DE1952453A1

DE1952453A1 - Verfahren zum Herstellen von elektronischen Baugruppen und zum Verbinden von Bauteilen in verschiedenen Baugruppen

Info

Publication number: DE1952453A1
Application number: DE19691952453
Authority: DE
Inventors: Belko Jun William R; Tompkins Edward R
Original assignee: Vitramon Inc
Current assignee: Vitramon Inc
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2030570A5

Description

Vitramon, Incorporated,

Bridgeport, Connecticut₃ USA

Verfahren zum Herstellen von elektronischen Baugruppen und zum Verbinden von Bauteilen in verschiedenen Baugruppen.

Beim Zusammensetzen von elektronischen Mikrominiaturbauteilen zu Baugruppen kommt es oft vor, daß vor dem Einsetzen der Baugruppe in eine Schaltkarte ein Bauelement elektrisch mit der Arbeitsweise oder der Wirkung eines benachbarten Bauelementes nicht übereinstimmt. Z.B.. in einer Baugruppe aus gemischten integrierten Bauelenenten und davon getrennten passiven Bauelementen kann die innige Kopplung eines bestimmten passiven Bauelementes, dessen Anwesenheit in einer bestimmten integrierten Schaltung erforderlich ist, sich elektrisch mit der Arbeits-

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weise einer benachbarten, jedoch nicht gleichartigen integrierten Schaltung nicht vertragen oder diese Arbeitsweise 'stören. Auch kann das Umgekehrte der Fall sein. „.

In gleicher Weise ist bei der Planung und beim Herstellen von Baugruppen, die eine oder mehrere Leitungen von Bauelementen integrierter Schaltungen enthalten, ein klarer Aufbau innerhalb der Baugruppe meistens wünschenswert.· D.h. man bevorzugt, »keine Zvrischenverbindungen oder Xreuzverdrahtungen der einzelnen integrierten Schaltungen untereinander oder eines Bauelementes mit bestimmten anderen innerhalb der Baugruppe zu haben. Die Zwis_chenverbindungen der einzelnen Bauteile in der gewünschten Schaltung erfolgt am besten mit leitfähigen Stegen auf Schaltkarten. Wie allgemein bekannt,hat jedes der Bauelemente einer integrierten Schaltung in der. Baugruppe mehrere Leitungen, die sich von der Baugruppe nach außen erstrecken. Die Leitungen werden in eine vorgesehene Reihe von Löchern in der Schaltkarte eingesteckt und eingelötet. Jedes der Löcher ist in der gewünschten Schaltung durch leitfähige Stege angeschlossen, die auf die Schaltkarte aufgebracht sind. Bei vielen Schaltkreisen jedoch sind die Zwischenverbindungen durch die f leitfähigen Stege, die zwischen den Bauteilen einzelner Baugruppen und zwischen den Bauteilen verschiedener Baugruppen erforderlich sind, so außerordentlich kompliziert, daß eine unhaltbare Vergrößerung der Schaltkarte erforderlich ist, nur um den notwendigen Placierungsraum für die einzelnen Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die funktionell für die Komplettierung des Schaltkreises erforderlich sind.

Die Erfindung schafft eine Lösung, mit der die Schaltkarte weder vergrößert, noch das Raster der leitfähigen Stege auf

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der Schaltkarte weiter verkompliziert wird. Die Erfindung trennt hierzu die gewünschte Schaltung oder Teile der gewünschten Schaltung in wenigstens zwei Abschnitte, wobei z.B. der erste Abschnitt die Grundbauelemente der Schaltung oder des Schaltungsteils und die darauf folgenden Abschnitte ' die Schaltungsbauelemente aufweisen, die zur Ergänzung der

' _o Punktionen der jeweiligen Grundschaltungsbauelemente benötigt werden. Jeder Abschnitt wird hierauf in eine Schaltbau-

^ gruppe geformt, wobei jedes der Bauelemente in der Baugruppe wenigstens eine Leitung hat, die sich von der Baugruppe nach außen erstreckt. Die Anordnung der Bauelemente in der Baugruppe ist vorbestimmt und geplant, so daß ein Bauelement in einem nachfolgenden Abschnitt, das so gewählt ist, daß es mit einem der Grundschaltungsbauelemente in der Grundbaugruppe zusammenarbeitet, in derselben Relativstellung in seiner Baugruppe wie das Grundschaltungsbaüei'ement in der Grundbaugruppe angeordnet ist. Die aufeinanderfolgenden Baugruppen werden dann übereinander oben auf die Grundbaugruppe gestapelt. Mit dieser Anordnung und der oben erwähnten Relativstellung aufeinanderfolgender Bauelemente gegenüber den Grundbauelementen liegen die zusammengehörenden aufeinanderfolgenden Bauelemente

- , direkt übei den Grundbauelementen. In gleicher Weise sind die Leitungen der aufeinanderfolgenden Bauelemente und der-Grundbauele'mente, wenn Sie um 90 gegenüber dem Bauelement verbogen sind, direkt in Flucht miteinander. Alles"was verbleibt ist jede der in Flucht liegenden Leitungen in dasselbe Schaltkartenloch einzusetzen und die Leitungen zur Vervollständigung und Verschaltung des Schaltkreises zu verlöten. Angenommen, beispielsweise eine Schaltungsbaugruppe besteht aus mehreren, hintereinander angeordneten, integrierten Schaltkreisen, die so ausgelegt sind, daß sie eine bestimmte Funktion ausüben, und weiter angenommen, daß bei einem oder mehreren der integrierten Schaltkreise festgestellt wird, daß er ein nachteili-

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ges Rauschen erzeugt, und die optimale Lösung in der Anordnung eines Ausgleichskondensators für jeden der beanstandeten integrierten Schaltkreise bestehen würde, dann sieht die Erfindung vor, daß anstelle einer einzigen Baugruppe aus integrierten Schaltungselementen und Kondensatoren, die eine interne Verdrahtung in der Baugruppe oder eine Vergrößerung der Komplexität des Rasters aus leitfähigen Stegen auf der Schaltkarte und eine Vergrößerung der Schaltkarte erfordern würde, um den Raum für die Kondensatoren bereitzustellen, oder die zu einer nachteiligen

W elektrischen Wechselwirkung zwischen einigen der integrierten Schaltungselemente, und einigen der Kondensatoren führen würde, eine getrennte Baugruppe für die Bauelemente der integrierten Schaltung und eine getrennte Baugruppe für die Kondensatoren verwendet wird. Gemäß der Erfindung ist jeder Kondensator in der Kondensatorbaugruppe in derselben Relativstellung wie das dazugehörige Bauelement der integrierten Schaltung in der entsprechenden Baugruppe angeord- · net. Wenn daher die Kondensatorbaugruppe oben auf der Baugruppe mit den Bauteilen der integrierten Schaltungen angeordnet sind, liegen die Leitungen jedes Kondensators direkt in Flucht mit den Leitungen des entsprechenden Bauelements

k der integrierten Schaltung. Die übereinstimmenden Leitungen können dann in geeignete Löcher in der Schaltkarte eingesetzt und an Ort und Stelle verlötet werden. Man kann ersehen, daß die Erfindung das Problem der Kombination mehrerer Schaltfunktionen zufriedenstellend löst und daß diese Lösung ermöglicht wird, ohne die Schaltkarte oder die Unübersichtlichkeit der leitfähigen Stege auf der Schaltkarte zu vergrä'&rn«

Bisher erfolgte das Zusammenfügen von einzelnen Bauelementen zu einer Baugruppe in einem Zweistufen-Verfahren. Zuerst wurde eine Unterlage mit entsprechender Größe gewählt und eine

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Leitungsbahn auf diese Unterlage vorzugsweise längs der Mittellinie aufgedruckt. Plierauf wurden die Bauelemente auf der Unterlage angeordnet und verlötet oder sonstwie mit der Unterlage und den Leitungswegen verbunden. Die aus Unterlage und Bauelementen bestehende Packung wurde dann unter Bildung einer Baugruppe "vergossen". Ss wurde ■ gefunden, daß dieses Verfahren unnötig, mühsam und aufwendig ist und daß» dasselbe Ergebnis leichter erhalten v/erden kann, indem man einen oder mehrere leitfähige Drahtrahmen oder Leitungsrahmen sowohl als Konstruktionsträger als auch als Sammelleitung für die Baugruppe' verwendet. Mit diesem verbesserten Verfahren ist alles,.was erforderlich ist, jedes der Bauelemente in Reihenschaltung oder Parallelschaltung in Singriff mit dem Sammelleitungsdraht oder den Sammelleitungsdrähten oder einen geeignet ausgebildeten Leitungsrahmen au bringen und hierauf die Verbindung der Bauelemente mit dem Draht herzustellen. Der Draht oder Leitungsrahmen arbeitet in gewissem Sinne ähnlich wie das menschliche Rückgrat, indem er sowohl Strukturfestigkeit verleiht, .als auch eine gemeinsame elektrische Verbindung (lierven) bev/irkt. Wie bei den bekannten Verfahren können die miteinander verbundenen Bauelemente hierauf unter Bildung einer Baugruppe vergossen werden. Kit dem Verfahren nach der Erfindung ist eine wesentliche Kosten- und Arbeitsersparung verbunden, da ein Draht- oder Leitungsrahmen wesentlich billiger als eine Schaltkarte ist und keine Notwendigkeit für einen Spezialdruck besteht, um eine Leitungsbahn auf die Unterlage niederzuschlagen.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

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Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine elektronische Baugruppe mit mehreren
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mit mehreren Bauelementen ehe die Leitungsdrähte um 90° verFigur 2 zeigt eine Seitenansicht von zwei Baugruppen, bei denen eine über der anderen angeordnet ist.

Figur 3 zeigt eine Endansicht von drei Baugruppen, die aufeinandergestapelt sind.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf einzelne elektronische Bauelemente j die mit der gemeinsamen Stützleitung vor dem Vergießen zu einer Baugruppe verbunden sind und

Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf einzelne elektronische Bauelemente, die mit einer Reihe von Stützsammelleitungen in einer Reihen-Parallel-Schaltung angeordnet sind.·

In der nachfolgenden Beschreibung werden aus Gründen der einfacheren Darstellung eine Reihe hintereinander angeordneter Bauelemente einer integrierten Schaltung (nicht dargestellt) als die Bauelemente der Grundschaltgruppe 10 und eine Reihe von Kondensatoren (nicht dargestellt) als die Bauelemente in der weiteren Baugruppe 20 bezeichnet. Es ist jedoch klar, daß diese Wahl nur beispielsweise vorgenommen wird und sich die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt.

Wie bekannt, besteht eine Baugruppe oder ein Modul, wie z.B. die Baugruppe 10 oder 20 aus einzelnen elektronischen Bauelementen, die miteinander verbunden sind, um eine entsprechende, vorbestimmte elektrische Funktion auszuüben. Z.B. finden Baugruppenblöcke mit 14 Flip-Flops (14 flip-flop integrated circuit chips), die zu einer Packung mit Ik doppelten Leitungsanschlüssen vergossen sind,weitgehend in Ruckkopplungsschaltungen für Teile eines Zentralkomputersystems Verwendung. Eines der einer solchen Baugruppe und in der Tat vielen Bau-

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gruppen, die integrierte Schaltungen enthalten, inherenten Probleme ist, daß einige der Blöcke zum Rauschen neigen. VJie bekannt, besteht die bevorzugte Lösung der Beseitigung dieses Rauschens darin, daß man eine Parallelverbindung zwischen dem rauschenden Block und einem entsprechend dimensionierten Kondensator herstellt. Bisher wurde die Verbindung zwischen dem Block und dem Kondensator entweder innen, d.h. der Kondensator wurde in die Baugruppe eingebracht, oder außen durchgeführt, d.h. der Kondensator wurde auf-der Schaltkarte'angeordnet und mit dem Block durch eine Leitung verbunden, die auf die Schaltkarte für diesen Zweck" aufgebracht wurde. Innere Verbindungen haben jedoch eine unverhältnismäßig große Ausx^irkung auf die Unübersichtlichkeit und die Gestehungskosten der Baugruppe und äußere Verbindungen, die zwar meistens bevorzugt werden, erfordern einen Platz auf der Schaltkarte sowohl für die Leitungsbahn als auch für den Kondensator und haben deshalb eine VergrÖsserung der Abmessung der Schaltkarte zur Folge.

Gemäß der Erfindung werden die gesamte Schaltung oder Teile derselben unterteilt, d.h. verschiedene Blöcke der integrierten Schaltung (nicht dargestellt) werden in wenigstens zwei Abschnitte'unterteilt .· Der erste Abschnitt besteht aus den Grundbauelementen der Schaltung oder des Schaltteils, in diesem Fall den Blöcken der integrierten Schaltung und der zweite und/oder weitere Abschnitte bestehen aus den Bauelementen, die für bestimmte Grundbauelemente notwendig sind, d.h. wiederum für die Blockender integrierten Schaltung, um deren vorbestimmte Schaltfunktion zu gewährleisten oder zu ergänzen. In diesem Fall bestehen die zweiten oder folgenden Abschnitte aus Kondensatoren, die zur Verringerung des Rauschens dienen. Diese Abschnitte werden dann zu Schaltbaugruppen z.B. den Baugruppen 10 oder 20 geformt, wobei jedes

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Bauelement in der Baugruppe eine Leitung 12, l4> 16, 18, 22, 24, 26 hat. Die Anordnung der Bauelemente in der Baugruppe erfolgt in ganz bestimmter Weise so, daß ein Bauelement in einer nachfolgenden Baugruppe, das dazu dient, zusammen mit einem der Grundbauelemente in der Grundbaugruppe eine bestimmte Punktion auszuüben, sich in derselben Relativstellung in der nachfolgenden Baugruppe befindet, wie sie. das Grundbauelement in der Grundbaugruppe einnimmt. D.h. wenn integrierte Schaltungen in der Grundbaugruppe 10 mit den Leitungen 12, 14, l3 Geräusche erzeugen, werden Kondensatoren mit

P Leitungen 22, 24 und 26 In der nachfolgenden Baugruppe 20 in derselbe.n Relativstellung in dieser Baugruppe. 20 angeordnet, wie sie der oben erwähnten integrierten Schaltung in der Grundhaugruppe 10 entsprechen. Wenn auf diese Weise die nachfolgende Baugruppe oben auf die Grundb.augruppe 10 aufgesteckt wird und die Leitungen 12, 14, Io., lS, 22, 24 und 26 um 90° verbogen sind, so daß sie in die Schaltkarte eingesetzt werden können* dann ist die Leitung 22 direkt in Flucht mit der Leitung 12, die Leitung 24 direkt in Flucht mit der Leitung .14 und die Leitung 26 direkt in Flucht mit der Leitung 1&. Wenn, daher die Grundbaugruppe auf die Schaltkarte in bekannter Weise aufgebracht xvird, werden die Leitungen 22, 24 und 26, die von der nachfolgenden Baugruppe kommen, in dieselben Löcher in der Schaltkarte, wie die Leitungen 12, 14 und 18 von der Grundbaugruppe eingesteckt. Das Ergebnis ist, daß, wenn die Leitungen verlötet oder aif andere Weise mit der Schaltkarte verbunden werden, die Grundbaugruppe und die nachfolgenden Baugruppen zusammen befestigt werden.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, bei der die vorgeschlagene Schaltung in drei Abschnitte unterteilt ist, so daß drei Baugruppen 30, 40 und 50 übereinandergestapelt sind. Figur 3 zeigt auch, daß bestimmte, vorgewählte "Leitungen 32, 42 und 52 der drei Baugruppen in den Öffnungen 54 und 56 der Schaltkarte 60 miteinander verlötet sind.

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In den Figuren 4 und 5 wird eine andere Ausfuhrungsform nach der Erfindung dargestellt. Bisher wurden die oben beschriebenen einzelnen Bauteile, wie z.B. Blöcke integrierter Schaltungen und Kondensatoren und dgl. zum Eingießen in eine Schaltbaugruppe hergestellt, indem zuerst ein leitfähiger Steg auf eine Unterlage aufgedruckt und dann die Bauelemente auf den leitfähigen Steg gelötet werden. Diese Verfahrensweise, die relativ zeitraubend und aufwendig ist, kann gemäß der Erfindung verbessert werden, indem· eine oder mehrere leitfähige Drähte oder.Drahtrahmen 70 sowohl als Stützen als auch als Sammelleitungen dienen. Dabei werden die Bauelemente 72, die z.B. für.das Unterdrücken des Rauschens Kondensatoren sein können, an den gleichen Stellen wie die entsprechenden Bauelemente der integrierten Schaltungen angeordnet ,wie oben ausführlich beschrieben wurde, indem sie mit"einem leitfähigen Draht 70 verlötet werden, der sowohl fest als auch elektrisch mit jedem der Bauteile verbunden ist. Die Bauelemente befinden sich dann in einem Zustand, in dem sie zu einer Baugruppe vergossen werden können.

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Claims

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Patent ansprüche

(lJ Elektronische Schaltung mit einer ersten elektronischen Baugruppe,/die wenigstens ein Bauelement aufweist und mit Leitungen, die elektrisch mit den anderen Bauelementen verbunden sind und sich von der Baugruppe nach außen erstrekken, sowie-mit.wenigstens einer zweiten elektronischen Baugruppe, die wenigstens ein Bauelement enthält, das so ausgebildet ist, daß es die elektrischen Eigenschaften eines entsprechenden Bauelements der ersten Baugruppe ergänzt, wobei Leitungen elektrisch mit den Bauelementen der zweiten elektronischen Baugruppe verbunden sind und sich nach außen von der zweiten Baugruppe erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und gegebenenfalls weitere elektronische Baugruppen oben auf der ersten elektronischen Baugruppe angeordnet sind und daß die Leitungen der Bauelemente der zweiten und weiteren elektronischen Baugruppen mit den Leitungen der jeweiligen Bauelemente der ersten elektronischen Baugruppe verbunden sind.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der zweiten und weiteren elektronischen Baugruppen, die so ausgebildet sind, daß sie die elektrischen Eigenschaften der entsprechenden Bauelemente der ersten elektronischen Baugruppe ergänzen, in derselben Relativstellung, in den entsprechenden elektronischen Baugruppen angeordnet sind wie die entsprechenden Bauelemente in der ersten elektronischen Baugruppe, die ergänzt werden sollen.

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3. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der Baugruppe, mit wenigstens einem leitfähigen Stützdraht verbunden und hierauf zu einer Baugruppe vergossen werden.

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