DE2015594A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdrahten von elektrischen Schaltungsplatten - Google Patents

Description

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DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNBR DlPtu ING. P. STRBHL

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN SB POSTFACH O6 01 βθ 8 MÜNCHEN 00

MARIAHILFPLATZ 2 & 3

TELEFON: (0811) 45 4Ο4Ο & 44 32 44 TETJKGR.: BUROMARCPAT MÜNCHEN

INFOREX, INCORPORATED

Waltham, Mass. 02154, USA η j

Unsere Akte: DA-K567(M-258)

Verfahren und Vorrichtung zum Verdrahten von elektrischen Schaltungsplatten

(Priorität der USA-Patentanmeldung Nr. 812 022 vom 1. April 1969)

ABSTRAKT

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Verdrahten von elektrischen Schaltungen auf einer Schaltungsplatte und insbesondere auf die Bindung eines isolierten Drahtes mit zur Verbindung mit Schaltungselementen dienenden, auf der Schaltungsplatte vorgesehenen Polstern oder Kissen ("pads").

Kurz zusammengefasst, besteht die Erfindung darein, dass beim Verdrahten einer elektrischen Schaltung auf einer Schaltungsplatte, die mit für den Anschluss von Schaltungskomponenten geeigneten Lötpolstern oder -kissen versehen ist, isolierter Draht durch einen Lötkopf hindurchtritt und dass letzterer relativ zur Stellung der Platte bewegt wird. Ein über den Kopf vorstehender Teil des Drahtes berührt nacheinander die Lötpolster, mit denen eine Drahtverbindung hergestellt werden soll, und durch Anwendung von Hitze auf das mit dem der Lötkopf in Berührung stehende Polster, wird der Draht durch Rückfluss-Löten mit dem Polster verbunden.

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Der Hintergrund der Erfindung

Eine vorbekannte Herstellung von elektrischen Schaltungen umfasst gedruckte Schaltungstechniken und das Drahtwickelverfahren. Während gedruckte Schaltungsplatten, -tafeln oder -karten seit einer Reihe von Jahren verwendet worden sind, macht die Kompliziertheit der Verbindungen oft die Verwendung von Einzellagen gedruckter Schaltungsplatten ungeeignet. Es gibt viele Fälle, wo ein elektrischer Schalter körperlich einen anderen Leiter ohne elektrische Berührung kreuzen muss. Dies kann natürlich nicht bei einer einzellagigen gedruckten Schaltungsplatte durchgeführt werden.

Deshalb sind erforderlichenfalls doppellagige und viellagige gedruckte Schaltungsplatten verwendet worden. Die Herstellung von viellagigen gedruckten Schaltungsplatten ist kostspielig. Die Kosten der Schablone oder des Musters sind hoch, und jedes Mal, wenn eine Änderung in der elektrischen Schaltung erfolgt, muss die Schablone geändert werden. Enge Toleranzen müssen nicht nur für die Schablonen sondern auch für die in den verschiedenen Substraten gebohrten Löcher eingehalten werden. So ist beispielsweise, in Abhängigkeit von der verwendeten Anzahl von Lagen, die Anzahl der in einer viellagigen gedruckten Schaltungstafel erforderlichen durch plattierten Löcher das Drei« bis Sechsfache der Zahl von normalen Eingabe Ausgabe-Stiften, -Kissen oder -Polstern. Der Grund hierfür ist der, dass normalerweise die elektrischen Verbindungen in einer Richtung auf einer Lage und in einer dazu senkrechten Richtung auf einer anderen Lage verlaufen. Wenn nun ein Draht sich senkrecht zur Richtung der Verdrahtung in einer besonderen Ebene erstrecken muss, so erstreckt er sich durch ein durchplattiertes Loch zur nächsten Lage. Eine Erhöhung der Zahl der durchplattierten Löcher verkleinert die Grosse des Gittersysteme. Das Ergebnis ist, dass mehr Lagen erfordert werden, und normalerweise steigt

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die Zahl der durchplattierten Löcher wieder an und die Gittergrösse wird wiederum kleiner.

Alle diese Faktoren erhöhen die Kosten der Werkzeugbeschaffung, die für die Erzeugung einer gedruckten Schaltungsplatte erforderlich sind, und verringern auch die Ausbeute an guten Platten. Die Kosten der Platte erhöhen sich mit jedem der letztgenannten Paktoren.

Ein anderer Versuch der Lösung des Problems der Fabrikation von einander überlappenden Leitern ist das Drahtwickelverfahren, zu dem das Handdrahtwickeln, die halbautomatischen Drahtwxckelverfahren und die numerisch gesteuerten Maschinen zum Drahtwickeln gehören. Zu letzteren gehören die im Handel erhältlichen Gardner Denver Maschinen. Stifte hoher Qualität mit engen Toleranzen werden auf den gedruckten Schaltungstafeln angebracht. Isolierter Draht wird auf die für die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei dieser Stifte erforderliche Länge zugeschnitten. Isolation wird von beiden Enden des Drahtes abgestreift und die blanken Enden werden um die Stifte herumgewickelt. Automatische Drahtwickelmaschinen sind teuer* Schalttafeln mit Stiften enger Toleranz auf denselben sind teuer, und die Arbeitskosten für geschultes Personal zur Bedienung und Instandhaltung der Maschine sind teuer. "

Aus den folgenden Darlegungen wird ersichtlich werden, dass die Erfindung ausgesprochen wirtschaftliche Vorteile gegenüber den soeben beschriebenen Verfahren mit sich bringt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäss einem wichtigen Gesichtpunkt der Erfindung werden elektrische Schaltungen untereinander durch ein Bindungsmundstück verdrahtet, das eine Öffnung mit einem durch sie hindurchgefädelten isolierten Draht aufweist.

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Bei einer Ausbildungsform der Erfindung wird eine Schalttafel auf einem Tisch montiert und Vorkehrung für Relativbewegung zwischen dem Tisch und dem Lötkopf, an dem das Mundstück angebracht ist, getroffen. Diese Bewegung ist derart, dass der Kopf von Polster zu Polster auf der Tafel bewegt und das Mundstück in Berührung mit einem zinnüberzogenen Polster der Tafel in Berührung gebracht werden kann. Das Mundstück oder die Spitze des Lötkopfes wird impulsförmig beheizt. Die Hitze verflüchtet oder sublimiert die Isolierung auf dem sich über das Mundstück hinaus erstreckenden Teil des Drahtes und fliesst den Draht zurück in das darunterliegende zinnüberzogene Anschlusspolster. Gleichzeitig wird der verbleibende Teil des Drahtes in dem Kopf abgekühlt, so dass die Isolierung nur von dem Teil des Drahtes verflüchtigt wird, der sich über den Kopf hinaus erstreckt.

Nach dem Anlöten des Drahtes an ein Polster wird das Mundstück oder die Spitze von dem Polster getrennt, wobei der Draht sich durch die Spitze hindurchfädeln kann. Die Tafel und der Kopf werden relativ zueinander bewegt, bis die Verbindungsspitze sich über dem nächsten Polster,an dem der Draht befestigt werden soll, befindet. Dieser Vorgang wird unter erneutem Rückflussverlöten des Drahtes in dem gewünschten Polster wiederholt. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis alle miteinander zu verbindenden Polster mit dem Drahtstück verbunden sind. Der Vorgang verläuft in einer Weise, die etwas analog der Weise ist, in der ein Stück Faden in verschiedenen Stellen eines Tuches eingezogen wird. Der Draht wird am Ende des Netzes durch Verwendung einer Schneideinrichtung am Kopf abgetrennt.

Gemäss einem anderen wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung sind die verwendeten Schalttafeln universell. Dies bedeutet, dass dieselbe Tafel für jede Schaltung verwendet wird,

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so dass die Werkzeugkosten für die Erzeugung der Tafel auf grosse Mengen abgeschrieben werden. -

Es lässt sich zeigen, dass die erfindungsgeraässen Techniken einen Draht auf einer Schaltungstafel ungefähr siebenmal billiger als mit den bekannten automatischen Drahtwickelmaschinen anbringen können. Dementsprechend ist es ein wichtiges Ziel der Erfindung, elektrische Komponenten an Schalttafeln schneller, wirtschaftlicher und mit grösserer Anpassungsfähigkeit als mit den vorbekannten Techniken zu verdrahten. ■

In. bezug auf die Anpassungsfähigkeit ist es eine wichtige Überlegung* dass -ein neues Erzeugnis, das eine grosse Anzahl von FestkprpeJö-Schaltungsanördnungen aufweist, zunächst entworfen und gebaut wird und dass vor Entfernung aller Irrtümer aus dem System jede elektrische Verbindung des Erzeugnisses im Durchschnitt wenigstens einmal geändert werden musste. Infolgedessen ist für die Herstellung eines Systems von irgend einer Kompliziertheit von viellagigen gedruckten Schaltungstafeln eine lange Zeit erforderlich, um die Schablonen oder Muster, die die gedruckten Schaltungstäfein erzeugen, zu ändern und wieder zu ändern. Die Erfindung hat einen beträchtlichen Vorteil gegenüber gedruckten Schaltungstafeln, in dem*sie Änderungen der Verbindungen an jeder in dieser Weise verdrahteten Schaltungstafel gestattet. Demgemäss ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, Schaltungstäfein schnell herzustellen und Änderungen in der Schaltung schnell durchzuführen.

Weitere Ziele oder Vorteile der Erfindung sind:

die Schaffung eines Verdrahtungsverfahrens für Massenverbindung' ' von integrierten Schaltungen; die Herstellung einer mit isoliertem Draht verdrahteten Schältungstäfel, das dann für die Anbringung der Komponenten an der Tafel wellengelötet ("wave söldere

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werden kann; Steigerung der Löttechnik durch thermische Isolation der Verbindungspolster; die Schaffung eines Übergrösse-Lötpolsters, das zu seiner Nenngrösse zurückkehrt, wenn das Polster während der erfindungsgeraässen Technik rückflussgelötet wird. Letzteres gestattet mehr Toleranz in der Anordnung der Komponenten auf der gedruckten Schaltungstafel und, zusätzlich, mehr Lötmasse zur Verfügung zu stellen, sowohl für die Kupferfläche auf der Tafel als auch für die Komponente oder Leitung.

Die vorstehend angegebenen und weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden besser aus der folgenden, mehr ins Einzelne gehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den Ansprüchen verständlich werden.

Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Lötkopf; Fig. 2 die allgemeine Anordnung einer gedruckten Schaltungstafel;

Fig. 3 einen Teil einer gedruckten Schaltungstafel, die gemäss der erfindungsgemässen Technik verdrahtet ist?

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Lötvorrichtung;

Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht der erfindungsgemässen Lötvorrichtung;

Fig. 6 die Einzelheiten der Kraftverbindung?

Fig. 7 eine Einzelheit der Drahtverbindung?

Fig. 8 einen die thermische Isolation veranschaulichenden Querschnitt? und

Fig. 9 einen Querschnitt eines Übergrössen-Lötpolsters vor dessen Rückfluss-Verlötung.

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Beschreibung einer besonderen Ausführungsform

Der Lötkopf in Fig. 1 umfasst eine Spitze eder ein Mundstück 1, die bzw. das zwischen Trägern 2 und 3 gehalten wird. Diese Träger 2, 3 bilden die elektrischen Verbindungen mit der Spitze und ahlten diese so, dass sie von dem übrigen Teil la des Kopfes weitmöglichst thermisch isoliert ist. Die Spitze 1 ist eine Wolfram-Lötspitze, die so gestaltet ist, dass die Hitze am äussersten Ende konzentriert wird. Das Ende der Spitze weist eine Öffnung auf, durch die sich isolierter Draht 4 erstreckt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung iefc besteht der Draht aus Kupfer, hat 0,0559 mm (0,0022 Zoll) Durchmesser und ist mit einer 2,54 ,u (1/10 Mill) dicken Lage von Polyurethan überzogen. Der Draht kommt von einer fortlaufenden Drahtspule und erstreckt sich durch die Drahtzuführung 5 nach unten durch den Körper la des Kopfes und in die Öffnung in der Spitze 1 hinein.

Um den Draht in dem Körper la des Kopfes abzukühlen, wird ein Vorrat von Kühlgas dem oberen Ende des biegsamen Rohres 6 zugeführt. So wird beispielsweise durch das biegsame Rohr strömendes Stickstoffgas dazu beitragen, die Verflüchtigung oder Sublimierung der Isolation des Drahtes ausser an dem Teil des Drahtes zu verhindern, der sich über die Öffnung in der Spitze hinaus erstreckt.

Um den Körperteil la des Kopfes von der Spitze 1 noch weiter thermisch zu isolieren, verbindet ein Stück keramischen Rohres 7 die.Spitze 1 mit dem Körperteil la. Als Folge hiervon und infolge der Kühlung wird die Hitze im äussersten Ende der Spitze 1 konzentriert, so dass die Isolierung nur an dem sich über die Öffnung hinaus erstreckenden Teil des Drahtesverfluch» tigt oder sublimiert wird.

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Der Kopf der Fig. 1 wird zur Verdrahtung von Lötkissen oder -polsrern an Schaltungstafeln der in Fig. 2 gezeigten Type verwendet. Die Tafel 8 umfasst eine Gruppe von Polstern, beispielsweise Polster 9, 10 und 11. Diese sind elektrisch mit durchplattierten oder innen plattierten Löchern verbunden, die als Via-Löcher 12, 13 und 14 bezeichnet sind. Diese Löcher sind elektrisch mit Polstern auf der anderen Seite der Tafel verbunden. Die Komponenten sind mit den Polstern auf der anderen Seite der Tafel verbunden. Das integrierte Schaltungspaket ist typisch. Diese Pakete werden generell als "flat-packs" oder "dip packs" bezeichnet.

Zum Verdrahten der Komponenten wird die erfxndungsgemässe Technik verwendet, um wahlweise isolierten Draht mit gewissen Polstern, wie beispielsweise den Polstern 9, 10 oder 11, zu verbinden. Die Verdrahtung ergibt sich besser aus Fig. 3, die mehr im Detail verschiedene Gruppen von Polstern auf der gedruckten Schaltungstafel zeigt. In Fig. 3 sind die Drähte 16, 17 und 18 als gewisse Polster auf der gedruckten Schaltungstafel verbindend dargestellt. Normalerweise sind natürlich viele der Polster auf der Tafel verbindende Drähte vorhanden. Man wird jedoch würdigen können, dass, da alle diese Drähte isoliert sind, diese problemfrei gekreuzt und wieder gekreuzt werden können.

Ein weiteres Merkmal der Fig. 3 ist beachtenswert, nämlich dass die senkrechten Spalten der Polster mit Buchstaben und die waagrechten Reihen mit Zahlen versehen sind. Dies vereinfacht beträchtlich die Detailierung der Verdrahtungsinstruktionen. Nun kann z. B. die Anweisung der Anordnung des Drahtes 16 lauten: "Draht vom Polster 1 in Gruppe 2 P zu Polster 11 in Gruppe 2 N, dann zu Bolster 2 in Gruppe 2 P".

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Die erfindungsgemasse Apparatur zum Verdrahten umfasst einen Drahtyerlötkopf und damit vereinigte, in Fig. und 5 veranschaulichte Komponenten zusammen mit einem Tisch, auf dem die Schaltungstafeln montiert werden. Der Kopf und der Tisch müssen in bezug aufeinander beweglich sein, so dass der Kopf von Polster zu Polster und der Kopf in und _; ausser Kontakt mit einem speziellen Polster bewegt werden _f!;_: können. , ...... _; _ "

Bei dem hier angenommenden Ausführungsbeispiel gehört der Tisch zu der normalerweise als ein XYTisch bezeichneten Type, die die Schaltungstafel relativ zu dem Kopf zwecks" Bewegung von Polster zu Polster bewegt. Bei dieser Ausführungsform ist der Kopf fernerhin aufwärts und abwärts beweglich, so dass der in Berührung und aus der Berührung mit einem speziellen. Polster gebracht werden kann. Natürlich ist die besondere Art der Bewegung der Tafel in bezug auf den Kopf nicht kritisch; im Rahmen der Erfindung kann der Kopf von Polster zu Polster und/oder die Tafel in und ausser Kontakt mit dem Kopf bewegt werden.

Eine Type der Handeinstellung des XYTisches, die im Handel erheältlich ist, wird von der Firma Universal Instrumentes, Binghamton, New York, USA, auf den Markt gebracht. Alternativ kann der Tisch zu der Type gehören, die automatisch von Punkt;zu Punkt verstellt wird. Ein im Handel erhältlicher.Tisch dieser letztgenannten Type ist der, der ■ mit dem von der Superior Electric Company hergestellten Slo-Syn- N/C Anordnungssystem geliefert wird. Solch ein Tisch wird von einem Papierstreifen gesteuert, um automatisch einen Punkt des Tisches unter den Söpfen einzustellen. In dieser Systemtype können eine Mehrzahl von Lötköpfen verwendet werden, so dass eine Mehrzahl von Schaltungstafeln gleichzeitig verdrahtet werden. ,

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Die Fig. 4 und 5 zeigen die Apparatur zur Bewegung der Spitze in Berührung mit einem speziellen Polster und zum Abtrennen des Drahtes an den geeigneten Punkten. In Fig. 4 ist die Lötspitze 1 dargestellt, jedoch ist der übrige Teil des in Fig. 1 gezeigten Kopfes im Interesse der Klarheit aus Fig. 4 fortgelassen. Der Lötkopf ist an dem Kopfzusamme nb au 19 montiert. Der Kopfzusammenbau umfasst zwei leitende Elemente 20 und 21, Fig. 6, die voneinander durch den Isolierstreifen 22 isoliert sind. (Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Teil des Kopfzusammenbaus 19, an dem die elektrischen Anschlüsse angebracht sind.) Elektrische Verbindungen werden an 23 und 24 hergestellt, um Strom durch die leitenden Elemente und durch die Spitze 1 zu leiten, wenn Hitze zugeführt werden soll.

Der gesamte Kopfzusammenbau ist bei 25, 26 angelenkt. Normalerweise ruht der Kopf auf dem Nocken.27. Wenn die Spitze abwärts in Berührung mit einem Lötkissen gebracht werden soll, so wird der Kabelzusammenbau 28 nach rechts entgegen der Feder 29 bewegt. Der bei 3O verschwenkbare Nocken dreht sich dadurch und gestattet dem Kopfzusammenbau unter dem Einfluss des Gewichtes 31 herabzufallen. Dies bewegt die Spitze in Berührung mit dem gewünschten Lötpolster.

Der isolierte Draht ist auf eine Vorratsspule 32 aufgewickelt und erstreckt sich durch das auf dem Träger montierte Schloss. Der Träger 33 ist als an dem Kopfzusammenbau 19 durch zwei Schrauben befestigt dargestellt, so dass er sich mit dem Kopfzusammenbau bewegt. Das Drahtschloss, von dem Einzelheiten in Fig. 7 gezeigt sind, umfasst ein Solenoid 34. (Die kreisförmige Umrisslinie des Solenoids 34 ist am äussersten Ende des Trägers 33 in Fig. 5 dargestellt.) Das Solenoid 34 weist eine mit einem Schlitz versehene Armatur 34a auf. Eine Stange 34b ist in dem Schlitz angeordnet, um eine Verdrehung der Armatur zu verhindern. Der Draht erstreckt

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sich durch ein Loch 34c in dem Solenoid. Eine Unterlegscheibe 35 ist dauernd an der Armatur befestigt. Wenn die Armatur erregt wird, so wird der Draht zwischen der. Scheibe 35 und dem Plansch der Armatur gefangen und dadurch blockiert. Wenn die Armatur nicht erregt ist, so bewegt sich der Draht natürlich frei durch das Loch 34c. Während einer Schneidoperation wird das Drahtschloss betätigt, uta den Draht abzubrechen, wenn der Kopfzusammenbau sich¹zurückbewegt. Dies ist ein Sicherheitsmerkmal, um sicherzustellen, dass der Draht gebrochen wird, wenn die Schneidvorrichtung ihn nicht vollkommen abtrennen sollte»

An dem letzt zu "vernähenden" Polster wird ein Drahthaken in dem Draht vor seinem Abschneiden gebildet. Um dies zu tun, wird der Kopf angehoben und dann Wieder abgesenkt.* Hierdurch wird eine Halbschleife in dem Draht gebildet, der dann am Polster abgeschnitten wird. Die hervorstehende Schlaufe stellt sicher, dass der Draht nicht in die Öffnung im Kopf zurückgleitet. Fernerhin gewährleistet die vorstehende Drahtschlaufe, dass der Draht zwischen dem Kopf und dem nächsten Polster, an dem der Draht angelötet werden soll, festgehalten Wird.

Zum Schneiden des Drahtes ist ein Solenoid-betätigter Drahtschneider vorgesehen. Bei seiner Betätigung treibt das Solenoid 36 das Blatt 37 abwärts und schneidet dabei den Draht. ,

Das Arbeiten des Apparates bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann wie folgt zusammengefasst werden. Die Verbindungsspitze 1 wird in Kontakt gegen ein Zinn-Anschlusspolster einer auf dem Tisch montierten Schaltungstafel herabgesenkt. Hierbei wird der sich durch die Öffnung iw der Spitze 1 erstreckende Draht 4 zwischen der Spitze und dem Polster festgehalten. Die Spitze wird mit

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elektrischem Strom impulsförmig beliefert, um sie zu erhitzen, was die Polyurethanisolation des Drahtes sublimiert. Der Kupferdraht wird in das Polster zurückgeflossen.

Die Spitze 1 wird angehoben und gestattet dabei dem Draht, sich durch dieselbe hindurchzufadeln. Der Tisch mit der auf ihr montierten Tafel wird bewegt, bis sich die Verbindungsspitze 1 über dem nächsten Polster, an dem ein Draht zu befestigen ist, befindet. Wiederum wird die Spitze abgesenkt und der Draht in dem Polster rückflussverlötet. Der vorstehend beschriebene Vorgang wird fortgesetzt, bis alle gewünschten Polster "zusammengenäht" sind, und am Ende des Netzes wird der Draht durch den Drahtschneider abgetrennt.

Abänderung der Erfindung

Oft ist die Wärmeleitung des Kupfermusters ein Problem bei der Erreichung einer guten Rückfluss-Lötung. Eine Technik der Konzentration der Hitze in dem Zinn-Leitungsteil des Polsters, wo die Lötung stattfindet, ist in Fig. 8 gezeigt. In dieser Abändung ist ein dünner Überzug aus einem Material, das thermische Isolationseigenschaften hat aber gleichzeitig ein guter elektrischer Leiter ist, zwischen dem Zinnanschluss und dem Kupfermuster eingefügt. In Fig. 8 ist die Nickelschicht 40 zwischen das Kupfermuster 41 und dem Zinnanschlusspolster 42 eingefügt. Es wurde ermittelt, dass die Plattierung einer Nickellage von wenigen lOOOsteln eines Zolles bzw. wenigen lOOsteln eines Millimeters auf dem Kupfer eine genügende thermische Isolation ergibt, um die Rückfluss-Verlötung zu verbessern. Weitere Vorteile dieser Konstruktion sind, dass die Lebens-

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dauer der Verbindungsspitze verlängert wird, da sie nicht zu einer so hohen Temperatur während einer solchen langen Zeitdauer erhitzt werden zu braucht. Fernerhin gibt eine Grenze für die Temperatur und die Zeit, die das Laminat zwischen dem Kupfer und der Epoxtafel aushalten kann, bevor es sich delaminiert. Da das Kupfer mit einem guten thermischen Isolator nicht eine so hohe Temperatur zu erreichen braucht, wird das Problem der Delamination verringert.

Eine andere Technik der Verringerung des Hitzeverlustes während der Rückfluss-VerlÖtung besteht darin, die Breite des leitenden Musters zwischen dem Polster und dem Via-Loch zu verringern. In Fig. 3 ist zu beachten, dass der Leiter zwischen jedem Polster und dem mit ihm assoziierten Via-Loch sehr eng ist. Dies begrenzt die H±zemenge, die vom Kupfermuster aufgenommen wird und zusätzlich erscheinen alle Stege ("lands") denselben thermischen Widerstand zu haben, so dass sie den gleichen Verbindungskreislauf erfordern.

In Fig. 9 ist ein Lötpolster veranschaulicht, in dem der Zinnanschlussteil 43 grosser als das darunter liegende Kupfermuster ist. Dies wird dadurch erzeugt, dass Zinnzuleitung auf das Stegmuster in einer solchen Weise plattiert wird, dass die erzeugten Polster übergrösse aufweisen. Dann wird das Schaltbrett überätzt ("over-etched"). Dies bedeutet, dass das Kupfer unter dem Polster 43 in gewissem Ausmass fortgeätzt wird. Nachdem das Polster rückfluss-verlötet ist, kehren die Polster zu ihrer normalen Grosse zurück, weil das Lot zum Metall zurückgezogen wird. (Lot fliesst auf die Quelle der Hitze zu.) Der Vorteil hiervon ist, dass es der Bedienungsperson mehr Freiheit in der Anordnung des "flat-pack" auf dem gedruckten Schaltbrett gibt und dass es zusätzlich ermöglicht, dass mehr Lot zur Verfügung steht, um sowohl

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den Kupfersteg auf der Tafel als auch den "Flat-Pack" oder der Eintauchleitung ("dip lead") zu bedecken.

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung sind für thermische Korapressionsbindung sowie für Rückflusslöten anwendbar. So kann beispielsweise Golddraht an ein goldplattiertes Substratum befestigt werden, durch Aufwendung von genügender Hitze, um das Gold zu dem Erweichungspunkt zu erwärmen, und dadurch darauf folgende, für die Erreichung einer guten Verbindung ausreichenden Druck. Wie im Vorangehenden beschrieben, wird die Isolierung durch die Anwendung von Hitze sublimiert. Diese Technik ist besonders nützlich zum Verdrahten von gedruckten Schaltungs"chips".

Es ist wegen des Ausbeuteproblems schwierig, integrierte Schaltungen in grossen logischen Schaltungsgruppen herzustellen; dies bedeutet, dass integrierte Schaltungen dicht auf einem Substratum gepackt werden können, dass aber nicht alle der einzelnen "chips" infolge von Mängeln im Material und/oder des Diffusionsvorganges gut sein werden. Wenn grössere Zahlen von "chips" zusammengruppiert werden, um eine/Einheit zu bilden, so wird die Ausbeute niedriger und niedriger. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist es schvieriger, mehr als zehn oder fünfzehn Schaltungen mit Erreichung einer irgendwie vernünftigen und wirtschaftlichen Ausbeute zusammenzugruppieren. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet integrierte Schaltungen Seite-an-Seite zu verdrahten mit isoliertem diskretem Draht, wodurch ein grosses integriertes Paket grosser Ausbeute erzeugt wird, ohne Rücksicht auf die Ausbeute einer grossen Gruppe von Schaltungen innerhalb einer Waffel.

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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungstafeln erst verdrahtet und die Komponenten danach durch Wellenverlötung ("wave soldering") befestigt werden können.

Häufig ist es wünschenswert, die Tafel zu verdrahten, ehe die Komponenten angebracht werden, wodurch die Prüfung der Verbindungen erleichtert wird. Erfinduttgsgemäss kann die Tafel mit isoliertem Draht verdrahtet werden. Danach kann die verdrahtete Tafel wellenverlötet werden, um Komponenten oder integrierte Schaltungspakete an der Tafel anzubringen. Es wurde ermittelt, dass das Wellenlötverfahren die Isolation des Drahtes nicht zerstört, noch die Verbindungen an den Lötpolstern unterbricht. Im Gegenteil, die Qualität der Bindungen wird verstärkt; -d. h., das Lot wird über die Verdrahtung an dem Verbindungspunkt geflossen. Zweitens kann die Tafel verdrahtet werden,·und dann können Tauchpakete (^Mdispackäges") oder andere Komponenten an der anderen Seite angebracht werden. Drittens können Komponenten in die Tafel eingefügt, die Tafel wellenverlötet und dann die Verdrahtung angebracht werden.

Während der Draht als dm eh die Lötspitze hindurchgefädelt dargestellt ist, liegt es im Rahmen der Erfindung, den Draht durch eine Öffnung an anderer Stelle im Kopf hindurchzufadeln. So könnte es z. B. wünschenswert sein, ein getrenntes Löteisen am Kopf beweglich in bezug auf denselben anzubringen.

Während eine*' besondere^ Ausführungsform der Erfindung dargestellt und besehrieben wurde, ist es sicher selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Demgemäs.s sollen die Ansprüche irgend solche Änderungen, die dem Geist und dem Umfang dor Erfindung entsprechen, geschützt werden.

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Claims (10)

2075594 DA-K567 - 16 - Ansprüche Sehe

1.i Verfahren der Verdrahtung einer elektrischen

chaltung auf einer Schaltungstafel mit Kontakten, die für die Verbindung mit Schaltkomponenten geeignet sind, gekennzeichnet durch:

Hindurchführen eines isolierten Drahtes durch einen Kopf;

Bewegen dar Relativbewegung des Kopfes und der Tafel, so dass ein von dem Kopf hervorstehender Teil des Drahtes nacheinander sich gegen Kontakte, an denen eine Drahtverbindung hergestellt werden soll, legt; und

Anwenden von Hitze auf den Kontakt, gegen den der Kopf anliegt, um den von dem Kopf hervorstehenden Teil des Drahtes an den Kontakt zu binden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung von Hitze die Isolierung des über den Kopf hervorstehenden Endes des Drahtes verflüchtigt oder sublimiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verbleibende Teil des Drahtes während der Anwendung der Hitze auf das Polster gekühlt wird, so dass die Isolierung nur in dem über den Kopf hervorstehenden Teil des Drahtes sublimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e kennzei c h η e t , dass die Kontakte Lötpolster sind und dass die Anwendung von Hitze den vom Kopf in das Lötkissen sich erstreckenden Draht rückfluss-verlötet.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehnden Ansprüche, dadurch gekennze ich net , dass die Kontakte und die Drahte aus dem gleichen Material bestehen, dass die Anwendung von Hitze ausreicht, um das Material auf seinen Schmelzpunkt zu bringen, und dass der Kopf gegen den Draht und einen Kontakt drückt, um eine thermische Kompressionsverbindung zwischen ihnen zu erzeugen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek e η η ζ ei c hne t , dass nach Verdrahtung der Tafel Komponenten mit der Schältungstafel wellenverlötet werden.

7. Apparat zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verdrahten einer elektrischen Schaltung auf einer Schaltungstafel, die zum Anschluss von Schaitungskomponenten mit geeigneten Lötpolstern versehen ist, gekennzei c hnet durch:

einen Lötkopf, in dem Hitze in der Spitze (1) desselben konzentriert wird und der eine Öffnung in dar Spitze aufweist;

ein Vorrat an isoliertem Draht (4), der sich durch die Öffnung erstreckt;

einen Tisch, auf dem die Tafel montiert ist, wobei Tisch und Kopf (1) in bezug aufeinander beweglich sind, so dass der Kopf (1) mit einem Polster an den der Draht angelötet werden soll, ausgerichtet werden kann;

eine Vorrichtung (27, 28, 29) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Kopf und der Tafel, so dass der Kopf (IJj das Polster, an dem der Draht (4) angelötet

. .- . Jöl.;.'■·■ - ■-."■.--""..'-'. '.-·'"- . ■ - · · ■. ■■■ ■-■'.■■■ werden soll, in Berührung tritt; und

eine Vorrichtung (2, 3) zur wahlweisen Zuführung von Hitze zu dem Polster, mit dem der Kopf (1) in Berüh rung steht, um den in Berührung mit dem Polster stehenden Draht (4) Rückfluss zu verlöten.

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8. Apparat nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch:

ein mit dem Kopf verbundenes Kühlrohr (6), wobei der Draht (4) sich wenigstens durch einen Teil dieses Rohres erstreckt; und

eine Quelle von Kühlgas, die dem Kühlrohr (6) zum Kühlen des verbleibenden Teiles des Drahtes während der Anwendung von Hitze auf das Polster zugeleitet wird, so dass die Isolierung durch die Hitze nur an dem sich über den Kopf heraus erstreckenden Teil des Drahtes verdampft oder sublimiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzei chnet durch:

ein keramisches Rohr (7) zwischen dem Kopf (1) und dem Kühlrohr (6), wobei dieses keramische Rohr als Hitzepuffer dient, um zu verhindern, dass Hitze von der Spitze (1) den übrigen Teil des Drahtes (4) erreicht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennz eichnet, dass der Kopf (1, la) nur in senkrechten Richtungen beweglich und der Tisch in horizontalen Richtungen beweglich ist zwecks Ausrichtung des Kopfes (1, la) mit einem Polster, an den der Draht (4) angelötet werden soll.

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