DE1591751C3

DE1591751C3 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE1591751C3
Application number: DE1967T0035169
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Maute
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-11-02
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE1591751A1; DE1591751B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte, die mit Leitbahnen versehen ist, welche im Zentrum der Trägerplatte mit den Elektroden mindestens eines auf der Trägerplatte angeordneten elektrischen Bauelements verbunden sind und zu großflächigen Anschlußkontakten am Außenrand der Trägerplatte führen, und aus einer gedruckten Schaltungspiatte, die mit Aussparungen für die Aufnahme des Bauelements versehen ist und Anschlußkontakte aufweist, die beim Zusammenfügen der Trägerplatte mit der Schaltungsplatte mit entsprechenden Anschlußkontakten der Schaltungsplatte in Berührung kommen.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der FR-PS 14 67 117 bekannt. Dort wirkt aber die Vertiefung in der Schaltungspiatte nicht auf die Trägerplatte ein, sondern bildet nur den notwendigen Platz für das elektrische Bauelement.

Ferner ist es aus der DE-AS 10 74 683 bekannt, in eine mit Leitbahnen versehene Schaltungspiatte Aussparungen einzubringen, in die Erweiterungen eines ungekapselten Widerstandselements passen, ohne daß hierdurch eine Verbindung zwischen den Leitbahnen und den Kontakten auf dem Widerstand oder gar ein Druckkontakt zustande käme. Die Verbindung wird bei der bekannten Anordnung durch nachträgliches Tauchlöten hergestellt

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanke und die Aufgabe zugrunde, Schaltungsbausteine anzugeben, die ebenfalls handlich sind, keine draht- oder bandförmigen, leicht verbiegbaren aus einem Gehäuse herausragenden Zuleitungen aufweisen, sich mit den in der Aufdampf- und Halbleitertechnik üblichen und leicht beherrschbaren Verfahren rationell herstellen lassen, ohne einen komplizierten Justierprozeß in eine gedruckte Schaltungspiatte eingebaut und die auf einfache Weise aus der gedruckten Schaltung herausgenommen und durch andere Schaltungsbaustei- j ne ersetzt werden können, wobei Teile der Trägerplat- ι te und der Schaltungspiatte so aufeinander einwirken, daß die angestrebten Vorteile erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfiridungsgemäß vorgeschlagen, daß zentrisch auf der Trägerplatte ein das elektrische Bauelement umschließender, die großflächigen Anschlußkontakte frei lassender Abschlußkörper angeordnet ist, dessen Querschnitt dem der Aussparungen der gedruckten Schaltungspiatte entspricht, und daß der Abschlußkörper so ausgebildet ist, daß beim Eindrücken oes Abschlußkörpers in die Aus-

sparung eine Erweiterung an der Stirnfläche des Abschlußkörpers aus der Aussparung an der Unterseite der Schaltungsplatte austritt und den Abschlußkörper druckknopf- oder korkenartig haltert, so daß hierdurch die Abschlußkontakte auf der Trägerplatte gegen die Anschlußkontakte auf der Schaltungsplatte unter Bildung elektrisch leitender Verbindungen fest angepreßt sind.

Dadurch erhält man eine sich selbst-justierende und selbst kontaktierende Anordnung mit haltbaren Verbindungen zwischen der Träger- und der Schaltungsplatte.

Als elektrische Bauelemente können Halbleiterbauelemente aller Art, wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltungen, verwendet werden. Auf die Trägerplatte können auch Bauelemente aufgedruckt oder aufgedampft und hierbei gleichzeitig mit den Anschlußkontakten der Leitbahnen in der Mitte der Trägerplatte in Verbindung gebracht werden. Solche Dünnschichtbauelemente bestehen hauptsächlich aus Widerständen und Kapazitäten.

Es wurde auch bereits ein Kontaktierungsverfahren zum Aufbau von Schaltungen angegeben, bei dem Halbleiterkörper mit ihren auf einer Oberflächenseite angeordneten metallischen Elektroden der im Halbleiterkörper enthaltenen Bauelemente direkt auf Leitbahnen einer gedruckten Schaltungsplatte aufgesetzt werden (DE-AS 1241879). Durch Löten oder durch Thermokompression stellt man anschließend eine drahtfreie, elektrische Verbindung zwischen den Elektroden der Halbleiterbauelemente und den Leitbahnen einer Dünnfilmschaltung oder einer gedruckten Schaltungsplatte her (US-PS 33 16458). Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die extrem kleinen Halbleiterkörper nur äußerst schwierig auf die Anschlußkontakte der gedruckten Schaltungsplatte einjustiert werden können. Ferner sind bei einem derartigen Verfahren die Halbleiterbauelemente ungeschützt äußeren Einflüssen ausgesetzt Eine nach dem bekannten Verfahren hergestellte Schaltung wird daher auf Temperaturänderungen der Umgebung äußerst empfindlich reagieren, und es besteht die Gefahr, daß die Halbleiterbauelemente durch mechanische Einwirkung beschädigt oder zerstört werden. Um für den Aufbau von Schaltungen handliche und geschützte Einzelbauteile zu erhalten, werden daher die Halbleiterkörper vielfach in Kunststoffgehäuse eingebettet, aus denen band- oder drahtförmige Elektrodenzuleitungen herausragen (US-PS 32 31797). Diese Elektrodenzuleitungen werden beim Einbau der Schaltungsbausteine in eine gedruckte Schaltungsplatte mit den Leitbahnen der Schaltung im allgemeinen durch Löten verbunden. All diese bekannten Maßnahmen ergeben aber nicht die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Das Prinzip, druckknopf- oder korkenähnliche Befestigungsmittel, die in Ausnehmungen einer Schaltungsplatte einrasten, zur Befestigung von Bauteilen zu verwenden, ist an sich bekannt (DE-Gbm 19 44 377, DE-Gbm 18 97 450).

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umschließt der Abschlußkörper ein oder mehrere elektrische Bauelemente. Die Trägerplatte weist an ihrer dem Abschlußkörper zugewandten Oberflächenseite aufgedampfte oder aufgedruckte Leitbahnen auf, die von Anschlußkontakten im Zentrum der Trägerplatte zu großflächigen Anschlußkontakten am Außenrand der Trägerplatte führen. Etwa in die Mitte der Trägerplatte wird nun beispielsweise ein Halbleiterkörper auf gesetzt, dessen Elektroden z. B. mit Hilfe dunner Drähte mit den Anschlußkontakten der auf der Trägerplatte verlaufenden Leitbahnen durch Thermokompression elektrisch leitend verbunden werden. Anschließend wird der Halbleiterkörper und dessen Kontakt stellen mit den Leitbahnen mit einem Abschlußkörper bedeckt, der vorteilhafterweise aus einem gieß- und aushärtbaren Kunststoff besteht Der Abschlußkörper wird vorteilhafterweise in einer entsprechenden Spritz gußvorrichtung auf den Trägerkörper mit einer be stimmten Form und Höhe aufgebracht Der Abschlußkörper läßt hierbei die großflächigen Anschlußkontakte auf der Trägerplatte unbedeckt, so daß man pilz- oder T-förmige Gehäuse ohne verbiegbare Teile erhält Der oder die Halbleiterkörper oder andere elektrische Bauelemente sind geschützt und vakuumdicht in die den Abschlußkörper bildende Kunststoffmasse eingebettet Das so hergestellte Gehäuse läßt sich nun auf äu ßerst einfache Weise in eine gedruckte Schaltungsplat te einsetzen. Unter einer gedruckten Schaltungsplatte ist hierbei eine isolierte Unterlage zu verstehen, die einem Verknüpfungs- oder Netzplan entsprechende Leitungen in aufgedruckter Form aufweist durch die

2s Schaltungsbausteine, mit denen die Schaltungsplatte bestückt wird, zu einer meist komplizierten Schaltung miteinander verknüpft werden.

Eine derartige Schaltungsplatte wird mit Aussparungen versehen, um die die Anschlußkontakte der Leit- bahnen auf der gedruckten Schaltungsplatte gruppiert sind. In diese Aussparungen werden die Abschlußkörper des beschriebenen Gehäuses so eingeführt, daß die großflächigen Anschlußkontakte der Leitbahnen auf der Trägerplatte mit den Anschlußkontakten der Leit bahnen auf der Schaltungsplatte in Berührung kommen. Durch die Form des Abschlußkörpers und die dieser Form entsprechende Aussparung der Schaltungsplatte ergibt sich bei entsprechender Anordnung der Leitbahnen am Gehäuse und auf der Schaltungsplatte automa- tisch eine gegenseitige justierung der einander entsprechenden Anschlußkontakte, so daß der früher notwendige, komplizierte und aufwendige Justierprozeß entfällt Die bestückte Schaltungsplatte kann nun in einem Durchlaufofen erwärmt werden, so daß die mit einem niederschmelzenden Lot beschichteten Anschlußkontakte miteinander verbunden werden. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß die Löttemperatur nicht wesentlich über der Temperatur liegt, bei der die Formbeständigkeit des Gehäusekunststoffs nicht mehr gewähr- leistet ist Es empfiehlt sich daher, die Kontaktstellen der Leitbahnen am Gehäuse und auf der Schaltungsplatte mit einem Indium- oder Zinnlot zu beschichten.

Eine andere, äußerst vorteilhafte Verbindung zwischen den Kontaktstellen des Gehäuses und denjenigen der Schaltungsplatte läßt sich durch eine einfache Druck- oder Anpreßkontaktierung erzielen. Hierzu wird der Abschlußkörper des Gehäuses so ausgebildet daß das Gehäuse wie ein Druckknopf oder wie ein Korken in entsprechende Aussparungen der Schal tungsplatte eingesetzt werden kann, so daß die An schlußkontakte der Leitbahnen auf dem Trägerkörper des Gehäuses gegen die Anschlußkontakte der Leitbahnen auf der Schaltungsplatte gepreßt werden. Bei dieser Kontaktierungsweise ist das Austauschen und

Ersetzen der Schaltungsbausteine besonders einfach.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im weiteren noch an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt das Gehäuse in einer perspektivischen Ansicht;

F i g. 2 zeigt das Gehäuse im Schnitt;

F i g. 3 zeigt eine gedruckte Schaltungsplatte mit den Aussparungen zum Einsetzen der Schaltungsbausteine, während in

Fig.4 die fertig bestückte Schaltungsplatte im Schnitt dargestellt ist

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine rechteckige Trägerplatte 1, die aus einem Kunststoff, Keramik oder einem anderen isolierenden Material besteht Auf der Trägerplatte sind Leitbahnen 2 angeordnet, die von der Mitte der Trägerplatte zu großflächigen, verdickten Anschlußkontakten 3 am Außenrand der Trägerplatte führen. Wie die F i g. 2 zeigt, wird ein Bauelement 4, z. B. Halbleiterkörper, der einen oder mehrere Transistoren und/oder mehrere Dioden oder eine integrierte Halbleiterschaltung enthält, mit seinen sämtlich auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers angeordneten Elektroden auf die gleichfalls verdickten, in der Mitte der Schaltungsplatten angeordneten Anschlußkontakte 5 der Leitbahnen 2 aufgesetzt

Die Elektroden des Halbleiterkörpers werden anschließend drahtfrei durch Löten oder durch Thermokompression mit den Anschlußkontakten 5 der Leitbahnen 2 elektrisch leitend verbunden. Wie bereits eingangs ausgeführt wurde, können die Elektroden des Halbleiterkörpers auch mit Hilfe dünner Zuleitungsdrähte mit den Kontaktflächen der Leitbahnen auf dem Trägerkörper verbunden werden.

Anschließend wird der Halbleiterkörper 4 und seine Anschlußstellen an die Leitbahnen der Trägerplatte 1 in einen Abschlußkörper 6 eingebettet Dieser Abschlußkörper wird vorteilhafterweise aus einem gießbaren und aushärtbaren Kunststoff gebildet Hierfür eignen sich beispielsweise Polyäthylene, Epoxidharze, Borharzpreßmassen oder Phenolharzpreßmassen. Wenn eine lötfreie Kontaktierung der Schaltungsbausteine mit den Leitbahnen der Schaltungsplatte vorgesehen ist, empfiehlt sich die Verwendung eines im ausgehärteten Zustand elastischen und bei Druck nachgiebigen Kunststoffs. Der Abschlußkörper 6 wird vorteilhafterweise unter Verwendung einer Form hergestellt, so daß die örtliche Lage des Abschlußkörpers auf dem Trägerkörper und seine geometrischen Abmessungen genau definiert und reproduzierbar sind. Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Abschlußkörper ist rechteckförmig ausgebildet, es kann jedoch auch eine quadratische oder andere vieleckige Form gewählt werden. Es besteht auch die Möglichkeit sowohl die Trägerplatte als auch den Abschlußkörper zylindrisch auszubilden, wobei der Abschlußkörper, dessen Querschnitt kleiner ist als der der Trägerplatte, koaxial auf der Trägerplatte angeordnet wird.

Bei einer zylindrischen Ausbildung des Gehäuses ist es vorteilhaft den zylindrischen Abschlußkörper an seiner Mantelfläche mit einer Nut oder einen vorstehenden Teil zu versehen, so daß durch ein entsprechendes Gegenstück in der Aussparung oder Vertiefung der Schaltungsplatte eine definierte Lage der Trägerplatte auf der Schaltungsplatte gewährleistet wird. Derartige Justierhilfen sind an sich aus der DE-AS 12 41 879 oder dem DE-Gbm 19 65 783 bekannt

An seiner Stirnfläche ist der in Fig. 1 und 2 dargestellte Abschlußkörper flansch- oder wulstartig (7) erweitert Dieser Wulst sorgt dafür, daß der Abschlußkörper in der Aussparung einer Schaltungsplatte , druckknopfartig gehaltert wird.

Die F i g. 3 zeigt eine gedruckte Schaltungsplatte aus einem isolierenden Material auf der metallisch' Leitbahnen 9 verlaufen, durch die die einzelnen Scha! tungsbausteine zu einer Gesamtschaltung miteinande S verknüpft werden. Da die F i g. 3 und 4 nur der beispiel haften Erläuterung dienen, kommt der dargestellte! Anordnung der Leitbahnen auf der Schalungsplatte keine funktionell Bedeutung zu. Die Schalungsplatte weist zwei rechteckförmige Aussparungen 10 auf, de

ίο ren Querschnitt dem der Abschlußkörper (6) der in dit Schaltungsplatte einzufügenden Schaltungsbausteim entspricht. Um die Aussparungen sind die Anschlußkontakte 11 der Leitbahnen 9 an die Leitbahnen der Schaltungsbausteine (Fig. 1) gruppiert Die Anschluß kontakte 11 entsprechen in ihrer geometrischen An ordnung genau den Anschlußkontakten 3 auf der Trägerplatte 1 eines Schaltungsbausteines (Fig. 1). Die Schaltungsbausteine werden zur Bestückung der Schaltungsplatte mit ihrem Abschlußkörper von oben in die Aussparungen 10 der gedruckten Schaltungsplatte gedrückt Hierdurch kommen nach Fig.4 die Anschlußkontakte 3 der Trägerplatte 1 unmittelbar auf entsprechende Anschlußkontakte 11 der gedruckten Schaltungsplatte 8 zu liegen. Da die wulstartige Erwei terung 7 an der Stirnfläche des Abschlußkörpers auf der Unterseite der gedruckten Schaltungsplatte aus deren Aussparungen austritt und dadurch eine druckknopfartige Halterung des Schaltungsbausteines an der gedruckten Schaltungsplatte zustande kommt werden die Anschlußkontakte der Schaltungsbausteine gegen die entsprechenden Anschlußkontakte der gedruckten Schaltungsplatte gepreßt Hierdurch kommt ein guter elektrischer Kontakt zwischen den einander entsprechenden Kontaktstellen zustande.

In einer anderen vorteilhaften Ausbildung erweitert sich der Abschlußkörper 6 (F i g. 1) zu seiner Stirnfläche hin konisch oder pyramidenförmig. Wird ein derart ausgebildeter Abschlußkörper in die Aussparung der Schaltungsplatte gepreßt so wirkt der Abschlußkörper, sobald seine Stirnfläche aus der Aussparung an der Unterseite der Schalungsplatte austritt korkenartig. Das heißt der Abschlußkörper hat auf Grund seiner Form das Bestreben, noch weiter aus der öffnung an der Unterseite der Schaltungsplatte auszutreten. Durch diese Wirkung werden somit die Anschlußkontakte der Schaltungsbausteine fest gegen die entsprechenden Anschlußkontakte der gedruckten Schaltungsplatte gepreßt Durch die Verwendung der beschriebenen Schal tungsbausteine kann eine gedruckte Schaltungsplatte einfach bestückt und die Bausteine gleichzeitig an die übrige Schaltung angeschlossen werden,-indem die Schaltungsbausteine wie Druckknöpfe oder Korken in Aussparungen der Schaltungsplatte eingesetzt werden.

Wenn die Leitbahnen einer Schaltungsplatte mit Hilfe der bekannten und vielfach angewandten Photolacktechnik hergestellt werden, ist es vorteilhaft die Struktur der Aussparungen mit in die Photoplatte, mit der ein lichtempfindlicher Photolack auf der Metallschicht der isolierenden Platte belichtet wird, aufzunehmen. Anschließend können die nach der Belichtung auf der Photoplatte gekennzeichneten, für die Aussparungen vorgesehenen Bereiche ausgeätzt ausgestanzt oder ausgebohrt werden. Das beschriebene neue Prinzip einer Schaltungsanordnung läßt sich auf Schaltungen aller Art, wie Verstärker, Speicher, logische Verknüpfungen u. dgl, anwenden. Es eignet sich besonders für Versuchs- und Experimentierzwecke, da die einzelnen

Bausteine rasch ausgewechselt werden können. Das beschriebene Prinzip eignet sich jedoch auch besonders für reparatur- und wartungsbedürftige Schaltungen, da die Fehlersuche und Fehlerbeseitung extrem einfach ist und, da kein Justieren und in der einen der Ausfüh-

rungsformen auch kein Löten erforderlich ist, nur wenig Zeit in Anspruch nimmt.

Patentschutz wird nur begehrt für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbeziehung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

803 636/20

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte, die mit Leitbahnen versehen ist, welche im Zentrum der Trägerplatte mit den Elektroden mindestens eines auf der Trägerplatte angeordneten elektrischen Bauelements verbunden sind und zu großflächigen Anschlußkontakten am Außenrand der Trägerplatte führen, und aus einer gedruckten Schaltungsplatte, die mit Aussparungen für die Aufnahme des Bauelements versehen ist und Anschlußkontakte aufweist, die beim Zusammenfügen der Trägerplatte mit der Schaltungsplatte mit entsprechenden Anschlußkontakten der Schaltungsplatte in Berührung kommen, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch auf der Trägerplatte (1) ein das elektrische Bauelement (4) umschließender, die großflächigen Anschlußkontakte frei lassender Abschlußkörper (6) angeordnet ist, dessen Querschnitt dem der Aussparungen (10) der gedruckten Schaltungsplatte (8) entspricht, und daß der Abschlußkörper (6) so ausgebildet ist, daß beim Eindrücken des Abschlußkörpers in die Aussparung eine Erweiterung (7) an der Stirnfläche des Abschlußkörpers aus der Aussparung an der Unterseite der Schaltungsplatte (8) austritt und den Abschlußkörper druckknopf- oder korkenartig halten, so daß hierdurch die Anschlußkontakte (3) auf der Trägerplatte (1) gegen die Anschlußkontakte (11) auf der Schaltungsplatte (8) unter Bildung elektrisch leitender Verbindungen fest angepreßt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Bauelemente (4) Halbleiterbauelemente wie Dioden, Transistoren, integrierte Festkörperschaltungen oder auf die Trägerplatte aufgedampfte oder aufgedruckte Schichtbauelemente, wie Widerstände, Kapazitäten, vorgesehen sind.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Trägerplatte (1) als auch der Abschlußkörper (6) zylindrisch ausgebildet sind, wobei der Abschlußkörper, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Trägerplatte, koaxial auf der Trägerplatte angeordnet isL

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (6) und die entsprechende Aussparung (10) in der Schaltungsplatte (8) einen rechteckförmigen, quadratischen oder vieleckigen Querschnitt aufweist

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (6) aus einem elastischen Kunststoff besteht

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (6) an seinem der Trägerplatte abgewandten Ende zur Stirnfläche des Abschlußkörpers hin konisch oder pyramidenförmig erweitert ist

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper an seiner Stirnfläche flansch- oder wulstartig (7) erweitert ist

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (6) aus Polyäthylen, Epoxidharzen, Borharzpreßmassen oder Phenolharzpreßmas-

sen besteht.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte auf der Schaltungsplatte und auf der Trägerplatte mit einem niederschmelzenden Lot bedeckt und so die Leitbahnen der beiden Platten durch Löten an_; ihren Anschlußkontakten in einem Durchlaufofen miteinander verbindbar sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte (8) als an sich bekannte Großschaltung ausgebildet ist.