ES2225867T3 - Sistema de suspension de circuitos electricos. - Google Patents
Sistema de suspension de circuitos electricos.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN DISPOSITIVO (10) Y UN METODO EN LOS QUE LOS COMPONENTES ELECTRICOS (16) ESTAN MECANICAMENTE SUSPENDIDOS Y ELECTRICAMENTE INTERCONECTADOS EN UN CUERPO ELASTOMERICO AISLANTE (11), TAL COMO SILICONA, ELIMINANDO DE ESTA FORMA LA NECESIDAD DE UNA TARJETA DE CIRCUITO O DE OTRO SUSTRATO DE CIRCUITO. EL DISPOSITIVO (10) PUEDE CAMBIAR DE FORMA MEDIANTE COMPRESION, DISTENSION, FLEXION Y OTRAS FUERZAS EXTERNAS AL TIEMPO QUE MANTIENE SU RENDIMIENTO ELECTRICO Y SU INTEGRIDAD MECANICA. EL DISPOSITIVO (10) PUEDE COMPRIMIRSE Y DEFORMARSE PARA AJUSTARLO DENTRO DE OTRO DISPOSITIVO, TAL COMO LA CUBIERTA (150) DE UN CONECTOR ELECTRICO O UNA CUBIERTA DE SUJECION DE PLASTICO, CREANDO AL MISMO TIEMPO FUERZAS ELASTICAS PARA CONSEGUIR CONTACTOS ELECTRICOS FIABLES Y PARA UN SELLAMIENTO ECOLOGICO. DE ESTA FORMA, EL DISPOSITIVO Y EL METODO PUEDEN SER UTILIZADOS PARA UNA AMPLIA GAMA DE FINES TALES COMO FILTRADO ELECTRICO PARA CONECTORES AVIONICOS, DE ORDENADORES O DE AUTOMOVILES, O PARA UNA FORMA NO INTRUSIVA DE EMPAQUETAR DISPOSITIVOS ELECTRONICOS PARA IMPLANTES MEDICOS.
Description
Sistema de suspensión de circuitos
eléctricos.
La presente invención se refiere a dispositivos y
métodos de encapsulación de dispositivos electrónicos.
Los circuitos y componentes eléctricos están
típicamente formados o dispuestos en substratos dieléctricos.
Substratos tales como silicio, cerámica, FR-4,
plástico y Kapton forman una plataforma estable, plana y rígida,
reduciendo con ello la complejidad de la formación o montaje de
circuitos eléctricos complejos. Cuando el substrato es
FR-4 o un dieléctrico de vidrio epóxido similar, se
utiliza comúnmente el término "placa de circuito" para el
montaje que consiste en muchos componentes eléctricos fijados al
substrato, e interconectados eléctricamente mediante pistas
dispuestas sobre la superficie del substrato. Cuando se utilizan de
modo similar substratos dieléctricos moderadamente flexibles como el
Kapton, el montaje resultante es a menudo referido como "circuito
flexible". En el caso de un substrato semiconductor de silicio o
similar, los circuitos eléctricos son sometidos a un ataque con un
ácido directamente sobre la superficie de un substrato
semiconductor rígido, y comúnmente se aplican los términos
"oblea" y "matriz" al montaje resultante. Los componentes
eléctricos son típicamente dispuestos sobre la superficie y después
son soldados in situ a las pistas conductoras habitualmente
sometidas a un ataque con un ácido sobre la superficie del
substrato. Finalmente, estos substratos con circuitos incorporados
están montados típicamente en una caja mediante dispositivos de
fijación a través del substrato o mediante una unión directa del
substrato con una caja u otros medios similares que ofrecen
protección mecánica.
Sin embargo, como resultado del uso generalizado
de estos substratos, métodos conocidos de encapsulación de circuitos
eléctricos crean muchas limitaciones indeseables para aplicaciones
en las que el espacio, el peso y la forma son fundamentalmente
importantes, o donde es deseable hacer que el encapsulado
electrónico cambie de forma, de dimensiones, de tamaño y/o volumen
durante su instalación o su uso. Por ejemplo, montajes existentes de
circuitos (placas de circuito, obleas y circuitos flexibles, de
aquí en adelante referidos colectivamente como placas de circuito)
no pueden ser comprimidos, dilatados, torcidos o flexionados según
cualquier forma deseada (los circuitos flexibles sólo ofrecen un
margen de flexión muy limitado) para adaptarse a la ubicación en la
que deben ser colocados o para facilitar su instalación. El estado
de la técnica de los circuitos flexibles está representado por las
Patentes U.S.A. de números 4.435.740; 5.014.162; 5.220.488; y
5.241.454.
Además, las placas de circuito deben ser
recubiertas después del montaje final del circuito con un
"revestimiento de conformación" para proteger al montaje
frente a la humedad, etc. y para aislar eléctricamente los
componentes y las pistas del montaje. Una placa de circuito no
proporciona un sellado del lugar donde se instala; si se requiere
un sellado, éste se incorpora como una parte separada del lugar
donde se instala la placa de circuito.
La presente invención elimina estas limitaciones
mientras da a conocer funcionalidades y ventajas adicionales para
muchas aplicaciones. La presente invención consigue adicionalmente
la funcionalidad de placas de circuito existentes sin introducir un
substrato. Debido a que no utiliza un substrato, no limita a los
elementos de circuito a ningún plano o superficie, y es
extremadamente flexible, extensible, dilatable y comprimible.
Existe una necesidad industrial y comercial de
evitar que factores ambientales severos (tales como agua/humedad,
soluciones corrosivas, aceites, etc.) pasen a través de las
conexiones eléctricas hacia el interior de equipos eléctricos
sensibles. Algunos conectores estándar de alta calidad para
aplicaciones militares, como el
MIL-C-38999, incorporan sellados
adaptadores de goma de silicona para hacer frente a esta necesidad
de mercado. Muchos conectores estándar de existencias no incorporan
dichos sellados excepto como característica u opción a medida. A
veces, la necesidad de dichos sellados se descubre sólo después de
la venta del equipo eléctrico y del uso real por parte del
consumidor, y el fabricante debe entonces actualizar sus unidades de
campo y modificar las unidades en producción para añadir un
sellado, habitualmente cambiando los conectores. El estado de la
técnica de dichos sellados está representado por las Patentes U.S.A.
de números 2.450.528; 2.451.516; 3.004.170; 4.629.269; y
4.993.964.
Existe una necesidad similar y a menudo
simultánea de métodos y productos que filtran o atenúan el ruido
eléctrico, los transitorios y otras perturbaciones sobre conductores
eléctricos que pasan a través de conectores eléctricos. Existe una
amplia variedad de dispositivos existentes que satisfacen esta
necesidad. Los dispositivos existentes se dividen en dos categorías
básicas: 1) dispositivos filtradores/limitadores de transitorios que
se incorporan a conectores existentes normalmente no filtrados; 2)
dispositivos filtradores/limitadores de transitorios que sólo son
aplicables para la utilización con conectores especiales diseñados
para aceptarlos.
La técnica anterior sobre dispositivos del tipo
"añadido" incluye las Patentes U.S.A. de números 5.181.859 y
5.290.191 al igual que 5.183.698 y 4.979.904. La técnica anterior
sobre dispositivos de la segunda categoría (donde los dispositivos
son parte integral de conectores especiales o se encuentran donde
el dispositivo es un conector especial) incluye las patentes U.S.A.
de números 5.194.010; 5.149.274; 5.134.252; 5.092.788; 4.954.089;
4.820.174; 4.729.743; 4.703.984; 4.440.463; 4.407.552; 4.362.350;
4.056.299; 3.905.013; 3.852.700; 3.825.874; 3.780.352; 3.670.292;
3.569.915; y 3.086.188.
Los dispositivos anteriores incluyen dibujos de
partes que para un observador ocasional "parecen" similares a
la presente invención (un tapón de desagüe de baño comparte la misma
apariencia). La inspección de estas referencias revela que muchas
de las partes de apariencia similar son simplemente chapas
metálicas sólidas (por ejemplo, variaciones del tapón de desagüe de
baño común) que actúan como tendidos a tierra de energía eléctrica,
de forma que no hay ninguna encapsulación de las partes eléctricas.
El resto de las partes de apariencia similar comparten todas un
rasgo común: utilizan substratos como su elemento básico de diseño.
Ninguna da a conocer o sugiere la posibilidad de un sistema de
suspensión elastómero aislante, ni la combinación de un método de
encapsulación eléctrica y un método de sellado ambiental, ni el uso
de una sustancia elastómera para proporcionar la
"recuperación" requerida para garantizar un contacto eléctrico
fiable y reutilizable entre la parte y el conector hospedante.
Además, ninguna comprende la utilidad de un dispositivo flexible,
que se puede torcer, dilatable y comprimible que: (1) puede
proporcionar variaciones en el conector hospedante (tales como las
ubicaciones del vástago, el diámetro del armazón, las tolerancias
de acoplamiento) para un ajuste mejorado; (2) facilita el proceso
de instalación/extracción debido a que el dispositivo puede cambiar
de forma fácilmente según se requiere durante el proceso, para
minimizar las fuerzas de inserción o de extracción; y (3) soporta
grandes desalineaciones temporales de los vástagos (que se producen
comúnmente en el mundo real debido a un golpe o vibración severa u
otros impactos producidos en el conector) sin degradación de los
contactos, del sellado u otras características.
Por lo tanto, ninguno de los dispositivos
conocidos existentes proporcionan la capacidad de actualizar o
modificar fácilmente conectores eléctricos existentes (ordinarios)
para obtener el filtrado o atenuación de transitorios deseado y a
la vez incorporar (o conservar sus existentes) un sellado ambiental
dentro del conector. Pocos dispositivos existentes proporcionan la
capacidad de "adición", ninguno proporciona la capacidad de
"adición" a conectores con desalineaciones comunes de los
vástagos, y ninguno proporciona (o conserva) la capacidad de
sellado. Ninguno de los dispositivos conocidos de "adición"
puede adaptarse a la gama de variaciones del mundo real y a los
duros tratamientos que se han encontrado en los conectores
existentes, tales como vástagos desalineados, variaciones sobre los
conectores entre fabricantes, y desplazamientos temporales severos
de los vástagos causados por vibraciones, golpes mecánicos u otros
impactos sobre los conectores. Por ejemplo, todos los dispositivos
de "adición" utilizan o bien una conexión ajustada fuertemente
por presión o bien una conexión por pieza separadora elástica, con
los vástagos del conector. En el caso de ajuste por presión, la más
ligera desalineación entre vástagos impedirá la instalación del
dispositivo, o dañará el dispositivo si se produce después de la
instalación. Los dispositivos por pieza separadora elástica
utilizan metales "elásticos" como BeCu, los cuales por
naturaleza son fácilmente deformables de manera permanente (o
"sobre muelles" en términos profanos) una vez doblados más
allá de un pequeño margen de operación, como cuando un vástago está
doblado temporalmente fuera de su posición debido a un golpe o
vibración, o como cuando el dispositivo es instalado contra unos
vástagos desalineados, fuera de tolerancia, o fuera de su lugar.
El volumen 004 de los extractos de las Patentes
japonesas número 052 (E-007), del 18 de abril de
1980 y número JP 55 021162 A (NEC CORP), del 15 de febrero de 1980,
dan a conocer una cadena de rectificadores introducidos dentro de
un substrato aislado flexible (goma), teniendo los rectificadores
unas interconexiones eléctricas. El documento DE 19 32 380 A
(LICENTIA), del 7 de enero de 1971, presenta un ejemplo de un
substrato flexible sobre el que pueden disponerse componentes de
circuito eléctrico. El documento
GGB-A-1 204 795 (MUIRHEAD), de 9 de
septiembre de 1970, da a conocer un montaje de circuito que
comprende una tira flexible de circuito para constituir dentro de
una espiral y que tiene componentes dispuestos entre las
convoluciones de la espiral. El doccumento
JP-A-04 206179, del 2 de julio de
1992; y los extractos de patentes de Japón dan a conocer una placa
de circuito impreso conectada a un contacto de vástago a través de
un cable de plomo recubierto y fijado mediante un soporte elástico
de gel tal como resina de silicona.
La presente invención es de un dispositivo y un
método para la suspensión, la interconexión y la protección de
circuitos eléctricos que comprende: un cuerpo mecánica y
eléctricamente aislante que cambia de forma y dimensiones cuando es
sometido a fuerzas externas; y circuitos eléctricos suspendidos
dentro de dicho cuerpo y que comprenden unas interconexiones
eléctricas que permiten que una serie de componentes de circuito
eléctrico adicionales se desplacen unos respecto a los otros a
medida que el cuerpo cambia de forma. En la realización preferente,
las interconexiones eléctricas están dotadas de conductores
destensados o extensibles. El cuerpo puede comprender una o más
aberturas en el mismo que tienen un conductor que sobresale hacia la
abertura desde el cuerpo, tal como un contacto para realizar una
conexión eléctrica con un conductor externo insertado en la
abertura, y el cuerpo ejerce fuerzas de compresión para empujar el
contacto contra el conductor externo. El cuerpo puede comprender
asimismo uno o más conductores que sobresalen desde un borde del
cuerpo, tal como un contacto para realizar una conexión eléctrica
con un conductor externo que toca el borde, en el que el cuerpo
ejerce fuerzas de compresión para empujar el contacto contra el
conductor externo. El cuerpo cambia preferentemente de forma y
dimensiones por ser flexible, dilatable y comprimible. Puede ser un
elastómero tal como silicona, silicona RTV, silicona curada por
calor, silicona de dos partes, de látex y de caucho, o uno o más
materiales seleccionados de entre el grupo consistente en arcillas,
gomas y gomaespuma.
La invención es asimismo un método para la
adición y la conexión de circuitos eléctricos a un conector
eléctrico que comprende: la disposición de un cuerpo mecánica y
eléctricamente aislante que cambia de forma y dimensiones de manera
que el dispositivo se ajusta de forma precisa sobre o dentro de, por
lo menos, unos medios de acoplamiento; circuitos eléctricos
suspendidos dentro del cuerpo y que comprenden unas interconexiones
eléctricas que permiten que una serie de componentes de circuito
eléctrico adicionales se desplacen unos respecto a los otros a
medida que el cuerpo cambia de forma; y unos contactos
interconectados con los circuitos eléctricos y que sobresalen desde
el cuerpo para realizar la conexión eléctrica con, por lo menos,
unos medios de acoplamiento.
Un primer objetivo de la presente invención es
dar a conocer unos medios de encapsulación e interconexión de
componentes electrónicos que utilizan un cuerpo mecánica y
eléctricamente aislante para suspender los componentes y las
interconexiones de manera tal que tienen libertad de desplazamiento
unos respecto a los otros, sin degradación en el funcionamiento a
medida que cambia la forma, las dimensiones, el tamaño, y/o el
volumen del cuerpo durante la instalación y la utilización de la
invención.
Otro objetivo de la presente invención es dar a
conocer unas interconexiones eléctricas suspendidas dentro de un
cuerpo aislante con la suficiente holgura y maleabilidad para
soportar movimientos en las tres dimensiones de los componentes y
contactos individuales sin degradación de la funcionalidad.
Un objetivo adicional de la presente invención es
sacar provecho de un cambio en la forma resultante de una
instalación o uso normal, que le permite realizar funciones
importantes periféricas a la finalidad eléctrica principal, tales
como sellado ambiental y/o facilitar contactos eléctricos.
Otro objetivo de la presente invención es dotar a
un conector eléctrico de un dispositivo eléctrico que filtra o
atenúa ruido eléctrico, transitorios, y otras perturbaciones, y que
actúa simultáneamente como un sellado ambiental.
Una primera ventaja de la presente invención es
que su cuerpo puede ser comprimido, dilatado, deformado y sometido a
flexión durante su utilización sin degradar su funcionalidad
eléctrica.
Una ventaja adicional de la presente invención es
que puede adaptarse a una amplia gama de condiciones del mundo real,
tales como vástagos de conector desalineados, variaciones del
fabricante, severos desplazamientos temporales de los vástagos y
otros impactos.
Otra ventaja de la presente invención es que
proporciona la funcionalidad de las placas de circuito existentes
sin introducir un substrato u oblea.
Todavía otra ventaja de la presente invención es
que los conectores, tanto sobre el terreno como durante la
fabricación, pueden ser modificados fácilmente para proporcionar un
sellado ambiental y una funcionalidad eléctrica, tal como un
filtrado de los transitorios.
Todavía otra ventaja de la presente invención es
que su cuerpo puede ser fabricado utilizando un material de
suspensión ópticamente translúcido o transparente para ayudar a la
instalación o para permitir el visionado de los componentes dentro o
detrás del cuerpo.
Otros objetivos, ventajas y nuevas
características, y un ámbito adicional de aplicabilidad de la
presente invención serán expuestos en parte en la descripción
detallada a continuación, tomada en relación con los dibujos
adjuntos, y en parte resultará evidente para los expertos en la
materia después del examen de lo que viene a continuación, o puede
aprenderse llevando la invención a la práctica. Los objetivos y
ventajas de la invención pueden realizarse y obtenerse mediante los
instrumentos y las combinaciones indicadas particularmente en las
reivindicaciones adjuntas.
Los dibujos adjuntos, que están incorporados y
forman parte de la memoria, ilustran varias realizaciones de la
presente invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para
explicar los principios de la invención. Los dibujos sólo tienen el
propósito de ilustrar una realización preferente de la invención, y
no deben considerarse como limitaciones de la invención. En los
dibujos:
La figura 1 es una vista superior de una
realización de la invención útil para un conector típico de baja
densidad;
la figura 2 es una vista superior de otra
realización de la invención útil para un conector típico de alta
densidad;
la figura 3 es una vista lateral en sección
parcial de la realización de la figura 1 justo antes de la
instalación;
la figura 4 es una vista lateral en sección
parcial de la realización de la figura 1 durante la instalación pero
antes del acoplamiento total del conector;
la figura 5 es una vista lateral en sección
parcial de la realización de la figura 1 cuando ya se ha instalado y
después del acoplamiento total del conector;
la figura 6 es una vista lateral en sección
parcial de la realización de la figura 1 cuando ya se ha instalado
pero donde no se ha instalado ningún vástago;
la figura 7 es una vista superior de una
realización de la invención útil para un conector del tipo
DSUB25;
la figura 8 es una vista superior de una
realización de la invención para dispositivos electrónicos de
relojería;
la figura 9 es una vista lateral en sección
explosionada de la realización de la figura 8;
la figura 10 es una vista lateral en sección de
la realización de la figura 8;
la figura 11 es una vista superior de un circuito
suspendido de acuerdo con la presente invención;
la figura 12 es una vista lateral de la
realización de la figura 11;
la figura 13 es una vista en perspectiva de la
realización de la figura 11;
la figura 14 es una vista en perspectiva de la
realización de la figura 11 que ha sido un poco deformada; y
la figura 15 es una vista en perspectiva de la
realización de la figura 11 que ha sido más deformada que la de la
figura 14.
Las realizaciones preferentes suspenden circuitos
eléctricos en un cuerpo elastómero aislante que cambia de forma,
tamaño y volumen durante su utilización, aportando con ello la
recuperación requerida para los contactos eléctricos, creando un
sellado ambiental, o simplemente proporcionando el cambio de forma
requerido durante su utilización o instalación, además de su función
eléctrica. La realización preferente es esencialmente un cuerpo
elastómero aislante (por ejemplo silicona, silicona RTV, silicona
curada por calor, silicona de dos partes, látex, caucho, arcillas,
material moldeante u otros materiales flexibles o elastómeros) con
un circuito eléctrico suspendido en su interior, como se describirá
adicionalmente. El material transformable suspende de forma libre
la electrónica y las interconexiones, aportando simultáneamente:
(1) interconexión y protección mecánicas para todas las partes del
circuito eléctrico; (2) propiedades de aislamiento; (3) un
revestimiento de conformación para todas las partes del circuito
eléctrico, excepto para las conexiones de adaptación que sobresalen
del material transformable; (4) un sellado ambiental dilatable y
comprimible para el lugar donde se instala el dispositivo (por
ejemplo, como una junta de goma); y (5) un método para asegurar el
contacto eléctrico a partir de la invención (por ejemplo, una
"recuperación" del material transformable bajo fuerzas de
compresión para forzar a los contactos eléctricos que sobresalen
contra los correspondientes contactos eléctricos externos, tales
como patillas). Además, la presente invención puede ser,
literalmente hablando, extendida, torcida, curvada, dilatada y
comprimida según la necesidad para instalarla en su ubicación de
alojamiento o para ajustarla a su ubicación de alojamiento, o para
adaptarse a cambios físicos en la ubicación de alojamiento durante
la utilización.
El cuerpo, tal como será apreciado por aquellos
expertos en la materia, puede ser de cualquier material que no es
conductor y es transformable, es decir, flexible, dilatable y
deformable bajo compresión. Materiales de este tipo incluyen
elastómeros (tales como silicona y látex) y materiales de forma y
contorno moldeable tales como arcilla, gomas y gomaespuma.
La utilidad de la invención, y su superioridad
sobre los métodos y dispositivos existentes pueden apreciarse
examinando su aplicación en un área donde la tecnología existente
no dirigida a solucionar adecuadamente las necesidades existentes,
especialmente, protección del adaptador. La protección del
adaptador consiste en la necesidad de aislar equipos eléctricos de
factores tanto eléctricos como ambientales, tales como ruido
eléctrico/transitorios y agua/humedad respectivamente.
Esta realización de la presente invención es
esencialmente una colección de componentes eléctricos cableados
entre sí y suspendidos en un material elastómero, conformados para
acoplarse de forma ajustada dentro de un lugar específico (tal como
entre un tipo específico de conectores eléctricos de contacto), con
contactos eléctricos que sobresalen del material elastómero, para
proporcionar una conexión fiable, reutilizable al mundo exterior
(como las patillas escogidas y/o el armazón del conector) mediante
la utilización del material elastómero para obtener la fuerza
"elástica" requerida para los contactos. La presente invención
puede añadirse fácilmente, y virtualmente de forma instantánea, a
cualquier conector común para obtener filtrado eléctrico,
limitación de transitorios, y un sellado ambiental. Debido a que la
presente invención es flexible, que se puede torcer, dilatable y
comprimible, se adapta fácilmente a variaciones no aceptadas
normalmente en la ubicación de alojamiento, tales como
desalineaciones de patillas, tolerancias de fabricación, y
variaciones entre fabricantes.
En relación a la figura 1, la invención puede
aplicarse a un conector típico de baja densidad. El dispositivo (10)
comprende un cuerpo circular (11), dentro del cual están contenidas
unas aberturas (12), unos contactos (14) de patilla, unos contactos
(15) del armazón, unos componentes eléctricos (16) y unos buses
(18) a tierra. El cuerpo (11) está formado preferentemente de goma
de silicona u otro material elastómero. Las aberturas (12) contienen
los contactos (14) de patilla, que están formados de cualquier
conductor adecuado, tal como un hilo de cobre de 1 MIL a 10 MIL de
diámetro (opcionalmente metalizado con oro, estaño o plata), o
cables planos tales como una tira de oro Au de 5 MIL x 1 MIL, o más
preferentemente un hilo de cobre con forma de anillo metalizado con
oro (3 MIL de diámetro). Los buses (18) a tierra interconectan los
componentes eléctricos (16), que pueden ser condensadores (por
ejemplo condensadores para los circuitos integrados 0402 a 0603),
MOV, diodos, bloques de cortocircuito, resistencias eléctricas,
fusibles, circuitos integrados, dispositivos de memoria de
almacenamiento y similares. Los buses (18) a tierra están formados
preferiblemente de un cable de cobre Cu AWG 42 o una tira de oro Au
de 5 MIL x 1 MIL. Pueden disponerse buses a tierra adicionales según
se necesite para el adecuado funcionamiento RF del dispositivo. Los
buses (18) a tierra se conectan eléctricamente al armazón del
enchufe del conector a través de los contactos (15) del armazón que
sobresalen ligeramente del borde del cuerpo (11). Los contactos
(15) del armazón pueden estar formados de materiales idénticos a
los contactos (14) de patilla. Las secciones (19) destensadas (o
dispositivos tales como conductores de silicona extensible
conductora) están dispuestas preferentemente para los buses (18) a
tierra y los contactos (14) de patilla de forma que las conexiones
eléctricas no se rompen cuando por otra parte el cuerpo (11) es
extendido, comprimido, torcido, doblado u deformado. Con ello se
permite que los componentes eléctricos individuales se desplacen
unos respecto los otros y con respecto al entorno exterior al
cuerpo (11).
En relación a la figura 2, la invención puede
asimismo aplicarse a un conector típico de alta densidad. El
dispositivo (20) comprende un cuerpo circular (21), dentro del cual
están contenidas unas aberturas (22), unos contactos (24) de
patilla, unos contactos (25) del armazón, unos componentes
eléctricos (26), unos buses (28) a tierra y unas secciones (29)
destensadas. En esta realización, los contactos (24) de patilla
están formados preferentemente de cobre Cu metalizado con oro Au de
2 a 5 MIL. En relación a la figura 7, la invención puede asimismo
aplicarse a un conector DSUB25. El dispositivo (70) comprende un
cuerpo alargado (71), dentro del cual están contenidas unas
aberturas (72), unos contactos (74) de patilla, unos contactos (75)
del armazón, unos componentes eléctricos (76) y unos buses (78) a
tierra. Tal como se apreciará por un experto en la materia, la
invención puede llevarse a la práctica con cualquier tipo de
conector, incluyendo Centronix, enchufes de potencia, y diferentes
conectores plásticos de automoción.
De las muchas ventajas de la presente invención,
una de las más importantes es la creación de un contacto duradero y
reutilizable, que no tiene un resorte que pueda agotarse, que está
sellado frente al agua, la humedad y similares, y que puede
adaptarse a una amplia gama de condiciones que varían incluyendo
patillas fuera de su lugar y vibraciones y golpes mecánicos severos.
Las figuras 3 - 5 ilustran la realización de la figura 1 siendo
instalada entre montajes de conector macho y hembra, mostrando la
figura 3 los dispositivos antes de la instalación, la figura 4
durante la instalación y la figura 5 después de la instalación. El
montaje de conector hembra comprende el armazón de un receptáculo
(30), el plástico de un receptáculo (32) y un zócalo (34). El
montaje de conector macho comprende la patilla (40), el armazón (50)
de un enchufe, un sellado (52) perimétrico de adaptación, un
sellado (54) de adaptación de un enchufe y el plástico (56) de un
enchufe.
Los contactos de la presente invención son
implementados mediante el dimensionado del diámetro del agujero
interior de las aberturas (12) del cuerpo (11), de manera que el
diámetro del agujero interior es de un 10% a un 50% más pequeño que
el diámetro de la patilla (40) que pasa a través de ellas después de
la instalación. (Sin embargo, las aberturas pueden haber sido
hechas tan pequeñas que se cierren por sí mismas mediante fuerzas
compresoras latentes en el cuerpo de silicona. Esto es útil donde
se desee maximizar la fuerza de contacto o donde deba sellarse
alrededor y hacer contacto con una patilla o un armazón que
presente una amplia variación de tamaño.) Debido a que la ubicación
de las patillas (40) cambia con el tiempo debido a fuerzas externas
aplicadas al conector, no hay forma de conocer con precisión sus
posiciones en cualquier tiempo dado. De esta manera, las
ubicaciones de las aberturas (12) para las patillas tal como se han
integrado están en las proximidades generales de las ubicaciones de
las patillas, preferentemente no más allá de dos diámetros de
patilla. Durante la utilización (después de la instalación), las
ubicaciones de las aberturas (12) para las patillas no necesitan
estar alineadas (y en la práctica habitualmente no estarán
alineadas) sino que se autoajustarán para obtener y mantener un
alineamiento con las ubicaciones siempre cambiantes de las patillas
(40). Un pequeño cable conductor o tira -contacto (14) de la
patilla- sobresale del cuerpo (11) hacia la abertura (12) y prosigue
a lo largo del borde interior de la abertura. De esta manera,
cuando se instala el sellado, el contacto (14) de la patilla es
forzado contra la patilla (40) por la compresión del cuerpo causada
por una patilla demasiado grande para ajustarse a la abertura a no
ser que el cuerpo comprima y la abertura se expanda. Los contactos
(15) del armazón funcionan de un modo similar al de los contactos
(14) de la patilla, debido a que el diámetro externo o el perímetro
del cuerpo (11) es preferentemente del 5% al 15% más grande que el
diámetro interno del armazón (50) de un enchufe.
Esta única fuerza es suficiente para obtener un
buen contacto eléctrico bajo condiciones ambientales nominales. Sin
embargo, la fuerza se ve fuertemente incrementada por la compresión
global final del sellado durante el acoplamiento final de los
conectores hospedantes (véase la figura 5), mejorando
significativamente el funcionamiento de los conectores bajo una
carga ambiental severa (vibraciones, golpes, corrosión, etc.).
Nótese que cuando el par de conectores hospedantes están
completamente acoplados, estos últimos pocos milímetros de
movimiento comprimirán el cuerpo (11) de la presente invención
entre los conectores acoplados, resultando en una fuerza de
compresión mejorada alrededor de cada patilla. Esta es una
característica clave debido a que esta fuerza aumentada no está
presente durante la instalación o la extracción de la presente
invención, reduciendo de esta manera el esfuerzo requerido para
instalarla o extraerla.
Este efecto final de compresión puede quizás ser
más fácilmente visualizado en relación a la figura 6, que muestra
la posición de una abertura para las patillas y el contacto después
de que un par de conectores se acoplan completamente aunque no haya
una patilla instalada en la abertura. Nótese que el contacto está
bien empujado dentro del espacio (42) normalmente ocupado por la
patilla porque el sellado, bajo compresión, se dilata hasta alcanzar
zonas libres de compresión o con menos compresión.
Es importante observar que a diferencia de los
contactos existentes de tipo de resorte metálico o de ajuste por
presión, el concepto de contacto de la presente invención funciona
incluso cuando una patilla está severamente desalineada o
desplazada o incluso cuando una patilla está temporalmente bien
doblada fuera de su lugar. Mientras que los dispositivos existentes
sufrirán daños permanentes debido a graves desalineaciones que se
producen frecuentemente en la práctica durante su instalación,
utilización y extracción, la presente invención proporciona estas
condiciones simplemente flexionándose hacia la posición indicada
por la ubicación de la patilla.
Los componentes eléctricos y el
cableado/interconexiones dentro del sellado de material elastómero
no están limitados a cualquier superficie, plano, capa o
alojamiento en un substrato como es el caso de los dispositivos
existentes. Los componentes pueden estar en cualquier parte y en
cualquier orientación dentro o sobre el material elastómero, con la
única limitación derivada de la necesidad de mantener un
aislamiento eléctrico adecuado entre los componentes e
interconexiones adyacentes. Esto resulta en un uso más eficiente
del espacio disponible, al igual que en requerimientos de
fabricación menos exigentes. Las interconexiones pueden lograrse
mediante un simple cableado punto a punto entre los componentes y
las patillas, utilizando soldaduras, unión por cables, o epoxy
conductor para unir cables a los componentes. Tal como se ha
indicado anteriormente, pueden utilizarse cables destensados o
conductores de silicona extensible conductora para permitir el
máximo de deformación del dispositivo sin romper las conexiones
eléctricas dentro del dispositivo. Esta estructura de forma libre
permite la transformabilidad deseada una vez que el circuito está
suspendido en el material elastómero.
Otra ventaja importante del sistema de suspensión
de material elastómero es el aislamiento que proporciona a los
componentes suspendidos. Una vez instalada en un conector, la
presente invención proporciona un aislamiento mecánico excelente,
frente a las vibraciones y los golpes mecánicos, para los circuitos
eléctricos suspendidos, especialmente cuando se compara con todos
los dispositivos existentes que disponen los circuitos eléctricos
y/o su substrato en contacto directo con superficies duras del
conector.
Para aplicaciones de modificación retroactiva, la
presente invención es instalada dentro de un conector que
típicamente ya tiene sus patillas instaladas (véase la figura 4).
De esta manera, la presente invención se instala deslizándose
dentro del conector macho, tras lo que las aberturas para las
patillas desplazan sus posiciones (mediante deformación del cuerpo
elastómero) para adaptarse a la desalineación de las patillas, y
las aberturas para las patillas se expanden para adaptarse al
diámetro mayor de las patillas y el diámetro exterior del sellado se
comprime para ajustarse dentro del diámetro menor del armazón del
conector. La presente invención puede ser pegada de forma
semipermanente a la superficie de acople del conector con, por
ejemplo, goma de silicona RTV, pero esto no es esencial ya que el
dispositivo permanecerá en su lugar sin pegamento debido a las
fuerzas ejercidas sobre las patillas y el armazón por parte de la
compresión del material elastómero. Este proceso de instalación es
el mismo tenga o no el conector un sellado (ambiental) de
adaptación existente; la presente invención conservará el sellado
ambiental para los conectores que ya tengan uno y creará un sellado
ambiental para los conectores que no lo tengan.
La presente invención puede utilizarse asimismo
para reemplazar físicamente cualquier componente de material
elastómero dentro de un conector (o de cualquier otro dispositivo),
que permitirá una funcionalidad mejorada del conector dependiendo
de los circuitos eléctricos situados en el interior del cuerpo de la
invención. Durante la fabricación de un conector, puede instalarse
un dispositivo de acuerdo con la presente invención en lugar de un
componente de material elastómero sin necesidad alguna de
actualizar las herramientas de fabricación. Quizás, los componentes
de material elastómero más evidentes que deben ser reemplazados de
esa manera son los sellados en la parte posterior de los conectores
hembra o macho y el sellado de adaptación del enchufe de un
conector macho.
Para conectores nuevos, sin patillas instaladas,
la presente invención está instalada en el armazón vacío del
conector macho, comprimiendo el diámetro exterior del sellado. En
este caso, se recomienda que el sellado esté pegado de forma
semipermanente en el sitio, utilizando un pegamento adecuado, tal
como goma de silicona RTV. Más tarde, cuando se instalan las
patillas en el conector, ellas expandirán las aberturas para las
patillas en el sellado, creando de nuevo el sellado ambiental
requerido y las fuerzas de compresión necesarias para activar los
contactos eléctricos.
Un ejemplo de esta utilización sería fijar la
presente invención a un conector de tipo
MIL-C-38999 en lugar del sellado
normal de adaptación para mejorar un conector
no-filtrador con un sellado para pasarlo a un
conector filtrador con un sellado. El resultado sería un conector
que tiene el aspecto y funciona del mismo modo que un conector
estándar (no-filtrador), excepto que ahora sería
mejorado a uno del tipo filtrador/limitador de transitorios. Esta
modificación directa permitiría a un fabricante de conectores o un
vendedor con valor añadido añadir conectores de filtro a su línea de
productos con un coste extremadamente bajo, sin alterar sus
herramientas de producción y alcanzando una mucho mayor similitud
entre los conectores no filtrados y los conectores filtrados que es
el caso de los dispositivos existentes. Para esta aplicación, cada
uno de los componentes dentro del cuerpo de la invención es
preferiblemente un condensador de circuito integrado 0402 a
0603.
El cuerpo de la presente invención es
preferentemente transparente de forma que puede verse dentro a los
componentes eléctricos, lo que permite la inspección visual (tanto
humana como automatizada) para determinar ciertas averías. De modo
alternativo, el cuerpo puede ser teñido fácilmente con cualquier
color deseado simplemente añadiendo tinte a la silicona, lo que
permite una codificación de colores para los componentes para
facilitar la identificación visual.
La presente invención puede ser utilizada para
realizar una variedad de funciones eléctricas simplemente mediante
el cambio de los circuitos eléctricos contenidos dentro del
dispositivo. Por ejemplo, substituir los condensadores por diodos o
varistores de óxido metálico (MOVs) según una forma de montaje
superficial (SMT) crea un dispositivo limitador de transitorios útil
para proteger un dispositivo eléctrico frente a una descarga
electrostática (ESD), un relámpago, y otros transitorios eléctricos
comunes. Como otro ejemplo, la invención puede utilizarse para
liberar un espacio valioso de una placa de circuito interna de un
dispositivo eléctrico colocando diferentes componentes eléctricos de
adaptación en paralelo que incorporen la invención en lugar de
hacerlo sobre la placa de circuito interna. Debido a que el espacio
dentro del conector es considerado típicamente como un espacio
desaprovechado, disponer los componentes en la invención el lugar de
hacerlo sobre la placa de circuito interna puede ser más efectivo
en términos de coste y/o puede permitir al dispositivo eléctrico
hospedante ser más pequeño. Otro ejemplo es la utilización de la
presente invención como un detector de tensión y corriente en las
patillas dentro de un conector. En este caso, la invención puede
contener varios circuitos de detección tales como detectores de
corriente magnetoresistivos, fusibles calibrados, o antifusibles,
dispuestos entre unas patillas y otras patillas o el armazón del
conector, y/o otros circuitos simples de memoria como los utilizados
comúnmente (tales como biestables, matrices de puertas
programables, etc.). Por medio de estos ejemplos, está claro que la
presente invención puede contener cualquier combinación de
componentes eléctricos que resulten familiares a aquellos expertos
en la materia como los que existen ahora o en el futuro.
La presente invención puede ser asimismo
utilizada ventajosamente como una forma alternativa para añadir una
electrónica en cajas de tipo "envolvente" utilizados comúnmente
para productos como relojes, llaveros para llaves de automóvil,
calculadoras, y similares. Las ventajas sobre la encapsulación
tradicional incluyen: (1) la electrónica y las interconexiones están
selladas ambientalmente gracias a que están contenidas totalmente
dentro del material elastómero (preferiblemente silicona); (2) se
puede lograr un sellado ambiental periférico para el alojamiento
simplemente mediante la compresión del material elastómero entre
las dos mitades de la envolvente; (3) no se necesita una placa de
circuito; (4) se dota a la electrónica y las interconexiones de
aislamiento térmico y mecánico; y (5) se logran medios de contacto
con la batería y con otros componentes separados tal como se
requiere mediante la utilización de las fuerzas de compresión dentro
del material elastómero para proporcionar la fuerza elástica
necesaria para empujar entre sí estos contactos (eliminando la
necesidad de contactos frágiles de metal elástico tales como BeCu
que típicamente realizan esta función).
En relación a la figura 8, la electrónica para
relojería puede ser encapsulada de forma adecuada de acuerdo con la
presente invención. La electrónica interna para relojería incluye
una matriz (80) o un circuito integrado semiconductor y las
interconexiones eléctricas (81) completamente suspendidas en un
material elastómero (82) (preferentemente silicona). El visualizador
(83) puede estar colocado de forma tal que quede expuesta la cara
del visualizador, o si se utiliza el material elastómero
transparente, puede estar totalmente contenido dentro del material
elastómero. Los interruptores (84) están expuestos parcialmente
para permitir un funcionamiento adecuado. Un alojamiento se forma
en el material elastómero para aceptar de forma desmontable una
batería (85). Las interconexiones eléctricas (81) pueden ser de
cualquier material conductor adecuado, tal como cables de cobre u
oro o pistas. Pueden ser cables desnudos, debido al aislamiento
eléctrico conseguido por el material elastómero tal como silicona, o
un cable aislado, y pueden estar conectados a la electrónica
mediante soldadura, unión por cables o epoxy conductor, o de la
forma que más facilite la fabricación. Las interconexiones están
ilustradas con bucles de servicio para adaptarse a la compresión
del material elastómero y los pequeños movimientos resultantes de
los componentes eléctricos conectados unos respecto de los otros.
Esta electrónica y material elastómero comprenden un submontaje
completo que se muestra dispuesto dentro de la mitad inferior de la
envolvente (86). En la figura 9 se muestra el dispositivo de
relojería antes del acople de la envolvente. Se crea un sellado
ambiental para la caja cuando el material elastómero (82) es
comprimido alrededor de su perímetro por la parte superior (87) de
la envolvente y la parte inferior (86) cuando son acopladas, tal
como se ilustra en la figura 10.
Las figuras 11 a 15 ilustran otro dispositivo de
acuerdo con la presente invención para el encapsulado de
electrónica. El dispositivo (100) comprende un cuerpo (101) de
material elastómero (preferentemente silicona) que suspende varios
componentes (102) eléctricos y electrónicos interconectados mediante
elementos conductores (103) con conexiones de salida y entrada
obtenidas a través de los contactos (104). Los elementos
conductores (103) y los contactos (104) están encaminados entre los
componentes de forma tal que tienen una zona destensada residual,
permitiendo a los componentes individuales desplazarse unos respecto
a los otros a medida que el cuerpo de material elastómero es
extendido, es flexionado, es comprimido y/o es torcido durante la
instalación y utilización sin dañar las interconexiones o los
componentes suspendidos. Las figuras 14 y 15 muestran dos
deformaciones a título de ejemplo del cuerpo de material elastómero
que pueden ser adaptadas fácilmente por los medios de interconexión
y los componentes sin daños. El cuerpo de material elastómero está
sometido tanto a flexiones irregulares como a compresiones
irregulares aplicadas sobre el punto (105). Nótese que el cuerpo
del material elastómero puede ser completamente transparente,
translúcido, u opaco y puede ser teñido con cualquier color deseado
durante su construcción.
Los dispositivos de acuerdo con la invención son
particularmente útiles para dispositivos médicos implantados, donde
se desea simultáneamente un tamaño pequeño, un tamaño y una forma
adaptables y un sellado ambiental. El cuerpo del dispositivo debe
ser tal que pueda colocarse en contacto directo con muchos tejidos
humanos y animales, mientras aísla a los componentes internos y a
los medios conductores de los tejidos y viceversa. La silicona
proporciona un material que cumple con estas consideraciones.
Además, el dispositivo puede construirse para ser blando, adaptable
y flexible para provocar el mínimo malestar y permanecer de forma
discreta después de su implantación.
Tal como puede observarse, además de los usos y
aplicaciones anteriores, cualquier aplicación de circuito que
utiliza o requiere un sellado puede beneficiarse del dispositivo de
la presente invención.
Aunque la invención ha sido descrita con detalle
con relación particular a estas realizaciones preferentes, otras
realizaciones pueden lograr los mismos resultados. Las variaciones y
modificaciones de la presente invención serán obvias para aquellos
que sean expertos en la materia y se pretende que las
reivindicaciones cubran todas las modificaciones y equivalentes de
este tipo.
Claims (6)
1. Dispositivo (10) para la suspensión, la
interconexión y la protección de circuitos eléctricos,
comprendiendo dicho dispositivo:
un cuerpo (11) mecánica y eléctricamente aislante
que cambia de forma y dimensiones cuando es sometido a fuerzas
externas; y
un circuito eléctrico suspendido dentro de dicho
cuerpo aislante y que comprende unas interconexiones eléctricas (19)
extensibles y unos componentes (16) de circuito eléctrico cableados
entre sí mediante dichas interconexiones, permitiendo dichas
interconexiones (19) que dichos componentes (16) de circuito
eléctrico se desplacen unos respecto a los otros a medida que dicho
cuerpo cambia de forma.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que dichas interconexiones eléctricas (19) extensibles comprenden
cables destensados o silicona extensible conductora.
3. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que dicho cuerpo aislante (11) comprende por lo menos una abertura
(12) en el mismo o en el borde del mismo y por lo menos un contacto
(14) sobre la superficie de dicha abertura o dicho borde de dicho
cuerpo aislante para realizar la conexión eléctrica con una
contacto externo introducido dentro de dicha abertura o contra dicho
borde, y en el que opcionalmente dicho cuerpo aislante ejerce
fuerzas de compresión para empujar dicho contacto contra dicho
contacto externo.
4. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que dicho cuerpo aislante (11) cambia de forma y dimensiones siendo
flexible, dilatable y comprimible, y comprende opcionalmente uno o
más materiales elastómeros seleccionados de entre un grupo
consistente de silicona, silicona RTV, silicona curada por calor,
silicona de dos partes, de látex y de caucho, o uno o más materiales
seleccionados de entre el grupo consistente en arcillas, gomas y
gomaespuma.
5. Método para la suspensión, la interconexión y
la protección de circuitos eléctricos, comprendiendo el método las
etapas de:
- a)
- la disposición de un cuerpo (11) mecánica y eléctricamente aislante que cambia de forma y dimensiones cuando es sometido a fuerzas externas;
- b)
- la suspensión de un circuito eléctrico dentro del cuerpo aislante, comprendiendo el circuito unas interconexiones eléctricas (19) extensibles y unos componentes (16) de circuito eléctrico cableados entre sí mediante dichas interconexiones, permitiendo dichas interconexiones (19) que dichos componentes (16) de circuito eléctrico se desplacen unos respecto a los otros a medida que dicho cuerpo cambia de forma; y
- c)
- la introducción de unos medios (14) de contacto sobre la superficie del cuerpo aislante interconectado con el circuito.
6. Método para la adición y la conexión de unos
medios de circuito eléctrico a un conector eléctrico, comprendiendo
el método las etapas de:
- a)
- la disposición de un cuerpo (11) mecánica y eléctricamente aislante que cambia de forma y dimensiones para ajustarse de forma precisa alrededor o dentro de, por lo menos, unos medios de acoplamiento;
- b)
- la suspensión de un circuito eléctrico dentro del cuerpo aislante, comprendiendo el circuito unas interconexiones eléctricas (19) extensibles y unos componentes (16) de circuito eléctrico cableados entre sí mediante dichas interconexiones, permitiendo dichas interconexiones (19) que dichos componentes (16) de circuito eléctrico se desplacen unos respecto a los otros a medida que dicho cuerpo cambia de forma; y
- c)
- el empuje desde la superficie de unos medios (14) de contacto del cuerpo interconectados con el circuito para realizar la conexión eléctrica, por lo menos, con unos medios de acoplamiento.
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