DE1908445A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Dr.-iDi.Dipi.-Phy·. OSKAR KÖNIG Patentanwalt

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17.Jan.1969 MUIRHEAD LIHIXED
Beolcenham, Kent, England

Sohaltuiigeanordnung

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Sie Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nit einem Schaltungeträger, der mindestens eine elektrische Schaltung aufweist, mit der Bausteine verbunden sind» und gehört sum Gebiet der gepackten elektrischen Miniatursohaltkreiee.

Bei der immer weitergehenden Miniaturieierung ist das Packen von elektrischen Schaltkreisen mit Miniatur-, Subminiatur- und integrierten Schaltkomponenten sunehmend schwieriger geworden, sofern der volle Torteil aus den durch die Hiniaturisierung gewonnenen Raumersparnissen gezogen werden soll. Zum Beispiel kann ein Baustein, der eine integrierte Schaltung enthält, die Torrn eines flachen, rechteckigen Kästchens haben, das nur 3·2 mm breit und 6,35 mm lang ist. Die elektrischen Verbindungen su den Komponenten im Kästchen werden mit herausgeführten Anaohlußdrähten hergestellt, die sich, mit Borsten vergleichbar, ▼on gegenüberliegenden Seiten des Klstohens aus ereir.. "^r*. Die Längen der herausgeführten Anschlüsse müssen ausrei ohend sein, um ihren elektrischen AnsohluS mittels einer Verbindung su ermöglichen, die gute mechanisch· und elektrische Eigenschaften aufweist, s.B. einer Viokellötetelle oder durch Verlöten oder VersohwelBen alt einsei anderen Teil der Schaltung, und die Länge des AnsohluAdrahtes muS aus diesem Grunde,wesentlich gröfler sein ale die Abmessungen des Bausteines selbst.

Duron die Entwicklung von gedruokten Schaltungen auf starren Unterlagen wurde das Paoken von Sohaltungsanordnungen vor allem in ebener form durchgeführt, wobei die Sohaltangsplatten,auf denen die Komponenten angeordnet sind,

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übereinander und im Abstand voneinander gestapelt wurden. Es Ist nicht ganz leicht, flache Sohaltungsplatten elektrisch gegeneinander abzuschirmen, wenn eie in einem Stapel angeordnet sind, und die Abmessungen einer auf einer ' starren Schaltungeplatte angeordneten Schaltungeanordnung werden mindestens in zwei Dimensionen durch die Abmessungen dieser Platte bestimmt. Hierdurch wird Raum vergeudet und die vollen Vorteile der Miniaturisierung werden nicht ausgenutzt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, diese und andere Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen zu vermeiden. Insbesondere 1st es eine Aufgabe der Erfindung, , gepackte Sehaltungeanordnungen zu schaffen, bei denen individuelle Komponenten, z.B. integrierte Schaltungen, Kondensatoren oder dergleichen, individuell in starren Gehäusen montiert sind, die der Kürze halber Ib folgenden einfach als "Bausteine" bezeichnet werden, und von denen aus sich elektrische Anschlüsse erstrecken, ua Verbindungen mit den Komponenten der Bausteine herstellen zu kämen·

Srfindungsgemäe wird dies bei einer eingange genannten Schaltungsanordnung dadurch erreicht, dafi der ßohaltungsträger als Band ausgebildet ist und daß das Band und die Bausteine zu einer kompakten Gestalt geformt sind, die aufeinanderfolgende Sohiohten aufweist, zwischen denen die Bausteine liegen. Zweckmäßig ist vorgesehen, dafi das Band einen flexiblen, vorzugsweise folienartigen Streifen aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, weloher mit der vorzugsweise flächenförmig ausgebildeten, insbesondere in sehr dünner Schioht aufgedruckten Schaltung versehen ist. Die Bausteine liegen auf den einzelnen Schichten und die so hergestellte kompakte Schaltung kann mit Vorteil in einen kannenförmigen Behälter eingebracht sein.

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In weiterer Portbildung wird die Schaltungsanordnung β ο ausgebildet, daß das Band zu einer Rolle gewickelt ist und daß die Bausteine zwischen Windungen dieses Bandes liegen, wobei zweckmäßig ihre Anschlußleitungen gebogen sind und sich von den Bausteinen zu entsprechenden Anschlußstellen der zugeordneten flächenfurmigen Schaltung dee Bandes erstrecken und mit dieser verbunden sind.

Sine besondere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweckmäßig kannenförmigen Behälter ein isolierendes Band so angeordnet ist, daß es Schichten bildet, und daß zwischen diesen Schiohten Bausteine angeordnet sind, wobei ihre Lage so gewählt ist, daß sich ihre Anschlußdrähte in Längsrichtung des in Schichten gelegten Bandes erstrecken und mit einer auf dem Band befindlichen flächenförmigen Schaltung verbunden sind.

Vorzugsweise haben die Bausteine Anschlußleiter, die sich in Richtung der längeren Dimension des Bandes erstrekken und dessen Krümmung bereits angepaßt wurden, bevor ei· mit den vorgesehenen Anschlußstellen der auf dem Band befindlichen Schaltungen verbunden werden«

Wenn vorstehend oder im folgenden von einer flächenförmigen oder fläohenhaften Schaltung gesprochen wird, so ist darunter eine gedruckte oder nach einem ähnlichen Verfahren hergestellte Schaltung zu verstehen, die in einer Ebene liegende und mit dem Träger verbundene Leiterzuge oder dergleichen aufweist. Diese bandförmigen Leiter-Züge sind äußerst dünn, so daß sie sich der Porm des folienförmigen Trägers anpassen, wenn er gebogen oder su einer Rolle aufgewickelt wird.

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Eine weitere» vorteilhafte Ausftihrungsform let dadurch gekennzeichnet, daß das Band wellenförmig, d.h. in hin- und hergehenden Sohiohten, zwischen denen die'Bausteine liegen, abgelegt ist. normalerweise ist jeder Baustein mit Ans chluß draht en versehen, und diese werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie sioh in Längsrichtung de* geschichteten Bandes erstrecken und mit fläohenhaften Schaltungen auf dem Band verbunden sind.

Unabhängig von der Form, in die das Band zum Bilden der Schichten gebracht 1st, bildet da· flexible Band eine Isolierschicht zwischen benachbarten Bausteinen, so daß keine Gefahr besteht, daß sir»h deren Anachlußfrähte gegenseitig berühren.

Die geschichtete, flexible Schaltung, die nach der Erfindung hergestellt ist, kann eingekapselt oder eingebettet und in einem vorzugsweise kannenfurmigen Metallbehälter angeordnet sein. Hiersu kann ein Epoxyharz verwendet werden, aber mit besonderem Torteil wird ein Material mit den Eigenschaften eines Elastomers oder ein Elastomer und damit ein verformbares Material benutzt, da dieses leioht entfernt werden kanu, wenn eineein· Bausteine ersetzt werden sollen. Da Bausteine mit integrierten Schaltungen relativ teuer sind und da die Erfindung besonders nützlich 1st, wenn sie für Schaltungeanordnungen alt einer großen Anzahl solcher Bausteine benutzt wird, z.B. für ZOhI-krtlee mit bistabilen Multivibrator«, wird ej !«allgemeinen nicht.als wirtschaftlich angesehen, ein ganzes besohaltetts Band wegzuwerfen, nur weil einer der Bausteine, der eine Zählereinheit enthält, schadhaft ist.

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Bei der Aubführung der Erfindung geht man mit Torteil eo vor, daß man die Ansohlußleiter der Bausteine an die auf die flexible Folie des Bandes zweckmäßig gedruckte Schaltungen dann anschließt, wenn der Seil der flexiblen Folie, an den sie angeschlossen werden sollen, au der lurvenform gekrümmt ißt, die dieser Teil in der gepackten Schaltungsanordnung einnehmen soll. Soll also die flexible Folie in die Form einer Rolle gewickelt werden» so werden die Anschlußleiter der Bausteine an die zugeordneten Stellen der flächenförmigen Sohaltung dann angeschlossen, wenn das Band gekrümmt ist. Dies verhindert das Entstehen un- · erwünschter mechanischer Spannungen und Belastungen an den Verbindungsstellen zwischen den Ansohlußleitern und den flächenförmigen Schaltungen, welche entstehen würden, falls die Bausteine an dem flexiblen Band in seinem flaohen Zustand befestigt wurden und das Band dann gebogen würde. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die Ansohlußleitftr bei der Herstellung einer Windung in die bogenförmige For& &»s Bandes, an dem sie befestigt werden sollen, leioht gebrsu&t werden können, während diese Windung des Bandwickel* geformt wird.

Sie Folie oder der Streifen aus isolierendem Material kann auf beiden Seiten oder auch nur auf einer Seit· bedruckt werden. Falls gewünscht, kann mit Torteil die fläohenfOrmige Schaltung in sie eingebettet werden, normalerweise dient die Benutzung beider Seiten des Bandes dazu, au verhindern, daß sioh kreuzende elektrische Verbindungen oder Leitungen in Kontakt miteinander kommen; bei der Verwendung moderner Verfahren bereitet es hierbei keine Schwierigkelten, wo erforderlich, unterschiedliche Teile desselben

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Stromkreises durch die isolierende Folie hindurch miteinander ssu verbinden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeiepie-* len und den Unteransprüchen. .

P Es zeigen:

Fig. 1 eine Erzeugungsstufe bei der Verbindung von

Baugruppen oder Bauelemente darstellenden Bausteinen mit einer flexiblen Sohaltungsfolie bzw. Sohaltungaband sur Herstellung einer erfindungagemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.2 die Art, wie die in Fig.1 dargestellte Schaltungsanordnung nach des Aufwickeln zu einer kompakten Gestalt in einen kannenförmigen Behälter eingesetzt werden kann»

fig. 3 eine zweite Art/eine kompakte Schaltungsanordnung.zu gestalten, wobei diese Schaltungsanordnung in einen Behälter eingesetzt ist.

Pig.1 zeigt ein Band 1 aus einer flexiblen, elektrisch isolierenden Folie, wie sie z.B. unter dem eingetragenen Warenzeichen "MTLAR" der Firma Su Pont im Handel erhältlich . ist und aus Terephthalsäure-Äthylenglykolpolyester besteht. Dieses Band ist 25,4 cm lang und 4,45 cm breit und auf beiden Seiten mit mindestens einer flächenfSrmigen Schal-

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tung 2 versehen, an die Bausteine, wie Widerstände 9, und dreißig Bausteine 3 mit integrierten Schaltkreisen (I.C.'e), angeschlossen sind bzw. angeschlossen werden sollen. Die Bausteine 3 weisen je einen bistabilen Multivibrator oder einen ähnlichen komplexen- Stromkreis oder Schaltkreis auf. Sie Schaltung ist so angeordnet, daß die Bausteine längs und wie dargestellt auch quer zum Band mit Abstand voneinander angeordnet werden können.

Jeder der 1.C.-Bausteine 3 weist ein Metallgehäuse auf, das eine integrierte Schaltung enthält und etwa 3,2 mm breit und 6,35 mm lang ist. Aneohlußdrähte 4 erstrecken sich in Form von Kontaktdrähten von gegenüberliegenden Längsseiten des Bausteines aus.

Das Band wird um ein Formwerkzeug 5 von ungefähr 9,5 mm Durchmesser so gewickelt, daß die Seite des Bandes, auf die die Bausteine montiert werden sollen, naoh außen zu liegen kommt. Jedesmal, wenn die Stelle für einen Baustein auf dem Formwerkzeug erreicht wird, werden LOt- oder Schweißverbindungen 6 zwischen der fläohenförmigen Schaltung auf dem Band und dem oder den zugeordneten AnaohluSdrähten 4 des Bausteines hergestellt. Zuerst werden die Anschlußdrähte 4 auf der einen Seite de· Bausteines alt der Schaltung 2 verbunden, und dann wird'.das Band 1 ua das Werkzeug

5 etwas weiter gezogen, bis die Lage der Yerbindungaetellen mit den anderen Ansehlußdrähten 4 erreicht ist» und daraufhin werden diese angeschlossen. · Auf diese Weise werden die Anschlußdrähte 4 bogenförmig um das Formwerkzeug 5 gebogen und folgen den Kurven der* darunterliegenden Windung, so daß an den Verbindungsstellen zwischen der flächen-.

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förmigen Schaltung und den Anschlußdranten keine Spannungen entstehen, wenn das Formwerkzeug entfernt wird.

Wie dargestellt, ist noch eine bandförmige Zwischenlage vorgesehen, die zusammen mit dem parallel zu diesem nit zu der Rolle gewickelt wird und eine zusätzliche Isolation zwischen benachbarten Schichten der Rolle bewirkt.

Wie in Jig¹.2 dargestellt, eind alle dreißig Bausteine ) mit integrierten Schaltkreisen in drei Lagen aufgenommen, von denen jede zwischen zwei durch Windungen des Bandes gebildeten Schichten 6 liegt. Mit der Absohludwindung ist kein Baustein verbunden» und sie erstreokt sich Über mehr als 360° um die Außenseite der durch das Band gebildeten ,Spule, um eine äußere, isolierende Hülle zu bilden.

Die in der beschriebenen Welse gebildete, gewickelte Rolle, die mit elektrischen Verbindung· draht en 7 versehen ist, welche in irgendeiner geeigneten Art an zugeordnet· Stellen der Schaltung der Rolle angeschlossen sind, wird in einen zylindrischen, kannenförmifen Metallbehälter 8 eingebracht und ist in ein Material mit den Eigenschaften ein·« " Elastomers eingebettet oder eingekapselt, das Vibrationen des Behälterinhalte verhütet, Jedooh einen Zugang zu ihm erlaubt, falls eine Inspektion der Schaltung gewünsoht werden sollte.

Bei einer anderen Aueführungsart werden die I.C.-Bausteine 3 mit dem Band 1 verbunden, während dieses etappenweise um ein zylindrisches formwerkzeug (nicht dargestellt) herumgewickelt wird. Dieses loxewerkzeug, um das

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herum die Wickelrolle gebildet wird, kann dann mit der gewickelten Rolle in den Behälter 8 eingebracht werden, oder, falle gewünscht, vorher- entfernt werden. Palis es entfernt wird, bildet der Hohlraum der gewickelten Rolle eine geeignete Herausführöffnung für Verdrahtungen, die nahe der Basis des Behälters an der Schaltung der gewickelten Rolle befestigt sind. Biese Drahtverbindungen können durch einen entsprechend konstruierten Deckel des Behälters 8 herausgeführt werden, um den Anschluß der gesamten Schaltungeanordnung an ein elektronisches Gerät zu ermöglichen.

Fig.3 zeigt eine zweite Art, um die Schaltungsan- . Ordnung in eine kompakte Gestalt zu bringen. Ein Band 10, auf dessen beiden Seiten I.0.-Baueteine 11 befestigt sind, ist zu einer wellenförmig gewundenen Konfiguration geformt, wie es in Pig.3 dargestellt ist, um das Einbringen der Schalttsngsanordnune in den kasnenförmigen Behälter 12 mx m möglichen. Ein Einbettung- oiler Einkapselungsmaterial, das vorzugsweise vergossen werden kann und die Eigenschaften eines Elastomere hat oder ein solches ist, wird behütet, um die Anordnung im Behälter 12 In ihrer Lage zu halten.

Mit der Erfindung kann aleo eine hohe Paokungs- oder Komponentendiohte erreicht werden, wie eie bei Verwendung von starren gedruckten Schaltungen nicht möglich ist, und sie erlaubt eine volle Ausnutzung des durch die Miniaturisierung gewonnenen Raumes.

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Die Erfindung ist zwar insbesondere In Zusammenhang mit Bausteinen beschrieben worden, die. integrierte Schaltkreise enthalten, jedoch ist sie selbstverständlich in gleicher Weise verwendbar für die Hontage jeder anderen Art von Bausteinen oder Komponenten^ und let besondere gut geeignet für Komponenten länglicher form, die elektrische Anschlüsse aufweisen, welche sieh seitlich von ihren Seiten weg erstrecken.

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Claims (1)

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   J Schaltungsanordnung mit einem Schaltungeträger, der mindestens eine elektrische Schaltung aufweist, mit der Bausteine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungeträger als Band (1; 10) ausgebildet ist vjid daß das Band und die Bausteine (3; 11) zu einer kompakten Gestalt geformt sind, die aufeinander-

   * folgende Schichten (6) aufweist, zwischea denen die Bausteine liegen. .

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band einen flexiblen, vorzugsweise folienartigen Streifen (1) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, weloher mit der vorzugsweise flächenförmig ausgebildeten, insbesondere in sehr dünner Schicht aufgedruckten Schaltung (2) versehen ist.

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   3. Schaltungsanordnung naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß da* Band (1) eu einer Roll« gewickelt ist und daS die Bausteine (3) «wisohen windungen (6) dieses Bandes liegen (?ig.2).

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß das Band (10) hin- und hergehend in Schichten gelegt ist und daß die Bausteine (11) zwischen den Schichten liegen.

   .5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (1; 10) ■nit seinen S ehalt verb indungen und den BaU-

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   ο ie Inen (3; 11) in einem vorzugsweise kannenförmigen Behälter (8; 12) angeordnet ist.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Deckel aufweist, duroh den Anschlußdrähte herausgeführt sind, vorzugsweise tangential zu einer längeren Seite des Bandes.

   7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte senkrecht zu einer Längsseite des Bandes durch den Deckel herausgeführt sind.

   8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter eine Einbettungs- oder Einkapselungsmasse zum Einbetten oder Einkapseln des Bandes eingebracht, vorzugsweise der Behälter mit einer solchen Masse gefüllt ist.

   9. Schaltungeanordnung nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß die Einbettungs- oder Einkapselungsmaase Epoxyharz ist.

   10. Schaltungsanordhung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettungsmaese ein Material mit den Eigenschaften eines Elastomers, vorzugsweise ein Elastoms.?, ist.

   11* Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß die gekrümmte Form des Bandes (1) und der Anschlußdrähie (4) der Bausteine (3) daduroh gebildet ist, daß sie miteinander verbunden wurden, während das Band (1) um eine gekrümmte Oberfläche eines Formwerkzeuges (5) herum gelegt ist.

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   12. Schaltungsanordnung naoh Anspruoh 3 oder 11, daduroh gekennzeichnet _v daß das Band auf ein zylinderförmigei Zonswerjcaeug aufgewickelt und dieiei Susannen alt dam Band und den swisohen den Windungen dieses Bandes befindlichen Bausteinen in einen Torsugsweise kannenförmigen Behälter eingebaut ist.

   13. Schaltungsanordnung naoh Anspruch J, daduroh. gekennseiohnet, daß die gewickelte Bolle einen Ringrau« aufweist, durch den Ansohlufidrante (7) nach außen durchgeführt sind.

   H. Schaltungsanordnung naoh eines der Ansprüche 1-13· dadurch gekennzeichnet, dal Mindestens einer der Bausteine (3) eine Nehrsahl ron sich von seinen beiden Längsseiten aus in entgegengesetste Richtungen erstreckende Ansohlufileiter (4) aufweist» und daft die«.« AneohluBleiter sich in wesentlichen in Llngsriohtung des Bandes (1; 10) erstrecken. . .

   15. Schaltungsanordnung naoh eines) der rorhergehenden Ansprüche, daduroh fekennseiohnet, da· die AnsohluB-drtthte der Bausteine spannungsfrei alt deei Band rerbunden sind. -

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