用于有源电路外围保护的密闭电子封装的制作方法

专利名称：用于有源电路外围保护的密闭电子封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及有源电路的外围保护，更具体地说，本发明涉及密闭电子封装，该封装用于有源电路板等组件的外围保护，特别是本发明涉及可对有源电路板进行维修和重新组装的外围封装。
背景技术：
传统上，大多数用于电话网络的电路安装在总局或者少数远离总局的大型电子设备中。这些远程电路由从电网引来的电力供电，以电池电源作备用电源。位于总局的电路工作在具有精心调节的温度和湿度的环境中，以保证电路正常工作。远程电路通常也被安置在带有可控环境的室内，或至少位于封装内，该封装利用系统放出的大量热能保持其温度高于外部环境。
最近在数字信号处理方面的进展使功能更强的新的传输系统可能实现。许多这样的新系统提出要求，把电话系统的有源电子器件从温度可控的总局移走，移到通常的外部环境中，而在这种环境中，器件将受到大幅度波动的温度、湿度和环境污染物的影响。为了充分体现这些新传输系统的优点，最好把远程电路分成十分小的单元，这些小单元通过传输媒质由中央点供电。这些高效的用电单元产生非常小的热量，所以与从前的情况相比，它们对湿度损害的抵抗力就相当弱，这是因为缺少能保证其干燥的内部热量造成的。结果对这些低热的有源电路系统提供外围保护的要求也相应增加。
典型的配置于电话网中的远程电路小单元由技术员用少量工具在有限的监督下安装。这些电路的服务寿命应该达到20年。因为这些单元比较昂贵，所以在生产过程中和从野外取回后，能对它们进行修理也是很重要的。这些系统还需要全系列的元件型号，以实现新网络结构所要求的高的性能/价格比。
外围硬化的电子器件应用于军事和自动化领域。军用设备依赖于使用仔细挑选的特殊封装器件，这些器件安置在昂贵的密闭封装中。训练有素的人员按照严格的维护程序使得这些封装的密闭性得到保持，这些系统的服务期是比较短的。通常使用的封装材料主要是金属和陶瓷，它们能防止水气和污染物的渗透。这种密闭封装系统对于大规模的商业应用是十分昂贵的。自动化工业十分依赖于使用经严格挑选的器件，它们利用聚合物浇铸封装材料来密封。这使得修理和重新使用该单元不可能进行。由于这些密封模块包括比较小且便宜的不大可能需要修理的电子系统，所以在该应用中可以使用浇铸封装材料。
这些传统的解决方法对于新的电讯系统是不够的，因为它们依赖于有限的器件组、受严格监督的维修人员、干热的环境以及放弃故障的单元而不是修复它们的功能。
在从工厂到使用的过程中，有源电子器件，例如以微处理器、动态随机存取存储器(DRAMS)和/或其它诸如电阻、电容、变压器、电路保护器、光电器件等元件组成的组件，经常受到静电和其他损害的影响，而这些损害必须避免。这一般通过将器件密封于导电塑料管或用透明或半透明塑料以及镀镍塑料制成的袋中来实现。然而还完全缺乏这样的认识这些器件，即工作时产生热量的有源电子器件，可被有效地密封而不会在外围保护系统中过热，该系统可以连续重新插入和取出电路板或其它电子器件，以修理分立元件和重新使用上述电路板或其它电子器件。这种出乎意料的代表发明人的认识是本发明的特别之处。
用橡胶垫片来封闭多脚电子连接器是众所周知的，这种密封的连接器可工作于这样的环境中连接器偶尔会受到溅洒水滴的影响，或可以干燥加热，或连接器经常需要维护。但是，在长期暴露于非干燥加热的条件下，这种密闭的连接器将会由于水汽透过绝缘聚合材料而使内部变潮。潮湿将导致电流泄露和腐蚀而使连接失效。使用挡板系统并配合精选的弹性密封材料，对于阻断漏电流路径十分有效，并且对接触的机械柔韧性或接触表面的物理特性没有不良影响。令人吃惊的是，甚至是在连接器多次插上、拔下的情况下这种结合也可有效地防止漏电流。
发明概述本发明涉及有源电路的外围封装，该封装使用用于外围封装的韧性封装材料，包括其中的防潮层以及密封连接系统，该系统甚至在产生热量的有源工作方式下也能保护电路而不会使其过热。密封系统对电路的装配过程没有影响，还可被多次移开和替换而不损害电路，以对电路进行全面维护。本发明还提供了一种方法来制作有源电路可插入其中的密封配件，以及简化有源电路的最后密封的方法。在密封和封装中使用塑料材料来实现无渗漏封装。可通过塑料扩散的水汽和其他有害化学物质所产生的潜在的有害影响，可以通过在封装内有选择地加入少量干燥剂/清洁剂来消除。这样，本发明不仅提供了前面所期望的特点，而且还有许多其它优点，这些优点对普通技术人员通过阅读优选实施方案是显而易见的。
附图简述

图1例示了具有密封插针和插座的多脚连接器的外围密封袋，有源电路可以插入袋中，然后被密封。
图2例示了密闭电子封装多层结构的实施方案的剖面图。
图3例示了带有传统密封垫片的插脚和插座连接器的剖面图。
图4例示了插脚和插座连接器实施方案的剖面图，该实施方案利用弹性密封料结合挡层结构进行密封。
图4b例示了与图4中插脚和插座连接器匹配的剖面图，显示了被阻断的漏电路径。
图5a和5b例示了密封插脚和插座连接器的匹配器实施方案的剖面图，该方案基于传统的线封DIN连接器。
图6例示了密封插脚和插座连接的匹配器实施方案的剖面图，该方案基于定制的连接器设计。
图7例示了采用密封阻挡层设计的密封插板连接器的匹配器实施方案的剖面图。
图8例示了导轨插销系统实施方案的略图，该方案不使用固定各部分的直接插口而把电路板固定到匹配器上。
图9例示了一种机械地保护密封电子封装的实施方案。
图10例示了几个密封有源电路模块，这些模块装配在几个通过密封电缆束相连的密封底板上。
图11例示了使用更耐磨的袋的实施方案的密封有源电子模块。
图12例示通过袋子排放大量热量的实施方案。
图13a和图13b例示装配后的图12所示部分以及热通路的剖面图。
图13c例示另一个散热实施方案。
图14a和图14b例示密封有源电子模块的一个实施方案，其中利用了密封电缆进行相互连接而不用密封多脚连接器。
图15例示外围密封袋实施方案，其中有源电路可以被插入，然后用插板型连接器密封。
图16、16a和16b例示另一种将电子封装插入到利用插板型连接器的外围保护袋内的实施方案。
图17例示使用环型匹配器和两片薄外套的另一实施方案。
图18例示了一种改进的封装系统，该系统可应用于地下或在电路很可能被长期浸泡于水中的条件下。
优选实施方案详述本发明的特别优选实施方案将通过附图更加详细地说明。更具体地说，图1例示了密闭电子封装100，它的形状能够容纳全部有源电路板1000，当然，密闭电子封装可以有任何适宜的形状以容纳所需形状的电路板。封装可以用粘在一起的分离薄层制作，也可以如图所示用单层折叠而成。更具体地说，密闭电子封装100包括层10，它用对潮湿不敏感的外围保护材料制成套筒，其尺寸可容纳有源电路板1000。
该套筒可以用搭接或夹接密封来制作。外层材料10用粘合剂或沿纵向接缝12并围绕匹配组件18熔合来密封，其中匹配器组件18具有穿过匹配器，并在匹配器组件内外都突出的接触脚16。
气密性密封围绕接触脚16形成，接触脚16以下述方式穿过匹配器18，在封装100内凸出的接触脚16能够与电路板23上的连接器19相匹配，在封装100外凸出的接触脚16能够与密封连接器20相匹配，连接器20可将来自有源电路1000的信号传送到系统的其余部分。稳定架25装在有源电路1000上，以防止对电路的损害。这一特点将在下面更加详细地说明。有源电路1000插入所导示的封装100的开口端，直到连接器19插入到向封装100内凸出的接触脚16。在有些情况下，有源电路1000会有一些从板表面延伸一小段距离的尖锐点。这些尖锐点会刺破薄层材料10，产生漏洞。该尖锐点问题可以这样有效地解决利用压制出的具有大孔的塑性网管、泡沫塑料、青壳纸或包含干燥剂的纸将有源电路1000包起来。这些材料便宜，不影响热传导，又厚而结实，足以防止尖锐点碰到薄层10。连接器19接合之后，将一袋干燥/清洁剂22塞入封装100的入口端，然后利用简单的热封机把后边缘14密封。
另外，密封可以利用凝胶型密封剂和金属夹拉链、尼龙拉链或模压拉链来完成。这些类型密封的优点是可以方便地打开和关上。一旦密封完成，有源电路1000可以免受潮湿和其它污染物的影响。在有些情况下，对于最终组件的用户来说，必须观察装在有源电路1000边缘的信号灯。透明窗21安装在外层材料10上，通过它可以看到信号灯。窗最好是不透水气的，如加上IT0膜的塑料。如果该袋在海平面处被封装而后又用于高纬度地区，可选用单向阀安置于袋中，以排出造成过压的多余气体，或者在最后封装过程中，最好有宽松的体积，这样随工作时温度和压力的变化，韧性叠层阻挡层的体积可以变化而不产生内部压力。适宜的工作温度范围是大约-40°F至大约200°F。压力变化范围是大约水下20英尺到有效纬度大约20,000英尺。
层10的材料和特别优选实施方案描述于图2，通常层材料必须能防潮气进入、防尖锐物刺破，并在产品的寿命期内保持其完整性。能够防刺、经受化学环境和极限温度、同时保持对水气渗透和其他环境危害等有高水平防护的任意叠层和基底材料，都适用于本发明。已知的在这些环境下可长时间稳定而且结实的材料特别适合。
优选的叠层结构应足够厚，以保证在操作过程中不会被刺破、撕裂或使密封失效。外层的层厚范围可高达12mil，内层4mil，中间层1mil。一种具体的外层材料10包括约6mil厚的诸如高密度聚乙烯等适当材料制作的顶层和底层，约2mil厚的离聚物内层和厚1mil的金属中间层，金属可以是铝或其它适宜材料。按照ASTMD1876-93，层间结合强度应保持高于2lbs/inch。任选地，内层材料表面可为黑色，以吸收有源电路工作时辐射出的热量。另外，外层和内层表面应涂防静电膜，以减小静电放电(ESD)的可能性。在特定环境下，外套的外层和内层是塑料的，中间层是金属的。适宜的厚度分别为15mls、1mls和15mls。
薄层材料的一般性能必须满足以下要求按ASTMF1306-90，当使用螺丝刀状的尖端测试时，材料的抗刺性应大于25lbs，当使用针尖端测试时，抗刺性应高于15lbs。优选地对螺丝刀状物的抗刺性应大于30lbs，对针状物的抗刺性应大于20lbs。当按ASTM D 2582-93测试时，材料的抗撕裂性应大于8lbs，优选的应大于12lbs。当按ASTMD1876-93测试时，在制成袋后，薄层接缝处的热密封应当能经受大于30lbs的剥离力，最优选的大于35lbs。这些性能特性不应随时间或暴露于外部环境而严重退化。
PCT申请WO 92/19034，(美国顺序号08/129,201，提交于1993年10月13日)例示了一种合适的叠层，在此引入作为参考，但是能够防刺，同时又可抗潮和避免诸如污染等的外界危害的任何叠层都适合于本发明应用，图2例示了一种优选的叠层结构。
各层的厚度范围大约是层10a和10e为75至350微米，层10b和10d为20至200微米，层10c为5至75微米。具体的层材料10包括约200微米(8mls)厚的诸如低密度聚乙烯等适当材料的顶层10a和底层10e，两层约80微米(3mls)厚的铸塑聚酰胺或聚酯的内层，以及约20微米(1ml)厚的铝或其它适当材料的中间层。任选地但未画出，材料内表面可包括黑涂层或其它材料，以吸收有源电路在工作时产生的热量。这意味着在内部，被粘接成封套或封装的薄层部分会有在电路板两边并相对的黑色表面。
在一些情况下，期望叠层具有三维形状，而不是扁平的。这可以通过粘合前给叠层定形来实现。如果需要大的封装体积，铝层可用高弹性金属代替以承受大形变，如用易于得到的锡，锡合金等。用来制作窗21的材料也必须尽可能地阻挡水汽、化学污染和电子噪声的渗透，同时保持透明。这可利用镀有无机材料膜的透明塑料来实现，无机材料可用铟锡氧化物(IT0)、SiO2、掺杂TiO2、掺杂Al2O3等。例如，聚酯和低密度聚乙烯制作的多叠层可以在有或没有无机膜的情况下使用。
如果韧性叠层的内层和匹配器用相似的聚合物制成。层材料10可和匹配器18熔合。熔合是优选的方法。例如，对封装和铸模都利用聚乙烯或适当的热塑材料制作匹配器，利用相同的材料制作层材料的内层，这些部分经足够的加热，材料将会熔合在一起。另外，使外层材料与匹配器材料相一致，可以使外层易变形，并与匹配器材料粘合，同时覆盖外层材料的粗糙边缘。
另外，边缘可以被粘合密封以形成封口。在优选实施方案中，利用热熔胶或活性热熔胶，来密封层材料10和匹配器18。特别地，可以使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，基于SBS聚酰胺或聚脂的热熔胶或热固环氧树脂、聚氧脂或聚脂。把有源电路1000包在导体层内以防止高频噪声透过封装100是很重要的。层材料10中的金属薄层可以有效地完成该目的，导体层可用各种方法附着在匹配器18的内表面，如气相淀积、电镀或涂导电漆等。必须小心以免使插脚16短路。利用导电热熔胶，可把层材料10中的金属薄层和匹配器18内表面的导电层相连。
导电热熔胶可通过向标准热熔胶内添加导电添料来制作。各种这样的材料和另一种铁磁添料可以被使用，以便通过交变磁场在组装过程中提供加热。Ruychem的美国专利申请08/049900描述了这样的材料，该申请在此引入作为参考。
尽管利用这些方法，仍有少量不汽(大约30微克/小时)和如H2S、SO2、Cl2和NO2等的污染物，会透过封装100的聚合物密封，损坏有源电路1000。干燥/清洁剂包22用于解决产生困难的渗透问题。该包可以在20年的系统寿命内吸收这种少量水分和污染物。在优选的实施方案中，硅胶、氧化铝、分子筛可用于吸水和污染气体。自然地，在被密封到封装100内部以前保持干燥/清洁剂包22处于干燥和未反应状态是很重要的。适宜的例子例示于美国顺序号07/973,922，提交于1992年11月9日，并在此全部引入作为参考。在最后组装时，保证包22不被偶然掉出也是十分重要的。包22固定在封装100的内部，以便保证通过窗口21的视线清晰。
在优选的实施方案中，干燥/清洁剂材料密封于聚乙烯包中，其水汽渗透率应足够高，以保持密闭电子封装内相对低的湿度，但该渗透率又应足够低，以在电子封装被密封前使干燥剂不受湿气影响。或者，干燥/清洁剂材料也可被密封在其一边开有小孔的密封包中。该孔用贴有长彩色带的粘性补片密封。利用压力敏感胶，该包被粘在封装100内的合适位置上，而所述带在封装的开口端露出，带的自由端贴在封装100的外面。在最后密封后边缘14之前，装配者必须拉出所述带，让干燥/清洁剂在密封前的最后一刻暴露出来。密封之后，可以通过在烘箱内加热密闭电子封装100几分钟或几小时来检测密封的完整性。加热使封装100内的空气膨胀，并将泄露出来或者使密封完好的单元的封装外皮产生明显的膨胀。当组件恢复到室温以后，漏气的单元会变瘪，要准备修理。或者，在最后封装前，为进行压力测试可向封装的开口端插入橡胶阀，通过阀门压入空气，并把系统沉入水中。通过在水下对封装加压，任何泄露将会以空气泡的形式被发现。另外可选的测试是真空或挤压测试，它们可用于相同的目的。
对有源电路1000进行有效的密封还需要在插脚16与插座20相连时密封插脚16，以提供完整的密封系统。图3显示了通常可用的密封连接器剖面图。它包括插头部分1900，密封垫层1901，插脚1902，插座部分1903，连接器插孔1904。当插头部分1900和插座部分1903相适配时，密封垫层1901紧压在连接器壳顶1910，形成密封。根据本发明，如果连接器背面1911和1912被浇铸封装材料或封装100密封，那么水便不能渗入连接器插座1904周围的空腔。这种类型的连接器设计可短时间地防止在连接器内形成导电通路，但是由于水气和污染物可以渗透固定插脚的模制塑料聚合物，如果持续地受高湿度和高污染的影响，插孔1904周围的空腔最后会变潮，并被沾污，这种沾污将在插脚连接器插孔1904间形成漏电通路，插脚插孔1904和插脚1902也会被腐蚀，降低了连接性能。
图4a和4b例示了优选实施方案连接器的部分剖面图，该方案提出了大大改进的密封连接器。插头部分2000与普通的插头部分1900一致，但插座部分2003与插座部分1903结构不同。插座部分2003通过把插孔2004插入聚合物基板2016来制作。然后，把聚合物顶盖2015安装在插孔2004上。顶盖2015和挡层2013模铸在一起，该挡层环绕各个插孔2004，并几乎延伸到基板2016。疏水的密封材料，如油脂或(优选地)弹性凝胶注入插座部分2003，并几乎完全充满插座部分2003的空腔。描述于专利5,111,497、5,246,383、顺序号07/006,917的硅胶特别适合于这一目的，因为凝胶会粘附在连接器的内表面，而且有足够的弹性，在接触脚2012插入的过程中，不会影响插孔偏移，这些专利在此引入作为参考。这些凝胶可以十分有效地防止水接近金属和塑料的接触表面。优选的凝胶应具有疏水性。
带有用于支承连接的挡层的插座是通常可以得到的。T&B或其它制造商制作的DIN连接器系列(根据DIN41612，IEC603-2)含有挡层，该挡层可以防止插孔2004间的偶然接触，并且支撑小的楔形物，该楔形物保证插孔2004弹性臂处于在利于形成良好接触的预压状态。这些结构意外地非常适用于密封目的。硅胶材料的另一惊人优点是其极低的表面能可使硅胶主动地沾在表面上。由内挡层2013产生的大表面使得可以简单地从壳顶2010的小孔注入未固化的凝胶来填充连接器空腔。低的表面能使液态凝胶能够从小孔流进，并覆盖在各个内表面上，直到完全填满连接器。
对于未固化的凝胶，粘度小于1000厘泊，优选地小于约800厘泊，对填充插脚间距大约为.10英寸的连接器是足够低的。插座部分2003中的凝胶或油脂的存在，特别是在聚合物基板2016和聚合物顶盖2015以及挡板2013相接的底部的凝胶或油脂将阻止在插孔2004间水汽和沾染路径的形成。这种凝胶或油脂应该足够软，以便在不使用过度外力的条件下，使插头部分2000中的匹配插脚被密封。利用织物分析仪，按照标准MQC程序测量，硬度从15至50克可以满足这些条件。全文在此引入作为参考的美国专利4,852,636给出了普通技术人员都知道的一种测定克硬度的方法，有时称之为Voland硬度。插头部分2000内的垫层2001可以利用具有更高弹性模量和硬度的橡胶或凝胶材料制作。硬度在30至70克范围内将满足下面的要求，即插头部分内部的凝胶或橡胶必须经受多次拔插，而不产生足以使凝胶失去密封性的损伤。硬度在30至50克间的凝胶可以满足插座部分2003和插头部分2000的要求，并可以在两处交换使用。凝胶材料的优点是由于其疏水性它可以轻易阻断壳顶2010上的水气通路。这样，连接器可以与表面上的水气相接触，仍可获得高绝缘电阻。
凝胶型垫层最好固化在适当位置，以在插头部分2000获得高粘性。在另一实施方案中，该凝胶型垫层通过压制出开孔泡沫增强型凝胶薄层来制作，详细描述参见美国专利4,865,905，和美国顺序号07/762,533，提交于1992年1月14日，该专利和申请完全在此引入作为参考。利用模压在匹配器18(图1)中的紧固装置或者锁定或拧紧的机械框架来固定这些垫层到位。
图4b示例了本设计的另一优点。随着频繁的拔插循环，只有插座部分2003腔顶附近的凝胶材料中的凝胶的机械应力较高，所以，凝胶的损失和能变潮的空隙2100只容易在该区域产生。然而，由于，凝胶密封了插座部分2003底部各插孔间的低处通路2101，压在壳顶2010上的橡胶垫层2001或凝胶阻断了高处通路2102，那些空隙是彼此隔离的。在一些情况下，使用同轴连接器将高频信号接入有源电路1000。对这种类型的连接器，可采用相同的密封技术，在其中心插座触点填充凝胶以防止从中心触点到地的短路电流。
图5a和5b示例了匹配器18或18b的剖面图，该匹配器安装在注模部分2201或2201b(图1中的18)中，并利用浇铸封装材料2203或2203b密封，如两种成分的可固化聚氨脂或环氧树脂化合物等。图5a是阳-阴实施方案，图5b是阴-阳实施方案。它们的主要差别是图5a中的插座2250和图5b中的插脚2240。相同部分的标号是一致的，图5b中的另一方案在标号后加字母“b”。然后，韧性密封袋10被粘接在模制部分。为防止在浇铸过程中浇铸材料的泄露，一个密合塞子插在垫层2001处直至浇铸材料固化。
图6示例了另一种匹配器设计，其中，接触插脚16直接插入或铸在模制匹配器部分2211。如图5所示，再粘上密封袋10。该方案省去了浇铸工序，并实质上在袋内部和外界之间形成了一体化的DIN连接器接口。在图5a和5b中，底板2260包含板上的插座2261和浇铸封料2262，这对图6实施方案也适用。密封电路插在底板2260上。
图7示例了密封插卡型连接器2300的方法。密封垫层2301粘在匹配器500上，这样，当连接器插入插座部分2320时，垫层2301将紧压在插座部分2320的边缘和密封环2330上。为进一步阻断插座部分2320中的漏电路径，可向其中注入凝胶。
图8示例了一种导轨插销结构，该结构可使有源电路1000插入在匹配器18内部突出的插脚16。导向脊2210用来引导有源电路1000安全地与突出在匹配器18内部的插脚16相连接。然后，插销扣机构2211插入有源电路板的孔2212中，使电路板稳固地固定在匹配器18上。优选地，插销扣2211包括一个能触动的刚性锁，以防止在振动条件下电路板产生不应有的失锁，并且在电路板固定在连接器上时防止产生强制方向。一种柔性插销机构(如加载弹簧)和柔性缓冲垫、(如泡沫橡胶)，沿着匹配器18的矩形表面及其附近安装在导向脊2210的底部，即台座上，可用来减少在操作过程中有源电路1000偶然落地时所受的冲击力。
如果薄层材料10相对很薄而且具有韧性，封装100外部的压力将可能损坏有源电路1000(不可见的)。图9示例了一种在模块可能受到粗野操作时，防止产生这种问题的方法。在封装100被密封后，组件被插入保护盒101。匹配器18可设计得与保护盒101的开口端十分吻合，并提供螺丝或其它固定器，以便把各部分固定在一起，制成最终的电子模块102。如果使用螺丝，在以后可以很容易地打开模块102对有源电路1000进行修理。为了使有源电路1000被保护盒101夹住并固定，稳定架25(图1)在薄层10被密封之前安装在有源电路1000上。这些稳定架可以是泡沫架，其尺寸恰好与保护盒101内部相吻合。这将防止在处理和振动过程中，有源电路和连接器19产生损伤性弯曲，还可以保护韧性叠层。在优选实施方案中，保护盒101利用吹模法制作，其上面还有孔用于排水和观看有源电路1000上的信号灯。
图10示例了几个安装在密封底板203上的模块102。每个底板带有几个与底板电路板导电相连，并被浇铸密封以防止背面水汽的插座连接器204。同样与底板电路板相连的导线传递信号至密封的终端单元205。一旦模块102插入密封插座连接器204，将形成完整的密封系统以保护电子线路。分别密封各个有源电路的额外优点是更高的可靠性。如果一个漏电，其它的不会受影响。湿度传感器也可包括在每个密闭电子封装100内。如果任何一个单元变潮，警报器会响，该单元可以被更换。
保护盒101的缺点是降低了系统的热传导能力，增加了额外费用和体积。在一些情况下，只需要中等的机械保护，可以使用更硬的薄层材料10，这时，为了具有较大的抗弯性，金属箔的厚度应当增加。图11示例了这种封套，其中较厚的外层材料200被热封成正好与匹配器218相吻合的管形。匹配器218和薄层材料200熔合在一起，或者，优选地利用内表面带有热熔胶的热缩带紧箍匹配器218和薄层200之间的接头。对后端的封口可以通过热封并按milk carton方式折叠，或者插入一个和匹配器218形状相似的塞子再以与上述相同的方法来密封。
在一些情况下，有源电路1000产生的热量十分多。使热量传出封装的主要障碍是薄层10中的空气绝缘层。薄层10本身的热阻很低，因为它很薄并且大部分由金属制作。图12示例了一种方法，可把有源电路1000上的发热元件通过薄层10导热地连接到自由流动空气中的散热器250。图13示例了图12中的组件部分。密封薄层10之后，散热器250被卡在有源电路板1000中稳定架25所安装的位置。从图13a和13b中A-A截面可以看到，安装在有源电路1000上的发热元件252被压在导热凝胶垫片251上，该垫片预先安装在发热元件252上或在薄层材料10的内部。一种适合于该目的的导热凝胶251的配方更加完全地描述于美国专利4,852,646中，该专利在此引入作为参考。导热凝胶附加垫片还可用在薄层10外表面和散热器250之间，以进一步提高从薄层10到散热器的热传导。图13c示例了另一种使发热元件252散热的方法。一个螺栓253穿透韧性叠层，直接与252相连。密封材料密封在韧性叠层和发热元件之间。
在一些情况下，只需要少量与有源电路1000的永久接头。图14示例了用于这种类型系统的廉价封装方法。连接器301与线束303相连，该线束模制在匹配器302中，为实现可靠的封装，需要除去线束303中导线穿过匹配器302处的绝缘层，以阻断线束303中导线绝缘层下的水气流动。另外，可以使用固化阻挡材料或者在导线和绝缘层间带有阻断介质的阻断导线。为了将有源电路装入封装100，有源电路1000被插进封装100的开口端，直至模制在匹配器302上的插销装置304与有源电路1000上的孔305相接合。一旦按这种方式稳固地连接，连接器301可以接到有源电路1000的匹配连接器300上。在干燥/清洁剂起作用后，密闭电子封装的开口端可照例利用热封机密封。图14b示例了另一方案和一种成本可能更低的封装电子器件的方法。扁平电缆306与连接器307相连，韧性叠层阻挡层安装在电路板1000上，用热熔胶热封在扁平电缆306上，使其在306的两边熔合，形成环绕1000的完整的水气阻挡层。
在一些情况下，在通过密闭电子封装100连接有源电子器件1000时，优选的是用插卡型连接器而不是插脚和插座型。图15示例了一种适合这种连接器的简单方法。热熔胶带420安装在插卡型连接器四周，该连接器为这项应用已留有空间。必须保证插卡型连接器428的触脚不被胶沾染。另外，这种胶带也可被模制在插卡的延展部分。薄层材料10粘合成一个带有开口边44的封套410。有源电路1000插入封套410，开口边414被热封在热熔胶420上。在该操作中，需要改进的袋密封机，该密封机在插卡型连接器附近区域有适当的空隙。另外，插卡型匹配器可以用小叶状插件和凹插卡连接器制作。匹配器可先插入封套410而让与匹配器相对的封套边开着。在最后组装时，有源电路1000插入该开口边，并插入封套内部的凹连接器。然后，利用普通的热封机热封开口边。这种可选方法的优点是简化了最后组装者的热封操作。
图16、16a和16b示例了另一种使用插卡型连接器的密闭电子封装的构造。使用适当的铸封材料，匹配器500密封在有源电路上。封套510密封在包括有源电路板在内的匹配器500上，如图16a和16b所示形成U形部分，并且带有压力环520，更具体地说，压力环最终嵌在硬的外壳520和基底500之间。16b示例了将有源电路板1000插入基底500并密封在其上的过程的局部剖面图。
又一个可选方案示例于图17。该实施方案中，匹配器618延展成一个环绕有源电路1000的完整环形。有源电路插入匹配器的连接器616的内部插脚，然后，两片薄层10被热封或熔接到匹配器环625上。为再增加强度，成形工具620用来形成固定架630，以固定薄层10到位。
图18示例了一种改进的封装系统，它可应用于地下，此时电子器件可能长时间地浸于水中。一个钟罩700装在密闭电子模块702和底板701外，该钟罩防止液体水进入701和702。
该发明至少部分地归于发明人的出人意料的认识，而不同于以往的想法有源电路能被密封在适宜的叠层之中，防止环境的损害，还能工作在恶劣的环境之中，同时允许在返回工厂时通过打开封装100使电路板重新进入封装。
本发明参照前面的具体优选实施方案进行了描述。本发明范围可包含一些对普通技术人员显而易见的改动。例如，铝金属薄层可以是铜、银、金或其它适当的金属。塑料叠层可以是用一个薄层和金属层熔合，然后折叠再和自身熔合。袋本身可有密封的入口，以便在修理等过程中需要取出有源电路时，不用丢弃袋子。
权利要求
1.在一种设备中，该设备包括有源工作的微电子电路和诸如微处理器、动态存取存储器(D-rams)等器件，并需保护措施以免受外部条件的影响，同时可重进入和可替换，该保护装置包括能容纳有源电路板的阻挡外围气体和液体的韧性封套，该封套使有源电路板完全密封；和密封在有源电子印刷电路板上的连接器件，该连接器件还可使有源电路板与电路系统相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其中封套包括一种夹层结构，由在阻挡气体和液体的金属层两边贴有耐撕裂塑料层形成。
3.根据权利要求2的装置，其中夹层结构包括约80微米厚的聚乙烯韧性塑料顶层和底层，约200微米厚的聚酰胺或聚酯内层，以及约20微米厚的金属中间层。
4.根据任一前述权利要求的装置，其中封套的内部包括一层吸收红外辐射的黑色涂层。
5.根据任一前述权利要求的装置，其中韧性封套包括至少两层塑料层和一层中间金属层，其中最外层塑料层大约75～200微米厚，内塑料层大约20～200微米厚，中间金属层大约5～75微米厚。
6.根据任一前述权利要求的装置，其中金属在铝、锡以及包含铝和/或锡的合金中选取。
7.根据任一权利要求的装置，还包括不含金属层的一部分封套，以提供一个可观察袋内的窗口。
8.根据权利要求7的装置，其中在塑料层之间放置了透明的锡氧化物或铟锡氧化物层以提供可观察电路板而同时保持对气体和液体的阻挡的窗口。
9.根据任一前述权利要求的装置，其中袋的连接器部分至少部分地填充凝胶密封剂以密封到有源电路板的电接触。
10.根据任一前述权利要求的装置还包括在封套内部的气体干燥/清洁剂袋。
11.一种能够容纳有源电路板并使其密封于外部环境外的装置，该装置包括具有插座的U型封套封装，该插座可以在封套封闭端接上电路板插脚连接器，该连接器又能够和更大的电子设备相连，U型封套应足够深，使得在插入有源电路板后可以密封开口端，以在有源电路板四周形成阻挡气体和液体的密封，该封套包括中间金属层，其中最外层塑料层大约75-200微米厚，内塑料层大约20-200微米厚，中间金属层大约5-75微米厚。
12.一种密封有源电路板以防止外界污染的方法，包括将有源电路板插入外围可封的封套，该封套包括至少两个耐撕裂塑料层，它们位于可阻挡气体和液体的金属层两边；以及在插入电路板后，将所插入的电路板密封在封套内。
13.根据权利要求12的修理外围封闭的有源电路板的方法，包括打开包围并密封有源电路板的封套；从封套中取出有源电路板；修理电路板；以及把修好的有源电路板或替换的有源电路板放回到外围可密闭的韧性封套中。
14.根据权利要求12或13的方法，其中有源电路板插入的封套包括夹层结构，该结构包括至少两个抗撕裂塑料外层和阻挡气体和液体的金属中间层。
15.根据权利要求14的方法，其中封套包括两个约75～350微米厚的塑料外层，两个约20-200微米厚的塑料内层，这两层紧靠着约5-75微米厚的中间层。
16.根据权利要求15的方法，其中封套中还包括干燥/清洁剂袋。
17.根据任一前述的权利要求的方法或装置，其中在密封前，封套被压缩以提供气体膨胀所需的宽松体积。
18.根据任一前述权利要求的方法或装置，其中密封通过把塑料层熔合在含有连接器的匹配器上来完成。
全文摘要
一种外围密闭的电路组件。该组件包括围绕有源电路的韧性包层，该电路板可以插入包层中，随后的密闭提供了一种可重新插入且外部密闭的有源电路封装。说明书中还对制作该组件的方法也进行了描述。
文档编号H05K5/06GK1149378SQ95193246
公开日1997年5月7日 申请日期1995年4月6日 优先权日1994年4月11日
发明者S·迪阿茨, D·霍斯马, N·卡卡尼亚, P·隆德奎斯特, A·中里, N·沈, P·冯德利帕 申请人:雷伊化学公司