DE1766729A1

DE1766729A1 - Verfahren zum Herstellen zusammengesetzter Baugruppen und nach diesem Verfahren hergestellte Baueinheiten

Info

Publication number: DE1766729A1
Application number: DE19681766729
Authority: DE
Inventors: Maplesden Henry John Albert
Original assignee: TRIBO ELECTRONICS Ltd
Current assignee: TRIBO ELECTRONICS Ltd
Priority date: 1967-07-11
Filing date: 1968-07-10
Publication date: 1972-01-13

Description

Verfahren zum Herstellen zusammengesetzter Baugruppen und nach diesem Verfahren hergestellte Baueinheiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen-zusammengesetzter Baugruppen, die insbesondere für elektronische Baueinheiten geeignet sind. Gemäß der Erfindung wird eine zusammengesetzte Baugruppe mit einem gedruckten Schaltungsglied vorgesehen, das in ein Bauglied aus Kurstoff eingeformt oder gegossen ist, wobei letzteres mechanisch mit gleichen Gliedern verbunden werden kann, um auf diese Weise einen vollständigen, funktionellen Aufbau zu bilden.
Das gedruckte Schaltungsglied besteht aus einer flexiblen, bedruckten Schaltungsfblie und erstreckt sich so vom Kunststoffglied, daß äußere Verbindung zu und von der Baugruppe möglich sind. Eine einzige gedruckte Schaltungsfläche oder -folie kann für eine Vielzahl von Baugliedern vorgesehen sein. Das Teil, welches sich zwischen den einzelnen Baugliedern erstreckt, besitzt eine ausreichende Länge, so daß die Bauglieder mit ihren Flächen nebeneinanderliegend verbunden werden können.
Das gedruckte Schaltungsglied besitzt eine feste Konduktorplatte ohne jegliches, isolierendes Trägerelement. Die Konduktorplatte weist eine Anzahl von Kontaktelementen auf, die sich über wenigstens zwei,einander gegenüberliegende Kanten und über das Bauglied hinaus erstrecken. Das Bauglied umfaßt einen das gedruckte Schaltungsglied umschließenden Rahmen, Dieser Rahmen besitzt Öffnungen und Vorsprünge um damit in entsprechende Vorsprünge bzw. Öffnungen eines gleichen, benachbarten Baugliedes einzugreifen.
Das irom Rahmen einschließlich eines Teils des gedruckten Schaltungsgliedes und der darauf angeordnete Teil können vollständig eingekapselt werden, beispielsweise in einem, thermoplastischen, isolierenden Harz. Die Einkapselung kann aus dem gleichen Werkstoff wie der Rahmen bestehen, so daß beide Teile einstückig miteinander verbunden werden können.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine vollständige, funktionelle elektronische Baueinheit vorgesehen, die eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Baugruppen umfaßt, wie nachstehend noch erläutert werden wird. Diese Baugruppen sind mechanisch, beispielsweise durch Stangen, miteinander verbunden, die durch die ausgerichteten Öffnungen im Bauglied der separaten Baugruppe hindurchgesteckt werden. Die Kontakte der Baugruppen können untereinander durch ein weiteres gedrucktes Schaltungsglied, welches vorzugsweise flexibel ist, verbunden werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Baugruppe vorgeschlagen, nach dem ein oder mehrere Teile auf das gedruckte Schaltungsglied montiert werden, wonach dieses Glied in ein Bauglied aus Kunststoff eingeformt wird und der oder die Teile sowie ein Teil des gedruckten Schaltungsgliedes eingekapselt werden.Der Form- oder Gießvorgang schließt auch die Einkapselung mit ein.
Eine Anzahl der Bauglieder kann nacheinander geformt und in gegenseitigem Abstand auf einem einzigen, flexiblen, gedruckten Schaltungsglied angeordnet werden.
Zwei einander gegenüberliegende Kanten des gedruckten Schaltungsgliedes können quer unterteilte Kontakte tragen, die durch ein Element mechanisch miteinander verbunden sind, welches als ein Teil des gedruckten Schaltungsgliedes ausgebildet ist. Das Verbindungselement wird anschließend - im Verlauf der Herstellung nach der Einkapselung - abgeschnitten.
Der oder die Teile werden elektrisch mit dem gedruckten Schaltungsglied durch Löten, Schweißen oder mittels Umwikkelung von Draht verbunden.
Mit dem gedruckten Schaltungsglied und dem oder den Teilen können vor dem Formen und der Einkapselung elektrische Testversuche durchgeführt werden.
Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen: Eig. 1 eine perspektivische Ansicht eines gedruckten Schaltungsgliedes; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in ein Bauglied eingeformten Schaltungsgliedes; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Aufbaues nach Fig. 2 mit eingekapselten Teilen; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht entsprechend Fig. 3 mit den eingekapselten Teilen; Fig. 5 eine auseinandergezogene, perspektivische Daratellung einer Anzahl von Baugruppen entsprechend Fig. 4 zur Bildung einer vollständigen elektronischen Baueinheit; Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines flexiblen, gedruckten Schaltungsgliedes; Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in eine Anzahl von Baugruppen eingeformten Schaltungsgliedes; " Fig. 8 eine auseinandergezogene Anordnung der Baugruppen aus Fig. 7 und Fig. 9 eine weitere, auseinandergezogene Darstellung mehrerer Baugruppen, die je ein separates Schaltungsglied umformen. Die Fig. 1 zeigt ein gedrucktes Schaltungsglied 11, welches eine feste, stromleitende Fläche aus Kupfer umfaßt, doe einen zentralen, mittels einer gedruckten Schaltungstechnik geformten Schaltungsbereich 12 besitzt und seitlich sich erstrekkende Kontaktelemente 13 aufweist, die ihrerseits an in Längsrichtung verlaufende Außenglieder 14 angrenzen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wurde das Glied 11 in ein aus einem verstärkten Kunststoff bestehendes Bauglied 15 eingeformt oder eingegossen. Das Bauglied 15 bildet einen äusseren Rahmen mit Vorsprüngen 16 und Öffnungen 17, durch welche die gegenseitige Feststellung an anderen Baugliedern erleichtert wird. Weiterhin sind im Bauglied 15 Öffnungen 18 (von denen lediglich eine einzige dargestellt ist) vorgesehen, um mehrere solcher Bauglieder aneinander zu befestigen. In Fig. 3 ist die Anordnung mit elektrischen Komponenten oder Teilen dargestellt, in diesem Fall integrierte Schal- _ tungen, die in Behälter oder Büchsen 19 auf dem gedruckten Schaltungsglied 11 befestigt und mit letzterem durch Löten, Schweißen oder Drahtumwicklung elektrisch verbunden sind. Fig. 4 zeigt die Baugruppe, nachdem der letzte Herstellungsschritt durchgeführt wurde, bei dem Büchsen oder Komponenten19 und der damit verbundene Abschnitt des gedruckten Schaltungsgliedes 11 vollständig in ein thermoplastisches, isolierendes Harz 20 eingekapselt sind, wobei die Außenglieder 14 entfernt wurden, um so die Kontaktelemente 13 voneinander isoliert stehen zu lassen.
Vorzugsweise werden die elektrischen Teile der Baugruppe . nach jeder Herstellungsstufe getestet oder geprüft.
Die endgültige, in Fig. 4 dargestellte Gruppe kann allein mit Anschlußbuchsen verwendet werden, welche mit den Kontaktelementen 13 verbunden sind.
Alternativ können mehrere Baugruppen durch Stangen 21, wie in Fig. 5 dargestellt, zusammengefügt werden. Die Stangen 21 weisen an ihren Enden (nicht dargestellte) Sprengringe auf. Eine solche Anordnung kann als vollständige, funktionelle . Baueinheit verwendet werden, z.B.als Steuersystem für Werkzeugmaschinen. Die Baugruppen werden untereinander durch ein oder mehrere (nicht dagestellte) flexible, gedruckte Schaltungsglieder verbunden, die ihrerseits mit den Kontaktelementen 13 in Verbindung stehen.
In Fig. 6 ist ein gedrucktes Schaltungsglied 11' dargestellt, welches einen flexiblen, isolierenden Träger aufweist. Der Träger ist mit einem stromleitenden Muster auf den Flächen 121 so ausgestaltet, daß elektronische Bauteile, z.B. in Behältern oder'Dosen befestigte, integrierte Schaltungen, darauf angeordnet werden können. Am Schaltungsglied 11' werden über Flächen 13' und benachbarte Kantenabschnitte der Flächen 12' stromleitende Muster ausgebildet, so daß die Bauteile untereinander derart verbunden werden, daß beispielsweise logische Operationen abgewickelt werden können. Auf dem Glied 11' ist eine Fläche 22 mit gedruckten Schaltungsleitungen ausgebildet, die sich von der Fläche 12' bis in die Nähe von Öffnungen 23 erstrecken, um auf diese Weise mit Stiften eines (nicht dargestellten) Anschlußelementes verbunden zu werden, wobei die Stifte durch die Öffnungen 21-hindurchgesteckt werden. .. Die Fig. 7 zeigt das Schaltungsglied 11', wie es in mehrere Baugruppen 15' eingeformt ist, die aus einem verstärkten Kunststoff bestehen. Die Baugruppen 15' bilden einen äußeren Rahmen mit (nicht dargestellten) Vorsprüngen und Öffnungen, die zur leichteren Verbindung der einzelnen Baugruppen untereinander vorgesehen sind. Weiterhin sind in jeder Baugruppe 15' Öffnungen 18' vorgesehen, mit deren Hilfe die Bauglieder miteinander verbunden werden können.
Die Fig. 8 zeigt einen Teilbereich der Anordnung nach Fig. 7, wobei das"Schaltungsglied 11' flachliegend und die Bauglieder 15' im Abstand zueiainander Seite an Seite mit einander zugekehrten Kanten angeordnet sind.
In Fig. 9 ist eine abgewandelte Anordnung dargestellt, die aus einer Vielzahl von Baugruppen 15a' bis 15e' besteht, von denen eine jede um ein entsprechendes, flexibles, gedrucktes Schaltungsglied 11a' bis 11e' herumgeformt ist. Die Glieder 11a' bis 11e' weisen Reihen von Öffnungen 23a' bis 23e' auf, um die entsprechenden Baugruppen mit nicht dargestellten Anschlußelementen zu verbinden.-Die einzelnen Gruppen 15a' bis 15e' werden ebenfalls durch eine Stange 21' miteinander verbunden.Eine Anordnung wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, kann unter der Fläche 22 des gedruckten Schaltungsgliedes 11' angebracht werden, um so eine volbtändige, elektronische Baueinheit zu bilden. Die Bauglieder 15ä' bis 15e' sind dabei z.B. als Eingangs- und Ausgangsumformer usw. für logische Schaltungsanordnungen, die von den Baugruppen 15' gebildet sind, vorgesehen. Eine solche Anordnung ist besonders zur Befestigung an einer kleinen oder Miniatur-Werkzeugmaschine oder für ein Montageoder Taktstraßensystem geeignet.
Bei Herstellung der Anordnung nach den Figuren 6 bis 9 werden die benötigten, gedruckten Schaltungen zuerst auf den Gliedern 11' hergestellt, um dann die elektrischen Komponenten darauf zu montieren. Zu diesem Zeitpunkt können die Schaltkreise geprüft werden, um sicher zusein, daß sie korrekt arbeiten. Die Bauglieder aus Kunststoff werden dann um die elektrischen Komponenten und die Glieder 11' herumgeformt oder gegossen. Dieser Formungsvorgang schließt auch die Einkapselung der Komponenten und der angeschlossenen gedruckten Schaltungen mit ein. Bei der in den Figuren 7 und 8 gezeigten Anordnung werden die Schaltungsglieder 11' und die mit ihnen verbundenen Komponenten für jede Gruppe 15% abwechselnd nacheinander mit einer solchen Baueinheit vergossen. Vorzugsweise werden die elektrischen Komponenten mit den leitfähigen Elementen des gedruckten Schaltungselementes 11' durch Löten, Schweißen oder durch Drahtumwicklung elektrisch verbunden. Alle dargestellten Baugruppen haben den Vorteil, daß sie eine Einheit bilden, welche keiner weiteren Montage bedarf, wogegen bekannte Gruppen normalerweise auf teuren Rahmen oder entsprechenden Befestigungseinheiten montiert werden müssen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten, elektrischen Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere elektrische Komponenten auf einem gedruckten Schaltungsglied befestigt werden, daß das Schaltungsglied-in ein Bauglied aus Kunststoff eingeformt wird,und daß der oder die Komponenten und ein Teil des gedruckten Schaltungsgliedes eingekapselt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapseln gleichzeitig mit dem Eisformen vorgenommen wird.
3. Verfahren. nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bauglieder nacheinander hergestellt und im Abstand voneinander auf einem einzigen, flexiblen, gedruckten Schaltungsglied angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Kanten des gedruckten Schaltungsgliedes quer unterteilte Kontakte tagen, die durch ein Element mechanisch miteinander verbunden sind, welches einen Teil des gedruckten Schaltungsgliedes bildet, und daß das Element nach der Einkapselung entfernt, z.B. ab geschert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Komponenten mit dem gedruckten Schaltungsglied durch Löten, Schweißen oder durch Drahtumwicklung elektrisch miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Prüftests mit dem gedruckten Schaltungsglied und der oder den Komponenten vor dem Einformungs- und Einkapselungsvorgang durchgeführt werden.
7. Baueinheit, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch ein gedrucktes Schaltungsglied (11,11'), welches. in ein Bauglied (15,15') aus Kunststoff eingeformt -ist, das seinerseits mechanisch mit gleichen Baugruppen (15, 15') derart verbunden ist, daß eine komplette, funktionelle Baueinheit entsteht. B.
Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gedruckte Schaltungsglied (11') eine flexible, gedruckte Schaltungsfolie oder -schicht umfaßt.
9. Baueinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Schaltungsfolie (11') sich vom Bauglied (15') derart erstreckt, daß äußere Verbindungen von und zu den einzelnen Baugruppen herstellbar sind.
10. Baueinheit nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige gedruckte Schaltungsfläche (11') mit mehreren Baugliedern (15') versehen ist, daß ein Streifen (13') mit ausreichender Länge sich zwischen jedem Bauglied (15') und dessen benachbartem Bauglied (15') erstreckt, so daß die Glieder (15') mit ihren Flächen nebeneinander angeordnet, verbindbar sind.
11. Baueinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gedruckte Schaltungsglied (11) eine feste Konduktorplatte ohne isolierten Träger umfaßt.
12. Baueinheit nach einem der Ansprüche 7 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konduktorplatte (11) eine Vielzahl von Kontaktelementen (13) aufweist, die sich über wenigstens zwei gegenüberliegende Kanten und über das Bauglied (15) erstrecken.
13. Baueinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauglied (15,15') eisen Rahmen für das gedruckte Schaltungsglied (11, 11') bildet.
14. Baueinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 - 13, ,dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (15) Öffnungen (17) und Vorsprünge (16) aufweist, die in entsprechazde Vorsprünge (16) bzw. Öffnungen (17) eines gleichen Baugliedes (15) eingreifen.
15. Baueinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche 7 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Rahmen (15,15') einschließlich eines Teiles des Schaltungsgliedes (11,11') eingeschlossene Volumen und die darauf angeordneten Teile vollständig verkapselt (20) sind.
16. Baueinheit nach einem der Ansprüche 7 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die,Einkapselung (20) aus einem thermoplastischen, isolierenden Harz gefertigt ist.
17. Baueinheit nach einem der Ansprüche 7 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkapselung (20) und der Rahmen (15) aus dem gleichen Werkstoff gefertigt und einstöckig miteinander verbunden sind.
18. Baueinheit aus mehreren; nebeneinander angeordneten Baugruppen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Baugruppen durch Stangen (21,21'), die durch ausgerichtete Öffnungen (18, 18') der Bauglieder (15, 159 einer jeden Gruppe gesteckt sind, mechanisch miteinander in Verbindung sind.
19. Baueinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte der separaten Gruppen durch ein weiteres gedrucktes Schaltungsglied (11') miteinander verbunden sind.
20. Baueinheit nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere gedruckte Schaltungsglied (11') elastisch ist.