DE1237189B - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von elektronischen Bausteinen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von elektronischen BausteinenInfo
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Description
AUSLEGESCHRIFT
Nummer: 1237 189
Aktenzeichen: G 42105IX d/21 a4
J 237 189 Anmeldetag: 25.November 1964
Auslegetag: 23. März 1967
In der elektrischen Nachrichten-, Rechen- und Regelungstechnik wird der zu verarbeitende Informationsgehalt
ständig umfangreicher und erfordert daher schaltungsmäßig immer größere elektronische
Geräte. Aus dieser Tatsache ergibt sich die Forderung nach einem möglichst raum- und gewichtsparenden
Schaltungsaufbau. Der Miniaturisierungsgrad einer Schaltung ist durch die Packungsdichte gegeben,
d. h. durch die Anzahl der Schaltelemente pro Volumeneinheit.
Zur Erzielung hoher Packungsdichten ist es bekannt, die Bauelemente in Gruppen zusammenzufassen
und jede Gruppe auf mindestens einen Isolierstoffträger mit gedruckter Schaltung zu einem Baustein
zu vereinigen. Hierbei haben sich zwei grundsätzliche Packungstechniken entwickelt. Bei der
einen liegen die Bauelemente parallel zur Leiterplatte, wogegen bei der sogenannten »Cordwood«-
Technik die Komponenten Seite an Seite zwischen Drahtrastern oder besser zwischen gedruckten Karten
und senkrecht zu diesen gelagert sind. Mit dem erstgenannten Verfahren sind bei einigermaßen rationeller
Fertigung Packungsdichten von höchstens einem Bauteil pro Kubikzentimeter erreichbar. Bei Anwendung
der »Cordwood«-Technik kann die Dichte auf zwei bis vier Bauteile pro Kubikzentimeter erhöht
werden, wenn Bauelemente mit möglichst gleichen Abmessungen eingesetzt werden. Die Packungsdichte
kann noch wesentlich gesteigert werden, falls das Verfahren mit Subminiaturelementen durchgeführt
wird.
Bei Anwendung der an sich vorteilhaften »Cordwood«-Technik mit Hilfe von Drahtrastern ist jedoch
das Problem nicht gelöst, wie man die Anschlußdrahtenden zum einwandfreien Anliegen an dem
Raster vor dem Verlöten mit dem Raster bringen kann. Gegebenenfalls müssen nachträglich in mühsamer
Handarbeit anfangs aus Festigkeitsgründen notwendige Teile des Drahtrasters wieder entfernt
werden.
Werden gedruckte Karten verwendet, so bietet das Einfädeln der Bauelemente herstellungstechnisch
Schwierigkeiten, die sich insbesondere bei einer Serienfertigung nachteilig auswirken. Bei einem bekannten
Verfahren werden dabei zwei parallele, ortsfeste Platten mit gegenüberliegenden Führungsnuten
vorgesehen, in welche sich kammartig eingekerbte Positionierungsstege einschieben und stapeln lassen.
Nach Einführung zweier korrespondierender Positionierungsstege werden jeweils die für diese Etage
vorgesehenen Bauelemente, deren Anschlußdrahtenden vorher auf gleiche Länge geschnitten wurden,
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von elektronischen Bausteinen
Anmelder:
Gretag Aktiengesellschaft, Regensdorf (Schweiz) Vertreter:
Dr. M. Eule, Dr. W. Berg und Dipl.-Ing. O. Stapf, Patentanwälte, München 2, Hilblestr. 20
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Kurt Ehrat, Zürich; Elektr.-Ing. Dieter Eckstein, Birmensdorf (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 5. Dezember 1963 (14 931)
in die entsprechenden Kerben eingelegt, die nächsten Fositionierungsstege eingeschoben, die folgende Etage
Bauelemente eingelegt usw. Nach Einlegen der obersten Lage Bauelemente werden die beiden Stapel
Positionierungsstege mit einem Absehlußsteg versehen und die Leiterplatten aufgeschoben. Hierzu
dient zunächst eine Anstellplatte, welche in zwei weitere Führungsnuten der beiden ortsfesten Platten,
parallel zu den beiden Stapeln Positionierungsstege eingeschoben wird, so daß beim Aufschieben der
Leiterplatte auf die Drahtenden der gegenüberliegenden Seite die Bauelemente nicht verrutschen können.
Dasselbe Verfahren wird zum Aufschieben der zweiten Leiterplatte angewandt; der fertig zusammengestellte
Baustein wird anschließend provisorisch fixiert, aus den Führungen herausgehoben und die Positionierungsstege
durch Drehung aus dem Baustein entfernt.
Dieses Verfahren weist nun eine Reihe von Nachteilen auf, deren Beseitigung das Ziel der Erfindung
ist. Da die Bohrungen der Leiterplatten für die Aufnahme der Bauelemente-Anschlußdrähte der besseren
Lötbarkeit wegen nur sehr wenig (etwa 0,2 mm) größer als der Durchmesser der Anschlußdrähte gemacht
werden dürfen, müssen an die Geradheit der
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Anschlußdrähte hohe Ansprüche gestellt werden. Kleinste Verbiegungen lassen sich aber kaum vermeiden;
deshalb werden beim bekannten Verfahren die Bohrungen konisch angedreht, was einen großen
fabrikatorischen Mehraufwand bedeutet. Außerdem wird die Verwendung von doppelseitig kaschierten
Leiterplatten oder durchmetallisierten Bohrungen verunmöglicht. Aber auch die konischen Bohrungen
entbinden den Hersteller noch keineswegs von sorgfältigster Vorbereitung und vom Richten der Anschlußdrähte
der Bauelemente.
Ebenfalls hohe Qualitätsansprüche müssen an die Toleranzen der Positionierungsstege gestellt werden,
da sich bei der einfachen Stapelbildung diese Toleranzen summieren, so daß für die obersten Lagen
des Bausteines erhebliche Abweichungen vom Raster der Leiterplatte entstehen können. Die Positionierungsstege
müssen somit sehr genaue Anforderungen erfüllen, was mit erheblichen Kosten verbunden
ist; diese sind im Vergleich zum Wert eines damit hergestellten Bausteines jedenfalls zu groß, als daß
die Stege im Baustein belassen werden könnten. Mit der Entfernung der Positionierungsstege aus dem
Baustein fällt aber die Möglichkeit dahin, in einem späteren Zeitpunkt einzelne defekte Bauelemente a5
auszuwechseln, so daß in diesem Fall der ganze Baustein ersetzt werden muß. Ein weiterer Nachteil muß
schließlich darin erblickt werden, daß sich das bekannte Verfahren in dieser Form nur schwer automatisieren
läßt.
Gemäß der Erfindung werden die aufgezeigten Nachteile bei einem Verfahren zur Herstellung von
elektronischen Bausteinen, deren einzelne Bauelemente im wesentlichen senkrecht zwischen zwei
Leiterplatten angeordnet sind, bei welchem aus 3g kammartig eingekerbten Positionierungsstegen mittels
Führungen zwei parallele Stapel gebildet und jeweils nach dem Auflegen einer Etage die für diese
Etage bestimmten Bauelemente mit ihren Anschlußdrähten in die entsprechenden Kerben eingelegt werden,
dadurch beseitigt, daß die beiden Stapel gegenseitig so weit verschoben werden, daß die auf gleiche
Länge gebrachten Anschlußdrähte nur noch ein sehr kurzes Stück aus dem Stapel hervorragen oder innerhalb
des Stapels enden, wonach die beiden Leiterplatten, gegebenenfalls unter Zusammenschieben der
Stapel, mit ihren Anschlußlöchern über die Enden der Anschlußdrähte geschoben und die Anschlußdrähte
mit den Anschlußpunkten der beiden Leiterplatten verbunden werden.
Durch die Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bausteinen geschaffen,
das eine verbesserte Einführung der Anschlußdrähte in die Leiterplatten, die Möglichkeit der Verwendung
von beidseitig kaschierten, unbearbeiteten Leiterplatten sowie die Benutzung von billigen, im
Baustein zu belassenden Positionierungsstegen gestattet.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß an den zur Stapelung der Positionierungsstege vorgesehenen Führungen pro
Etage Auflager für die Positionierungsstege angebracht sind, wobei der Abstand zweier benachbarter
Auflager mit dem Etagenabstand übereinstimmt und die Höhe der Positionierungsstege geringer ist als der
Etagenabstand. Durch diese Maßnahme wird eine Summierung der Toleranzen des Höhenmaßes der
Positionierungsstege bei deren Stapelung vermieden. Die Toleranz der Etagenabstände ist werkzeuggebunden
und kann daher mit geringem Aufwand in sehr engen Grenzen gehalten werden.
Gemäß der einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung so ausgebildet, daß jede der
beiden Stapelführungen auf einem Support gelagert ist, wobei diese beiden Supports relativ zueinander,
d. h. in z-Richtung verschiebbar sind.
Nachstehend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen fertig eingefädelten und gelöteten Baustein in schaubildlicher Darstellung,
F i g. 2 einen Positionierungssteg in Ansicht,
F i g. 2 a einen Schnitt durch die Kerbe eines Positionierungssteges mit L-förmigem Querschnitt,
F i g. 3 a bis 3 e einzelne Bauelemente in Ansicht,
F i g. 4 eine Leiterplatte mit einer gedruckten Schaltung in Ansicht,
F i g. 5 eine Variante der Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens in schaubildlicher
Darstellung,
F i g. 6 einen Ausschnitt aus F i g. 5,
F i g. 7 und 8 Ausführungsbeispiele von Steglagerungen in den Stapelkanälen in Schnittdarstellung,
Fi g. 9 den Tauchlötvorgang in Ansichtsdarstellung.
F i g. 1 zeigt einen fertig eingefädelten und gelöteten Baustein. Wir erkennen die beiden Leiterplatten
7, die Positionierungsstege 11, vier Eckdrähte 3 b sowie einzelne Bauelemente 4.
An Hand der F i g. 2, 3 a bis 3 e und 4 sollen nun zunächst die Einzelteile, wie sie in einem solchen
Baustein vorkommen können, näher erläutert werden.
F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionierungssteges. Dieser Steg
11 ist vorzugsweise aus Isoliermaterial gefertigt und durch die Kerben 12 kammartig geformt, wobei der
Kerbabstand y0 vorzugsweise über den ganzen Positionierungssteg
konstant gehalten ist. Die Hauptaufgabe dieses Steges ist die Positionierung der Bauelemente,
um später ein leichtes Einführen der Leiterplatten zu ermöglichen. Außerdem begrenzt er die
Abstände zwischen Bauelementekörper und Lötstellen, so daß eine übermäßige Erwärmung der Bauelementekörper
während des Lötvorganges vermieden wird. Die Stege können ferner mit Hilfe der beiden
Stifte 13 auf der Oberseite und der entsprechenden Bohrungen 14 (F i g. 2 a) auf der Unterseite zur Stapelbildung
ineinandergesteckt werden.
Die Kerben 12 können auf verschiedene Art ausgelegt werden; eine mögliche Ausführung zeigt
F i g. 2 a, wobei hier ein L-förmiger Querschnitt gewählt wurde. Dieser ermöglicht, wie dargestellt, eine
platzsparende Unterbringung jener Elemente, deren Drähte mit einem kleinen Halbbogen versehen sind.
In den F i g. 3 a und 3 b sind Eckstützdrähte dargestellt. Diese sind aus härterem Material als die Anschlußdrähte
der Bauelemente und sollen den Baustein mechanisch gegen Verbiegungen schützen. Außerdem sollen hierdurch die übrigen Anschlußdrähte
geschützt werden. Im weiteren übernehmen die Eckstützdrähte die Aufgabe, die beiden Leiterplatten
voneinander zu distanzieren. Im Fall der F i g. 3 a wird dies durch ein übergespanntes Röhrchen
1, in jenem der F i g. 3 b durch die beiden Bögen 2 bewerkstelligt. Natürlich können diese Eck-
stützdrähte auch gleichzeitig als Verbindungsdrähte benutzt werden.
Die für den Baustein verwendeten übrigen Bauelemente sind herkömmlicher Art. Die F i g. 3 c bis
3e zeigen eine Auswahl solcher zum Einbau vorbereiteter Bau- bzw. Hilfselemente.
F i g. 3 c zeigt einen gewöhnlichen Verbindungsdraht 3.
F i g. 3 d zeigt ein Bauelement 4 mit axialen Anschlußdrähten (z. B. Widerstand, Kondensator,
Diode).
F i g. 3 e zeigt schließlich einen Transistor 6 mit vorgebogenen Anschlußdrähten 5.
Bei allen Bauelementen werden die Anschlußdrähte so zugeschnitten, daß die Abstände u bzw. ν
von den Drahtenden zur einen Kante des Bauelementenkörpers, im folgenden Anschlagkante genannt,
überall gleich lang sind. Dabei läßt man die von der Anschlagkante ausgehenden Drähte gemäß einer
weiteren Erfindungsvariante so lang (Maß u), daß sie später als Anschlußdrähte für den gesamten Baustein
verwendet werden können.
F i g. 4 zeigt schließlich eine aus Isoliermaterial mit kaschierter Kupferfolie gefertigte Leiterplatte 7 in
schaubildlicher Darstellung. Diese dient zur mechanischen Halterung der Bauelemente und stellt mittels
einer gedruckten Schaltung die galvanischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bauelementen her.
Letztere besteht aus den Leiterzügen 8 und den mit Bohrungen versehenen Augen 9. An den Leiterplatten
sind vier seitliche Führungskerben 10 für die spätere Montage vorgesehen.
An Hand der F i g. 5 bis 9 soll nun näher erläutert werden, wie die vorstehend beschriebenen Teile mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
zu einem Baustein zusammengesetzt werden.
F i g. 5 zeigt eine Gesamtansicht dieser Vorrichtung. Auf einer Grundplatte 15 sind zwei in Längsrichtung
(z-Richtung) verschiebbare Schlitten 16 bzw. 17 montiert, auf welchen je zwei U-förmige Stapelkanäle
20 a und 20 ό bzw. 21a und 21 b der Aufnahme der Positionierungsstege dienen.
Die beiden Schlitten werden zunächst in jene Stellung gebracht, in der ihre Marken 19 a bzw. 19 b mit
den entsprechenden Marken 18 a bzw. 18 & der Grundplatte übereinstimmen. In dieser Position weisen
die Stapelkanäle denjenigen Abstand voneinander auf, den später die Positionierungsstege im fertigen
Baustein voneinander einnehmen sollen.
Diese Situation ist in F i g. 6 festgehalten, die einen Ausschnitt aus F i g. 5 darstellt. In beide Stapelkanäle
20 a, 20 b bzw. 21a, 21 b werden je ein Positionierungssteg
11 mit den Kerben 12 nach oben eingeführt und hierauf die erste Lage Bau- bzw. Hilfselemente
eingelegt, wobei die Anschlagseiten der Bauelementekörper bzw. Bögen mit der entsprechenden
Positionierungsstegseite zum Anschlag gebracht werden. Im dargestellten Beispiel besteht diese Lage aus
den beiden Eckstützdrähten 2 sowie einem Bauelement 4. An sich könnten jetzt die nächsten zwei Positionierungsstege
aufgelegt werden, die zweite Lage Bauelemente eingeführt, die dritten Positionierungsstege auf die zweiten gelegt und so eine Etage nach
der anderen aufgebaut werden. Eine Positionierung der einzelnen Elemente ist damit erreicht. Diese Positionierung
genügt jedoch nur dann den Anforderungen für ein einwandfreies Einfädeln der Leiterplatten,
wenn Positionierungsstege mit sehr kleinen Toleranzen verwendet werden. Die letzte Forderung, durch
welche der Baustein versteuert wird, kann fallengelassen werden, wenn erfindungsgemäß Positionierungsstege
verwendet werden, deren Höhe geringer ist als der Etagenabstand und wenn jeder dieser Stege
einzeln positioniert wird. Vorzugsweise sind hierzu in die Stapelkanäle einschiebbare Stifte vorgesehen,
mit denen sich jeder Steg einzeln positionieren läßt, ίο Es können dann als Massenprodukt billig herstellbare
Positionierungsstege mit relativ großen Toleranzen verwendet werden. Ohne Einzelpositionierung
wäre dies nicht möglich, da bei einer direkten Stapelung infolge Summierung der Toleranzen der einzelnen
Stege die effektive Lage der oberen Etagen vom Sollwert stark abweichen würde.
Die F i g. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Steglagerungen im Längsschnitt. Bei
Fig. 7 handelt es sich um ein einfaches Auflegen der Stege 11 auf die Stifte 22, bei F i g. 8 dagegen um
eine Rastung, wobei in diesem Fall Positionierungsstege 11 mit U- oder kegelförmigen Ausschnitten 23
vorgesehen sind. Es versteht sich von selbst, daß bei diesen beiden Lösungen der Einzellagerung der Positionierungsstege
deren Kammhohexp etwas kleiner gewählt werden muß als der Etagenabstand X0 zweier
Stapelstifte 22 {xp<.x0). Die Wahl der Größe des
Etagenabstandes X0 ist an sich beliebig; im Hinblick auf die zylindrische Form der meisten Bauelemente
drängt sich aber die Wahl X0 = y0 auf.
Nachdem nun der Baustein mittels der Stapelstifte aufgebaut und nach der letzten Etage Bauelemente
vorzugsweise noch je ein Abschluß-Positionierungssteg aufgelegt wurde, kann an das Einfädeln der Leiterplatten
gegangen werden. Wir kommen zu diesem Zweck wieder auf die F i g. 5 zurück, bei welcher,
der zeichnerischen Einfachheit wegen, die Stapelstifte fortgelassen wurden. Zum mechanischen Einführen
der Leiterplatten dient ein beweglicher Träger 25, der mittels eines Handrades 26, einer Spindel 27
und Führungssäulen 29 in ^-Richtung verschiebbar ist. Dieser Träger besitzt vier Führungsstifte 24, in
welche zunächst eine massive Anstellplatte 28 eingesetzt und so weit nach links verschoben wird, bis alle
W rechten Drahtenden der Bauelemente an dieser Platte anstehen. Der Schlitten 17 wird jetzt so weit
gegen die Anstellplatte 28 gefahren, daß zwischen diesem und den Positionierungsstegen nur noch ein
sehr kleiner Zwischenraum bleibt und die Drahtenden um wenige Zehntelmillimeter aus dem Stapel der
Positionierungsstege herausragen. F i g. 5 hält diesen Augenblick fest, wobei der besseren Übersichtlichkeit
wegen die rechten Drahtenden stark verlängert eingezeichnet sind. Der Träger 25 wird danach zurückgeschoben
und die Anstellplatte 28 gegen eine Leiterplatte7 (Fig. 1) ausgetauscht. Beim nunmehrigen
erneuten Vorschieben des Trägers fädeln sich die Drahtenden der Bauelemente in die Bohrungen
der Augen 9 der Leiterplatten ein, während die Positionierungsstege und damit der Schlitten 17 nach
links in ihre ursprüngliche Lage, in welcher dessen Marke 19 & mit der Marke 18 b der Grundplatte 15
zur Deckung gelangt, geschoben wird. Voraussetzung für ein reibungsloses Einfädeln ist allerdings die präzise
Lagerung der Leiterplatte im Träger 25, was durch Abstimmung der KerbenlO der Leiterplatte
auf die Führungsstifte 24 des Supports jedoch leicht möglich ist.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bausteinen, deren einzelne Bauelemente im
wesentlichen senkrecht zwischen zwei Leiterplatten angeordnet sind, bei welchem aus kammartig
eingekerbten Positionierungsstegen mittels Führungen zwei parallele Stapel gebildet und jeweils
nach dem Auflegen einer Etage die für diese Etage bestimmten Bauelemente mit ihren Anschlußdrähten
in die entsprechenden Kerben eingelegt werden, dadurchgekennzeichnet, daß die beiden Stapel (11) gegenseitig so weit verschoben
werden, daß die vorher auf die gleiche Länge gebrachten Anschlußdrähte (3 b) nur noch
ein sehr kurzes Stück aus dem Stapel hervorragen oder innerhalb des Stapels enden, wonach
die beiden Leiterplatten (7) gleichzeitig oder nacheinander, gegebenenfalls unter Zusammenschieben
der Stapel, mit ihren Anschlußlöchern (9) über die Enden der Anschlußdrähte geschoben und die Anschlußdrähte mit den Anschlußpunkten
der beiden Leiterplatten verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Positionierungsstege (11) aus Isoliermaterial bestehen und
im fertigen Baustein verbleiben (F i g. 1).
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