Cómo seleccionar un soporte para pilas tipo botón para evitar al máximo los golpes y las vibraciones, y facilitar su sustitución

Las pilas de litio, como la CR2032, han encontrado su camino en una multitud de aplicaciones electrónicas portátiles, muchas de las cuales requerirán la sustitución de las pilas. Para que el usuario final se sienta cómodo, los diseñadores deben asegurarse de que las pilas tipo botón se monten en soportes de pilas que faciliten y agilicen su sustitución. Al mismo tiempo, el portapilas debe tener un diseño resistente que mantenga una buena conexión con la célula incluso en presencia de golpes y vibraciones. Los portapilas también deben ofrecer una retención segura de la pila tipo botón y protegerla contra cortocircuitos involuntarios.

En cuanto a la fabricación, los soportes de las pilas deben estar diseñados para una producción automatizada de tipo "pick and place" (tomar y colocar) con una clara separación de las conexiones. Los diseños de montaje de las pilas deben estar disponibles con montaje en superficie o a través de agujeros.

En este artículo se analiza el concepto de estos portapilas, se repasan sus características y ventajas exclusivas y se revisan las consideraciones de diseño a la hora de seleccionar los portapilas tipo botón. A continuación, presenta y muestra cómo aplicar la serie Snap Dragon de soportes de celdas tipo botón de Memory Protection Devices (MPD) que utilizan una cubierta no conductora y de encaje a presión para resolver las preocupaciones de los diseñadores.

El concepto de Snap Dragon

Para responder a estos requisitos de diseño, MPD ha introducido la serie Snap Dragon, una categoría completamente nueva de portapilas. Aumentan en gran medida la fiabilidad de los portapilas de tapa abierta mediante el uso de una cubierta de cierre a presión que evita que los golpes, las vibraciones y las caídas desplacen la célula o provoquen conexiones intermitentes. Para cumplir con la exigencia de facilidad de uso, la cubierta se puede retirar en un "chasquido", lo que permite cambiar la pila de forma rápida y sencilla.

Para su fabricación, la base de polímero de cristal líquido (LCP) del dispositivo tolera los procesos de soldadura por reflujo a alta temperatura. La cubierta a presión no solo está diseñada para facilitar su uso, sino que su uso de material de polipropileno significa que es lo suficientemente fuerte y flexible como para permitir múltiples reemplazos de la pila con el tiempo. Incluso con estas características, los soportes Snap Dragon mantienen un perfil muy bajo, añadiendo normalmente solo 1 milímetro (mm) a la pila de tipo botón por encima de la placa de circuito impreso.

Si se observa con detenimiento, los soportes para pilas tipo botón de Snap Dragon utilizan un diseño de dos piezas que consiste en un retenedor de pilas a presión y una base de acoplamiento, que juntos sujetan la pila (Figura 1).

Figura 1: Los portapilas tipo botón Snap Dragon utilizan un diseño de dos piezas que consiste en una base y un retenedor de pilas no conductor a presión para garantizar un funcionamiento fiable incluso en presencia de golpes y vibraciones. (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

Con la tapa encajada, la pila de tipo botón queda completamente bloqueada, asegurando que el Snap Dragon proporciona una conexión excelente y fiable.

Mientras que algunos portapilas de alta fiabilidad pueden dificultar o imposibilitar la instalación y sustitución de la pila por parte del usuario, el portapilas Snap Dragon está diseñado para ofrecer un proceso fácil e intuitivo. El diseño de Snap Dragon está pendiente de patente y es la última incorporación a la cartera de tecnologías de portapilas de MPD.

Los soportes para pilas tipo botón Snap Dragon están disponibles en dos tamaños diferentes para adaptarse a las pilas BR/CR2032 y BR/CR1225 en orientación horizontal o vertical. Pueden suministrarse con lengüetas para soldar con tecnología de montaje en superficie (SMT) o con clavijas para el montaje con orificio pasante en una placa de circuito impreso. Estas pilas ofrecen hasta aproximadamente 220 miliamperios-hora (mAh) de potencia y son bastante pequeñas, lo que las hace perfectas para circuitos con bajos requisitos de potencia en dispositivos portátiles de mano (Figura 2).

Figura 2: Un portapilas tipo botón con montaje en superficie Snap Dragon montado, mostrando el retenedor de la pila encajado en su lugar, sujetando una pila tipo botón de 20 mm a la base. (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

El componente base

Los portapilas de tipo botón Snap Dragon tienen una base de plástico de cristal líquido virgen de alta calidad, que es a la vez fino y resistente. También es capaz de soportar las altas temperaturas asociadas a los procesos de soldadura SMT. El soporte está preparado para un rango de temperatura de -40 °C a 280 °C. La base de LCP también ofrece una excelente resistencia química y puede soportar condiciones ambientales adversas.

La base de Snap Dragon está fabricada con contactos de presión dobles de bronce fosforado niquelado con un revestimiento de oro flasheado para una excelente conductividad eléctrica. Esto también proporciona una mayor protección contra la corrosión al entrar en contacto con los electrodos de acero inoxidable niquelado de la pila de monedas. Los contactos de doble presión no solo ofrecen una resistencia eléctrica extremadamente baja, sino que también proporcionan un ajuste perfecto para ayudar a evitar que la pila tipo botón se disloque como resultado de golpes, vibraciones o un mal manejo (Figura 3).

Figura 3: Se muestran los contactos de presión dobles en una base con montaje en superficie MPD. (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

La base que se muestra en la figura 3 es un dispositivo BHSD-2032-SM de Memory Protection Devices. Es una base de montaje en superificie orientada horizontalmente para una pila tipo botón CR2032. Los contactos de doble presión se muestran claramente.

Las portapilas Snap Dragon son capaces de proporcionar todas estas ventajas manteniendo un perfil extremadamente bajo.

El retenedor de pilas tipo botón

El segundo componente de los portapilas de la serie Snap Dragon es el retenedor o cubierta de polipropileno (PP) translúcido que ofrece una retención fiable de las pilas. Resistente y flexible a la vez, la facilidad de uso de la cubierta se debe a la utilización de lengüetas flexibles que permiten retirar y volver a instalar fácilmente la cubierta del portapilas varias veces sin deformar el plástico.

El retenedor de acoplamiento para la base mostrada en la Figura 3 es el BHSD-2032-COVER de MPD (Figura 4).

Figura 4: La tapa correspondiente a la base del portapila tipo botón que se muestra en la Figura 3. (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

Pruebas de fiabilidad del portaceldas

Las pruebas de fiabilidad de la base del soporte BHSD-2032-SM incluyen pruebas de vibración sinusoidal de barrido (10-50-10 hercios (Hz)) durante una hora en cada uno de los ejes ortogonales sin que se produzca un desprendimiento de las pilas ni una pérdida de continuidad de los contactos superior a 10 microsegundos (ms). Los dispositivos también se someten a pruebas de choque de 150 g y medio seno, incluyendo tres choques en cada dirección en cada eje para un total de 18 pulsos de choque sin evidencia de daño físico. La última prueba mecánica ambiental es una prueba de caída de un metro, de nuevo sin que la celda de la batería se desprenda.

Todos los portapilas tipo moneda de Snap Dragon tienen especificaciones de prueba similares, lo que garantiza su fiabilidad.

Configuraciones de Snap Dragon

Los portapilas Snap Dragon están disponibles en varias configuraciones. El ya mencionado BHSD-2032-SM es un soporte de montaje en superficie destinado a la instalación horizontal. El BVSD-2032-PC con su retenedor, el BVSD-2032-COVER, representa una orientación vertical de la pila utilizando el montaje de la placa de PC a través de agujeros (Figuras 5a y 5b).

Figura 5: El BVSD-2032-PC (a) es un portapilas orientado verticalmente que utiliza un montaje de orificio pasante, junto con su retenedor, el BVSD-2032-COVER (b). (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

Las versiones con orificios pasantes de los portapilas Snap Dragon utilizan clavijas en lugar de almohadillas para soldar, pero por lo demás son idénticas a las versiones de montaje en superficie.

Además de los portapilas tipo botón de 20 mm de diámetro, MPD incluye portapilas tipo botón de 12 mm (Figura 6); el diferenciador clave es la capacidad de la batería.

Figura 6: Un portapilas de 12 mm (a) junto con su retenedor (b). (Fuente de la imagen: Memory Protection Devices)

El BHSD-1225-SM (mostrado en la Figura 6a) está diseñado para alojar pilas de tipo botón BR/CR1225 y está configurado para el montaje horizontal en superficie. También existe una versión destinada al montaje de agujeros pasantes. Ambos comparten un retenedor de cubierta común en el BHSD-1225-COVER (b).

Cumplimiento y aplicación de la normativa

Para las aplicaciones destinadas a la distribución mundial, es importante saber que el plástico LCP utilizado en los portapilas Snap Dragon es respetuoso con el medio ambiente, no contiene halógenos ni PFOA, y cumple plenamente las normativas SVHC, REACH, RoHS y WEEE.

La familia de portapilas tipo celda Snap Dragon es adecuada para productos médicos compactos de mano y otras aplicaciones en las que la fiabilidad, la durabilidad y la facilidad de uso son importantes.

Los portapilas Snap Dragon son altamente compatibles con varios tipos de ciclos de esterilización comunes en aplicaciones médicas. En este caso, su característica de encaje de dos piezas es especialmente valiosa, ya que es posible que haya que retirar la pila antes de la esterilización, ya que las temperaturas del ciclo de esterilización pueden superar la clasificación máxima de la pila para la exposición al calor.

Conclusión:

La selección e integración de los portapilas requiere una cuidadosa consideración de las especificaciones de la aplicación final y del modelo de uso. El tamaño de la batería, la orientación, la compatibilidad con la colocación automatizada, el cumplimiento de la normativa y la facilidad de sustitución de la batería son las principales preocupaciones, junto con el costo global. Los portapilas tipo botón Snap Dragon de MPD ofrecen una retención fiable y de bajo costo para las pilas BR/CR2032 y BR/CR1225, incluso en presencia de caídas, vibraciones o golpes. Todo ello permitiendo una fácil sustitución de las pilas tipo botón.