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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Schutz von aktiver Elektronik
gegenüber
der Umgebung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine hermetisch abgeschlossene
Verkappung für
den Schutz von aktiven elektronischen Leiterplatten wie beispielsweise für die Fernmeldetechnik
gegenüber
der Umgebung.
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Herkömmlicherweise
befindet sich der größte Teil
der Elektronik in einem Fernsprechnetz in einer Fernsprechzentrale
oder in einigen wenigen großen
elektronischen Installationen, die entfernt von der Fernsprechzentrale
angeordnet sind. Diese entfernten elektronischen Einrichtungen werden
von Energie gespeist, die dem Starkstromnetz entnommen wird, und
werden durch Batterieversorgungen gesichert. Die elektronischen
Einrichtungen in der Fernsprechzentrale arbeiten in einer Umgebung
mit sorgfältig
geregelter Temperatur und Feuchtigkeit, um ihre ordnungsgemäße Funktion
sicherzustellen. Die entfernten elektronischen Einrichtungen sind
gewöhnlich
ebenfalls in Gewölben
mit kontrollierter Umgebung oder wenigstens in Umschließungen installiert,
die durch die vom System abgeleitete große Wärmemenge auf einer Temperatur über derjenigen der äußeren Umgebung
gehalten werden.
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Neuere
Fortschritte in der digitalen Signalverarbeitung haben neue und
leistungsfähigere Übertragungssysteme
ermöglicht.
Viele dieser neuen Systeme haben zu der Notwendigkeit geführt, die
aktiven elektronischen Bauelemente in dem Fernmeldesystem weg von
einer temperaturgeregelten Fernsprechzentrale und nach draußen in die
allgemeine Umgebung zu verlagern, wo die Bauelemente großen Schwankungen
in bezug auf Temperatur und Umweltverschmutzung ausgesetzt sind.
Um die gesamten Vorteile dieser neuen Übertragungssysteme nutzen zu
können,
ist es erwünscht,
die entfernten elektronischen Installationen in kleinen Einheiten
zu verteilen, die über
die Übertragungsmedien
von einer zentralen Stelle aus mit Energie versorgt werden. Diese
energiesparenden Einheiten erzeugen sehr wenig Wärme und sind daher viel empfindlicher
gegenüber
einer Schädigung
durch Feuchtigkeit, als das bisher der Fall war, weil sie die innere
Erwärmung
nicht aufweisen, die erforderlich ist, um sie trocken zu halten.
Infolgedessen besteht ein zunehmender Bedarf für den Schutz dieser nur wenig
Wärme erzeugenden
aktiven elektronischen Systeme gegenüber der Umgebung. Die typischen
kleinen entfernten elektronischen Einheiten, die in dem Fernmeldenetz
verteilt sind, werden von Technikern mit wenigen Werkzeugen und
begrenzter Überwachung installiert.
Es wird erwartet, daß die
Lebensdauer dieser elektronischen Einrichtungen viele Jahre (z.
B. 20 Jahre) beträgt.
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Es
sind Verfahren zum Umkapseln von aktiven elektronischen Bauelementen
bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-A-5319522 ein Verfahren
zum Umkapseln einer Leiterplatte mit von der Leiterplatte wegführenden
elektrischen Kontakten. Gemäß dieser
Druckschrift wird eine offenendige Hülle aus wärmeschrumpfbarem PTFE-Material über die
Leiterplatte geschoben, bevor diese mit Polymermaterial in Inserttechnik
umkapselt wird. Wärme
wird auf das wärmeschrumpfbare
Material aufgebracht, so daß die Öffnungen
an den Enden der Hülle
erheblich kleiner werden. Auf diese Weise sind nur minimale Bereiche
der Oberfläche
der Leiterplatte dem direkten Kontakt mit fließfähigem Polymer während des
Spritzgießens
in Inserttechnik ausgesetzt. Die eng angepaßte Gestalt der wärmegekapselten
Umhüllung
um die Leiterplatte herum verhindert im wesentlichen, daß fließfähiges Polymer
aus dem Inneren der Umkapselungshülle fließt und diejenigen Bereiche
der Leiterplatte berührt,
die dem direkten Kontakt durch fließfähiges Polymer während des
Spritzgießens
nicht ausgesetzt sind. Das bedeutet, daß die elektronischen Bauelemente
auf der Leiterplatte vor einer Schädigung durch Wärmeschock
geschützt sind
und daß die
Lötverbindungen
an einem Schmelzen im wesentlichen gehindert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine aktive elektrische Schaltungsvorrichtung für die Telekommunikation
angegeben, die folgendes aufweist:
- (a) eine
Leiterplatte (1), die aktive Bauelemente (8) hat;
- (b) eine Schutzhülle
(3, 4) gegenüber
Gas und Flüssigkeit
aus der Umgebung, die wenigstens einen Teil der Leiterplatte (1)
abdichtend umkapselt, wobei die Hülle flexibel und aus einem
oder mehreren Flächenkörpern (3, 4)
gebildet ist, deren Ränder
miteinander verklebt oder verschweißt sind, um die genannte Umkapselung
wenigstens eines Teils der Leiterplatte zu bilden; und
- (c) einen oder mehrere elektrische Leiter (2), die sich
von der Leiterplatte (1) aus der flexiblen Hülle (3, 4)
heraus erstrecken;
- dadurch gekennzeichnet, dass
- (i) die Vorrichtung ferner einen elektrischen Verbinder (6)
zum Verbinden der Leiterplatte (1) mit einem externen System
aufweist, wobei der Verbinder (6) außerhalb der flexiblen Schutzhülle (3, 4)
positioniert und, wenigstens im Gebrauch, mit der Leitplatte (1)
durch den einen oder die mehreren elektrischen Leiter (2),
die sich aus der flexiblen Hülle
(3, 4) heraus erstrecken, elektrisch verbunden
ist; und
- (ii) die Vorrichtung ferner ein Gehäuse (17, 19) aufweist,
das wenigstens im Gebrauch den elektrischen Verbinder (6)
enthält
und ferner nur einen Teil der flexiblen Hülle (3, 4)
und den Austritt des oder jedes elektrischen Leiters (2)
aus der Hülle (3, 4)
heraus abdichtend umkapselt.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, daß dadurch, daß die Leiterplatte
in einer flexiblen Schutzhülle
gegenüber
Gas und Flüssigkeit
aus der Umgebung abdichtend umkapselt ist, sie normalerweise gegenüber solchen
Umweltgefahren auch dann gut geschützt ist, wenn die Vorrichtung
entfernt von der Fernsprechzentrale vorgesehen ist und die elektrischen
oder elektronischen Bauelemente der Leiterplatte nicht sehr viel
Wärme erzeugen.
Dieser Vorteil ist mit dem Vorteil kombiniert, daß die elektrische Verbindung
zwischen der Leiterplatte und einem externen System über einen
externen elektrischen Verbinder erfolgt, der selbst mit der Leiterplatte über einen
oder mehrere elektrische Leiter elektrisch verbunden ist, die sich
aus der abgedichteten flexiblen Hülle heraus erstrecken. Das
bedeutet, daß die
Leiterplatte gegenüber
der Umgebung auch dann abgedichtet bleiben kann, wenn im Gebrauch
elektrische Verbindungen mit der Leiterplatte hergestellt, unterbrochen
oder ausgewechselt werden.
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Die
Erfindung hat ferner den Vorteil, daß dadurch, daß das Gehäuse, das
den elektrischen Verbinder enthält,
auch einen Teil der flexiblen Hülle
und den Austritt des oder jedes elektrischen Leiters aus der Hülle abdichtend
umkapselt, der Austritt des (der) elektrischen Leiter(s) aus der
flexiblen Hülle
auf eine einfache und doch hochwirksame Weise abgedichtet ist. Dies
ist vorteilhaft, weil der Austritt für den (die) elektrischen Leiter
normalerweise der am schwierigsten wirksam abzudichtende Teil der
flexiblen Hülle
ist. Es wurde gefunden, daß dann,
wenn Klebstoffe, Mastix und selbst hochleistungsfähige Dichtmaterialien
wie Gele (wie nachstehend beschrieben) verwendet werden, um eine
Abdichtung zwischen den elektrischen Leitern und der flexiblen Hülle zu bilden, häufig nicht
garantiert werden kann, daß eine
solche Abdichtung nicht versagt. Der zweite Aspekt der Erfindung
und die bevorzugte Ausführungsform
des ersten Aspekts der Erfindung überwinden dieses Problem durch
die Verwendung eines Gehäuses,
das auch (bevorzugt abdichtend) den elektrischen Verbinder enthält, um die
erforderliche Abdichtung zu schaffen. Das Gehäuse kann diese Abdichtung bilden
und tut dies bevorzugt auch, indem es selber mit Abdichtmaterial
(z. B. Gel) abgedichtet ist.
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Der
(die) elektrische(n) Leiter der Erfindung kann (können) einen
oder mehrere Drähte
und/oder wenigstens ein Flachkabel aufweisen. Der (die) elektrische(n)
Leiter kann (können)
alternativ von einem relativ schmalen Ansatz der Leiterplatte getragen werden,
der sich von einem relativ breiten Hauptbereich der Leiterplatte,
der die aktiven Bauelemente trägt,
erstreckt.
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Vorteilhaft
kann die flexible Hülle
einen relativ breiten Bereich, der die Leiterplatte oder wenigstens
einen Hauptbereich davon umkapselt, und ausgehend von dem breiten
Bereich einen relativ schmalen Bereich aufweisen, der wenigstens
einen Teil des oder jedes elektrischen Leiters umkapselt. Bevorzugt erstreckt
sich der relativ schmale Bereich der Hülle in das Gehäuse, das
den elektrischen Verbinder enthält.
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Die
flexible Hülle
ist bevorzugt im wesentlichen wasserundurchlässig und stärker bevorzugt undurchlässig für Wasser
sowohl in der Flüssig-
als auch in der Dampfphase. Die Hülle besteht bevorzugt aus polymerem
Material (z. B. Polyester und/oder Polyethylen). Vorteilhaft weist
(weisen) die Wand (Wände)
der Hülle
eine oder mehrere Schichten aus polymerem Material und eine oder
mehrere Schichten aus Metall (z. B. Aluminium) auf. Eine besonders bevorzugte
Hüllenwand
weist eine Metallschicht auf, die zwischen zwei polymeren Schichten
eingeschlossen ist. Die Anwesenheit einer Metallschicht macht die
Wand (Wände)
der Hülle
normalerweise im wesentlichen für
Wasserdampf undurchlässig.
Alle Verbindungen in der Wand (den Wänden) der Hülle sind bevorzugt durch Thermoverschweißen von
polymeren Schichten der Wand (Wände)
miteinander gebildet (und abgedichtet).
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Die
flexible Hülle
hat bevorzugt die Form eines hermetisch dichten Beutels oder dergleichen.
Sie ist aus ein oder mehr Flächenkörpern gebildet,
deren Ränder
miteinander verklebt oder verschweißt sind.
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Um
Zweifel auszuschließen,
soll erwähnt werden,
daß der
elektrische Verbinder einen einzigen elektrischen Verbinder oder
eine Vielzahl von elektrischen Verbindern aufweisen kann, die entweder
miteinander verbunden oder separat voneinander vorgesehen sind.
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Das
Gehäuse
für den
elektrischen Verbinder weist vorzugsweise wenigstens zwei Teile
auf, die im Gebrauch zusammengebracht sind, um den elektrischen
Verbinder zu enthalten. Die Teile des Gehäuses können aneinander auf verschiedene
Weise befestigt sein, z. B. können
sie miteinander verrastet oder mit Schrauben oder Bolzen zusammengefügt sein,
usw. Die zwei (oder mehr) Teile des Gehäuses können separate Teile sein, oder
sie können
miteinander verbunden, z. B. gelenkig verbunden, sein. Das Gehäuse enthält bevorzugt
Dichtmaterial, das einen Teil der flexiblen Hülle und den Austritt des oder
jedes elektrischen Leiters aus der Hülle heraus abdichtend umkapselt.
Das Dichtmaterial dichtet bevorzugt auch den elektrischen Verbinder
gegenüber der
Umgebung ab.
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Im
allgemeinen kann jedes Dichtmaterial verwendet werden, z. B. elastomeres
Material (speziell natürlicher
oder synthetischer Kautschuk), polymerer Schaumstoff, Mastix, Fett
(z. B. Siliconfett) oder Gel. Das bevorzugte Dichtmaterial weist
Gel auf. Das Gel kann beispielsweise Silicongel, Harnstoffgel, Urethangel,
thermoplastisches Gel oder jedes geeignete Gel oder gelartige Dichtmaterial
aufweisen. Bevorzugte Gele weisen flüssigkeitsverstreckte (z. B. ölverstreckte)
Polymerzusammensetzungen auf. Die Polymerzusammensetzung des Gels kann
beispielsweise ein Elastomer oder ein Blockcopolymer mit relativ
harten Blöcken
und relativ elastomeren Blöcken
aufweisen. Beispiele solcher Copolymere umfassen Styrol-Dien-Blockcopolymere,
beispielsweise Styrol-Butadien- oder Styrol-Isopren-Diblock- oder
-Triblockcopolymere, wie sie z. B. in der internationalen Patentanmeldung
WO 88/00603 angegeben sind. Bevorzugt weist jedoch die Polymerzusammensetzung
ein oder mehr Styrol-Ethylenpropylen-Styrol-Blockcopolymere auf. Die Extenderflüssigkeiten,
die in dem Gel eingesetzt werden, weisen bevorzugt Öle auf.
Die Öle
können
Kohlenwasserstofföle,
beispielsweise paraffinische oder naphthenische Öle, Syntheseöle, beispielsweise
Polybuten- oder Polypropenöle,
oder Gemische davon sein. Die bevorzugten Öle sind Gemische aus nichtaromatischen
Paraffinen und naphthenischen Kohlenwasserstoffölen. Das Gel kann Zusatzstoffe
enthalten, z. B. Feuchtigkeitsfänger
(z. B. Benzoylchlorid), Antioxidanzien, Pigmente und Fungizide.
Beispiele von Gelen sind in der
US-PS 4 634 207 (Raychem) angegeben.
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Die
Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
Darstellung einer Leiterplatte, an der Anschlußdrähte angebracht sind, vor der
Umkapselung durch eine flexible Schutzhülle gegenüber Gas und Flüssigkeit
aus der Umgebung;
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2 eine
Darstellung einer Leiterplatte mit einem elektrischen Verbinder,
der auf einem Ansatz der Platte angebracht ist, vor der Umkapselung
mit einer flexiblen Schutzhülle
gegenüber
Gas und Flüssigkeit
aus der Umgebung;
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3 eine
Darstellung eines Hauptbereichs der Leiterplatte von 2,
die mit der flexiblen Hülle umkapselt
ist, wobei der den Verbinder tragende Ansatz sich aus der Hülle heraus
erstreckt, bevor zwei Teile eines Gehäuses für den Verbinder um den Verbinder
herum und um den Austritt des Leiterplattenansatzes aus der Hülle zusammengebracht
werden;
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4 eine
Darstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung, nachdem
die beiden Gehäuseteile zusammengebracht
worden sind;
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5 eine
Darstellung eines Typs einer bei der Erfindung verwendeten flexiblen
Hülle,
die eine Leiterplatte umkapselt;
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6 eine
Darstellung einer anderen Art von bei der Erfindung verwendeter
flexibler Hülle,
die eine Leiterplatte umkapselt; und
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7 eine
Darstellung einer anderen Vorrichtung nach der Erfindung, die in
einem äußeren Kasten
enthalten ist.
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1 zeigt
eine gedruckte Leiterplatte 1, die elektrische/elektronische
Bauelemente 8 trägt,
und eine Vielzahl von isolierten Verbindungsdrähten 2, die sich von
der Leiterplatte erstrecken. Eine flexible Hülle, die zwei Laminatflächenkörper 3, 4 aufweist, ist über und
unter der Leiterplatte 1 angeordnet gezeigt. Die Schichten 3, 4 können aus
dem gleichen oder einem ähnlichen
Material sein, wie es bei dem Produkt verwendet wird, das unter
dem Warenzeichen "TDUX" von Raychem im Handel
erhältlich
ist. Solche Schichten weisen Flächenkörper als
Aluminium- oder einer anderen Metallfolie und polymere Festigkeits-
bzw. Haftschichten wie etwa Polyester- und Copolymerschichten (z.
B. Ethylen-Vinylacetatschichten) auf.
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2 zeigt
eine gedruckte Leiterplatte 1 mit Schichtflächenkörpern 3, 4,
die über
und unter ihr angeordnet sind. Die Leiterplatte 1 hat einen
Ansatz 13, der einen Verbinder 6 trägt, der
mit Bauelementen auf der Platte über
Leiterbahnen (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Die Schichtflächenkörper haben
solche Größe, daß sie dann,
wenn sie zusammengebracht und an den Rändern dicht miteinander verbunden sind,
den Hauptbereich der Leiterplatte 1, aber nicht den Ansatz 13 oder
den Verbinder 6 umkapseln.
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3 zeigt
einen Hauptbereich 15 der Leiterplatte von 2,
der mit der flexiblen Hülle
umkapselt ist, mit dem sich aus der Hülle 1, 3 heraus
erstreckenden, den Verbinder 6 tragenden Ansatz 13, bevor
zwei Teile 17, 19 eines Gehäuses für den Verbinder um den Verbinder
herum und um den Austritt 18 des Leiterplattenansatzes 13 aus
der Hülle 1, 3 zusammengebracht
werden, wie in 4 gezeigt ist. Jeder Gehäuseteil 17, 19 hat
eine Beschichtung aus Dichtmaterial 21, das zwischen den
Teilen 17 und 19 sowie den Austritt 18 des
Leiterplattenansatzes 13 aus der Hülle abdichtet.
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5 zeigt
eine Form einer flexiblen Hülle, die
eine Leiterplatte 1 enthält. Die Hülle weist zwei Flächenkörper 3, 4 eines
Laminats auf, das eine zwischen zwei äußeren Polyesterschichten eingeschlossene
innere Aluminiumschicht aufweist, wobei die Flächenkörper an ihren Rändern 23 zur
Bildung der Hülle
miteinander thermogeschweißt
sind. Vor dem Zusammenschweißen
der Flächenkörper wurde
zwischen die Flächenkörper eine
Leiterplatte 1 eingesetzt, die die elektrischen/elektronischen
Bauelemente enthält
(z. B. zum Multiplexen von Fernmeldesignalen). Ein Flachkabel 25,
das mit der Leiterplatte 1 elektrisch verbunden ist, verläuft aus
der abgedichteten flexiblen Hülle
nach draußen,
und Dichtmaterial 21, bevorzugt Mastix oder Gel, dichtet
zwischen der Hülle
und dem Flachkabel an dem Austrittsbereich 18 ab, um sicherzustellen,
daß das
Innere der Hülle
gegenüber
der äußeren Umgebung
vollständig
abgedichtet ist. Vorteilhafterweise kann die Hülle Trockenmittel enthalten,
um sicherzustellen, daß etwa
darin eingeschlossene Feuchtigkeit oder etwa in sie eindringende
Feuchtigkeit die Elektronik nicht beschädigt.
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6 zeigt
eine andere Art von flexibler Hülle,
die bei der Erfindung verwendet wird und eine Leiterplatte 1 und
ein mit der Leiterplatte elektrisch verbundenes Flachkabel 25 umkapselt.
Die flexible Hülle
umfaßt
einen relativ breiten Bereich 31, der die Leiterplatte
umkapselt, und von dem breiten Bereich ausgehend einen relativ schmalen
Bereich 33, der das Flachkabel 25 umkapselt. Der
breite Bereich und der schmale Bereich können Bereiche einer einzigen integralen
Hülle sein,
oder sie können
gesonderte Bereiche sein, die miteinander verbunden, beispielsweise
verschweißt,
sind.
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7 zeigt
die Leiterplatte 1 und ein Flachkabel 25, die
in der flexiblen Hülle 3, 4 von 8 umkapselt und in einem äußeren Kasten 27 enthalten sind.
Ein elektrischer Verbinder 6, der in einem Gehäuse 7, 9 enthalten
ist, ist mit dem Flachkabel 25 elektrisch verbunden. Der
schmale Bereich 33 der flexiblen Hülle erstreckt sich in das Gehäuse 7, 9.