ES2269565T3 - Procedimiento y dipositivo para soldar componentes electricos a una lamina de plastico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para soldar componentes eléctricos (2, 3) a puntos de soldadura dotados de material de aportación sobre una lámina de plástico (1) dotada de pistas conductoras aplicados, caracterizado porque la lámina de plástico (1) se calienta desde la cara opuesta a los componentes (2, 3) por debajo de su temperatura de deterioro y después del calentamiento la cara opuesta a los componentes (2, 3) se aísla térmicamente y, a continuación, la cara orientada a los componentes es sometida a un flujo de gas caliente (9) que se concentra sobre los puntos a soldar, a través de una plantilla (5) dotada de ventanas (6, 7).
Description
Procedimiento y dispositivo para soldar
componentes eléctricos a una lámina de plástico.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo para soldar componentes eléctricos
en puntos de soldadura dotados de material de aportación en una
lámina de plástico dotada de pistas conductoras.
Las láminas de plástico con pistas conductoras
aplicados y componentes eléctricos soldados con ellos, se pueden
utilizar ventajosamente cuando se realiza una disposición de
conductores eléctricos de una forma en la que el soporte
correspondiente debe presentar una cierta flexibilidad.
Debido a estos motivos, ya se han utilizado
láminas de plástico como soportes para pistas conductoras y
componentes eléctricos que, debido a las temperaturas que están a
210ºC aproximadamente, necesarias para soldar componentes
eléctricos, deben presentar una resistencia térmica correspondiente.
Los materiales plásticos de este tipo son costosos. A propósito de
esto, hasta ahora se ha utilizado poliamida (PI) como plástico
básico. Debido a los costes relacionados con este plástico, en
muchas técnicas una lámina fabricada de dicho plástico no entra en
consideración como soporte de pistas conductoras. Lo dicho es válido
ante todo en la construcción de automóviles en los que deben
colocarse mazos de conductores en numerosos lugares en el interior
de los mismos, estando los soportes respectivos expuestos a
exigencias considerables al incorporar las pistas conductoras en un
automóvil que se encuentra en proceso de fabricación.
Hasta ahora, el intento de utilizar plásticos
más baratos como soporte de pistas conductoras ha fracasado, porque
los plásticos técnicamente apropiados y suficientemente baratos no
soportan las temperaturas que se presentan al soldar. El objetivo
básico es configurar el procedimiento mencionado al comienzo, de tal
manera que sea apropiado para plásticos conocidos, relativamente
baratos, tales como los derivados del poliéster (PEN, PEPT), sin
que en la utilización de dichos plásticos los mismos sean
perjudicados de algún modo durante la soldadura.
Según la invención, esto se consigue gracias a
que, desde la cara opuesta a los componentes, la lámina de plástico
es calentada por debajo de su temperatura de deterioro y a que,
después del calentamiento, la cara opuesta a los componentes es
aislada térmicamente y, a continuación, la cara orientada a los
componentes está sometida a la acción de un flujo de gas caliente,
concentrado sobre los puntos a soldar mediante una plantilla dotada
de ventanas.
En dicho procedimiento se consigue que la
aportación de calor a la lámina de plástico se limite a un mínimo y
solamente alcance una magnitud mayor que permite la fusión del
soldante allí donde ya se ha previsto material de aportación. Esto
se produce porque inicialmente, debido al calentamiento de la lámina
de plástico apenas por debajo de la temperatura de deterioro, la
energía total a aportar a la lámina de plástico está limitada
considerablemente. Asimismo, debido al calentamiento de la lámina de
plástico y debido a su conductividad térmica reducida es suficiente
sólo poco calor con una energía mínima, como consecuencia de la
diferencia de temperatura entre la lámina de plástico y el punto de
fusión del soldante. El mayor calor, producido por el flujo de gas
caliente, a aplicar a los puntos de soldadura puede concentrarse tan
intensamente a través de la plantilla dotada de ventanas, que sólo
los puntos a soldar están expuestos a una afluencia de calor
elevada, con lo que las zonas circundantes de la lámina de plástico
no son sometidas a un calentamiento adicional, no pudiéndose
producir un deterioro de la lámina de plástico por causa del
calentamiento elevado. Para evitar con ello un escape de calor de
la lámina de plástico calentada, lo que tendría por consecuencia una
necesidad de calor adicional no deseado por el lado de la lámina de
plástico, se aísla térmicamente la cara opuesta a los componentes.
Por ello, mientras exista dicho aislamiento térmico, la lámina de
plástico mantiene la temperatura que le fue proporcionada por
calentamiento.
Se subraya el hecho de que en la solicitud
internacional de patente WO 94/21415, en relación con la soldadura
de reflujo de grupos de componentes planos, el calentamiento de
puntos de soldadura se realiza por radiación en una cámara de
calentamiento. Para poder excluir sectores determinados de la
radiación en la cámara de calentamiento, se propone en el impreso
un soporte de máscara que, desde una posición fuera de la cámara de
calentamiento, pueda desplazarse al interior de la cámara de
calentamiento y bajar sobre el grupo de componentes planos
(platina), con lo que por un tiempo predeterminado el sector
elegido es protegido contra la radiación. Por la elevada generación
de calor, dicho método de soldadura no entra en consideración para
láminas de plástico, debido a que los derivados del poliéster
utilizables, según la invención, se fundirían de inmediato en la
cámara de calentamiento calentada por la radiación.
Para concentrar en lo posible el proceso de
incorporación de calor y configurarlo así lo más breve posible, el
calentamiento de la lámina de plástico y la aportación de calor a la
cara de la lámina de plástico orientada a los componentes se
configura convenientemente de manera tal que sucedan, esencialmente,
al mismo tiempo.
Para la realización del proceso de soldadura, la
temperatura del flujo de gas caliente se realiza prácticamente de
manera tal que, con la lámina de plástico sujetada, en primer lugar
se realiza un precalentamiento de los puntos de soldadura por el
tiempo en que se activa el material de aportación, con lo cual la
temperatura del flujo de gas caliente aumenta brevemente hasta la
fusión del soldante contenido en el material de aportación y
después disminuye rápidamente. Debido a dicho modo de proceder se
asegura que para la soldadura propiamente dicha, que se produce al
fundirse el soldante contenido en el material de aportación, sólo es
necesario un tiempo mínimo, debido a que antes de la fusión del
material de aportación se realiza el precalentamiento de los puntos
de soldadura por un tiempo en el que se activa el material de
aportación, de manera tal que, por consiguiente, para producir la
fusión del soldante es necesario solamente un salto térmico muy
breve, con lo que la lámina de plástico es protegida con seguridad
contra un calentamiento demasiado
elevado.
elevado.
La reducción de temperatura del flujo de gas
caliente después de soldar se realiza apropiadamente porque el
flujo de gas caliente se corta después de la fusión. Además, también
es posible convertir el flujo de gas caliente en un flujo
refrigerante, para garantizar de forma especialmente rápida que no
permanezca en el sector de la lámina de plástico ningún calor
perjudicial.
En el documento USA-PS 5.433.368
se describe un dispositivo con elementos calefactores, dispuestos a
ambos lados de un transportador, sobre el que se transportan
componentes a soldar. Este dispositivo está configurado de forma
tal que en la cara del transportador que soporta los componentes
están dispuestos radiadores de calor estacionarios, cuya radiación
es canalizada a través de plantillas. Sobre la otra cara del
transportador se han dispuesto sopladores de gas caliente que
proyectan un flujo de gas caliente sobre la cara posterior del
transportador.
La invención se refiere, además, a un
dispositivo para la realización del procedimiento descrito
anteriormente. En este caso, se trata de un dispositivo para la
soldadura de componentes eléctricos en puntos de soldadura dotados
de material de aportación sobre una lámina de plástico con pistas
conductoras incorporados, calentada a una temperatura por debajo de
la temperatura de deterioro desde la cara opuesta a los componentes
y, después del calentamiento, aislada térmicamente respecto a los
componentes y, a continuación, sometida la cara orientada hacia los
componentes a un flujo de gas caliente, concentrado sobre los puntos
a soldar, a través de una plantilla dotada de ventanas, que
presenta un flujo de gas de calentamiento dispuesto sobre el lado de
la lámina de plástico en el que están sujetados los componentes,
delante del que puede posicionarse la lámina de plástico, pudiendo
insertarse la plantilla entre el flujo de gas de calentamiento y la
lámina de plástico. Dicho dispositivo está caracterizado porque en
la cara de la lámina de plástico opuesta al flujo de gas de
calentamiento se ha dispuesto para el precalentamiento de la lámina
de plástico una placa calefactora, regulable respecto a su
distancia a la lámina de plástico, de manera que para el
calentamiento de la lámina de plástico se mantiene por lo menos a
una distancia reducida de la misma y para el aislamiento de la
lámina de plástico se mantiene a una distancia incrementada de la
misma.
El calentamiento de la lámina de plástico
mediante la placa calefactora reduce la necesidad calórica para la
soldadura de los componentes eléctricos. Para, durante las etapas
del proceso de soldadura, evitar una aportación térmica excesiva de
la placa calefactora, la misma se baja y forma un espacio intermedio
mayor debido al incremento de la distancia de la placa calefactora
a la lámina de plástico, lleno de un gas actuante como un
aislamiento.
Para concentrar también la energía por parte del
flujo de gas de calentamiento respecto de los puntos a aplicar, el
flujo de gas de calentamiento se ha dotado convenientemente de
salidas posicionables, con lo que puede permite cualquier
concentración de radiación sobre puntos elegidos, en especial,
naturalmente, sobre los puntos a soldar. Para la plantilla se puede
usar ventajosamente un material plano que presente una baja
conductividad térmica. En este caso, la plantilla puede presionarse
suavemente contra la lámina de plástico y así sujetar la misma
durante el proceso de soldadura. Sin embargo, también es posible
configurar la plantilla de una chapa metálica que, en este caso,
debido a su conductividad térmica elevada, ha de mantenerse a una
distancia de la lámina de plástico. Además, es posible dotar a la
plantilla de un espacio interior para el alojamiento de un medio
refrigerante. De este modo, mediante la plantilla enfriada es
posible asegurar que los sectores de la lámina de plástico,
cubiertos por la plantilla, son protegidos adicionalmente,
especialmente debido a la baja temperatura de la misma.
En las figuras se presentan ejemplos de
realizaciones de la invención, en los que muestran:
la figura 1, el posicionado de los materiales a
soldar (lámina de plástico con pistas conductoras aplicados y
componentes eléctricos) dispuestos en el dispositivo;
la figura 2, el precalentamiento de los
materiales a soldar;
la figura 3, la soldadura con gas caliente:
la figura 4, la salida del dispositivo de los
materiales a soldar ya soldados;
la figura 5, la disposición de una plantilla
metálica respecto de los materiales a soldar;
la figura 6, la disposición de una plantilla de
material con conductividad térmica baja;
la figura 7, la disposición de una plantilla con
refrigeración interior respecto de los materiales a soldar;
la figura 8, un suministro de gas caliente de
extensión amplia;
la figura 9, un suministro de gas caliente
concentrado a través de toberas;
la figura 10, un ejemplo de realización de
material a soldar, configurado como placa de circuito impreso
flexible;
las figuras 11a, b, c: material de aportación
aplicado de diferentes formas;
la figura 12, una curva de tiempos para la
soldadura mediante pasta de soldadura.
En la figura 1 se muestran, en representación
general, los componentes necesarios para la realización del
procedimiento, concretamente la lámina de plástico (1) con
componentes eléctricos (2), (3) aplicados (componentes individuales
y circuitos integrados), conectados en la superficie respectiva de
la lámina de plástico (1) mediante pistas conductoras no visibles
en la figura 1 (véase la figura 10). Por debajo de la lámina de
plástico está dispuesta la placa calefactora (4) que sirve para el
calentamiento de la lámina de plástico (1), y por encima de la
lámina de plástico (1) la plantilla (5) enchufable y desenchufable
en la que están recortadas las ventanas (6) y (7), con lo que se
limita a la zona de dichas ventanas una aportación calórico que se
explicará más adelante. La figura 1 muestra el dispositivo en
estado de posicionamiento del material a soldar, manteniendo
inicialmente la placa calefactora (4) y la plantilla (5), por
motivos de espacio, una cierta distancia al material a soldar.
En la figura 2 se representa una etapa del
procedimiento de calentamiento de la lámina de plástico (1) por
medio de la placa calefactora (4) que, según la flecha indicada al
lado de la placa calefactora (4), se aproxima a la lámina de
plástico (1), concretamente a la cara opuesta a los componentes
eléctricos. Ahora, mediante la placa calefactora (4) adyacente a la
lámina de plástico (1) que, eventualmente, puede mantenerse también
a una distancia reducida de la lámina de plástico, se calienta la
lámina de plástico (1), con lo que, como se ha mencionado
anteriormente, la necesidad calórica adicional para la soldadura de
los componentes eléctricos se reduce de forma correspondiente.
Durante dicho proceso de calentamiento ya se realiza, mediante el
flujo de gas caliente (6), la aportación calórico a la cara de la
lámina de plástico (1) que soporta los componentes eléctricos. Sin
embargo, debe subrayarse el hecho de que el suministro de flujo de
gas caliente puede realizarse, no sólo durante el calentamiento de
la lámina de plástico, sino también después de que se haya iniciado
el calentamiento de la lámina de plástico.
La figura 3 muestra el dispositivo en el estado
de la etapa del proceso de soldadura por medio del flujo de gas
caliente (6) en el que, para evitar la aportación excesiva de calor
a la lámina de plástico (1), la placa calefactora (4) se baja a un
mínimo respecto de la posición según la figura 2, produciéndose de
esta forma un intersticio (8) pequeño entre la lámina de plástico
(1) y la placa calefactora (4), que tiene el efecto de un
aislamiento térmico, de modo que, por un lado, ya no puede entregar
calor a la lámina de plástico (1) pero que, por otro lado, dicha
placa calefactora (4) tampoco puede perder su temperatura. El flujo
de gas caliente (9), que actúa sobre los componentes eléctricos (2)
y (3) a través de las ventanas (6) y (7) en la plantilla (5), se
canaliza a través de las ventanas (2) y (3) y concentra sobre los
componentes eléctricos (2) y (3), de modo que se impide un
calentamiento excesivo de la lámina de plástico (1).
En la figura 4 se representa el dispositivo en
la posición en la que la lámina de plástico (1) con los componentes
eléctricos (2) y (3) soldados a la misma, así como con las pistas
conductoras a conectar soldados (véase la flecha en la lámina de
plástico -1-), se conduce fuera del dispositivo, habiéndose alejado
previamente la plantilla (5) y la placa calefactora (4) de la
lámina de plástico (1).
Tal como ya se ha mencionado anteriormente, para
la plantilla pueden utilizarse diferentes materiales. En la figura
5 se indica la utilización de una plantilla metálica (10) que al
soldar se mantiene a una distancia de la lámina de plástico (1). En
la representación, según la figura 6, se trata de una plantilla con
conductividad térmica reducida, o sea eventualmente, de un plástico
termoestable, que al soldar se aplica sobre la lámina de plástico
(1).
La figura 7 muestra la utilización de una
plantilla (12) con enfriamiento interno. En este caso, se trata de
una plantilla con un espacio hueco (13) por el que circula un medio
refrigerante. Con esta plantilla puede conseguirse, eventualmente,
un enfriamiento rápido deseado de la lámina de plástico con los
componentes eléctricos soldados, lo que es ventajoso porque un
enfriamiento rápido de la lámina de plástico, después de la
soldadura, protege la misma especialmente bien contra un
deterioro.
En las figuras 8 y 9 se muestra una comparación
de la aplicación del flujo de gas caliente (9) sobre la lámina de
plástico, concretamente según la figura 8 con suministro amplio
(véase las figuras 2 y 3) y en la figura 9 mediante el suministro
del flujo de gas caliente mediante toberas (14) mostradas
esquemáticamente, que además producen una concentración particular
del flujo de gas caliente (9) en las ventanas (6) y (7) de la
plantilla (5) y, de este modo, impiden un calentamiento de la
lámina de plástico (1) en la zona fuera de los componentes
eléctricos.
En la figura 10 se representa un ejemplo de
realización de un material a soldar, en la forma de una así llamada
placa flexible de circuito impreso, que se compone de las zonas de
láminas mayores (15), (16) y (17) y de los tramos conductores (18)
y (19) que conectan las mismas, formando estos últimos bandas
estrechas de la lámina de plástico sobre la que se aplican los
conductores eléctricos impresos. Los conductores flexibles de este
tipo permiten la disposición dentro de espacios reducidos, por
ejemplo, en la carrocería de un automóvil, en la que las conexiones
deben extenderse frecuentemente en múltiples lugares con curvas muy
estrechas y adaptarse apropiadamente a la forma de la carrocería.
Esto es particularmente sencillo con la utilización de conductores
flexibles y ventajoso respecto de cableados normales, porque los
cableados en esta disposición siempre están expuestos a
considerables esfuerzos de flexión y, en consecuencia, pueden
quebrarse.
En las figuras 11a, b, c se representan
diferentes materiales de soldadura aplicados a la lámina de plástico
(1) y que pueden soldarse mediante el procedimiento descrito
anteriormente. En la figura 11a se trata de una pasta de soldar
sobreimpresa, en la figura 11b de una soldadura primaria de reflujo
y en la figura 11c de una soldadura preformada aplicada por
pegado.
En la figura 12 se muestra el perfil de
temperatura al utilizar el procedimiento descrito anteriormente
sobre el eje del tiempo t. A continuación, en la zona -19- se
realiza en primer lugar el precalentamiento de los materiales a
soldar, con lo cual con una temperatura suficiente el mismo es
sostenido sobre la zona (20) en la que se activa el material de
aportación, tras lo cual, provocado por el flujo de gas caliente, se
produce la soldadura, debido a un aumento temporal de la
temperatura de los puntos a soldar hasta un pico térmico (21). A
continuación, sobre la zona (22) se produce la disminución rápida
del calor aportado, pudiéndose tratar también de un flujo de gas
enfriado que, como puede verse, disminuye rápidamente la temperatura
de los materiales a soldar y después, a través de la zona (23), se
reduce definitivamente a la temperatura ambiente. En el diagrama,
según la figura 12, puede verse que la temperatura necesaria para la
soldadura se produce hasta el pico de temperatura (21), por medio
de un breve salto térmico, o sea que la carga térmica de los
materiales a soldar y, en este caso, en especial la lámina de
plástico, se limita a
un mínimo.
un mínimo.
Claims (10)
1. Procedimiento para soldar componentes
eléctricos (2, 3) a puntos de soldadura dotados de material de
aportación sobre una lámina de plástico (1) dotada de pistas
conductoras aplicados, caracterizado porque la lámina de
plástico (1) se calienta desde la cara opuesta a los componentes (2,
3) por debajo de su temperatura de deterioro y después del
calentamiento la cara opuesta a los componentes (2, 3) se aísla
térmicamente y, a continuación, la cara orientada a los componentes
es sometida a un flujo de gas caliente (9) que se concentra sobre
los puntos a soldar, a través de una plantilla (5) dotada de
ventanas (6, 7).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el calentamiento de la lámina de
plástico (1) y la aplicación de calor sobre la cara de la lámina de
plástico (1) orientada hacia los componentes (2, 3) son,
esencialmente, simultáneos.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque con la lámina de plástico (1) sujetada,
la temperatura del flujo de gas caliente (9) se regula de tal manera
que inicialmente se produce un precalentamiento de los puntos a
soldar por un tiempo durante el que se activa el material de
aportación, con lo cual la temperatura del flujo de gas caliente
(9) se aumenta brevemente hasta que funde el soldante contenido en
el material de aportación, y después es reducida rápidamente.
4. Procedimiento, según la reivindicación 3,
caracterizado porque el flujo de gas caliente (9) se
interrumpe después de la fusión.
5. Procedimiento, según la reivindicación 3,
caracterizado porque el flujo de gas caliente (9) se
convierte en un flujo refrigerante.
6. Dispositivo para soldar componentes
eléctricos (2, 3) en puntos de soldadura dotados de material de
aportación, sobre una lámina de plástico dotada de pistas
conductoras, caracterizado porque la lámina de plástico (1)
se calienta por debajo de su temperatura de deterioro desde la cara
opuesta a los componentes (2, 3) y después del calentamiento es
aislada térmicamente dicha cara opuesta a los componentes (2, 3) y,
a continuación, la cara orientada a los componentes (2, 3) es
sometida a un flujo de gas caliente (9) que, a través de una
plantilla (5) dotada de una ventana (6, 7), es concentrado sobre los
puntos a soldar, que presenta en la cara de la lámina de plástico
(1) a la que están fijados los componentes (2, 3) un flujo de gas de
calentamiento (9) delante del que puede posicionarse una lámina de
plástico (1), estando dispuesta una plantilla (5) insertable entre
el flujo de gas de calentamiento (9) y la lámina de plástico (1),
caracterizado porque se encuentra dispuesta en la cara de la
lámina de plástico (1) opuesta al flujo de gas de calentamiento (9)
una placa calefactora (4) para el precalentamiento de la lámina de
plástico (1), regulable en cuanto a su distancia a la lámina de
plástico (1) de manera tal que es mantenida al menos a una distancia
menor para el calentamiento de la lámina de plástico (1) y a una
distancia mayor para el aislamiento de la lámina de plástico
(1).
7. Dispositivo, según la reivindicación 6,
caracterizado porque el flujo de gas de calentamiento está
dotado de salidas (14) posicionables para la concentración del
flujo sobre puntos elegidos.
8. Dispositivo, según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque la plantilla (10) se compone de una
chapa metálica mantenida a distancia de la lámina de plástico
(1).
9. Dispositivo, según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque la plantilla (11) se compone de un
material plano de baja conductividad térmica.
10. Dispositivo, según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque la plantilla (12) presenta un espacio
interior (13) para el alojamiento de un medio refrigerante.
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