专利名称：集成机电设备和生产方法
技术领域：
本发明一般涉及便携式电子设备、电子电路、印刷线路板、电子组件和密封的机电结构。本发明尤其关注机电小键盘装置和电子设备的机械部分的集成。
背景技术：
输入设备是许多便携式电子设备的重要部分并且用于电子设备的控制操作和输入信息。在诸如计算机、通信设备、测量设备及类似设备的便携式电子设备中，使用得最普遍的输入设备是小键盘、键盘和由单独的可按下或可触摸的数字或字母数字的、功能和控制键组成的触摸板。为了激活这些类型的输入设备，用户必须按下或者触摸某个键或者某个触点以实现所期望的操作。
一种已知结构的布置将逐步在其上表面带有许多接触焊点的印刷线路板(PWB)上形成小键盘系统。在本说明中PCB和PWB统称为印刷线路板(PWB)。实际的按键开关位于PWB上的一些点上，在这些点上导电输入行和导电输出列形成接合点，即按键开关，包括导电圆顶。绝缘薄膜覆盖除了那些上面将放置组件的那些接触焊点之外的PWB。小键盘部分包含了圆顶薄片或者可选地包括由某些至少在每个圆顶的凹面导电的弹性材料组成的个别按键圆顶的选择。另外，小键盘部分包含有弹性键罩，其中的凸出部分与圆顶薄片的导电圆顶相符并构成按键的可见部分。按下键将致使导电圆顶在按键开关处产生电接触。
在诸如移动电话、发信机和便携式电脑的便携式电子设备中，小键盘装置是依据“工程(engine)PWB”建立的。工程PWB是一种包括数量巨大的实现电信装置的主要功能的电子组件的此类印刷线路板的一般选择器。便携式设备的电子部件通常被密封，以便作为该电子部件一部分的工程PWB受到保护以抵抗电磁干扰和其他扰动。这样，电子部件组成了其自己的实体，然后该实体在外包装内封闭形成便携式装置的覆盖部分。带有凸出突起的弹性键罩组成了便携式装置的电子部件的一侧，而且这一侧将毗邻带有用于固定凸出物的孔的覆盖部分。然后电子部件和覆盖部分使用紧固件相互扣牢。
如今用于便携式装置的小键盘装置和覆盖部分的制造工艺是完全不同的，而且通常甚至由不同提供商或转包商在各自的制造设施中完成。包括电路、电子组件和薄板材料组件的小键盘装置由传统的PWB制造工艺制造，包括丝网印刷、组件装配和回流焊接。覆盖部分通常通过工程塑料模塑工艺制造。
印刷线路板(PWB)或印刷线路板是带有扁平金属条形式的连接的刚性支柱。典型地，该连接“印刷”成在板上统一的金属镀层上的耐腐蚀墨线的形式。蚀刻去掉暴露的区域，留下相互连接的线路。耐腐蚀膜接着也被洗掉，留下暴露在外并且可用于连接的线路。在线路的末端，会钻孔以允许表面元件的导线或者插槽通过。类似电阻和功率管的分立元件都直接插入。微芯片及类似元件直接焊接，或者在板子上焊接插槽，在此随后插入这些有源元件。
可互换的覆盖已经得到普及，尤其是在希望直观区分他们的便携式电子设备的覆盖部分的年轻消费者中。覆盖部分能够使用如今广泛应用的称为模内装饰(IMD)工艺来装饰。这项技术由在铸模过程中注入铸模的装饰组成。特殊的承载薄膜或者金属薄片，也称为模内装饰(IMD)金属薄片或者定制注入模塑(CIM)金属薄片，用于铸造覆盖部分的装饰。在IMD工艺中一片扁平的薄膜或金属薄片首先用设计好的文本、图案、图像、照片或类似的设计装饰，随后形成薄膜以适合注入模块的轮廓并切割成形。之后，薄膜作为插入物插入到模块空腔内，在此最终将模塑树脂注入到薄膜的背面。树脂在薄膜的背面上溶化，并且材料都结合在一起。覆盖部分现在已经完成并且不需要后处理。由于高温模塑树脂典型地使用聚碳酸酯、塑料和混合物。ABS是塑料共聚物的首字母缩写，其是弹性修改的苯乙烯类塑料(热塑性塑料)。例如，由预先印刷的金属薄片组成的键帽和按钮能以由利用IMD工艺的in-coloured复合薄膜形成的覆盖部分形式实现的。
如今，高压形成的带有利用IMD技术的背面注入模塑分接头的装饰性印刷金属薄片小键盘广泛地运用于电子设备，并且这种同样的技术也用于覆盖部分的制造。这些小键盘和覆盖需要独立的印刷线路板用于用户接口连接、触觉反馈和其他电子功能，这种独立的PWB物理上位于与便携式装置的电子部件的连接处。
便携式电子设备小型化的需求对包含工程PWB的电子部件的大小设置了限制，这也是为什么工程PWB用作小键盘装置的电子平台的原因。这意味着小键盘装置和工程PWB布局是相互固定的并且如果不改变工程PWB则很难改变小键盘布局。这种小键盘装置大大限制了设计有区别的小键盘布局的自由以及便携式电子设备的可互换覆盖部分。
鉴于集成小键盘装置对便携式电子设备的灵活性的各种固有局限性，希望能避免或减轻这些或其他与现有技术装置有关的问题。这样，就需要一种新技术以为电子设备提供机电集成。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种包含用户接口和印刷线路板的机电结构，这种结构就印刷线路板的布局设计、用户接口以及装置本身的外观制造和给予自由度而言具有优势。本发明的另一个目的是提供一种紧凑的并使具有新的电子功能定制能力和更新能力更为容易而不需要对装置的主要电子设备进行修改的机电结构。
本发明的目的是通过利用注入模塑工艺以组成可从电子设备拆卸的集成结合体来集成机电组合组件和电子设备的机械覆盖部分实现的。更精确地讲，本发明的目的是通过结合注入模塑技术和电子线路板的印刷来实现。
根据本发明的第一方面，为电子设备提供一种机电组合组件，该机电组合组件至少包含印刷线路金属薄片和用于电连接机电组合组件到电子设备的装置，所述电子设备至少包括一个覆盖部分和用于机械连接该覆盖部分到电子设备的装置，其中所述机电组合组件和所述覆盖部分安排用于组成可从电子设备拆卸的集成结合体。
在一个优选实施例中，提供小键盘组合组件用于集成所述小键盘组合组件和所述覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。
优选地，集成所述小键盘组合组件到所述覆盖部分中。
在另一个优选实施例中，提供接触传感器组合组件用于集成所述接触传感器组合组件和所述覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。
优选地，集成所述传感器组合组件到所述覆盖部分中。
根据本发明的第二方面，为电子设备提供覆盖部分，该电子设备包括机电组合组件，该机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片和用于电连接所述机电组合组件到所述电子设备的装置，所述电子设备还包括用于机械连接所述覆盖部分的装置，其中所述机电组合组件和所述覆盖部分安排用于组成可从电子设备拆卸的集成结合体。
在一个优选的实施例中，提供覆盖部分用于集成小键盘组合组件到所述覆盖部分中。
在另一个优选实施例中，提供覆盖部分用于集成接触传感器到所述覆盖部分中。
优选地，所述覆盖部分是电子设备的可互换覆盖部分。
根据本发明的第三方面，提供一种用于为电子设备制造机电组合组件的方法，所述机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片，所述电子设备至少包括一个覆盖部分，该方法包括步骤-电连接所述印刷线路金属薄片到所述机电组合组件以及到所述电子设备，-机械连接所述覆盖部分到所述电子设备，以及-将所述机电组合组件和所述覆盖部分组成为可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
在一个优选实施例中，提供一种用于制造小键盘组合组件的方法，用于集成所述小键盘组合组件和所述覆盖部分以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
优选地，集成所述小键盘组合组件到所述覆盖部分中。
在另一个优选实施例中，提供一种用于制造接触传感器组合组件的方法，用于集成所述接触传感器组合组件和所述覆盖部分以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
优选地，集成所述接触传感器组合组件到所述覆盖部分中。
根据本发明的第四方面，提供一种用于为电子设备制造覆盖部分的方法，所述电子设备至少包括机电组合组件，所述机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片，其中该方法包括步骤-电连接所述印刷线路金属薄片到所述电子设备，-机械连接所述覆盖部分到所述电子设备，以及-将所述机电组合组件和所述覆盖部分组成为可从电子设备拆卸的集成结合体。
在一个优选实施例中，提供一种用于制造覆盖部分的方法，用于集成小键盘组合组件到所述覆盖部分中。
在另一个优选实施例中，提供一种用于制造覆盖部分的方法，用于集成接触传感器组合组件到覆盖部分中。
优选地，所述覆盖部分是电子设备的可互换覆盖部分。
根据本发明，所有的电子组件，包括外部连接器、与用户接口有关的电子印刷线路板、其他输入/输出设备、以及机械组件在结构上都与覆盖部分有关而与“工程PWB”无关，工程PWB是这种包含实现了电子设备主要功能的数量巨大的电子组件的印刷线路板的一般选择器。
作为本发明的结果是可实现巨大的优势。用户接口和印刷线路板的布局设计不受主要电子设备的特性和设计以及标准化的工程PWB布局的影响。在便携式电子设备中，有一个标准化工程PWB的驱动，但是同时也有一个扩展便携式装置的用户接口类型的驱动。给予覆盖部分和可互换外部覆盖的设计极大程度上的自由度。根据本发明的制造技术和工艺还允许在覆盖部分中生产新的电子功能。电子功能组件的位置、数量和尺寸变得完全独立于工程PWB布局。由于工程PWB表面空间的巨大面积可自由使用，或者保留的PWB表面对其他使用是自由的，所以小型化成为可能。因为制造技术使得当包进塑料树脂时机电组合组件和用户接口完全密封，所以防水的实现以及密封封装的触控电子设备变得更易于生产。依据本发明的制造工艺在价格上是可承受的。
被认为是本发明特征的新颖特点在所附权利要求书特别阐述。然而，当连同附图理解本发明时，通过下面特定实施例的描述可最好地理解本发明本身、其结构和操作方法以及其附加的目的和优点。
图1a示出了根据本发明的机电组合组件的实施例的剖面图以及一种用于在注入模塑过程中制造包括机电组合组件作为插入物的覆盖部分的装置。
图1b更为详细地示出了图1a中的区域A。
图1c示出了根据本发明的机电组合组件的一个实施例的剖面图。
图2示出了根据本发明的机电组合组件的另一个实施例的剖面图。
图3a示出了根据机电组合组件的一个实施例的小键盘结构的剖面图。
图3b示出了根据机电组合组件的另一个实施例的小键盘结构的剖面图。
图4a示出了用于电连接机电组合组件和覆盖部分到主电子设备的本发明的一个实施例。
图4b示出了用于电连接机电组合组件和覆盖部分到主要电子设备的本发明的另一个实施例。
图5示出了根据本发明用于制造结合在一起的机电组合组件和覆盖部分的方法的实施例的方框图。
具体实施例方式
电子设备的机电组合组件包括电的和机械的功能组件，功能组件将成为电子设备的一部分。典型地，机电组合组件是将来自用户的信息中继到电子设备的电子单元的输入/输出设备，反之亦然。输入/输出设备通过按下、触摸、吹动或给输入/输出设备的用户接口做其他物理方式而被激活。在本说明书中，术语组合组件用于描述系统包含电子以及包含机械的组件，例如，小键盘组合组件包括印刷线路板上的电子组件如导线、电阻、检测器、发光二极管等以及印刷线路板上的机械组件如按键圆顶。在便携式电子设备中，由柔性的导电材料组成的多层金属薄片一般用作电子电路的平台代替印刷线路板。这样，在本说明书中，使用术语印刷线路金属薄片代替印刷线路板。
在诸如移动电话的便携式电子设备中，有一个标准化工程PWB的驱动，但是同时还有一个扩展如便携式装置的小键盘的用户接口类型的驱动。在实际的按键开关、圆顶和焊点通常位于工程印刷线路板(PWB)上的小键盘的情况下，由于在不改变工程PWB布局的情况下无法改变键盘布局，这将导致问题。为克服这个问题，可通过将小键盘从工程PWB分开并将它放入移动电话的前盖或后盖实现。通过这样做，小键盘就不是移动电话的工程硬件的一部分，并且能生产任意布局的用户接口，消费者可以仅通过购买一个附加的外壳选择一个或多个其想拥有外壳。还可能将特殊的用户接口集成到用于例如游戏、图片编辑和中文手写识别的移动电话的覆盖部分中。根据本发明的制造技术和工艺也可以能够在电话外壳中生产的新的功能，这意味着消费者能在任何时候为他的移动电话选择并购买新的功能，而不是只能够在他初次购买移动电话的之时。
所提出的本发明主要覆盖了三个不同的领域，即首先在其形成之前将导体和电子设备印刷到模内装饰(IMD)金属薄片上的构思，第二是所利用的制造工艺，以及第三是所需的诸如导电墨水和与印刷电子设备的互联的工艺元件。
图1a示出了包含印刷线路金属薄片2、3、4和用于电连接机电组合组件5到电子设备(参见图1b，4a和4b)的装置的机电组合组件。印刷线路金属薄片2、3、4从电子设备的工程印刷线路板中物理分离出来的，该工程印刷线路板(未示出)典型地位于电子设备的电子单元的结合处。印刷线路金属薄片包括为机电组合组件的组件提供到接触点、接触点之间的电连接的接线，以及连接到电连接机电组合组件到电子设备的接触点5的接线，在印刷线路金属薄片上的适当接触点上安装绝缘层和装饰、以及电的和机械的组件。优选印刷线路金属薄片包含提供电连接机电组合组件到工程印刷线路板的接触点5的接线。
根据本发明的第一个实施例，机电组合组件是输入设备组合组件3、4，包括连接到印刷线路金属薄片4的输入设备3和用于电连接输入设备组合组件5到电子设备的装置。根据本发明的第二个实施例，机电组合组件是小键盘组合组件3、4，包括连接到印刷线路金属薄片4的数字小装置3和用于电连接小键盘组合组件5到电子设备的装置(见关于图3a和3b更详细的描述)。根据本发明的第三个实施例，机电组合组件是接触传感器3、4，包括连接到印刷线路金属薄片4的接触传感器装置3和用于电连接接触传感器组合组件5到电子设备的装置。优选印刷线路金属薄片提供接线以提供电连接机电组合组件到电子设备的触觉反馈组件的接触点。根据本发明的第四个实施例，机电组合组件是任何用户接口组合组件3、4，包括连接到印刷线路金属薄片4的用户接口装置3和用于电连接用户接口组合组件5到电子设备的装置。根据本发明的第五个实施例，机电组合组件是功能装置组合组件3、4，包括连接到印刷线路金属薄片4的功能装置3和用于电连接功能装置组合组件5到电子设备的装置。
例如，根据本发明所列举的上述机电组合组件的一些应用是具有控制电子设备的不同模块所有类型的小键盘和键盘，诸如手写识别检测器的触摸控制传感器，图形编辑检测器和脂肪百分比检测器，不同类型的用户接口模块，和诸如位置检测器、闪光电路和摄像电路的不同类型的功能模块。
一些其中上述提到的机电组合组件的功能能够集成到的电子设备的例子是下列便携式电子设备移动电话、通信机、便携式数字助手(PDA)、掌上型计算机、膝上型计算机、网络终端设备、数码相机、游戏机和娱乐装置以及便携式测量和测试装置。便携式电子设备的需求是紧密性、小尺寸、轻巧和可靠性。在便携式电子设备的用户中，存在个性化用户接口和装置外观的增长期望，这意味着定制能力和升级能力也是现代便携式装置的需求。越来越多地需要在单个便携式电子设备中为不同目的使用不同用户接口作为平台。对此的解决办法是以如今用在诸如移动电话的以不同方式装饰的便携式电子设备中的可互换覆盖部分的方式使用可互换的用户接口。
本发明安排了包括覆盖部分和用于机械连接覆盖部分到电子设备的装置的电子设备。根据本发明，机电组合组件3、4和覆盖部分安排用于组成可从电子设备拆卸的集成结合体。根据本发明的优选实施例，集成机电组合组件3、4被集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。根据第一个实施例，输入设备组合组件3、4被集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。根据第二个实施例，小键盘组合组件3、4被集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。根据第三个实施例，接触传感器组合组件3、4被集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。根据本发明的实施例，优选覆盖部分是可互换的。
图1b示出了根据本发明用于电连接机电组合组件5到主电子设备、能源或其它电子功能单元的机电组合组件的实施例。为了做到这些，连接装置5a、5b、5c被从印刷线路金属薄片4和/或从印刷金属薄片2布置到电子设备的工程印刷线路板和/或当需要时布置在印刷线路金属薄片和印刷金属薄片之间。这些连接装置在他们的另一端附加到印刷线路金属薄片或者印刷金属薄片以形成电连接。虽然图1b描述了图1a(区域A)的细节，但并不意味着连接装置将会一直位于该区域A中，而是所述连接装置可自由地位于沿和机电组合组件结合的印刷(线路)金属薄片的任何地方。连同图4a和4b将更详细地讨论连接装置5a、5b、5c。
覆盖部分由注入模塑技术制造，该技术也称为模内技术或模内装饰(IMD)技术。在IMD处理过程中，机电组合组件被安排为一个插入物，其将被集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体。为此，如图1a所示，需要机电组合组件下部的第一模块12和机电组合组件上部的第二模块11。在模块之间固定了空腔15、16，在此布置机电组合组件以便在注入模塑过程中，布置连接装置5a、5b位于印刷线路金属薄片3和第一模块12之间、和/或印刷金属薄片2和第一模块12之间和/或印刷金属薄片2和第一模块12之间的电连接点5。根据本发明的一个实施例，印刷金属薄片2被布置在机电组合组件的上部而第二模块11放置在印刷金属薄片2的上部以便第一模块12较低的一端和印刷金属薄片2相互接合，即机电组合组件上方的空腔15消失了。形成了第二模块11较低的一端以遵循机电组合组件的外部形状。布置支撑金属薄片6支撑来自底边4的机电组合组件，该支撑层还包括直接对准上方(见图2)的光源(未示出)。当树脂，例如工程塑料，通过第一模块12的孔14注入到机电组合组件的背部以使空腔区域16充满塑料。在注入模塑过程中，印刷金属薄片2和印刷线路金属薄片3之间的接缝18将会熔化到一起以形成密封的接头(见图3a)。根据本发明的另一个实施例，印刷金属薄片是定制注入模塑(CIM)金属薄片2。根据本发明的还一个实施例，便携式电子设备的称为盖-A的前盖1，如图2所示，布置在机电组合组件3、4的上部而第二模块11放置在前盖的上部以便第二模块较低的一端和前盖相互接合在一起，即机电组合组件上方的空腔15消失了。支撑金属薄片6安排用于支撑来自底边4的机电组合组件，该支撑层还包括直接对准上方的光源，并且如果希望的话可以在支撑金属薄片6下方安装附加支撑金属薄片9(见图3b)。穿过支撑金属薄片6、9的孔17安排用于电连接到电子设备以便连接装置5a、5b通过孔17输送。然后树脂，例如工程塑料，通过第一模块12的孔14注入到机电组合组件的背部以使空腔区域16充满塑料。
如图1c所示，根据还一个实施例，模块11、12之间固定了空腔15、16，在此布置机电组合组件以便布置凸起13以保护电接触点5不会被充满塑料并在注入模塑期间使接触点不暴露在外。根据这个实施例，在注入模塑过程后安装连接装置5a、5b。在这个实施例中，连接装置是小型、中等尺寸或者甚至是相当大的尺寸的连接器中的任何类型，诸如使用pogo引脚连接器和弹簧连接器，并且他们在以后安装。
根据本发明的实施例，正如上文所提到的，印刷金属薄片2是定制注入模塑(CIM)金属薄片。我们知道CIM金属薄片用于铸造带有所期望文字、图案、图像、图片或类似设计的装饰到模内装饰(IMD)物体。根据本发明，在开始IMD过程之前的印刷过程中除了能够实现所述装饰也能够实现布线到金属薄片。这意味着CIM金属薄片作为印刷金属薄片2类似涉及电连接性的印刷线路金属薄片3。
根据本发明的一个实施例，CIM金属薄片2布置在小键盘组合组件3、4的上部而第二模块11放置在CIM金属薄片的上部以便第二模块较低的一端和CIM金属薄片能相互接合，即小键盘组合组件上方的空腔15消失了。形成了第二模块11较低的一端以遵循小键盘组合组件的圆顶3的外形。布置支撑金属薄片6支撑来自底边4的小键盘组合组件，该支撑层还包括直接对准上方的光源(见图2)。然后树脂，例如工程塑料，通过第一模块12的孔14注入到小键盘组合组件的背部以使空腔区域16充满塑料。在注入模塑过程中，CIM金属薄片2和印刷线路金属薄片3之间的接缝18将会熔化到一起以形成密封的接头(见图3a)。
如图2所示，根据本发明的另一个实施例，便携式电子设备的称为盖-A的前盖1，布置在小键盘组合组件3、4的上部而第二模块11放置在盖的上部以便第二模块较低的一端和盖相互接合在一起，即小键盘组合组件上方的空腔15消失了。第一和第二模块以与图1a和1c中相同的方式布置在图2中(未描述)。安排支撑金属薄片6支撑来自底边4的小键盘组合组件，该支撑层还包括直接准对上方的光源，并且如果希望的话，可以在支撑金属薄片6之下安装附加的支撑金属薄片9(见图3b)。穿过支撑金属薄片6、9的孔17安排用于电连接到电子设备。然后树脂，例如工程塑料，通过第一模块12的孔14注入到小键盘组合组件的背部以使空腔区域16充满塑料。
图3a和图3b示出了根据本发明的小键盘组合组件的键盘结构。图3a示出了键盘的小键盘的一个按键圆顶的详细结构，在注入模塑之前放置该键盘作为插入到模块11、12中的插入物。小键盘包含印刷金属薄片3和印刷线路金属薄片4，其中装饰和其他图形细节布置在印刷金属薄片3下表面，金属薄片3的上表面安排为手指可触摸以及电连接，布置到印刷线路金属薄片4的上表面。印刷金属薄片被布置到印刷线路金属薄片的上方。圆顶薄片7放置在印刷金属薄片和印刷线路金属薄片之间，其中圆顶薄片7至少在每个圆顶的凹面8是电可导的。印刷线路金属薄片4包含用于每个圆顶的凹面8的接触点相互之间电连接以及电连接到用于连接电子设备的接触点的布线。根据一个实施例，电子设备的接触点通过支撑金属薄片6和可能的附加支撑金属薄片9经由孔17a连接，如图3b所示。
根据本发明的实施例，小键盘包含两个印刷线路金属薄片3、4，优选多层印刷线路金属薄片3、4，其中电连接安排在第一印刷线路金属薄片3的下表面和第二印刷线路金属薄片4的上表面。第一印刷线路金属薄片3的上表面布置为手指可触摸的。第一印刷线路金属薄片安排在第二印刷线路金属薄片的上方。圆顶薄片层7放置在第一和第二印刷线路金属薄片之间，其中圆顶薄片7至少在每个圆顶的凹面8是电可导的。第二印刷线路金属薄片4包含用于每个圆顶的凹面8的接触点相互之间电连接以及电连接到用于连接电子设备的接触点的布线。根据一个实施例，电子设备的接触点通过支撑金属薄片6和可能的附加支撑金属薄片9经由孔17a连接，如图3b所示。
在图3a中，在按键圆顶的位置穿孔的覆盖金属薄片2和印刷金属薄片3之间的，或可选地印刷线路金属薄片3上的接缝18在注入模塑过程中将一起熔化以形成密封的接头。根据一个实施例，在按键圆顶的位置穿孔的CIM金属薄片2和印刷线路金属薄片3之间的接缝18在注入模塑过程中将一起熔化以形成密封的接头。根据本发明的另一个实施例，如图3b所示，便携式电子设备的前盖1放置在小键盘组合组件3、4的上部以便在位于按键圆顶的位置在前盖的孔和印刷线路金属薄片之间形成的紧密结合。安排支撑金属薄片6支撑来自底边4的小键盘组合组件，该支撑层还包括直接准对上方的光源，并且如果需要的话可以在支撑金属薄片6之下安装附加支撑金属薄片9。与金属薄片6有关的光源由例如硬光波导或者是电致发光金属薄片，并且只安排该光在按键上方的位置显露。
图4a和4b示出了根据本发明电连接机电组合组件到电子设备、电源或其他电子功能单元的例子。在图4a中，安排了连接装置5，其在第一末端附加到印刷线路金属薄片4上的接触点21。优选连接装置为在注入模塑过程之前以焊接、粘合或者其它方式固定到柔性印刷线路板或者印刷线路金属薄片4上的接触焊点21上的连接器5上。可以使用任何小型和通用连接器，优选连接器为金属圆柱状形状，例如R-pin连接器。在注入模塑过程中，连接器是机电组合组件的一部分将会被塑料完全覆盖。当注入模塑过程完成时，形成所谓的R-pin的连接器5的第二末端，其既是模块19外部的一个小凸出物，也是模块19内部的一个小块。在此之后，带有R-pin的连接器的第二末端通过塑料表面的机械研磨而暴露出来。在图4a中，模块19表示了电子设备的一块覆盖部分，参考数字19a涉及覆盖部分的边缘，在此连接器有来自覆盖部分的引出线。连接器5的第二末端正形成电连接到电子设备的工程PWB的接触针。换句话说，这些连接器类型都用于连接覆盖部分内部的机电组合组件的模内电子设备到覆盖部分的机械部分的表面，并且进一步连接到工程PWB和/或能源上。
图4b示出了连接装置5a、5b、5c，用于电连接印刷线路金属薄片4到工程PWB或能源(5a)；电连接印刷金属薄片，优选CIM金属薄片2，到工程PWB(5b)；以及电连接印刷金属薄片，优选CIM金属薄片2，到印刷线路金属薄片4(5c)。优选CIM金属薄片作为印刷金属薄片，已经印刷布线并装饰，与电连接属性相比类似印刷线路金属薄片。连接装置优选为在注入模塑过程之前以焊接、粘合或其它方式固定在柔性印刷线路板或印刷线路金属薄片上的接触衬垫的连接器5a、5b、5c。可以使用任何小型和通用连接器，优选连接器为金属圆柱状形状，例如R-pin连接器。当注入模塑过程完成时，形成所谓的R-pin的连接器5a、5b的第二末端，其是模块19外部的一个小凸出物，或是模块19内部的一个小块，然后带有R-pin的连接器的第二末端通过塑料表面的机械研磨而暴露出来。连接装置5c牢固地固定在金属薄片2、4之间并且是任何适当的小型连接器，如R-pin连接器、弹簧连接器或跳线连接器。
图5示出了一种用于为电子设备制造机电组合组件和覆盖部分的方法，机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片，并且电子设备至少包括一个覆盖部分。根据本发明，机电组合组件和覆盖部分都使用同样的制造技术和工艺制造，该技术和工艺促进电子设备的制造并取得成本效率。该方法包含几个步骤，其中在步骤101-111，印刷线路金属薄片电连接到机电组合组件和电子设备，在步骤113，机电组合组件和覆盖部分组成可从电子设备拆卸的集成结合体。最后，覆盖部分将机械可拆卸地连接到电子设备。根据一个优选实施例，该方法包括将机电组合组件集成到覆盖部分以组成可从电子设备拆卸的集成结合体的步骤113。
根据本发明的实施例，电连接步骤101-110还包含几个步骤，其中在步骤101，通过印刷上导电墨水电连接提供印刷线路金属薄片上的布线，优选布线为多层印刷线路金属薄片，导电墨水电连接到用于机电组合组件的元件的接触点和接触点之间，以及到电连接机电组合组件到电子设备的接触点，优选电子设备为工程印刷线路板。作为导电墨水的例子是银聚合物糊。在下一步骤103，绝缘层用非导电墨水印刷到印刷线路金属薄片上，并且在步骤105，用彩色墨水印刷装饰到印刷线路金属薄片上，或者印刷到印刷金属薄片上。根据本发明的一个实施例，电连接的步骤101还包含用导电墨水将布线印刷到印刷线路金属薄片上的步骤以给电连接机电组合组件到电子设备的触觉反馈组件的至少一个接触点提供电连接。根据另一个实施例，在步骤107，机电组合组件从机电组合组件经由接触点电连接到电子设备，优选连接到工程印刷线路板、和/或电源上。连接装置在它们的另一端附加到印刷线路金属薄片和/或印刷金属薄片，优选为CIM金属薄片，以形成到电子设备、电源或其它电子功能单元的电连接。作为例子，焊接或粘合其他内部的小型通用连接器，优选金属圆筒R-pin连接器，到印刷线路金属薄片和/或CIM金属薄片上的接触点上。
根据还一个实施例，电连接的步骤还包含在接触点穿过印刷线路金属薄片切割一个孔的步骤107，以提供到其它电子功能单元，例如触觉反馈组件，的电连接，与其它连接装置比较其它电子功能单元位于覆盖部分的反面。作为步骤107的例子是以激光穿孔布线用于为用户接口传感器，例如脂肪百分比检测器，提供到外表面的电接触。
根据本发明的一个实施例，电连接的步骤101-111包括印刷第一印刷线路金属薄片的下表面和将第一印刷线路金属薄片的上表面处理成手指可触摸的步骤101，并印刷第二个印刷线路金属薄片的上表面，第一印刷线路金属薄片位于第二印刷线路金属薄片之上，并在第一和第二印刷线路金属薄片之间放置一个圆顶薄片，其中圆顶薄片在每个圆顶的凹面是电可导的。根据本发明的另一个实施例，电连接步骤101-111包括印刷印刷线路金属箔片的上表面的步骤101，以及印刷印刷金属薄片的下表面和将印刷金属薄片的上表面处理成手指可触摸的步骤105，印刷金属薄片位于印刷线路金属薄片之上，其中圆顶薄片在每个圆顶的凹面是电可导的。
在下一步骤109中，成形的印刷线路金属薄片通过印刷线路金属薄片的热成形方法生成期望的形状。根据本发明的实施例，在步骤109中，成形的印刷线路金属薄片通过热成形印刷金属薄片和印刷线路金属薄片的结合体生成期望的形状。然后步骤111接下来将电的和机械的元件安装到成形的印刷线路金属薄片上。根据本发明的一个实施例，安装机械组件的步骤111包括安装键罩到成形的印刷金属薄片上以及用导电墨水将布线印刷到键罩上以便为机电组合组件的小键盘提供到接触点和接触点之间的电连接。根据另一个实施例，安装步骤111包括将支撑层放置到第二印刷线路金属薄片之下，该支撑层包括一个光源，例如，硬光引导或在每个圆顶向上发射光的电致发光金属薄片。根据还一个实施例，安装步骤111包括将支撑层放置在印刷金属薄片和印刷线路金属薄片的结合体之下。作为步骤111的例子，是用各向异性导电胶水或导电分接头将分离的元件如发光二极管、电阻安装到成形的印刷线路金属薄片上。
根据本发明，步骤111的结果是将会在注入模塑处理之前作为插入物放入模块中的机电组合组件。
在步骤113中，机电组合组件和覆盖部分组成集成结合体，优选集成机电组合组件到覆盖部分以组成可从电子设备中拆卸的集成结合体。根据一个实施例，在注入模塑过程中机电组合组件是成形的印刷线路金属薄片插入物。根据另一个实施例，在注入模塑过程中机电组合组件是插入物。作为步骤113的例子，成形的印刷线路金属薄片或可选地是成形的印刷金属薄片和印刷线路金属薄片的结合体，作为插入物放置在模块和熔融树脂上，例如熔化的塑料，例如通过喷嘴头注入到模块中以形成触觉分接头和终端盖。
根据本发明的实施例，在步骤113中，成形的印刷线路金属薄片插入到包含通孔的模块上部，优选通孔为垂直的孔，并且成形的印刷线路金属薄片的连接装置指向朝向模块的位置(见图1a)。然后，在此参考作为覆盖金属薄片的印刷金属薄片被放置到成形的印刷线路金属薄片的顶部。然后，另一个模块放置在覆盖金属薄片的顶部以便在较低模块和成形的印刷线路金属薄片之间提供空腔，并且接合上面的模块的下边缘以遵循成形的印刷线路金属薄片的形状。然后，放置模块静止不动，以及最后熔融树脂，例如塑料，经由通孔插入到上下模块间的空腔中。
根据本发明的另一个实施例，在步骤113，插入成形的印刷线路金属薄片到包含通孔和顶部凸起的模块的顶部，优选通孔为垂直的孔，将成形的印刷线路金属薄片放置到一个位置，在此位置凸起屏蔽了从机电组合组件到电子设备的接触点(见图1c)。然后，将覆盖金属薄片放置在成形的印刷线路金属薄片上部。接着，将另一个模块放置在覆盖金属薄片上部以便在较低模块和成形的印刷线路金属薄片之间提供空腔，并且接合上面的模块的下边缘以遵循成形的印刷线路金属薄片的形状。然后，放置模块静止不动，以及最后熔融树脂，例如塑料，经由通孔插入到上下模块间的空腔中。
根据本发明的实施例，在步骤113中，将覆盖金属薄片放在成形的印刷线路金属薄片上部，优选穿孔的覆盖金属薄片放置在包含圆顶薄片层的成形的印刷线路金属薄片上部，其中覆盖金属薄片的穿孔位于圆顶薄片的圆顶位置，以至于穿孔的覆盖金属薄片和带有圆顶的成形印刷线路金属薄片组成紧密的结合体。根据本发明的另一个实施例，覆盖金属薄片是CIM金属薄片，优选穿孔的CIM金属薄片。根据本发明还一个实施例，步骤113中熔融树脂例如熔化的塑料在注入模塑过程中插入到覆盖金属薄片的穿孔的边缘和圆顶薄片之间的接缝点，优选覆盖金属薄片为CIM金属薄片。
最后，根据步骤115，覆盖部分和机电组合组件的结合体通过连接装置电连接到电子设备，优选电连接到工程印刷线路板、电源或其他电子功能单元。步骤115包括在注入模塑之后，通过研磨塑料盖表面以使接触器，优选R引脚触点，的接触引脚暴露在外以清洁连接装置的外部的预备性步骤。这可以通过机械磨床来完成。根据另一个实施例，在步骤115，覆盖部分和机电组合组件的结合体经由接触点从机电组合组件电连接到电子设备，优选连接到工程印刷线路板、电源或其他电子功能单元。作为步骤115的例子，覆盖部分电子仪器使用带有针状或引线连接的连接器，例如pogo连接器或弹簧连接器，连接到主便携式装置，。
根据本发明的制造技术允许完全将组件密封到塑料树脂中，这对磨损、震动和防潮是有用的。另外带有模内覆盖和过度铸模的组件的制造技术为使用户接口防水提供了极好的先决条件。它还为极度小型化提供了先决条件，因为该技术喜欢积极使用已经为纯机械使用的体积。根据本发明的制造技术还提供了生产便携式产品的便宜的办法。将导体印刷到金属薄片中是非常昂贵的，例如丝网印刷，因为要将它集成到便携装置的覆盖部分的图形印刷中。该技术另外还取消了许多组件需求，例如小键盘的按键按钮，并且为工程PWB上新的功能提供了空间。
虽然已经参考示意的实施例描述了本发明，但本说明书并不试图限制本发明。在参考本发明的基础之上，本领域的技术人员将明白本发明的各种其他实施例。因此期望所附权利要求书将覆盖实施例的任何这种修改，而这种修改在本发明的范围和精神之内。
权利要求
1.一种用于电子设备的机电组合组件，所述机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片以及用于将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的装置，所述电子设备至少包括一个覆盖部分以及用于将所述覆盖部分机械连接到所述电子设备的装置，其中所述机电组合组件和所述覆盖部分组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
2.根据权利要求1的机电组合组件，其中将所述机电组合组件集成到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
3.根据权利要求2的机电组合组件，其中所述印刷线路金属薄片与所述电子设备的工程印刷线路板相分离。
4.根据权利要求2的机电组合组件，其中所述印刷线路金属薄片包括为所述机电组合组件的组件提供到接触点的电连接、这些接触点之间的电连接、以及到通过连接装置将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的接触点的电连接的布线，绝缘层，装饰，以及安装到所述印刷线路金属薄片上的适当接触点上的电子和机械组件。
5.根据权利要求4的机电组合组件，其中所述连接装置被焊接或粘合到将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的接触点上，所述连接装置优选地为小型圆柱形连接器。
6.根据权利要求5的机电组合组件，其中所述机电组合组件是输入设备组合组件，至少包括连接到所述印刷线路金属薄片的输入设备以及用于将所述输入设备组合组件电连接到所述电子设备的装置，其中集成所述输入设备组合组件到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
7.根据权利要求5的机电组合组件，其中所述机电组合组件是小键盘组合组件，至少包括连接到所述印刷线路金属薄片的小键盘以及用于将所述小键盘组合组件电连接到所述电子设备的装置，其中集成所述小键盘组合组件到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
8.根据权利要求5的机电组合组件，其中所述印刷线路金属薄片包含布线以提供将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的触觉反馈组件的接触点。
9.根据权利要求8的机电组合组件，其中所述机电组合组件是接触传感器，至少包括连接到所述印刷线路金属薄片的接触传感器以及用于将所述接触传感器组合组件电连接到所述电子设备的装置，其中集成所述接触传感器到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
10.根据权利要求2的机电组合组件，其中所述覆盖部分是可互换的。
11.根据权利要求2的机电组合组件，其中所述电子设备是所述下列便携式电子设备之一移动电话、通信器、便携式数字助手、掌上型电脑、膝上型电脑、网络终端设备、数码相机、游戏机、娱乐装置、电源、健康护理和测量设备。
12.一种用于电子设备的覆盖部分，所述电子设备包括至少包含印刷线路金属薄片的机电组合组件以及用于将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的装置，而且所述电子设备还包括用于机械连接所述覆盖部分的装置，其中所述机电组合组件和所述覆盖部分组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
13.根据权利要求12的覆盖部分，其中集成所述机电组合组件到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
14.根据权利要求13的覆盖部分，其中所述机电组合组件是所述下列组件之一输入设备组件、小键盘组件和接触传感器组件。
15.根据权利要求14的覆盖部分，其中所述覆盖部分是通过注入模塑制造的。
16.根据权利要求15的覆盖部分，其中所述机电组合组件在所述注入模塑过程中设置为插入物。
17.根据权利要求16的覆盖部分，其中所述覆盖部分是可互换的。
18.根据权利要求17的覆盖部分，其中所述电子设备是下列便携式装置之一移动电话、通信器、便携式数字助手、掌上型电脑、膝上型电脑、网络终端设备、数码相机、游戏机、娱乐装置、电源、健康护理和测量设备。
19.一种用于为电子设备制造机电组合组件的方法，所述机电组合组件至少包括印刷线路金属薄片，所述电子设备至少包括一个覆盖部分，所述方法包括步骤电连接所述印刷线路金属薄片到所述机电组合组件以及所述电子设备，机械连接所述覆盖部分到所述电子设备，以及将所述机电组合组件和所述覆盖部分组成为可从所述电子设备中拆卸的集成结合体。
20.根据权利要求19用于制造机电组合组件的方法，所述方法包括集成所述机电组合组件到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体的步骤。
21.根据权利要求20用于制造机电组合组件的方法，其中所述印刷线路金属薄片是多层印刷线路金属薄片。
22.根据权利要求21用于制造机电组合组件的方法，其中所述电连接的步骤还包括步骤利用导电墨水将布线印刷到所述印刷线路金属薄片上，为所述机电组合组件的组件提供到接触点的电连接、所述接触点之间的电连接、以及到电连接所述机电组合组件到所述电子设备的接触点的电连接，利用非导电墨水将所述绝缘层印刷到所述印刷线路金属薄片上，以及利用彩色墨水将装饰印刷到所述印刷线路金属薄片上。
23.根据权利要求22用于制造机电组合组件的方法，其中所述电连接的步骤还包括利用导电墨水将布线印刷到所述印刷线路金属薄片上，以提供电连接到将所述机电组合组件电连接到所述电子设备的触觉反馈组件的至少一个接触点的步骤。
24.根据权利要求23用于制造机电组合组件的方法，其中所述电连接的步骤还包括穿过所述印制线路金属薄片在到所述触觉反馈组件的接触点上切孔，以提供到所述触觉反馈组件的电连接的步骤。
25.根据权利要求24用于制造机电组合组件的方法，其中所述电连接的步骤包括印刷印刷金属薄片的下表面并且将所述印刷金属薄片的上表面处理成手指可触摸，以及印刷印刷线路金属薄片的上表面，其中所述印刷金属薄片位于所述印刷线路金属薄片之上，所述方法还包括将圆顶薄片层放置在所述印刷金属薄片和所述印刷线路金属薄片之间，其中所述圆顶薄片在每个圆顶的凹面是电可导的。
26.根据权利要求25用于制造机电组合组件的方法，其中所述印刷金属薄片是第一印刷线路金属薄片，并且所述印刷线路金属薄片是第二印刷线路金属薄片。
27.根据权利要求26用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤将所述印刷线路金属薄片热成形为期望的形状，以产生成形的印刷线路金属薄片。
28.根据权利要求27用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤将所述印刷金属薄片和所述印刷线路金属薄片的结合体热成形为期望的形状，以产生成形的印刷线路金属薄片。
29.根据权利要求28用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤安装电子和机械组件到所述成形的印刷线路金属薄片。
30.根据权利要求29用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤通过将所述连接装置的末端焊接或粘合到所述成形的印刷线路金属薄片，从而安装所述连接装置，所述连接装置优选地为小型圆柱形连接器。
31.根据权利要求30用于制造机电组合组件的方法，其中所述安装机械组件的步骤还包括步骤安装键罩到所述成形的印刷线路金属薄片，并且利用导电墨水将所述布线印刷到所述键罩上，以便为所述机电组合组件的小键盘提供到接触点的电连接以及所述接触点之间的电连接。
32.根据权利要求31用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤将支撑层放置在所述成形的印刷线路金属薄片下面，其中所述支撑层包括在每个圆顶位置向上发光的硬光波导。
33.根据权利要求32用于制造机电组合组件的方法，其中所述方法包括步骤将支撑层放置在所述成形的印刷线路金属薄片下面，其中所述支撑层包含在每个圆顶位置向上发发光的电致发光金属薄片。
34.一种用于为电子设备制造覆盖部分的方法，所述电子设备至少包括机电组合组件，所述电组合组件至少包括印刷线路金属薄片，其中所述方法包含步骤电连接所述印刷线路金属薄片到所述电子设备，机械连接所述覆盖部分到所述电子设备，以及将所述机电组合组件和所述覆盖部分组成为可从所述电子设备中拆卸的集成结合体。
35.根据权利要求34用于制造覆盖部分的方法，其中所述方法包括集成所述机电组合组件到所述覆盖部分，以组成可从所述电子设备拆卸的集成结合体。
36.根据权利要求35用于制造覆盖部分的方法，其中所述机电组合组件包括成形的印刷线路金属薄片和连接装置，所述连接装置优选地为小型圆柱形连接器，所述连接装置的第一端电连接到所述成形的印刷线路金属薄片的布线。
37.根据权利要求36用于制造覆盖部分的方法，其中所述机电组合组件是在注入模塑过程中的插入物。
38.根据权利要求37用于制造覆盖部分的方法，其中所述方法还包括步骤在包含通孔的第一模块顶部上，将所述成形的印刷线路金属薄片插入到这样的位置上，在所述位置上，所述连接装置的第二端直接朝向所述第一模块，放置覆盖金属薄片到所述成形的印刷线路金属薄片的顶部，放置第二模块到所述覆盖金属薄片顶部，以便在所述第二模块和所述成形的印刷线路金属薄片之间提供空腔，所述第二模块的下边缘遵循所述成形的印刷线路金属薄片的形状，将所述第一模块和所述第二模块相互背靠，以便所述第二模块的下边缘接合到所述覆盖金属薄片，并保持所述第一和第二模块的结合体静止，以及经由所述通孔将熔融树脂注入到所述第一模块和所述覆盖金属薄片之间的空腔。
39.根据权利要求38用于制造覆盖部分的方法，其中所述方法还包括步骤在所述注入步骤之后清洁所述连接装置的第二端，优选地为研磨，其中所述连接装置的第二端用于将所述机电组合组件电连接到所述电子设备。
40.根据权利要求39用于制造覆盖部分的方法，其中所述放置覆盖金属薄片到成形的印刷线路金属薄片顶部的步骤包括步骤将穿孔的覆盖金属薄片放置到所述包含圆顶薄片层的成形印刷线路金属薄片顶部，其中所述覆盖金属薄片的穿孔位于所述圆顶薄片的圆顶位置，以便所述穿孔的覆盖金属薄片和带有圆顶的所述成形的印刷线路金属薄片组成紧密的结合体。
41.根据权利要求39用于制造覆盖部分的方法，其中所述注入熔融塑料的步骤还包括步骤在注入模塑过程中接合所述覆盖金属薄片的穿孔的边缘和所述圆顶薄片之间的接头。
42.根据权利要求38用于制造覆盖部分的方法，其中所述插入步骤包括将所述成形的印刷线路金属薄片插入到在顶部包括通孔和凸起的第一模块的顶部上，并放置所述成形的印刷线路金属薄片到这样的位置，即在所述位置上，所述凸起屏蔽了从机电组合组件到电子设备的接触点，并且在注入模塑后将所述连接装置安装到所述凸起。
43.根据权利要求41用于制造覆盖部分的方法，其中所述覆盖金属薄片是所述电子设备的预制覆盖部分。
全文摘要
本发明的目的是提供一种包括输入设备和印刷线路板(3，4)的机电结构，该结构就制造和为印刷线路板的布局设计、用户接口以及该设备本身的外观提供自由度而言具有优势。提供紧凑的并且促进带有新的电子功能而不需要对装置的主要电子设备进行修改的定制能力和升级能力的机电结构也是本发明的目的。这是通过利用注入模塑工艺来集成机电组合组件与电子设备的机械覆盖部分组成一种可从电子设备拆卸的集成结合体(113)实现的。更精确地讲，本发明的目的是通过结合注模技术和电子线路板的印刷来实现的。
文档编号H05K5/02GK1813502SQ200480018296
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年7月1日
发明者卡特瑞·纳西, 鲁普·塔卡拉, 贾瑞·诺思艾恩, 彭蒂·阿尔格伦, 派亚·坦斯卡恩 申请人:诺基亚公司