iButton module & Dallas key

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iButton and Dallas key

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iButton,欸,對於機構設計的工程人員來說,是一個新鮮的名詞,雖然iButton的應用已經是一個非常成熟的技術了,但是因為被應用的產品面並不是很廣泛,以至於iButton的這個名詞及功能,就被忽略了。那麼,首先我們就從iButton module 的功能開始介紹,其實沒那麼複雜,對於機構設計人員來說,iButton module & Dallas key 就像是一個安全的功能鎖,用機構的語文來說,就是在iButton module 上的磁鈕燒錄了程式,同時也在Dallas key 上的磁鈕燒錄了程式,當Dallas key 上的磁鈕吸附到iButton module 時,雙方的磁鈕中的程式matching 後,系統才可以被開啟。有就是說,Dallas key的主要功能就如同一把電腦開機的鑰匙,通常使用在賣場、咖啡店 (如: 星巴克店面裡的電腦…),員工共用電腦、或者做門禁管制的解碼鎖….等等。當被授權使用該電腦的員工或人員,則被受予一把Dallas key。

在iButton module 的機構設計上,分為兩大區塊,如下:


1.iButton module: 這個模組包括了塑膠上下蓋、小PCB、磁鈕、再加上必要的接地線。在iButton module模組的設計上,比較特別要注意的結構設計又有以下幾點:


1-a). 塑膠件(cover)要固定磁扣的孔必須按照磁扣的建議大小來做設計。

1-b). 必須要有足夠的接地,要不然ESD failed 的機率是百分之百。所以磁鈕到PCB的接地線不可以忽略,iButton module docking 到產品系統機殼上時的接地也不可以忽略,可以透過gasket或彈片讓PCB和產品系統的結構金屬件接觸,達到接地的效果。同時,EE 工程師也必須考慮在PCB的設計上多預留電容的線路設計。


1-c). iButton module mounted 到產品系統上時,必須維持一定的強度,所以預留螺絲,把iButton module鎖固到產品系統的結構上來維持mount的強度,這是比較普遍的做法。終究這螺絲會被一個塑膠蓋蓋住隱藏起來。


1-d). iButton module上下蓋的結合會因為尺寸的要求很小(for ID),所以不會有螺絲的結構,比較普遍的做法是使用超音波熔接(ultrasonic welding)(超聲波)上下蓋的方式,將iButton module的上下蓋熔合在一起,使得iButton module的外觀完整。不過,在使用超音波熱熔的技術時,必須特別注意以下兩點,以免造成無可彌補的設計問題。


1-d-1). iButton module的小PCB固定的位置,不可以落在靠近上模(上熔接頭)的地方,如果上蓋比較靠近超音波熔接的上模,倘若PCB固定在上蓋,那PCB上的小零件就非常容易被頻率所振壞掉。


1-d-2). 超音波熔接的頻率很高,不僅會可能振壞電子零件,同時對於磁鈕的螺帽也是非常容易振鬆。也就是說,螺帽和螺牙間必須增加點膠的動作,否則超音波一振,螺帽或螺紋墊片都會被振鬆脫。


當然,塑膠件熔合的工法也不只是只有超音波熔接,還有以下這些其他的技術來讓兩個塑膠件結合在一起,但今天的主題是iButton module,所以這些工法就只做簡單的介紹


塑膠件結合的方法


1-d-2-1)螺絲鎖固

https://www.youtube.com/watch?v=uYtGxu87aWI


1-d-2-2).結構固定 (扣合、滑行槽……等等) https://www.youtube.com/watch?v=O32AGj6XT0E , 此工法可能會影響外觀。


1-d-2-3).膠合 (點膠機自動點膠…….)

https://www.youtube.com/watch?v=uGIVQKg1aBI


1-d-2-4).塑膠焊料焊接。這個技術在半導體設備類的產品使用的頻率很高。此工法會影響外觀。

https://www.youtube.com/watch?v=4DAqwvZoBVk


1-d-2-5).超音波熔接。可以保持外觀的完整性。

https://www.youtube.com/watch?v=TH5Pkj3ew7k


1-d-2-6).雷射熔接, 最大的缺點是此工法會影響外觀。常用於半導體設備的工業塑膠結合。

https://www.youtube.com/watch?v=6hEoJuMPtj0


2.Dallas key:至於Dallas key,有些人有把它叫做iButton key,但正式溝通還是以Dallas key來命名比較恰當。整支的Dallas key包括了一支塑膠手柄和一個磁鈕,這兩個小零件的結合是靠press fit(壓合)的方式緊固的結合在一起。在機構設計上倒沒有什麼瓶頸,最主要的是磁環的物料採購比較困難,電器語言溝通的設計比較麻煩,這些項目就屬於採購和EE、BIOS設計的範疇了。


參考文獻:

1. Location -based Communication Service of Columbia University

2. MAXIM iBuoon Key Ring Mounts

3. WIKIPEDIA https://en.wikipedia.org/wiki/1-Wire

4. 膠廠商: 富見雄https://www.fumio.com.tw/

5. FEC product photo https://www.fecpos.com/product-iButton.html

6. Made-in-China web page picture


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