Integración táctil/pantalla con enfoque en unión óptica

Pegado de la unidad táctil/pantalla: La unidad completa se inserta en la carcasa y se fija allí mediante una capa adhesiva. (Derechos de autor: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Este sistema HMI se utiliza, por ejemplo, en la industria de procesos: pantalla táctil capacitiva en combinación con un botón capacitivo. (Derechos de autor: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Aushärten beim Wet Bonding mit UV-Licht: La adhesión líquida de los componentes promete una calidad óptica y una estabilidad mecánica especialmente altas. (Copyright: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Ensamblaje óptico en BOPLA: La pantalla de vidrio se une con la pantalla táctil o el display mediante el proceso de ensamblaje óptico. (Derechos de autor: BOPLA Gehäuse Systeme GmbH)

Les dan a las máquinas su rostro y simplifican los procesos: los sistemas HMI son una parte integral del mundo laboral moderno. Para optimizarlos, la soldadura óptica desempeña un papel importante. El método de adhesión aumenta la funcionalidad de los sistemas HMI en múltiples ocasiones. Dado que cada vez más sectores confían en sistemas HMI, la soldadura óptica adquiere una relevancia creciente. ¿En qué aspectos es importante este procedimiento? ¿Qué ventajas ofrece el método?

El ordenador de a bordo en cosechadoras, el control de grandes instalaciones industriales o dispositivos electromédicos como tomógrafos por computadora: los sistemas HMI se utilizan en diversos sectores. Las interfaces hombre-máquina ya no se pueden imaginar en la rutina laboral. Y la tendencia apunta a que estos sistemas se empleen en cada vez más áreas, hoy en día principalmente con pantallas táctiles intuitivas similares a una tableta.

Pero los sistemas deben soportar condiciones externas desafiantes según su lugar de uso. Esto puede incluir influencias ambientales o requisitos de higiene. Aquí entra en juego la soldadura óptica: este método se aplica en la integración de pantallas táctiles y displays, es decir, en la incorporación de una interfaz de usuario HMI en la carcasa del dispositivo. La soldadura óptica comprende diferentes técnicas de adhesión para unir de forma hermética pantallas con sensores táctiles y cristales protectores en una sola unidad. El objetivo: una mejora significativa en la funcionalidad del dispositivo.

Muchas industrias – altas exigencias

Temperaturas frías por la noche, temperaturas cálidas durante el día: tanto los sistemas HMI utilizados en interiores, por ejemplo en naves industriales, como en exteriores, deben resistir cambios de temperatura. Estos pueden afectar la funcionalidad y durabilidad de los dispositivos en forma de humedad por condensación, especialmente si hay un espacio de aire entre la pantalla y el cristal frontal con sensor táctil. La humedad no solo afecta la visualización en la pantalla, sino que también impacta negativamente en la vida útil de la electrónica sensible en los displays. Sin embargo, si el espacio de aire se llena con material de soldadura óptica, es decir, un adhesivo, la temperatura interna de la aplicación se mantiene constante y no se forma humedad por condensación en el dispositivo.

Al mismo tiempo, el material de adhesión también previene la entrada de polvo y partículas de suciedad. Una protección especial contra polvo y suciedad es especialmente importante cuando el sistema HMI se emplea en exteriores, por ejemplo, en vehículos agrícolas. Otro desafío para los sistemas HMI en exteriores es la radiación solar. Si el dispositivo está expuesto diariamente al sol, puede sobrecalentarse y, en el peor de los casos, volverse inoperable. Para este problema también ofrece una solución la soldadura óptica: mediante el uso de material de soldadura calificado para UV, se realiza una disipación de calor. El calor de la retroiluminación LED y de la superficie de la pantalla se transfiere a través del material de soldadura al cristal protector. Así, las LEDs no se sobrecalientan, lo que aumenta su vida útil.

También en cuanto a buena legibilidad, la soldadura óptica promete ventajas. Porque en entornos especiales, como en la tecnología médica, las condiciones de iluminación críticas afectan a los displays. Mientras que con un espacio de aire la luz se refracta y refleja, un display táctil relleno con material de soldadura aumenta el contraste. El material de soldadura tiene un índice de refracción similar al del vidrio, por lo que posee propiedades ópticas similares. Esto garantiza una óptica sin deslumbramiento. Gracias a las bajas pérdidas de contraste, los sistemas HMI pueden funcionar de manera energéticamente eficiente con menos potencia.

La soldadura óptica también hace que las aplicaciones con pantallas y paneles táctiles sean mucho más resistentes. El método de adhesión sirve como refuerzo mecánico del dispositivo. El cristal protector se une firmemente a la pantalla mediante soldadura óptica. En caso de rotura del cristal, actúa como protección contra fragmentos; el dispositivo es más resistente a vibraciones, golpes y fuerzas externas. Esto es especialmente ventajoso en dispositivos móviles en la industria automotriz y en aplicaciones médicas.

El método adecuado para diferentes requisitos

En la soldadura óptica existen varias técnicas de adhesión para distintos requisitos. El método de soldadura depende de la selección de componentes, la integración en el sistema y las exigencias de la aplicación. Las preferencias del cliente son determinantes, explica Thorsten Penassa de BOPLA Gehäuse Systeme GmbH. "Formatos de pantalla deseados, formas de construcción, cantidades específicas y presupuestos: todo esto debe considerarse al elegir el método de soldadura", afirma Penassa. El jefe de integración de sistemas en BOPLA debe conocerlo, ya que la empresa ofrece a sus clientes, entre otros, integración de pantallas táctiles y sistemas HMI, y también trabaja con soldadura óptica.

En la soldadura óptica, BOPLA distingue entre dos procedimientos: el Dry Bonding, es decir, la soldadura en seco, y el Wet Bonding, que implica un pegado líquido. "El Dry Bonding también se llama laminado. En este proceso, el material de soldadura se corta a la medida de la superficie visible del display y se llena de manera homogénea el espacio de aire entre el cristal frontal y la parte trasera del sensor táctil. Aquí, el sensor táctil debe ser flexible o semirrígido. Se lamina una capa de adhesivo altamente transparente bajo altas exigencias ópticas detrás del cristal protector. Por ejemplo, no debe haber polvo entre las unidades, ni formarse burbujas. Esa es la dificultad de este método", explica Penassa. Con presión y calor, el sensor y el cristal protector se unen. Este procedimiento es relativamente económico y eficiente en tiempo. Si el cliente requiere grandes cantidades de dispositivos en poco tiempo, el Dry Bonding es el método preferido. Sin embargo, las posibilidades de impresión en el cristal protector son limitadas.

Por otro lado, el Wet Bonding es adecuado para conexiones de materiales duros a duros, es decir, cuando se desea pegar un sensor rígido con el cristal protector. En este proceso, un adhesivo líquido se distribuye sobre el sensor táctil y se endurece con luz UV. Según Penassa, esto también se realiza con altas exigencias ópticas. Este método es el más común porque es flexible. Al utilizar luz UV para el endurecimiento, es especialmente respetuoso con los materiales. En esta técnica, el adhesivo líquido llena el espacio de aire entre la superficie de la pantalla y la parte trasera del sensor. Si el cliente desea una pantalla sin marco o con borde cero, el proceso de soldadura húmeda es solo parcialmente adecuado.

El entorno aumenta las exigencias tanto para el sistema como para la carcasa en la que se integra el sistema HMI. Ya sea pantallas resistivas o capacitivas, displays o teclados: según el cliente y el sector, las exigencias en la integración mecánica y electrónica de los sistemas HMI pueden variar considerablemente. Mientras que en aplicaciones industriales, por ejemplo, se requiere una resistencia muy alta, en la tecnología médica también es importante la higiene.

De una tendencia marginal a un sector importante

La soldadura óptica marcó el comienzo de un cambio fundamental: cuando Thorsten Penassa empezó en BOPLA hace casi doce años, el especialista en tecnología de carcasas ya ofrecía integración de pantallas, aunque de manera secundaria, recuerda. La verdadera expansión del tema "integración de pantallas" en BOPLA ocurrió cuando la empresa comenzó a ofrecer integración mediante soldadura húmeda hace aproximadamente diez años. Hoy en día, la empresa ofrece soluciones de integración de pantallas táctiles en diversas variantes, adaptadas a las preferencias de los clientes: soluciones con película frontal continua (pantallas resistivas) o con cristal protector continuo (pantallas capacitivas), en las que no deben quedar bordes sucios, por ejemplo, en la tecnología médica o en la industria alimentaria, pero también es posible combinar una pantalla táctil con un teclado de película convencional.

BOPLA dispone de una tecnología de encolado desarrollada específicamente para la integración de pantallas y sistemas HMI. En este proceso, la pantalla o toda la unidad HMI se fija desde atrás con una capa adicional y una masa de encolado. De esta forma, todo el peso de la pantalla y la electrónica no solo depende del cristal protector. "Así hacemos que el dispositivo sea aún más estable. Y esto es tan efectivo que siempre lo recomendamos a nuestros clientes en la integración de pantallas", afirma Penassa. Gracias a este procedimiento, la unidad HMI se fija sin tensión desde atrás y soporta cambios de temperatura mayores.