ES2212278T3 - Dispositivo electrico aislado de la atmosfera. - Google Patents
Dispositivo electrico aislado de la atmosfera.Info
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Abstract
UN DISPOSITIVO ELECTRICO (10) INCLUYE UN CUERPO EN PAQUETE (12), CON UNA ZONA (14) PARA MONTAJE DEL DISPOSITIVO, Y UNA ZONA (16) PARA LA CONEXION ELECTRICA. UNA CAVIDAD (18) SE ENCUENTRA EN EL CUERPO DEL PAQUETE (12), EN POSICION INTERMEDIA ENTRE LA ZONA (14) DE MONTAJE DEL DISPOSITIVO Y LA ZONA (16) DE CONEXION ELECTRICA. UN ARMAZON DE CONDUCTORES (20) SE ENCUENTRA COLOCADO DENTRO DEL CUERPO DEL PAQUETE (12) E INCLUYE UNA SERIE DE CONDUCTORES INDIVIDUALES (34) QUE ATRAVIESAN LA CAVIDAD (18). UN COMPONENTE ELECTRONICO (24) VA ACOPLADO ELECTRICAMENTE A CADA CONDUCTOR INDIVIDUAL (34), DENTRO DE LA CAVIDAD (18). ADEMAS DE ALOJAR EL ACOPLAMIENTO DEL COMPONENTE ELECTRONICO (24), LA CAVIDAD (18) ESTA CONFIGURADA PARA PERMITIR EL ACCESO A CADA CONDUCTOR INDIVIDUAL (34), POR MEDIO DE UNA HERRAMIENTA DE FIJACION (40).
Description
Dispositivo eléctrico aislado de la
atmósfera.
El tema objeto relacionado está expuesto en la
solicitud de la patente concedida comúnmente, con el número de serie
08/688979, registrada el 31 de Junio de 1006.
Esta invención está relacionada en general con
los dispositivos eléctricos, y más particularmente con los
dispositivos eléctricos que contienen múltiples zonas para la
ejecución de funciones eléctricas independientes.
Los dispositivos eléctricos que contienen zonas
múltiples para la ejecución de diferentes funciones eléctricas son
comunes en el campo de los sensores en los automóviles. Típicamente,
la zona que contiene un elemento sensor se encuentra expuesta a
algún tipo de entorno corrosivo. Por ejemplo, los sensores de
presión incorporados en los sistemas de los automóviles pueden estar
expuestos a gases corrosivos dentro, por ejemplo, de un colector de
escape. En otras aplicaciones, los sensores pueden estar expuestos
a entornos de líquidos corrosivos. Por ejemplo, los sensores pueden
estar sumergidos en los fluidos para automóviles, tal como el
líquido de la dirección asistida, aceites de lubricación del motor,
y similares. Aunque el dispositivo electrónico tenga que funcionar
en un entorno corrosivo, es necesario también que el dispositivo
eléctrico tenga que estar conectado a un circuito electrónico
externo. El circuito electrónico envía y recibe señales eléctricas
hacia/desde el dispositivo eléctrico. Para evitar la corrosión de
las conexiones eléctricas, la parte del dispositivo expuesta al
entorno corrosivo tiene que estar realmente aislada de la parte del
dispositivo en la que se encuentren hechas las conexiones
eléctricas.
Además de la necesidad del aislamiento interno de
las distintas zonas de un dispositivo eléctrico, durante el proceso
térmico de fabricación se llevan a cabo etapas para formar las
conexiones eléctricas dentro del dispositivo eléctrico. Por
ejemplo, los elementos sensores se cablean usualmente unidos a una
posición del cuadro de conexiones dentro del dispositivo eléctrico.
La formación de conexiones fiables de las uniones de los cables
requiere que el dispositivo eléctrico este sujeto a temperaturas
elevadas durante la operación de la unión. Típicamente, las
temperaturas elevadas necesarias para formar las uniones de los
cables se consiguen mediante el calentamiento del dispositivo
eléctrico completo, incluyendo la carcasa y los componentes
internos. Debido a la gran masa térmica, el calentamiento de la
carcasa y de los componentes internos es costoso y precisa de un
periodo lago de tiempo, con el fin de alcanzar la temperatura
deseada. Las altas temperaturas pueden ablandar el material de
plástico moldeado utilizado para fabricar los componentes
estructurales del dispositivo electrónico. Adicionalmente, a alta
temperatura, el material de la carcasa de plástico puede fundirse y
fluir. El flujo de plástico puede recubrir las áreas de las uniones
del marco de terminales con una capa de plástico aislante. La capa
de plástico oculta la formación de las conexiones eléctricas en el
marco de conexionado. Adicionalmente, el flujo del plástico puede
dar lugar a una deformación indeseable de la carcasa del dispositivo
eléctrico.
Los dispositivos eléctricos existentes precisan
de múltiples localizaciones de sellado con el fin de conseguir la
protección medioambiental suficiente necesaria para las
aplicaciones en los entornos corrosivos. Para formar los múltiples
sellados herméticos, son necesarias operaciones de distribución
personalizadas para proporcionar el producto de sellado en distintos
lugares dentro de la carcasa del dispositivo.
El documento
US-A-5121289 expone un conjunto
sensor que tiene un circuito integrado y un conector de terminales
de cables. El conjunto sensor incluye la inyección de material de
encapsulación dentro de una carcasa.
El documento
US-A-4850227 que expone las
características del preámbulo de la reivindicación 1, describe un
sensor de presión que incluye la separación entre un elemento de
procesado de señales y un elemento sensor de la presión. La
separación está dirigida hacia la minimización de las diferencias de
temperatura entre el elemento de procesado de señales y el elemento
sensor de la presión.
En consecuencia, existe la necesidad de un
dispositivo eléctrico que tenga unos medios mejorados para sellar y
aislar de la atmósfera varias zonas dentro de la carcasa del
dispositivo. Adicionalmente, existe una necesidad de un diseño de un
dispositivo eléctrico mejorado, en el cual las conexiones
eléctricas puedan estar formadas fiablemente sin comprometer la
integridad del dispositivo eléctrico. Este diseño se consigue
mediante un dispositivo eléctrico de acuerdo con la reivindicación
1.
La figura 1 es una vista en perspectiva
despiezada de un dispositivo eléctrico configurado de acuerdo con
una realización de la invención;
la figura 2 es una vista en sección transversal
del dispositivo mostrado en la figura 1, tomada a lo largo de la
línea de la sección 2-2:
la figura 3 es una vista despiezada de una parte
de la vista en sección transversal mostrada en la figura 2;
la figura 4 es una vista superior parcial del
dispositivo eléctrico mostrado en la figura 1;
las figuras 5-7 muestran, en
sección transversal, diferentes realizaciones para la fijación de
un componente electrónico de acuerdo con la invención;
la figura 9 es una sección transversal del
dispositivo eléctrico mostrado en la figura 1, que muestra otra
realización de la invención; y
la figura 10 es una vista parcial en sección
transversal del dispositivo eléctrico mostrado en la figura 1, que
muestra una realización adicional de la invención.
Se observará que para mayor simplicidad y
claridad de la ilustración, los elementos mostrados en las Figuras
no están dibujos necesariamente a escala. Por ejemplo, las
dimensiones de algunos de los elementos están exageradas entre sí.
Adicionalmente, si se considera apropiado, los numerales de
referencia se han repetido entre las Figuras para indicar los
elementos correspondientes.
La presente invención es para un dispositivo
eléctrico que tiene dos zonas distintas, en el que cada zona está
construida geométricamente para llevar a cabo distintas funciones
eléctricas. El dispositivo eléctrico de la invención incluye una
cavidad intermedia de las zonas independientes. La cavidad está
configurada para permitir la introducción de compuestos de sellado
dentro de la cavidad para aislar de la atmósfera las distintas
zonas del dispositivo eléctrico. Adicionalmente, la cavidad
interior está configurada para permitir la colocación de un
componente electrónico sobre un cuadro de conexionado de cables que
atraviesa la cavidad. Adicionalmente, la cavidad está configurada
para permitir el contacto por una herramienta de unión a una parte
del cuadro de conexionado de cables que atraviesa la cavidad. El
contacto térmico a través de una parte del cuadro de conexionado de
cables dentro de la cavidad facilita la conexión eléctrica de un
elemento sensor situado en una zona del dispositivo eléctrico al
cuadro de conexionado de cables. El dispositivo eléctrico de la
invención proporciona un conjunto eléctrico mejorado y la fiabilidad
para los dispositivos eléctricos que contienen múltiples zonas, en
donde cada una ejecuta una función eléctrica diferente.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva
despiezada de un dispositivo eléctrico 10 configurado de acuerdo
con una realización de la invención. El cuerpo del envase 12
incluye una zona de montaje del dispositivo 14 y una zona de
conexiones eléctricas 16. La cavidad 18 está situada en el cuerpo
del envase 12 y reside en forma intermedia con la zona de montaje
del dispositivo 14 y la zona de conexiones eléctricas 16. El
cuadro de conexiones 20 está montado dentro del cuerpo del envase
12, de forma tal que una parte del cuadro de conexiones 22
atraviesa la cavidad 18. El componente electrónico 24 está montado
a la parte 22 del cuadro de conexiones dentro de la cavidad 18. El
elemento sensor 26 se encuentra dentro de la zona de montaje del
dispositivo 14 del cuerpo del envase 12, y está conectado
eléctricamente al cuadro de conexiones 20. La tapa 28 está
posicionada sobre la zona de montaje del dispositivo 14, para
proporcionar una cámara interior que rodea el elemento sensor
26.
La figura 2 muestra una vista en sección
transversal del dispositivo electrónico 12 tomada a lo largo de la
línea de la sección 2-2 de la figura 1. El elemento
sensor 26 está situado sobre el cuadro de conexiones 20 y está
acoplado eléctricamente al cuadro de conexiones 20 mediante las
uniones de los cables 30. El cuadro de conexiones 20 se extiende a
través de la cavidad 18 y dentro de la zona de conexiones 16 del
cuerpo del envase 12. Las terminaciones 32 del cuadro de conexiones
están colocadas dentro de la zona de conexiones eléctricas 16, para
permitir el acoplamiento eléctrico del dispositivo eléctrico 10 al
circuito electrónico exterior (no mostrado).
La presente invención contempla la operación del
dispositivo eléctrico 10 para ejecutar una amplia variedad de
funciones, tales como la detección de la presión, detección de
gases, medidas térmicas, y similares. En consecuencia, el elemento
sensor 26 y el componente eléctrico 24 pueden ejecutar diferentes
funciones electrónicas dependiendo de la aplicación en particular
del dispositivo eléctrico 10. Por ejemplo, el elemento sensor 26
puede ser un transductor piezoeléctrico, o un termistor, o similar.
De acuerdo con la función electrónica en particular ejecutada por
el elemento sensor 26, el componente electrónico 24 puede ser una
resistencia, o un condensador, o similar.
Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, el
cuadro de conexiones 20 incluye una pluralidad de cables
individuales 34. Los cables individuales pasan hacia dentro/fuera
de la cavidad 18 a través de las primera y segunda zonas de
interfaz 36 y 38, respectivamente. Para aislar de la atmósfera la
zona de montaje del dispositivo 14 de la zona de conexiones
eléctricas 16, la cavidad 18 puede ser rellenada con un material
sellante. En particular y como mínimo, el sellante se sitúa
alrededor de cada uno de los cables individuales 34 en la primera y
segunda zonas de interfaz 36 y 38. Dependiendo de la aplicación en
particular, la cavidad puede ser rellenada totalmente con un
sellante mediante la inyección del sellante en la cavidad 18. El
sellante en particular puede ser un compuesto de encapsulado por
inmersión basado en el silicio, una resina de epoxia, un material
termoplástico, y similar. Las funciones del sellante son impedir
que los líquidos y los gases puedan migrar a lo largo del cuadro de
conexiones 20 y entrar o abandonar la zona de montaje del
dispositivo 14 y la zona de las conexiones eléctricas 16.
Adicionalmente para ser rellenada con un sellante, la cavidad 18
puede contener también medios gaseosos, en la cual los medios
gaseosos son distintos de la atmósfera situada dentro de la zona de
montaje 14, o de la zona de conexiones eléctricas 16. Por ejemplo,
los medios gaseosos dentro de la cavidad 18 pueden ser un gas
inerte, tal como el nitrógeno, argón y similares.
En la figura 3 se muestra una vista ampliada de
una parte del dispositivo eléctrico 10. Durante el ensamblado del
dispositivo eléctrico 10, el elemento sensor 26 está acoplado
eléctricamente al cuadro de conexiones 20 mediante la fijación de
uniones de cables 30 a las clemas de unión (mostradas en la figura
4) situadas en el elemento sensor 26 y en el cuadro de conexiones
20. La fijación de las uniones de los cables 30 al cuadro de
conexiones 20 se facilita por la inserción de una herramienta de
unión 40 dentro de la cavidad 18 del cuerpo del envase 12. La
herramienta de unión 40 transmite una energía de unión a la parte
22 del cuadro de conexiones que atraviesa la cavidad 18. La energía
de unión proporcionada por la herramienta de unión 40 se disipa a
través del cuadro de conexiones 20, elevando la temperatura del
cuadro de conexiones 20. La herramienta de unión 40 puede ser una de
varias herramientas de unión diferentes que utilizan mecanismos
distintos para transferir la energía de unión al cuadro de
conexiones 20. Por ejemplo, la herramienta de unión 40 puede ser
una herramienta de unión de energía eléctrica, una herramienta de
unión de energía de láser, una herramientas de unión de energía
fotónica, una herramienta de unión ultrasónica, y similares. La
elevada temperatura del cuadro de conexiones 20 colabora a la
formación de una conexión eléctrica fiable entre las uniones de los
cables 30 y el cuadro de conexiones 20. Tal como se describirá
posteriormente, la herramienta de unión 40 calienta selectivamente
el cuadro de conexiones 20, no elevando mientras tanto la
temperatura de las partes restantes del dispositivo eléctrico
10.
El componente electrónico 24 está montado en el
cuadro de conexiones 20 dentro de la cavidad 18 mediante un
compuesto de unión 42. De acuerdo con la invención, el componente
electrónico 24 puede ser uno de distintos tipos de componentes
electrónicos. Los distintos componentes electrónicos pueden tener
distintas configuraciones geométricas, en las que cada
configuración geométrica requiere una única técnica de conexión
eléctrica. Por ejemplo, la figura 4 muestra una vista superior de
una parte de la zona de montaje del dispositivo 14, en la que el
componente electrónico 24 está montado en forma transversal a los
cables individuales 34. El componente electrónico 24 está conectado
a los cables individuales 34 del cuadro de conexiones 20 por los
cables de conexión 44.
Tal como se muestra por la vista en sección
transversal de la figura 5, los cables de conexiones 44 del
componente electrónico 24 pueden extenderse a través de aberturas
en cables individuales 34. En otra realización de la invención, los
cables de conexión 44 del componente electrónico 24 pueden montarse
superficialmente hasta los terminales individuales 34 del cuadro de
conexiones 20, tal como se muestra en la figura 6. La conexión de
montaje superficial se lleva a cabo de una forma análoga a la
fijación ilustrada en la figura 3 para un componente electrónico
sin cables.
La figura 7 muestra incluso otra realización de
la invención. El componente electrónico 24 está montado a una parte
del cuerpo del envase 12 externo a la cavidad 18. Los cables de
conexiones 44 se extienden a través de la parte 46 de la pared del
cuerpo del envase 12 y dentro de la cavidad 18. Los cables de
cuerpo del envase 44 están unidos a los cables individuales 34 del
cuadro de conexiones 20 en la cavidad 18. De acuerdo con la
realización ilustrada en la figura 7, la presente invención
contempla la colocación del componente electrónico 24 en la zona
del cuerpo del envase 12 adyacente a la cavidad 18. Los técnicos
especializados en el arte convendrán en que el componente
electrónico 24 puede estar montado también dentro de la zona de
conexiones eléctricas 16 del cuerpo del envase 12. Adicionalmente,
en otro aspecto de la invención, la herramienta de unión 40 puede
proporcionar energía térmica para la unión de los cables de
conexión 44 a los terminales individuales 34 del cuadro de
conexiones 20.
La figura 9 muestra una vista en sección
transversal parcial de la figura 1, que muestra incluso otra
realización de la invención, en la que la zona de montaje del
dispositivo 14 incluye una segunda cavidad 52. Las terminaciones 54
del cuadro de conexiones se encuentran en el fondo de la segunda
cavidad 54, y pueden estar sumergidas en un sellante 56. Las
uniones de cables 30 se extienden en la segunda cavidad 52 y están
fijadas a las terminaciones del cuadro de conexiones 54.
La segunda cavidad, al ser rellenada con sellante
56, puede impedir que el aire y otros gases puedan migrar a lo
largo del cuadro de conexiones 32, y escapar a la zona de montaje
del dispositivo 14 del cuerpo del envase 12. Si emergen burbujas
de gases en la zona de montaje del dispositivo 14, pueden dañar las
uniones de los cables 30 provocando un fallo eléctrico prematuro del
dispositivo eléctrico 10. Adicionalmente, no es deseable
frecuentemente el tener fugas de aire en la proximidad del elemento
sensor 26. Preferiblemente, el sellante 56 es un compuesto de
encapsulado por inmersión que sea resistente al aire, pero que no
altere las uniones de los cables 30.
En una realización adicional de la invención,
mostrada en la figura 10, la segunda cavidad 52 se extiende dentro
de la zona de montaje del dispositivo 14, para rodear completamente
el elemento sensor 26. De esta manera, el elemento sensor 52 está
protegido adicionalmente contra la exposición al aire que entre en
la zona de montaje del dispositivo 14 procedente del cuadro de
conexiones 23.
Los técnicos especializados en el arte
reconocerán que la configuración de la cavidad 18 permite que el
contacto térmico mediante las herramientas de unión 40 ofrece
numerosas ventajas en el proceso para la fabricación del dispositivo
eléctrico de la invención. Por ejemplo, cuando el cuerpo del
envase 12 es un material de plástico moldeado de inserción, la
configuración de la cavidad 18 permite que el cuadro de conexiones
20 se estabilice durante el proceso de moldeado por inserción.
Mediante la estabilización del cuadro de conexiones 20 durante el
moldeo, se minimiza el potencial de inflamación del plástico con
respecto a la superficie de unión de los cables del cuadro de
conexiones 20. Adicionalmente, en comparación con las técnicas del
arte previo, el proceso para conectar eléctricamente el elemento
sensor 26 al cuadro de conexiones 20, puede llevarse a cabo a una
temperatura inferior. Esto se debe a que es innecesario calentar el
dispositivo completo para proporcionar la temperatura necesaria
para la unión de los cables.
La configuración de la cavidad 18 para permitir
el contacto térmico mediante la herramienta de unión 40 sitúa
selectivamente el calor necesario para la unión de los cables en el
propio cuadro de conexiones. En consecuencia, los otros elementos
presentes en el dispositivo eléctrico no experimental las altas
temperaturas durante el proceso de la unión de los cables. La
aplicación directa de calor al cuadro de conexiones 20 mejora el
proceso de fabricación y reduce los fallos de los elementos
sensores y de los demás componentes provocados por un proceso
térmico excesivo.
Así pues, es evidente que se ha proporcionado, de
acuerdo con la invención, un dispositivo eléctrico que tiene un
aislamiento de la atmósfera, el cual cumple totalmente con las
ventajas expuestas anteriormente. Aunque la invención ha sido
descrita e ilustrada con referencia a realizaciones ilustrativas
específicas de la misma, no se pretende que la invención esté
limitada a dichas realizaciones ilustrativas. Por ejemplo, pueden
ser utilizados materiales de sellado distintos en diferentes
lugares dentro del dispositivo. Se pretende por tanto incluir
dentro de la invención todas las mencionadas variaciones y
modificaciones en tanto que caigan dentro del alcance de las
reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas.
Claims (6)
1. Un dispositivo eléctrico (10) que
comprende:
un cuerpo de envase (12) que tiene una zona de
montaje del dispositivo (14) y una zona de conexiones eléctricas
(16);
un cuadro de conexiones (20) situado en la zona
de montaje del dispositivo (14) y la zona de conexiones eléctricas
(16);
un elemento sensor (26) situado en la zona de
montaje del dispositivo (14) y conectado eléctricamente al cuadro de
conexiones (20);
terminaciones del cuadro de conexiones (32)
dentro de la zona de conexiones eléctricas (16) para acoplar
eléctricamente el dispositivo eléctrico (10) al circuito
electrónico externo;
el cuerpo del envase (12) que tiene una cavidad
(18) intermedia con la zona de montaje del dispositivo (14) y la
zona de conexiones eléctricas (16);
el cuadro de conexiones (20) que atraviesa la
cavidad (18);
un componente electrónico (24) situado en la
cavidad (18) y conectado eléctricamente al cuadro de conexiones
(20),
caracterizado porque:
la cavidad (18) expone una superficie de unión
del cuadro de conexiones (20) y una parte térmica del cuadro de
conexiones (22) opuesta a la superficie de unión;
la cavidad (18) está configurada para permitir el
acceso mediante una herramienta de unión (40) para contactar
físicamente la parte térmica del cuadro de conexiones (22) y fijar
eléctricamente el elemento sensor (26) al cuadro de conexiones
(20).
2. El dispositivo eléctrico (10) de la
reivindicación 1, en el que la cavidad (18) está rellenada con
medios gaseosos.
3. El dispositivo eléctrico (10) de la
reivindicación 1, en el que la cavidad (18) está rellenada con un
sellante seleccionado a partir de un grupo que comprende un
compuesto de encapsulado por inmersión basado en el silicio, una
resina de epoxia, y un material termoplástico.
4. El dispositivo eléctrico (10) de la
reivindicación 1, en el que el componente electrónico (24) es un
dispositivo seleccionado a partir del grupo que comprende una
resistencia y un condensador.
5. El dispositivo eléctrico (10) de la
reivindicación 1, en el que el cuadro de conexiones (20) comprende
una pluralidad de cables individuales que atraviesan al menos una
parte de la cavidad (18).
6. El dispositivo eléctrico (10) de la
reivindicación 5 que comprende además:
una primera y segunda zonas de interfaz (36, 38)
situadas en la cavidad (18), en donde una pluralidad de cables
individuales entran en la zona de montaje del dispositivo (14), y
la zona de conexiones eléctricas (16), respectivamente, y
un sellante en cada una de la primera y segunda
zonas de interfaz (36, 38) y rodeando cada uno de la pluralidad de
cables individuales.
Applications Claiming Priority (2)
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| US865956 | 1992-10-08 | ||
| US08/865,956 US6053049A (en) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | Electrical device having atmospheric isolation |
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Family Applications (1)
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