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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Funktionseinheiten
aus herkömmlichen Bauelementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
elektrischer Funktionseinheiten, die aus herkömmlichen, mit Anschlußdrähten versehenen
Bauelementen zusammengesetzt sind. Derartige Einheiten üben elektrische Funktionen
aus, die nur durch Verschalten mehrerer elektrischer Bauelemente miteinander möglich
sind, wobei diese elektrischen Funktionen weit über die Wirkungen der einzelnen,
in der Funktionseinheit zusammengeschalteten Bauelemente hinausgehen. So kann z.
B. ein bistabiler Multivibrator aus zwei Transistoren, zwei Dioden, drei Kondensatoren
und sieben Widerständen hergestellt werden.
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Funktionseinheiten besonders kleinen Raumbedarfs aus herkömmlichen
Bauelementen, die mit Anschlußdrähten versehen sind, sind an sich bekannt. Es ist
auch bekannt, diese Bauelemente durch Vergießen in einem aus härtbarem Kunststoff
hergestellten Block unterzubringen, an dessen Oberflächen die Anschlußdrähte enden,
indem z. B. die Oberflächen so lange geschliffen werden, bis die Anschlußdrähte
in der Größe ihres Querschnittes frei liegen, so daß sie an der Oberfläche untereinander
und/oder mit Stromzuleitungen und -ableitungen, d. h. Anschlußelementen, durch gedruckte
Leitungsbahnen verschaltet werden können.
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Die herkömmlichen Bauelemente müssen, damit sie vergossen werden können,
zunächst in der füi sie vorbestimmten Lage gehalten werden. Dies hat man bereits
in der Weise durchgeführt, daß man die Anschlußdrähte der Bauelemente in Öffnungen
zweier parallelliegender Platten eingefädelt hat und auf diese Weise den Halt der
Bauelemente für das spätere Vergießen erzielen konnte. Nun ist jedoch das Einfädeln
der Anschlußdrähte in die beschriebenen Platten ein Vorgang, der nicht oder nur
mit sehr hohem technischem Aufwand automatisch durchgeführt werden kann. Selbst
wenn man den Vorgang durch geübte Fachkräfte von Hand durchführen läßt, bereitet
das Einfädeln erhebliche Schwierigkeiten.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren
zu entwickeln, das sowohl die Anordnung der Bauelemente und ihre Halterung bis zum
Vergießen vereinfacht als auch die Möglichkeit schafft, diese Verfahrensschritte
automatisch durchzuführen. Es muß hierbei berücksichtigt werden, daß der Vorteil
dieser elektrischen Funktionseinheiten, nämlich die hohe Packungsdichte, die bis
um den Faktor 2 größer ist als bei aus Trägerplättchen hergestellten sogenannten
»micromoduln«, eine hohe Präzision für den Zusammenbau erforderlich macht. Wenn
es gelingt, trotz der hohen erforderlichen Präzision in einfacher Weise die Funktionseinheiten
zusammenzubauen, so wird damit ein weiterer erheblicher Schritt in Richtung auf
die Mikrominiaturisierung elektrischer Funktionseinheiten getan, denn die Verwendung
herkömmlicher Bauelemente in Funktionseinheiten schafft die Gewähr für eine Wirksamkeit
der - Einheiten mit sehr engen Toleranzen, weil alle herstellungs- und eigenschaftsmäßigen
Vorteile der herkömmlichen Bauelemente bei den beschriebenen Funktionseinheiten
ausgenutzt werden können.
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Das Verfahren zum Herstellen elektrischer Funktionseinheiten, die
aus herkömmlichen, mit Anschlußdrähten versehenen Bauelementen zusammengesetzt sind,
welche sich in einem aus härtendem Kunststoff gegossenen Block befinden, an dessen
Oberflächen die Anschlußdrähte enden und dort untereinander und/oder mit Stromzuleitungen
und -ableitungen durch gedruckte Leitungsbahnen verschaltet sind, ist erfindungsgemäß
durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) In eine Gießform für den die
Bauelemente enthaltenden Kunststoffblock werden die herkömmlichen Bauelemente, durch
Abstandsstege in Lagen getrennt, eingelegt und mit ihren Anschlußdrähten innerhalb
einer jeden Lage ausgerichtet; b) als oberste Lage werden abgewinkelte Stromzuleitungen
und -ableitungen so eingesetzt, daß jeweils ein Ende senkrecht zu einer Gießformseitenfläche
gerichtet ist und jeweils das andere Ende aus der Gießform herausragt; c) Ausfüllen
der Gießform mit aushärtbarem Kunststoff und Aushärten derselben in an sich bekannter
Weise;
d) Entfernen der Gießform und Verringern der Abmessungen
des Blockes bis zu seiner Endform, und e) Verschalten der Funktionseinheit an den
Oberflächen des Kunststoffblockes nach an sich bekannten Verfahren.
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Durch die Abstandsstege werden die einzelnen Lagen der Bauelemente
in gewünschter Weise zueinander angeordnet. Um auch innerhalb der einzelnen Lagen
bestimmte Abstände der Anschlußdrähte und damit auch der Bauelemente voneinander
zu gewährleisten, sind in den Abstandsstegen Kerben vorgesehen, in die die Anschlußdrähte
eingelegt werden. Es ist, insbesondere bei der automatischen Bestückung der Gießform,
jedoch noch vorteilhafter, wenn die Anordnung der Anschlußdrähte und damit der Bauelemente
in vertikaler Richtung durch Nuten gewährleistet wird, die sich in den Seitenflächen
des Gießraumes befinden. Auf diese Weise gelangen mit Sicherheit die Anschlußdrähte
senkrecht übereinander, und der Automat braucht nur so eingerichtet zu werden, daß
er die Bauelemente mit ihren Anschlußdrähten in das jeweilige Nutenpaar einsetzt.
Ist eine Lage ausgefüllt, so werden Abstandsstege eingesetzt, die durch Rinnen,
die in den von Füllnuten freien Gießraumseitenflächen vorgesehen sind, gehalten
werden. Durch entsprechende Wahl der Höhe der Abstandsstege und durch entsprechende
Abstände der Kerben in den Abstandsstegen bzw. der Abstände der Füllnuten voneinander
wird erreicht, daß die Anschlußdrähte der Bauelemente und die Kontaktenden der Stromzuleitungen
und -ableitungen an vorbestimmte Rasterpunkte in den Kunststoffblockoberflächen
gelangen. Diese Möglichkeit stellt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des
Verfahrens nach der Erfindung dar, denn dadurch kann für die gedruckten Leitungsbahnen
in einfacher Weise das Schaltschema entworfen und die Verschaltung hergestellt werden.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Gießform, die wenigstens
an zwei gegenüberliegenden Gießraumseitenflächen jeweils wenigstens zwei Rinnen
aufweist, die zur Füllrichtung senkrecht verlaufen, sowie aus Abstandsstegen besteht.
Außer den genannten Rinnen sind in den anderen beiden gegenüberliegenden Gießraumseitenflächen
in gleichen Abständen mehrere Nuten eingebracht, die entweder am Gießraumboden oder
vorzugsweise oberhalb des Gießraumbodens beginnen. Zur Erleichterung des Einlegevorganges
der Bauelemente in die Nuten sind diese so ausgebildet, daß sie von unten nach oben
an Tiefe zunehmen, d. h., daß der Querschnitt der Nuten von unten nach oben zunimmt.
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Die Abstandsstege, die Bestandteile der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sind, besitzen wenigstens an einer Längsseite Kerben zur Aufnahme
der Anschlußdrähte.
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Die Gießform besteht vorteilhafter Weise aus Silikonkautschuk oder
aus Polytetrafluoräthylen, weil diese Materialien mit den als aushärtende Kunststoffe
verwendeten Epoxydharzen sich nicht verbinden und daher nach dem Aushärten die Gießkörper
leicht aus der Form herausgenommen werden können.
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Die Abstandsstege bestehen vornehmlich aus Epoxydharzen, weil die
Abstandsstege im Gießkörper verbleiben und auf diese Weise ein homogenes Ger bilde
des. Gießkörpers erreicht wird. Die Abstandsstege werden in entsprechenden Formen
für sich vorgefertigt.
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An Hand der Zeichnungen soll das Verfahren und die Vorrichtung nach
der Erfindung näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt eine Gießform nach der Erfindung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens; F i g. 2 und 3 zeigen Abstandsstege; F i g. 4 zeigt
Stromzuleitungen und -ableitungen; F i g. 5 bis 7 zeigen die einzelnen eingelegten
Bauelementelagen; F i g. 8 zeigt die mit Bauelementen gefüllte Vorrichtung nach
dem Vergießen mit aushärtbarem Kunststoff; F i g. 9 und 10 zeigen den fertigen,
mit gedruckten Leitungbahnen versehenen Kunststoffblock; F i g. 11 zeigt das vereinfachte
Ersatzschaltbild für die in 'den Zeichnungen als Beispiel angegebene Funktionseinheit.
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In F i g. 1 ist mit 1 die Gießform bezeichnet, die den Gießraum 2
umgibt. An den Schmalseiten des Gießraumes 2 sind Rinnen 3 vorgesehen. Eine Kennzeichnungskerbe
4 läßt am Kunststoffblock eine Markierung entstehen, die dazu dient, die richtigen
zu metallisierenden Seiten des Kunststoffblockes aufzufinden.
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Etwas oberhalb des Gießraumbodens 5 sind in den Gießraumlängsseitenflächen
6 und 7 Nuten 8 eingebracht, die das Füllen der Gießform mit Bauelementen sowohl
erleichtern als auch für die vertikale Anordnung der Bauelemente sorgen.
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In die Gießform 1 wird zunächst eine Lage Bauelemente eingelegt (vgl.
F i g. 5), dann werden in die Rillen 3 Abstandsstege gemäß F i g. 2 eingelegt. Der
Abstandssteg nach F i g. 2 besitzt an der Längsseite 9 eine Vertiefung 10, die etwa
den Durchmessern der verwendeten Anschlußdrähte entspricht. Die Höhe h der Abstandsstege
ist zum Abstand b der Füllnuten in F i g. 1 passend, so daß ein Raster für die Anschlußdrähte
entsteht.
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Sind in der Gießform keine Nuten 8 vorhanden oder werden Bauelemente
mit sehr dünnen Anschlußdrähten gewählt, so wird die Ordnung der Bauelemente in
jeder Lage durch Kerben 11 am Steg nach F i g. 3 bewirkt. Auch die Höhe h
dieser Stege und der Abstand der Kerben b in F i g. 3 gewährleisten ein Rastermaß
für die Anschlußdrähte. Die Abstandsstege nach den F i g. 2 und 3 passen in ihrer
Dicke a bzw. c zu den jeweils anzuordnenden Rillen 3 in der Gießform. Auf diese
Weise wird erreicht, daß die Abstandsstege in der Gießform an ihrem Platz gehalten
werden. Nachdem die Bauelemente in mehreren Lagen in der Gießform untergebracht
sind, folgen als oberste Lage die Stromzuleitungen und -ableitungen der Funktionseinheit.
Es ist vorteilhaft, diese Anschlußelemente sämtlich miteinander zu verbinden, um
dem Gebilde einen gewissen Halt zu verleihen. F i g. 4 zeigt die Anordnung eines
derartigen Gebildes aus Stromzuleitungen und -ableitungen. Eine Leiste 12 dient
zum Zusammenhalt der Anschlußelemente 15, indem diese mit der Leiste z. B. verlötet
sind.
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Nach Fertigstellung der Funktionseinheit werden die Zu- und Ableitungen
entlang der Linien CD und EF abgetrennt.
Die Anschlußelemente
sind bei 13 derart abgewinkelt, daß die Kontaktenden 14 zu den Längsseiten des Gießraumes
gerichtet sind. Die Anordnung wird, wie bereits beschrieben, als oberste Lage in
die Gießform eingesetzt.
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F i g. 5 zeigt die unterste Bauelementelage V der F i g. B. Es handelt
sich hierbei um zwei Kondensatoren 16, drei Widerstände 17 und eine Diode 18, die
mit ihren Anschlußdrähten 19 in die Nuten 8 eingelegt sind. In F i g. 6 ist die
zweite Bauelementelage VI der F i g. 8 gezeigt, die aus zwei Widerständen 17, einer
Diode 18 und einem Transistor 20 besteht, während F i g. 7 die oberste Bauelementelage
VII in F i g. 8, bestehend aus einem Kondensator 16, zwei Widerständen 17 und einem
Transistor 20, in Draufsicht darstellt.
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F i g. 8 zeigt als Schnitt A-B von F i g. 1 eine gefüllte Gießform
in Seitenansicht. Der Gießraum 2 mit den Längsseiten 6 und 7 ist in dieser Figur
deutlich zu sehen. Die Nuten 8 nehmen von unten nach oben an Tiefe zu. Die Bauelemente,
nämlich ein Kondensator 16 und zwei Widerstände 17, sind mit ihren Anschlußdrähten
19 in die Nuten 8 eingelegt, wobei die einzelnen Lagen V, VI, VII durch Abstandsstege
21 entsprechend der F i g. 2 voneinander getrennt sind. Auf die obersten Abstandsstege
sind die Anschlußelemente 15 gelegt, die mit ihren Kontaktenden 14 ebenfalls in
die Nuten hineinragen. Die Gießform ist mit aushärtbarem Gießharz bis zur Höhe 22
gefüllt.
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Die F i g. 9 und 10 zeigen die als Kunststoffblock vergossene Funktionseinheit
von den Seiten G und H. Der Kunststoffblock ist von den durch die Rinnen und Nuten
entstandenen Rippen befreit und auf die Endform zurechtgeschliffen. Dadurch durchstoßen
die Anschlußdrähte 19 die beiden Seiten des Kunststoffblockes und sind dort durch
Leitungsbahnen 23 miteinander und mit den Kontaktenden 14 der Stromzuleitungen und
-ableitungen 15 verbunden.
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Wie aus F i g. 1.1 hervorgeht, besitzt der bistabile Multivibrator
sechs Stromzuleitungen und -ableitungen. In F i g. 4 wären hierfür eine Reihe von
Zu- und Ableitungen überflüssig. Es ist aber selbstverständlich, daß als oberste
Lage in die Gießform nur so viel Zu- und Ableitungen eingelegt werden, wieviel für
die Funktionseinheit erforderlich sind. Das Ersatzschaltbild der als Beispiel angegebenen
Funktionseinheit (bistabiler Multivibrator) besteht aus Kondensatoren 16 (Cl bis
C3), Widerständen 17 (R1 bis R;), Dioden 18 (Dl und D_,) und aus Transistoren 20
(Tl und T=).