DE1198878B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Funktionseinheiten aus herkoemmlichen Bauelementen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Funktionseinheiten aus herkoemmlichen Bauelementen

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DE1198878B
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casting
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Dipl-Phys Erich Assmann
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Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/58Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising fillers only, e.g. particles, powder, beads, flakes, spheres

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Details Of Resistors (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Abstandsstege, die Bestandteile der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind, besitzen wenigstens an einer Längsseite Kerben zur Aufnahme der Anschlußdrähte.
  • 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.
  • 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.
  • An Hand der Zeichnungen soll das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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=).

Claims (13)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen elektrischer Funktionseinheiten, die aus herkömmlichen, mit Anschlußdrähten versehenen Bauelementen zusammengesetzt sind, welche sich in einem aus aushärtendem Kunststoff gegossenen Block befinden, an dessen Oberfläche die Anschlußdrähte enden und dort untereinander und/oder mit Stromzuleitungen und -ableitungen durch gedruckte Leitungsbahnen verschaltet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) In eine Gießform (1) für den die Bauelemente enthaltenden Kunststoffblock werden die herkömmlichen Bauelemente (16, 17, 18, 20), durch Abstandsstege (21) in Lagen (V, VI, VII) getrennt, eingelegt und mit ihren Anschlußdrähten (19) innerhalb einer jeden Lage ausgerichtet, b) als oberste Lage werden abgewinkelte Stromzuleitungen und -ableitungen (15) so eingesetzt, daß jeweils ein Ende (14) senkrecht zur Gießformseitenfläche (6, 7) gerichtet ist und jeweils das andere Ende aus der Gießform (1) herausragt, c) Ausfüllen der Gießform (1) mit aushärtendem Kunststoff (22) und Aushärten desselben in an sich bekannter Weise, d) Entfernen der Gießform (1) und Verringern der Abmessung des gegossenen Blockes bis zu seiner Endform, e) Verschalten der Funktionseinheit an den Oberflächen (G, H) des Kunststoffblockes nach an sich bekannten Verfahren.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (b) der Anschlußdrähte (19) der Bauelemente (16, 17, 18, 20) voneinander innerhalb einer jeden Lage durch Kerben (11) in den Abstandsstegen (F i g. 3) eingehalten werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (b) der Anschlußdrähte (19) voneinander innerhalb einer jeden Lage durch Nuten (8) bewirkt werden, die sich in den Seitenflächen (6, 7) der Gießform (1) in Füllrichtung befinden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abstände (b) der Kerben (11) in den Abstandsstegen (F i g. 3) bzw. die Abstände (b) der Nuten (8) voneinander und durch die Höhen (h) der Abstandsstege (F i g. 2 und 3) für die Bauelementelagen (V, VI, VII) die Anschlußdrähte (19) der Bauelemente und die Kontaktenden (14) der Stromzuleitungen und -ableitungen an vorbestimmte Rasterpunkte in den Kunststoffblockoberflächen (G, H) gelangen.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Gießform (l) und aus Abstandsstegen (21) besteht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (1) in den Gießraumseitenflächen (6, 7) eingebrachte und in Füllrichtung verlaufende Nuten (8) und Rinnen (3) aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießraum (2) rechteckig ist und an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gießraumes (2) jeweils nur zwei Rinnen (3), die am Rand dieser Seiten in Verlängerung der anderen zwei Seiten (6, 7) des Gießraumes verlaufen, vorhanden sind, während die anderen zwei gegenüberliegenden Seiten (6, 7) des Gießraumes (2) in gleichen Abständen (b) mehrere Nuten (8) aufweisen. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) oder Rinnen (3) am Gießraumboden (5) beginnen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) oder Rinnen (3) oberhalb des Gießraumbodens (5) beginnen.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) von unten nach oben an Tiefe zunehmen.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstege (F i g. 3) wenigstens an einer Längsseite (9) Kerben (11) zur Aufnahme der Anschlußdrähte (19) aufweisen.
  12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform aus Silikonkautschuk oder Polytetrafluoräthylen besteht.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstege aus Epoxydharzen bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 285 953; USA.-Patentschrift Nr. 2 862 992; »The Bell System Technical Journal«, April 1951, S. 433; »Electronic Engineering«, November 1953, S. 456, Dezember 1956, S. 514.
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