DE1902320B2

DE1902320B2 - Elektrisches bauteil mit einem keramischen dielektrischen substrat und einer anzahl von in nuten in dem substrat ver ankerter anschlussdraehten

Info

Publication number: DE1902320B2
Application number: DE19691902320
Authority: DE
Inventors: Joseph Bender Stanley O Berne Ind DiGirolamo (V St A )
Original assignee: CTS Corp
Current assignee: CTS Corp
Priority date: 1968-01-18
Filing date: 1969-01-17
Publication date: 1972-02-10
Also published as: US3492536A; DE1902320A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Bauteil mit einem keramischen dielektrischen Substrat mit ersten und zweiten an einer Kante des Substrats zusammentreffenden Oberflächen, mit einer Anzahl von Nuten in dem Substrat, die jeweils eine zweite öffnung in der zweiten Oberfläche aufweisen, mit einer Anzahl von Anschlußdrähten mit in den Nuten verankerten Endteilen, mit einem von der ersten Oberfläche des Substrats getragenen Wider-Standselement und mit einem die Anschlußdrähte mit den Enden des Widerstandselementes elektrisch verbindenden leitenden Material.

Derartige elektrische Bauteile haben eine weite Verbreitung. Ein Problem, das bei diesen elektrisehen Bauteilen auftritt, besteht darin, eine ausreichende Ausziehfestigkeit der Anschlußdrähte in dem elektrischen Bauteil zu erzielen. Zur Lösung dieses Problems ist es bereits bekannt, die Nuten schwalbenschwanzförmig auszubilden und die Endteile der Anschlußdrähte entsprechend zu formen, so daß sich eine Verkeilung der Anschlußdrähte in den Nuten ergibt (USA.-Patentschrift I 997 198). Bei diesen Anordnungen ist es jedoch nachteilig, daß die Anschlußdrähte in Verlaufsrichtung der schwalben-

jo schwanzförmigcn Nut in diese Nut hineingesteckt werden müssen, so daß die Abmessungen des elektrischen Bauteils vergrößert werden. Weiterhin ist es nachteilig, daß diese Art der Verbindung der Anschlußdrähte in der schwalbenschwanzförmigen Nu( nur eine Vergrößerung der Ausziehfcstigkeii ergibt, daß das Bauteil jedoch nicht gegen ein Hineindriikken und damit ein Lösen des Anschlußdrahtes geschützt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dn elektrisches Bauteil mit Anschlußdrähten der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf die Anschlußdrähte sehr hohe Ausziehkräfte ausgeübt weiden können und bei dem auf die Anschlußdrähte ohne weiteres Druckkräfte ausgeübt werden können, wobei die Abmessungen des elektrischen Bauteils nicht wesentlich vergrößert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem elektrischen Bauteil mit einem keramischen dielektrischen

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Substrat mil ersten und zweiten an einer Kante des Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines SubSubstrats zusammentreffenden Oberflächen, mit strats. das einen Teil des erfindurigsgemüHen eleklrieiner Anzahl von Nuten in dem Substrat, die jeweils sehen Bauteils nach F i g. I bildet,
eine zweite öffnung in der zweiten Oberfläche auf- Fig, 3 einen Teilschnitt lungs der Linie II1-III in weisen, mit einer Anzahl von Anschlußdrähten mit 5 F i g. 2,

in den Nuten verankerten Endteilen, mit einem von Fig.4 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausfüh-

tler ersten Oberfläche des Substrats getragenen rungsbeispiel der Erfindung,

Widerslandselement und mit einem die Anschluß- Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie V-V in

drähte mit den Enden des Widerstandselementes Fig.4,

elektrisch verbindenden leitenden Material erfin- io Fig. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausfüh-

tlungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Nut außerdem rungsbeispiel der Erfindung,

eine erste öffnung in der ersten Oberfläche aufweist, Fig. 7 einen Teilschnitl längs der Linie VII-VlI in

wobei die ersten und zweiten öffnungen sich zu der Fig. 6.

Kante des Substrats hin erstrecken, daß jede Nut In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein elektrieinen verengten Teii und einen erweiterten Teil um- 15 sches Bauteil 10 dargestellt, das ein Substrat 11 auffaßt, wobei der verengte Teil schmaler als der erwei- weist, in dem eine Vielzahl von Ausnehmungen (Nulertc Teil ist und näher an der zweiten Oberfläche ten) 12 vorgesehen ist, in denen mehrere Zufüharuwordnet ist, daß die Anschlußdrähte mit ihren run^sdrähte 13 verankert sind. Ferner sind zwei nach Längsachsen mit Abstand von der ersten Oberfläche vorn ragende Abstandsstf ke 14 vorzugsweise eindes Substrats angeordnet sind, wobei jeder Endteil in 20 stückig mit der vorderen Oberfläche (Vorderseite) dem vergrößerten Teil der Nut eine Jreite aufweist, des Substrats 11 vorgesehen, und zur Anordnung des die zumindest so groß ist wie die Breite des vereng- Substrats mit Abstand von einer nicht gezeigten Beten Teils der Nut, daß Teile der Anschlußdrähte in festigungsplalte zweckmäßig. Eine elektrische Vorden vergrößerten Teilen der Nut zur Befestigung der Achtung 15 ist auf der Oberseite 11a des Substrats Anschlußdrähte senkrecht zu ihrer Achse mecha- 25 abgelagert und mit den Zuführungsdrähten 13 eleknisch gegen die Seitenwände der Nuten eingeprägt trisch verbunden. Das Substrat 11 ist aus einem sind und daß das leitende Material die Endteile der hochlemperatur-hitzebeständigen Werkstoff, vorzugs-Anschlußdrähte mit den Endteilen des Widerstands- weise einem Keramikwerkstoff, wie beispielsweise clementes elektrisch verbindet. Aluminiumoxyd, Steatit, Porzellan, Bariumtitanat

Dabei kann jede der Nuten in vorteilhafter Weise 30 od. dgl. ausgeformt und sodann gebrannt. Andere

zwei sich ungefähr unter rechten Winkeln zur zwei- Substratwerkstoffe — wie beispielsweise Glas —·

ten Oberfläche des Substrats erstreckende Seitenwän- können ebenfalls so lange verwendet werden, wie die

de aufweisen, wobei diese Seitenwände leicht gegen- Brenntemperatur zur Herstellung der elektrischen

einander geneigt sein können, so daß sich die Breite Vorrichtung 15 — beispielsweise eines Widerstandse-

der Nut zwischen den Seitenwänden in Richtung auf 35 lementes — niedriger ist, als die Erweichungstempe-

die vordere Oberfläche des Substrats vergrößert. ratur des Substratmaterials.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn jede der Nuten Zur Ablagerung der elektrischen Vorrichtung 15

zwei Sei.enwände aufweist, von denen zumindest eine auf dem Substrat kann irgendein geeignetes Verfah-

mit einer sich von der ersten Oberfläche des Sub- ren und irgendeine geeignete Zusammensetzung vcr-

strats nach innen erstreckenden Kerbe versehen ist, 40 wendet werden. Beispielsweise kann die im kanadi-

wobei ein Teil des mit der Nut im Eingriff stehenden sehen Patent 735 808 beschrieben; Widerstandszu-

Anschlußdrahtes sich in diese Kerbe erstreckt. sammensetzung auf die Oberseite 11 a des Substrats

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn jede der Nuten aufgesiebt werden, um dann zur Erzeugung des zwei Seitenwände aufweist, von deren einer minde- Widerstandselementes gebrannt zu werden. Es könstens ein Vorsprung nach innen ragt, um den vereng- 45 nen auch andere passive Vorrichtungen, wie heilen Teil der Nut zu bilden, wobei der Abstand dieses spielsweise Kondensatoren auf dem Substrat abgcla-Vorsprunges von der anderen Seitenwand der Nut gert werden. Derartige Vorrichtungen können durch die Breite des verengten Teils bestimmt. Zerstäubung, Photoätzen, Siebung und andere Ver-

Eine weitere Erhöhung der Ausziehfestigkeit ergibt fahren der Technik der gedruckten Schaltungen ersieh dadurch, daß jede der Nuten zwei Seitenwändc 50 zeugt werden, wobei in konventioneller und bekannfiufweist. von denen sich übereinstimmende Vor- ter Weise vorgegangen wird. Es ist auch möglich, auf Sprünge nach innen erstrecken, um einen verengten der Oberseite 11 α des Substrats ein Transistor- oder Teil der Nut zu bilden, wobei der Abstand zwischen Kondensaiorplättchen abzulagern. Das in F i g. 1 diesen Vorspriingcn die Breite der verengten Teile dargestelKc Widerstandselement 15 ist bogenförmig, bestimmt. 55 damit din Benutzung der Komponente 10 als Basis

In jedem Falle ist es zweckmäßig, wenn sich der eines nicht gezeigten veränderbaren Widerstandsre-

Vorsprung oder jeder Vorsprung von der ersten glers möglich ist. Ein Mittelkollektor 15 α ist an der

Oberfläche des Substrats über die volle Tiefe der Nut Oberseite 11« des Substrats konzentrisch zum

von dieser Oberfläche nach innen in eine im wesent- Widerstandselement 15 abgelagert; eine nicht gezeig-

lichen unter rechten Winkeln zur Achse des Endteils 60 te drehbare Kontaktvorrichtung steht ferner schlei-

der mit der Nut im Eingriff stehenden Anschluß- fend mit den, Widerstandselement 15 im Eingriff und

drähte erstreckt. der Mittelkoilektor 15 a wird zur Änderung des ohm-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in sehen Widerstandes zwischen der Mittelklemme und

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiclen den Außenklemmen verwendet,

noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt 65 Im folgenden wird speziell auf die Ausnehmungen

Fig. 1 eine perrpektivische Ansicht eines erfin- 12 eingegangen. Jede Ausnehmung ist mit einer erdungsgemäß ausgebildeten elektrischen Bauteils in sten oberen Öffnung 16 versehen, die mit der Ober-Form eines einstellbaren Widerstandsreglers, seite Hfl des Substrats in Verbindung steht; ferner

ist jede Ausnehmung mit einer zweiten oder Vorderöffnung 17 ausgestattet, die mit der Vorderseite ilb des Substrats in Verbindung steht. Die Oberseite 11a und die Vorderseite liegen senkrecht zueinander und bilden eine Kante des Substrats. Die Ausnehmungen können irgendeine gewünschte Form aufweisen, solange nur jede der Ausnehmungen mit einem eingeschränkten Abschnitt 18 und mit einem vergrößerten Abschnitt 19 ausgestattet ist, wobei der eingeschränkte Abschnitt immer näher zur Vorderseite des Substrats hin liegt als der vergrößerte (erweiterte) Abschnitt. Jede Ausnehmung wird durch zwei Seitenwände 12 a, eine Bodenwand 12 ft und eine Rückwand 12 c begrenzt. Die Seitenwände 12 a einer jeden der Ausnehmungen sind mit zwei sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen oder Erhebungen 20, 21, ausgestattet, die von der Bodenwand 12 b jeder Ausnehmung nach oben ragen. Der eingeengte Abschnitt 18 jeder Ausnehmung ist durch den Abstand zwischen gegenüberliegenden Vorsprüngen 20, 21 begrenzt; der erweiterte Abschnitt der Ausnehmung ist durch den Teil der Ausnehmung begrenzt, der von der Vorderseite 11 b her gesehen, nach innen gerichtet von den Vorsprüngen liegt. Die Vorsprünge 20, 21 sind — wie man am besten in F i g. 3 sieht — verjüngt, um die Breite, des eingeschränkten Abschnittes an der Oberseite 11 α zu vergrößern. Die Verjüngung erstreckt sich von der Bodenwand 12 b zur Oberseite Hfl. Wesentlicherweise sind die Seitenwände 12 a gezahnt oder wellenförmig ausgebildet, wobei jeder der Vorsprünge 20, 21 die einzelnen Zähnungen oder Wellungen der Seitenwände bildet. Man erhält eine maximale Ausziehfestigkeit der Zuleitungsdrähte 13 in axialer Richtung, wenn man die Hauptachse eines jeden Vorsprungs 20, 21 vertikal und in einer Ebene liegend anordnet, die irn wesentlichen parallel zur Vorderseite 11b verläuft.

Bevor die Zuleitungsdrähte 13 in den Ausnehmungen 12 verankert werden, werden um jede der oberen öffnungen 16 der Ausnehmungen 12 herum leitende Überzüge abgelagert, um leitende Unterlagen 22 zu bilden. Die leitenden Unterlagen können sich auch in die Ausnehmungen hinein längs der Seiten- und Rückwände 12« und 12 c erstrecken, um so die elektrische Verbindung zwischen den Zuleitungsdrähten und den leitenden Unterlagen zu verbessern. Die leitenden Unterlagen können, abhängig von den vielen Arten der verfügbaren leitenden Überzüge nach der Ablagerung auf der Oberfläche des Substrats, luftgetrocknet oder gebrannt werden. Nachdem die lciten-Λοη Unterlagen 22 mit dem Substrat 11 verbunden Μπα. wird der Endteil eines der Zuleitungsdrähte über einer de: oberen Öffnungen 16 einer Ausnehmung angeordnet, wobei sich der Rest des Zuleitungsdrahtes gegenüber der Vorderseite 11 b nach vorn erstreckt und wobei die Achse des Endteiles des Zuleitungsdrahtes parallel zur Oberseite Πα des die elektrische Vorrichtung 15 tragenden Substrats verläuft. Ein geeignetes Werkzeug, wie beispielsweise eine Stanzvorrichtung, preßt dann das Ende des Zuleitungsdrahtes in die Ausnehmung 12 und verankert diesen im Substrat. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Zuleitungsdrahtes im wesentlichen gleich groß wie der Abstand zwischen entgegengesetzt liegenden Vorsprüngen 20, 21 im eingeschränkten Abschnitt, und der Endteil des in dem erweiterten Abschnitt der Ausnehmung eintretenden Zuleitungswird deformiert oder abgeflacht, um die Breite des Zuleitungsdrahtes im erweiterten Abschnitt zu vergrößern und den Zuleitungsdraht in der Ausnehmung zu verankern. Wenn andererseits der Durchmesser des Zuleitungsdrahtes größer ist als die Breite des eingeschränkten Abschnitts, so wird der in den eingeschränkten Abschnitt eintretende Teil des Zuleitungsdrahtes deformiert, was eine Verminderung des Durchmessers des Zuleitungsdrahtes auf die Breite des eingeschränkten Abschnittes zur Folge ίο hat, während der in den erweiterten Abschnitt eintretende Teil des Zuleitungsdrahtes abgeflacht wird, wodurch die Breite des Zuleitungsdrahtes vergrößert und dieser in der Ausnehmung verankert wird. Es liegt auf der Hand, daß eine übermäßige Verminderung oder Einschnürung der Zuleitungsdrähte in den eingeschränkten Abschnitten die Ausziehfestigkeit der Zuleitungsdrähte unnötig verringert.

Nach der Verankerung der Zuleitungsdrähte in den Ausnehmungen werden leitende Werkstoffe, wie beispielsweise Lötkörper 23 in den Ausnehmungen abgelagert, um die Enden der Zuleitungsdrähte mit den leitenden Unterlagen elektrisch zu verbinden. Durch das Überziehen von mindestens einem Teil der Seitep"'ände 12a der Ausnehmungen 12 mit dem leitenden Überzug vor dem Einsetzen der Zuleitungsdrähte 13 erreicht man verbesserte elektrische Verbindungen zwischen den Zuleitungsdrähten und den leitenden Unterlagen, da die leitenden Materialien gut an den überzogenen Seitenwänden und an den Zuleitungsdrähten haften. Vorgeformte Zuleitungsdrähte mit einem Kopfteil, einem abgeflachten End teil oder einem reduzierten Ilalsteil können verwendet und in die Ausnehmungen mit einer geringeren Kraft eingesetzt werden. Obwohl derartige vorgeformte Zuleitungsdrähte einer beachtlichen Auszieh kraft in axialer Richtung widerstehen, so ist doch die Ausziehfestigkeit senkrecht zur Zuleitungsdrahtachse etwas vermindert, wenn nicht eine hinreichende Verankerung des Zuleitungsdrahtes dann erfolgt, wenn die Zuleitungsdrähte mit einem Lot mit den leitenden Unterlagen verbunden werden. Die Ausziehfestigkeit senkrecht zur Achse des Zuleitungsdrahtes kann durch Umkehrung der Erweiterung der Seitenwände 12 a vergrößert werden, wobei die Vorsprünge statt an der Bodenwand 12 b an der Oberseite 11a dichter beieinander liegen.

Bei dem in den F i g. 4 und 5 dargestellten Ausfiihrungsbcispiel werden die Zuleitungsdrähte 33 in die Ausnehmungen 30 eingesetzt, und die Endteile 33(7 der Zuleitungsdrähte werden abgeflacht, um die genuteten oder erweiterten Abschnitte 31 in den Seitenwänden 30 λ auszufüllen. Auf der Oberseite 32« des Substrats 32 werden um jede der oberen Öffnungen 31 α der Ausnehmungen 30 herum geeignete leitende Unterlagen 34 abgelagert. Ferner werden zwei Widerstandselemente 35 sowie Leitpfade 36 auf dem Substrat abgeschieden, wobei letztere zur elektrischen Verbindung des Zuleitungsdrahtes 33 mit den Widerstandselementen 35 dienen. In den Ausne'nmungen werden um die Endteile 33 herum nicht gezeigte Lötkörper abgelagert, um die Zuleitungsdrähio 33 elektrisch mit den Leitpfaden zu verbinden. Bei dem in den F i g. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Ausnehmungen 40 im Substrat eine schwalbensclrwanzförmige Gestalt, und demgemäß begrenzt jeder der Vorderteile der schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen benachbart zur Vorderseite 41 α den eingeschränkten Abschnitt der

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Ausnehmung, während der innere oder rückwärts angeordnete Teil der Ausnehmung 40 den verbreiterten Abschnitt begrenzt. Die Zuleitungsdrähte 42 sind in den schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen des Substrats in der gleichen Weise befestigt (verankert), wie dies für die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde.

Die Seitenwände verjüngen sich vorzugsweise leicht bei sämtlichen Ausnehmungen der Fig. 1 bis zur Bodenwand hin, um die Ausformung des Substrats zu erleichtern; die Verjüngungen können umgekehrt werden. Obwohl sämtliche in der Zeichnung dargestellten Ausnehmungen symmetrisch sind, d. h., die eine Seitenwand einer Ausnehmung liegt symmetrisch zur anderen Seitenwand, kann eine Ausr mung auch unsymmetrische Wände besitzen, t spielsweise braucht der Vorsprung oder die Ausn· mung nur ein Teil von einer der Seitenwände zu se

und die andere Seitenwand kann im wesentlicl eben verlaufen.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß Erfindung eine in einfacher Weise arbeitende Befe: gungsvorrichtung für Zuleitungsdrähte an einem Si

ίο strat vorsieht. Die zur Herstellung der Ausnehmt gen in den Substraten und zur Befestigung der ZuI tungsdrähte in den Ausnehmungen der Substrate forderlichen Schritte sind durch die obige Beschi bung klar aufgezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 587/1

Claims

Patentansprüche:

ί. Elektrisches Bauteil mit einem keramischen dielektrischen Substrat mit ersten und zweiten an einer Kante des Substrats zusammentreffenden Oberflächen, mit einer Anzahl von Nuten in dem Substrat, die jeweils eine zweite öffnung in der zweiten Oberfläche aufweisen, mit einer Anzahl von Anschlußdrähten mit in den Nuten verankerten Endteilen, mit einem von der ersten Oberfläche des Substrats getragenen Widerstandselement und mit einem die Anschlußdrähte mit den Enden des Widerstandselementes elektrisch verbindenden leitenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut (12, 30, 40) außerdem eine erste öffnung (16, 31 a, 40) in der ersten Oberfläche (Πα, 32α, 44α) aufweist, wobei die ersten (16, 31 a, 40) und zweiten (17, 17', 17") öffnungen sich zu der Kante des Substrats hin erstrecken, daß jede Nut (12, 30, 40) einen verengten Teil (18, 30 a, 40 a) und einen erweiterten Teil (19, 31, 43) umfaßt, wobei der verengte Teil (18, 30 a, 40 a) schmaler als der erweiterte Teil (19, 31, 43) ist und näher an der zweiten Oberfläche (HZ), 32b, 41a) angeordnet ist, daß die Anschlußdrähte (13, 33, 42) mit ihren Längsachsen mit Abstand von der ersten Oberfläche (Ha, 32 i, 44a) des Substrats (11, 32 41) angeordnet sind, wobei jeder Endteil in dem vergrößerten Teil der Nat eint Breite aufweist, die zumindest so groß ist wie dh Breite des verengten Teils der Nut, daß Teile der Anschlußdrähte in den vergrößerten Teilen der Nut zur Befestigung der Anschlußdrähte senkrecht zu ihrer Achse mechanisch gegen die Seitenwände der Nuten eingeprägt sind und daß das leitende Material (23, .34) die Endteile der Anschlußdrähte mit den Endteilen des Widerstandselementes elektrisch verbindet.
2. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (12, 30. 40) zwei sich ungefähr unter rechten Winkeln zur zweiten Oberfläche des Substrats erstreckende Seitenwände aufweist und daß diese Scitenwände leicht gegeneinander geneigt sind, so daß die Breite der Nut zwischen den Seitenwänden sich in Richtung auf die vordere Oberfläche des Substrats vergrößert.
3. Elektrisches Bauteil nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (12. 30. 40) zwei Seitenwändc aufweist, von denen zumindest eine mit einer sich von der ersten Oberfläche des Substrats nach innen erstreckenden Kerbe versehen ist. und daß ein Teil des mit der Nut im Eingriff stehenden Anschlußdrahtes sich in diese Kerbe erstreckt.
4. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (12, 30, 40) zwei Seitenwände aufweist, von deren einer mindestens ein Vorsprung nach innen ragt, um den verengten Teil (18, 30 a, 40 a) der Nut zu bilden, und daß der Abstand dieses Vorsprungs von der anderen Seitenwand der Nut die Breite des verengten Teils bestimmt.
5. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (1.2, 30, 4ß) zwei Seitenwande aufweist, von denen sich übereinstimmende Vorsprünge nach innen erstrecken, um einen verengten Teil der Nut zu bilden, wobei uer Abstand zwischen diesen Vorsprüngen die Breite der verengten Teile bestimmt.
6. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung oder jeder Vorsprung sich von aer ersten Oberfläche des Substrats über die volle Tiefe der Nut (12, 30, 40) von dieser Oberfläche nach innen in eine im wesentlichen unter rechten Winkeln zur Achse des Fndteils der mit der Nut im Eingriff stehenden Anschlußdrähte erstreckt.