DE1246836B - Pluggable module in the form of a printed circuit card - Google Patents
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Description
Steckbarer Baustein in Form einer gedruckten Schaltungskarte Die Erfindung bezieht sich auf einen steckbaren Baustein in Form einer gedruckten Schaltungskarte zur Aufnahme integrierter Schaltungseinheiten, die ihrerseits in einem Gehäuse untergebracht sind.Pluggable module in the form of a printed circuit card The invention refers to a plug-in component in the form of a printed circuit card to accommodate integrated circuit units, which in turn are housed in a housing are.
Bei derartigen kartenförmigen Steckbausteinen bestehen folgende Forderungen: 1) Auf der Karte soll eine möglichst große Fläche für Signalbahnen zur Verfügung stehen.The following requirements apply to such card-shaped plug-in modules: 1) The largest possible area on the map should be available for signal paths stand.
2) Wegen der auftretenden hohen Umschaltspitzen der Spannungen soll die Spannungszuführung möglichst niederohmig sein.2) Because of the high switching peaks of the voltages should the voltage supply should be as low-resistance as possible.
3) Die Versorgungsspannungen sollen durch Kapazitäten auf der Karte abgeblockt werden.3) The supply voltages should be through capacities on the card be blocked.
4) Es soll eine gute Wärmeableitung gewährleistet sein, auch wenn ein Baustein mit sehr vielen im Betriebszustand sich erwärmenden Bauelementen bestückt ist.4) Good heat dissipation should be guaranteed, even if a module equipped with a large number of components that heat up in the operating state is.
Es sind Lösungen bekannt, die einen Kompromiß für den Einzelfall darstellen und die eine oder andere dieser Forderungen vernachlässigen. Annehmbare Lösungen dieses Aufgabenkomplexes haben den Nachteil, daß sie entweder zu aufwendig sind, oder daß sie zu sehr auf eine spezielle Lösung abgestellt sind und dabei gewisse Mängel in Kauf nehmen. Eine billige und dabei einwandfreie Lösung der gesamten Aufgabenstellung ist bisher nicht bekannt geworden.Solutions are known which represent a compromise for the individual case and neglect one or the other of these demands. Acceptable solutions this complex of tasks have the disadvantage that they are either too expensive, or that they are too focused on a particular solution and thereby certain Accept defects. A cheap and flawless solution to the entire task has not yet become known.
Die Erfindung bezweckt eine einwandfreie Lösung der obigen Aufgabenstellung und sieht vor, daß zum Zuführen der Betriebsspannungen gesonderte, gegeneinander elektrisch isolierte Spannungszuführungsplatten auf eine die übrigen Verbindungsleitungen tragende Leiterplatte aufgelegt sind, und daß diese Platten in ihrer Größe etwa gleich der Größe der Leiterplatte sind und aus einem elektrisch leitfähigen und gut wärmeleitenden Werkstoff bestehen.The invention aims to achieve a satisfactory solution to the above problem and provides that for supplying the operating voltages separate, against each other electrically isolated voltage supply plates on one of the other connecting lines load-bearing circuit board are placed, and that these plates are about in size are equal to the size of the circuit board and are made of an electrically conductive and good thermally conductive material exist.
Diese Spannungszuführungsplatten können gegeneinander durch eine Beschichtung oder durch gesonderte Folien elektrisch isoliert sein.These voltage supply plates can be coated against each other or be electrically isolated by separate foils.
Die Spannungszuführungsplatten werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit Lötfahnen zur Verbindung mit Einzelpunkten oder Leitungsstücken der Leiterplatte sowie mit Lötfahnen zum Anschluß an die der Spannungszuführung dienenden Steckerbahnen der Leiterplatte versehen.The voltage supply plates are according to a development of Invention with soldering lugs for connection to individual points or line pieces of the Printed circuit board and with soldering lugs for connection to the voltage supply Provide connector tracks on the circuit board.
Die Spannungszuführungsplatten weisen zweckmäßig im Bereich dieser Lötfahnen und der Anschlußdrähte von auf den Baustein aufzumontierenden Bauelementen Ausnehmungen auf, durch die diese Lötfahnen und diese Anschlußdrähte frei hindurchragen. Zwischen der Leiterplatte und den Spannungszuführungsplatten kann eine isolierende Distanzplatte angeordnet sein, deren Dicke der Länge der Anschlußdrähte der Bauelemente derart angepaßt ist, daß die Bauelemente auf der obersten der Spannungszuführungsplatten aufliegen. Zweckmäßig werden Körper der Bauelemente mittels eines gut wärmeleitenden Werkstoffes mit der obersten Spannungszuführungsplatte wärmeleitend verbunden und zugleich elektrisch gegeneinander isoliert.The voltage supply plates expediently point in the area of this Soldering lugs and the connecting wires of components to be mounted on the module Recesses through which these solder tails and these connecting wires protrude freely. An insulating Be arranged spacer plate, the thickness of the length of the connecting wires of the components is adapted so that the components on the uppermost of the voltage supply plates rest. The body of the components is expedient by means of a highly thermally conductive Material connected to the uppermost voltage supply plate in a thermally conductive manner and at the same time electrically isolated from each other.
Die Spannungszuführungsplatten können mit einer gegenüber der Leiterplatte vorragenden Kühlfahne versehen bzw. einstückig mit dieser verbunden sein.The voltage supply plates can be opposite to the printed circuit board protruding cooling vane provided or integrally connected to this.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail.
Als Grundplatte dient eine an sich bekannte Leiterplatte 1, die mit Leiterbahnen 2 versehen ist. Diese Leiterbahnen enden an Bohrungen 3, in die die Anschlußdrähte von Bauelementen eingesetzt und mit der Leiterbahn verlötet werden.As a base plate is a known circuit board 1, which with Conductor tracks 2 is provided. These conductor tracks end at holes 3 into which the Connecting wires of components are used and soldered to the conductor track.
Die Leiterplatte weist ferner einen vorzugsweise einstückig mit ihr verbundenen Ansatzteil 4 auf, auf dem mindestens einige der Leiterbahnen enden, die hier als Steckerbahnen 5 ausgebildet sind und bei der Aufnahme dieses Ansatzteiles in einem Stecker eine leitende Verbindung der Steckerfedern mit den Leitungsbahnen herstellen.The circuit board also has a preferably integral with it connected attachment part 4 on which at least some of the conductor tracks end, which are designed here as connector tracks 5 and when receiving this attachment part a conductive connection between the connector springs and the conductor tracks in a connector produce.
Über diese Steckerbahnen 5 und die Leitungsbahnen 3 werden üblicherweise die Signalspannungen und die Betriebsspannungen den Bauelementen zugeführt.About these connector tracks 5 and the conductor tracks 3 are usually the signal voltages and the operating voltages are supplied to the components.
Auf diese Leiterplatte l ist eine Distanzplatte 6 aufgelegt, die aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, z. B. aus einem gehärteten Kunstharz. Diese Distanzplatte weist im wesentlichen gleiche Größe wie die Leiterplatte 1 auf und deckt alle Leitungsbahnen der ihr zugewandten Seite der Leiterbahnen ab. Auf die Distanzplatte 6 sind weitere Platten 7 auf-,gelegt, von denen in der Zeichnung zur vereinfachten Darstellung nur eine gezeigt ist. Diese Platten (7) sind hier auf Grund ihrer Verwendung als Spannungszufül:rungsplatten bezeichnet und bestehen demgemäß aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff. Da ihnen auch die Aufgabe obliegt, die von Bauelementen erzeugte Wärme abzuführen, muß dieser Werkstoff auch ein guter Wärmeleiter sein. Hierfür eignet sich z. B. Kupferblech von 0,2 bis 0,5 mm Stärke. Je größer die Zahl der Spannungszuführungsplatten, desto dünner können diese sein. Die Zahl der Spannungszuführungsplatten richtet sich nach der Anzahl der zuzuführenden unterschiedlichen Betriebsspannungen.A spacer plate 6 is placed on this circuit board l, which consists of consists of an electrically insulating material, e.g. B. made of a hardened synthetic resin. This spacer plate has essentially the same size as the circuit board 1 and covers all conductor tracks on the side of the conductor tracks facing it. on the spacer plate 6 are further plates 7, placed, of which in the drawing only one is shown for the sake of simplicity. These panels (7) are here Due to their use as voltage supply plates, they are called and exist accordingly made of a material with good electrical conductivity. Because they also do the job is responsible for dissipating the heat generated by components, this material must also be a good conductor of heat. For this, z. B. copper sheet from 0.2 to 0.5 mm thickness. The greater the number of voltage supply plates, the thinner you can be this. The number of voltage supply plates depends on the number the different operating voltages to be supplied.
Die Spannungszuführungsplatten 7 sind entweder einseitig durch Auflegen einer Isolierfolie 8 oder durch Beschichtung mit einem geeigneten Werkstoff (z. B. Araldit) gegeneinander isoliert. Auch diese Isolierung sollte eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.The voltage supply plates 7 are either one-sided by laying an insulating film 8 or by coating with a suitable material (e.g. B. araldite) isolated from each other. This insulation should also have good thermal conductivity exhibit.
Jeweils eine oder gegebenenfalls auch mehrere dieser zu einem Baustein gehörenden Spannungszuführungsplatten kann mit einem als Kühlfahne dienenden, einstückig mit ihr verbundenen Ansatz 9 versehen sein. Dieser Ansatz ist so angeordnet, daß er in den zwischen benachbarten Bausteinreihen gebildeten freien Raum hineinragt, der als Führungskanal für Kühlluft dient.In each case one or, if necessary, several of these for a module belonging voltage supply plates can be used in one piece with a cooling vane be provided with its associated approach 9. This approach is arranged so that it protrudes into the free space formed between adjacent rows of blocks, which serves as a duct for cooling air.
Elektronische Bauelemente, wie z. B. integrierte Schaltkreise in Einheitsgehäusen (10) oder Transistoren sind mit Anschlußdrähten (»Füßchen«) 11 vorbestimmter Länge versehen, um sie mit der Leiterplatte verbinden zu können und um sie in einem Abstand von der Leiterplatte zu halten, damit eine bessere Kühlung durch vorbeigeführte Kühlluft ermöglicht wird. Diese Wirkung wird jedoch bei bekannten Bausteinen nicht voll erzielt. Eine Wärmeableitung durch die Anschlußdrähte der Bauelemente an die Leiterplatte ist wegen des geringen Durchmessers dieser Drähte ebenfalls ungenügend.Electronic components such as B. integrated circuits in standard housings (10) or transistors are provided with connecting wires ("feet") 11 of a predetermined length in order to be able to connect them to the circuit board and to keep them at a distance from the circuit board so that better cooling is achieved by passing them Cooling air is made possible. However, this effect is not fully achieved with known modules. Heat dissipation through the connecting wires of the components to the printed circuit board is also inadequate because of the small diameter of these wires.
Die Summe der Dicken der Distanzplatte 6, der Spannungszuführungsplatten 7 und der Isolierungen 8 wird so gewählt, daß die Gehäuse der Bauelemente 10 im fertig montierten Zustand auf der obersten Spannungszuführungsplatte aufliegen. Mittels geeigneter auf die Platte aufgetragener Werkstoffe, wie z. B. Silikonpaste wird eine Isolierung des Gehäuses gegenüber dieser Platte und zugleich eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Platte hergestellt.The sum of the thicknesses of the spacer plate 6, the voltage supply plates 7 and the insulation 8 is selected so that the housings of the components 10 rest on the topmost voltage supply plate in the fully assembled state. By means of suitable materials applied to the plate, such as. B. silicone paste is used to isolate the housing from this plate and at the same time a good heat-conducting connection between the housing and the plate.
Bei dieser Anordnung wird demnach der ohnehin freie Raum zwischen Leiterplatte und Bauelementgehäuse zur Wärmeableitung ausgenutzt.With this arrangement, the anyway free space between Circuit board and component housing used for heat dissipation.
Um nun die Anschlußdrähte 11 der Bauelemente 10 frei durch die Platten 6, 8, 7 hindurch in die Leiterplatte 1 führen zu können, sind in diesen Platten Ausnehmungen 12 bzw. 13 bzw. 14 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind für ein Bauelement jeweils ein Paar solcher Ausnehmungen in den Platten angeordnet, so daß das Gehäuse eines Bauelements 10 auf dem Bereich 15 zwischen zwei Ausnehmungen 12 der obersten Spannungszuführunasplatte 7 aufliegt.In order to be able to lead the connecting wires 11 of the components 10 freely through the plates 6, 8, 7 into the circuit board 1, recesses 12 and 13 and 14 are provided in these plates. In the embodiment shown, a pair of such recesses are arranged in the plates for a component, so that the housing of a component 10 rests on the area 15 between two recesses 12 of the uppermost voltage supply plate 7.
Zur elektrisch leitenden Verbindung der Spannungszuführungsplatten 7 mit den entsprechenden Steckerbahnen 5 der Leiterplatte 1 sind an den Spannungszuführungsplatten 7 abgewinkelte Lötfahnen 16 orgesehen. Es ist ersichtlich, daß. auch andere Maßnahmen zur Verbindung mit den die Bausteine aufnehmenden Steckern getroffen werden können.For the electrically conductive connection of the voltage supply plates 7 to the corresponding connector tracks 5 of the circuit board 1, angled soldering lugs 16 are provided on the voltage supply plates 7. It can be seen that. other measures can also be taken for the connection with the connectors accommodating the modules.
Die Spannungszuführungsplatten müssen jedoch auch mit den entsprechenden Anschlußdrähten der Bauelemente verbunden werden. Zu diesem Zweck sind diejenigen Bohrungen der Leiterplatte 1, die diese Anschlußdrähte der Bauelemente zum Zuführen der Betriebsspannungen aufnehmen, über nur kurze Leitungsbahnen mit benachbarten Bohrungen verbunden. In diese letztgenannten Bohrungen werden Lötfahnen eingesetzt, die mit den Spannungszuführungsplatten verbunden sind und ebenfalls durch die genannten Ausnehmungen der übrigen Pltten frei hindt:rchraL@en. D:ese Lötfahnen können als Stifte ausgebildet sein, die mit einer Spannungszuführungsplatte fest verbunden sind. Sie können aber auch beim Ausstanzen der Ausnehmungen 12 der Spannungszuführungsplatten als schmale Streifen 18 stehen bleiben und dann abgewinkelt werden.However, the voltage supply plates must also be connected to the corresponding Connecting wires of the components are connected. To that end are those Bores of the circuit board 1, which these connecting wires of the components for feeding absorb operating voltages via only short conductor paths with neighboring ones Holes connected. Soldering lugs are used in these last-mentioned holes, which are connected to the voltage supply plates and also through the aforementioned Preventing recesses in the other panels: rchraL @ en. D: these solder tags can be used as Be formed pins that are firmly connected to a voltage supply plate are. But you can also when punching out the recesses 12 of the voltage supply plates remain as narrow strips 18 and then be angled.
Die Spannungszuführungsplatten können auch in anderer Weise ausgebildet sein. So können sie von den ein- oder beidseitigen Metallkaschierungen einer gedruckten Schaltungskarte gebildet werden, wobei diese Kaschierungen eine größere Fläche oder die gesamte Fläche dieser Schaltungskarte überdecken, die ansonsten, z. B. bei der Leiterplatte 1, in einzelne Leitungszüge gegliedert ist. Die Distanzplatte 6 wird vorteilhaft aus einem Werkstoff mit hoher Dielektrizitätskonstante gefertigt.The voltage supply plates can also be designed in other ways be. You can choose from the one or two-sided metal laminations of a printed Circuit card are formed, with these laminations a larger area or cover the entire area of this circuit card, which otherwise, z. B. at the Circuit board 1, is divided into individual lines. The spacer plate 6 is advantageously made of a material with a high dielectric constant.
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