DE1752931A1 - Trennwerkzeug fuer Traeger aus Keramik fuer Mikroschaltkreise - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 5. August 1968 ru-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen;

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket EN 9-67-064 Trennwerkzeug für Träger aus Keramik für Mikr ο schaltkreise

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Teilen von in einem Strang hergestellten Keramikträgern oder dergleichen, die als Träger für mikrominiaturisierte Schaltkreise dienen.

Bei der Herstellung von mikrominiaturisierten Schaltkreisen auf Moduln und dergleichen hat es sich herausgestellt, daß es sehr vorteilhaft ist, daß die Träger der mikrominiaturisierten Moduln in einem gemeinsamen Strang hergestellt werden. Die Masse bzw. die Paste des Substrates, das später das Netzwerk trägt, wird durch eine Düse gepreßt und danach gesintert.

Auf diese gesinierten Träger werden dann die Leitungen, die Widerstände,

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die Kondensatoren und Transistoren für die Schaltkreise aufgebracht. Dies kann ebenfalls in sogenannter Dickfilmtechnik geschehen.

Es ist schon bekannt, den Keramikstrang nach dem Sintern in die einzelnen Komponenten zu unterteilen. Um die Unterteilung zu bewerkstel.· ligen, wurden die verschiedensten Methoden bisher angewandt. Einmal wird die Formung der T rager elemente und die danach erforderliche Teilung durch Zersägen oder Anritzen und Zerbrechen erreicht. Eine andere Methode besteht darin, daß das Substrat an bestimmten Stellen eingekerbt wird und zwar entweder vor oder nach dem eigentlichen Formprozess des Moduls und daß danach der Strang an den Einkerbungen auseinandergebrochen wird.

Bei den bekannten Methoden zur Teilung eines Keramikstranges zum Zwecke der Herstellung von Trägerplättchen für mikrominiaturisierte Schaltkreise treten folgende Probleme auf. Die Einkerbungen werden normalerweise zusammen mit den Schaltelementen auf der Oberfläche des Substrates geformt. Wenn nun das Substrat in mehrere diskrete Teile zerbrochen wird, werden Risse und dergleichen Beschädigungen an den Bruchstellen zu den Elementen übertragen, wodurch eich zumindestens ihre gesamte Charakteristik verändert oder sie sogar völlig unbrauchbar werden.

Ein anderes Problem besteht in der Unberechenbarkeit und in der Un-

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gleichmäßigkeit des Bruches. Nach dem Brechen tritt nämlich die Situation ein, daß die Bruchstellen und Ecken der beiden zerbrochenen Teile zackig sind. Entweder eine oder beide Bruchstellen haben verschiedene Stellen, die herausragen oder die eingedrückt sind. Da die fertigen Komponenten jedoch in vorgefertigten Rahmen mit bestimmten Größenverhältnissen und mit bestimmten Kontaktstiften und Kontaktlöchern auf einer gedruckten Schaltplatte zusammenpassen müs- ^

sen, ist die maximale Länge der einzelnen Komponenten sehr beschränkt. Solche Komponenten, die an ihren Bruchstellen oder Ecken Stellen aufweisen, die herausragen, können deshalb nicht verwendet werden, sondern sie müssen erst geglättet oder abgeschliffen werden. Das Abschleifen derartiger sehr kleiner keramischer Trägerplatten ist jedoch technisch sehr aufwendig und langwierig.

Im Extremfalle werden durch das willkürliche Zerbrechen des kerami- μ

sehen Materials Teile des Keramikträgers so stark in Mitleidenschaft gezogen, daß darauf befindliche Widerstandselemente, oder auch aktive Elemente und Leiterzüge in Mitleidenschaft gezogen werden, woraus eine völlige Zerstörung des gesamten Moduls resultiert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Zerteilen von vorgekerbten Keramiksträngen zur Herstellung mikrominiaturisierter Moduln zu schaffen, wodurch die

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stellen an den zertrennten Trägerplatten sehr gleichmäßig werden und ein Zerstören der Oberfläche des Substrates bzw. von aufgebrachten Bauteilen verhindert.wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß in einem Gehäuse zwei Kolben beweglich gelagert sind, daß die genannten Kolben W an ihrem Vorderteil zwei elastische Drähte aufweisen, die beim Trennvorgang in Kerben des Substrates eindringen und mit Hilfe eines so gebildeten doppelseitigen Hebelarmes die Bauteile durch Druck von dem gemeinsamen Mittelteil trennt.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung Sprengdrähte aufweist, die in die w- bzw. m-förmigen Einkerbungen auf beiden Seiten des Substrates eingreifen, wird die Spannungsverteilung innerhalb des Subs tr afc tes sehr gleichmäßig und die Folge davon ist, daß die Bruchstellen selbst

in ihrer Lage genau zu definieren sind und eine sehr gute Oberfläche aufweisen, so daß eine Nachbehandlung überflüssig wird.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines vorgekerbten Bauteil-

Stranges, der aus einer Mehrzahl separater Bauteile bzw. Trägerplatten besteht,

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Fig. 2: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bleichvor

richtung zum Unterteilen des Bauteilstranges nach Fig. 1 in mehrere Einzelbauteile,

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht des oberen Kolbens der

Brechvorrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4: einen Schnitt durch die Sprengdrähte der erfindungsge

mäßen Trenn- oder Brechvorrichtung und einen Schnitt durch das vor gekerbte Substrat und

Fig. 5: eine Darstellung des oberen Kolbens mit getrennten Bau

teilen nach dem Brechen.

In Fig. 1 ist ein Keramikstrang 11 dargestellt, der aus einer Vielzahl von Halbkreis elementen 12, die auf einem Keramikstrang 13 aufgebracht sind, aufweist. In der Oberfläche des Keramikstranges 11 sind auf beiden Seiten 15 und 16 des Substrates 13 Kerben 14 angebracht, die es ermöglichen, den Keramikstrang 11 in diskrete Teile 17 und 18 und in einen Mittelabschnitt 19 zu unterteilen.

Das Substrat 13, das hierfür verwendet wird, ist ein Material mit einem hohen Anteil an Aluminium, es können jedoch auch andere verwendet

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werden, ζ. B. solche mit einem Anteil von Aluminium-Silicaten, Titan-Dioxyden, Magnesium Silicaten oder Barium Titanaten.

Das Substrat kann einmal in einem Trockenprozess geformt werden, indem das Keramik-Rohmaterial in trocken-er Pulverform vorliegt und in eine Form gebracht und gepreßt wird. Danach wird das roh geformte Substrat aus der Form ausgestoßen und gebrannt oder gesintert. Eine andere Methode zur Formung des Substrates besteht in einem Naßform prozess, in dem das pulverförmige Keramikmaterial in einem Binder dispergiert ist. Diese Masse wird durch einen Schlitz gedrückt und es entsteht ein dünner Streifen. Der dünne feuchte Streifen wird nun entsprechend den Erfordernissen geschnitten oder gelocht und eingekerbt. Danach wird dieser Streifen gebrannt oder gesintert.

Das Substrat 13 hat zwei Hauptoberflächen 15 und 16, auf denen Widerstandsfilme aufgebrächt sein können. In der Zeichnung hat jedoch nur die Oberfläche 15 einen Film 20. Das Substrat hat weiterhin eine Wand 21, eine Wand 22 und Wände 23. Die gemeinsame Wand 24 ist mit Rastervorsprüngen 25 und 26 versehen, die zur genauen Festlegung der Lage eines Bauteils innerhalb einer Schaltkarte, auf die die Bauteile aufgebracht werden, angebracht.

In der praktischen Ausführung hat das Substrat 13 nach der Sinterung

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7 folgende Ausmaße; Länge 23 mm, Höhe 7 mm und Dicke 2, 5 mm.

Das Substrat ist außerdem mit einer Anzahl von kleinen Einhöhlungen versehen, die allerdings nicht dargestellt sind, um Konstaktstifte 27 aufnehmen zu können. Die Einhöhlungen sind zu einer Nische 28 hin in derselben Oberfläche 24 offen, die zwischen den Hauptoberflächen

15 und 16 liegt. ü

Leitende Paste ist sowohl in den nicht gezeigten Höhlungen als auch auf den Wänden der Nischen 24. Das kontaktive Material dient zur Formung elektrischer Verbindungen 29 zwischen den Kontektstiften 27 und dem Film 20. Danach wird das kontaktive Material gebrannt, um das Material mit dem Substrat 13 zu verbinden und dies leitend zu machen. Die Impedanzfilme 20 dienen zur Herstellung der Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten auf der Oberfläche 15 des Substrates 13. Dies Λ kann geschehen durch Dünnfilmelemente, aber auch durch die bekannte Siebdrucktechnik und durch die Sinterte chnik bzw. durch Dickfilm-Elemente. In der Zeichnung sind die Elemente 20 mit den Ausführlängen 28 in Verbindung um einen ordentlichen elektrischen Weg zu bilden.

In Verbindung mit Fig. 4 werden nun die Details der Einkerbungen 14 beschrieben. Die Einkerbungen 14 weisen Seitenwände 51 auf, die senkrecht zu den Hauptoberflächen 15 und 16 des Substrates stehen. Außer-

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dem weisen die Kerben 14 innere Wände 52 auf, die in einem bestimmten Winkel zu den Seitenwänden 51 stehen. Es wurde gefunden, daß ein Winkel von 50° für die vorliegenden FAlIe besonders günstig ist. Die beiden Wände 51 und 52, die in einem bestimmten Winkel zueinander stehen, sind durch einen Radius 53 miteinander verbunden. Der maximale Radius in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ca. 0, mm.

In Fig. 4 führen parallele Linien von den oberen Brechausgangspunkten zu den unteren. Dadurch wird ein Abschnitt 19, der in Fig. 5 zu sehen ist, definiert, der während des Auseinanderbrechens übrigbleibt. Die inneren War.de 52 sind über ein Zwischenstück 54 miteinander verbunden, das entweder gebogen oder gerade sein kann, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist.

Wie schon oben ausgeführt wurde, ist es Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung, das Zerbrechen von Substrat-Strängen in eine Vielzahl von einzelnen Schaltungsträger-Plättchen ohne eine Deformierung der Plättchen oder der Elemente und ohne nachteilige Beeinträchtigung der Charakteristiken der Bauteile möglich ist.

Deshalb wird nun im folgenden eine Vorrichtung zum Zerbrechen von gekerbten Substrat-Strängen anhand der Fig. 2 und 4 beschrieben. Die

Vorrichtung enthält einen oberen Kolben 31 und einen unteren Kolben 32, die in einem gemeinsamen Gehäuse 33 geführt werden. Der untere Kolben 32 wird durch eine Feder 34 vorgespannt. Die Vorderteile 35 und 36 der Kolben 31 und 32 sind mit dem eigentlichen Kolben über ein Zwischenstück 37 und 38 verbunden. In den Vorderteilen 35 und 36 der Kolben 31 und 32 sind Drähte 39 und 40 angeordnet, die vorteilhafterweise einen Durchmesser von ca. 0,4 mm aufweisen. Diese Drähte 39 und werden wegen ihrer Wirkung im nachfolgenden als Sprengdrähte bezeichnet. Diese Drähte 39 und 40 sind in Schlitzen der Vorderteile 35 und der Kolben 31 und 32 angeordnet. In Fig. 3 ist die Dehnbarkeit der Sprengdrähte 39 und 40 durch die gestrichelten Linien dargestellt, die mit der Bezugsziffer 41 bezeichnet sind. Die Ausdehnungen verhindern ebenfalls das Aneinanderstoßen der Sprengdrähte 39 und 40 nach dem Auseinanderbrechen des Substrates. Die Sprengdrähte 39 und 40 sind wie schon beschrieben, im Vorderteil des Kolbens gelagert und zwar starr in der Erregungsrichtung. Jedoch schwingen die Sprengdrähte 39 und 40 senkrecht dazu, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellt iet.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aus einander brechen von vor gekerbten Strangsubatraten beschrie ben. Das vor gekerbte und aus einander zubrechende Substrat wird zu die- Zwecke innerhalb des Gehäuses 33 gelagert, um die Sprengdrähte

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40 in den Kerben 14 der Oberfläche 16 einzulagern. Durch Bewegung des Kolbens 31 wird erreicht, daß die Sprengdrähte 39 in die Kerben 14 der Oberfläche 15 eingelagert werden.

Durch die weitere relative Verschiebung der Kolben 31 und 32 zueinander und auf Grund der Tatsache, daß die Sprengdrähte 39 und 40 senkrecht zur Erregungsrichtung freischwingen, lagern sich die Sprengdrähte 39 und 40 von selbst in die Kerbe ein und kommen in Berührung mit den Wänden 51 und 52. Durch die Berührung mit den Wänden 51 und 52 erzeugen die Sprengdrähte 39 und 40 Hebelarme, die wiederum Drücke an d-enUrsprungsstellen 53 eines Bruches erzeugen.

Die Erregung der Sprengdrähte 39 und 40 wird solange erhöht, bis die diskreten Teile 17 und 18 ziemlich gleichmäßig von dem übrigbleibenden Kerbabschnitt 19 getrennt sind. Die Bruchstellen sind dabei glatt. Dadurch entsteht an den Widerstandselementen und an den anderen Bauteilen, die auf der Oberfläche aufgebracht sind, keine Beschädigung und die Widerstandswerte werden deshalb während des Trennvorganges nicht verändert.

An den getrennten Teilen wurden photoelastische Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden. Zunächst werden die Drücker in den Abschnitten bei den Ursprungs stellen 53 für die

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Brüche bei allen vier Kerben untersucht. Diese Stellen sind mit einem gestrichelten Kreis umschlossen und mit den Bezugszeichen 61 und 62 bezeichnet. Bei Keramiksubstraten sind die Drücke bei der Ausdehnung schwächer als bei der Kompression, dies ist ein besonderer Vorteil der keramischen Werkstoffe. Die Dehnungsbrüche in keramischen Werkstoffen sind wesentlich glatter und besser definierbar als bei den Kompressionsbrüchen. Es wurden auch keine Risse in den Widerstandselement- % Abschnitten festgestellt, die durch die elliptischen gestrichelten Linien 62 in Fig. 4 dargestellt sind. Wenn eines der diskreten Teile von dem Zwischenteil oder Mittelstück abgetrennt wird, würde der Druck so groß, daß die Drücke in den Flächen 61 zwischen demnicht abgetrennten Bauteil und dem Mittelstück zweimal so groß wird wie vor der Abtrennung des ersten Bauteils.

Dadurch, daß die Erregung der Sprengdrähte 39 und 40 nach dem Ab- μ

trennen eines ersten Teiles z.B. 17 von dem Mittelteil 19 sich wesentlich erhöht, wird das zweite Bauteil, z.B. 18, sofort nach der Trennung des ersten Bauteiles auch abgetrennt. Die photoelastischen Untersuchungen haben weiterhin ergeben, daß die Arbeitsweise der Sprengdrähte 39 und 40 eine bestimmte Begrenzung ihrer Formgebung auferlegen. Wenn die kombinierte Dicke eines Paars von Sprengdrahten 39 und 40 die Weite der Kerben überschreitet, dann können die Sprengdrähte, wenn sie erregt werden, nicht in die Kerben eindringen. Dieses erzeugt einen hohen Druck in den gezeichneten Flächen 72 und verursacht

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das Brechen des Substrates in den Flächen 62. Auf der anderen Sei te werden Kompressionsdrücke erzeugt, die ein Zerstören des Substrates hervorrufen, wenn die Größe der Sprengdrähte, die die Kerben bei den Stellen 53 berühren, zu klein sind.

Wenn hingegen die Sprengdrähte richtig dimensioniert sind und richtig ™ anliegen, dann werden die erzeugten Drücke in den Flächen 61 sehr

klein sein im Vergleich zu den in den Sprengdrähten erzeugten Kräften. Dadurch wird das abzutrennende Bauteil von dem Mi tteflb schnitt nur an den Stellen getrennt, wo es erwünscht ist und eine Beschädigung der Bauteile auf dem Träger oder eine Beschädigung des Trägers selbst tritt nicht ein.

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Claims (3)

- 13 - Böblingen, 6. August 1968 ru-hn PATENTANSPRÜCHE

1. " Vorrichtung zum Teilen von in einem Strang hergestellten Keramikträgern oder dergleichen, die als Träger für mikrominiaturisierte Schaltkreise dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (33) zwei Kolben (31 und 32) beweglich gelagert sind, daß die genannten Kolben an ihrem Vorderteil (35) zwei elastische Drähte (39) aufweisen, die beim Trennvorgang in Kerben (53) des Substrates (11) eindringen und mit Hilfe eines so gebildeten doppelseitigen Hebelarmes (an den Stellen 51 und 52) die Bauteile (17 und 18) durch Druck von dem gemeinsamen Mittelteil (19) trennt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Dicke der Sprengdrähte (39 und 40) größer ist als die Weite der Kerben (14) und daß die Gesamtdicke zweier Sprengdrähte (39 oder 40) kleiner ist als die lichte Weite der Gesamtkerbe.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

Sprengdrähte (39 und 40) paarweise in je einen Kolben (31 und 32) so angeordnet sind, daß sie starr in der Erregungsrichtung sind und frei in der entgegengesetzten Richtung sich bewegen können.

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