專利名稱：用于有源電路外圍保護(hù)的密閉電子封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源電路的外圍保護(hù)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及密閉電子封裝，該封裝用于有源電路板等組件的外圍保護(hù)，特別是本發(fā)明涉及可對(duì)有源電路板進(jìn)行維修和重新組裝的外圍封裝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，大多數(shù)用于電話網(wǎng)絡(luò)的電路安裝在總局或者少數(shù)遠(yuǎn)離總局的大型電子設(shè)備中。這些遠(yuǎn)程電路由從電網(wǎng)引來(lái)的電力供電，以電池電源作備用電源。位于總局的電路工作在具有精心調(diào)節(jié)的溫度和濕度的環(huán)境中，以保證電路正常工作。遠(yuǎn)程電路通常也被安置在帶有可控環(huán)境的室內(nèi)，或至少位于封裝內(nèi)，該封裝利用系統(tǒng)放出的大量熱能保持其溫度高于外部環(huán)境。
最近在數(shù)字信號(hào)處理方面的進(jìn)展使功能更強(qiáng)的新的傳輸系統(tǒng)可能實(shí)現(xiàn)。許多這樣的新系統(tǒng)提出要求，把電話系統(tǒng)的有源電子器件從溫度可控的總局移走，移到通常的外部環(huán)境中，而在這種環(huán)境中，器件將受到大幅度波動(dòng)的溫度、濕度和環(huán)境污染物的影響。為了充分體現(xiàn)這些新傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，最好把遠(yuǎn)程電路分成十分小的單元，這些小單元通過(guò)傳輸媒質(zhì)由中央點(diǎn)供電。這些高效的用電單元產(chǎn)生非常小的熱量，所以與從前的情況相比，它們對(duì)濕度損害的抵抗力就相當(dāng)弱，這是因?yàn)槿鄙倌鼙ＷC其干燥的內(nèi)部熱量造成的。結(jié)果對(duì)這些低熱的有源電路系統(tǒng)提供外圍保護(hù)的要求也相應(yīng)增加。
典型的配置于電話網(wǎng)中的遠(yuǎn)程電路小單元由技術(shù)員用少量工具在有限的監(jiān)督下安裝。這些電路的服務(wù)壽命應(yīng)該達(dá)到20年。因?yàn)檫@些單元比較昂貴，所以在生產(chǎn)過(guò)程中和從野外取回后，能對(duì)它們進(jìn)行修理也是很重要的。這些系統(tǒng)還需要全系列的元件型號(hào)，以實(shí)現(xiàn)新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所要求的高的性能/價(jià)格比。
外圍硬化的電子器件應(yīng)用于軍事和自動(dòng)化領(lǐng)域。軍用設(shè)備依賴于使用仔細(xì)挑選的特殊封裝器件，這些器件安置在昂貴的密閉封裝中。訓(xùn)練有素的人員按照嚴(yán)格的維護(hù)程序使得這些封裝的密閉性得到保持，這些系統(tǒng)的服務(wù)期是比較短的。通常使用的封裝材料主要是金屬和陶瓷，它們能防止水氣和污染物的滲透。這種密閉封裝系統(tǒng)對(duì)于大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用是十分昂貴的。自動(dòng)化工業(yè)十分依賴于使用經(jīng)嚴(yán)格挑選的器件，它們利用聚合物澆鑄封裝材料來(lái)密封。這使得修理和重新使用該單元不可能進(jìn)行。由于這些密封模塊包括比較小且便宜的不大可能需要修理的電子系統(tǒng)，所以在該應(yīng)用中可以使用澆鑄封裝材料。
這些傳統(tǒng)的解決方法對(duì)于新的電訊系統(tǒng)是不夠的，因?yàn)樗鼈円蕾囉谟邢薜钠骷M、受嚴(yán)格監(jiān)督的維修人員、干熱的環(huán)境以及放棄故障的單元而不是修復(fù)它們的功能。
在從工廠到使用的過(guò)程中，有源電子器件，例如以微處理器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAMS)和/或其它諸如電阻、電容、變壓器、電路保護(hù)器、光電器件等元件組成的組件，經(jīng)常受到靜電和其他損害的影響，而這些損害必須避免。這一般通過(guò)將器件密封于導(dǎo)電塑料管或用透明或半透明塑料以及鍍鎳塑料制成的袋中來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而還完全缺乏這樣的認(rèn)識(shí)這些器件，即工作時(shí)產(chǎn)生熱量的有源電子器件，可被有效地密封而不會(huì)在外圍保護(hù)系統(tǒng)中過(guò)熱，該系統(tǒng)可以連續(xù)重新插入和取出電路板或其它電子器件，以修理分立元件和重新使用上述電路板或其它電子器件。這種出乎意料的代表發(fā)明人的認(rèn)識(shí)是本發(fā)明的特別之處。
用橡膠墊片來(lái)封閉多腳電子連接器是眾所周知的，這種密封的連接器可工作于這樣的環(huán)境中連接器偶爾會(huì)受到濺灑水滴的影響，或可以干燥加熱，或連接器經(jīng)常需要維護(hù)。但是，在長(zhǎng)期暴露于非干燥加熱的條件下，這種密閉的連接器將會(huì)由于水汽透過(guò)絕緣聚合材料而使內(nèi)部變潮。潮濕將導(dǎo)致電流泄露和腐蝕而使連接失效。使用擋板系統(tǒng)并配合精選的彈性密封材料，對(duì)于阻斷漏電流路徑十分有效，并且對(duì)接觸的機(jī)械柔韌性或接觸表面的物理特性沒(méi)有不良影響。令人吃驚的是，甚至是在連接器多次插上、拔下的情況下這種結(jié)合也可有效地防止漏電流。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及有源電路的外圍封裝，該封裝使用用于外圍封裝的韌性封裝材料，包括其中的防潮層以及密封連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)甚至在產(chǎn)生熱量的有源工作方式下也能保護(hù)電路而不會(huì)使其過(guò)熱。密封系統(tǒng)對(duì)電路的裝配過(guò)程沒(méi)有影響，還可被多次移開(kāi)和替換而不損害電路，以對(duì)電路進(jìn)行全面維護(hù)。本發(fā)明還提供了一種方法來(lái)制作有源電路可插入其中的密封配件，以及簡(jiǎn)化有源電路的最后密封的方法。在密封和封裝中使用塑料材料來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)滲漏封裝。可通過(guò)塑料擴(kuò)散的水汽和其他有害化學(xué)物質(zhì)所產(chǎn)生的潛在的有害影響，可以通過(guò)在封裝內(nèi)有選擇地加入少量干燥劑/清潔劑來(lái)消除。這樣，本發(fā)明不僅提供了前面所期望的特點(diǎn)，而且還有許多其它優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀優(yōu)選實(shí)施方案是顯而易見(jiàn)的。
附圖簡(jiǎn)述

圖1例示了具有密封插針和插座的多腳連接器的外圍密封袋，有源電路可以插入袋中，然后被密封。
圖2例示了密閉電子封裝多層結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的剖面圖。
圖3例示了帶有傳統(tǒng)密封墊片的插腳和插座連接器的剖面圖。
圖4例示了插腳和插座連接器實(shí)施方案的剖面圖，該實(shí)施方案利用彈性密封料結(jié)合擋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封。
圖4b例示了與圖4中插腳和插座連接器匹配的剖面圖，顯示了被阻斷的漏電路徑。
圖5a和5b例示了密封插腳和插座連接器的匹配器實(shí)施方案的剖面圖，該方案基于傳統(tǒng)的線封DIN連接器。
圖6例示了密封插腳和插座連接的匹配器實(shí)施方案的剖面圖，該方案基于定制的連接器設(shè)計(jì)。
圖7例示了采用密封阻擋層設(shè)計(jì)的密封插板連接器的匹配器實(shí)施方案的剖面圖。
圖8例示了導(dǎo)軌插銷系統(tǒng)實(shí)施方案的略圖，該方案不使用固定各部分的直接插口而把電路板固定到匹配器上。
圖9例示了一種機(jī)械地保護(hù)密封電子封裝的實(shí)施方案。
圖10例示了幾個(gè)密封有源電路模塊，這些模塊裝配在幾個(gè)通過(guò)密封電纜束相連的密封底板上。
圖11例示了使用更耐磨的袋的實(shí)施方案的密封有源電子模塊。
圖12例示通過(guò)袋子排放大量熱量的實(shí)施方案。
圖13a和圖13b例示裝配后的圖12所示部分以及熱通路的剖面圖。
圖13c例示另一個(gè)散熱實(shí)施方案。
圖14a和圖14b例示密封有源電子模塊的一個(gè)實(shí)施方案，其中利用了密封電纜進(jìn)行相互連接而不用密封多腳連接器。
圖15例示外圍密封袋實(shí)施方案，其中有源電路可以被插入，然后用插板型連接器密封。
圖16、16a和16b例示另一種將電子封裝插入到利用插板型連接器的外圍保護(hù)袋內(nèi)的實(shí)施方案。
圖17例示使用環(huán)型匹配器和兩片薄外套的另一實(shí)施方案。
圖18例示了一種改進(jìn)的封裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于地下或在電路很可能被長(zhǎng)期浸泡于水中的條件下。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施方案將通過(guò)附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明。更具體地說(shuō)，圖1例示了密閉電子封裝100，它的形狀能夠容納全部有源電路板1000，當(dāng)然，密閉電子封裝可以有任何適宜的形狀以容納所需形狀的電路板。封裝可以用粘在一起的分離薄層制作，也可以如圖所示用單層折疊而成。更具體地說(shuō)，密閉電子封裝100包括層10，它用對(duì)潮濕不敏感的外圍保護(hù)材料制成套筒，其尺寸可容納有源電路板1000。
該套筒可以用搭接或夾接密封來(lái)制作。外層材料10用粘合劑或沿縱向接縫12并圍繞匹配組件18熔合來(lái)密封，其中匹配器組件18具有穿過(guò)匹配器，并在匹配器組件內(nèi)外都突出的接觸腳16。
氣密性密封圍繞接觸腳16形成，接觸腳16以下述方式穿過(guò)匹配器18，在封裝100內(nèi)凸出的接觸腳16能夠與電路板23上的連接器19相匹配，在封裝100外凸出的接觸腳16能夠與密封連接器20相匹配，連接器20可將來(lái)自有源電路1000的信號(hào)傳送到系統(tǒng)的其余部分。穩(wěn)定架25裝在有源電路1000上，以防止對(duì)電路的損害。這一特點(diǎn)將在下面更加詳細(xì)地說(shuō)明。有源電路1000插入所導(dǎo)示的封裝100的開(kāi)口端，直到連接器19插入到向封裝100內(nèi)凸出的接觸腳16。在有些情況下，有源電路1000會(huì)有一些從板表面延伸一小段距離的尖銳點(diǎn)。這些尖銳點(diǎn)會(huì)刺破薄層材料10，產(chǎn)生漏洞。該尖銳點(diǎn)問(wèn)題可以這樣有效地解決利用壓制出的具有大孔的塑性網(wǎng)管、泡沫塑料、青殼紙或包含干燥劑的紙將有源電路1000包起來(lái)。這些材料便宜，不影響熱傳導(dǎo)，又厚而結(jié)實(shí)，足以防止尖銳點(diǎn)碰到薄層10。連接器19接合之后，將一袋干燥/清潔劑22塞入封裝100的入口端，然后利用簡(jiǎn)單的熱封機(jī)把后邊緣14密封。
另外，密封可以利用凝膠型密封劑和金屬夾拉鏈、尼龍拉鏈或模壓拉鏈來(lái)完成。這些類型密封的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地打開(kāi)和關(guān)上。一旦密封完成，有源電路1000可以免受潮濕和其它污染物的影響。在有些情況下，對(duì)于最終組件的用戶來(lái)說(shuō)，必須觀察裝在有源電路1000邊緣的信號(hào)燈。透明窗21安裝在外層材料10上，通過(guò)它可以看到信號(hào)燈。窗最好是不透水氣的，如加上IT0膜的塑料。如果該袋在海平面處被封裝而后又用于高緯度地區(qū)，可選用單向閥安置于袋中，以排出造成過(guò)壓的多余氣體，或者在最后封裝過(guò)程中，最好有寬松的體積，這樣隨工作時(shí)溫度和壓力的變化，韌性疊層阻擋層的體積可以變化而不產(chǎn)生內(nèi)部壓力。適宜的工作溫度范圍是大約-40°F至大約200°F。壓力變化范圍是大約水下20英尺到有效緯度大約20,000英尺。
層10的材料和特別優(yōu)選實(shí)施方案描述于圖2，通常層材料必須能防潮氣進(jìn)入、防尖銳物刺破，并在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)保持其完整性。能夠防刺、經(jīng)受化學(xué)環(huán)境和極限溫度、同時(shí)保持對(duì)水氣滲透和其他環(huán)境危害等有高水平防護(hù)的任意疊層和基底材料，都適用于本發(fā)明。已知的在這些環(huán)境下可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定而且結(jié)實(shí)的材料特別適合。
優(yōu)選的疊層結(jié)構(gòu)應(yīng)足夠厚，以保證在操作過(guò)程中不會(huì)被刺破、撕裂或使密封失效。外層的層厚范圍可高達(dá)12mil，內(nèi)層4mil，中間層1mil。一種具體的外層材料10包括約6mil厚的諸如高密度聚乙烯等適當(dāng)材料制作的頂層和底層，約2mil厚的離聚物內(nèi)層和厚1mil的金屬中間層，金屬可以是鋁或其它適宜材料。按照ASTMD1876-93，層間結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)保持高于2lbs/inch。任選地，內(nèi)層材料表面可為黑色，以吸收有源電路工作時(shí)輻射出的熱量。另外，外層和內(nèi)層表面應(yīng)涂防靜電膜，以減小靜電放電(ESD)的可能性。在特定環(huán)境下，外套的外層和內(nèi)層是塑料的，中間層是金屬的。適宜的厚度分別為15mls、1mls和15mls。
薄層材料的一般性能必須滿足以下要求按ASTMF1306-90，當(dāng)使用螺絲刀狀的尖端測(cè)試時(shí)，材料的抗刺性應(yīng)大于25lbs，當(dāng)使用針尖端測(cè)試時(shí)，抗刺性應(yīng)高于15lbs。優(yōu)選地對(duì)螺絲刀狀物的抗刺性應(yīng)大于30lbs，對(duì)針狀物的抗刺性應(yīng)大于20lbs。當(dāng)按ASTM D 2582-93測(cè)試時(shí)，材料的抗撕裂性應(yīng)大于8lbs，優(yōu)選的應(yīng)大于12lbs。當(dāng)按ASTMD1876-93測(cè)試時(shí)，在制成袋后，薄層接縫處的熱密封應(yīng)當(dāng)能經(jīng)受大于30lbs的剝離力，最優(yōu)選的大于35lbs。這些性能特性不應(yīng)隨時(shí)間或暴露于外部環(huán)境而嚴(yán)重退化。
PCT申請(qǐng)WO 92/19034，(美國(guó)順序號(hào)08/129,201，提交于1993年10月13日)例示了一種合適的疊層，在此引入作為參考，但是能夠防刺，同時(shí)又可抗潮和避免諸如污染等的外界危害的任何疊層都適合于本發(fā)明應(yīng)用，圖2例示了一種優(yōu)選的疊層結(jié)構(gòu)。
各層的厚度范圍大約是層10a和10e為75至350微米，層10b和10d為20至200微米，層10c為5至75微米。具體的層材料10包括約200微米(8mls)厚的諸如低密度聚乙烯等適當(dāng)材料的頂層10a和底層10e，兩層約80微米(3mls)厚的鑄塑聚酰胺或聚酯的內(nèi)層，以及約20微米(1ml)厚的鋁或其它適當(dāng)材料的中間層。任選地但未畫(huà)出，材料內(nèi)表面可包括黑涂層或其它材料，以吸收有源電路在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。這意味著在內(nèi)部，被粘接成封套或封裝的薄層部分會(huì)有在電路板兩邊并相對(duì)的黑色表面。
在一些情況下，期望疊層具有三維形狀，而不是扁平的。這可以通過(guò)粘合前給疊層定形來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果需要大的封裝體積，鋁層可用高彈性金屬代替以承受大形變，如用易于得到的錫，錫合金等。用來(lái)制作窗21的材料也必須盡可能地阻擋水汽、化學(xué)污染和電子噪聲的滲透，同時(shí)保持透明。這可利用鍍有無(wú)機(jī)材料膜的透明塑料來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)機(jī)材料可用銦錫氧化物(IT0)、SiO2、摻雜TiO2、摻雜Al2O3等。例如，聚酯和低密度聚乙烯制作的多疊層可以在有或沒(méi)有無(wú)機(jī)膜的情況下使用。
如果韌性疊層的內(nèi)層和匹配器用相似的聚合物制成。層材料10可和匹配器18熔合。熔合是優(yōu)選的方法。例如，對(duì)封裝和鑄模都利用聚乙烯或適當(dāng)?shù)臒崴懿牧现谱髌ヅ淦?，利用相同的材料制作層材料的?nèi)層，這些部分經(jīng)足夠的加熱，材料將會(huì)熔合在一起。另外，使外層材料與匹配器材料相一致，可以使外層易變形，并與匹配器材料粘合，同時(shí)覆蓋外層材料的粗糙邊緣。
另外，邊緣可以被粘合密封以形成封口。在優(yōu)選實(shí)施方案中，利用熱熔膠或活性熱熔膠，來(lái)密封層材料10和匹配器18。特別地，可以使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，基于SBS聚酰胺或聚脂的熱熔膠或熱固環(huán)氧樹(shù)脂、聚氧脂或聚脂。把有源電路1000包在導(dǎo)體層內(nèi)以防止高頻噪聲透過(guò)封裝100是很重要的。層材料10中的金屬薄層可以有效地完成該目的，導(dǎo)體層可用各種方法附著在匹配器18的內(nèi)表面，如氣相淀積、電鍍或涂導(dǎo)電漆等。必須小心以免使插腳16短路。利用導(dǎo)電熱熔膠，可把層材料10中的金屬薄層和匹配器18內(nèi)表面的導(dǎo)電層相連。
導(dǎo)電熱熔膠可通過(guò)向標(biāo)準(zhǔn)熱熔膠內(nèi)添加導(dǎo)電添料來(lái)制作。各種這樣的材料和另一種鐵磁添料可以被使用，以便通過(guò)交變磁場(chǎng)在組裝過(guò)程中提供加熱。Ruychem的美國(guó)專利申請(qǐng)08/049900描述了這樣的材料，該申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖肌?br> 盡管利用這些方法，仍有少量不汽(大約30微克/小時(shí))和如H2S、SO2、Cl2和NO2等的污染物，會(huì)透過(guò)封裝100的聚合物密封，損壞有源電路1000。干燥/清潔劑包22用于解決產(chǎn)生困難的滲透問(wèn)題。該包可以在20年的系統(tǒng)壽命內(nèi)吸收這種少量水分和污染物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，硅膠、氧化鋁、分子篩可用于吸水和污染氣體。自然地，在被密封到封裝100內(nèi)部以前保持干燥/清潔劑包22處于干燥和未反應(yīng)狀態(tài)是很重要的。適宜的例子例示于美國(guó)順序號(hào)07/973,922，提交于1992年11月9日，并在此全部引入作為參考。在最后組裝時(shí)，保證包22不被偶然掉出也是十分重要的。包22固定在封裝100的內(nèi)部，以便保證通過(guò)窗口21的視線清晰。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，干燥/清潔劑材料密封于聚乙烯包中，其水汽滲透率應(yīng)足夠高，以保持密閉電子封裝內(nèi)相對(duì)低的濕度，但該滲透率又應(yīng)足夠低，以在電子封裝被密封前使干燥劑不受濕氣影響?；蛘?，干燥/清潔劑材料也可被密封在其一邊開(kāi)有小孔的密封包中。該孔用貼有長(zhǎng)彩色帶的粘性補(bǔ)片密封。利用壓力敏感膠，該包被粘在封裝100內(nèi)的合適位置上，而所述帶在封裝的開(kāi)口端露出，帶的自由端貼在封裝100的外面。在最后密封后邊緣14之前，裝配者必須拉出所述帶，讓干燥/清潔劑在密封前的最后一刻暴露出來(lái)。密封之后，可以通過(guò)在烘箱內(nèi)加熱密閉電子封裝100幾分鐘或幾小時(shí)來(lái)檢測(cè)密封的完整性。加熱使封裝100內(nèi)的空氣膨脹，并將泄露出來(lái)或者使密封完好的單元的封裝外皮產(chǎn)生明顯的膨脹。當(dāng)組件恢復(fù)到室溫以后，漏氣的單元會(huì)變癟，要準(zhǔn)備修理?；蛘撸谧詈蠓庋b前，為進(jìn)行壓力測(cè)試可向封裝的開(kāi)口端插入橡膠閥，通過(guò)閥門(mén)壓入空氣，并把系統(tǒng)沉入水中。通過(guò)在水下對(duì)封裝加壓，任何泄露將會(huì)以空氣泡的形式被發(fā)現(xiàn)。另外可選的測(cè)試是真空或擠壓測(cè)試，它們可用于相同的目的。
對(duì)有源電路1000進(jìn)行有效的密封還需要在插腳16與插座20相連時(shí)密封插腳16，以提供完整的密封系統(tǒng)。圖3顯示了通?？捎玫拿芊膺B接器剖面圖。它包括插頭部分1900，密封墊層1901，插腳1902，插座部分1903，連接器插孔1904。當(dāng)插頭部分1900和插座部分1903相適配時(shí)，密封墊層1901緊壓在連接器殼頂1910，形成密封。根據(jù)本發(fā)明，如果連接器背面1911和1912被澆鑄封裝材料或封裝100密封，那么水便不能滲入連接器插座1904周圍的空腔。這種類型的連接器設(shè)計(jì)可短時(shí)間地防止在連接器內(nèi)形成導(dǎo)電通路，但是由于水氣和污染物可以滲透固定插腳的模制塑料聚合物，如果持續(xù)地受高濕度和高污染的影響，插孔1904周圍的空腔最后會(huì)變潮，并被沾污，這種沾污將在插腳連接器插孔1904間形成漏電通路，插腳插孔1904和插腳1902也會(huì)被腐蝕，降低了連接性能。
圖4a和4b例示了優(yōu)選實(shí)施方案連接器的部分剖面圖，該方案提出了大大改進(jìn)的密封連接器。插頭部分2000與普通的插頭部分1900一致，但插座部分2003與插座部分1903結(jié)構(gòu)不同。插座部分2003通過(guò)把插孔2004插入聚合物基板2016來(lái)制作。然后，把聚合物頂蓋2015安裝在插孔2004上。頂蓋2015和擋層2013模鑄在一起，該擋層環(huán)繞各個(gè)插孔2004，并幾乎延伸到基板2016。疏水的密封材料，如油脂或(優(yōu)選地)彈性凝膠注入插座部分2003，并幾乎完全充滿插座部分2003的空腔。描述于專利5,111,497、5,246,383、順序號(hào)07/006,917的硅膠特別適合于這一目的，因?yàn)槟z會(huì)粘附在連接器的內(nèi)表面，而且有足夠的彈性，在接觸腳2012插入的過(guò)程中，不會(huì)影響插孔偏移，這些專利在此引入作為參考。這些凝膠可以十分有效地防止水接近金屬和塑料的接觸表面。優(yōu)選的凝膠應(yīng)具有疏水性。
帶有用于支承連接的擋層的插座是通常可以得到的。T&B或其它制造商制作的DIN連接器系列(根據(jù)DIN41612，IEC603-2)含有擋層，該擋層可以防止插孔2004間的偶然接觸，并且支撐小的楔形物，該楔形物保證插孔2004彈性臂處于在利于形成良好接觸的預(yù)壓狀態(tài)。這些結(jié)構(gòu)意外地非常適用于密封目的。硅膠材料的另一驚人優(yōu)點(diǎn)是其極低的表面能可使硅膠主動(dòng)地沾在表面上。由內(nèi)擋層2013產(chǎn)生的大表面使得可以簡(jiǎn)單地從殼頂2010的小孔注入未固化的凝膠來(lái)填充連接器空腔。低的表面能使液態(tài)凝膠能夠從小孔流進(jìn)，并覆蓋在各個(gè)內(nèi)表面上，直到完全填滿連接器。
對(duì)于未固化的凝膠，粘度小于1000厘泊，優(yōu)選地小于約800厘泊，對(duì)填充插腳間距大約為.10英寸的連接器是足夠低的。插座部分2003中的凝膠或油脂的存在，特別是在聚合物基板2016和聚合物頂蓋2015以及擋板2013相接的底部的凝膠或油脂將阻止在插孔2004間水汽和沾染路徑的形成。這種凝膠或油脂應(yīng)該足夠軟，以便在不使用過(guò)度外力的條件下，使插頭部分2000中的匹配插腳被密封。利用織物分析儀，按照標(biāo)準(zhǔn)MQC程序測(cè)量，硬度從15至50克可以滿足這些條件。全文在此引入作為參考的美國(guó)專利4,852,636給出了普通技術(shù)人員都知道的一種測(cè)定克硬度的方法，有時(shí)稱之為Voland硬度。插頭部分2000內(nèi)的墊層2001可以利用具有更高彈性模量和硬度的橡膠或凝膠材料制作。硬度在30至70克范圍內(nèi)將滿足下面的要求，即插頭部分內(nèi)部的凝膠或橡膠必須經(jīng)受多次拔插，而不產(chǎn)生足以使凝膠失去密封性的損傷。硬度在30至50克間的凝膠可以滿足插座部分2003和插頭部分2000的要求，并可以在兩處交換使用。凝膠材料的優(yōu)點(diǎn)是由于其疏水性它可以輕易阻斷殼頂2010上的水氣通路。這樣，連接器可以與表面上的水氣相接觸，仍可獲得高絕緣電阻。
凝膠型墊層最好固化在適當(dāng)位置，以在插頭部分2000獲得高粘性。在另一實(shí)施方案中，該凝膠型墊層通過(guò)壓制出開(kāi)孔泡沫增強(qiáng)型凝膠薄層來(lái)制作，詳細(xì)描述參見(jiàn)美國(guó)專利4,865,905，和美國(guó)順序號(hào)07/762,533，提交于1992年1月14日，該專利和申請(qǐng)完全在此引入作為參考。利用模壓在匹配器18(圖1)中的緊固裝置或者鎖定或擰緊的機(jī)械框架來(lái)固定這些墊層到位。
圖4b示例了本設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)。隨著頻繁的拔插循環(huán)，只有插座部分2003腔頂附近的凝膠材料中的凝膠的機(jī)械應(yīng)力較高，所以，凝膠的損失和能變潮的空隙2100只容易在該區(qū)域產(chǎn)生。然而，由于，凝膠密封了插座部分2003底部各插孔間的低處通路2101，壓在殼頂2010上的橡膠墊層2001或凝膠阻斷了高處通路2102，那些空隙是彼此隔離的。在一些情況下，使用同軸連接器將高頻信號(hào)接入有源電路1000。對(duì)這種類型的連接器，可采用相同的密封技術(shù)，在其中心插座觸點(diǎn)填充凝膠以防止從中心觸點(diǎn)到地的短路電流。
圖5a和5b示例了匹配器18或18b的剖面圖，該匹配器安裝在注模部分2201或2201b(圖1中的18)中，并利用澆鑄封裝材料2203或2203b密封，如兩種成分的可固化聚氨脂或環(huán)氧樹(shù)脂化合物等。圖5a是陽(yáng)-陰實(shí)施方案，圖5b是陰-陽(yáng)實(shí)施方案。它們的主要差別是圖5a中的插座2250和圖5b中的插腳2240。相同部分的標(biāo)號(hào)是一致的，圖5b中的另一方案在標(biāo)號(hào)后加字母“b”。然后，韌性密封袋10被粘接在模制部分。為防止在澆鑄過(guò)程中澆鑄材料的泄露，一個(gè)密合塞子插在墊層2001處直至澆鑄材料固化。
圖6示例了另一種匹配器設(shè)計(jì)，其中，接觸插腳16直接插入或鑄在模制匹配器部分2211。如圖5所示，再粘上密封袋10。該方案省去了澆鑄工序，并實(shí)質(zhì)上在袋內(nèi)部和外界之間形成了一體化的DIN連接器接口。在圖5a和5b中，底板2260包含板上的插座2261和澆鑄封料2262，這對(duì)圖6實(shí)施方案也適用。密封電路插在底板2260上。
圖7示例了密封插卡型連接器2300的方法。密封墊層2301粘在匹配器500上，這樣，當(dāng)連接器插入插座部分2320時(shí)，墊層2301將緊壓在插座部分2320的邊緣和密封環(huán)2330上。為進(jìn)一步阻斷插座部分2320中的漏電路徑，可向其中注入凝膠。
圖8示例了一種導(dǎo)軌插銷結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使有源電路1000插入在匹配器18內(nèi)部突出的插腳16。導(dǎo)向脊2210用來(lái)引導(dǎo)有源電路1000安全地與突出在匹配器18內(nèi)部的插腳16相連接。然后，插銷扣機(jī)構(gòu)2211插入有源電路板的孔2212中，使電路板穩(wěn)固地固定在匹配器18上。優(yōu)選地，插銷扣2211包括一個(gè)能觸動(dòng)的剛性鎖，以防止在振動(dòng)條件下電路板產(chǎn)生不應(yīng)有的失鎖，并且在電路板固定在連接器上時(shí)防止產(chǎn)生強(qiáng)制方向。一種柔性插銷機(jī)構(gòu)(如加載彈簧)和柔性緩沖墊、(如泡沫橡膠)，沿著匹配器18的矩形表面及其附近安裝在導(dǎo)向脊2210的底部，即臺(tái)座上，可用來(lái)減少在操作過(guò)程中有源電路1000偶然落地時(shí)所受的沖擊力。
如果薄層材料10相對(duì)很薄而且具有韌性，封裝100外部的壓力將可能損壞有源電路1000(不可見(jiàn)的)。圖9示例了一種在模塊可能受到粗野操作時(shí)，防止產(chǎn)生這種問(wèn)題的方法。在封裝100被密封后，組件被插入保護(hù)盒101。匹配器18可設(shè)計(jì)得與保護(hù)盒101的開(kāi)口端十分吻合，并提供螺絲或其它固定器，以便把各部分固定在一起，制成最終的電子模塊102。如果使用螺絲，在以后可以很容易地打開(kāi)模塊102對(duì)有源電路1000進(jìn)行修理。為了使有源電路1000被保護(hù)盒101夾住并固定，穩(wěn)定架25(圖1)在薄層10被密封之前安裝在有源電路1000上。這些穩(wěn)定架可以是泡沫架，其尺寸恰好與保護(hù)盒101內(nèi)部相吻合。這將防止在處理和振動(dòng)過(guò)程中，有源電路和連接器19產(chǎn)生損傷性彎曲，還可以保護(hù)韌性疊層。在優(yōu)選實(shí)施方案中，保護(hù)盒101利用吹模法制作，其上面還有孔用于排水和觀看有源電路1000上的信號(hào)燈。
圖10示例了幾個(gè)安裝在密封底板203上的模塊102。每個(gè)底板帶有幾個(gè)與底板電路板導(dǎo)電相連，并被澆鑄密封以防止背面水汽的插座連接器204。同樣與底板電路板相連的導(dǎo)線傳遞信號(hào)至密封的終端單元205。一旦模塊102插入密封插座連接器204，將形成完整的密封系統(tǒng)以保護(hù)電子線路。分別密封各個(gè)有源電路的額外優(yōu)點(diǎn)是更高的可靠性。如果一個(gè)漏電，其它的不會(huì)受影響。濕度傳感器也可包括在每個(gè)密閉電子封裝100內(nèi)。如果任何一個(gè)單元變潮，警報(bào)器會(huì)響，該單元可以被更換。
保護(hù)盒101的缺點(diǎn)是降低了系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)能力，增加了額外費(fèi)用和體積。在一些情況下，只需要中等的機(jī)械保護(hù)，可以使用更硬的薄層材料10，這時(shí)，為了具有較大的抗彎性，金屬箔的厚度應(yīng)當(dāng)增加。圖11示例了這種封套，其中較厚的外層材料200被熱封成正好與匹配器218相吻合的管形。匹配器218和薄層材料200熔合在一起，或者，優(yōu)選地利用內(nèi)表面帶有熱熔膠的熱縮帶緊箍匹配器218和薄層200之間的接頭。對(duì)后端的封口可以通過(guò)熱封并按milk carton方式折疊，或者插入一個(gè)和匹配器218形狀相似的塞子再以與上述相同的方法來(lái)密封。
在一些情況下，有源電路1000產(chǎn)生的熱量十分多。使熱量傳出封裝的主要障礙是薄層10中的空氣絕緣層。薄層10本身的熱阻很低，因?yàn)樗鼙〔⑶掖蟛糠钟山饘僦谱鳌D12示例了一種方法，可把有源電路1000上的發(fā)熱元件通過(guò)薄層10導(dǎo)熱地連接到自由流動(dòng)空氣中的散熱器250。圖13示例了圖12中的組件部分。密封薄層10之后，散熱器250被卡在有源電路板1000中穩(wěn)定架25所安裝的位置。從圖13a和13b中A-A截面可以看到，安裝在有源電路1000上的發(fā)熱元件252被壓在導(dǎo)熱凝膠墊片251上，該墊片預(yù)先安裝在發(fā)熱元件252上或在薄層材料10的內(nèi)部。一種適合于該目的的導(dǎo)熱凝膠251的配方更加完全地描述于美國(guó)專利4,852,646中，該專利在此引入作為參考。導(dǎo)熱凝膠附加墊片還可用在薄層10外表面和散熱器250之間，以進(jìn)一步提高從薄層10到散熱器的熱傳導(dǎo)。圖13c示例了另一種使發(fā)熱元件252散熱的方法。一個(gè)螺栓253穿透韌性疊層，直接與252相連。密封材料密封在韌性疊層和發(fā)熱元件之間。
在一些情況下，只需要少量與有源電路1000的永久接頭。圖14示例了用于這種類型系統(tǒng)的廉價(jià)封裝方法。連接器301與線束303相連，該線束模制在匹配器302中，為實(shí)現(xiàn)可靠的封裝，需要除去線束303中導(dǎo)線穿過(guò)匹配器302處的絕緣層，以阻斷線束303中導(dǎo)線絕緣層下的水氣流動(dòng)。另外，可以使用固化阻擋材料或者在導(dǎo)線和絕緣層間帶有阻斷介質(zhì)的阻斷導(dǎo)線。為了將有源電路裝入封裝100，有源電路1000被插進(jìn)封裝100的開(kāi)口端，直至模制在匹配器302上的插銷裝置304與有源電路1000上的孔305相接合。一旦按這種方式穩(wěn)固地連接，連接器301可以接到有源電路1000的匹配連接器300上。在干燥/清潔劑起作用后，密閉電子封裝的開(kāi)口端可照例利用熱封機(jī)密封。圖14b示例了另一方案和一種成本可能更低的封裝電子器件的方法。扁平電纜306與連接器307相連，韌性疊層阻擋層安裝在電路板1000上，用熱熔膠熱封在扁平電纜306上，使其在306的兩邊熔合，形成環(huán)繞1000的完整的水氣阻擋層。
在一些情況下，在通過(guò)密閉電子封裝100連接有源電子器件1000時(shí)，優(yōu)選的是用插卡型連接器而不是插腳和插座型。圖15示例了一種適合這種連接器的簡(jiǎn)單方法。熱熔膠帶420安裝在插卡型連接器四周，該連接器為這項(xiàng)應(yīng)用已留有空間。必須保證插卡型連接器428的觸腳不被膠沾染。另外，這種膠帶也可被模制在插卡的延展部分。薄層材料10粘合成一個(gè)帶有開(kāi)口邊44的封套410。有源電路1000插入封套410，開(kāi)口邊414被熱封在熱熔膠420上。在該操作中，需要改進(jìn)的袋密封機(jī)，該密封機(jī)在插卡型連接器附近區(qū)域有適當(dāng)?shù)目障?。另外，插卡型匹配器可以用小葉狀插件和凹插卡連接器制作。匹配器可先插入封套410而讓與匹配器相對(duì)的封套邊開(kāi)著。在最后組裝時(shí)，有源電路1000插入該開(kāi)口邊，并插入封套內(nèi)部的凹連接器。然后，利用普通的熱封機(jī)熱封開(kāi)口邊。這種可選方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了最后組裝者的熱封操作。
圖16、16a和16b示例了另一種使用插卡型連接器的密閉電子封裝的構(gòu)造。使用適當(dāng)?shù)蔫T封材料，匹配器500密封在有源電路上。封套510密封在包括有源電路板在內(nèi)的匹配器500上，如圖16a和16b所示形成U形部分，并且?guī)в袎毫Νh(huán)520，更具體地說(shuō)，壓力環(huán)最終嵌在硬的外殼520和基底500之間。16b示例了將有源電路板1000插入基底500并密封在其上的過(guò)程的局部剖面圖。
又一個(gè)可選方案示例于圖17。該實(shí)施方案中，匹配器618延展成一個(gè)環(huán)繞有源電路1000的完整環(huán)形。有源電路插入匹配器的連接器616的內(nèi)部插腳，然后，兩片薄層10被熱封或熔接到匹配器環(huán)625上。為再增加強(qiáng)度，成形工具620用來(lái)形成固定架630，以固定薄層10到位。
圖18示例了一種改進(jìn)的封裝系統(tǒng)，它可應(yīng)用于地下，此時(shí)電子器件可能長(zhǎng)時(shí)間地浸于水中。一個(gè)鐘罩700裝在密閉電子模塊702和底板701外，該鐘罩防止液體水進(jìn)入701和702。
該發(fā)明至少部分地歸于發(fā)明人的出人意料的認(rèn)識(shí)，而不同于以往的想法有源電路能被密封在適宜的疊層之中，防止環(huán)境的損害，還能工作在惡劣的環(huán)境之中，同時(shí)允許在返回工廠時(shí)通過(guò)打開(kāi)封裝100使電路板重新進(jìn)入封裝。
本發(fā)明參照前面的具體優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述。本發(fā)明范圍可包含一些對(duì)普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的改動(dòng)。例如，鋁金屬薄層可以是銅、銀、金或其它適當(dāng)?shù)慕饘佟Ｋ芰席B層可以是用一個(gè)薄層和金屬層熔合，然后折疊再和自身熔合。袋本身可有密封的入口，以便在修理等過(guò)程中需要取出有源電路時(shí)，不用丟棄袋子。
權(quán)利要求
1.在一種設(shè)備中，該設(shè)備包括有源工作的微電子電路和諸如微處理器、動(dòng)態(tài)存取存儲(chǔ)器(D-rams)等器件，并需保護(hù)措施以免受外部條件的影響，同時(shí)可重進(jìn)入和可替換，該保護(hù)裝置包括能容納有源電路板的阻擋外圍氣體和液體的韌性封套，該封套使有源電路板完全密封；和密封在有源電子印刷電路板上的連接器件，該連接器件還可使有源電路板與電路系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中封套包括一種夾層結(jié)構(gòu)，由在阻擋氣體和液體的金屬層兩邊貼有耐撕裂塑料層形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中夾層結(jié)構(gòu)包括約80微米厚的聚乙烯韌性塑料頂層和底層，約200微米厚的聚酰胺或聚酯內(nèi)層，以及約20微米厚的金屬中間層。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，其中封套的內(nèi)部包括一層吸收紅外輻射的黑色涂層。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，其中韌性封套包括至少兩層塑料層和一層中間金屬層，其中最外層塑料層大約75～200微米厚，內(nèi)塑料層大約20～200微米厚，中間金屬層大約5～75微米厚。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，其中金屬在鋁、錫以及包含鋁和/或錫的合金中選取。
7.根據(jù)任一權(quán)利要求的裝置，還包括不含金屬層的一部分封套，以提供一個(gè)可觀察袋內(nèi)的窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中在塑料層之間放置了透明的錫氧化物或銦錫氧化物層以提供可觀察電路板而同時(shí)保持對(duì)氣體和液體的阻擋的窗口。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，其中袋的連接器部分至少部分地填充凝膠密封劑以密封到有源電路板的電接觸。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置還包括在封套內(nèi)部的氣體干燥/清潔劑袋。
11.一種能夠容納有源電路板并使其密封于外部環(huán)境外的裝置，該裝置包括具有插座的U型封套封裝，該插座可以在封套封閉端接上電路板插腳連接器，該連接器又能夠和更大的電子設(shè)備相連，U型封套應(yīng)足夠深，使得在插入有源電路板后可以密封開(kāi)口端，以在有源電路板四周形成阻擋氣體和液體的密封，該封套包括中間金屬層，其中最外層塑料層大約75-200微米厚，內(nèi)塑料層大約20-200微米厚，中間金屬層大約5-75微米厚。
12.一種密封有源電路板以防止外界污染的方法，包括將有源電路板插入外圍可封的封套，該封套包括至少兩個(gè)耐撕裂塑料層，它們位于可阻擋氣體和液體的金屬層兩邊；以及在插入電路板后，將所插入的電路板密封在封套內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的修理外圍封閉的有源電路板的方法，包括打開(kāi)包圍并密封有源電路板的封套；從封套中取出有源電路板；修理電路板；以及把修好的有源電路板或替換的有源電路板放回到外圍可密閉的韌性封套中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中有源電路板插入的封套包括夾層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)抗撕裂塑料外層和阻擋氣體和液體的金屬中間層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中封套包括兩個(gè)約75～350微米厚的塑料外層，兩個(gè)約20-200微米厚的塑料內(nèi)層，這兩層緊靠著約5-75微米厚的中間層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中封套中還包括干燥/清潔劑袋。
17.根據(jù)任一前述的權(quán)利要求的方法或裝置，其中在密封前，封套被壓縮以提供氣體膨脹所需的寬松體積。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的方法或裝置，其中密封通過(guò)把塑料層熔合在含有連接器的匹配器上來(lái)完成。
全文摘要
一種外圍密閉的電路組件。該組件包括圍繞有源電路的韌性包層，該電路板可以插入包層中，隨后的密閉提供了一種可重新插入且外部密閉的有源電路封裝。說(shuō)明書(shū)中還對(duì)制作該組件的方法也進(jìn)行了描述。
文檔編號(hào)H05K5/06GK1149378SQ95193246
公開(kāi)日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月11日
發(fā)明者S·迪阿茨, D·霍斯馬, N·卡卡尼亞, P·隆德奎斯特, A·中里, N·沈, P·馮德利帕 申請(qǐng)人:雷伊化學(xué)公司