专利名称：包括作为环境和emi/rfi屏蔽体的电路插件板组件的现场装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子现场装置(field device)，例如用于监测工业过程的过程变送器 (process transmitter)。更具体地，本发明涉及用于可能具有高电磁干扰(EMI)的工业过程环境的电子现场装置。
背景技术：
通常，电子现场装置(例如过程变送器)用于监测工业过程的操作，例如，在炼油厂、化学处理工厂、纸处理工厂、生物技术工厂、制药厂、食品及饮料厂以及类似工厂中。用于监测工业过程的过程变送器可以测量压力、流量、容器中的流体或材料水平、温度、振动等。另外，这种现场装置可以包括分析电子装置、诊断电子装置或其它的过程监测电子装置，或者甚至包括用于工业过程控制的电子、液压或气动致动器装置。过程变送器典型地在加工厂内被定位在可能存在液体、灰尘和湿气以及各种工业污染物的位置处。在某些环境中，可以存在过程液体，例如酸性溶液或碱性溶液。液体还可以包括来自用于清洁工厂设备的软管的喷雾。液体可以滴落、飞溅或喷溅到过程变送器及其电连接部分上。另外，环境中的灰尘、湿气和液体可以污染及通化连接至过程变送器的电连接部分以及过程变送器内的电连接部分。现有技术中已知包括设置在密封壳体内并由外部罩盖保护的电路系统的变送器。 还已知的是包括用于修改电路参数(例如调零或跨距设定)的一个或多个可致动开关。典型地，一个或多个开关或者现场接线柱仅在移走外部变送器盖之后可接近。遗憾的是移走外部罩盖会使变送器壳体内的电子装置暴露给污染物和电磁及射频干扰。一种用于对变送器壳体内的电子装置保持EMI保护的技术包括导电内部罩盖，所述导电内部罩盖设置在变送器壳体内并与壳体的导电壁摩擦接触，以在移走外部罩盖时减小EMI效果。Bodin等人于1994年10月4日提出的名为“PROCESS TRANSMITTER WITH INNER CONDUCTIVE COVER FOR EMI SHIELDING” 的美国专利第 5，353，200 号中显示及说明了具有内部导电罩盖的过程变送器的一个实例，该专利在此全文并入本文供参考。现有技术中正需要具有改进的湿气及环境污染耐受性以及有效的EMI/RFI过滤能力的工业过程变送器壳体构造。本发明的实施例提供对这些及其它问题的解决方案并提供优于现有技术的其它优点。
发明内容
说明一种现场加固工业装置(field hardened industrial device)。所述现场加固工业装置的壳体具有环绕带有开口端的空腔的导电壁。电子组件适于装配在所述空腔内。所述电子组件的一部分为电路插件板组件，所述电路插件板组件为具有通道式电连接以及嵌入式接地层的多层印刷线路板，所述嵌入式接地层电连接到所述壳体以屏蔽所述电子组件免于电磁干扰并向所述电子组件提供环境保护。在一个实施例中，具有通道式电连接的所述多层印刷线路板的尺寸设定成装配在所述装置壳体的空腔内。嵌入所述印刷线路板内的接地层大体延伸过所述多层印刷线路板的全部范围。所述接地层电连接到所述装置壳体，以屏蔽所述装置壳体内的电子装置免受电磁干扰并向所述电子装置提供环境保护。
图1是根据本发明的一个实施例的现场装置的简化方块图；图2是根据本发明的一个实施例的包括电路插件板组件的现场装置的横截面图；图3是根据本发明的一个实施例的电路插件板组件的一部分的放大横截面图；图4A是根据本发明的一个实施例的包括多个电路插件板组件的印刷电路基板的简化上视图；图4B是图4A的一个电路插件板组件的放大上视图；图5A是根据本发明的一个实施例的穿过电路插件板组件的盲孔的放大横截面图；图5B是根据本发明的一个实施例的沿图5A中的虚线460所截得的接地层和通孔互连层的上视图的简化方块图；图6A是根据本发明的一个实施例的穿过电路插件板组件的通孔的放大横截面图；以及图6B是根据本发明的一个实施例的沿图6A中的虚线460所截得的接地层和通孔互连层的上视图的简化方块图。尽管上述说明阐述了本发明的实施例，然而其它实施例也是可预期的，某些实施例在讨论中会提及。在所有的情况中，本披露内容以代表而非限制的方式提供所示例的实施例。
具体实施例方式本发明涉及现场加固工业装置，例如过程变送器，优选地使用即使移走外部变送器盖也可保持EMI保护和环境保护的单室电壳体。如在此所使用，短语“现场加固工业装置”指的是具有被密封以抵抗环境污染的壳体的装置。在一个优选实施例中，除了被密封以抵抗环境污染的壳体之外，电子装置另外被密封以抵抗环境污染以及电磁及射频干扰。在一个优选实施例中，电路插件板组件所提供的环境密封为气密封。如在此所使用，术语“气密性”指的是具有小于约5X10_8std cc/sec He (—个大气压下每秒产生0. 00000005立方厘米氦)的漏失率的密封。另外，如在此所使用，术语“EMI”或“电磁干扰”指的是来自主要含有频率在OHz (DC)与约IOGHz之间的静电(静电场或E-场)能量的电磁辐射的干扰。本发明包含电路插件板组件(CCA)，所述电路插件板组件用作从装置的电子装置至现场配线以及至装置的现场配线侧的本地操作者接口(LOI)或LCD显示器的电连接。此外，CCA设有电连接到导电装置壳体以提供EMI屏蔽的嵌入式接地层。CCA的接地层有效地将装置壳体分成两个“法拉第筒”并同时用作环境防护罩和EMI障壁(barrier)。通常，法拉第筒为由导电材料形成的外壳，所述外壳被设计成通过在其内部含有电磁波或将电磁波排除在其内部之外以防止电磁波通过。过程变送器典型地由导电金属形成且其本身为法拉第筒。实际上，变送器壳体的外表面用作大体上在各点处具有相同电势的等势面。法拉第筒的原理在于带电导体上的电荷仅存在于其外表面上。如果结构的内部不具有电荷，则即使所述结构暴露到外部场，等势面内部通过高斯定律和发散理论 (divergence theorem)也不具有静电场。在过程工业中，这种导电结构用于消除结构内的电场，以保护电子装置免受不希望的电磁信号的影响。理想地，电场和射频无法穿入法拉第筒来影响电子装置。应该理解的是，因为壳体材料(尽管导电)不是完美的导体，并且外壳设有供配线进入壳体的开口， 所以本发明的法拉第筒并不是完美的。除了湿气和其它污染物之外，射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)可以通过导线耦合(传导)到壳体内的电子装置中。不过，如在此所使用，术语“法拉第筒”指的是具有用于屏蔽封闭体积以免受到外部的电磁干扰和射频干扰影响的充分的法拉第筒特性的导电结构。图1说明根据本发明的一个实施例的过程变送器系统100的简图。过程变送器 102连接到过程管段104，以测量关于管段104内所含有的流体有关的参数或过程变量。变送器102通过现场配线108连接到控制中心106。通常，现场配线包括电力电缆/接地电缆以及通信链。现场配线108可以包括两个或更多个导线。在一个可供选择的实施例中，现场配线108提供电力及接地连接，但是变送器102与控制中心106之间的通信是通过无线通信链(图中未示)进行。通常，变送器102包括具有罩盖112的壳体110。壳体110通过密封基座114连接到管段104，其中所述密封基座可以包括消费者为了特定安装而设置的连接凸缘或其它连接机构。配线管116设置在壳体110上以向现场配线108提供进入壳体110的进入开口， 用以将变送器壳体110内的电子装置连接到控制中心106。图2中所示及下面所讨论的电路插件板组件(CCA) 270被设置在变送器壳体202 内，并且设有在几个点处与变送器壳体接触以完成接地连接的嵌入式接地层。如果变送器盖208被移走，则CCA会使在变送器壳体202内设置在CCA下方的电子装置与电磁干扰和环境污染物隔离。图2是根据本发明的一个实施例的单室变送器壳体的横截面图。在这个实例中， 变送器200为用于测量工业过程的导管或容器中的流体压力的压力变送器200。然而，变送器200可以包括任何类型的工业传感器。变送器200包括变送器壳体202，变送器壳体202连接到基座部分204，限定具有开口的封套206。可拆除的罩盖208的尺寸设定成装在所述开口上以将封套206从环境密封起来。壳体202包括上部210和下部212。上部210的外表面上设有尺寸设定成与罩盖 208的内表面上的螺纹216相配合的螺纹214。另外，尺寸设定成用以容纳0形环密封件 220的凹槽218优选地设置在上部208的外表面中。罩盖208的悬垂部222挤压0形环密封件220以使封套206与环境隔离。通常，上部210通过焊接接头2 或其它导电装置连接到下部212。下部212通过焊接接头2 或其它导电装置连接到基座部分204。被覆线(field wire) 228延伸通过导线开口 230进入壳体202的上部210内。管道连接部232具有本体部234以及连接部236和238。本体部234的尺寸设定成与在上部 210的外表面中设置的与导线开口 230相邻的对应凹槽240相配合。连接部236设有适于与封套206内的连接螺母242相配合的螺纹。密封垫244在连接部206上方设置在连接螺母242与上部210的内表面之间，以绕着开口 230密封封套206。可供选择地，管道或进入柱脚或预先形成的插座可以焊接或直接永久地连接到壳体。被覆线2 被定位在导线连接器M6内，连接器螺母M8以螺纹连接方式连接到连接部238以将被覆线228固定在适当的位置处。特别地，当连接器螺母248被紧固到连接部238上时，导线连接器246的凸缘部250被压到连接部238的内表面上，从而使导线连接器246将被覆线2 夹在适当的位置处。在封套206内，被覆线2 被打开成单独的导线，包括连接到接地接线片2M的接地导线252、以及连接到设置在连接板270上的弹簧加载的电接触件280的电源线256和信号引线258。连接板270在移走罩盖208时很容易被现场的操作者接近。本地操作者接口 (LOI)板262连接到连接板270，并且向需要接近的现场装置元件提供容易的接近方式，其中所述现场装置元件包括跨距设定按钮(span setting push button) 264和用于重新设定变送器200的调零按钮沈6、以及报警开关260和写保护开关沈1。在这个实施例中，LOI板262通过螺钉沈8固定在变送器壳体202的上部210内， 并且通过支座绝缘件(standoff) 272和压圈274与电路插件板组件或连接板270相分离。 压圈274与连接板270相配合，连接板270又与密封件290相配合。带螺纹的紧固件288 延伸通过压圈274、连接板270和密封件290而进入壳体202的下部212内，将连接板270 固定在适当的位置处。通常，紧固件288可以包括螺栓、螺钉或其它带螺纹的紧固元件。可供选择地，紧固件288无需带有螺纹，而可以包括诸如销、驱动螺钉或类似工具的紧固件。位于连接板270上的射频干扰滤波器(RFI滤波器)278以电容方式将现场配线连接器观0的引脚耦合到接地层350，并因此耦合到变送器壳体202。RFI滤波器278适于过滤可能耦合在现场配线228中的射频干扰，并且通常适于保护电子组件免受到线路传导干扰。最后，电路插件板组件(CCA或连接板)270优选由在其外周边缘上电镀有导电层 282的多层印刷线路板(PWB)组成。通常，PWB由绝缘材料(例如，陶瓷、塑料和类似材料) 形成，PffB上可以形成导线线路和电气互连。如下面更详细地讨论，连接板270包括嵌入式接地层350，所述嵌入式接地层大体沿连接板270的整个直径延伸并连接到导电层观2。嵌入式接地层350为设置在CCA 270 内并大体沿CCA 270的整个直径延伸的平面层。嵌入式接地层350由导电材料(例如铜) 形成，并且要电连接到变送器壳体202的导电壁以将EMI从电子组件屏蔽掉。通常，接地层 350与壳体202之间的电连接可以通过紧固件288经由导电层282完成或者通过其它方式经由导电边缘层282完成。在一个实施例中，密封件290可导电，并且通过密封件290实现接地路径。通过将接地层电连接到壳体202，CCA 270可有效地将壳体202分成两个法拉第筒 (CCA 270上方的法拉第筒284和CCA 270下方的法拉第筒观6)。
在这个实施例中，在壳体202的下部212内，CCA 270通过柔性电路294连接到变送器电路插件板组件(CCA) 292。连接器296将柔性电路294连接到CCA 270。连接器四7 将柔性电路294的另一端部连接到变送器CCA^2。散热片295优选地被固定在CCA 270与柔性电路294之间，以对位于柔性电路294上的任何热量产生部件提供导热路径。变送器CCA 292被安置在杯状部四8内，所述杯状部具有适于与下部212中所设置的凹槽302相配合的钩状部300。钩状部300将杯状部四8固定在下部212内的适当位置处。连接器304将柔性电路306连接到低电平变送器CCA四2，低电平变送器CCA 292接着通过接触引脚310连接到压力传感器308。在所示的实施例中，压力传感器308包括用于电气接触引脚310的玻璃状馈通装置(glassed feed through) 312。玻璃状馈通装置312延伸至环境密封的传感隔膜314，传感隔膜314邻近传感器308内的充油空腔316。充油管318将传感器308连接到空腔320， 空腔320与连接到所述过程中的绝缘隔膜322相邻。填充管3M被设置在传感器308上，以将油填充空腔316、管318和空腔320填充到期望水平。充气管3 将传感器308连接到大气连通口 328，从而使变送器可测量表压。最后，基座330优选地通过消费者所提供用以与其特定应用相配合的夹具332和凸缘334连接到所述过程中。设置在基座330和凸缘334内的凹槽336和338的尺寸设定成容纳将基座330密封到凸缘334的密封垫340。通常，本领域普通技术人员应该理解，本发明可以采用任何类型的传感元件而不仅是所示的计示压力传感器。具体地，本发明的CCA 270可以采用任何过程传感器，只要嵌入CCA 270内的接地层的透入深度(skincbpth)为足以有效地使电子装置与EMI相隔离的厚度，所述EMI可能耦合在现场配线228中或者可以在外部罩盖208被移走时从操作环境引入。另外，本发明可以用于任何现场加固工业装置，包括遥测装置、无线网关、远程监测单元、工业过程变送器及类似装置。图3说明壳体202的上部210和下部212通过焊接接头2M焊接的情况下的CCA 270和组件的一部分的放大横截面图。如之前所讨论，CCA 270的边缘电镀有导电层观2。通常，CCA 270为多层基板，包括夹在上层352与下层邪4之间的嵌入式接地层350。通常，上层及下层352和354以及接地层350为多层印刷线路板(PWB)的一部分。一般，暴露的表面层360和362是防水的。然而，在构建过程期间，钻孔且基板边缘被裁切以形成PWB270。这些暴露的边缘具有暴露出的纤维，所述纤维可以用作用于将湿气汲取到基底层360和362 的吸液芯(wick)。为了防止此现象，PffB 270的边缘电镀有导电层，例如铜或锡，所述导电层也用作对湿气和污染物的扩散障壁。另外，各通孔或孔被电镀。如之前所讨论的，带有螺纹的紧固件288延伸通过压圈274、通过CCA270、通过密封垫290并进入下部212内。接收带有螺纹的紧固件观8的、穿过CCA 270的开口也被电镀导电层356，以防止湿气经由开口进入板内。取决于特定的实施方式，接地层350可以从孔的电镀层356被蚀刻掉，以防止通过带有螺纹的紧固件与地面短路。可供选择地，电镀层 356根据特定的实施方式可以提供用于接地层350的接地路径。如之前所讨论，带有螺纹的紧固件观8以摩擦方式与壳体202的导电下部212(和 /或上部210)和PWB导电层364相配合，并且通过导电层356或导电层观2电连接到接地层350，以将EMI从传感器电子装置(例如图2中的传感器308)屏蔽掉。
在一个实施例中，密封件290为可防止CCA 270与壳体202摩擦配合的电绝缘体。 压圈274与CCA 270的外表面上的导电线路摩擦配合，同时带有螺纹的紧固件288最终向壳体202提供接地路径。如果密封件290导电(例如，商业上可购得的EMI密封垫)，则接地路径可以通过密封件290而非带有螺纹的紧固件288来形成。图4A是其上已制造有多个PWB 402的基板400的顶平面图。通常，制造多层基板 400，接着对个别的PWB 402进行布线、钻孔、蚀刻和电镀以制造完成的电路插件板。具体地，PWB 402的轮廓通过板被裁切，例如路线通道404。路线通道404不是连续的。PWB 402 除了小的接头部406之外被切掉，所述小的接头部406将PWB 402固定在基板400的平面内。紧固件开口 408、电连接通孔410和部件透孔(thru-hole) 416形成于PWB 402中。 板(通道404)的边缘和开口 408、通孔410和部件透孔416涂覆有导电层412。为了帮助操作者利用PWB 402完成安装，连接器略图和文本可以印刷在PWB 402上，如参考符号414 所标示。图4B说明例如图4A中所示的PWB 402的放大顶平面图。稍后，在将部件装配到 PWB 402上之后，PWB被称作电路插件板组件或CCA 402。在部件装配之后，CCA 402被从基板400取出，留下末端上未涂覆导电层412的接头部406。导电层412与电子装置或变送器壳体(例如，图2中的变送器外壳20 之间的电连接足以提供用于壳体中的电子装置的 EMI屏蔽。此外，相对于被涂覆导电层412的外周区域，接头部406的小暴露区不会出现明显的湿气“吸液(wicking)，，问题，并且可以很容易地涂覆环氧化物或类似材料以进一步提高防潮性。 为了完成针对湿气“吸液”问题的保护，PffB面板中的通道404可以通过接头部406 规划成部分深度，使得接地层350和下部导体层366在PWB402的整个外周周围完全暴露出来而不会有任何破裂或间隙。当导电层282被电镀到PWB 402上时，导电层282覆盖PWB 402在层350与层366之间的整个边缘。这会提供完全的扩散障壁，以防止湿气穿过PWB的边缘进入壳体下部。重要的是要提及，穿过PWB 402在切掉的接头部406的区域中的其余暴露边缘进入的湿气仅进入PWB 402的层352内。可防止湿气进入PWB 402的层354内以及通过导电层282、350、356和366以及密封件390进入壳体的下部。除了开口 408和通孔410之外，CCA 402包括用于实现与电路元件(图中未示) 的电连接的接触垫420。可以在板的内层上形成的下面的电迹线418以虚线形式示出。最终，散热片422被设置以通过散热片295帮助安装在CCA 402上或热连接到CCA 402的电气部件向外传送热量。最后，应该理解的是接地层(图2、图3、图5A、图5B、图6A和图6B中所示)大体沿 PWB 402的完整直径(D)延伸。在特定的区域中，接地层被蚀刻掉，以防止不希望的各种电气线路、电气部件引脚和/或通孔与地的短路。通常，蚀刻区域的尺寸制作得尽可能地小， 以防止通过接地层出现不希望的EMI的泄漏和/或湿气扩散。本领域普通技术人员应该理解，PWB 402可以形成任何期望形状。尽管PWB显示为大体圆形形状，然而PWB可以为方形、椭圆形、三角形或任何其它期望形状。在任何情况下，接地层均大体延伸过PWB的全部范围。图5A显示根据本发明的一个实施例的PWB 402的一部分的放大横截面图。PWB402设有电连接到PWB 402的边缘上的导电层412的接地层430。第一通孔438从上部板 434的现场配线暴露面4 延伸到已移除接地层430的蚀刻区域436。偏离第一通孔438 的第二通孔440从蚀刻区域436延伸到下部板432的传感器暴露面426。第一通孔438与导电层442排成一行，第二通孔440与导电层444排成一行。迹线446完成第一与第二通孔438和440之间的电路。因此，电路元件448可以经由电连接的通孔438和440电连接到电路元件452，而不会为污染物提供通过PWB 402从现场配线侧移动到传感器456和柔性电路458的直接路径。这种特定构造可以被称作盲孔或交错孔。通常，为了实现电连接而不会出现通孔至地面的短路，接地层430在紧邻通孔438 和440以及迹线446的区域被蚀刻掉。导电安装垫片466被设置在现场配线暴露面4 上并通过迹线472和通孔垫437连接到通孔438的导电层442。电路元件448通过焊接接缝 470固定到安装垫片466上。同样地，导电安装垫片468被设置在用于通过焊接接缝474安装电子部件452的传感器暴露面似6上。导电安装垫片468通过迹线476和通孔垫443连接到通孔440的导电层444。尽管蚀刻区域436通过将蚀刻区域436限制到通孔和迹线紧邻的区域而在法拉第筒内引入另一裂纹，然而蚀刻区域436容许可忽略的EMI泄漏。图5B通过PWB 402的一部分460说明接地层430的蚀刻区域436。顺导电层442 排列的第一通孔438延伸到板内而到达接地层430已被移除的蚀刻区域436。迹线446将电连接到第一通孔438的导电层442的通孔垫439连接到电连接到第二通孔440的导电层 444的通孔垫441。第一通孔438和第二通孔440彼此偏离，以防止形成使湿气和污染物通过板的直接路径。通常，蚀刻区域436的尺寸制作得尽可能地小，并且优选尺寸设定成仅大到足以容纳迹线446和两个通孔438和440而不会使元件短路到地面。优选地，蚀刻区域具有约 10毫米或更小的最大线性长度，以限制可以通过蚀刻区域436扩散的EMI和湿气的量。因此，接地层430用作EMI障壁和湿气防护罩或环境扩散障壁。更具体地，接地层提供使EMI到达壳体的路径，变送器壳体提供使EMI到达地面的路径，从而将EMI从壳体内的印刷线路板270下方的电子装置屏蔽掉。此外，电镀到板的边缘的导电层可防止湿气吸入印刷线路板，并且接地层对湿气提供扩散障壁，使得即使湿气以某种方式绕过导电层并进入连接板的上层，湿气也会因接地层而停止，并且防止湿气通过连接CCA 270 —路到达安置在下方的电子装置。图6A显示根据本发明的一个优选实施例的PWB 402的一部分的放大横截面图，其中通孔482径直延伸通过PWB 402。PWB 402设有电连接到PWB 402的边缘上的导电层412 的接地层430。通孔482从接地层430已被移除的上部板434的现场配线暴露面4 通过蚀刻区域436延伸至下部板432的传感器暴露面426。通孔482包括位于表面4 上的第一通孔垫437和位于表面似6上的第二通孔垫443，并且与通孔内的导电层442排成一直线。导电层442使通孔垫437电连接到通孔垫443。焊料480延伸进入通孔482内并堵塞通孔482以进行环境保护。通常，为了实现电连接但不使通孔482短路到地面，接地层430在与通孔482紧邻的区域被蚀刻掉。导电安装垫片466被设置在现场配线暴露面4 上并通过迹线472和通孔垫437连接到导电层442。电路元件448通过焊接接缝470固定到安装垫片466上。同样地，导电安装垫片468被设置在传感器暴露面似6上，以通过焊接接缝474安装电气部件452。导电安装垫片468通过迹线476和通孔垫443连接到导电层442。尽管蚀刻区域436 通过将蚀刻区域436限制到通孔482紧接的区域处在法拉第筒内引起另一裂纹，然而蚀刻区域436容许穿过PWB 402的可忽略的EMI泄漏。图6B通过PWB 402的一部分460说明接地层430的蚀刻区域436。顺导电层442 排列的通孔482整体延伸通过板并通过接地层430已被移除的蚀刻区域436。蚀刻区域 436的尺寸制作得尽可能地小，优选地尺寸设定成仅大到足以容纳通孔482而不会使导电层442短路到地面。由于通孔垫437和443形成于板的暴露面似6和4 上以用于通孔 438，因此通孔垫443以虚线示出。如果通孔如图5B中所示偏移，则通孔垫可以同时设置在接地层430的蚀刻区域436上和暴露面似6和似8上。通常，通孔垫437和443仅略大于通孔482并与通孔482同心(通孔垫439和441仅略大于图5B中的通孔440并与通孔440 同心)。应该理解的是通孔典型地利用迹线和接触垫连接到电气部件。尺寸设定成用于容纳电导线或电气部件的引脚的开口和孔可以较大或具有变化的尺寸。然而，印刷线路板中所有尺寸的开口均电镀有导电层，以防止吸液到印刷线路板的层内并提供用于通过板使电气元件互相连接的电气路径。根据特定的实施方式和/或特定类型的连接，孔和开口可以采用通过板的交错(“盲孔”)或直接路径，如关于通孔如上所述。如在此所使用，术语“通道式电连接”表示穿过板形成的电连接或通路。优选地， 通道式电连接适于通过板中的通道或通孔允许电传导，同时防止不希望的湿气和其它污染物通过板。使用如图5B中所示的“盲孔”构造或者如图6B中所示的直接通孔构造可以构成通道式电连接。当电气信号被运送到现场配线上的组件内并通过CCA 270传送时，允许信号通过 CCA 270至被屏蔽的电子装置，同时EMI被嵌入式接地层430滤出且同时环境污染物被CCA 270阻挡。因此，接地层430用作EMI障壁以及湿气防护罩或环境扩散障壁。更具体地，接地层提供用于EMI的至壳体的路径，并且电子装置壳体提供用于EMI的至地面的路径，从而屏蔽壳体内的印刷线路板下方的电子装置免于EMI的影响。此外，电镀在板的边缘的导电层可防止湿气吸入引述线路板内，并且接地层提供湿气扩散的障壁，使得即使湿气以某种方式绕过导电层并进入连接板的上层，湿气也会被接地层阻止，并且可防止湿气通过连接 CCA 一路到达安置在下方的电子装置上本领域普通技术人员应该理解本发明的CCA可以使用标准PWB制造过程进行制造。还应该理解的是嵌入本发明的CCA内的接地层必须足够厚以将电磁干扰从传感器电子装置屏蔽掉。根据干扰频率，接地层的厚度可能需要调节以获得所需的集肤效果。“集肤效果(skin effect)”表示高频电流在固体导体内分配以使得导体表面附近的电流密度大于其中心处的电流密度的趋势。为了利用法拉第筒原理，接地层必须厚到足以扩散高频EMI， 并且将其接地到壳体，从而使传感器电子装置和其它的电路与不希望有的电磁及射频干扰隔1 °通过以导电材料涂覆板的裁切边缘和开口以及使接地层的覆盖最大化以达到除了板的非常小的百分比之外的所有部分，本发明的CCA用作EMI障壁和环境防护罩。这使得可以使用具有单一开口的电子装置结构，其中所述开口使得仅通过一个罩盖就可接近现场配线端子和本地操作者接口(LOI)或液晶显示器(LCD)端子，同时保护壳体内的灵敏电子电路。另外，通过仅具有一个罩盖，电子装置具有更紧凑的“一列式”(in-line)形状因子。
尽管已参考优选实施例说明本发明，然而本领域普通技术人员将会意识到在不偏离本发明的本质和范围的前提下可以做形式及细节上的变更。
权利要求
1.一种现场加固工业装置，包括壳体，所述壳体具有环绕具有开口端的空腔的导电壁；适于装配在所述空腔内的电子组件；以及适于电子连接到所述电子组件的电路插件板组件，所述电路插件板组件包括具有通道式电连接部以及嵌入式接地层的多层印刷线路板，所述嵌入式接地层电连接到所述壳体， 以屏蔽所述电子组件免于电磁干扰，并向所述电子组件提供环境保护。
2.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述多层印刷线路板包括上部板、下部板和接地层，所述多层印刷线路板设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔从上部板的现场配线暴露面延伸到已移除接地层的蚀刻区域，所述第二通孔偏离第一通孔并从所述蚀刻区域延伸到下部板的传感器暴露面，所述第一通孔与所述第二通孔通过迹线连接，所述接地层在紧邻通孔以及迹线的区域被蚀刻掉。
3.根据权利要求2所述的工业装置，其中在所述上部板上的电路元件经由电连接的第一通孔和第二通孔电连接到在所述下部板上的电路元件。
4.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述电路插件板组件进一步包括导电层，所述导电层设置在所述电路插件板组件的边缘上并适于防止湿气穿过所述多层印刷线路板的边缘。
5.根据权利要求4所述的工业装置，其中所述导电层电连接到所述嵌入式接地层，其中，所述电路插件板组件的尺寸设定成使所述壳体的导电壁接触所述边缘，以将所述嵌入式接地层电连接到所述壳体。
6.根据权利要求1所述的工业装置，进一步包括适于以可移除方式在所述开口端上固定到所述壳体上的外部罩盖。
7.根据权利要求1所述的工业装置，进一步包括射频干扰滤波器，所述射频干扰滤波器连接到所述电路插件板组件上以保护所述电子组件不受到线路传导的干扰。
8.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述电路插件板组件包括两个或更多个印刷线路板；设置在所述两个或更多个印刷线路板之间的所述嵌入式接地层；以及设置在所述两个或更多个印刷线路板和所述接地层的边缘上的导电边缘层。
9.根据权利要求8所述的工业装置，其中所述两个或更多个印刷线路板由绝缘材料形成，通孔和形成于其表面中的金属迹线以提供电气互连。
10.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述接地层包括大体延伸过所述电路插件板组件的整个直径的导电层。
11.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述工业装置进一步包括设置在所述电路插件板组件与所述壳体的导电壁之间的密封件。
12.根据权利要求11所述的工业装置，其中所述密封件包括适于使所述电路插件板组件与所述壳体电绝缘的电绝缘密封件。
13.根据权利要求11所述的工业装置，其中所述密封件包括适于将所述嵌入式接地层电连接到所述壳体的导电密封件。
14.根据权利要求11所述的工业装置，其中所述密封件和所述电路插件板组件与所述壳体形成气密封，以向所述电子组件提供环境保护。
15.根据权利要求6所述的工业装置，其中所述外部罩盖可导电，并且其中，所述接地层将所述壳体分成足以使所述壳体内的电子装置与电磁干扰相隔离的两个法拉第筒。
16.根据权利要求1所述的工业装置，进一步包括在所述壳体的一部分中的导线开口，所述导线开口的尺寸被设置成用于容纳现场配线，所述现场配线用于将所述装置连接到工业过程控制系统或监测器。
17.根据权利要求16所述的工业装置，其中所述现场配线被电连接到所述电路插件板组件。
18.根据权利要求1所述的工业装置，其中所述电子组件包括 适于监测工业过程的过程传感器；以及连接到所述过程传感器的电路系统。
19.根据权利要求1所述的工业装置，进一步包括设置在所述壳体的上部中并电连接到所述电路插件板组件的可致动开关，所述可致动开关适于修改过程电路的参数。
全文摘要
本发明公开了一种包括作为环境和EMI/RFI屏蔽体的电路插件板组件的现场装置，装置的壳体(208)具有环绕具有开口端的空腔(206)的导电壁。电子组件(292)适于装配在空腔内。所述装置包括电路插件板组件(270)，所述电路插件板组件为多层印刷线路板，具有通道式电连接部以及电连接到壳体(202)的嵌入式接地层(350)，以将电磁干扰从电子组件(292)屏蔽掉并向电子组件提供环境保护。
文档编号H05K9/00GK102231946SQ201110153809
公开日2011年11月2日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月16日
发明者乍德·M·麦奎尔, 凯利·M·奥思 申请人:罗斯蒙德公司