כיצד לבחור מחזק סוללות תא-כפתור עבור מקסימום זעזועים ורעידות, וקלות החלפה

תאי כפתור ליתיום כמו CR2032 מצאו את דרכם למגוון של יישומי אלקטרוניקה ניידים, שרבים מהם ידרשו החלפת סוללה. כדי להיות ידידותיים למשתמש הסופי, המתכננים חייבים להבטיח שתאי כפתור מורכבים בתוך מחזקי הסוללות כך שהחלפת הסוללה היא פשוטה ומהירה. יחד עם זאת, מחזק הסוללה חייב להיות בעל תכן חסון השומר על חיבור טוב לתא גם בנוכחות זעזועים ורעידות. מחזקי תא-כפתור חייבים גם להציע ריתוק בטוח של התא ולהגן מפני קצר חשמלי בשוגג.

בצד הייצור, תושבות התא חייבות להיות מתוכננות לייצור אוטומטי של Pick-and-Place עם הפרדה ברורה של החיבורים. תכני ההרכבה לתא צריכים להיות זמינים עבור הרכבה-משטחית או חור-עובר.

מאמר זה בוחן את העיקרון מאחורי מחזקי סוללות אלה, סוקר את המאפיינים והיתרונות הייחודיים שלהם, וסוקר את שיקולי התכנון בעת בחירת מחזקי סוללות תא כפתור. לאחר מכן הוא מציג ומראה כיצד ליישם את סדרת Snap Dragon‏ של מחזקי תא-כפתור מבית Memory Protection Devices‏ (MPD‏) המשתמשים בכיסוי לא-מוליך בהצמדה (Snap-in‏) כדי להתמודד עם חששות המתכננים.

העיקרון של Snap Dragon‏

כדי לתת מענה לדרישות התכנון הללו, MPD הציגה את סדרת Snap Dragon, קטגוריה חדשה לגמרי של מחזקי תא-כפתור. אלו מגדילים ביותר את האמינות של מחזקי תא-כפתור פתוחים-מלמעלה הודות לשימוש בכיסוי ננעל בהצמדה (Snap-on) המונע מזעזועים, רעידות ונפילות מלהוציא ממקומו את התא או לגרום לחיבורים לסירוגין. כדי לעמוד בדרישה של ידידותית-למשתמש, ניתן עדיין להסיר את הכיסוי ב"הקפצה", המאפשרת החלפת סוללה מהירה וקלה.

עבור הייצור, הבסיס של פולימר גביש נוזלי (LCP) של ההתקן עמיד בפני תהליכי הלחמת Reflow‏ בטמפרטורה גבוהה. כיסוי ה- Snap-In מיועד לא רק לקלות השימוש, אלא שהשימוש שלו בחומר פוליפרופילן משמעותו היא היותו חזק וגמיש דיו כדי לאפשר החלפות סוללות רבות לאורך זמן. אפילו עם תכונות אלה, מחזקי Snap Dragon שומרים על פרופיל נמוך ביותר, ובדרך כלל מוסיפים רק 1 מילימטר (מ"מ) לסוללת תא הכפתור מעל לוח המעגלים המודפסים.

במבט מקרוב, מחזקי סוללות תא-כפתור Snap Dragon משתמשים בתכן של שני חלקים המורכב מרתק סוללה נצמד ובסיס תואם, אשר יחד מחזיקים את התא (איור 1).

איור 1: מחזקי תא-כפתור Snap Dragon משתמשים בתכן של שני חלקים המורכב מבסיס ורתק סוללה לא-מוליך נצמד כדי להבטיח פעולה אמינה אפילו בנוכחות זעזועים ורעידות. (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

לאחר שהכיסוי הוצמד למקומו, סוללת תא-הכפתור נעולה לחלוטין, וה- Snap Dragon מספק חיבורים מצוינים ואמינים.

בעוד שכמה מחזקי תא-כפתור עם אמינות גבוהה יכולים להפוך את התקנת והחלפת הסוללה למשתמש קשים או בלתי-אפשריים, מחזקי Snap Dragon מתוכננים להציע תהליך קל ואינטואיטיבי. תכן Snap Dragon‏ הוא בהליכי רישום פטנט והוא התוספת החדשה ביותר לסל הפטנטים הרחב של MPD של טכנולוגיות מחזקי סוללות.

מחזקי תא-כפתור Snap Dragon‏ זמינים בשני גדלים שונים כדי להתאים עבור סוללות BR/CR2032‏ ו- BR/CR1225‏ בכיווניות אופקית או אנכית. ניתן לספק אותם עם לשוניות עבור הלחמה בטכנולוגיית הרכבה-משטחית (SMT‏) או עם פינים עבור הרכבת חור-עובר על לוח המעגלים המודפסים. תאים אלה מציעים עד בערך 220 מיליאמפר-שעה (mAh) של הספק והם קטנים למדי, מה שהופך אותם למושלמים עבור מעגלים עם דרישות הספק נמוכות בהתקנים ניידים נישאים-ביד (איור 2).

איור 2: מחזק תא-כפתור מותקן בהרכבה-משטחית Snap Dragon המראה את רתק הסוללה מוצמד למקומו ומחזיק תא-כפתור בגודל 20 מ"מ לבסיס. (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

רכיב הבסיס

למחזקי תא-כפתור Snap Dragon‏ יש בסיס העשוי מפלסטיק של פולימר גביש נוזלי (LCP) באיכות גבוהה שהוא דק וחזק גם יחד. הוא גם מסוגל לעמוד בטמפרטורות הגבוהות הקשורות לתהליכי הלחמת SMT. המחזק מדורג עבור תחום טמפרטורות של 40°C- עד 280°C+. בסיס ה- LCP מספק גם עמידות מצוינת מפני כימיקלים ויכול לעמוד בתנאי סביבה קשים.

בסיס ה- Snap Dragon מיוצר עם מגעי לחץ כפולים של ברונזה זרחנית מצופה ניקל עם התזת (Flash‏) זהב עבור מוליכות חשמלית מצוינת. זה גם מספק הגנה נוספת מפני קורוזיה בעת מגע עם אלקטרודות הפלב"ם מצופות ניקל של תא-הכפתור. מגעי הלחץ הכפולים מציעים לא רק התנגדות חשמלית נמוכה ביותר, אלא גם מספקים התאמה הדוקה כדי לסייע במניעת יציאת תא-הכפתור ממקומו כתוצאה מזעזועים, רעידות או טיפול לא-נכון (איור 3).

איור 3‏: מגעי לחץ כפולים על בסיס בהרכבה-משטחית מבית MPD. (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

הבסיס המוצג באיור 3 הוא BHSD-2032-SM‏ מבית Memory Protection Devices. זהו בסיס בהרכבה-משטחית עם כיווניות אופקית עבור תא-כפתור CR2032. מגעי הלחץ הכפולים מוצגים בצורה ברורה.

מחזקי התא Snap Dragon מסוגלים לספק את כל היתרונות הללו תוך שמירה על פרופיל נמוך ביותר.

רתק תא-הכפתור

הרכיב השני של מחזקי התא סדרת Snap Dragon הוא רתק התא השקוף העשוי מפוליפרופילן (PP) או כיסוי המספק ריתוק סוללה אמין. חזק וגמיש גם יחד, קלות השימוש של הכיסוי נובעת מהשימוש בלשוניות גמישות המאפשרות להסיר ולהתקין מחדש בקלות את כיסוי מחזק הסוללה מספר פעמים מבלי לעוות את הפלסטיק.

הרתק התואם עבור הבסיס המוצג באיור 3‏ הוא ה- BHSD-2032-COVER‏ מבית MPD (איור 4‏).

איור 4: הכיסוי התואם לבסיס מחזק תא-כפתור המוצג באיור 3. (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

בדיקת אמינות מחזק התא

בדיקת האמינות עבור בסיס מחזק BHSD-2032-SM כוללת רעידות Swept-Sine‏ (10-50-10 הרץ (Hz)) במשך שעה בכל אחד מהצירים האורתוגונליים מבלי שהתא יצא ממקומו וללא איבוד רציפות מגע העולה על 10 מיקרו-שניות (ms). ההתקנים נתונים גם לבדיקת זעזועים של g‏ 150 חצי-סינוס, כולל שלושה זעזועים בכל כיוון בכל ציר ובסה"כ 18 פולסי זעזועים ללא עדות לנזק פיזי. הבדיקה הסביבתית המכנית הסופית היא בדיקת נפילה של מטר אחד, שוב ללא יציאה מהמקום של תא הסוללה.

לכל מחזקי תא-כפתור Snap Dragon יש מפרטי בדיקה דומים, המעניקים הבטחה לאמינותם.

תצורות Snap Dragon

מחזקי תא-כפתור Snap Dragon‏ זמינים במגוון של תצורות. ה- BHSD-2032-SM שהוזכר קודם לכן הוא מחזק בהרכבה-משטחית המיועד עבור התקנה אופקית. ה- BVSD-2032-PC עם הרתק שלו, ה- BVSD-2032-COVER, מייצג כיווניות תא אנכית באמצעות הרכבת חור-עובר על לוח המעגלים המודפסים (איורים 5a ו- 5b).

איור 5: ה- (BVSD-2032-PC‏ (a) הוא מחזק תא עם כיווניות אנכית באמצעות הרכבת חור-עובר, ביחד עם הרתק שלו, ה- BVSD-2032-COVER‏ (b). (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

גרסות חור-עובר של מחזקי תא Snap Dragon‏ משתמשים בפינים ולא בפדי הלחמה אך חוץ מזה הם זהים במבנה שלהם לגרסות הרכבה-משטחית.

בנוסף למחזקי תא-כפתור בקוטר 20 מ"מ, לחברת MPD יש גם מחזקים לתאי כפתור בקוטר 12 מ"מ (איור 6); המבדל העיקרי הוא קיבולת הסוללה.

איור 6‏: מחזק תא סוללה 12 מ"מ (a) יחד עם הרתק שלו (b). (מקור התמונה: Memory Protection Devices)

ה- BHSD-1225-SM‏ (מוצג באיור 6a לעיל) מתוכנן להכיל תאי-כפתור BR/CR1225 בתצורה של הרכבה-משטחית אופקית. קיימת גם גרסה המיועדת עבור הרכבת חור-עובר. לשתי הגרסות יש את אותו רתק כיסוי BHSD-1225-COVER‏ (b).

תאימות רגולטורית ויישום

עבור יישומים המיועדים להפצה כלל-עולמית, חשוב לדעת שפלסטיק LCP המשמש במחזקי תא Snap Dragon הוא ידידותי לסביבה, נטול הלוגן ונטול PFOA, ובתאימות מלאה לתקנות SVHC, REACH, RoHS ו- WEEE.

משפחת Snap Dragon של מחזקי תא-כפתור מתאימה עבור מוצרים רפואיים קומפקטיים נישאים-ביד ויישומים אחרים שבהם חשובות האמינות, העמידות וקלות השימוש.

מחזקי תא-כפתור Snap Dragon‏ תואמים ביותר עם סוגים שונים של מחזורי סטריליזציה הנפוצים ביישומים רפואיים. כאן, תכונת ההצמדה של שני חלקים חשובה במיוחד מכיוון שייתכן ויהיה צורך להסיר את הסוללה לפני הסטריליזציה, שכן טמפרטורות מחזור הסטריליזציה עשויות לחרוג מהדירוג המקסימלי של הסוללה עבור חשיפה לחום.

סיכום

הבחירה והשילוב של מחזקי סוללות דורשים בחינה מדוקדקת של מפרטי היישום הסופי ומודל השימוש. גודל הסוללה, כיווניות הסוללה, תאימות מיקום אוטומטית, תאימות רגולטורית וקלות החלפת הסוללה הם השיקולים העיקריים, ביחד עם העלות הכוללת. מחזקי תא-כפתור Snap Dragon מבית MPD מציעים ריתוק סוללה אמין בעלות נמוכה עבור תאי סוללות BR/CR2032 ו-BR/CR1225, אפילו במקרים של נפילות, רעידות או זעזועים. הכול תוך הענקת אפשרות להחלפה קלה של סוללת תא-הכפתור.