ES2350007T3 - Componente electrónico discreto y método de ensamblaje relacionado. - Google Patents

Componente electrónico discreto y método de ensamblaje relacionado. Download PDF

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Abstract

Componente electrónico discreto similar a un paquete del tipo que comprende un circuito electrónico de potencia, una carcasa o cuerpo (2) paralelepipédico, y clavijas (3) de conexión eléctrica conectadas en el interior del cuerpo con dicho circuito y que sobresalen de dicho cuerpo (2) para una conexión eléctrica en una tarjeta (4) electrónica de circuito impreso, teniendo dicho cuerpo (2) un cabezal (5) de disipación de calor que tiene al menos una superficie que sale del cuerpo (2) y que se encuentra en un plano (P); sobresaliendo dichas clavijas (3) de dicho cuerpo (2) para una primera sección que se extiende inicialmente en paralelo a dicho plano (P), en el que al menos una clavija (7) de dichas clavijas (3) tiene una curvatura en forma de U, tras dicha primera sección, con la base de la U (7c) tangente a dicho plano (P), en el que dicho cabezal (5) y dicha al menos una clavija (7) se unen a un dado (9) intermedio para su conexión con un sumidero de calor.

Description

Componente electrónico discreto y método de ensamblaje relacionado.
Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un componente electrónico discreto tal como por ejemplo un conmutador de potencia. La invención también se refiere a un método de ensamblaje relacionado de este componente electrónico discreto en una tarjeta electró-
nica.
Durante los últimos años, el uso de estos componentes electrónicos discretos en tarjetas de circuito impreso ha experimentado un aumento considerable al ser los mismos sencillos de controlar y fiables en las aplicaciones.
Técnica anterior
Tal como se conoce bien, los componentes electrónicos discretos similares a un paquete comprenden un circuito electrónico de potencia ensamblado en un pequeño armazón metálico, en el que están definidas algunas clavijas de conexión eléctrica, y una carcasa o cuerpo protector realizado con material de plástico aislante, por ejemplo una resina epoxídica. Las clavijas de conexión sobresalen de dicho cuerpo y permiten, una vez que se ensamblan los componentes electrónicos discretos en una tarjeta de circuito impreso, la transmisión de señales electrónicas desde y hacia trayectorias de conducción definidas en la propia tarjeta. Se describe un dispositivo de este tipo, por ejemplo, en el documento US 5.055.912.
Tal como se conoce, estos componentes electrónicos discretos tienen una alta disipación de energía y están dotados de un elemento de sumidero de calor interno. Este elemento puede comprender, por ejemplo, un cabezal asociado con el componente electrónico discreto e incorporado en el cuerpo de material de plástico.
Durante la etapa de ensamblaje del componente en la tarjeta sucede que el cabezal, en muchos casos, permanece en la parte opuesta con respecto a la propia tarjeta y facilita la disipación de calor.
Durante la etapa de diseño de la tarjeta, debe prestarse atención a dónde se instalan estos componentes electrónicos discretos usando algunas soluciones que permitan una buena capacidad de conducción térmica para transportar y evacuar la energía disipada desde los mismos.
Cuando hay más componentes electrónicos discretos en una misma tarjeta, se sabe que es preferible agrupar todos los componentes en una única zona y equipar esta zona con un gran sumidero de calor del tipo con aletas.
Es una enseñanza técnica conocida interponer, entre el sumidero de calor con aletas y cada cabezal de los componentes electrónicos discretos, un dado intermedio realizado con un material aislante eléctrico y buen conductor del calor, por ejemplo alúmina. Este dado intermedio también permite bloquear dos o más componente discretos adyacentes para ensamblarse juntos en la tarjeta de circuito impreso. Este bloqueo se produce por medio de medios de retención tales como abrazaderas o similares.
Durante la etapa de ensamblaje, será necesario por tanto situar los componentes electrónicos en la tarjeta de circuito impreso, situar los dados intermedios, fijar las abrazaderas y luego situar encima el sumidero de calor con aletas.
Aunque es ventajosa según varios aspectos, y cumple el objetivo, esta primera solución técnica conocida tiene un inconveniente destacado a continuación en el presente documento. El ensamblaje así descrito no puede producirse mecánicamente, de hecho un operario tendrá que situar manualmente las abrazaderas y esto con un considerable gasto de tiempo y con costes aumentados.
Una segunda solución al problema técnico destacado podría ser la de fijar, por medio de un fijador de pasta de aleación metálica, los cabezales de los componentes electrónicos discretos al dado intermedio y situar así el componente obtenido en la tarjeta.
Tampoco esta segunda solución está exenta de inconvenientes; en particular, una vez que se sitúa el cabezal de cada componente discreto en el dado intermedio, todo debe transferirse a un horno de refundición. Durante esta etapa de fijación, los cabezales de cada componente electrónico discreto podrían girar fijándose al dado en una posición incorrecta y/o desalineada. Esto podría hacer vana e inútil la propia operación, de hecho el componente obtenido no podría instalarse en la tarjeta puesto que no habría correspondencia entre las clavijas de los componentes electrónicos discretos y el circuito impreso.
El problema técnico subyacente a la presente invención es el de concebir un componente electrónico discreto que tiene tales características estructurales y funcionales como para permitir una fijación sencilla, rápida y unívoca del mismo a un dado de soporte para ensamblarse posteriormente junto con otros componentes en una tarjeta de circuito impreso superando los inconvenientes citados con referencia a la técnica anterior.
Sumario de la invención
La idea de la solución subyacente a la presente invención es la de realizar un componente electrónico discreto que puede unirse fácilmente y con precisión geométrica al dado intermedio para permitir posteriormente un ensamblaje rápido y fácil de grupos de estos componentes en la tarjeta de circuito impreso y por medio de medios de manipulación automáticos tales como por ejemplo máquinas de tipo "coger y situar" (pick-and-place).
En lo esencial, según la invención, cada componente electrónico discreto permanece bloqueado en el dado intermedio también durante la etapa de fijación en el horno de refundición.
En la base de esta idea de la solución, el problema técnico se resuelve mediante un componente electrónico discreto del tipo indicado anteriormente y caracterizado porque al menos una de dichas clavijas tiene una curvatura en forma de U, tras dicha primera sección, siendo la base de la U tangente a dicho plano.
Las características y ventajas del componente electrónico discreto según la invención y del método de ensamblaje relacionado resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización de la misma proporcionada a modo de ejemplo indicativo y no limitativo haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista en perspectiva esquemática de un componente electrónico discreto realizado según la presente invención;
la figura 2 muestra una vista en perspectiva en despiece ordenado de una tarjeta de circuito impreso con algunos componentes electrónicos discretos y otros componentes tales como, por ejemplo, un sumidero de calor con aletas;
la figura 3 muestra una vista en planta de un dado intermedio previsto entre los componentes discretos y el sumidero de calor con aletas;
la figura 4 muestra una vista frontal de tres componentes electrónicos discretos, realizados según la presente invención, conectados con un dado de disipación intermedio;
la figura 5 es una vista lateral de la figura 4;
la figura 6 es vista desde abajo de la figura 4.
Descripción detallada
Con referencia a estas figuras, y en particular al ejemplo de la figura 1, 1 indica de manera global y esquemática un componente electrónico discreto realizado según la presente invención.
El componente 1 electrónico discreto es de tipo similar a un paquete y comprende un cuerpo o carcasa 2, paralelepipédico, y algunas clavijas 3 de conexión eléctrica que sobresalen de al menos una cara 2a lateral del cuerpo 2.
Más en particular, el componente 1 incorpora un circuito electrónico de potencia montado sobre un pequeño armazón metálico, no mostrado debido a que es convencional, en el que están definidas las clavijas 3 de conexión eléctrica, y el cuerpo 2 es una carcasa de protección realizada con material de plástico aislante.
Las clavijas 3 están destinadas para la conexión eléctrica en una tarjeta 4 electrónica de circuito impreso, en la que están definidas trayectorias de conducción predeterminadas en referencia a las clavijas de los diversos componentes electrónicos.
Por conveniencia en el dibujo las clavijas 3 representadas son tres. Obviamente, nada prohíbe que puedan ser más o menos.
El cuerpo 2 también está dotado de un elemento de sumidero de calor interno que está representado mediante un cabezal 5 asociado con el pequeño armazón de soporte del circuito electrónico de potencia y que sale en la parte superior del propio cuerpo 2.
El cabezal 5 tiene una anchura idéntica a la del cuerpo 2 y tiene una longitud tal como para sobresalir de la parte opuesta a la cara 2a lateral desde la que sobresalen las clavijas 3. Una superficie a la vista del cabezal 5 se encuentra en un plano P y sale del cuerpo 2.
Las clavijas 3 que sobresalen de la cara 2a lateral tienen una primera sección que se extiende inicialmente en paralelo al plano P.
Una clavija intermedia indicada con el número 6 tiene una forma en L de conformación convencional, realizándose inicialmente como una prolongación de la primera sección paralela al plano P y además extendiéndose perpendicularmente al plano P, desde la parte opuesta con respecto al cabezal 5, con una longitud tal como para interconectarse con la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso.
Las dos clavijas externas, 7 y 8, tienen en su lugar, tras la primera sección paralela al plano P, una curvatura en forma de U que comprende dos secciones 7a, 8a y 7b, 8b de longitud desigual.
Cada sección 7a y 8a se extiende a lo largo de la dirección del cabezal 5, perpendicularmente al plano P, y tiene una longitud tal como para permitir que la base 7c, 8c de la U sea tangente al plano P.
Las secciones 7b y 8b terminales de estas clavijas 7 y 8 tienen en su lugar una longitud tal como para permitirles interconectarse con la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso. En lo esencial, las secciones de extremo libre de la clavija 6 y de las clavijas 7, 8 con curvatura en forma de U son perpendiculares a dicho plano P y se extienden en el sentido opuesto con respecto al cabezal 5.
Con el fin de mejorar la disipación de calor, se usa un dado 9 intermedio de disipación de calor, por ejemplo de un material metálico buen conductor del calor pero de coste reducido tal como aluminio.
El dado 9 intermedio tiene una primera almohadilla 10 con forma complementaria a la del cabezal 5 del componente 1 electrónico discreto; así como una segunda almohadilla 11 y una tercera almohadilla 12 situadas y con forma complementaria con el fin de corresponder respectivamente con las bases 7c y 8c de las dos clavijas 7 y 8 externas curvadas en U.
Más en particular, en el primer dado 9 se empaqueta a presión un apoyo aislante de Vetronite con las almohadillas 10, 11 y 12 que se imprimen mediante serigrafía.
La primera almohadilla 10, la segunda almohadilla 11 y la tercera almohadilla 13 se imprimen mediante serigrafía con una crema o pasta 13 de aleación del tipo habitual para soldadura.
Esto obviamente antes del ensamblaje automático del componente 1 electrónico discreto, facilitado por su conformación particular, en el dado 9 intermedio y de su transferencia al horno de refundición.
Durante la estancia en el horno de refundición, el cabezal 5 tendería a hacer que todo el cuerpo 2 se embarque en la crema 13 de aleación fundida, sin embargo la presencia de los apoyos adicionales representados por las bases 7c y 8c de las clavijas 7 y 8 externas impide que el componente 1 electrónico discreto experimente cualquier giro. Sin tener analogía, es como si el componente 1 pudiera equipararse a una mesa con tres puntos de apoyo con un primer apoyo representado por una gran parte del cabezal 5 y otros puntos o patas de apoyo representados por las curvaturas similares a una U de las clavijas 7 y 8.
Preferiblemente, tres componentes 1 electrónicos discretos están asociados con el dado 9 intermedio, en el caso mostrado a modo de ejemplo indicativo, según una disposición predeterminada, adyacentes entre sí con todas las clavijas orientadas en el mismo sentido.
A la salida del horno de refundición, los tres componentes 1 electrónicos discretos y el dado 9 intermedio se convierten en un único módulo 14 que va a asociarse con la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso.
Según las necesidades, la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso puede contener más módulos 14.
Una vez que se fijan los módulos 14 a la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso por encima del dado 9 intermedio, generalmente se asocia un sumidero 15 de calor con aletas del tipo conocido.
La principal ventaja de la presente invención es que el componente 1 electrónico discreto, así realizado, resulta estar bloqueado según una posición predeterminada en el dado 9 intermedio antes del ensamblaje final del mismo en la tarjeta electrónica.
Además, todas las clavijas 3 de cada componente 1 electrónico discreto bloqueado en la dado 9 intermedio resultan estar alineadas de la manera deseada.
El módulo 14 manejable como un componente habitual de la tarjeta 4 electrónica de circuito impreso puede ensamblarse sin ninguna dificultad por medio de un sistema automatizado. Incluso pueden suministrarse por cinta los módulos 14 a los aparatos de tipo "coger y colocar" dispuestos previamente para el ensamblaje automatizado de los componentes en la tarjeta.
Por tanto, el sistema de ensamblaje es sencillo, rápido y de bajo coste.
Obviamente, se considerará que variaciones tales como, por ejemplo, componentes 1 electrónicos discretos con una única clavija con curvatura en forma de U o tres o más clavijas con la misma curvatura son parte del alcance de protección de la propia
invención.

Claims (9)

1. Componente electrónico discreto similar a un paquete del tipo que comprende un circuito electrónico de potencia, una carcasa o cuerpo (2) paralelepipédico, y clavijas (3) de conexión eléctrica conectadas en el interior del cuerpo con dicho circuito y que sobresalen de dicho cuerpo (2) para una conexión eléctrica en una tarjeta (4) electrónica de circuito impreso, teniendo dicho cuerpo (2) un cabezal (5) de disipación de calor que tiene al menos una superficie que sale del cuerpo (2) y que se encuentra en un plano (P); sobresaliendo dichas clavijas (3) de dicho cuerpo (2) para una primera sección que se extiende inicialmente en paralelo a dicho plano (P), en el que al menos una clavija (7) de dichas clavijas (3) tiene una curvatura en forma de U, tras dicha primera sección, con la base de la U (7c) tangente a dicho plano (P), en el que dicho cabezal (5) y dicha al menos una clavija (7) se unen a un dado (9) intermedio para su conexión con un sumidero de calor.
2. Componente electrónico discreto según la reivindicación 1, caracterizado porque las secciones de extremo libre de las clavijas (3) y de dicha al menos una clavija (7) con curvatura en forma de U se extienden de manera sustancialmente perpendicular a dicho plano (P) en el sentido opuesto con respecto a dicho cabezal (5).
3. Componente electrónico discreto según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dado (9) intermedio presenta al menos una almohadilla con crema o pasta (13) de aleación situada y con forma complementaria con el fin de que se corresponda con la base (7c) de dicha al menos una clavija (7) de dichas clavijas (3).
4. Componente electrónico discreto según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dos clavijas (7, 8) con curvatura en forma de U y porque dicho cabezal (5) y dichas clavijas (7, 8) se unen a un dado (9) intermedio para su conexión con un sumidero de calor.
5. Componente electrónico discreto según la reivindicación 3, caracterizado porque la unión es una soldadura con pasta de aleación.
6. Componente electrónico discreto según la reivindicación 3, caracterizado porque al menos tres componentes se unen a un mismo dado (9) intermedio y en una posición adyacente.
7. Método para ensamblar componentes (1) electrónicos discretos según la reivindicación 1 en tarjetas (4) de circuito impreso, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
disponer previamente un dado (9) intermedio equipado con primeras almohadillas (10) definidas en posiciones predeterminadas con crema de aleación para soldadura y cada una con forma complementaria en el cabezal (5) de dicho cuerpo (2) y segundas almohadillas (11) con forma complementaria en la base (7c) de la curvatura en forma de U de dicha al menos una clavija (7);
colocar componentes (1) discretos sobre dicho dado (9) con un número y orden correspondiente a dichas almohadillas primeras (10) y segundas
(11);
ensamblar, por medio de máquinas ensambladoras automáticas, el grupo del dado (9) y de los componentes (1) situados sobre la misma y transferirlos a un horno de refundición obteniendo, mediante soldadura, un único elemento (14) modular;
ensamblar, en una zona correspondiente de la tarjeta (4) electrónica de circuito impreso múltiples elementos (14) modulares por medio de máquinas ensambladoras automáticas.
8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque dichas almohadillas (10, 11) se proporcionan para colocar dichos componentes (1) en una posición adyacente con clavijas orientadas en el mismo sentido.
9. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha pasta de aleación se imprime mediante serigrafía en dicho dado (9).
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