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Procédé d'établissement d'un circuit électrique, et circuit obtenu par ce procédé La présente invention a pour objet un procédé d'établissement de circuits électriques tels par exemple que circuits imprimés, empilage de circuits imprimés ou module, ainsi qu'un circuit établi par ledit procédé.
D'ordinaire, des connexions entre conducteurs sont établis par serrage ou par soudage. Par suite du développement des circuits imprimés, et, surtout, des empilages de circuits imprimés ou modules, composés de plusieurs couches de circuits imprimés portés par des films isolants minces ou souples, l'établissement des connexions électriques entre circuits empilés ou superposés présente maints problèmes difficiles. L'ajustage serré est très peu satisfaisant, parce que la corrosion, l'expansion et la contraction des circuits et des connecteurs provoquent une modification de la résistance électrique ou la perte complète de contact électrique dans le circuit, ce qui modifie les caractéristiques de celui-ci d'une façon aléatoire ou le rend inopérant.
Pour l'établissement de connexions soudées dans ces circuits empilés ou modules, il était nécessaire que les connexions soient faites en dehors de la périphérie ou du périmètre des modules, où les conducteurs des circuits sont sortis. Jusqu'ici, aucune méthode pratique ne permettait le soudage des connexions, avec la sûreté et l'uniformité requises, lorsque les connexions doivent être faites à l'intérieur du périmètre du module. On a tenté d'établir de telles connexions internes en soudant celles-ci lors de l'assemblage de l'empilage ou du module.
Cette procédure prend toutefois beaucoup de temps et est hasardeuse, ce qui donne lieu à des échecs et à des rebuts, parce que la chaleur nécessaire pour le soudage d'une connexion risque souvent de dessouder une connexion déjà établie.
Un facteur, qui était considéré jusqu'ici comme limitatif, est la relation entre le point de fusion de la soudure et l'effet de la chaleur sur le film isolant ou la base qui supporte les éléments des circuits. Etant donné que les films isolants présentent des points de fusion ou de carbonisation relativement peu élevés, les soudures utilisées jusqu'ici ont des points d'écoulement inférieurs à la température qui endommagerait la matière isolante. Ces soudures exigent l'emploi de fondants pour établir des connexions convenables. Or, un écoulement approprié et uniforme des fondants n'était pas possible pour des connexions internes dans des circuits empilés ou des modules.
On a proposé d'établir des connexions entre circuits superposés par formage de trous à travers plusieurs assemblages de circuits superposés et par l'introduction d'une soudure enrobée ou d'un tube rempli de soudure, à travers les trous, en contact avec les conducteurs choisis. Les tubes sont chauffés à l'aide d'une plaque chauffante ou autre corps de chauffe, pour faire fondre la soudure et souder le ou les tubes aux divers éléments des circuits avec lesquels les tubes sont en contact.
La soudure sur ou dans les tubes présente un très bas point de fusion et d'écoulement, par exemple 90 à 1801, C, ce qui rend ce procédé peu pratique, parce que les composants électriques à fixer aux tubes creux ne peuvent pas y être soudés sans faire fondre la soudure qui sert à établir les connexions des circuits. De ce fait, il en résulte des ouvertures de circuits par fusion des soudures déjà faites, et la contraction et l'expansion des éléments provoquent l'ouverture d'autres circuits. Un autre aspect défavorable de la méthode décrite est que, même si des connexions pouvaient être faites avec des soudures à si bas point de fusion, les produis résultants seraient sans utilité dans de nombreux cas où les températures de fonctionnement atteignent 900 C et plus.
L'invention a pour but d'éliminer, au moins en partie, les difficultés mentionnées ci-dessus.
Le procédé selon l'invention, d'établissement d'un circuit électrique, dans lequel on utilise au moins un
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support isolant comprenant une matière plastique pouvant être endommagée par la chaleur à une température de moins de 425 C, ce support portant au moins un conducteur est caractérisé en ce qu'on forme un trou dans le support isolant, au voisinage du conducteur, ou insère dans ce trou un dispositif de connexion électriquement conducteur portant un revêtement d'alliage de brasage à point de fusion d'au moins 425 C, en contact avec ledit conducteur, on applique durant moins d'une seconde un courant de brasage aux extrémités opposées du dispositif de connexion, à des côtés opposés du support,
pour chauffer le dispositif de connexion à une température supérieure à 4250 C et inférieure au point de fusion du dispositif de connexion, afin de faire fondre l'alliage de brasage et braser le dispositif de connexion audit conducteur, sans endommager le support isolant.
L'invention a aussi pour objet un circuit obtenu selon le procédé de l'invention et qui est caractérisé en ce qu'il comprend un support isolant comprenant unematière plastique isolante pouvant être endommagée par la chaleur à une température de moins de 425 C et portant au moins un conducteur électrique qui y est encapsulé, et au moins un connecteur électriquement conducteur traversant le support à une certaine distance de son périmètre et relié à une partie dudit conducteur, par un alliage de brasage à point de fusion d'au moins 4250 C.
Le dessin illustre, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du procédé et du circuit obtenu par ce procédé la fig. 1 est une vue éclatée d'une partie d'un empilage de circuits imprimés ou d'un module, montrant quatre circuits imprimés, disposés en position d'assemblage, la fig. 2 est une vue en plan d'un empilage typique de circuits imprimés ou d'un module, composé de huit des circuits imprimés individuels de la fig. 1, la fig. 3 illustre schématiquement l'opération de per- çage d'un module du type représenté à la fig. 2, la fig. 4 illustre schématiquement un module dans lequel a été inséré une tige de connecteur,
la fig. 5 illustre schématiquement l'opération de brasage de la tige de connecteur aux composants du module, la fig. 6 est une vue en coupe d'une tige de connecteur, la fig. 7 est une vue en perspective d'un joint typique entre une tige de connecteur et des conducteurs du module, représenté d'une manière très agrandie, l'isolation ayant été enlevée, la fig. 8 est une vue en plan depuis le dessus, montrant un autre type de connexion entre un élément de connecteur et des composants d'un circuit imprimé, la fig. 9 est une vue en coupe par la ligne 9-9 de la fig. 8, et la fig. 10 est une vue en perspective d'une partie d'un circuit imprimé, montrant une forme modifiée de connecteur.
En se référant à la fig. 1, des circuits empilés ou un module typique peuvent être constitués par une série de circuits imprimés 10, 11, 12, 13, etc., qui comprennent une feuille isolante 14, en matière plastique ou en fibres de verre, imprégnée ou revêtue de matière plastique isolante, et de plusieurs éléments conducteurs 15, 16, 17, etc., en métal conducteur, par exemple en cuivre, appliqués sur la base isolante d'une manière connue, par exemple par électrodéposition, par gravure à l'acide, etc.
Comme le montre la figure, les circuits imprimés 10, 11, 12 et 13 sont les mêmes mais orientés par rapport les uns aux autres, comme l'indiquent les marques 18, 19, 20 et 21 qu'ils portent, de façon à obtenir une configuration des conducteurs 15 à 17, etc., qui convient par un circuit requis. Les circuits imprimés individuels étant disposés comme il convient, ils peuvent être stratifiés les uns aux autres à chaud et sous pression, pour produire un module 22, comme le montre la fig. 2, avec une configuration de circuits 23. N'importe quelle autre disposition voulue des partie conductrices de circuits imprimés et empilés peut être obtenue, selon les exigences.
Le module de la fig. 2 est composé de huit circuits principaux, du type des circuits 10 à 32 et donne lieu à la configuration de circuits 23, dont des parties des circuits sont superposées et doivent être reliées entre elles.
Pour relier par exemple le point central ou tous autres points d'intersection du circuit 23 du module 22, un ou plusieurs trous sont percés à travers tout le module, aux points de connexion désirés. Ces trous peuvent être faits avec des vrilles 24 ou autrement, en nombre voulu pour l'établissement des connexions nécessaires entre les circuits imprimés superposés.
Dans chacun des trous des modules une tige de connecteur 25 est insérée. Comme le montre la fig. 6, chacune de ces tiges se compose d'un membre conducteur 26, sous forme d'un tube, d'un fil ou d'une barre en cuivre ou en nickel, avec un revêtement 27 en alliage de brasage, tel qu'un alliage d'argent.
Les alliages de brasage typiques sont les alliages d'argent de Handy & Harman suivants
EMI2.36
<tb> Point <SEP> de <SEP> Point
<tb> Composition <SEP> fusion <SEP> d'écoulement
<tb> oc <SEP> OC
<tb> Sil-Fos <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 15 <SEP> % <SEP> Ag <SEP> 80'% <SEP> Cu <SEP> 5 <SEP> % <SEP> P <SEP> 640 <SEP> 700
<tb> 603 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 60 <SEP> % <SEP> Ag <SEP> 30 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> 10 <SEP> % <SEP> Sn <SEP> 600 <SEP> 720
<tb> BT <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 72 <SEP> '% <SEP> Ag <SEP> 28 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> 780 <SEP> 780
<tb> Premabraze <SEP> 615 <SEP> . <SEP> .
<SEP> 61,5 <SEP> 0/a <SEP> Ag <SEP> 24 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> 14,5'% <SEP> In <SEP> 625 <SEP> 707
D'autres alliages de brasage analogues conviennent également. Du fait des températures de fusion et d'écoulement élevées de ces alliages de brasage à l'argent, des dispositifs de chauffage usuels, tels que fers à souder, torches, etc., ne peuvent pas servir pour élever suffisamment la température de la tige 25 afin de faire fondre l'alliage de brasage, sans endommager en même temps la partie
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isolante du module. Le chauffage s'opère à l'aide d'un appareil de soudage par points 28, avec électrodes 29 et 30 qui peuvent être amenées l'une contre l'autre et appuyées sur les extrémités opposées de la tige 25.
N'importe quel appareil de soudage par point est utilisable, si ses électrodes peuvent être appuyées contre les extrémités de la tige 25 et s'il comporte un mécanisme permettant d'appliquer à la zone de brasage des impulsions électriques de la durée voulue. Des résultats satisfaisants sont obtenus avec une soudeuse par points de 3 kVA, modèle 93V3, fabriquée par Eisler Engineering Co., Inc., Newark, New Jersey. Cette soudeuse, du type à 220 volts, a été modifiée pour fonctionner à 110 volts, avec 11 prises donnant, aux électrodes, des tensions allant de 1,05 à 1,6 volt, en échelons à peu près égaux.
Avec une telle soudeuse et la tige 25, une impulsion de relativement peu de périodes d'un courant à 60 Hz fond l'alliage de brasage 27, qui coule et forme une robuste connexion électriquement conductrice entre la barre ou le fil 26 et les conducteurs 15, 16, 17, etc., adjacents ou s'engageant, de plusieurs couches dans le module 22, comme le montre la fig. 7. Dans des connexions typiques, le métal de brasage forme, à chaque joint, un filet 31 qui s'étend sur une assez grande distance 32 le long de chacun des conducteurs, garantissant ainsi une connexion mécaniquement robuste, résistante à la chaleur et électrique-conductrice, entre les conducteurs et la tige 25.
La résistance mécanique des connexions entre la barre ou le fil 26 du connecteur et les conducteurs 15,. 16, 17, etc. est effectivement si grande, que le joint ne se rompt pas, même si la partie isolante est arrachée des connecteurs, en exposant ceux-ci.
Les circuits imprimés peuvent avoir une base isolante en fibres de verre imprégnées avec une résine isolante appropriée, par exemple du polyuréthane 2000/ AH-3 de la Conap, Inc., décrite dans le Bulletin Conap, Inc., U-1500-1. Cette résine à deux composants doit être traitée à 1000 C pendant quatre heures.
Elle présente alors une dureté Shore de 80, une possibilité d'allonge- ment de 150%, une résistance à la traction de 1300, une hygroscopicité de 1,1% après immersion pendant 24 heures dans de l'eau, un facteur de pertes de 0,08 à 25 C, et une constante diélectrique de 4,6. Elle présente également une viscosité Brookfield de 9000, à 25o C, et de 300,à 800 C.
Une autre résine polyuréthane appropriée est la résine 7021 de Bonner Chemicals Division de la By State Chemical Co., Inc. L'emploi de ces résines ou de résines analogues permet d'obtenir une base isolante de la minceur et de la durabilité désirées, avec d'autres propriétés convenables. D'autres polyuréthanes appropriés, de même que des résines polyesters, telles que du mylar, conviennent pour l'imprégnation et le revêtement de la base isolante 14.
Une tige de connecteur typique 25 comprend un noyau en cuivre 26, d'un diamètre de 0,68 mm et une gaine d'alliage de brasage 27, de 0,08 mm, par exemple en un alliage de Handy & Harman décrit précédemment. Cette gaine peut s'étendre jusqu'aux extrémités du noyau 26, mais elles se terminent de préférence peu avant les extrémités, afin d'éviter que de l'alliage s'écoule sur les électrodes.
Lors du brasage de la tige 25 aux conducteurs des circuits du module 22 de la fig. 5, l'appareil de soudage par points était pourvu d'électrodes en tungstène, d'un diamètre de 1,5 mm. Une pression de 2,3 kg était appliquée aux extrémités opposées de la tige 25 par les élec- trodes 29 et 30 et le brasage avait lieu en amenant du courant à la tige 25 pendant un cinquième de seconde, c'est-à-dire durant 12 périodes, à la prise no 11 (1,6 volt). Le brasage était constaté par un chauffage presque instantané de la tige et la production d'une petite bouffée de fumée ou de vapeur, causée par la vaporisation de la matière plastique à proximité immédiate du connecteur.
La continuité de la matière isolante n'était toutefois pas visiblement modifiée et il n'y avait pas de carbonisation. Les conditions de brasage indiquées sont optimales, mais d'autres combinaisons de tension et de périodes de la soudeuse peuvent être nécessaires pour des tiges 25 enrobées d'un alliage de brasage différent ou pour des tiges plus grosses ou plus minces, afin que le chauffage des connecteurs suffise pour faire fondre le métal de brasage 27 et l'adhérer aux conducteurs du module 22.
Une méthode analogue peut être appliquée pour établir des connexions brasées dans des circuits imprimés à une seule couche et d'autres types de connecteurs peuvent être utilisés si cela est désiré. Ainsi, par exemple, en se référant aux fig. 8 et 9, un connecteur tubulaire ou oeillet 40 sert à relier un composant électrique à un conducteur 41 sur une base isolante 42, constituée ou revêtue d'une résine appropriée, telle que de la résine Bonner 7021. L'oeillet 40 comporte un épaulement 43 et est introduit dans un trou 44 formé dans la base 42 du connecteur 41, par perçage ou autrement.
Entre l'épaulement 43 et le conducteur 41 est interposé un mince disque ou une mince bande 45 d'alliage de brasage. Il n'est pas nécessaire de chauffer sur toute sa longueur l'#illet 40 pour faire fondre la bande 45, de sorte que l'électrode inférieure 46 de la soudeuse peut être en cuivre et pourvue d'un évidement 47 pour recevoir l'extrémité de l'oeillet. L'électrode supérieure 47 est en molybdène et, dans un exemple typique, son diamètre extérieur est de 1,25 mm ou un peu plus grand que l'extrémité supérieure de l'#illet 40. L'électrode en molybdène 47 est chauffée par le passage du courant et elle fait fondre l'alliage de brasage 45, par conduction à travers l'#illet 40.
Des oeillets typiques en cuivre ont un diamètre extérieur de 0,8 mm, un épaulement 43 d'un diamètre de 1,2 mm et une ouverture centrale traversante d'un diamètre de 0,55 mm. L'alliage de brasage 45 est de l'un ou l'autre des types décrits ci-dessus. Avec cette disposition et avec la soudeuse ajustée à la prise no 4 (1,2 volt) et une pression de 1,5 kg appliquée à l'oeillet, un brasage convenable a été accompli avec une impulsion électrique d'une durée de cinq périodes (un douzième de seconde). On a constaté que le brasage était amélioré en enduisant la base 42 avec une résine polyuréthane. D'autres résines d'imprégnation ou de revêtement donnaient également de bons résultats et permettaient un brasage sans carbonisation ou autre endommagement.
D'autres types de connecteurs peuvent également être prévus pour relier des composants ou conducteurs de circuits imprimés empilés, par exemple un connecteur de la forme indiquée à la fig. 10. Ce connecteur 50 peut consister en un petit disque de cuivre 51, d'un diamètre approprié, de l'ordre du diamètre de la barre 26 représentée à la fig. 6, et portant à ses extrémités opposées des revêtements 52 et 53 d'alliage de brasage à l'argent. Un bras 54, qui peut être recouvert d'un alliage de brasage du type indiqué ci-dessus ou ayant au moins
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à sa surface de dessous une mince couche d'un tel alliage, part latéralement du disque 51.
Pour établir la connexion entre le connecteur 50 et un conducteur 55 sur une base isolante 56, celle-ci peut être percée pour recevoir le disque 51, le connecteur étant placé de façon que le bras 54 appuie sur le conducteur 55. Une série de circuits peuvent être pourvus de connecteurs 50 à des endroits appropriés et, comme le montre la fig. 10, une colonne de connecteurs 50, 50' et 50" empilés peut servir pour établir une liaison entre le conducteur 55 et les conducteurs 57 et 58 de circuits imprimés superposés. Lorsque le dessus du disque supérieur 51 est touché par une électrode de la soudeuse, que le dessous du connecteur le plus bas 50" est touché par l'électrode inférieure de la soudeuse et qu'une pression est appliquée, les connecteurs 50, 50' et 50" se touchent.
A la suite du passage du courant de brasage, le métal de brasage qui en recouvre les extrémités fond, ce qui joint mécaniquement et électriquement ces connecteurs, tandis que l'alliage de brasage sur les bras 54 est fondu pour braser ces bras aux conducteurs 55, 57 et 58, établissant ainsi une connexion mécaniquement robuste et électriquement conductrice entre les divers conducteurs. Il va de soi que des variations sont possibles dans la forme et les dimensions des boutons ou disques 51 et des bras 54, pour les adapter à divers circuits. Ainsi, par exemple, en prévoyant des bras en forme de L au disque 51, on peut établir une connexion entre le connecteur 50 et un conducteur 55 qui ne s'étend pas radialement. On obtient ainsi une grande souplesse dans l'établissement de connexions dans des circuits de divers types.
D'autres variations de connecteurs sont naturellement possibles, par exemple des connecteurs sous forme de torons en cuivre et alliage de brasage à l'argent, torons en cuivre enrobés ou enrubannés d'alliage de brasage à l'argent. De même, mais moins convenablement, les conducteurs du circuit imprimé peuvent être plaqués ou recouverts d'une manière ou d'une autre d'une couche d'alliage de brasage à l'argent ou de couches de ces composants d'alliage qui, après chauffage, forment un joint par brasage ou diffusion avec une tige, un oeillet, un disque ou autre de connecteur nu.
Pour toutes ces connexions, en employant des types appropriés d'alliage de brasage et de bases isolantes en matières plastiques qui se vaporisent, au lieu de se carboniser, à la température de brasage, on peut obtenir de robustes et nettes connexions et des résultats convenables, de sorte qu'il ne se produit que peu de rebuts, voire aucun, même pour des modules ou circuits imprimés empilés les plus compliqués.
La présente invention permet ainsi la production de modules auxquels d'autres composants peuvent être aisément soudés, même avec des soudures à haute température ou avec des métaux de brasage d'une température plus basse que celles utilisées directement sur les connecteurs, sans provoquer d'interruptions ou autres endommagements des connexions déjà établies. De cette manière, des composants peuvent être ajoutés au circuit sans nécessiter l'attention et l'habileté qu'exigent des soudures ordinaires à bas point de fusion. Les produits finis sont beaucoup plus durables et beaucoup mieux capables de supporter des conditions de fonctionnement à des températures élevées, qui endommageraient ou détruiraient des modules fabriqués selon les anciennes techniques de soudage.
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Method of establishing an electric circuit, and circuit obtained by this method The present invention relates to a method of establishing electric circuits such as for example printed circuits, stacking of printed circuits or module, as well as an established circuit by said method.
Usually, connections between conductors are made by clamping or soldering. As a result of the development of printed circuits, and, above all, of stacks of printed circuits or modules, composed of several layers of printed circuits carried by thin or flexible insulating films, the establishment of electrical connections between stacked or superimposed circuits presents many problems. difficult. The interference fit is very unsatisfactory, because corrosion, expansion and contraction of circuits and connectors cause a change in electrical resistance or complete loss of electrical contact in the circuit, which changes the characteristics of the circuit. here in a random way or makes it inoperative.
For the establishment of solder connections in these stacked circuits or modules, it was necessary that the connections be made outside the periphery or perimeter of the modules, where the conductors of the circuits exited. Heretofore, no practical method has permitted the soldering of the connections, with the required safety and uniformity, when the connections are to be made within the perimeter of the module. An attempt has been made to establish such internal connections by soldering them during assembly of the stack or module.
However, this procedure is time consuming and hazardous, leading to failures and scrap, because the heat required to solder a connection can often unsolder an already established connection.
One factor, which was heretofore considered limiting, is the relationship between the melting point of the solder and the effect of heat on the insulating film or the base that supports the circuit elements. Since insulating films exhibit relatively low melting or charring points, solders heretofore used have below temperature pour points which would damage the insulating material. These welds require the use of fluxes to make proper connections. However, an appropriate and uniform flow of the fluxes was not possible for internal connections in stacked circuits or modules.
It has been proposed to establish connections between superimposed circuits by forming holes through several assemblies of superimposed circuits and by introducing a coated solder or a tube filled with solder, through the holes, in contact with them. selected drivers. The tubes are heated using a heating plate or other heating body, to melt the solder and solder the tube or tubes to the various elements of the circuits with which the tubes are in contact.
Welding on or in the tubes has a very low melting point and flow, for example 90 to 1801, C, which makes this process impractical, because the electrical components to be attached to the hollow tubes cannot be there. soldered without melting the solder used to make the circuit connections. As a result, there are circuit openings by fusion of the welds already made, and the contraction and expansion of the elements cause the opening of other circuits. Another unfavorable aspect of the described method is that, even if connections could be made with such low melting point welds, the resulting products would be of no use in many cases where operating temperatures reach 900 C and above.
The object of the invention is to eliminate, at least in part, the difficulties mentioned above.
The method according to the invention for establishing an electrical circuit, in which at least one
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insulating support comprising a plastic material capable of being damaged by heat at a temperature of less than 425 C, this support carrying at least one conductor is characterized in that a hole is formed in the insulating support, in the vicinity of the conductor, or inserts in this hole an electrically conductive connection device bearing a coating of brazing alloy with a melting point of at least 425 C, in contact with said conductor, a brazing current is applied for less than one second to the opposite ends of the connection device, on opposite sides of the support,
for heating the connection device to a temperature above 4250 C and below the melting point of the connection device, in order to melt the brazing alloy and solder the connection device to said conductor, without damaging the insulating support.
The subject of the invention is also a circuit obtained according to the method of the invention and which is characterized in that it comprises an insulating support comprising an insulating plastic material capable of being damaged by heat at a temperature of less than 425 C and carrying at least one electrical conductor which is encapsulated therein, and at least one electrically conductive connector passing through the support at a certain distance from its perimeter and connected to a part of said conductor, by a brazing alloy with a melting point of at least 4250 C .
The drawing illustrates, by way of example, several embodiments of the method and of the circuit obtained by this method in FIG. 1 is an exploded view of part of a stack of printed circuits or of a module, showing four printed circuits, arranged in the assembly position, FIG. 2 is a plan view of a typical stack of printed circuits or a module, composed of eight of the individual printed circuits of FIG. 1, FIG. 3 schematically illustrates the operation of drilling a module of the type shown in FIG. 2, fig. 4 schematically illustrates a module in which a connector rod has been inserted,
fig. 5 schematically illustrates the operation of soldering the connector rod to the components of the module, FIG. 6 is a sectional view of a connector rod, FIG. 7 is a perspective view of a typical joint between a connector rod and module conductors, shown in much enlarged fashion with the insulation removed, FIG. 8 is a top plan view showing another type of connection between a connector element and components of a printed circuit, FIG. 9 is a sectional view taken along line 9-9 of FIG. 8, and fig. 10 is a perspective view of part of a printed circuit, showing a modified form of connector.
Referring to fig. 1, stacked circuits or a typical module may consist of a series of printed circuits 10, 11, 12, 13, etc., which include an insulating sheet 14, of plastic or glass fibers, impregnated or coated with material insulating plastic, and several conductive elements 15, 16, 17, etc., of conductive metal, for example copper, applied to the insulating base in a known manner, for example by electrodeposition, by acid etching, etc. .
As shown in the figure, the printed circuits 10, 11, 12 and 13 are the same but oriented with respect to each other, as indicated by the marks 18, 19, 20 and 21 which they carry, so as to obtain a configuration of conductors 15 to 17, etc., which is suitable by a required circuit. With the individual printed circuits properly arranged, they can be laminated to each other under heat and pressure, to produce a module 22, as shown in FIG. 2, with a circuit configuration 23. Any other desired arrangement of the conductive parts of printed and stacked circuits can be obtained, according to the requirements.
The module of FIG. 2 is composed of eight main circuits, of the type of circuits 10 to 32 and gives rise to the configuration of circuits 23, parts of the circuits of which are superimposed and must be linked together.
To connect for example the central point or any other points of intersection of the circuit 23 of the module 22, one or more holes are drilled through the entire module, at the desired connection points. These holes can be made with twists 24 or otherwise, as many as necessary to make the necessary connections between the superimposed printed circuits.
In each of the holes of the modules a connector rod 25 is inserted. As shown in fig. 6, each of these rods consists of a conductive member 26, in the form of a tube, wire or bar of copper or nickel, with a coating 27 of brazing alloy, such as a silver alloy.
Typical brazing alloys are the following Handy & Harman silver alloys
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<tb> Point <SEP> of <SEP> Point
<tb> Composition <SEP> fusion <SEP> flow
<tb> oc <SEP> OC
<tb> Sil-Fos <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 15 <SEP>% <SEP> Ag <SEP> 80 '% <SEP> Cu <SEP> 5 <SEP>% <SEP> P <SEP> 640 <SEP> 700
<tb> 603 <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 60 <SEP>% <SEP> Ag <SEP> 30 <SEP>% <SEP> Cu <SEP> 10 <SEP>% <SEP> Sn <SEP> 600 <SEP> 720
<tb> BT <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 72 <SEP> '% <SEP> Ag <SEP> 28 <SEP>% <SEP> Cu <SEP> 780 <SEP> 780
<tb> Premabraze <SEP> 615 <SEP>. <SEP>.
<SEP> 61.5 <SEP> 0 / a <SEP> Ag <SEP> 24 <SEP>% <SEP> Cu <SEP> 14.5 '% <SEP> In <SEP> 625 <SEP> 707
Other similar brazing alloys are also suitable. Due to the high melting and flow temperatures of these silver brazing alloys, conventional heaters, such as soldering irons, torches, etc., cannot be used to sufficiently raise the temperature of the rod. 25 in order to melt the brazing alloy, without damaging the part at the same time
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insulator of the module. The heating takes place with the aid of a spot welding apparatus 28, with electrodes 29 and 30 which can be brought against each other and pressed on the opposite ends of the rod 25.
Any spot welding apparatus can be used if its electrodes can be pressed against the ends of the rod 25 and if it has a mechanism for applying electrical pulses of the desired duration to the soldering area. Satisfactory results are obtained with a 3 kVA spot welder, Model 93V3, manufactured by Eisler Engineering Co., Inc., Newark, New Jersey. This welder, of the 220 volt type, has been modified to operate at 110 volts, with 11 outlets giving the electrodes voltages ranging from 1.05 to 1.6 volts, in approximately equal steps.
With such a welder and rod 25, a relatively short period pulse of 60 Hz current melts solder alloy 27, which flows and forms a strong electrically conductive connection between bar or wire 26 and the conductors. 15, 16, 17, etc., adjacent or engaging, of several layers in module 22, as shown in fig. 7. In typical connections, the brazing metal forms, at each joint, a thread 31 which extends a considerable distance 32 along each of the conductors, thus ensuring a mechanically robust, heat-resistant and electrical connection. -conductive, between the conductors and the rod 25.
The mechanical strength of the connections between the bar or the wire 26 of the connector and the conductors 15 ,. 16, 17, etc. is indeed so large that the seal does not break even if the insulating part is torn off the connectors, exposing them.
Printed circuits may have an insulating base of glass fibers impregnated with a suitable insulating resin, for example polyurethane 2000 / AH-3 from Conap, Inc., described in Conap, Inc. Bulletin, U-1500-1. This two-component resin must be treated at 1000 C for four hours.
It then has a Shore hardness of 80, a possibility of elongation of 150%, a tensile strength of 1300, a hygroscopicity of 1.1% after immersion for 24 hours in water, a loss factor. of 0.08 at 25 C, and a dielectric constant of 4.6. It also has a Brookfield viscosity of 9000, at 25o C, and 300, at 800 C.
Another suitable polyurethane resin is 7021 resin from Bonner Chemicals Division of By State Chemical Co., Inc. Use of these or like resins provides an insulating base of the desired thinness and durability, with other suitable properties. Other suitable polyurethanes, as well as polyester resins, such as mylar, are suitable for the impregnation and coating of the insulating base 14.
A typical connector rod 25 includes a copper core 26, 0.68 mm in diameter and a brazing alloy sheath 27, 0.08 mm, for example of a Handy & Harman alloy previously described. This sheath can extend to the ends of the core 26, but they preferably end shortly before the ends, in order to prevent the alloy from flowing onto the electrodes.
When brazing the rod 25 to the conductors of the circuits of the module 22 of FIG. 5, the spot welding apparatus was provided with tungsten electrodes, with a diameter of 1.5 mm. A pressure of 2.3 kg was applied to the opposite ends of the rod 25 by the electrodes 29 and 30 and the brazing took place by supplying current to the rod 25 for a fifth of a second, i.e. for 12 periods, at socket No. 11 (1.6 volts). Brazing was seen by almost instantaneous heating of the rod and the production of a small puff of smoke or steam, caused by the vaporization of the plastic material in the immediate vicinity of the connector.
The continuity of the insulating material, however, was not visibly changed and there was no charring. The brazing conditions shown are optimal, but other combinations of welder voltage and periods may be required for rods coated with a different brazing alloy or for thicker or thinner rods, so that heating connectors are sufficient to melt the brazing metal 27 and adhere it to the conductors of the module 22.
A similar method can be applied to make solder connections in single layer printed circuits and other types of connectors can be used if desired. Thus, for example, referring to Figs. 8 and 9, a tubular connector or eyelet 40 serves to connect an electrical component to a conductor 41 on an insulating base 42, made of or coated with a suitable resin, such as Bonner 7021 resin. The eyelet 40 has a shoulder. 43 and is inserted into a hole 44 formed in the base 42 of the connector 41, by drilling or otherwise.
Between the shoulder 43 and the conductor 41 is interposed a thin disc or a thin strip 45 of brazing alloy. It is not necessary to heat the entire length of the eyelet 40 to melt the strip 45, so the lower electrode 46 of the welder can be made of copper and provided with a recess 47 to receive the strip. end of the eyelet. The upper electrode 47 is made of molybdenum and, in a typical example, its outside diameter is 1.25 mm or a little larger than the upper end of the eyelet 40. The molybdenum electrode 47 is heated by current and it melts the brazing alloy 45, by conduction through the # eyelet 40.
Typical copper eyelets have an outside diameter of 0.8mm, a shoulder 43 with a diameter of 1.2mm, and a central through opening with a diameter of 0.55mm. The brazing alloy 45 is of either of the types described above. With this arrangement and with the welder adjusted to socket # 4 (1.2 volts) and 1.5 kg pressure applied to the eyelet, proper brazing was accomplished with an electric pulse lasting five periods. (one twelfth of a second). It was found that the brazing was improved by coating the base 42 with a polyurethane resin. Other impregnation or coating resins also gave good results and allowed brazing without carbonization or other damage.
Other types of connectors can also be provided to connect components or conductors of stacked printed circuits, for example a connector of the form shown in FIG. 10. This connector 50 may consist of a small copper disc 51, of a suitable diameter, of the order of the diameter of the bar 26 shown in FIG. 6, and carrying at its opposite ends coatings 52 and 53 of silver brazing alloy. An arm 54, which may be covered with a brazing alloy of the type indicated above or having at least
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on its undersurface, a thin layer of such an alloy starts laterally from the disc 51.
To establish the connection between the connector 50 and a conductor 55 on an insulating base 56, this can be drilled to receive the disc 51, the connector being placed so that the arm 54 rests on the conductor 55. A series of circuits can be provided with connectors 50 at suitable places and, as shown in fig. 10, a column of connectors 50, 50 'and 50 "stacked can be used to establish a bond between the conductor 55 and the conductors 57 and 58 of superimposed printed circuits. When the top of the upper disc 51 is touched by an electrode of the welder , that the underside of the lower connector 50 "is touched by the lower electrode of the welder and pressure is applied, connectors 50, 50 'and 50" are touching.
Following the passage of the brazing current, the brazing metal which covers the ends thereof melts, which mechanically and electrically joins these connectors, while the brazing alloy on the arms 54 is melted to braze these arms to the conductors 55 , 57 and 58, thereby establishing a mechanically robust and electrically conductive connection between the various conductors. It goes without saying that variations are possible in the shape and dimensions of the buttons or discs 51 and of the arms 54, to adapt them to various circuits. Thus, for example, by providing L-shaped arms to the disc 51, a connection can be made between the connector 50 and a conductor 55 which does not extend radially. This provides great flexibility in establishing connections in circuits of various types.
Other variations of connectors are of course possible, for example connectors in the form of copper and silver brazing alloy strands, copper strands coated or wrapped in silver brazing alloy. Likewise, but less suitably, the conductors of the printed circuit may be plated or covered in some way with a layer of silver brazing alloy or layers of such alloy components which, after heating, form a joint by brazing or diffusion with a rod, an eyelet, a disc or the like of bare connector.
For all of these connections, by employing the appropriate types of brazing alloy and plastic insulating bases which vaporize, instead of charring, at the brazing temperature, strong, clean connections can be obtained and suitable results. , so that little or no scrap occurs, even for the most complicated stacked modules or printed circuits.
The present invention thus enables the production of modules to which other components can be readily soldered, even with high temperature solders or with solder metals of a lower temperature than those used directly on the connectors, without causing damage. interruptions or other damage to already established connections. In this way, components can be added to the circuit without requiring the care and skill that ordinary low melting point solders require. The finished products are much more durable and much better able to withstand high temperature operating conditions, which would damage or destroy modules made by old welding techniques.