DE1490491C - Paketierte Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte F i g. 3 eine sehr starke Vergrößerung einer typipaketierte, aus Leiterplatten und gekapselten Schal- sehen mikrotronischen Schaltung,
tungen bestehende Schaltungsanordnung in Mikro- Fig. 1 zeigt eine Anzahl gedruckter übereinander miniaturbauweise, bei der die innerhalb der Schal- angeordneter Leiterplatten 10. Sämtliche Leitertungsanordnung erzeugte Wärmeenergie nach außen 5 platten der paketierten Schaltungsanordnung bestehen abgeleitet wird. jeweils aus einem Isolierträger, auf dem ein vor-Vor einiger Zeit sind Schritte unternommen wor- bestimmter, beispielsweise aus den Leitern 12 und 14 den, elektronische Bauelemente mit kleineren Ab- bestehender Leiterzug angeordnet ist. Außerdem messungen herzustellen. So hat beispielsweise der weist jede Platte eine Anzahl von Löchern oder Boh-Transistor die Elektronenröhre in zahlreichen elek- io rungen auf, die durch Bohren oder Stanzen hertronischen Schaltungen weitgehend als Wirkelement gestellt sind. Die Lochmuster der einzelnen Plattenersetzt. Seit kurzem wird jedoch von den.Technikern , ebenen stimmen untereinander überein, so 'daß die und Wissenschaftlern die Anwendung von sogenann- Löcher beim Paketieren der Leiterplatten von oben ten mikrotronischen Bausteinen oder Schaltungen nach unten durchgehende zylindrische Kanäle bilden, untersucht, bei denen Halbleiter-Netzwerke, Wider- 15 Zur Veranschaulichung des engen Lochabstandes sei stände, Dioden und Kondensatoren sowie die dazu- erwähnt, daß der Lochmittenabstand zwischen begehörigen Verbindungsleitungen sämtlich in einem nachbarten Reihen einer Lochspalte beispielsweise einzigen Halbleiter-Flachkörper untergebracht sind. etwa 0,8 mm (0,035 Zoll) und der Lochabstand zwi-Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität solcher sehen zwei benachbarten Spalten etwa 1,2 mm mikrotronischen Schaltungen kann der Flachkörper 20 (0,050 Zoll) betragt.

mit geeigneter Vergußmasse vergossen werden, so Während der Herstellung der Leiterplatten 10 wer-

daß nur noch seine Zuleitungen für die Außen- den deren Lochwände mit einem leitenden Überzug.

anschlüsse herausragen. In diesem Fall können die versehen, d. hu, die Löcher stellen Durchverbindun-

leistungverbrauchenden Bauelemente der mikro- gen dar. Sollen auf den Leiterplatten zwei Punkte,

tronischen Schaltungen jedoch ihre Wärme nicht 25 wie beispielsweise die Punkte 16 und 18, miteinander

durch normale Wärmekonvektion abgeben. verbunden werden, so geschieht dies mit Hilfe eines

Zum Aufbau eines aus solchen mikrotronischen Leiters, wie beispielsweise des Leiters 12, der die lei-

Schaltungen bestehenden elektronischen Systems oder tende Wandung des Loches 16 mit dem leitenden

Untersystems sind Mittel erforderlich, um mehrere Überzug der Lochwandung 18 elektrisch verbindet,

solcher Schaltungen miteinander verbinden zu kön- 30 Das Verfahren zur Herstellung der Leiter 12 und 14

nen. Um die sich aus den kleinen Abmessungen der und der durchplattierten Löcher ist zum Verständnis

mikrotronischen Schaltung ergebenden Vorteile auch der Konstruktion und der Arbeitsweise der erfin-

ausnutzen zu können, müssen die Verbindungsmittel dungsgemäßen paketierten Schaltungsanordnung nicht

so ausgebildet sein, daß zwischen den einzelnen mit- erforderlich.

einander verbundenen Schaltungen nur ein äußerst 35 Zur erfindungsgemäßen paketierten Schaltungskleiner Abstand besteht. Je enger diese Schaltungen anordnung gehört ferner eine Anzahl von Wärmejedoch angeordnet werden, desto schwieriger wird leitern, von denen jedoch nur die Wärmeleiterstreifen die Temperatursteuerung, da die Kenndaten der Bau- 20 und 22 gezeigt sind. Diese Streifen weisen eine elemente zumindest in einem bestimmten Ausmaß elektrisch isolierende Oberfläche auf und bestehen temperaturabhängig sind. Anders ausgedrückt: Je 40 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der enger die Schaltungen aneinander angeordnet werden, Erfindung aus Aluminium, das mit Aluminiumoxyd desto schwerer läßt sich die innerhalb des elektroni- überzogen ist. Die Wärmeleiter können aber auch aus sehen Systems erzeugte Wärme ableiten. Dies gilt ins- anderen Werkstoffen hergestellt werden, sind also besondere für die Fälle, in denen das elektronische nicht auf die Kombination Aluminium-Aluminium-System in Fernlenkgeschossen oder in Weltraum- 45 oxyd beschränkt.

Projekten eingesetzt wird. Ist das elektronische Fig. 2 zeigt ein stark vergrößertes Ausführungs-System für den Einsatz in großer Höhe vorgesehen, beispiel eines Wärmeleiters, der eine Anzahl von in der die Atmosphäre sehr dünn oder überhaupt Abstandsstegen 26 aufweist, durch die Schlitze 28 nicht mehr vorhanden ist, so muß die von den Bau- zwischen benachbarten Stegen gebildet werden. Alterelementen der mikrotronischen Schaltung erzeugte 5° nativ können diese Schlitze aber auch hergestellt wer-Wärme durch Wärmeableitung anstatt durchwärme- den, indem an Stelle der auf den Wärmeleitern ankonvektion abgeführt werden. gebrachten Stege quer zum Wärmeleiter verlaufende

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demgemäß, Nuten im Wärmeleiter selbst vorgesehen werden. Der

eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Zusam- Abstand zwischen zwei benachbarten Abstandsstegen

menschalten einer Anzahl von mikrotronischen Schal- 55 entspricht vorzugsweise dem Lochmittenabstand zwi-

tungen vorzusehen, wobei eine große Anzahl solcher sehen den Löchern zweier benachbarter Reihen einer

Schaltungen auf einem äußerst kleinen Raum unter- Lochspalte der Leiterplatte 10. Der Mittenabstand

gebracht werden kann und die von den Bauelementen zwischen zwei von den Stegen 26 gebildeten Schlitzen

der Schaltungen erzeugte Wärme durch Wärmeleiter kann also etwa 0,8 mm (0,035 Zoll) betragen und

abgeführt wird. ^6o entspricht damit dem bereits erwähnten Lochabstand

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel auf der Leiterplatte,

dargestellt. Es zeigt Zum Zusammenbau der erfindungsgemäßen mikro-

F i g. 1 eine leicht vergrößerte und auseinander- tronischen Schaltungen wird eine Anzahl von leitengezogene Darstellung der erfindungsgemäßen pake- den Stiften 30 in die von den Stegen 26 gebildeten tierten Schaltungsanordnung, ⁶5 Schlitze eingesetzt und mit Hilfe eines geeigneten

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Wärme- Klebemittels befestigt. Die Wärmeleiter 24 stehen

leiters, wie er in der Schaltungsanordnung gemäß also mit den Stiften 30 in thermischer Verbindung,

Fig. 1 verwendet wird, und wobei die Stifte 30 jedoch infolge des Aluminium-

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oxyd-Überzuges des Wärmeleiters 24 elektrisch von- sich an jedem Ende der Wärmeleiter 20, 22 eine Boh-

einander isoliert sind. Wie ersichtlich ist, sind die rung 46. Die Seitenleisten 32, 34 und die Stimleisten

Stifte beidseitig mit dem Wärmeleiter 24 verklebt, 36, 38 mit den eingespannten paketierten Platten und

wobei die Dicke des Wärmeleiters so bemessen ist, Wärmeleitern werden durch zwei Schrauben 48 zu-

daß der Mittenabstand zwischen den Stiften an bei- 5 sammengehalten. Diese Schrauben ragen durch die

den Seiten dem Mittenabstand zwischen den Löchern Bohrungen 46 in den Wärmeleitern hindurch, wobei

benachbarter Lochspalten auf den Leiterplatten 10 diese Bohrungen auf eine längs durch die Stimleisten

entspricht. 36, 38 verlaufende Bohrung ausgerichtet sind.

Die Stifte 30 ragen an der Unterkante des Wärme- Nachdem die paketierte Schaltungsanordnung mit leiters 24 ziemlich weit hervor. Aus noch weiter unten io den eingepaßten Wärmeleitern in den Rahmen einangeführten Gründen ragen die Stifte außerdem auch gespannt worden ist, können die mikrotronischen an der Oberkante des Wärmeleiters etwas hervor, wie Schaltungen 50 eingesetzt werden. Wie F i g. 3 zeigt, Fig. 2 zeigt. Die nach unten hervorstehenden Enden besteht eine solche Schaltung vorzugsweise aus einem passen in die Löcher des Leiterplattenpaketes und verhältnismäßig flachen, hermetisch abgeschlossenen erstrecken sich durch das ganze Paket. Mit anderen 15 Körper, dessen Abmessungen im vorliegenden AusWorten: Die in Fig. 1 gezeigten Wärmeleiter 20 und führungsbeispiel nur etwa 6,35 X 0,31 X 0,87 mm 22 lassen sich mit ihren leitenden Stiften 30 in das (0,250 X 0,0125 X 0,035 Zoll) betragen. Wie ferner aus gedruckten Leiterplatten bestehende Paket stek- zu ersehen ist, hat die Schaltung an jeder Seite fünf ken, wobei die Stifte den leitenden Überzug der Loch- Flachleiter, die parallel und im Abstand voneinander wandungen der Leiterplatten berühren und dabei die ao angeordnet sind, wobei der Abstand dem Abstand Löcher der einen Platte mit den entsprechenden - zwischen benachbarten Stiften der Wärmeleiter entLöchern der anderen Platte des Pakets elektrisch ver- spricht. Die Leiter ragen an der Oberseite der gekapbinden. Bemißt man die Stifte so, daß sie nach dem selten Schaltung etwas hervor, und zwar so weit wie Stecken etwas an der Unterseite der unteren Leiter- die Stifte 30 an der Oberseite des Wärmeleiters 24 platte herausragen, so lassen sie sich als Meßpunkte 25 (F i g. 2). Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt verwenden, an die verschiedene Meßgeräte zur Über- wurde, kann jede der Schaltungen 50 eine Anzahl prüfung und Wartung der Schaltungsanordnung an- von Bauelementen, wie Widerstände, Kondensatoren, geschlossen werden können. In den meisten Fällen Halbleiterbauelemente usw., enthalten, die in einem wird man die Wärmeleiter 20 und 22 in das aus ge- Halbleiter-Flachkörper zusammengefaßt sind,
druckten Leiterplatten bestehende Paket lediglich zu 30 Der Abstand zwischen zwei benachbarten Wärmestecken brauchen. In Fällen, in denen die Schaltungs- leitern ist so bemessen, daß die Schaltungen 50 zwianordnung besonders betriebssicher sein muß, wird sehen die Wärmeleiter eingesetzt werden können, man dagegen die an den Wärmeleitern angeordneten wobei ihre Zuleitungen 52 nach oben zeigen, d. h. Stifte an den leitenden Überzug der Löcher in den dem aus gedruckten Leiterplatten bestehenden Paket Leiterplatten anlöten. Zu diesem Zweck kann man 35 abgewandt sind. In dem bevorzugten Ausführungsdie vom Wärmeleiter nach unten hervorstehenden beispiel der vorliegenden Erfindung können ins-Enden der Stifte sowie den leitenden Überzug der gesamt acht mikrotronische Schaltungen neben-Lochwandungen mit Lötzinn überziehen. Anschlie- einander zwischen zwei benachbarten Wärmeleitern ßend werden die Stifte dann in das Leiterplattenpaket untergebracht werden. Insgesamt sind 25 Wärmeleiter gesteckt und die ganze Anordnung ausreichend er- 40 vorgesehen, so daß sich 24 Reihen mit jeweils acht wärmt, so daß das Lot schmilzt und fließt. Nach mikrotronischen Schaltungen ergeben. Gemäß der anschließender Abkühlung sind die Wärmeleiter dann vorliegenden Erfindung können somit bis zu fest an der paketierten Schaltungsanordnung an- 192 Schaltungen elektrisch miteinander verbunden gelötet. . werden. Der vollständige Baustein mit 192 ein-Nachdem sämtliche Wärmeleiter 20 und 22 in die 45 gebauten Schaltungen ist nicht größer als etwa paketierte Schaltungsanordnung gesteckt worden 76,5 X 64,0 X 12,7 mm (3,063 X 2,563 X 0,500 Zoll), sind, kann die Anordnung in einen Rahmen ein- Da der Abstand zwischen den Zuleitungen der gespannt werden, der der Schaltung eine größere mikrotronischen Schaltungen 50 sowie der Abstand Stabilität verleiht und außerdem die von den Wärme- zwischen den Stiften der Wärmeleiter 20, 22 jeweils leitern kommende Wärme nach außen ableitet. Wie 50 dem Lochabstand auf den Leiterplatten der paketier-Fig. 1 zeigt, besteht der Rahmen aus zwei Seiten- ten Schaltungsanordnung entspricht, bilden die Zuleisten 32, 34 sowie zwei Stimleisten 36, 38. Jede leitungen der Schaltungen nach deren Einpassung Seitenleiste hat eine Längsnut 44, die so breit ist, daß zwischen die Wärmeleiter eine Gerade mit den Stiften das Plattenpaket gerade hineinpaßt. Anders aus- der Wärmeleiter, wodurch die Herstellung einer elekgedrückt: Die paketierte Schaltungsanordnung sitzt 55 trischen Verbindung zwischen den Zuleitungen und fest in den Nuten der beiden Seitenleisten 32, 34. den Stiften erleichtert wird. Das Verfahren^nach dem In ähnlicher Weise haben auch die Stimleisten 36, die Zuleitungen der Schaltungen mit den nach oben 38 jeweils eine Längsnut 42, deren Breite gleichfalls herausragenden Enden der leitenden Stifte der so bemessen ist, daß das Plattenpaket mit seinen Wärmeleiter verbunden werden, ist zum Verständnis Stirnseiten in diesen Nuten sitzt. Neben der Längsnut 60 der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Er-42 haben die Stimleisten 36, 38 noch eine Anzahl wähnt sei hier, daß gemäß einem Verfahren die von Querschlitzen 44, die sich senkrecht zur Längs- Zuleitungen an die Stifte angelötet werden, um eine nut 42 erstrecken. Die Schlitze 44 sind so breit, daß zuverlässigere Verbindung zu gewährleisten. Unter sie die Enden der Wärmeleiter 20, 22 aufnehmen Berücksichtigung der bereits angeführten Abmessunkönnen. Sind also die Stimleisten 36, 38 und die 65 gen lassen sich also auf einer Fläche von nur etwa Wärmeleiter betriebsfertig zusammengesetzt, so wer- 50 cm² (7,85 Quadratzoll) 1920 elektrische Einzelden diese Wärmeleiter parallel und im Abstand von- anschlüsse herstellen. Der vom fertigen Baustein mit einander gehalten. Wie Fig. 1 weiter zeigt, befindet . seinen 192 Schaltungen, den Wärmeleitern, dem Rah-

men und den paketierten Leiterplatten eingenommene Raum beträgt lediglich etwa 64 cm³ (3,92 Kubikzoll).

Je nachdem, unter welchen Umgebungsbedingungen die erfindungsgemäße paketierte Schaltungsanordnung arbeiten soll, wird zweckmäßigerweise noch eine Abdeckplatte wie die Platte 54 (F i g. 1) vorgesehen. Diese Platte kann mit Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln an die Rahmenleisten angeschraubt werden und hat die Aufgabe, die Schaltungsanordnung vor Staub und anderen Fremdkörpern zu schützen. Die Platte 54 besteht außerdem vorzugsweise aus einem wärmeleitenden Werkstoff und kann infolge ihrer Flächenausdehnung zur Wärmeabführung benutzt werden.

Wie festgestellt wurde, wird zum elektrischen An-Schluß einer paketierten Schaltungsanordnung der in F i g. 1 gezeigten Art an eine andere Schaltungsanordnung dieser Art zweckmäßigerweise eine biegsame gedruckte Leiterplatte 56 benutzt. Von dieser Leiterplatte sind verschiedene Arten bekannt. Bestimmte Anschlußpunkte innerhalb der paketierten Schaltungsanordnung können über gedruckte Leitungszüge und die Stifte mit einer Reihe oder einer Gruppe von Reihen an der einen Seite einer Leiterplatte des Plattenpaketes miteinander verbunden werden. Die biegsame Leiterplatte 56 kann dann mit ihren Leitern an diese Reihe von Anschlußpunkten sowie an eine ähnliche Reihe von Anschlußpunkten eines anderen Bausteins angeschlossen werden.

Der Stromweg zwischen einer Zuleitung einer mikrotronischen Schaltung und der mit dieser Zuleitung zu verbindenden Zuleitung einer anderen mikrotronischen Schaltung verläuft von der ersten Zuleitung über den mit ihr verbundenen Stift zu dem leitenden Überzug der Lochwand eines der im Plattenpaket vorgesehenen Löcher, durch welche der betreffende Stift ragt, von hier über den Leiter einer •der paketierten Leiterplatten zu dem leitenden Überzug einer anderen Lochwandung und dann über den in diesem Loch befindlichen Stift zur Zuleitung der anderen mikrotronischen Schaltung. Dagegen verläuft der Wärmeweg von einem leistungsverbrauchenden Bauelement der mikrotronischen Schaltung über.die Zuleitungen dieser Schaltung zu den Stiften, mit · denen diese Zuleitungen verbunden sind, von hier über die Stifte und die Wärmeableiter zu den'Rahmenleisten 36, 38 und 32, 34 und schließlich zur Abdeckplatte 54 nach außen.

Claims (9)

Patentansprüche: _0

1. Elektrische Schaltungsanordnung mit einer Anzahl von übereinander angeordneten Isolierträgern, auf denen Leitungszüge aufgebracht sind, einer Anzahl von sich durch die Träger erstrekkenden, nach einem vorbestimmten Schema angeordneten Löchern, wobei die Lochwände von vorbestimmten Löchern mit einem leitenden Film überzogen sind und die Leitungszüge im Bereich von vorbestimmten Löchern enden und mit deren leitenden Überzügen elektrisch verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Wärmeableitungsvorrichtung mit einer Anzahl von elektrisch isolierenden Wärmeleitern (20, 22) mit an diesen befestigten leitenden Stiften (30). die min- ..-destens an einer Kante der Wärmeleiter hervorstehen und so im Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie mit dem Lochschema übereinstimmen und nach ihrer Einführung in die Löcher deren leitende Überzüge berühren, und eine Mehrzahl von gekapselten Schaltungen (50) mit elektrisch- und wärmeleitenden Zuleitungen (52), die an einer Kante hervorragen und so im Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie mit dem Lochschema übereinstimmen, und die mit den Stiften (30) verbunden sind, um eine aus ,elektrisch miteinander verbundenen Schaltungen bestehende paketierte Schaltungsanordnung zu bilden, bei welcher die von den gekapselten Schaltungen erzeugte Warme abgeführt werden kann.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeableitungsvorrichtung ferner ein Tragrahmen gehört mit zwei Stirnleisten (36, 38) mit Querschlitzen (44), in denen die Wärmeleiter parallel und im Abstand voneinander eingepaßt sind, und Längsschlitzen i (42), in denen die paketierten Leiterplatten an den Stirnseiten eingepaßt sind, und zwei Seitenleisten (32, 34) mit Längsschlitzen (40), in denen die paketierten Leiterplatten seitlich eingepaßt sind, wobei die Seiten- und Stirnleisten zusammengeschraubt sind, um die Leiterplatten sowie die Wärmeleiter fest zusammenzuhalten.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleiter aus rechteckigen Metallstreifen (24) mit elektrisch isolierender Oberfläche und einer Anzahl von Abstandsstegen (26) bestehen, die an den Streifen befestigt sind, wodurch auf beiden Seiten der Streifen jeweils eine Anzahl von Parallelschlitzen (28) gebildet wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleiter aus rechteckigen Metallstreifen mit elektrisch isolierender Oberfläche und einer Anzahl von in den Streifen vorgesehenen Nuten bestehen, um auf beiden Seiten der Streifen jeweils eine Anzahl von Parallelschlitzen zu bilden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Nuten mit dem Lochabstand übereinstimmt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Querschlitzen (44) im wesentlichen gleich einer Dimension einer gekapselten Schaltung ist»

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dar durch gekennzeichnet, daß die Stirn- und Seitenleisten aus wärmeleitendem Werkstoff bestehen.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Stifte; so lang sind, daß sie nach Zusammenbau der Leiterplatten durch die Löcher sämtlicher Leiterplatten ragen. ,

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abdeckplatte (54) vorgesehen ist, welche am Tragrahmen befestigt wird, um die Schaltungsanordnung vor Fremdkörpern zu schützen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen