持續時間，舉例而言，5、10或15秒的持續時間，以便藉由經由電池4所供電的積體電路來控制控制機構的操作。在可以等於操作的持續時間之持續時間之後沒有對電容鍵做任何動作，這些鍵係處於未操作模式中。

圖2表示依據本發明之電子卡1的第二實施例之橫剖面視圖。應注意，於下所述的與圖1的元件相同的電子卡1的所有元件具有相同代號。基於此理由，為了使圖2的每一個元件的說明簡明起見，不再詳細地重複贅述。

在此第二實施例中，可為可撓性或剛性的印刷電路板2在單一面上包括至少一積體電路5及連接至積體電路之控制機構的電容式按鍵6的電極。為電池或電池組之電源4，係配置於印刷電路板2的其中一側上並且藉由二金屬帶而被連接至該板，以便供電給積體電路。舉例而言，在印刷電路板的其中一側上設置顯示裝置7，特別是LCD型式。此顯示裝置7藉由軌線(tracks)或金屬線而被連接至積體電路5，而積體電路5可包括該顯示裝置的驅動電路。

絕緣材料層包括其厚度為例如0.1與0.2mm之間的第一絕緣層3及第二絕緣層8。電池4、顯示裝置7、印刷電路板2、積體電路5及電容式按鍵6的電極係封裝於第一與第二絕緣層之間。可以以二步驟來執行這些電子元件的封裝，首先，製造第二絕緣層，接著，以相同的材料來製造第一絕緣層而被固定於第二絕緣層上，以便包納所有電子構件。但是，也可以在同一步驟中製造第一及第二層。

在顯示裝置上方可以設置做成於第一絕緣層3中的開口13，以便界定該裝置的視野。但是，取代該開口，可以設置成可經由第一層絕緣材料3的至少一透明部份13來觀視顯示裝置7的顯示部。

在此第二實施例中，用以啓動電容式按鍵的接觸表面20係位於第一絕緣層3的外表面上。在此情況中，電子卡1也包括導電屏幕10，導電屏幕10可設於電容式按鍵6的電極之與接觸表面20相反的一側上。舉例而言，該導電屏幕係固定於與製有電容式按鍵6的電極於其上之第一面相反的印刷電路板的第二面上。

此屏幕可為導電膜，例如由鎳或銅所製成的金屬膜或金屬插入物(insert)。此屏幕10係遠離且未接觸到電容式按鍵6。其可以被連接至電池的端子或保持在浮置狀態。此屏幕可以完全地遮蓋印刷電路板的第二面或至少一個與所有電容式按鍵6相反的區域。也可以設置柵格來取代全面金屬層以做為屏幕。

圖3表示依據本發明的電子卡1的第三實施例之橫剖面。應注意，此處所述之與圖1及2中的元件相同的電子卡1的所有元件具有相同的代號。基於此理由，為了使圖3的每一個元件的說明簡明起見，不再詳細重複贅述。

關於第二實施例，絕緣材料層包括第一絕緣層3及第二絕緣層8。電池4、顯示裝置7、印刷電路板2、積體電路5及電容式按鍵6的電極係封裝於第一與第二絕緣層之間。

在此第三實施例中，可撓性印刷電路板2具有二面。在第一面上，連接有用以處理由控制機構所產生的訊號之至少一積體電路5。連接至顯示裝置7的連接軌線可以同樣地被設於此第一面上，並且也可以藉由二金屬條而被連接至電池4的端子。相反地，電容式按鍵6的所有電極係配置於與第一面相反之印刷電路板2的第二面上。可以設置經過印刷電路板2的導電通道(未顯示出)，用以連接電容式按鍵的電極至積體電路。

開口13可以被做成於第二絕緣層8中，以便觀視顯示裝置7的顯示部。但是，取代開口，可以設置成經由第二絕緣層8的至少一透明部份13來觀視顯示裝置7的顯示部。

由於電容式按鍵6係設於印刷電路板2的第二面的一側上，所以，在此情況中，接觸表面20係位於第二絕緣層8的外表面上。可以導電膜或一層不透明的導電漆之形式來製造屏幕12，而不透明的導電漆同樣可以界定用於電子卡的裝飾。此屏幕係配置於第一絕緣層3的外表面上。導電膜或該層漆至少延伸越過與所有導電鍵6相反的一個區域，但是，較佳地遮蓋第一絕緣層3的所有外表面。透明保護膜14同樣地如習知般可完全地遮蓋第一絕緣層3的所有外表面上的導電膜或該層漆。

圖4表示依據本發明的電子卡1的第四實施例之橫剖面。應注意，此處所述之與圖1至3中的元件相同的電子卡1的所有元件具有相同的代號。基於此理由，為了使圖4的每一個元件的說明簡明起見，不再詳細重複贅述。

電子卡的此第四實施例實質上類似於該卡的第三實施例。第四實施例與第三實施例唯一的不同在於屏幕11。此第四實施例的屏幕11係藉由整合於第一絕緣層3的材料中的導電粒子來予以形成。這些導電粒子以始於外表面之決定的厚度而被整合於第一絕緣層3中。這些粒子被整合，以便遮蓋與所有電容式按鍵6相反的至少一區域，但是，較佳可延伸越過對應於第一絕緣層3的整個外表面之區域。

從上述說明中，在不違離由申請專利範圍所界定之本發明的範圍之下，習於此技藝者可思及子卡的許多製造變型。以部份整合方式而被配置於電子卡中的太陽能電所產生的電能，可以取代電池或電池組。對於電子卡具有特別用於與銀行或商店中的讀取單元相連接之銀行卡型式的情況中，可以設置外部接觸區及/或磁軌。也可想到無線的發送及接收機構，例如集成於卡中的RFID裝置。根據所提供的實施例，顯示裝置可以被固定於印刷電路板上而不用配置於控制機構的電極之上或之下。

1．．．電子卡

2．．．印刷電路板

3．．．絕緣材料層

4．．．電源

5．．．積體電路

6．．．控制機構

7．．．顯示裝置

8．．．第二絕緣層

9．．．金屬線

10．．．屏幕

11．．．屏幕

12．．．屏幕

13．．．開口

14．．．透明保護膜

17．．．金屬線

20．．．接觸表面

圖1A表示依據本發明的電子卡的第一實施例的橫剖面視圖，

圖1B表示部份上視圖，顯示連接至依據本發明的電子卡之印刷電路板上的積體電路之電容式按鍵的電極配置，

圖2表示依據本發明的電子卡之第二實施例的橫剖面視圖，

圖3表示依據本發明的電子卡之第三實施例的橫剖面視圖，及

圖4表示依據本發明的電子卡之第四實施例的橫剖面視圖。

1．．．電子卡

2．．．印刷電路板

3．．．絕緣材料層

4．．．電源

5．．．積體電路

6．．．電容式按鍵

7．．．顯示裝置

8．．．第二絕緣層

12．．．屏幕

13．．．開口

14．．．透明保護膜

20．．．接觸表面

D．．．手指

Claims (13)

1. 一種電子卡，包括至少一積體電路、連接至電源以便供電給該積體電路之連接機構、及可以被人工致動且連接至該積體電路的控制機構，該積體電路用以處理由該控制機構所產生的訊號，該積體電路、該控制機構及連接至電源之該連接機構的至少一部份係裝納於或封裝於形成該卡的至少一層絕緣材料中，該控制機構係由電極組成件來予以形成，以便界定具有電容式按鍵的觸控螢幕，而藉由使用者的手指或置於該卡之與至少一觸控鍵相反的一個接觸表面上之筆，可以啟動該等電容式按鍵，以導入資料或命令，其中，該電子卡包括導電屏幕，該導電屏幕係配置於該電容式按鍵之該等電極之與該接觸表面相反的一側上，該導電幕係遠離且並未接觸到該等電容式按鍵。
2. 如申請專利範圍第1項之電子卡，其中，該積體電路係配置於印刷電路板上。
3. 如申請專利範圍第2項之電子卡，其中，該電子卡包含經由連接機構而被連接至該印刷電路板的電源。
4. 如申請專利範圍第2項之電子卡，其中，該電子卡包括連接至該積體電路或驅動電路的顯示裝置，而該驅動電路係連接至該積體電路，可經由做成於該絕緣材料層中或該印刷電路板中的開口來觀視該顯示裝置的顯示部， 該顯示裝置並未被配置於該控制機構的該電極組成件之上方或下方。
5. 如申請專利範圍第2項之電子卡，其中，該電子卡包括連接至該積體電路或驅動電路的顯示裝置，而該驅動電路係連接至該積體電路，可經由做成於該絕緣材料層中或該印刷電路板中的至少一透明部份來觀視該顯示裝置的顯示部，該顯示裝置並未被配置於該控制機構的該電極組成件之上方或下方。
6. 如申請專利範圍第4或5項之電子卡，其中，該電子卡包括控制組件，該控制組件可由人工啟動，該控制組件係連接至該積體電路並且能夠控制該觸控鍵及/或該顯示裝置的操作。
7. 如申請專利範圍第6項之電子卡，其中，該控制組件為開關按鈕，該開關按鈕可以被人工按壓一段預定的持續時間，以便操作該觸控鍵及/或該顯示裝置。
8. 如申請專利範圍第3項之電子卡，其中，該絕緣材料層係由第一絕緣層及第二絕緣層所形成，為電池或電池組之該電源、該顯示裝置、該印刷電路板、該積體電路及該電容式按鍵的該等電極被裝納於或封裝於該第一與該第二絕緣層之間。
9. 如申請專利範圍第8項之電子卡，其中，該印刷電路板係可撓的及單面的，其中，該積體電路及該電容式按鍵的該等電極係藉由被封裝於該第一絕緣層中而被配置於該印刷電路板的第一面上，該接觸表面係位於該第一絕 緣層的外表面上，且其中，該屏幕係由配置於該印刷電路板之與該電容式按鍵的至少所有電極相反之該第二表面上的導電膜或導電柵格所形成，並且藉由固定於該第一絕緣層之該第二絕緣層而被封裝於該卡中。
10. 如申請專利範圍第8項之電子卡，其中，該印刷電路板係可撓的及具有二面，其中，該積體電路係藉由被封裝於該第一絕緣層中而被配置於該印刷電路板的第一面上，且其中，該電容式按鍵的該等電極係配置於與該印刷電路板相反的第二面上，並且藉由固定於該第一絕緣層之該第二絕緣層而被封裝於該卡中，該接觸表面係位於該第二絕緣層的該外表面上。
11. 如申請專利範圍第10項之電子卡，其中，該導電屏幕係由導電粒子所形成，而該導電粒子被整合成從該外表面算起至少該第一絕緣層的預定厚度，且同時延伸越過與所有該等電容式按鍵相反的一個區域上。
12. 如申請專利範圍第10項之電子卡，其中，該導電屏幕係由配置於該第一絕緣層的該外表面上之導電膜或一層不透明的導電漆形成，該導電膜或該層漆至少延伸越過與所有該等電容式按鍵相反的一個區域上。
13. 如申請專利範圍第1項之電子卡，其中，該電子卡採用銀行卡的形式，其中，平均地設有記憶體單元及微控制器單元，該記憶體單元用以儲存個人資料及/或至少一個人識別碼及/或配置參數，而該微控制器係連接至該記憶體單元，且其中，該電子卡包括12個電容式按鍵電 極，各自與該積體電路相連接，用以實施特定功能或導入所界定的資料。