DE1280356B - Microminiaturized circuitry and method for making it - Google Patents
Microminiaturized circuitry and method for making itInfo
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Description
Mikrominiaturisierte Schaltungsanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine mikrominiaturisierte Schaltungsanordnung, bestehend aus mehreren übereinander gestapelten Mikromodulplatten mit aufgebrachten Leitungsbahnen und Bauelementen, wobei die Grundplatte eine Vielzahl über der Fläche der Platte verteilter Stifte aufweist.Microminiaturized circuit arrangement and method for its manufacture The invention relates to a microminiaturized circuit arrangement, consisting from several stacked micromodule plates with applied conductor tracks and structural elements, wherein the base plate is a plurality over the surface of the plate having distributed pins.
In der Verschaltungstechnik mikrominiaturisierter elektronischer Bausteine sind verschiedene Lösungswege zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen (Verdrahtung, Verschaltung) zwischen insbesondere mikrominiaturisierten Schaltkreisen bekanntgeworden, die im folgenden kurz beschrieben werden.In the interconnection technology of microminiaturized electronic components are different approaches to the production of electrically conductive connections (Wiring, interconnection) between, in particular, microminiaturized circuits become known, which are briefly described below.
1. Es werden in sich funktionsfähige mikrominaturisierte Schaltkreise einzeln in eine gedruckte Schaltungsplatte eingesetzt und so zu größeren Schaltungskomplexen zusammengefaßt. Hierbei werden die einzelnen Schaltkreise je nach Art des verwendeten Gehäuses in die gedruckte Schaltung eingelötet oder eingeschweißt. Die gedruckte Schaltungsplatte, z. B. aus Kunststoff oder Keramik, wobei die Leitungsbahnen nach bekannten Techniken, z. B. mittels Atzen von Metallüberzügen, stromlosen Abscheiden oder mittels Siebdruck hergestellt sind. Es handelt sich also in diesem Fall um eine meist ebene zweidimensionale Verschaltungstechnik mit begrenzter und in der Praxis nicht ausreichender Anzahl von Verbindungen zwischen Schaltkreisen auf einer Schaltungsplatte, deren Abmessungen durch die Zahl derjenigen Schaltkreise gegeben ist, die sich kreuzungsfrei verschalten lassen. Bei der in der Elektronik verwendeten Vielzahl von mikrominiaturisierten Schaltkreisen muß man daher zur Aufteilung eines Gerätes in mehrere Schaltungsplatten übergehen. Die Verbindung von Schaltungsplatten untereinander erfolgt über am Außenrand befindliche Kontakte, z. B. mittels Stecken, Löten oder Schweißen. Zu diesem Zweck werden die Schaltungsplatten oft übereinander gestapelt. Diese Verbindungs- oder Verschaltungstechnik von Platten untereinander ist eine Oberflächenverschaltung.1. There are functional microminaturized circuits individually inserted into a printed circuit board and thus to larger circuit complexes summarized. The individual circuits are used depending on the type of Housing soldered or welded into the printed circuit. The printed Circuit board, e.g. B. made of plastic or ceramic, the conductor tracks according to known techniques, e.g. B. by means of etching of metal coatings, electroless deposition or made by screen printing. So in this case it is a mostly flat two-dimensional interconnection technique with limited and in the Practice insufficient number of connections between circuits on one Circuit board whose dimensions are given by the number of those circuits that can be interconnected without crossing. When used in electronics A large number of microminiaturized circuits must therefore be used to divide one Device merge into several circuit boards. The connection of circuit boards among each other via contacts located on the outer edge, e.g. B. by means of plugging, Soldering or welding. For this purpose the circuit boards are often stacked one on top of the other stacked. This connection or interconnection technology of plates with one another is a surface interconnection.
Die Bauelementedichte wächst hier bei übereinandergestapelten Schaltungsplatten proportional zum Volumen, also proportional zu L3, wenn L die Lineardimension darstellt, während die Verdrahtungsmöglichkeiten von Bauelementen auf einer Platte mit derjenigen auf einer anderen nur proportional zur Oberfläche, also proportional L2 wachsen. Es besteht also ein Mangel an Leitungsverbindungen.The component density increases here when the circuit boards are stacked one on top of the other proportional to the volume, i.e. proportional to L3, if L represents the linear dimension, while the wiring options of components on a board with those on another only grow proportionally to the surface, i.e. proportionally to L2. So there is a lack of line connections.
2. Es werden einzelne in sich funktionsfähige mikrominiaturisierte Schaltkreise in eine mehrschichtige gedruckte Schaltungsplatte eingesetzt. Dieser Lösungsweg unterscheidet sich von dem unter 1. genannten dadurch, daß zur Erhöhung der Zahl der möglichen Leitungsverbindungen zwischen den mikrominiaturisierten Schaltkreisen eines größeren Schaltkomplexes eine gedruckte Schaltungsplatte verwendet wird, die aus mehreren Schichten mit Leitungsbahnen besteht. Die einzelnen Schichten sind voneinander durch einen Kunststoff isoliert. Da sich die elektronischen Schaltkreise meist auf einer Ebene befinden, wobei wie unter 1. die Verbindung von einer Schaltungsplatte zur anderen in der Regel über am Außenrand befindliche Stechkontakte erfolgt, handelt es sich auch hier um eine zweidimensionale Verdrahtungstechnik für Schaltungsplatten. Die in der Gerätetechnik verwendete und weiterhin steigende Vielzahl mikrominiaturisierte Bausteine macht auch bei mehrschichtig gedruckten Schaltungsplatten die Herstellung und Verdrahtung sehr vieler Schaltungsplatten erforderlich, wobei die Verbindung von einem einzelnen Baustein einer Schaltungsplatte zu demjenigen auf einer anderen Platte stets über Außenkontakte erfolgt (Druckkartentechnik z. B. für Rechenmaschinen).2. There are individual microminiaturized ones that are functional in themselves Circuits inserted into a multilayer printed circuit board. This Solution differs from the one mentioned under 1. in that to increase the number of possible line connections between the microminiaturized circuits a larger circuit complex a printed circuit board is used, the consists of several layers with conductive paths. The individual layers are isolated from each other by a plastic. As the electronic circuits usually located on one level, whereby as under 1. the connection of a circuit board on the other hand, it usually takes place via piercing contacts located on the outer edge This is also a two-dimensional wiring technique for circuit boards. The multitude of microminiaturized ones used in device technology and still increasing The production of building blocks also makes multilayer printed circuit boards and wiring very many circuit boards required, making the connection from a single component on one circuit board to that on another The plate is always made via external contacts (print card technology e.g. for calculating machines).
Für zuverlässige Geräte ist die Druckkartentechnik nicht ausreichend. Hier ist eine Technik bekanntgeworden, die z. B. von einer Keramikplatte ausgeht, auf der sich Leitungsbahnen und eingesetzte mikrominiaturisierte Schaltkreise befinden. Diese können sich entweder in einem Gehäuse befinden und die Zuleitungen mittels Löt- oder Schweißtechnik mit den Leitungsbahnen in Verbindung gebracht werden, oder es können Bausteine ohne Gehäuse verwendet werden, deren Anschlußpunkte z. B. unter Zwischenlage von kleinen Kugeln direkt auf die entsprechenden Leitungszüge aufgesetzt und mit diesen verlötet werden (flip-over-chip-Technik). Auch besteht die Möglichkeit, mikrominiaturisierte Bausteine direkt mit Leitungsstreifen zu versehen (beam-leaü-Technik) und diese mit den Zuleitungsbahnen auf der mikrominiaturisierten Platte zu verlöten oder zu verschweißen. Auf der Keramikplatte laufen die Leitungsbahnen an den Außentand; der nach einem bekanntgewordenen -Verfahren mit metallisierten Einkerbungen versehen ist. Die Herstellung von Verbindungen einer solchen sogenannten Mikromodulplatte mit andeeeri ;erfolgt nun auf die Weise, daß die Platten übereinander und in die Einkerbungen Drähte gelegt und mit den Metallisierungen verlötet oder verschweißt werden.Print card technology is not sufficient for reliable devices. Here a technique has become known that z. B. is based on a ceramic plate, on which there are conductive paths and used microminiaturized circuits. These can either be in a housing and the supply lines by means of Soldering or welding technology can be associated with the conductor tracks, or it can be used modules without a housing whose connection points z. More colorful Intermediate layer of small balls placed directly on the corresponding cable runs and soldered to them (flip-over-chip technology). There is also the Opportunity, to provide microminiaturized building blocks directly with conductor strips (beam-leaü technique) and solder them to the lead tracks on the microminiaturized board or to weld. The conductors run on the ceramic plate to the outer edge; which is provided with metallized notches according to a process that has become known is. The production of connections of such a so-called micro-module plate with andeeeri; is now done in such a way that the plates are on top of each other and in the Notches wires laid and soldered or welded to the metallizations will.
3. Es wird eine »Volumenverdrahtung« der mikrominiaturisierten Bausteine vorgenommen. Zur Behebung .der--unter .Punkt 1 und 2._ genannten Schwierigkeiten, nämlich der nur begrezten Herstellungsmöglichkeiten von Zwischenverbindungen, -ist vorgeschlagen worden, die -mikrominiaturisierten Bau= steine auf der Oberfläche eines z. B. quaderförmigen Isolierkörpers anzuordnen und sämtliche Leitungsverbindungen von einem Baustein zu einem beliebigen anderen durch das Innere dieses Körpers zu führen. Hier wächst also die Bauelementedichte proportional zur Oberfläche, also proportional zu L2, während die Verdrahtungskapazität dem Volumen, also L3, proportional ist. Bei dieser Technik stehen somit genügend Leitungsverbindungen zur Verfügung, jedoch nicht in angemessener Relation zur Zahl der 'verfügbaren oder einsetzbaren Bauelemente.3. The microminiaturized building blocks are "volume wired" performed. To remedy .the difficulties mentioned under .points 1 and 2._, namely, the only limited production possibilities of interconnections it has been suggested that microminiaturized building blocks be placed on the surface one z. B. to arrange cuboid insulator and all line connections from one building block to any other through the interior of that body to to lead. So here the component density increases proportionally to the surface, that is proportional to L2, while the wiring capacity is proportional to the volume, i.e. L3 is. With this technology, there are enough cable connections available but not in proportion to the number of 'available or usable Components.
Ferner wurden bereits vielschichtige, dreidimensionale Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen ein Netz von Leitungsverbindungen in verschiedenen ebenen durch zwischengelegte Isolierschichten von-#,_ inander getrennt sind.Furthermore, multilayer, three-dimensional circuit arrangements have already been made known, in which a network of line connections in different levels through interposed insulating layers are separated from each other by - #, _.
Weiterhin wurde eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die aus einer Grundplatte und weiteren auf die Grundplatte aufgestapelten Trägerplatten besteht. Hierbei weist die Grundplatte mehrere über die Fläche der Platte verteilte Stifte auf, die auf beiden Oberflächenseiten aus der Platte herausragen. Durch die darüber angeordneten Trägerplättchen sind nur Steigleitungen am Rande der Trägerplättchen hindurchgeführt, die allen Plättchen gemeinsam sind, so daß jede Steigleitung nur einen einzigen elektrischen Anschluß bildet. Die Zahl der möglichen Anschlüsse und Verbindungen wächst daher bei dieser bekannten Anordnung nicht mit der Zahl der Trägerplättchen und damit mit der Menge der Bauelemente, sondern ist von vornherein durch die Zahl der von der Grundplatte ausgehenden Steigleitungen begrenzt.Furthermore, a circuit arrangement has been proposed which consists of a Base plate and other carrier plates stacked on the base plate. Here, the base plate has several pins distributed over the surface of the plate that protrude from the plate on both surface sides. By about it arranged carrier plates are only risers at the edge of the carrier plate passed through, which are common to all platelets, so that each riser only forms a single electrical connection. The number of possible connections and Connections therefore does not grow with this known arrangement with the number of Carrier plate and thus with the amount of components, but is a priori limited by the number of risers emanating from the base plate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mikrominiaturisierte - Schaltungsanordnung anzugeben, bei der die Zahl der möglichen Leitungsverbindungen auf eng begrenztem Raum proportional zur Anzahl der Bauelemente wächst. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei mehreren übereinandergestapelten Mikromodulplatten dadurch gelöst, daß jeder der übereinandergestapelten Mikromodulplatten mit einer unterschiedlichen Zahl von über die Fläche der Mikromodulplatten verteilten Stiften versehen ist, die nur auf einer Oberflächenseite der jeweiligen Mikromodulplatte senkrecht aus der Platte herausragen, und daß die Mikromodulplatten derart übereinandergestapelt sind, daß an dafür vorgesehenen Stellen Stifte jeder einzelnen Mikromodulplatte mit Stiften, Leitungsbahnen oder Bauelementen einer benachbarten- Mikromodulplatte in Verbindung stehen.The invention is based on the object of a microminiaturized - Specify circuit arrangement in which the number of possible line connections grows proportionally to the number of components in a tightly limited space. According to the invention becomes the task with several stacked micromodule plates solved that each of the stacked micromodule plates with a different Number of pins distributed over the surface of the micro-module plates, which are only perpendicular to one surface side of the respective micromodule plate the plate protrude, and that the micro-module plates are stacked one on top of the other are that there are pins for each individual micromodule plate in the designated places with pins, conductor tracks or components of an adjacent micro-module plate stay in contact.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist die Länge der Stifte nicht wesentlich größer- -als die doppelte Dicke der s4 daß eitle Art Nadelkissen .vorliegt, wobei die Nadeln durch ihre geringe Länge die Stabilität der fertigen Anordnung gewährleisten. Ferner werden alle Nadeln' vorzugsweise an ihren Enden verzinnt, so daß viele Mikromodulplatten nach dem übereinanderstapeln in einem einzigen Lötvorgang mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Mikromodulplatten aus. einem Isoliermaterial, z. B. aus Keramik herzustellen, wobei die Platten innerhalb ihrer Fläche und am Rande derselben mit Bohrungen versehen sind. Zn die.Bohrungen sind die-Stifte eingelötet, so daß keine zusätzlichen Halterungsmittel für die Stifte. in den Mikromodulplatten erforderlich sind. Das Material der Stifte wird vorzugsweise so gewählt, daß-es: in seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem- thermischen. Ausdehnungskoeffizienten des Mikromodulplattenmaterials angepaßt ist. Hierdurch wird vermieden, daß bei der Erwärmung der Plätten. bzw. der Stifte Spannungen entstehen, die zu Rissen und zur Zerstörung der Schaltungsanordnung führen., Zur Herstellung. .der mikrominiaturisierten'. Schal= tungsanordnung eignet sich besonders ein Verfahren, bei dem die mit integrierten Schaltkreisen und Leitbahnen versehenen Mikrömodulplatten in einer Lehre übereinandergesetzt und leicht zusammengedrückt werden. Danach wird dieser Plattenstapel auf einen Montierfuß aufgesetzt und anschließend in einer Schutzgasatmosphäre kurzzeitig auf eine Temperatur von z. B. 200 bis 300° C erhitzt, so daß die einzelnen Platten fest miteinander verbunden werden.In an advantageous further development of the subject matter of the invention the length of the pins not much greater- than twice the thickness of the s4 that There is a vain type of pincushion, whereby the needles are stable due to their short length ensure the finished arrangement. Furthermore, all needles are 'preferably on their ends are tinned, so that many micro-module plates are stacked on top of each other can be mechanically and electrically connected to one another in a single soldering process. It has proven to be advantageous to make the micro-module plates. an insulating material, z. B. made of ceramic, the plates within their area and on Edge of the same are provided with holes. The pins are soldered into the bores, so that no additional means of holding the pens. in the micro-module plates required are. The material of the pins is preferably chosen so that: in its coefficient of thermal expansion dem- thermal. Expansion coefficient of the micro-module plate material is adapted. This avoids that in the Warming of the plates. or the pins arise tensions that lead to cracks and to Destruction of the circuit arrangement., To manufacture. 'the microminiaturized'. Circuit arrangement is particularly suitable for a method in which the integrated Circuits and interconnects provided with micro-module plates placed one on top of the other in a teaching and be easily squeezed. This stack of panels is then placed on a mounting foot placed and then briefly to a temperature in a protective gas atmosphere from Z. B. 200 to 300 ° C, so that the individual plates firmly together get connected.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den wesentlichen Vorteil, daß die Oberflächenseite jeder Mikromodulplatte für Bauelemente und Leitbahnen ausgenützt werden kann. Außerdem ist die erfindungsgemäße mikrominiaturisierte Schaltungsanordnung in ihren geometrischen Abmessungen sehr klein und äußerst stabil.The arrangement according to the invention has the significant advantage that the Surface side of each micro-module plate used for components and interconnects can be. In addition, the microminiaturized circuit arrangement according to the invention very small in their geometrical dimensions and extremely stable.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.In the following, the invention is intended to be based on exemplary embodiments explained.
F i g. 1 A zeigt eine Mikromodulplatte in Draufsicht, während die F i g. 1 B die gleiche Mikromodulplatte mit den erfindungsgemäß angeordneten Stiften im Schnitt darstellt.F i g. 1 A shows a micro-module plate in plan view, while the F i g. 1 B the same micro-module plate with the pins arranged according to the invention represents in section.
Die F i g. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau mit den mit Stiften versehenen Mikromodulplatten, während in F i g. 3 in einer Ausschnittsvergrößerung eine Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten Platten dargestellt ist.The F i g. 2 shows the structure according to the invention with the pins provided micromodule plates, while in F i g. 3 in an enlarged section a connection point between two adjacent plates is shown.
Die F i g. 1 A zeigt eine Mikromodulplatte 1 aus Isoliermaterial in Draufsicht. Auf dieser befinden sich in beliebiger Anordnung integrierte Schaltkreise 2. Auf der Mikromodulplatte befinden sich weiterhin Leitungsbahnen 3, die einerseits mit den integrierten Schaltkreisen 2 in Verbindung stehen und andererseits zu Verbindungspunkten führen, die diese Mikromodulplatte mit weiteren elektrisch verbinden. Die Verbindungspunkte 4 auf der Fläche sowie diejenigen am Rande 5 sind beliebig angeordnet.The F i g. 1 A shows a micro-module plate 1 made of insulating material in plan view. Integrated circuits 2 are located on this in any arrangement. On the micromodule plate there are also conductor tracks 3, which on the one hand are connected to the integrated circuits 2 and on the other hand lead to connection points that electrically connect this micromodule plate to others. The connection points 4 on the surface and those on the edge 5 are arranged as desired.
F i g. 1 B zeigt einen Schnitt A -A durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikromodulplatte. Mit 1 ist wieder der Isolierkörper, z. B. ein Keramikkörper, bezeichnet, der mit einer Reihe von Bohrungen versehen ist, in die die Stifte 5 eingelegt sind. Die Länge der Stifte 4 ist vorzugsweise so bemessen, daß die aus der Isolierplatte herausragenden Enden in sich eine genügende Stabilität besitzen. Für eine Keramikplatte von z. B. 1 bis 2 mm Stärke ist es ausreichend, insgesamt etwa 3 mm lange Stifte 4 zu verwenden, deren Durchmesser vorzugsweise einige zehntel mm beträgt. Als Material für die Stifte wird vorzugsweise ein solches verwendet, das in seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem des Isolierkörpers angepaßt ist. Nach dem Aufbringen der Leitungsbahnen 3 z. B. mit Hilfe der bekannten Siebdrucktechnik und nachträglichem Aufsintern werden die Stifte 4 an ihren herausragenden Enden z. B. in einem Tauchverfahren verzinnt, so daß eine lötfähige Schicht 6 von einigen zehntel mm Stärke entsteht. Auf die so vorbereitete, also mit verzinnten Stiften und Leitungsbahnen versehene Mikromodulplatte werden schließlich die integrierten Schaltkreise 2 der F i g. 1 A aufgesetzt.F i g. 1 B shows a section A-A through the micromodule plate proposed according to the invention. With 1 is again the insulating body, for. B. a ceramic body, which is provided with a series of bores into which the pins 5 are inserted. The length of the pins 4 is preferably dimensioned so that the ends protruding from the insulating plate have sufficient stability in themselves. For a ceramic plate of e.g. B. 1 to 2 mm thick, it is sufficient to use a total of about 3 mm long pins 4 , the diameter of which is preferably a few tenths of a mm. The material used for the pins is preferably one whose coefficient of thermal expansion is matched to that of the insulating body. After applying the conductor tracks 3 z. B. with the help of the known screen printing technology and subsequent sintering, the pins 4 at their protruding ends z. B. tinned in a dipping process, so that a solderable layer 6 of a few tenths of a mm thick is formed. Finally, the integrated circuits 2 of FIG. 1 A attached.
F i g. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau mit den vorgeschlagenen Mikromodulplatten. Die Platten werden in einer Lehre übereinandergesetzt und leicht zusammengedrückt. Dieses Plattenpaket wird dann auf einen Montierfuß 7 aufgesetzt und alles zusammen z. B. in Schutzgasatmosphäre kurzzeitig auf die Löttemperatur von 200 bis 300° C erhitzt. Wie F i g. 2 zeigt, können nicht benötigte Stifte 8 entfernt, z. B. abgeschnitten werden. Ein besonderer Vorteil dieser Aufbauweise ist neben den vielen möglichen und beliebig anzuordnenden »Volumenverbindungen« die Möglichkeit der einfachen Herstellung von Leitungskreuzungen. Diese werden in der Weise hergestellt, daß die Leitungskreuzung über zwei Stifte einer Mikromodulplatte auf eine benachbarte Mikrodulplatte geführt wird.F i g. 2 shows the structure according to the invention with the proposed ones Micro-module plates. The plates are placed one on top of the other in a gauge and are light pressed together. This plate package is then placed on a mounting foot 7 and everything together z. B. in a protective gas atmosphere briefly to the soldering temperature heated from 200 to 300 ° C. Like F i g. 2 shows, pins 8 that are not required can removed, e.g. B. be cut off. A particular advantage of this design is next to the many possible and arbitrarily arranged "volume connections" the possibility of simple production of line crossings. These are in manufactured in such a way that the line crosses over two pins of a micro-module plate is guided onto an adjacent micro-module plate.
F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäß hergestellten »Volumenverbindung« von einer Mikromodulplatte zur anderen. Mit 1 sind wieder die z. B. Keramikträgerkörper bezeichnet und mit 3 die eingebrannten Leitbahnen. Die Stifte 4 sind in Bohrungen verlötet, wobei die Metallisierungs-und Lötschicht mit 9 bezeichnet ist. Die die Stifte 4 umgebende Lötschicht 6 verläuft nach dem Lötprozeß z. B. in der dargestellten Weise und hat zudem die Aufgabe, Abstandstoleranzen zwischen untereinander angeordneten Stiften auszugleichen.F i g. 3 shows an enlarged section of the one produced according to the invention "Volume connection" from one micro-module plate to the other. With 1 they are again z. B. ceramic carrier body and with 3 the burned-in interconnects. the Pins 4 are soldered in bores, with the metallization and solder layer with 9 is designated. The solder layer 6 surrounding the pins 4 runs after the soldering process z. B. in the manner shown and also has the task of distance tolerances between to compensate for pins arranged one below the other.
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1965T0029411 DE1280356B (en) | 1965-09-16 | 1965-09-16 | Microminiaturized circuitry and method for making it |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1280356B true DE1280356B (en) | 1968-10-17 |
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Family Applications (1)
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DE1965T0029411 Pending DE1280356B (en) | 1965-09-16 | 1965-09-16 | Microminiaturized circuitry and method for making it |
Country Status (1)
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- 1965-09-16 DE DE1965T0029411 patent/DE1280356B/en active Pending
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