DE1465736C - Funktionsblock. insbesondere fur datenverarbeitende Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Funktionsblock, insbesondere für datenverarbeitende Anlagen, mit einem auf einer eine hohe Wärmeleitfähigkeit und gute elektrische Isolationseigenschaften aufweisenden Unterlage aufgedruckten, aus einem ausgewählten Edelmetall oder einer Edelmetallverbindung bestehenden Leitermuster, das wenigstens teilweise mit einer Metallegierung überzogen ist und an vorher bestimmten Stellen dieser Überzugsschicht mit aktiven Schaltungselementen elektrisch verbunden ist.

Fimktionsblöcke, auch Komplexbauelemente genannt, sind Schaltungseinheiten, die ein oder mehrere aktive oder passive Schaltungselemente umfassen und zur Durchführung von Arbeiten befähigt sind, die in datenverarbeitenden Anlagen auftreten. Solche Anlagen enthalten sogenannte logische Schaltungen, z. B. UND-Schaltungen, ODER-Schaltungen oder Inverter. Fimktionsblöcke dienen zur Bildung dieser logischen Schaltungen und können in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Zusätzlich können Oszillatoren, Modulatoren und andere besondere Schaltungen für datenverarbeitende Anlagen auch als ein Funktionsblock aufgebaut und in geeigneter Weise in der Anlage verbunden werden. Demzufolge erlauben Fimktionsblöcke den Aufbau höchst verwickelter Datenverarbeitungsanlagen, indem eine Vielzahl von Blocks miteinander verbunden wird.

Es sind Komplexbauelemente bekannt (G. Seidl, »Gedruckte Schaltungen«, VEB Verlag Berlin, 1959), bei denen auf keramische Unterlageplatten ein Leitermuster im Siebdruck mittels einer Silberpaste aufgebracht ist. Dieses Leitermuster ist mit einem beliebigen Deckmetall galvanisch verstärkbar. Auf derartige keramische Leiterplatten sind selbständige Kondensator- und Widerstandsbeläge ein- oder auflötbar.

Die französische Patentschrift I 300 77 L gibt auch die Lehre, nicht nur passive, sondern. auch aktive Schaltungselemente auf ein auf eine Isolierschicht aufgedrucktes Leitermuster aufzubringen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, für Funktionsblöcke eine Verbindungsmöglichkeit von aktiven Schaltungselementen mit dem Leitermuster zu •schafFen, die äußerst einfach, stabil und verläßlich hinsichtlich verschiedener Temperatur-, Feuchtigkeits- und Schwingungsverhältnisse ist, zur Massenproduktion geeignet ist und bestens reproduzierbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Unterlage auf ausgewählte Legierungen nicht benetzend wirkt und daß für die Verbindung der aktiven Schaltungselemente mit dem Leitermuster Zwischenglieder vorgesehen sind, die einen Zwischenraum zwischen dem Leiternnister und ilen aktiven Schaltungselementen bilden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielcs beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung eines herzustellenden Fiinktionsblocks,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Funktionsblock, fio

F i g. 3 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines aktiven Schaltungselementes, das im Funktionsblock mit der Unterlage zu verbinden ist, und

Fig. 4 eine Seitenansicht des aktiven Schaltimgsdementes gemäß Fig. 3, das mit dem Leiternnister des Funktionsblocks verbunden ist.

Ein für Datenverarbeitungsanlagen wichtiger Funkiiunsblock ist die in F i g. Ϊ gezeigte UND- ODIiR-Inverterschaltung. Diese Schaltung umfaßt den Transistor 20, der mit der die Diode 23, 24 enthaltenden Diodentorschaltung 22 zusammenwirkt. Die Schaltung enthält auch die Diode 27 für die ODER-Funktion. Außerdem enthält die Schaltung geeignete Vorspannungswiderstände 28, 29 und den im Ausgangsstromkreis 32 liegenden Belastungswiderstand 30. Die Arbeitsweise einer derartigen Schaltung ist dem Fachmann durchaus geläufig und ist deshalb nicht näher beschrieben.

Die in F i g. 1 gezeigte UND/ODER-Inverterschaltung ist in dem in Fig. 2 dargestellten Funktionsblock enthalten. Gleiche Schaltungselemente sind in beiden Figuren übereinstimmend bezeichnet. Durch die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit der Unterlage wird eine im wesentlichen isotherme Fläche erhalten. Daher arbeiten alle Schaltungselemente unter einem Temperaturverhältnis, das ihre Leistungsfähigkeiten nicht ungünstig beeinflußt. Die Unterlage 42 kann jegliche Abmessung haben; im vorliegenden Fall wurde ein Quader mit den Abmessungen von 11,56 mm · 11,56 mm · 4,06 geeignet gefunden. Die Unterlage soll gute Wärmeleiteigenschaften haben und gegen relativ hohe Temperaturen unempfindlich sein. Eine gute thermische Leitfähigkeit ist wegen des engen räumlichen Abstandes zwischen den einzelnen, auf der Unterlage angeordneten-Schaltungselementen erforderlich. Ein den aufgezeigten Erfordernissen genügendes Unterlagematerial ist eine 95%ige Tonerdezusammensetzung, welche eine thermische Leitfähigkeit von annähernd

18-

IT kcal
h ■ m · O° C

hat. Tonerde hat auch ausgezeichnete elektrische und hohe Temperatureigenschaften.

Als Leitemuister 41 sind metallisierende Farben in den typischen Zusammensetzungen von Gold, Silber und Platin verwendbar.. Die Farbe muß sowohl eine ausgezeichnete Haftfähigkeit hinsichtlich der Unterlage 42 haben als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit und gute Löteigenschaften. Der Druck auf de* Unterlage 42 erfolgt mittels üblichen Siebdruckverfahrens. Nach dem Druck des Leitermusters 41 ist die Unterlage in einem Ofen für die Dauer von annähernd 30 Minuten auf annähernd 750 bis 800° C zu erhitzen. Die endgültigen Leiter haben eine Breite von ungefähr 0,13 bis 0,25 mm und können durch einen gleichen Abstand voneinander getrennt sein. Es ist besonders wichtig, daß die Leitungsbreite von den vorher angegebenen Abmessungen ist, um die Anzahl der für den gewünschten Funktionsblock erforderlichen Schaltungselemente auf der Unterlage 42 anbringen zu können. Das Leitermuster 41 ist verzinnt, wodurch sein Reihenwiderstand verringert wird. Andere Verfahren, z. B. das Plattieren, können verwendet werden, um die gleichen Ergebnisse wie durch die Verzinnung zu erzielen'. Ein Lötmittel mit hohem Schmelzpunkt wird im Verzinnungsvorgang verwendet, damit die Unterlage 42 später an eine gedruckte Stromkreistafel gelötet werden kann, ohne daß das Lötmittel schmilzt und dadurch irgendwelche, zwischen dem Lötmittel und den Schalungselementen geformte Verbindungen beeinflußt werden. Hin Lötmittel mit den geforderten Eigenschaften ist eine Legierung aus 90".Ό BId und 10¹Vo Zinn. Diuses Lötmittel hat eine Schmelztemperatur von rund

300° C. Ein Tauchlötprozeß ist vorteilhaft, um das Leitermuster 41 auf der Unterlage 42 mit dem Lötmittel zu bedecken. Das Lötmittel haftet nicht an den Widerständen 28, 29, 30 oder an der Oberfläche der Unterlage 42 infolge ihres hohen, glasähnlichen Inhaltes, welcher nicht vom Lötmittel benetzt ist. Der ganze Verzinnungsvorgang ist für ein automatisches, bekanntes Verfahren geeignet.

Ein typisches aktives Schaltungselement 120 ist in der F i g. 3 dargestellt und hat eine Flächenabmessung von 0,63 mm · 0,63 mm. Die Kontakte 122 bestehen aus einer Metallegierung und sind kugelförmig ausgebildet, aber sind nicht auf diese Form begrenzt. Diese Kontakte werden künftig Zwischenglieder 122 genannt. Diese Zwischenglieder 122 sind in Aussparungen 124 in dem das Schaltungselement 120 bedeckenden Glas 126 eingelegt. Die Glasbeschichtung eliminiert in bekannter Weise die Notwendigkeit einer teuren und stärkeren Einkapselung. Vor dem Einlegen der Zwischenglieder 122 in die Aussparungen 124 wird in diesen der Metallfilm 130 abgesetzt. Der Metallfilm 130 hat eine gute Adhäsion zum Glas und zum darunterliegenden Metallstreifen 128. der durch die Öffnung 138 in einem isolierenden Teil 142 mit der Elektrode 134 bzw. 136 verbunden ist. Durch Erhitzen des Schaltungselementes sind die in den Aussparungen 124 eingelegten Zwischenglieder 122 mit dem Metallfilm 130 und somit mit den zugeordneten Elektroden 134 bzw. 136 elektrisch und mechanisch gut verbunden. Das beschriebene Schaltungselement 120 kann entweder ein Transistor oder eine Diode sein. Die Schaltung nach der F i g. 1 verwendet sowohl Transistoren als auch Dioden.

Das Schaltungselement 120 ist umgekehrt auf der Unterlage 42 in einer planaren Anordnung befestigt, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist. Zu diesem Zweck ist eine nicht gezeigte Aufspannvorrichtung vorgesehen, die das oder mehrere Schaltungselemente 120 in eine gegenüber der Unterlage 42 genaue Stellung bringt. Vor dem Aufsetzen der Schaltungselemente 120 auf die Unterlage 42 wurde auf die den Zwischengliedern 122 gegenüberliegenden Stellen des Leitermusters 41 ein Flußmittel aufgebracht. Das Flußmittel wirkt wie ein Leim, um die Schaltungselemente 120 in der besonderen Lage zu halten. Durch ein Gegeneinanderdrücken der Schaltungselemente 120 und der Unterlage 42 bildet sich eine Einsenkung im Lötmittel, wodurch zwischen den genannten Teilen eine Art Formschluß entsteht. Durch Erhitzen der Unterlage 42 entsteht eine Lötmittel-Rückfließverbindung 150 (Fig. 4) zwischen dem Schaltungselement 120 und der Unterlage 42 an den Zwischengliedern 122. Die Lötmittel-Rückfließverbindung muß ohne Schmelzung der Metallegierung der Zwischenglieder 122 hergestellt werden. Demzufolge schaffen die Zwischenglieder 122 eine zwangläufige Trennung zwischen den Schaltungselementen und der Unterlage 42, um jegliche Kurzschließung zwischen denselben zu verhindern. Außerdem errichten die Lötmittel-Rückfließverbindungen 150 eine stabile und verläßliche Verbindung zwischen den Schaltungselementen 120 und der Unterlage 42. Das Material der Verbindungsstelle ist von einer Beschaffenheit, daß keine Beeinflussung und daraus folgende Herabsetzung der Arbeitscharakteristik des Schaltungselementes 120 eintritt.

Obwohl keines der Schaltungselemente eine hermethisch abgedichtete Umhüllung erfordert, sind die Funktionsblöcke von einer Schutzmasse umhüllt, um einen mechanischen Schutz und einen Korrosionsschutz der Lötflächen herzustellen. Das Umhüllen geschieht vorzugsweise durch Eintauchen der Funktionsblöcke in ein plastisches Material und anschließendes Trocknen bei 150° C in einem Ofen, für die Dauer von etwa 3 Stunden. Als ein zufriedenstellendes Material wurde ein Siliciumlack verwendet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Funktionsblock, insbesondere für datenverarbeitende Anlagen, mit einem auf einer eine hohe Wärmeleitfähigkeit und gute elektrische Isolationseigenschaften aufweisenden Unterlage aufgedruckten, aus einem ausgewählten Edelmetall oder einer Edelmetallverbindung bestehenden Leitermuster, das wenigstens teilweise mit einer Metalllegierung überzogen ist und an vorher bestimm-

—ten Stellen dieser Überzugsschicht mit aktiven Schaltungselementen elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (42) auf ausgewählte Legierungen nicht benetzend wirkt und daß für die Verbindung der aktiven Schaltungselemente (12Oj mit dem Leitermuster (41) Zwischenglieder (122) vorgesehen sind, die einen Zwischenraum zwischen dem Leitermuster (41) und den aktiven Schaltungselementen (120) bilden.

2. Funktionsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermuster (41) aus einer Gold-Platin-Paste hergestellt ist.

3. Funktionsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder aus einer Metallegierung bestehende Kugeln (122) darstellen, von denen eine jede in je ein Loch (124) eines das aktive Schaltungselement (120) bedeckenden Glasüberzuges (126) eingelegt ist und unter der genannten Kugel (122) bzw. um dieselbe herum in dem Loch (124) ein mit einer Elektrode (134 oder 136) in Verbindung stehender Metallfilm (130) sich befindet.

4. Funktionsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (42) mit all ihren Aufdrucken und Schaltungselementen von einer Schutzmasse allseitig bedeckt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen