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Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen elektrischer Verbindungen
zwischen einer Vielzahl von Leitern auf einem Substrat mit einer Vielzahl von Leitern
eines anderen Substrats Die Erfindung betrifft ein Mehrfach-Gasentladungsanzeige-und
Speicherfeld mit damit integrierten flexiblen elektr-ischen Verbindungen, sowie
ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung vieler elektrischer Verbindungen zwischen
Paaren vieler Leiter.
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In der US-Patentschrift 3 499 167 ist ein Gssentladungsanzeige- und
Speicherfeld offenbart, bei welchem ein paar rechteckiger Glasplatten (Substrate)
mit Abstand voneinander miteinander verbunden sindt die Leiteranordnungen sind lineare
Anordnungen, die parallel zur Längsrichtung der Jeweiligen Platte verlaufen. Die
Platten sind mit ihren Längsachsen quer zueinander verbunden, wobei die Leiterenden
zwischen
den Punkten, an denen die satten im Abstand miteirander verbunden sind, gegen mindestens
eine Kante der Platte ragen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Anbringung planparalleler flexibler
Mehrleiterkabel an solche Platten.
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Erfindungsgemäß wird ein planparalleles nicht leitendes flexibles
Kabelsubstrat, auf dem viele elektrische leiter in einem Abstand, der dem zwischen
den Elektrodenleitern der Gasentladungsfeldplatten (oder Substraten) entspricht,
mit der Platte ganz-einheitlich gemacht oder integriert durch Anlöten der einzelnen
Leiterzuführungen auf dem Kabelsubstrat an die Elektrodenzuführungen, die aus der
Gasentladungsvorrichtung ragen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform tragn die Enden der linearen
Elektrodenleiter an der Gasentladungsvorrichtung utidloder die Enden der Leiter
auf dem flexiblen Kabelsubstrat Lötmittel. Die lötmittel tragenden blenden der geringen
Abstand hebenden Leiter werden dann in Berührung mit den Leitern auf dem anderen
Substrat gebracht und anschließend werden alle Berühungsstellen miteinander durch
Schmelzen des Lötmittels verlötet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Lötmittel
an jeder Berührungsstelle auf eine
Löttemperatur gehracht und geschmolzen, wobei die Wärme in situ durch Aufbringen
von Energie in geeigneter Weise erzeugt wird, z. B. durch Infrarot, Induktionsstrombeizung,
Reibungswärme usw., einschließlich Kombination davon, so daß eine so gleimmäßig
wie mögliche elektrische Verbindung entsteht. Obwohl verschiedene Verfahren zum
Verlinden der Leiter mittels Wämeerzeugung in situhierin offenlart werden, so ist
das Wesentliche doch, daß das Lötmittel durch Leitungserwärmung geschmolzen wird.
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Die Erfindung und die Vorteile, zu der sie fübrt, wird aus der nachstehend
gebrachten Bescheibung nach deutlicher werden ; es wird dabei auf die figuren Pezug
genommen, von denen zeigen: Fig. 1 ein isometrisches Bild eines Gasentladungsfeldes
mit damit integrierten flexiblen Mehrleiterkabeln nach der Erfindung, Fig. ia einen
Teil des Entladungsfeldes mit den angebrachten Mehrleiterkabeln, Fig. 2 ein Verfahren
des Verbindens des flexiblen Mehrle4'erkabels mit dem Entladungsfeld gemäß einer
Ausführungsform nach der Erfindung,
Fig. 3 ein modifiziertes Verfahren
zum Verlöten der flexiblen Mehrleiterkabel mit dem Feld nach einer weiteren Ausführungsform
der erfindung, Fig. 4 Anwendung von Induktionsheizung zum Löten in sitz, um das
Kabel mit dem Feld zu verbinden.
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Die Figur 1 zeigt ein Gasentladungsfeld 10 derart, wie es in der US-Patentschrift
3 499 167 offenbart ist. Das Gasentladungsfeld 10 wird von einem Paar langer rechteckiger
Glasplatten oder Substrate 11 und 12 gebildet, welche lineare Elektrodenleiter-anordnungen
13 bzw. 14 auf den gegenüberliegenden Oberflächen haben, und die Lefteranordnunen
13 bzw. 14 sind mit dünnen dielektrischen Filmen oder Überzügen 15 und 16 versehen
(Fig. 1a). Ein endloser'Dichtungsmittel-Abstandsbalter 17 verbindet die beiden Platten
11, 12, wobei die längsachsen der Platten im Winkel von 900 zueinander stehen und
die beiden Enden der Platten 11 und 12 über die Dichtung hinausgehen. Die Dichtung
17 bildet mit den gegenüberliegenden Flächen der dielektrischen Uberzage 15 und
16 die begrenzenden Wände einer schmalen Gasentladungskammer, in welcher gasförmiges
Entladungsmedium eingeschlossen ist.
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Beide Platten 11 und 12 sind aus relativ hartem starrem,
im
Handel erhältlichen poliertem Plattenglas und die Leiter in den Anordnungen 13 und-14
sind gewöhnlich aus Gold, können aber auch aus anderem Material sein, und auf die
Platten aufgedruckt mittels Siebdruck, hotoätzung oder anderer Verfahren zum Drucken
von Leitern und Leiteranordnungen. Es ist ersichtlich, daß die Leiter Drähte sein
können.
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Im Feld 10 sind, wie gezeigt, die Leiter 13 und 14 auf 0,76 mm (30
mil) Knotenpunkten mit Leitern einer Dicke von etwa 0,13 mm (6 mil) gedruckt. Bei
der Erfindung sind jedoch sehr viel kleinere leiterästände und dünnere Leiter möglich.
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Wegen der kleinen Abstände zwischen den Leiteranordnungen ist es schwierig
elektrische Verbindungen an den Enden derselben herzustellen ohne die benachbarten
Leiter zu behindern oder sie unbeabsichtigt mbinander zu verbinden. Nach der gleichzeitig
schwebenden Patentanmeldung, Aktenzeichen P 20 44 224.4 ist jeder zweite Leiter
in der Anordnung 13 gegen ein Ende der Platte 11 gerichtet und die benachbarten
anderen Leiter gegen das andere Ende der Platte. Das gleEhe Leiteranordnungsschema
ist auf die Leiteranordnung 14 auf der Platte 12 angewendet und tatsächlich ist
die Platte 12 mit der Platte 11 identisch, ausgenommen, daß die Platte 11 ein Gaseinleitungsrohr
40 aufweist. Diese Leiteranordnung
ist Gegenstand der oben genannten
Patentanmeldung und-bråucht hier nicht näher erörtert zu werden. Wie in der Fig.
gezeigt, hat die Platte 11 ein Gaseinfüllrobr 40, welches wie in der eben erwähnten
Patentanmeldung angebracht ist.
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Die Enden 14e-I und 14e-R der Leiteranordnung 14 sind gezeigt, wie
sie auseinandergezogen sind, um besseren Klebkontakt bilden zu können. Die Enden
der Leiteranordnung 13 sind ebenfalls etwas wrgrößert, das untere Ende 13e-b ist
in Fig. 1a gezeigt.
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Es ist verständlich, daß die an den Enden der leiteranordnungen 13,
14 gezeigte Winkelung nicht nötig ist; es ist ebene klar, daß die Leiter statt an
beiden Enden der Platten herauszuragen nur auf einer Seite der Leiter herausragen
tauchen, und die Verbindung, die später beschrieben werden wird, kann mit gleischer
Leichtigkeit hergestellt werden.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Vielzahl von flexiblen Kabeln 20,
21, 22 und 23 an die herausragenden Enden der Beiteranordnungen 13 und 14 angelötet
oder angeschmolzen. Flexible Mehrleiterkabel und Abarten davon sind bekannt. Sie
sind in Einzelheiten in dem Artikel von G. U. Viglione Flexible Printed Wiring",
erschienen in Electronics World, Oktober 1969, Seiten 58, 59,und 60 und Wire (Multiconductor),
erschienen in Encyclopedia of Zlectronics von Susskind, 1962, Seite 936 beschrieten.
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und 937 Die Erfindung ist jedoch nicht auf die flexiblen
Leiterkabel,
die in diesen Artikeln beschrieben sind, begrenzt, ausgenommen, daß die Materialien,
die als Substrat gewählt werden, nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
zegenüber Infrarot transparent und die leitermaterialien gegenüber Infrarot absortiv
sein sollten. Anstelle des isolierenden Überzuges oder der Isolierschicht auf dem
Leiter in den Mehrleiterkabeln 20 1is 23, wie in den oben genannten Artikeln gezeigt,
können die titer einfach gedruckte leiter auf einem Polyesterfilm (molar) oder einem
anderen nicht leitenden Substrat sein. Jedes der flexiblen teiterkabel 20 - 23 ist
mit einem verteifenden Streifen am Nicht-Gasentladungs-Polende davon auf der TTi
chtleiterseite des flexiblen Kabels gezeigt. Solche Versteifungsstreifen lönnen
kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Nach einer weiteren Ausführungsforin
der Erfindung können statt die Enden der leiter an den ölenden der flexiblen Leiterkabel
20 - 23, wie gezeigt. z. B. am Versteifungsstreifen enden zu lassen, die Leiter
auf den flexiblen Kabelsubstrat tatsächlich in der Form gedruckter Sekundärwindungen
gans-einheitrich mit den weitern auf dem Substrat verbunden sein, welche zu Transformatoren
geformt sind, um Betriebspotentiale zu liefern.
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Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, die flachen flexiblen
Kabel als Substrat für feste Schaltkreisplättchen (solid state circuit chips) zur
direkten Befestigung oder in
einer anderen hybriden Konfiguration
zu verwenden.
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In den Fig. 1 und 1a sind die flexiblen Leiterkabel 20 -23 sls paare
A und s gezeigt, doch können alle leiter von einein einzigen Substrat getragen werden
oder es können mehr als zwei Substrate für leitergruppen vorgesehen sein.
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In den Fig. 2 bis 4 sind die verschiedenen Methoden zur Bildung oder
Befestigung der Polenden der Leiter auf den fexiblen Kabeln 20 - 23 gezeigt. In
jedem Fall wird vorausgesetzt, daß die Enden eines oder beider leiter auf dem Feld
10 und das flexible Substrat mit einer kleinen Perle oder Schicht 30 aus lötmittel/überzogen
sind. In diesen Figuren ist das flexible leitersubstrat mit S gekennzeichnet, die
leiter darauf mit C.
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die in Fig. 2 gezeigt, kann das Entladungsfeld 13 von einem flachen
Tisch oder einer anderen Halterung (nicht gezeigt) getragen wesen, und wenn die
Lötmittelperle 30 auf den Polenden. der leiter C des flexiblen Substrates 5 ist,
werden die lötmittel tragenden Polenden in Kontakt mit den Polenden der eng verteilten
leiter auf der Platte 12 gebracht. Ein transparentes Gewicht oder ein transparenter
Niederhalter H ist auf der Nicht-Leiter-Seite des substrates 5 angeordnet.
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Der Niederhalter H ist für die Infrarotlichtenergie, die von der IR-Quelle
50 (die z. B. ein IR-laser sein kann) transparent. Eine linse 51 zum Sammeln der
IR-lichtenergie auf den Leitern a wird benutzt, um hierdurch die Infrarotlichtenergie
in Wärme umzuwandeln und das lötmittel 30 auf eine Schmelztemperatur zu bringen.
Infrarotlichtenergle kann auch durch die Platte 12 von der IR-Quelle 52 und der
linse 53 zu den Leitern 14 auf der Platte 12 gerichtet werden, um die Infrarotlichtenergie
in Wärme umzuwandeln. Es kann eine oder es können beide IR-Quellen benutzt werden;
wenn beide benutzt werden, kommen sie gleichzeitig zur Anwendung.
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Abwechselnd oder gleichzeitig mit dem Anlegen der IR-Strahlungsenergie
kann das Feld 10 mittels eines linearschwingungsvibrators 60 in lineare Schwingungen
versetzt werden.
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Ausreichende Wärme kann durch Reibung erzeugt werden, um eine gleichmäßige
Verklebung und elektrische Verbindung zwischen jedem einzelnen Leiter C auf dem
Substrat 5 und in der Leiteranordnung 14 zu bekommen; es ist dabei zu bemerken,
daß die Platte 12 vibriert oder geradlinig illiert werden kann in einer Richtung
parallel zu ihrer ebene und der Längsachse der Leiter. Wenn die Prim-Wärmeenergiequelle
infrarot ist, trägt diese Vibration dazu bei eine gleichmäßige Bindung an allen
Berahrungspunkten zu
erzeugen. Wegen der Flexibilität des substrates
S wird bevorzugt, das starre Feld 10 zu vibrieren. Es ist jedoch zu bemerken, daß
es zweckmäßig sein kann, wenn das Substrat 5 nicht flexibel ist, beide Substrate
in den oben angegebenen Richtungen zu oszillieren, aber phasenverschoben.
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.rO das Glassubstrat S der Fig. 2 nicht vollständig transparent für
IR-Iichtenergie ist und/oder wo die leiteranordnungen 13, 14 aus IR-reflektierendem
Material, s. B. nord, sind, kann die IR-Quelle 52 unzweckmäßig sein und wegplassen
werden, wobei man sich ausschließlich auf die IR-Strahlungsquelle 50 verläßt. Dies
ist auch bei der in Fig. 3 gezeigten.
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Ausführungsform der Fall.
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In Fig. 3 werden die Substrate 5 getragen und in Stellung gehalten
durch ein Paar Vakuumklemmen 65 und 66. Die votglasschmelztechnik wird im wesentlichn
wie oben beschrieben angewendet. Es ist zu bemerken, daß alle Verbindungen auf einer
Platte des Feldes in dieser Anordnungeichzeitig gebildet werden können, das Feld
1Q wird dann so gewinde; daß die Platte 12 die für die Platte 11 gezeigte Stellung
einnimmt und der Arbeitsvorgang wird wiederholt, um die flexiblen Kabel zu integrieren.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Warme
in
situ durch Anlegen des HF-Induktionsheizungsfeldes von der quelle 70 an die Lötmittelperlen
30 erzeugt, wobei hierlei vorzugsweise ein Lötmittel hoher Permeabilität benutzt
wird, um die magnetische Enrgie in Wärme umzuwandeln. Es ist klar, daß IR- und Reibungs-Energie
dem Gefüge in gleicher Weise, wie in Fig. 3 gezeigt, zugefügt werden kann, und das
Lötmittel gleihzeitig durch Induktionswärme, IR-Wärme und Reibungswärme sehr schnell
auf die Schmelztemperatur gebracht werden kann, um dadurch die gewünschte gleichmäßige
klebung hoher Qualität zu erzeugen. Eine Niederhaltevorrichtung, wie der Niederhalter
H in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, kann auch hier benutzt werden.
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Cbwohl das ganzheitliche oder integrierte Gasentladungsfeld und daq
flexible Mehrleiterkabelgefüge vorzugsweise nach den vorstehend gebrachten Methoden
herestellt wird, sind auch andere Methoden möglich, z. R. die Benutzung von Iiderstandsheizgeräten
und dergl-, mit oder ohne Vibrator, um die lötmittel auf die Schmeiztemperatur zu
bringen. In diesem Fall muß jedoch das Substratmaterial 3 sorgfältig ausgewählt
werden, um eine Delamination der Leiter und oder ein Versengen des Substratmaterials
zu vermeiden.