DE1150721B

DE1150721B - Miniaturbaugruppen besonders kleinen Raumbedarfs

Info

Publication number: DE1150721B
Application number: DES66678A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Erich Assmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-01-18
Filing date: 1960-01-18
Publication date: 1963-06-27

Description

Die Erfindung betrifft; eine Miniaturbaugruppe kleinen Raumbedarfs, die aus mehreren Mikrobauelementen aufgebaut ist.

In der Technik wird nach Möglichkeiten gesucht, in einfacher Weise nicht nur kleine Bauelemente anzufertigen, sondern diese Bauelemente auch zu Baugruppen zu vereinen. Diese Vereinfachung und Miniaturisierung bietet die Möglichkeit, elektrische Geräte, die seither einen großen Raum einnahmen und großes Gewicht hatten, zu verkleinern. Man gelangt auf diese Weise zu handlichen Baugruppen, die ihrerseits wiederum zu größeren Baugruppen zusammengestellt werden können.

Es sind bereits Miniaturbaugruppen bekanntgeworden, die aus einzelnen Mikrobauelementen durch eine besondere Art des Zusammenbaues vereint sind. Bei diesen Baugruppen sind die Mikrobauelemente auf quadratische Plättchen aufgetragen und mit bestimmten Anschlußstellen auf diesen Plättchen kontaktiert. Die Plättchen besitzen an ihren vier Stirnkanten jeweils mehrere solcher Anschlußstellen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer sehr vielartigen Anordnung der Mikrobauelemente auf diesen Plättchen. Durch Stapelung der Mikrobauelemente tragenden Plättchen sind Miniaturbaugruppen aufgebaut. Dabei liegen die Anschlußstellen dieser Plättchen jeweils direkt übereinander. Alle übereinanderliegenden Anschlußstellen sind miteinander durch Verbindungsleitungen, die über die Stirnkanten sämtlicher gestapelten Plättchen gerade entlanggeführt sind, kontaktiert. Je nach der Schaltung dieser Baugruppe sind die Bauelemente auf den Plättchen mit den dafür vorgesehenen Anschlußstellen kontaktiert. Es ergibt sich also eine große Anzahl verschiedenartiger Schaltungsmöglichkeiten der Mikrobauelemente entsprechend der Wahl der Anschlußstellen auf solchen Plättchen. Dieser Variantenreichtum bringt große Aufwendungen in fertigungstechnischer Hinsicht mit sich. Weiterhin treten Schwierigkeiten bei der Kontaktierung der Verbindungsleitungen mit den Anschlußstellen dadurch auf, daß die elektrische Verbindung bei der nur kleinen Lötfläche auf den Stirnkanten der Plättchen technologische Schwierigkeiten mit sich bringt. Der geringe Abstand zwischen den auf den Plättchen befindlichen Anschlußstellen vergrößert die Gefahr eines unerwünschten Kurzschlusses. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich beim Zusammenbau der Baugruppen und der Montage auf Platten. Da der Zwischenraum zwischen den Anschlußstellen nur sehr klein ist, liegen auch die Verbindungsdrähte eng nebeneinander, so daß bei einer Montage auf beispielsweise geätzten Schaltungen sehr erhebliche Miniaturbaugruppen
besonders kleinen Raumbedarfs

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Erich Assmann, München,
ist als Erfinder genannt worden

Anforderungen sowohl an die Druck- und Ätztechnik als auch an die Löttechnik gestellt werden.

Bei einer anderen bekanntgewordenen Miniaturbaugruppe sind die Verbindungsleitungen auf einen Träger angebracht, der nach bestimmten Gesichtspunkten geschlitzt wird, so daß er um die Plättchen sowohl horizontal als auch vertikal herumgeleitet werden kann. Abgesehen davon, daß es schwierig ist, auf diese Weise eine Miniaturbaugruppe zusammenzustellen, (die Plättchen müssen in die bereits gefalteten Rinnen eingelegt werden, ohne einen definierten Halt für die nachfolgende Zusammenfaltoperation zu bekommen), bilden bei dieser Anordnung der Trägerplättchen leitfähige Klebkontakte die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Plättchen, ihren Komponenten und den Steigleitungen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Miniaturbaugruppe zu schaffen, die es gestattet, einfache Trägerplättchen zu verwenden, die einen besonders kleinen Raumbedarf besitzt und die durch Auf einanderschichtung Mikrobauelemente tragender Isolierstoffplättchen aufgebaut ist; dabei sind durch Verbindungsleitungen die Bauelemente nach einem gewünschten Schaltbild miteinander verbunden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) daß die Bauelemente tragenden Plättchen übereinandergeschichtet in einem Halterungselement untergebracht sind, das nur die Ecken des Tragplättchen mittels strebenförmiger Halterungsstreifen umfaßt,

b) daß die Verbindungsleitungen zwischen den strebenförmigen Halterungsstreifen angeordnet sind,

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c) daß die übereinandergeschichten und kontaktierten Mikrobauelementeplättchen in vorzugsweise thermoplastische oder härtbare Stoffe eingegossen sind.

Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, daß für die Verbindungsleitungen draht- oder streifenförmige Leitungen verwendet werden, die zwischen den Plättchen, U-förmig ein- und ausgeführt und die U-förmigen Teile mit auf den Plättchenober- und/oder -Unterseiten befindlichen Anschlußteilen verlötet sind.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Halterungselement aus thermoplastischen oder aushärtbaren Stoffen, insbesondere aus Polystyrol oder Polycarbonat, besteht und beispielsweise im Spritzguß- oder Spritzpreßverfahren oder ähnlichen Verfahren hergestellt ist.

Zum Einbau der Miniaturbaugruppe nach der Erfindung in beispielsweise gedruckte Schaltungen sind am Halterungselement Kontaktstifte insbesondere in den Grund- und/oder Deckflächen angebracht. Aus Gründen, die später noch beschrieben werden, sind diese Kontaktstifte von der Mitte der Stirnkante jeder Fläche versetzt angebracht. Die Verbindung dieser Kontaktstifte mit den Verbindungsleitungen erfolgt vorzugsweise durch Verlöten.

Die Verbindungsleitungen können in der erfindungsgemäßen Miniaturbaugruppe kontaktlos an den Stirnkanten der Plättchen geradlinig entlanggeführt und nur bei den dafür vorgesehenen Anschlußstellen zwischen die Plättchen eingeschlagen und mit den Anschlußstellen, die sich auf den Plättchenober- und/ oder -Unterseiten befinden, kontaktiert werden. Diese Kontaktierung ist dem bekannten Verfahren durch ihre bedeutend festere mechanische und elektrische Verbindung überlegen, da die Kontaktierung mit den Anschlußstellen nicht mehr an den nur kleinen Lötflächen, entsprechend der Plättchendicke vorgenommen ist. Nach der Kontaktierung werden die Verbindungsleitungen wieder umgeschlagen und nach Abdeckung durch das oder die nächsten Plättchen an den Stirnkanten dieses oder dieser Plättchen bis zu einer vorgesehenen nächsten in Frage kommenden Anschlußstelle entlanggeführt. Erst dort sind die Verbindungsleitungen wieder in derselben Weise mit den Anschlußstellen kontaktiert.

Es besteht die weitere Möglichkeit, Verbindungsleitungen an einer bestimmten Anschlußstelle enden zu lassen. Dadurch sind die entsprechenden Stirnkanten der nicht von diesen Verbindungsleitungen überspannten Plättchen frei, und es können andere von den ersten elektrisch getrennte Verbindungsleitungen abschnittsweise entsprechend entlanggeführt und kontaktiert werden.

Durch Stapelung solcher Mikrobauelemente tragender Plättchen ist die gesamte Miniaturbaugruppe aufgebaut. Die Kontaktierung der Verbindungsleitungen mit den Anschlußstellen geschieht nur an den Stellen, an denen diese Kontaktierung vorgesehen ist. Auf diese Weise benötigen die Plättchen nur so viele Anschlußstellen, wie zur Kontaktierung der auf den Plättchen aufgetragenen oder in den Plättchen eingebetteten Mikrobauelemente tatsächlich notwendig sind.

Durch die Verringerung der Zahl der Anschlußstellen ist die Anzahl der benötigten Bauformen erheblich vermindert. Die Plättchen brauchen nur so gedreht zu werden, daß die jeweiligen Anschlußstellen mit den entsprechenden Verbindungsleitungen kontaktiert werden können. Es liegt auf der Hand, daß dadurch in der Fertigung besondere Vorteile erreicht sind. Es werden nämlich die Varianten solcher Bauformen stark vermindert. Die Bauformen sind durch die Gestalt der Plättchen und der darauf befindlichen, verschiedenen Stirnkanten der Plättchen zugeordneten Anschlußstellen festgelegt.
Um einen Kompromiß zwischen einer geringen

ίο Anzahl von benötigten Bauformen und einer vollen Raumausnutzung bei Nebeneinanderstapelung und Montage solcher Baugruppen auf Montageplatten mit beispielsweise geätzten oder gedruckten Schaltungen zu schaffen, eignet sich als Form für diese Miniaturbaugruppenplättchen besonders günstig die Sechseckform. Diese sechseckförmige Gestaltung der Plättchen gibt die Möglichkeit, einen Raum voll auszunutzen, wenn man derartige Baugruppen nebeneinander aufbaut. Bei dieser Sechseckform ergeben sich beispiels-

ao weise bei symmetrischen Zweipolen drei Varianten von Bauformen, wie sie in den Fig. 4 bis 6 abgebildet sind. Diese drei Varianten werden nun durch gegenseitiges Verdrehen der Plättchen beim Übereinanderschichten in fünfzehn Schaltmöglichkeiten ausgenutzt.

Diese Möglichkeiten reichen in der Mehrzahl aller Fälle beim Aufbau solcher Miniaturbaugruppen aus. Will man weitere Schaltmöglichkeiten schaffen, dann kann durch eine Bohrung oder ein Loch in einem solchen Plättchen auch dort eine siebte Verbindungsleitung entlanggeführt und mit einer in der Nähe dieses Loches auf dem Plättchen angeordneten siebten Anschlußstellen kontaktiert werden. Dabei ergeben sich dann vier Varianten und damit weitere sechs, also insgesamt einundzwanzig Schaltmöglichkeiten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Verringerung einer Kurzschlußgefahr. Die Anschlußstellen und die Verbindungsleitungen bei einer solchen Anordnung haben einen größeren Abstand voneinander. Die gestapelten Plättchen sind in Halterungselementen eingeschichtet und nach ihrer Kontaktierung mit vorzugsweise thermoplastischen oder aushärtbaren Stoffen umgössen.

Die Verbindungsleitungen werden mit besonderen Kontaktstiften kontaktiert. Diese Kontaktstifte sind beispielsweise mit einer Kröpfung in den Grund- und/ oder Deckflächen des Halterungselementes eingelassen, wodurch sich eine feste Halterung derselben ergibt. Gleichzeitig wird durch diese Kröpfung eine Versetzung der nach außerhalb der Grund- und/oder Deckflächen weisenden Teile der Kontaktftifte gegenüber der Verbindungslinie der Mitten zweier sich gegenüberliegender Stirnkanten erreicht. Auf diese Weise wird der Abstand der Kontaktstifte bei der Nebeneinanderschichtung solcher Miniaturbaugruppen auf Montageplatten vergrößert, ohne daß man einen besonderen Abstand zwischen diesen Baugruppen vorsehen muß. Die Kurzschlußgefahr, die gerade bei Ätz- und Druckschaltungen nahe nebeneinanderliegender Leitungsbahnen recht erheblich ist, wird durch diese Versetzung weiter vermindert.

Die Fig. 1 bis 9 stellen Beispiele der Erfindung und ihrer Anwendung dar.

Fig. 1 zeigt die Stapelung und Kontaktierung von Mikrobauelemente tragenden Plättchen mit den Verbindungsleitungen, wobei das Halterungselement zunächst fortgelassen ist. Die Plättchen 1, die ein oder mehrere Mikrobauelemente 4 tragen, sind übereinandergeschichtet. Die Verbindungsleitungen 2 sind

auf die in der Schaltung vorgesehenen Stellen über die Plättchenstirnkante umgeschlagen und auf die Anschlußstellen 5 gelötet. Danach werden die Verbindungsleitungen, die band- oder drahtförmig sein können, wieder zurückgeschlagen und ein anderes Bauelemente tragendes Plättchen aufgelegt. Dieses wird dann durch Drehung in die Lage gebracht, in der die betreffende Anschlußstelle mit den vorgesehenen Verbindungsleitungen kontaktiert werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine solche Miniaufbaugruppe. Auch hier sind entsprechend der Fig. 1 die Plättchen 1 mit den Mikrobauelementen 4, 7 übereinandergeschichtet und mit den betreffenden U-förmig eingeschlagenen (3) Verbindungsleitungen 2 an den Anschlußstellen 5 durch Lötung verbunden. Dabei sind auch bereits vorgefertigte Mikrobauelemente 7 zu plättchenförmigen Gebilden mit Isolierstoff umpreßt oder umgössen. Die Anschlußstellen sind auf diesen Gebilden angebracht. Die Verbindungsleitungen sind mit in einem Halterungselement 6 eingelassenen Kontaktstiften 8 vorzugsweise durch Lötung kontaktiert.

Fig. 3 stellt ein sechseckförmiges Halterungselement mit einer noch unvollständig aufgebauten Miniaturbaugruppe dar. Die gekröpften Kontaktstifte 8 sind in der Grundfläche des Halterungselements eingelassen. Durch diese Kröpfung ergibt sich eine Versetzung der Kontaktstifte. Die strebenförmigen Teile 9 des Halterungselements gewährleisten eine Halterung der Plättchen bei ihrer Übereinanderschichtung.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen die drei Varianten der Anordnung der Anschlußstellen 5 bei sechseckförmigen Plättchen 1, falls nur jeweils ein Bauelement 4 auf diese Plättchen aufgetragen ist. Die Anschlußstellen sind also entweder an gegenüberliegenden Stirnkanten (Fig. 4) der Plättchen, an nebeneinanderliegenden Stirnkanten (Fig. 5) oder an den versetzt liegenden Stirnkanten (Fig. 6) der Plättchen aufgetragen.

Fig. 7 zeigt als Beispiel den Aufbau einer bistabilen Kippstufe in einer erfindungsgemäßen Miniaturbaugruppe.

Fig. 8 stellt die beispielsweise abgeätzten oder aufgedruckten Verbindungsleitungen 10 auf der Montageplatte 11 bei direkt nebeneinanderliegenden rechteckförmigen Baugruppen dar. Die Kontaktstifte 8 sind versetzt angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Versetzung der Kontaktstifte wird der Abstand A zwischen den Kontaktstiften zweier gegenüberliegender Baugruppen bedeutend größer, als wenn diese nicht versetzt angeordnet sind.

Fig. 9 zeigt eine Montage von sechseckförmigen Baugruppen auf einer Montageplatte, die ebenfalls mit beispielsweise geätzten oder gedruckten Schaltungen versehen ist. Auch hier wird der Abstand A gegenüberliegender Kontaktstifte durch Versetzung derselben vergrößert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Miniaturbaugruppe besonders kleinen Raumbedarfs, die durch Aufeinanderschichtung Mikrobauelemente tragender Isolierstoffplättchen aufgebaut ist, und bei der durch Verbindungsleitungen die Bauelemente nach einem gewünschten Schaltbild miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale

a) daß die Bauelemente tragenden Plättchen übereinandergeschichtet in einem Halterungselement (z. B. Fig. 3) untergebracht sind, das nur die Ecken der Tragplättchen mittels strebenförmiger Halterungsstreifen (9) umfaßt,

b) daß die Verbindungsleitungen zwischen den strebenförmigen Halterungsstreifen (9) angeordnet sind,

c) daß die übereinandergeschichteten und kontaktierten Mikrobauelementeplättchen in vorzugsweise thermoplastische oder härtbare Stoffe eingegossen sind.

2. Miniaturbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß draht- oder streifenförmige Verbindungsleitungen zwischen den Plättchen U-förmig ein- und ausgeführt und die U-förmigen Teile mit auf den Plättchenober- und/oder -Unterseiten befindlichen Anschlußteilen verlötet sind.

3. Miniaturbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungselement aus thermoplastischen oder aushärtenden Stoffen, insbesondere aus Polystyrol oder PoIycarbonat, besteht.

4. Miniaturbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Halterungselement Kontaktstifte (8), insbesondere in den Grund- und/oder Deckflächen, angebracht sind.

5. Miniaturbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (8) in den Grund- und/oder Deckflächen des Halterungselementes von der Mitte der Stirnkante dieser Fläche versetzt angebracht sind.

6. Miniaturbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die draht- oder streifenförmigen Verbindungsleitungen mit den in den Grund- bzw. Deckflächen der Halterungselemente befestigten Kontaktstiften vorzugsweise durch Verlötung verbunden sind.

7. Miniaturbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffplättchen (1) sechseckig ausgebildet sind.

8. Miniaturbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen zur Erzielung einer bestimmten Schaltanordnung in Rücksicht auf geradlinig geführte Verbindungsleitungen den jeweiligen Anschlußstellen entsprechend gegeneinander verdreht gestapelt sind.

9. Miniaturbaugruppen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen unterbrochen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 774 014, 2 803 788,
890 390.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen