Como selecionar um porta-baterias de célula de moeda para o máximo choque e vibração, e facilidade de substituição

Células de moedas de lítio como a CR2032 encontraram seu caminho para uma infinidade de aplicações eletrônicas portáteis, muitas das quais exigirão a substituição da bateria. Para serem fáceis de usar, os projetistas devem garantir que as células de moeda sejam montadas em porta-baterias que tornem a substituição da bateria simples e rápida. Ao mesmo tempo, o porta-baterias deve ter um design robusto que mantenha uma boa conexão com a célula, mesmo na ocorrência de choque e vibração. O porta-células também devem oferecer fixação segura da célula e proteção contra curto-circuitos inadvertidos.

No que diz respeito a fabricação, o porta-células deve ser projetado para a produção automatizada de pick-and-place com uma clara separação das conexões. Os projetos de montagem das células devem estar disponíveis para montagem em superfície ou de furo passante.

Este artigo analisa o conceito por trás desses porta-baterias, revisa suas características e benefícios exclusivos, além de reavaliar considerações de design ao selecionar o porta-baterias de célula de moeda. Em seguida, apresenta e mostra como aplicar a série Snap Dragon de porta-células de moedas da Memory Protection Devices (MPD) que utilizam uma tampa de encaixe, não condutora para atender às preocupações dos projetistas.

O conceito Snap Dragon

Para atender a essas exigências de projeto, a MPD introduziu a série Snap Dragon, uma categoria totalmente nova de porta-células. Estes aumentam muito a confiabilidade dos porta-células de moedas de topo aberto através do uso de uma tampa de encaixe e travamento que evita choques, vibrações e quedas que desalojam a célula ou causam conexões intermitentes. Para atender às exigências de facilidade de uso, a tampa ainda pode ser removida com um "estalo", permitindo a substituição rápida e fácil da bateria.

Para a fabricação, a base de polímero de cristal líquido (LCP) do dispositivo é tolerante a processos de solda por refluxo a alta temperatura. A tampa de encaixe não foi projetada apenas para facilitar o uso, o uso do material de polipropileno significa que é forte e flexível o suficiente para permitir várias substituições de bateria ao longo do tempo. Mesmo com estas características, os suportes Snap Dragon mantêm um perfil muito baixo, normalmente adicionando apenas 1 milímetro (mm) à bateria da célula acima da placa de circuito impresso.

Dando uma olhada mais de perto, o porta-baterias de célula Snap Dragon usa um design de duas peças que consiste em um retentor de bateria de encaixe e uma base de acoplamento, que juntos seguram a célula (Figura 1).

Figura 1: O porta-células Snap Dragon usa um design de duas peças que consiste de uma base e um retentor de bateria não condutiva de encaixe para garantir uma operação confiável, mesmo na ocorrência de choque e vibração. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

Com a tampa encaixada, a célula de moeda está completamente trancada, garantindo que o Snap Dragon forneça uma conexão excelente e confiável.

Enquanto alguns porta-células de alta confiabilidade podem dificultar ou impossibilitar a instalação e substituição da bateria pelo usuário, o porta-células Snap Dragon foi projetado para oferecer um processo fácil e intuitivo. O projeto do Snap Dragon está pendente de patente e é o lançamento mais recente ao portfólio de tecnologias de porta-baterias da MPD.

O porta-células Snap Dragon está disponível em dois tamanhos diferentes, para caber as células BR/CR2032 e BR/CR1225 tanto na orientação horizontal quanto na vertical. Eles podem ser fornecidos com abas para soldas SMT (tecnologia de montagem em superfície) ou pinos para montagem através de furo passante em uma placa de circuito impresso. Estas células oferecem até aproximadamente 220 mAh de alimentação e são bastante pequenas, tornando-as perfeitas para circuitos com requisitos de potência baixa em dispositivos portáteis (Figura 2).

Figura 2: Um porta-células de moeda Snap Dragon montado para montagem em superfície, mostrando o retentor da bateria encaixado, segurando uma célula de moeda de 20 mm na base. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

O componente básico

O porta-células Snap Dragon possui uma base feita de plástico polimérico de cristal líquido virgem de alta qualidade, que é ao mesmo tempo fina e forte. Também é capaz de suportar as altas temperaturas associadas aos processos de soldagem SMT. O suporte foi dimensionado para uma faixa de temperatura de -40 °C a 280 °C. A base LCP também oferece excelente resistência química e pode resistir a condições ambientais adversas.

A base Snap Dragon é fabricada com dois contatos de pressão de bronze fosforoso niquelado com um revestimento de ouro reluzente para uma excelente condutividade elétrica. Isto também fornece proteção adicional contra corrosão, ao entrar em contato com os eletrodos de aço inoxidável niquelado da célula de moedas. Os dois contatos de pressão não só oferecem resistência elétrica extremamente baixa, mas também proporcionam um encaixe justo para ajudar a evitar que a célula de moeda seja deslocada como resultado de choque, vibração ou manuseio inadequado (Figura 3).

Figura 3: São mostrados os dois contatos de pressão em uma base de montagem em superfície da MPD. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

A base mostrada na Figura 3 é um BHSD-2032-SM da Memory Protection Devices. É uma base de montagem em superfície com orientação horizontal para uma célula de moedas CR2032. Os dois contatos de pressão são mostrados de forma clara.

O porta-células Snap Dragon é capaz de proporcionar todas essas vantagens, mantendo um perfil extremamente baixo.

O retentor da célula

O segundo componente do porta-células da série Snap Dragon é a tampa ou o retentor da célula de polipropileno translúcido (PP) que proporciona retenção confiável da bateria. Tanto forte quanto flexível, a facilidade de uso da tampa vem do uso de abas dobráveis que permitem que a tampa retentora da bateria seja facilmente removida e reinstalada várias vezes, sem distorcer o plástico.

O retentor de acoplamento para a base mostrado na Figura 3 é o BHSD-2032-COVER da MPD (Figura 4).

Figura 4: A tampa acopladora para a base do porta-células mostrado na Figura 3. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

Teste de confiabilidade do porta-células

O teste de confiabilidade da base do suporte BHSD-2032-SM inclui testes de vibração senoidal com varredura (10-50-10 hertz (Hz)) por uma hora em cada um dos eixos ortogonais, sem deslocamento da célula e sem perda de continuidade do contato maior que 10 microssegundos (ms). Os dispositivos também estão sujeitos a teste de choque de meia-onda a 150 g, incluindo três choques em cada direção sobre cada eixo para um total de 18 pulsos de choque, sem evidência de danos físicos. O teste mecânico final é um teste de queda de um metro, novamente sem deslocamento da célula da bateria.

Todos os porta-células Snap Dragon têm especificações de teste similares, proporcionando garantia de sua confiabilidade.

Configurações do Snap Dragon

O porta-células Snap Dragon está disponível em uma variedade de configurações. O anteriormente mencionado BHSD-2032-SM é um suporte de montagem em superfície destinado à instalação horizontal. O BVSD-2032-PC com seu retentor, o BVSD-2032-COVER, representa uma orientação vertical da célula usando a montagem por furo passante na placa de circuito impresso (Figuras 5a e 5b).

Figura 5: O (a) BVSD-2032-PC é um porta-células orientado verticalmente usando montagem por furo passante, juntamente com seu retentor, o (b) BVSD-2032-COVER. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

As versões de furo passante do porta-células Snap Dragon usam pinos em vez de eletrodos de solda, mas são idênticas em construção às versões de montagem em superfície.

Além de suportes para células de moedas de 20 mm de diâmetro, a MPD inclui suportes para células de moedas de 12 mm (Figura 6); a diferença principal é a capacidade da bateria.

Figura 6: Um (a) porta-células de bateria de 12 mm junto com seu (b) retentor. (Fonte da imagem: Memory Protection Devices)

O BHSD-1225-SM (mostrado na Figura 6a acima) foi concebido para acomodar células de moedas BR/CR1225 e está configurado para montagem horizontal em superfície. Há também uma versão disponível destinada à montagem por furo passante. Ambos compartilham um retentor da tampa comum no (b) BHSD-1225-COVER.

Conformidade regulamentar e aplicação

Para aplicações destinadas à distribuição global, é importante saber que o plástico LCP usado no porta-células Snap Dragon é ecologicamente correto, livre de halogênio e PFOA, e em total conformidade com os regulamentos SVHC, REACH, RoHS e WEEE.

A família Snap Dragon de porta-células de moedas é adequada para produtos médicos portáteis compactos e outras aplicações onde confiabilidade, durabilidade e facilidade de uso são importantes.

O porta-células Snap Dragon é altamente compatível com vários tipos de ciclos de esterilização comuns em aplicações médicas. Aqui, sua característica de encaixe de duas peças é especialmente valiosa, pois a bateria pode ter que ser removida antes da esterilização, visto que as temperaturas do ciclo de esterilização podem exceder o dimensionamento máximo da bateria para exposição ao calor.

Conclusão

A seleção e integração de porta-baterias requer uma cuidadosa consideração das especificações finais da aplicação e do modelo de uso. Tamanho da bateria, orientação, compatibilidade de colocação automática, conformidade regulamentar e facilidade de substituição da bateria são preocupações primordiais, juntamente com o custo total. O porta-células Snap Dragon da MPD oferece custo baixo e retenção confiável da bateria para células BR/CR2032 e BR/CR1225, mesmo na ocorrência de quedas, vibração ou choque. Tudo isso permitindo uma fácil substituição da célula.