專利名稱：具有增強(qiáng)封裝的無線過程通信適配器的制作方法
具有增強(qiáng)封裝的無線過程通信適配器
背景技術(shù)：
在工業(yè)設(shè)置中，控制系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制工業(yè)庫存和化學(xué)過程等等?？刂葡到y(tǒng)一般使用分布在工業(yè)過程中關(guān)鍵位置處的并通過過程控制環(huán)路耦合到控制室的控制電路的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，來執(zhí)行這些功能。術(shù)語“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備”指代在分布式控制或過程監(jiān)視系統(tǒng)中執(zhí)行功能的任何設(shè)備，包括在工業(yè)過程的測(cè)量、控制和監(jiān)視中使用的任何當(dāng)前已知的或尚未已知的所有設(shè)備。一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括換能器(transducer)。將換能器理解為意味著或者是基于物理輸入產(chǎn)生輸出信號(hào)的設(shè)備，或者是基于輸入信號(hào)產(chǎn)生物理輸出的設(shè)備。換能器一般將輸入變換為具有不同形式的輸出。換能器的類型包括各種分析傳感器、壓力傳感器、熱敏電阻器、熱電偶、應(yīng)變儀、水平傳感器、數(shù)字閥門控制器、流量計(jì)、流量計(jì)算機(jī)、定位器、致動(dòng)器、螺線管、指示燈等等。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一般還包括用于通過過程控制環(huán)路與過程控制室或其他電路通信的通信電路。在一些設(shè)施中，過程控制環(huán)路還用于向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸已調(diào)整的電流和/或電壓，以向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。過程控制環(huán)路還傳輸具有模擬或數(shù)字格式的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)上，已將模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過雙線過程控制電流環(huán)路連接到控制室，同時(shí)每個(gè)設(shè)備通過單一的雙線控制環(huán)路連接到控制室。針對(duì)模擬模式，將雙線之間的壓差維持在從 12到45伏特的電壓范圍中，針對(duì)數(shù)字模式，維持在9-50伏特的電壓范圍中。一些模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過將與檢測(cè)到的過程變量成正比的電流調(diào)制到在電流環(huán)路中運(yùn)行的電流中向控制室發(fā)送信號(hào)。通過控制環(huán)路中的電流的大小，其他模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在控制室的控制下執(zhí)行動(dòng)作。除此之外，或作為備選，過程控制環(huán)路還可以傳輸用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的數(shù)字信號(hào)。在一些實(shí)施中，已開始使用無線技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。無線操作簡化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布線和設(shè)置。然而，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是硬連線到過程控制室的，且不使用無線通信技術(shù)的。工業(yè)過程工程通常包含上百或甚至上千的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。很多這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含復(fù)雜的電子裝置并能夠提供比傳統(tǒng)的模擬4-20mA測(cè)量更多的數(shù)據(jù)。出于很多原因(成本是其中之一)，很多工廠并未利用這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所提供的額外數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。這就產(chǎn)生了對(duì)針對(duì)這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無線適配器的需要，該無線適配器可以連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，且經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)或其他監(jiān)視或診斷系統(tǒng)或應(yīng)用發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)。為了操作工業(yè)過程工程，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備必須經(jīng)常進(jìn)行危險(xiǎn)位置許可評(píng)級(jí)(hazardous location approval ratings) 0存在不同類型的評(píng)級(jí)，且為了被廣泛地采用，無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備適配器應(yīng)當(dāng)能夠連接到每個(gè)這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，同時(shí)不破壞該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的危險(xiǎn)位置許可評(píng)級(jí)。這些許可評(píng)級(jí)之一被稱作免爆或防爆評(píng)級(jí)。免爆外殼的目的是萬一可燃性氣體進(jìn)入外殼并點(diǎn)燃，則外殼將爆炸控制住。如果外殼不能控制該爆炸，則其可能點(diǎn)燃周圍的氣體，并造成災(zāi)難性的后果。
另一種類型的許可評(píng)級(jí)被稱作本質(zhì)安全(IS)。本質(zhì)安全設(shè)備通過限制在電子裝置中出現(xiàn)的能量數(shù)量且通過確保將電子裝置組件間隔地足夠遠(yuǎn)來避免在電子故障事件中電弧放電，從而避免了可燃性氣體的點(diǎn)燃。電子裝置組件產(chǎn)生的熱也受到控制。讓設(shè)備的電子裝置本質(zhì)安全易于使組件的數(shù)目上升且增加了電路板的尺寸。在必須將設(shè)備的物理尺寸最小化時(shí)，這也提出了新的挑戰(zhàn)。為了讓無線通信適配器能在免爆設(shè)施中使用，其自身必須是防爆的，且其必須在兩個(gè)設(shè)備之間的連接處提供免爆屏障。對(duì)于本質(zhì)安全的設(shè)施，無線通信電路必須也是本質(zhì)安全的。將這種適配器連接到任一設(shè)備的能力也使得物理尺寸上升。可以在很多配置中安裝工業(yè)設(shè)備，比如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，且該工業(yè)設(shè)備一般被置于緊密的空間中。這就要求小型且不顯眼的設(shè)計(jì)。提供針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相對(duì)小型且不顯眼的但是依然能夠方便符合免爆認(rèn)證和本質(zhì)安全的無線通信適配器將推動(dòng)無線過程通信領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無線過程通信適配器。所述適配器包括金屬外殼，具有第一端和第二端。在所述第一端和所述第二端之間限定腔。將射頻透過性天線罩耦合到所述第一端。所述第二端具有被配置為連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器。將至少一個(gè)電路板置于所述腔中。所述電路板至少承載無線過程通信電路。將多根線耦合到所述至少一個(gè)電路板，并通過所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器延伸。硅樹脂灌封實(shí)質(zhì)上填充了所述腔中未由所述至少一個(gè)電路板和所述無線過程通信電路所占據(jù)的全部容積。


圖1是可操作地耦合到根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線通信適配器的有線過程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的概略圖。圖2示出了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線過程通信適配器的簡化橫截面圖。圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線過程通信適配器的橫截面概略圖。圖4是硅樹脂灌封對(duì)各種表面的粘性測(cè)試結(jié)果的圖。圖5是硅樹脂灌封固化溫度對(duì)灌封粘性和所需泡沫的量的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例一般提供了可以連接到或者是免爆的或者是本質(zhì)安全的有線過程過程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的無線發(fā)射機(jī)，且同時(shí)不破壞這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的許可評(píng)級(jí)。該無線通信適配器被配置為提供防爆，且還優(yōu)選地包含本質(zhì)安全電子裝置。該適配器優(yōu)選地包括位于與有線過程設(shè)備的連接點(diǎn)處的免爆屏障，并包括完全封裝的電子裝置。圖1是可操作地耦合到根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線通信適配器14的有線過程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12的概略圖。盡管圖1將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12示出為過程流體壓力變送器(比如 Chanhassen, Minnesota 的 Emerson Process Management 出售的具有商業(yè)名禾爾 Model 3051S的過程流體壓力變送器)，可以使用任何合適的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一般包括傳感器模塊(比如傳感器模塊16)、電子裝置模塊(比如電子裝置模塊18)。一般將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 12設(shè)計(jì)為符合免爆規(guī)則。此外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12中的電子裝置的設(shè)計(jì)可以依照于本質(zhì)安全要求，比如由 Factory Mutual Research 在 1998 年 10 月發(fā)布的名為 APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I， II， AND III，DIVISION 1HAZARD0US(CLASSIFIED)LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610 的標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)部分?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12—般包括傳感器模塊16中的傳感器(比如壓力傳感器)，該傳感器將過程流體特性(比如壓力)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并向電子裝置模塊18提供該過程流體變量的電子指示。然后電子裝置模塊18通過一般經(jīng)由輸入20耦合的過程通信環(huán)路，來傳輸過程
變里^[曰息ο如上所述，向有線過程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供附加的通信能力(比如無線通信能力)變得是有利的。通過提供無線過程通信適配器，比如過程通信適配器14，可以傳遞除了通過有線過程連接發(fā)送之外的附加的數(shù)字信息。可以將這種信息傳輸?shù)椒蛛x的監(jiān)視或診斷系統(tǒng)或應(yīng)用，用于分析。此外，對(duì)附加通信資源的簡單的提供，比如適配器14，還允許冗余通信。讓過程通信適配器14能夠與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備耦合，同時(shí)不負(fù)面的影響裝置繼續(xù)滿足免爆和/或本質(zhì)安全要求的能力是重要的。圖2示出了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線過程通信適配器30的簡化橫截面圖。將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12通過輸入20和導(dǎo)管11耦合到過程通信環(huán)路22。過程通信環(huán)路的示例包括高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器(HART )協(xié)議以及FOUNDATION Fieldbus協(xié)議。然而，其他有線過程通信協(xié)議是眾所周知的。在過程變量變送器的示例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12包括連接到測(cè)量電路52以測(cè)量過程變量的過程變量傳感器50。變送器電路M被配置為使用已知技術(shù)來接收過程變量并將過程變量傳輸?shù)诫p線過程控制環(huán)路22上?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12通過連接塊102耦合到雙線過程控制環(huán)路22上。無線通信適配器30通過連接塊106耦合到雙線過程控制環(huán)路22上，并將無線通信適配器30通過例如螺紋連接123和109安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12的外殼上。無線過程通信適配器30的底架通過線108耦合到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12的電接地連接器110?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12包括耦合到來自無線過程通信適配器30的連接112的雙線過程連接塊102。無線過程通信適配器30的外殼120承載耦合到無線過程通信適配器30的無線通信電路的天線126?？梢允褂蒙漕l(RF)透過性端蓋IM來可密封的耦合到外殼120 上，以允許通過其傳輸RF信號(hào)。在圖2所示的布置中，向射頻適配器提供5個(gè)電子連接，其包括4個(gè)環(huán)路連接以及1個(gè)電接地連接。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線過程通信適配器的橫截面概略圖。如圖3所示， 無線過程通信適配器30優(yōu)選地包括圓柱形金屬外殼120，其在一端具有用于容納射頻透過性天線罩(radome)或端蓋124的大開口 150，以及在另一端具有用于容納現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器 122的相對(duì)小的開口 152。電子裝置154駐留在空腔130中，優(yōu)選地在一對(duì)印刷電路板132、 134上。電子裝置優(yōu)選地包括無線通信電路，以允許無線過程通信適配器根據(jù)一種或多種無線通信協(xié)議進(jìn)行通信。合適的無線過程通信協(xié)議的示例包括例如無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(比如由 Irvine, California的Linksys構(gòu)建的IEEE 802. Ilb無線接入點(diǎn)和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)；超寬帶、自由空間光學(xué)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、通用分組無線服務(wù)(GPRS)；碼分多址(CDMA)； 擴(kuò)頻技術(shù)、紅外通信技術(shù)；SMS (短消息服務(wù)/文本消息)；來自Bluetooth SIG (www. bluetooth. com)的已知的Bluetooth規(guī)范，比如Bluetooth核心規(guī)范版本1. 1(2001年2月22日)；以及由Hart通信基金公布的WirelessHART規(guī)范。Wireless HART 規(guī)范的相關(guān)部分包括HCF_Spec 13，修訂7. 0 ；HART規(guī)范65-無線物理層規(guī)范；HART規(guī)范75-TDMA數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范(TDMA指代時(shí)分多址接入)；HART規(guī)范85-網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范；HART規(guī)范155-無線命令規(guī)范；以及HART規(guī)范四0_無線設(shè)備規(guī)范。將每個(gè)電路板132、134上的電子裝置優(yōu)選地安裝為在它們周圍具有間隔，且安裝在電路板之間，以利于灌封成分的流動(dòng)。在密封該外殼的情況下，將灌封136通過通道156 注入腔130中，直到外殼滿為止。盡管可以使用任何合適的灌封成分，但是重要的是讓灌封材料本身滿足許可機(jī)構(gòu)(approval agency)的要求，其包括合適的耐化學(xué)性、在熱和冷的操作溫度下的熱穩(wěn)定性、以及其他相關(guān)參數(shù)。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了特定的使用封裝的硅樹脂和特定調(diào)節(jié)，以容納在適配器中產(chǎn)生的在適配器的整個(gè)熱操作范圍上的各種熱應(yīng)力。天線罩124、外殼120、以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器122為灌封136提供了防風(fēng)雨的外殼?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器122提供了直接連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12的方法。饋穿(feedthrough) 裝置140優(yōu)選地還作為在連接點(diǎn)處的免爆屏障。如果可燃?xì)怏w進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的外殼并點(diǎn)燃，則饋穿裝置140將控制該爆炸。引線158、160穿過饋穿裝置140。用能夠經(jīng)受爆炸壓力的灌封來填充連接器的內(nèi)部。連接器的內(nèi)部包括肩部166，肩部166幫助保持連接器中的灌封?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器122還可以包括活接頭(union)和/或彎頭(elbow)以按照需要提供可調(diào)整性。在一個(gè)實(shí)施例中，通過讓線158、160穿過饋穿裝置140中的膠合接頭(cemented joint)來提供免爆屏障。通過用能夠經(jīng)受爆炸壓力的灌封來填充饋穿裝置140，以創(chuàng)建該膠合接頭164。從而無線過程通信適配器30優(yōu)選地使用饋穿裝置的封裝和調(diào)節(jié)，來提供防爆和環(huán)境保護(hù)，并減少在電子裝置組件中為了本質(zhì)安全保護(hù)所需的間隔。在用灌封來填充組件之間的空間時(shí)，本質(zhì)安全間隔要求就不那么嚴(yán)格了。這允許更有效率地將整個(gè)設(shè)備小型化。 封裝通過將可燃?xì)怏w完全排除在外而實(shí)現(xiàn)了防爆。無線過程通信適配器30的電子裝置完全地由灌封所環(huán)繞，且因此避免受到環(huán)境的影響。本發(fā)明的一些實(shí)施例源自于對(duì)用灌封材料(比如塑料或環(huán)氧樹脂)來填充金屬外殼120的困難的判斷。在不增加最終產(chǎn)品的尺寸的情況下，設(shè)計(jì)足夠的自由空間來允許灌封在適配器的操作溫度上的額外膨脹/收縮將是極度困難的(如果不是不可能的話)。然而，增加最終產(chǎn)品的尺寸在市場(chǎng)接受角度來講被視為是不受歡迎的。取而代之地，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中使用硅樹脂灌封來封裝電子裝置，且確定在環(huán)境溫度低于灌封的固化溫度時(shí)，硅樹脂灌封將粘附于鋁外殼120，而不是電路板132、134。將硅樹脂底層漆(silicone primer)涂到電路板偶爾引起灌封將組件從電路板上拉下來，從而可能降低制造產(chǎn)量。此外，還確定，灌封可能通過在環(huán)境溫度高于灌封的固化溫度時(shí)擠壓大型電子裝置組件(比如電解電容器)，施加足以摧毀這些組件的足夠壓力。本發(fā)明的實(shí)施例一般提供完全封裝的無線過程通信適配器，該無線過程通信適配器使用脫模劑、泡沫以及特別的固化的硅樹脂灌封的組合，來補(bǔ)償在灌封與適配器中的其他組件之間的相對(duì)大的熱膨脹差異。存在相互關(guān)聯(lián)來為無線過程通信適配器提供優(yōu)異的灌封解決方案的4種要素。這些要素包括硅樹脂灌封的類型、脫模劑的類型、泡沫墊的提供、以及固化過程。將硅樹脂灌封材料確定為灌封設(shè)計(jì)的優(yōu)異候選。具體地，針對(duì)在電路板132、134上提供的高密度表面安裝的裝置選擇兩部分(two-part)硅樹脂材料，因?yàn)檫@些材料是相容的，且彈性體材料一般不對(duì)裝置施加高應(yīng)力。此外，硅樹脂灌封材料提供了良好的電屬性和廣泛有用的溫度范圍。硅樹脂灌封材料的選擇如下幫助驅(qū)動(dòng)了對(duì)脫模劑、泡沫和固化過程的選擇。為了滿足上述本質(zhì)安全許可規(guī)范，以及長期可靠性要求，硅樹脂灌封材料需要粘附于產(chǎn)品中的電路板132、134上，而不是外殼120上。很多因素使得這種設(shè)計(jì)要求是困難的。具體地，相對(duì)于電路板132、134，硅樹脂更好地粘附于鋁外殼120。此外，硅樹脂灌封材料的大的熱膨脹系數(shù)使得其在相對(duì)低的環(huán)境溫度下就從電路板132、134上脫離，從而在灌封材料和電路板之間創(chuàng)建了空隙。此外，硅樹脂底層漆可能如此多地增加對(duì)電路板的粘性， 以至于其導(dǎo)致將電子裝置組件固定在電路板132、134上的焊接結(jié)合處的偶爾失效。為了創(chuàng)建在重復(fù)的熱循環(huán)期間硅樹脂灌封將會(huì)粘附于電路板上的情況，在外殼120的內(nèi)側(cè)噴涂脫模劑。脫模劑一般將硅樹脂灌封材料對(duì)鋁外殼120的粘性降低到硅樹脂灌封材料對(duì)電路板 132、134的粘性之下，從而導(dǎo)致甚至在低溫下的硅樹脂灌封材料對(duì)電路板132、134的粘附。 在這種低溫下，在硅樹脂灌封材料和鋁外殼120之間創(chuàng)建空隙。一般的，硅樹脂灌封材料不粘附于很多事物上，使得難以找到進(jìn)一步降低粘性的脫模劑。作為示例，DuPont銷售的 Teflon 是針對(duì)硅樹脂的常用脫模劑，且其在阻止硅樹脂粘附于鋁的方面工作良好。不幸的是，相對(duì)于電路板132、134，硅樹脂灌封更好地粘附于Teflon 。類似地，硅樹脂油是另一種常用脫模劑，但是由于與硅樹脂灌封相似的原因，硅樹脂脫模劑實(shí)際上增加了對(duì)鋁外殼120 的粘性。取而代之地，使用基于卵磷脂的脫模劑，將硅樹脂對(duì)鋁外殼120的粘性降到低于硅樹脂對(duì)電路板132、134的粘性。在圖3中以引用標(biāo)號(hào)180概略性地示出了該層卵磷脂脫模劑。圖4是示出了針對(duì)硅樹脂灌封對(duì)各種表面的粘性測(cè)試的結(jié)果的圖。該測(cè)試在得到本發(fā)明的實(shí)施例的材料和過程的協(xié)同選擇中是有用的。硅樹脂灌封對(duì)電路板的粘性隨著灌封的固化溫度而改變。較高的灌封固化溫度被發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致灌封對(duì)電路板的較低粘性，同時(shí)較低的灌封固化溫度導(dǎo)致硅樹脂灌封對(duì)電路板的較高粘性。硅樹脂灌封對(duì)鋁外殼的粘性呈現(xiàn)為不受灌封的固化溫度的影響。由于需要低硅樹脂灌封固化溫度來最大化對(duì)電路板的粘性，因此在灌封固化溫度和適配器的操作溫度的上限之間，灌封在過程適配器的操作溫度上的高熱膨脹可能在外殼 120中導(dǎo)致高的內(nèi)部壓力。對(duì)于一些實(shí)施例，初始使用22攝氏度的灌封固化溫度。作為參考，無線過程通信適配器的操作溫度的上限是大約85攝氏度。在22攝氏度下和在操作溫度上限下的硅樹脂灌封材料之間的熱膨脹的差異導(dǎo)致在外殼120中產(chǎn)生大約9000psi的壓強(qiáng)。該壓強(qiáng)足夠大到擠壓無線過程適配器中的電子裝置組件，比如電解電容器。盡管還確定可以通過簡單地增加灌封固化溫度來降低壓強(qiáng)，然而這對(duì)于硅樹脂灌封材料對(duì)電路板的粘性產(chǎn)生負(fù)面影響。如圖4所示，使用硅樹脂底層漆，觀察到在硅樹脂灌封和電路板之間的大約 40psi的粘性評(píng)級(jí)。在不使用任何底層漆的情況下，在電路板和硅樹脂灌封之間的粘性是大約7. 5psi。在噴涂了脫模劑時(shí)，在硅樹脂灌封材料和鋁外殼之間的粘性被確定為大約 17. 5psi。在不使用脫模劑的情況下，在鋁外殼和硅樹脂灌封材料之間的粘性大約是8psi。 此外，在噴涂了 PTFE脫模劑時(shí)，在硅樹脂制模材料和鋁外殼之間的粘性是大約7. 5psi。最
7后，在噴涂了卵磷脂脫模劑時(shí)，在鋁外殼和硅樹脂脫模劑之間的粘性是大約2. 5psi。當(dāng)然， 向電路板噴涂或以其他方式提供硅樹脂底層漆將確保硅樹脂灌封材料和板之間的粘性遠(yuǎn)高于鋁和硅樹脂灌封材料之間的粘性。然而，如圖4所示，硅樹脂底層漆過多的增加了對(duì)電路板的粘性，其導(dǎo)致將電子裝置組件固定到電路板的焊接結(jié)合處的偶爾失效。然而，在鋁外殼上使用卵磷脂脫模劑時(shí)，與硅樹脂灌封的粘性小于與未涂底層漆的電路板的粘性。為了平衡對(duì)增強(qiáng)硅樹脂對(duì)電路板的粘性的低溫固化的需要，同時(shí)依然避免擠壓較大的電子裝置組件，比如電解電容器，添加聚乙烯泡沫層以在環(huán)境溫度高于灌封的固化溫度時(shí)保護(hù)這種組件。圖3概略性地示出了在電路板132上支撐的電解電容器154。置于電解電容器巧4和硅樹脂灌封材料130之間的是聚乙烯泡沫墊184。盡管根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以使用其他材料，選擇聚乙烯是基于其可壓縮性和與兩部分硅樹脂灌封材料的兼容性。難以壓縮的泡沫將必須更厚，以吸收壓力，且與硅樹脂灌封材料不兼容的泡沫將導(dǎo)致硅樹脂的不能固化(不能固化導(dǎo)致硅樹脂保持液態(tài)而不是固態(tài)化)。附加地，如引用標(biāo)號(hào)186 所概略性示出的，還可以由泡沫墊來保護(hù)組件的側(cè)向側(cè)壁?？蛇x的側(cè)壁泡沫可以具有套筒的形式，或具有其他合適的形狀，其大小遵循電子裝置組件的外周界。圖5是各種實(shí)驗(yàn)所需的硅樹脂灌封固化溫度對(duì)灌封粘性和泡沫量的圖，其給出了本發(fā)明的實(shí)施例的來源。如圖5所示，灌封粘性強(qiáng)度在從大約22. 5攝氏度的具有大約 8. 4psi的粘性到大約85攝氏度固化的硅樹脂灌封材料的大約1. 2psi的灌封粘性強(qiáng)度之間變化。這在圖5的線190處示出。附加地，區(qū)域192示出了灌封對(duì)電路板的粘性不夠高的結(jié)果，不足以作為可接受的結(jié)果。附加地，保護(hù)無線過程適配器中的電子裝置組件免受熱壓縮力所需的最小泡沫厚度從大約22攝氏度的固化溫度下的5/16英寸到60攝氏度固化的硅樹脂灌封材料所需的1/16英寸的泡沫絕緣。作為該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇50攝氏度的硅樹脂固化溫度且選擇1/8英寸的聚乙烯泡沫墊厚度，以保護(hù)無線過程通信適配器中的較大電子裝置組件。然而如圖5所示，可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)泡沫墊厚度和硅樹脂灌封材料固化溫度的其他組合。更具體地，圖5示出了從在大約45攝氏度的灌封溫度與泡沫厚度在大約7/32英寸的泡沫厚度的級(jí)別的可接受結(jié)果，到在大約55攝氏度的硅樹脂灌封材料以及1/16英寸的聚乙烯泡沫墊厚度處提供的可接受結(jié)果。盡管已通過優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出形式和細(xì)節(jié)方面的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無線過程通信適配器，所述適配器包括金屬外殼，具有第一端和第二端，且在所述第一端和所述第二端之間限定腔，所述第一端具有耦合到所述第一端的RF透過性天線罩，所述第二端具有被配置為連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器；至少一個(gè)電路板，置于所述腔中，所述電路板至少承載無線過程通信電路； 多根線，耦合到所述至少一個(gè)電路板，并延伸通過所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器；以及硅樹脂灌封，實(shí)質(zhì)上填充了所述腔中未由所述至少一個(gè)電路板和所述無線過程通信電路所占據(jù)的全部容積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適配器，其中，所述硅樹脂灌封是兩部分硅樹脂灌封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適配器，還包括涂在所述金屬外殼內(nèi)表面上的脫模劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適配器，其中，所述脫模劑是卵磷脂脫模劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適配器，還包括在所述至少一個(gè)電路板上的至少一個(gè)電子組件與所述金屬外殼之間放置的泡沫墊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適配器，其中，所述泡沫墊是用聚乙烯構(gòu)建的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適配器，還包括環(huán)繞所述至少一個(gè)電子組件的泡沫外罩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適配器，還包括在所述至少一個(gè)電路板上的至少一個(gè)電子組件與所述金屬外殼之間放置的泡沫墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適配器，其中，所述泡沫墊是用聚乙烯構(gòu)建的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適配器，還包括環(huán)繞所述至少一個(gè)電子組件的泡沫外罩。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適配器，其中，所述硅樹脂灌封在大約50攝氏度處固化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適配器，其中，所述硅樹脂灌封在大約50攝氏度處固化。
13.—種制造無線過程通信適配器的方法，所述方法包括 提供金屬外殼、天線罩、以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器；提供具有無線通信電路的至少一個(gè)電路板； 向所述外殼的內(nèi)表面涂脫模劑； 將所述至少一個(gè)電路板置于所述外殼中； 將所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器附加在所述金屬外殼上； 將所述天線罩耦合到所述金屬外殼上； 準(zhǔn)備兩部分硅樹脂灌封材料； 用所述兩部分硅樹脂灌封材料填充所述外殼；以及固化所述兩部分硅樹脂。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在大約50攝氏度處執(zhí)行對(duì)所述兩部分硅樹脂的固化。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法制造的無線過程通信適配器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(12)的無線過程通信適配器(14、30)。所述適配器(14、30)包括金屬外殼(120)，具有第一端和第二端。在所述第一端和所述第二端之間限定腔(130)。將射頻透過性天線罩(124)耦合到所述第一端。所述第二端具有被配置為連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(12)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器(123)。將至少一個(gè)電路板(132、134)置于所述腔(130)中。所述電路板(132、134)至少承載無線過程通信電路(154)。將多根線(158、160)耦合到所述至少一個(gè)電路板(132、134)，并延伸通過所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接器(123)。硅樹脂灌封(136)實(shí)質(zhì)上填充了所述腔(130)中未由所述至少一個(gè)電路板(132、134)和所述無線過程通信電路(154)所占有的全部容積。
文檔編號(hào)H05K5/06GK102369792SQ201080012850
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者喬爾·D·萬德拉, 大衛(wèi)·M·斯特雷 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司